CN108139523A - 波长转换元件以及发光装置 - Google Patents

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Abstract

具备波长转换元件(1)、以及向波长转换元件(1)照射激发光(81)的激发光源(40)的发光装置，波长转换元件(1)，具备具有支撑面(2m)的支撑部件(2)、以及以从支撑面(2m)侧看支撑部件(2)时由支撑部件(2)包围的方式被配置在支撑面(2m)上的波长转换部件(4)，在支撑部件(2)上，配置有波长转换部件(4)的配置区域(2p)的外周部即从波长转换部件(4)露出的外周区域(2e)，具备能够吸收与激发光(81)同一波长的第一光的光吸收部、或能够使第一光散射的光散射部(2s)，在配置区域(2p)，在波长转换部件(4)与支撑部件(2)之间配置有与支撑部件(2)不同的反射部件(反射膜(3))。

Description

波长转换元件以及发光装置
技术领域
本公开涉及，能够用于车辆用前照灯、聚光灯用光源等的各种照明装置的波长转换元件以及利用它的发光装置。
背景技术
以往，能够用于车辆用前照灯、聚光灯用光源等的各种照明装置的波长转换元件以及利用它的发光装置被周知(例如，参照专利文献1)。在此，对于专利文献1所公开的发光装置，利用附图进行说明。图28A是示出专利文献1所公开的发光装置900的侧面图。图28B是专利文献1所公开的波长转换元件914以及安装基板10的放大图。
如图28A示出，发光装置900具备，具有布线层916a的安装基板910、设置在安装基板910的布线层916上的发光元件912、以及配置在安装基板910的波长转换元件914。如图28B示出，波长转换元件914具备，基板920、以及在基板920上依次形成的高折射率材料粒子层922、荧光体层924及无机透明材料层926。
在发光装置900中，来自发光元件912的激光照射到荧光体层924。荧光体层924，将来自发光元件912的激光的一部分作为激发光吸收，并射出荧光。来自发光元件912的激光的没有由荧光体层924吸收的激光、以及从荧光体层924射出的荧光，在荧光体层924以及高折射率材料粒子层922的至少一方散射，从发光装置900射出。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2010-10560号公报
在专利文献1所公开的发光装置900中，射出光照射的区域的形状，与基板920的俯视时的荧光体层924的形状对应。为了将射出光照射的区域的形状，与荧光体层924的形状对应，而需要以覆盖荧光体层924的端部的方式照射激光。在此情况下，来自发光元件912的激光的一部分照射到荧光体层924的外部，不被散射而作为漫射光从发光装置900射出。会有该漫射光，给发光装置900的照度分布特性带来坏影响的情况。
发明内容
于是，本公开，提供能够抑制入射光(即，激发光)不被散射而射出的波长转换元件、以及利用该波长转换元件的发光装置。
为了解决所述问题，本公开涉及的发光装置的实施方案之一，具备波长转换元件、以及向所述波长转换元件照射激发光的激发光源的发光装置，波长转换元件，具备具有支撑面的支撑部件、以及以从上面看所述支撑部件时在所述支撑部件的支撑面上由所述支撑部件包围的方式被配置在所述支撑面上的波长转换部件，在所述支撑部件上，配置有所述波长转换部件的配置区域的外周部即从所述波长转换部件露出的外周区域，具备能够吸收与所述激发光同一波长的第一光的光吸收部、或能够使所述第一光散射的光散射部。
根据该结构，不入射到波长转换部件的入射光(即，激发光)的至少一部分，由外周区域吸收或散射，因此，能够抑制从激发光源向波长转换元件的入射光不被散射而射出。因此，能够实现具有良好的照度分布特性的发光装置。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述第一光是所述激发光。
根据该结构，能够吸收入射到支撑部件上的外周区域的激发光，因此，能够抑制入射到外周区域的激发光从发光装置射出。因此，能够实现具有良好的照度分布特性的发光装置。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，在所述配置区域，在所述波长转换部件与所述支撑部件之间配置有反射部件。
根据该结构，能够将入射到波长转换部件的激发光、以及由波长转换部件波长转换的荧光，由反射部件反射，作为射出光射出。因此，能够提高发光装置的射出光的亮度。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述支撑部件包含硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石，以作为使用材料，所述激发光直接入射到所述支撑部件的表面。
根据该结构，能够提高支撑部件的热导率，因此，能够提高支撑部件的散热特性。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述光散射部在表面具有凹凸。
根据该结构，能够由凹凸使入射光散射，因此，能够抑制从激发光源向波长转换元件入射的激发光不被散射而射出。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述凹凸具有被形成在所述支撑部件的倾斜部。
根据该结构，能够由具有倾斜部的凹凸使入射光散射，因此，能够抑制从激发光源向波长转换元件入射的激发光不被散射而射出。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述倾斜部，也被形成在所述配置区域。
根据该结构，能够将入射到波长转换部件的激发光、以及由波长转换部件波长转换的荧光，由倾斜部散射。因此，能够抑制不被散射而射出的激发光的发生。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述凹凸，被形成在所述支撑部件上形成的包含高折射率粒子以及透明结合材料的散射部件的表面。
根据该结构，能够不对支撑部件的表面进行处理，而形成光散射部。并且，能够提高光散射部的特性调整的自由度。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述光散射部是被形成在所述支撑部件上的包含高折射率粒子以及透明结合材料的散射部件。
根据该结构，能够不对支撑部件的表面进行处理，而形成光散射部。并且，能够提高光散射部的特性调整的自由度。
并且，为了实现所述目的，本公开涉及的波长转换元件，具备：支撑部件，具有支撑面；以及波长转换部件，被配置在所述支撑面上，且包含吸收激发光来发生荧光的荧光材料，所述支撑面具备，配置有所述波长转换部件的配置区域、以及从所述波长转换部件露出的外周区域，该外周区域是所述配置区域的外侧，在所述外周区域，形成有在界面具有凹凸的光散射部。
根据该结构，不入射到波长转换部件的激发光的至少一部分，由光散射部的凹凸散射，因此，在从激发光源向波长转换元件入射激发光的情况下，能够抑制激发光不被散射而射出。因此，能够实现具有良好的照度分布特性的发光装置。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，再所述配置区域在，所述波长转换部件与所述支撑部件之间配置有反射部件。
根据该结构，在向波长转换部件入射激发光的情况下，能够将激发光和由波长转换部件波长转换的荧光，由反射部件反射。因此，能够提高从波长转换元件的射出光的亮度。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述支撑部件是结晶性基板。
根据该结构，通过对支撑部件的表面进行各向异性刻蚀，从而能够形成具有所希望的结构的凹凸。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述凹凸具有，被形成在所述支撑面的倾斜部，所述凹凸的凹部的深度为1μm以上4μm以下，所述凹部的深度相对于宽度的比例为0.1以上1以下。
根据该结构，由光散射部能够获得充分的散射效果。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述光散射部的表面粗糙度为，所述配置区域的表面粗糙度以上。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述凹凸的顶部具有曲率。
根据该结构，凹凸的顶部不是平坦，因此，在该顶部能够确实使入射光散射。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述光散射部是，被配置在所述支撑面上的包含高折射率粒子以及透明结合材料的第一散射部件。
根据该结构，能够不对支撑部件的表面进行处理，而形成光散射部。并且，能够提高光散射部的特性调整的自由度。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述反射部件是第二散射部件。
根据该结构，因此，能够将入射到波长转换部件的入射光的一部分，由波长转换部件与被配置在外周区域的第一散射部件的界面、以及波长转换部件与被配置在波长转换部件和支撑部件之间的第二散射部件的界面进行多次反射，因此，从波长转换部件能够高效率地射出白光。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，
根据该结构，能够提高覆盖波长转换部件的下表面和侧面的散射部件的结构的自由度。
进而，在本公开涉及的波长转换元件的实施方案之一中，优选的是，所述支撑部件包含硅、碳化硅、蓝宝石或金刚石，以作为使用材料。
根据该结构，能够提高支撑部件的热导率，因此，能够提高支撑部件的散热特性。
并且，本公开涉及的发光装置的实施方案之一，具备：所述的任一个所记载的波长转换元件；以及向所述波长转换元件照射所述激发光的激发光源。
根据该结构，能够抑制从激发光源向波长转换元件入射的激发光不被散射而射出。因此，能够实现具有良好的照度分布特性的发光装置。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述激发光照射到所述波长转换部件和所述光散射部。
在该结构中，照射到光散射部的激发光被散射，因此，能够抑制激发光不被散射而射出。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，在所述支撑面的包含所述激发光的光轴的截面，将从所述激发光的光强度成为最大值的位置到所述激发光的光强度成为所述最大值的1/e2的位置的距离设为ω0，所述截面的所述光散射部的宽度与所述配置区域的宽度之和为2.2×2ω0以上。
根据该结构，能够充分降低照射到光散射部以及波长转换部件的外部的激励光的强度。
进而，在本公开涉及的发光装置的实施方案之一中，优选的是，所述光散射部中的针对所述激发光的吸收系数为，所述配置区域中的针对所述激发光的吸收系数以上。
根据该结构，能够由光散射部吸收激发光，因此，能够抑制入射到散射部的激发光从发光装置射出。因此，能够实现具有良好的照度分布特性的发光装置。
根据本公开，能够提供能够抑制入射光不被散射而射出的波长转换元件、以及利用该波长转换元件的发光装置。
附图说明
图1是示出实施例1涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图2是示出实施例1涉及的波长转换元件的光散射特性的示意性的截面图。
图3是说明实施例1涉及的用于将波长转换元件固定到固定部件的结构的图。
图4是示出实施例1涉及的发光装置以及投光装置的结构的示意性的截面图。
图5是示出实施例1涉及的向波长转换元件照射具有10W的功率的入射光时照射到光散射部的外侧的光量、与光散射部以及配置区域的宽度之和的关系的图表。
图6是示出实施例1涉及的波长转换元件的制造方法中的、形成支撑部件的工序的示意性的截面图。
图7是示出实施例1涉及的波长转换元件的制造方法中的、形成波长转换部件的工序的示意性的截面图。
图8是示意性地示出实施例1涉及的用于确认波长转换元件的效果的实验中利用的测量系统的图。
图9是示出实施例1涉及的用于确认波长转换元件的效果的实验的结果的图表。
图10是用于说明实施例1涉及的波长转换元件的其他的效果的示意性的截面图。
图11是示出实施例1的变形例1涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图12是示出实施例1的变形例2涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图13是示出实施例1的变形例3涉及的波长转换元件的结构的示意性的平面图。
图14是示出实施例1的变形例3涉及的波长转换元件与入射光的位置关系的示意性的截面图。
图15是示出实施例1的变形例3涉及的利用波长转换元件的投光装置和其投射光的示意性的斜视图。
图16是示出实施例2涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图17是示出实施例2的变形例1涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图18A是示出实施例2涉及的波长转换元件以及实施例2的变形例1涉及的波长转换元件的入射光的功率的测量值与射出光的峰值亮度的测量值的关系的图表。
图18B是示出实施例2的变形例1涉及的利用波长转换元件的情况的相对于入射光的功率为3W时的波长转换元件的射出光的射出位置的亮度的测量结果的亮度分布图。
图18C是示出利用比较例2的波长转换元件的情况的相对于波长转换元件的射出光的射出位置的亮度的测量结果的亮度分布图。
图19是示出实施例2的变形例1涉及的波长转换元件的制造方法的各个工序的示意性的截面图。
图20是示出利用图8示出的测量系统，在作为硅基板的支撑部件上配置光散射部，测量光散射部的反射光强度的角度依赖性的结果的图表。
图21是示出高折射率粒子的粒子直径与散射程度的关系的图表。
图22是示出实施例2的变形例2涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图23是示出实施例2的变形例3涉及的波长转换元件的结构的示意性的截面图。
图24是示出实施例2的变形例3涉及的支撑部件、基底膜以及接合层的结构的示意性的平面图。
图25是示出本公开涉及的作为波长转换元件的支撑部件用的材料研究的材料以及它们的特性的图。
图26是示出实施例3涉及的波长转换元件的制造方法的各个工序的示意性的截面图。
图27是示出实施例3涉及的发光装置的结构的示意性的截面图。
图28A是示出以往的发光装置的侧面图。
图28B是以往的波长转换元件以及安装基板的放大图。
具体实施方式
对于本公开的实施例，以下利用附图进行说明。而且，以下说明的实施例，都示出本公开的优选的一个具体例子。因此，以下的实施例示出的数值、构成要素、构成要素的配置及连接形态、以及工序(步骤)及工序的顺序等是一个例子而不是限定本公开的宗旨。因此，对于以下的实施例的构成要素中的、示出本公开的最上位概念的实施方案中没有记载的构成要素，作为任意的构成要素而被说明。
(实施例1)
以下，对于实施例1涉及的波长转换元件，参照附图进行说明。
图1是示出本实施例涉及的波长转换元件1的结构的示意性的截面图。
如图1示出，实施例1涉及的波长转换元件1具备，具有支撑面2m的支撑部件2、以及被配置在支撑面2m上的包含吸收激发光并发生荧光的荧光材料4a的波长转换部件4。支撑面2m具备，配置有波长转换部件4的配置区域2p、以及作为配置区域2p的外侧的从波长转换部件4露出的外周区域2e。如此，波长转换元件1具备，以在从支撑面2m侧看支撑部件2时由支撑部件2包围的方式被配置在支撑面2m上的波长转换部件4。
在支撑面2m的外周区域2e，形成有在界面具有凹凸的光散射部2s。在本实施例中，光散射部2s，在支撑部件2的表面具有凹凸。更具体而言，光散射部2s，在支撑面2m与其周围的空气的界面具有凹凸。进而，在本实施例中，凹凸具有，被形成在支撑部件2的倾斜部2a。而且，在本实施例中，倾斜部2a，也被形成在配置区域2p。
根据这样的结构，即使在从波长转换元件1的外部入射的入射光82的一部分不照射到波长转换部件4而照射到支撑部件2的支撑面2m的情况下，也能够由支撑面2m的光散射部2s使入射光82散射。因此，即使在定向性强的入射光82入射到波长转换元件1的情况下，也能够抑制入射光82在保持定向性的状态下由支撑部件2反射。据此，能够抑制从波长转换元件1射出，定向性强的无用的射出光。
以下，包括非必须的任意的构成要素，对于更具体的本实施例涉及的波长转换元件1，利用附图进行说明。
图2是示出本实施例涉及的波长转换元件1的光散射特性的示意性的截面图。
如图1示出，在波长转换元件1具备的支撑部件2的支撑面2m中的、宽度W4的边缘部2d以外的内侧部分形成具有微小的倾斜部2a的凹凸。也就是说，支撑面2m的内侧区域，具有凹凸结构。进而，在支撑面2m形成反射膜3。在本实施例中，波长转换部件4，被设置在支撑部件2的形成有倾斜部2a的区域的内侧的中央部。在波长转换元件1中，在与支撑面2m交叉的任意的截面，形成有倾斜部2a的区域的宽度W2比支撑部件2的宽度W1小，波长转换部件4的宽度W3比宽度W2小。而且，形成有倾斜部2a的区域中的、波长转换部件4的宽度W3以外的部分是光散射部2s。在本实施例中，宽度W5的光散射部2s被设置为，围着波长转换部件4的外周。
此时，将具有倾斜部2a的凹凸的凹部2c的深度设为，50μm×50μm的区域的Peak ToValley为1μm以上4μm以下。也就是说，支撑面2m的50μm×50μm的区域的凹凸的顶部与底部的距离(与支撑部件2的支撑面2m垂直的方向的距离)为1μm以上4μm以下。并且，在将凹部2c的宽度设为邻接的顶点间的距离时，深度相对于宽度的比例为0.1以上1以下。在本实施例中，具有倾斜部2a的凹凸的形状发生随机变化。据此，凹凸的入射光随机散射，因此，能够提高凹凸的散射效果。
波长转换部件4是，例如，作为多个荧光体粒子的荧光材料4a由透明结合材料4b结合的部件。对于荧光材料4a，更具体而言，利用由稀土元素活化荧光体组成的荧光体粒子。例如，利用作为以铈(Ce)活化的(Ga，Y，Gd)3Al5O10的钇铝石榴石(YAG)系荧光体。对于透明结合材料4b，利用例如硅酮及玻璃材料等的氧化硅、氧化铝、以及氧化锌等的透明材料。
对于支撑部件2，利用由热导率高的材料形成的基板，具体而言，利用结晶性基板、金属基板、陶瓷基板等。在支撑部件2是结晶性基板的情况下，具体而言，支撑部件2也可以，包含硅(Si)、碳化硅(SiC)、氮化铝(AlN)、蓝宝石(Al2O3)或金刚石以作为使用材料。在本实施例中，对于支撑部件2，利用由硅组成的结晶性基板。被形成在支撑部件2的倾斜部2a，对结晶性基板、金属基板、陶瓷基板等的表面，执行磨削、湿法刻蚀、干法刻蚀等的处理而被形成。更优选的是，作为支撑部件2利用结晶性基板，利用支撑部件2的晶体方位形成微小的倾斜部2a。据此，能够高精度地控制倾斜部2a的形状以及大小。
反射膜3是，例如，具备铝(Al)、银(Ag)、银合金、铂(Pt)等的金属膜、以及被设置在该金属膜上的SiO2等的保护膜的反射部件。
在这样构成的波长转换元件1中，如图1示出从波长转换部件4的正上方或大致斜方向照射入射光82。此时，作为入射光82，例如从远方照射中心波长在420nm至490nm之间的激光。从远方传播的激光，通常，光轴的光强度强，随着远离光轴强度缓慢地降低。也就是说，从远方传播的激光的强度分布示出，图1的光强度分布83所示的高斯分布。此时，将入射光82中的、光轴附近的光强度强的照射到波长转换部件4的光设为中心光82a，将离光轴远的、光强度比光轴部分低的、不照射到波长转换部件4的光设为周边光82b。
在此，假设与入射光82的光轴方向垂直的截面的二维强度分布为同心圆状，光强度分布为理想的高斯分布。并且，在支撑面2m的包含入射光82的光轴的截面，将从入射光82的光强度成为最大值的位置到入射光82的光强度成为最大值的1/e2(约13.5％)的位置的距离设为ω0。并且，将入射光82的支撑面2m的直径设为2ω0。也就是说，将光强度成为中心强度(峰值强度)的1/e2(约13.5％)以上的区域的宽度设为2ω0。进而，假设波长转换部件4的俯视(支撑面2m的俯视)时的形状为圆形，入射光82的直径2ω0与波长转换部件4的直径W3相同。在此情况下，入射光82的能量的约86.5％照射到波长转换部件4，但是，剩余的13.5％，照射到波长转换部件4的周边。
在以上的条件下，在将作为入射光82的具有10W的功率的光入射到波长转换元件1的情况下，作为具有约8.7W的功率的光的中心光82a入射到波长转换部件4。而且，如图2示出，在波长转换部件4的荧光材料4a中，中心光82a的至少一部分被吸收并转换为作为其他的波长的光的荧光93。荧光93，从波长转换部件4的、与入射光82入射的面相同的面射出。而且，一部分的荧光93、以及入射光82中的、没有由波长转换部件4的荧光材料4a吸收的部分，向支撑部件2传播。然而，在本实施例中，在配置区域2p，在波长转换部件4与支撑部件2之间配置有由反射膜3组成的反射部件，因此，这些向支撑部件2传播的光由反射膜3反射。由反射膜3反射的光，作为散射光92a或荧光93从波长转换部件4向波长转换元件1的外部射出。如此，能够由被配置在波长转换部件4与支撑部件2之间的反射膜3提高波长转换元件1的射出光的亮度。并且，在本实施例中，在配置区域2p也形成有具有倾斜部2a的凹凸。因此，能够使入射到波长转换部件4的、没有由荧光材料4a吸收的、达到支撑部件2的入射光82的一部分散射，因此，能够抑制从激发光源40向波长转换元件1的入射光不被散射而射出。
如上所述，作为混合了荧光93、散射光92a的白光91从波长转换部件4射出。
另一方面，光输出10W的入射光82中的、具有约1.3W的功率的周边光82b，不照射到波长转换部件4而会成为漫射光。该漫射光，给来自波长转换元件1的投射图像带来坏影响。在为了抑制这样的漫射光，而将直径2ω0比波长转换部件4的直径W3小的光设为入射光的情况下，光强度非常高的光照射到波长转换部件4的中央，因此，波长转换部件4的温度上升，转换效率降低。进而，在此情况下，仅光强度低的光照射到波长转换部件4的边缘部，因此，不能获得具有与波长转换部件4的俯视时的形状对应的所希望的分布形状的射出光。
这样的周边光82b，在本实施的结构中，如图2示出，由被形成在波长转换部件4的周边的支撑部件2上的由倾斜部2a组成的凹凸漫反射(散射)。此时，入射光82的定向性丢失，因此，能够抑制反射光成为向特定的方向射出的漫射光。进而，周边光82b在支撑部件2的外周区域2e反射，因此，能够抑制支撑部件2中的波长转换部件4的周边部分的周边光82b的吸收。因此，能够抑制因支撑部件2中发生热而波长转换元件1的温度上升，波长转换部件4的转换效率降低。
接着，对于利用本实施例涉及的波长转换元件1构成发光装置的方法，利用附图进行说明。
首先，说明为了利用本实施例涉及的波长转换元件1构成发光装置，而固定波长转换元件1的方法。
图3是说明本实施例涉及的用于将波长转换元件1固定到固定部件50的结构的图。
如图3示出，波长转换元件1，利用贴紧部件11、按压部件12以及螺丝13而被固定到固定部件50。
固定部件50是，用于固定波长转换元件1的部件。在固定部件50形成有螺孔50a，波长转换元件1，经由贴紧部件11，被配置在固定部件50上。
按压部件12是，用于向固定部件50按压波长转换元件1的部件。按压部件12，在支撑部件2的支撑面2m中的、没有配置波长转换部件4的宽度W4的边缘部2d(参照图1)附近按压支撑部件2。并且，螺丝13，通过按压部件12的贯通孔12a，与螺孔50a拧合，从而按压部件12被固定到固定部件50。如此，用于按压波长转换元件1的按压部件12被固定到固定部件50，从而波长转换元件1被固定到固定部件50。作为激发光的入射光82从上方照射到由以上的结构固定的波长转换元件1。从激发光源40射出的激发光81由透镜31转换为大致平行光，从而生成入射光82。
固定部件50是，由铝、铝合金、表面镀金处理后的铜、铜合金等的热导率高的材料形成的部件。贴紧部件11是，由石墨薄板、散热硅酮树脂、焊料等的热导率高的材料形成的薄板状的部件。
接着，对于利用波长转换元件1构成发光装置以及投光装置的例子，利用附图进行说明。
图4是示出本实施例涉及的发光装置60以及投光装置101的结构的示意性的截面图。
如图4示出，发光装置60主要具备，波长转换元件1、固定部件50、激发光源40以及透镜31。并且，投光装置101具备，发光装置60以及投射部件33。而且，投光装置101也可以，在投射部件33的射出侧还具备，例如，具有规定的透射光谱的滤光器99。
在发光装置60中，射出激发光81的激发光源40、以及激发光81入射的透镜31，被固定到固定部件50。在图4中，为了简化而不示出用于固定波长转换元件1的结构，但是，在发光装置60中，也具备图3所示的结构。也就是说，波长转换元件1由按压部件12以及螺丝13固定到固定部件50。
激发光源40是，例如，射出波长420nm至波长490nm之间的激光的半导体激光器。从激发光源40射出的激发光81，由固定在固定部件50的透镜31成为作为定向性强的大致平行光的入射光82，入射到波长转换元件1的波长转换部件4。
在所述结构中，入射光82，在波长转换部件4成为由散射光92a和荧光93构成的白色的射出光95。而且，通过安装在固定部件50的透明罩部件35，向发光装置60的外部射出。而且，在由发光装置60、以及被配置在射出光95的光程上(图4的发光装置60的上方)的投射透镜等的投射部件33构成的投光装置101中，能够由投射部件33射出作为定向性强的白光的射出光95。在该投光装置101中，固定部件50，通过例如由石墨薄板等构成的散热机构70固定到外部固定台75。据此，能够将激发光源40以及波长转换元件1中发生的热，散热到外部固定台75。
如上所述，在本实施例中，能够利用波长转换元件1和激发光源40以简单的结构来构成发光装置60以及投光装置101。并且，能够容易将波长转换元件1的支撑部件2固定到固定部件50。而且，即使入射到波长转换部件4的入射光82的照射区域和波长转换部件4的形成区域相同程度，由波长转换部件4以外反射的入射光82的周边光82b，由支撑面2m上的光散射部2s的、由倾斜部2a组成的凹凸散射，因此，也能够抑制作为向特定的方向具有强的光强度的漫射光从发光装置射出。
接着，对于波长转换元件1的光散射部2s的尺寸的设计方法，利用附图进行说明。
图5是示出本实施例涉及的向波长转换元件1照射具有10W的功率的入射光82时照射到光散射部2s的外侧的光量、与光散射部2s以及配置区域2p的宽度W2之和的关系的图表。图5示出，由计算求出的关系。而且，照射到光散射部2s的外侧的光量意味着，入射光82中的没有照射到光散射部2s以及波长转换部件4的部分的光量。
在此，假设入射光82的支撑面2m上的二维强度分布为同心圆状，光强度分布为理想的高斯分布。图5的横轴是，光散射部2s以及配置区域2p的宽度之和W2相对于入射光82的直径2ω0的比率。根据图5示出的图表得知，为了使入射光82中的、照射到形成有倾斜部2a的光散射部2s的外侧的区域的部分(也就是，入射光82中的会成为漫射光的部分)的功率成为，危险性低的等级的1mA以下，而需要成为W2≥2.2×2ω0。而且，在此，具有危险性低的等级的功率的光意味着，具有在人直接看该光的情况下，若在眨眼的时间中则能够忽视对眼睛的影响的程度的功率的光。并且，如此，设定光散射部2s的尺寸，据此，在将波长转换元件1用于发光装置的情况下，能够获得漫射光的影响被抑制的良好的照度分布特性。在波长转换部件4为任意的形状的情况下，以及在入射光82的光强度分布为高斯分布以外的情况下，也能够适用所述设计方法。若将入射光82的光强度分布的宽度定义为，光强度为峰值强度I0的1/e2以上的区域的宽度2ω0，则优选的是，设定为在波长转换元件1的任意的截面，成为W2≥2.2×2ω0。
而且，在所述中，入射光的照射区域为同心圆，但是，不仅限于此。例如，按照入射光的分布形状以及入射光的入射角度，入射光的照射区域成为椭圆形状等。在此情况下，优选的是，在照射区域的任意的截面，成立光散射部2s以及配置区域2p的宽度之和W2相对于入射光82的直径2ω0的关系。
接着，对于波长转换元件1的制造方法，利用附图进行说明。
图6是示出本实施例涉及的波长转换元件1的制造方法中的、形成支撑部件2的工序的示意性的截面图。
图7是示出本实施例涉及的波长转换元件1的制造方法中的、形成波长转换部件4的工序的示意性的截面图。
首先，说明利用结晶性基板20，形成具有由倾斜部2a组成的凹凸的支撑部件2的工序。在此，说明作为结晶性基板20利用硅基板的例子。
首先，如图6的截面图(a)示出，准备主面为第一晶面22a的结晶性基板20。此时，第一晶面22a是硅的晶面方位＜100>。
接着，如图6的截面图(b)示出，在主面对作为氧化硅膜的刻蚀掩膜21进行图案形成，利用各向异性刻蚀，使多个第二晶面22b露出在结晶性基板20的主面。此时，在结晶性基板20的主面，形成以第二晶面22b为侧面的多个凹部23。对于各向异性刻蚀，优选的是，例如利用TMAH(四甲基氢氧化铵)、KOH(氢氧化钾)等的水溶液的湿法刻蚀。通过这样的湿法刻蚀，能够使作为第二晶面22b的硅基板的晶面方位＜111>露出。此时，优选的是，在多个凹部23的底面，不形成与主面相同的晶面的面。
接着，如图6的截面图(c)示出，由氟氢酸等除去刻蚀掩膜21。在此，如图6的截面图(c)的局部放大图C1示出，凹部23，由平面的组合形成。并且，被形成在凹部23之间的顶部22t是，由第一晶面22a组成的平坦面。因此，在入射光82照射到顶部22t的情况下，入射光82不被散射而反射，因此，会生成漫射光。为了解决这样的问题，如图6的截面图(d)示出，通过刻蚀除去结晶性基板20的多个凹部23的缘部，形成由曲面构成的凹部2c。据此，如图6的截面图(d)的局部放大图D1示出，形成由曲面构成的倾斜部2a组成的凹凸。并且，凹凸具备，具有曲率的顶部2t、以及由曲面构成的凹部2c。在此，优选的是，对刻蚀利用各向同性刻蚀。对于各向同性刻蚀，例如，可以采用利用氟氢酸和硝酸的混合溶液执行湿法刻蚀的方法，执行干法刻蚀的方法。而且，也可以通过本工序的向同性刻蚀，形成具有曲率的凹部2c。并且，顶部2t的曲率是，例如1μm以上10μm以下左右即可。而且，凹部2c的底部2b，也可以与顶部2t同样具有曲率。
如上所述，能够形成本实施例涉及的支撑部件2。
接着，如图6的截面图(e)示出，例如，将银合金、铝等，蒸镀在支撑部件2的具有倾斜部2a的凹凸上，从而形成反射膜3。在此，反射膜3也可以具备，银合金、铝等的金属膜、以及被形成在该金属膜上的SiO2等的氧化保护膜。
接着，对于在支撑部件2形成波长转换部件4的工序，利用图7进行说明。
首先，如图7的截面图(a)示出，在支撑部件2的支撑面2m，配置形成有规定的开口部25a的开口掩膜25。此时，将开口部25a的形状形成为，与波长转换部件4的所希望的形状一致，从而能够将波长转换部件4形成为所希望的形状。并且，能够按照波长转换部件4的所希望的厚度，设定开口掩膜25的厚度。接着，将混合了荧光材料4a与液状粘结部件24b的含荧光体部件24注入到开口掩膜25的开口部25a。
接着，如图7的截面图(b)示出，以含荧光体部件24充满开口部25a的方式，配置含荧光体部件24。也就是说，将含荧光体部件24注入到开口部25a，直到含荧光体部件24从开口部25a溢出为止。
接着，如图7的截面图(c)示出，除去从开口部25a溢出的含荧光体部件24。
接着，如图7的截面图(d)示出，将在支撑面2m配置有含荧光体部件24的支撑部件2，由高温炉等加热，从而使含荧光体部件24的液状粘结部件24b硬化。据此，形成波长转换部件4。在本实施例中，开口部25a的直径比支撑部件2的宽度小。据此，如图1示出能够将波长转换部件4的宽度W3设为比支撑部件2的宽度W1小。
在本实施例中，对于液状粘结部件24b，例如，可以利用有机溶剂中溶解的倍半硅氧烷。
而且，也可以在使含荧光体部件24的液状粘结部件24b硬化后，对波长转换部件4进行湿法刻蚀，在波长转换部件4的表面形成由荧光材料形成的凸部以及由透明结合材料4b形成的凹部。
通过所述的制造方法，能够容易制造在支撑部件2形成有由倾斜部2组成的凹凸的波长转换元件1。并且，在本实施例中，在波长转换部件4与支撑部件2之间不具备高折射率材料粒子层，因此，能够将波长转换部件4中发生的热高效率地散热到支撑部件2。
接着，根据与本实施例涉及的波长转换元件1的效果有关的实验数据进行说明。
图8是示意性地示出本实施例涉及的用于确认波长转换元件1的效果的实验中利用的测量系统的图。
图9是示出本实施例涉及的用于确认波长转换元件1的效果的实验的结果的图表。
如图8示出，将作为激光的入射光96入射到支撑部件2的形成有倾斜部2a的支撑面2m，由检测器94测量反射光的射出方向角度依赖性。在图8所示的测量系统中，例如，在入射光96入射的入射面主要由平面构成的情况下，入射光96中的、以与入射角度相等的反射角度由该入射面反射的成分(即，图8示出的反射光97)是主要的。另一方面，在入射面具有微小的凹凸的情况下，图8示出的作为散射的反射光的散射光98是主要的。
在图8示出的测量系统中，利用具有以下的三个表面状态(支撑面2m的状态)的支撑部件，进行了测量。
(a)没有执行处理的硅基板的表面状态(维持晶面的表面状态)
(b)在硅基板的表面通过磨削形成凹凸的表面状态
(c)本实施例涉及的支撑部件2的表面状态(即，形成具有倾斜部2a的凹凸的表面状态)
图9的图表(a)、(b)以及(c)分别示出，利用具有以上的三个表面状态(a)、(b)以及(c)的支撑部件测量的结果。在图9的各个图表中，横轴表示射出方向角度，纵轴表示反射光强度。
如图9的图表(a)示出，在没有执行处理的硅基板的表面状态下，仅观测到定向性强的反射光97。
并且，如图9的图表(b)示出得知，在硅基板的表面通过磨削形成凹凸的表面状态下，观测到散射光98，但是，维持定向性的(即，不散射的)反射光97是主要的。也就是说，得知基于形成在硅基板的表面的凹凸的散射效果不充分。
如图9的图表(c)示出，在本实施例涉及的支撑部件2的表面状态下，没有观测到反射光97，而仅观测到散射光98。
由所述的本实施例涉及的支撑部件2的具有倾斜部2a的凹凸，获得充分的散射效果。并且，在具有倾斜部2a的凹凸中，与由磨削形成的凹凸相比散射效果高。可以认为，这是因为支撑部件2的具有倾斜部2a的凹凸的形状以及尺寸，与由磨削形成的凹凸的形状以及尺寸不同的缘故。也就是说，由磨削形成的凹凸的凹部的深度为纳米级，对此，支撑部件2的具有倾斜部2a的凹凸的凹部2c的深度是，50μm×50μm的区域的Peak To Valley为1μm以上4μm以下，凹部2c的深度相对于宽度的比例为0.1以上1以下。
如上所述，通过利用本实施例涉及的制造方法，在波长转换元件1的支撑部件2的支撑面2m中，在波长转换部件4的周边，能够容易形成能够使入射光82充分散射的凹凸。其结果为，能够抑制因波长转换部件4的温度上升等而波长转换部件的转换效率降低，并且，能够使不照射到波长转换部件4的入射光高效率地散射，使波长转换部件4高效率地将射出光射出。
接着，对于本实施例涉及的波长转换元件1的其他的效果，利用附图进行说明。
图10是用于说明本实施例涉及的波长转换元件1的其他的效果的示意性的截面图。
如图10的截面图(a)示出，本实施例涉及的波长转换元件1，不仅在支撑部件2的光散射部2s，还在配置区域2p形成凹凸，在形成有凹凸的配置区域2p上配置波长转换部件4。图10的截面图(a)是示出，例如，将作为蓝色激光的入射光82入射到波长转换元件1的状态的截面图。入射光82的照射区域被设定为，入射光82的大部分照射到波长转换部件4。然而，会发生产生入射光82的激发光源(不图示)和波长转换元件1的装配时的错位、以及经时变化所产生的错位。图10的截面图(b)是示出，入射光82和波长转换部件4的相对位置偏离的状态的截面图。在此情况下，入射光82，照射到波长转换元件1的支撑部件2的表面(支撑面2m)，但是，如上所述，在支撑部件2，形成有使入射光82散射并反射的凹凸，因此，不会在维持定向性的状态下入射光82由撑部件2反射。其结果为，在利用波长转换元件1的发光装置中，不会射出图8示出的维持定向性的反射光97，即使用于照射人的照明装置也能够确保安全性。
并且，如图10的截面图(c)示出，在波长转换元件1，会有因使用中的振动、冲击等而波长转换部件4从支撑部件2脱离的情况。在此情况下，入射光82，在支撑部件2的表面充分散射，因此，与图10的截面图(b)的情况同样能够确保安全性。
而且，在所述结构中，作为入射光，利用了中心波长为波长420nm至490nm之间的蓝光，作为荧光材料利用了YAG系荧光体，但是，不仅限于该组合。例如，在作为入射光利用蓝光的情况下，作为荧光材料4a，能够利用射出黄色光的Eu活化α-SiAlON荧光体、Eu活化(Ba，Sr)Si2O2N2荧光体等。或者，在将波长380nm至420nm的近紫外光作为入射光利用的情况下，波长转换部件4也可以，将射出蓝色的荧光的蓝色荧光体、和射出黄色的荧光的黄色荧光体混合或层叠而被形成。
而且，本实施例涉及的波长转换元件1的结构，不仅限于所述的结构。例如，反射膜3也可以，不被形成在支撑面2m整体。以下，对于本实施例的变形例1涉及的波长转换元件，利用附图说明仅在支撑面2m的配置区域2p形成反射膜3的波长转换元件。
图11是示出本变形例涉及的波长转换元件1a的结构的示意性的截面图。
如图11示出，在本变形例涉及的波长转换元件1a中，在支撑面2m的外周区域2e不形成反射膜，而仅在波长转换部件4的正下面的配置区域2p形成反射膜3。在此情况下，相对于入射光82(激发光81)的波长450nm，反射率为40％的硅露出。因此，作为入射光82的一部分的周边光82b，直接入射到支撑部件2的表面(即支撑面2m)。在此情况下，周边光82b由光散射部2s的具有倾斜部2a的凹凸散射，并且，周边光82b的一部分由硅所组成的支撑部件2吸收。在本变形例中，光散射部2s中的针对激发光的吸收系数，比配置区域2p中的针对激发光的吸收系数大。据此，光散射部2s，作为能够吸收作为激发光的周边光82b的光吸收部来发挥功能。因此，在本变形例中，能够进一步抑制漫射光的发生。并且，在本变形例中，支撑部件2，作为使用部件包括热导率高的硅，因此，能够将因周边光82b的吸收而发生的热有效地散热。
而且，在本变形例中，光散射部2s中的针对激发光的吸收系数，比配置区域2p中的针对激发光的吸收系数大，但是，光散射部2s中的针对激发光的吸收系数为，配置区域2p中的针对激发光的吸收系数以上即可。
接着，对于本实施例的变形例2涉及的波长转换元件，利用附图进行说明。
图12是示出本变形例涉及的波长转换元件1b的结构的示意性的截面圆。
如图12示出，在本变形例涉及的波长转换元件1b中，具有倾斜部2a的凹凸仅被形成在支撑面2m的外周区域2e的光散射部2s，没有被形成在配置区域2p。也就是说，在本变形例中，光散射部2s的表面粗糙度为，配置区域2p的表面粗糙度以上。即使在此情况下，入射到波长转换部件4的入射光，也由荧光材料4a散射，因此，能够抑制入射光不散射而射出。
并且，在本变形例中，反射膜3，与所述变形例1涉及的波长转换元件1a同样，仅被形成在配置区域2p。因此，在本变形例中，也能够获得与所述变形例1同样的效果。
接着，对于本实施例的变形例3涉及的波长转换元件以及利用它的发光装置，利用附图进行说明。
图13是示出本变形例涉及的波长转换元件1c的结构的示意性的截面图。图13示出，波长转换元件1c的支撑面2m的俯视时的平面图。图13所示的虚线的圆示出入射光82的照射区域。
图14是示出本变形例涉及的波长转换元件1c与入射光82的位置关系的示意性的截面图。
图15是示出本变形例涉及的利用波长转换元件1c的投光装置201和其投射光299的示意性的斜视图。
本变形例涉及的波长转换元件1c以及利用它的投光装置201，例如，用于车辆用前照灯。在本变形例中，被配置在支撑部件2上的波长转换部件4c，如图13示出，被图案形成为钩型。此时，在波长转换部件4c形成与车辆用前照灯的截止点对应的图案204d。并且，对于入射光82的波长转换元件1c的照射区域，如图13的虚线的圆示出，以波长转换部件4c的图案204d位于照射区域的中心附近的方式照射到波长转换部件4c的一部分。此时，如图14示出，照射到波长转换部件4c的入射光82，从波长转换部件4c射出作为白光的射出光95。另一方面，照射到支撑部件2的表面(支撑面2m的光散射部2s)的入射光82，射出与入射光82相同的光谱的散射光85。也就是说，从支撑部件2的表面射出视敏度低且亮度低的散射光85。
在此，对于从本变形例涉及的具备利用波长转换元件1c的发光装置60c、以及例如作为投射透镜的投射部件33的投光装置201射出的投射光299，利用图15进行说明。如图15示出，从投光装置201射出的投射光299成为，具有明确的截止的图案的白光。
如此，通过利用本变形例涉及的波长转换元件1c，从而能够实现高亮度、且能够容易进行投射光的图案形成的发光装置60c以及投光装置201。
(实施例2)
接着，说明实施例2涉及的波长转换元件。本实施例涉及的波长转换元件，与实施例1涉及的波长转换元件1不同之处是，光散射部的结构。以下，对于本实施例涉及的波长转换元件，以与实施例1涉及的波长转换元件1不同之处为中心，利用图16进行说明。
图16是示出本实施例涉及的波长转换元件301的结构的示意性的截面图。
如图16示出，波长转换元件301主要具备，支撑部件2、波长转换部件304以及散射部件102。在波长转换元件301中，在支撑部件2的支撑面2m，配置由作为陶瓷的荧光体板构成的波长转换部件304。波长转换部件304，由例如将Al203和Ce活化(Ga，Y，Gd)3Al5O10混合并烧结而形成的荧光体板构成。在支撑部件2的支撑面2m的中央部，形成例如由Ti、Pt、Au等的金属层叠膜构成的基底膜111。而且，在波长转换部件304的支撑部件2侧的表面，形成例如由Pt、Ag、Ti、Pt、Au等的金属层叠膜构成的作为反射部件的反射膜112。而且，例如，通过由AuSn合金等的焊料等构成的接合层113接合基底膜111和反射膜112，从而波长转换部件304被粘着在支撑部件2。
而且，在支撑面2m的外周区域2e，以围着波长转换部件304的方式配置散射部件102。例如，由TiO2、ZrO2、Al2O3、BN、A1N等构成的高折射率粒子102b，分散在例如由硅酮、玻璃材料等的折射率比高折射率粒子102b低的材料构成的透明结合材料102c中，从而形成散射部件102。而且，在散射部件102的表面，形成微小的凹凸102a。在本实施例中，光散射部是，被配置在支撑面2m上的包含高折射率粒子102b以及透明结合材料102c的散射部件102。也就是说，散射部件102是，所述的第一散射部件的一个例子。此时，与实施例1同样，对于散射部件102以及配置区域2p的与支撑面2m平行的方向的长度之和，以入射光82的直径为2ω0，优选为2.2×2ω0以上。
在本实施例中，入射光82的中心光82a照射到波长转换部件304，但是，一部分成为，在波长转换部件304中传播，在波长转换部件304之下的反射膜112、波长转换部件304与散射部件102的界面102d进行多次反射的多次反射光85a。据此，能够高效率地生成由散射光92a和荧光93构成的白光91，并从波长转换部件304射出。
进而，入射光82的周边光82b，照射到散射部件102，但是，在散射部件102的表面的微小的凹凸102a以及散射部件102的高折射率粒子102b中进行散射或全反射，作为散射光92b从波长转换元件301射出。根据这样的结构，即使在从波长转换元件301的外部入射的入射光82的一部分的光照射到波长转换部件304以外的情况下，也能够在被配置在波长转换部件304的周边的散射部件102的表面散射。因此，即使在将定向性强的入射光82入射到波长转换元件301的情况下，也能够抑制入射光82在保持定向性的状态下在支撑部件2反射。其结果为，能够抑制从波长转换元件301射出，定向性强的无用的漫射光。进而，即使在入射到波长转换部件304的入射光之中，达到波长转换部件304的侧面的情况下，也由形成在波长转换部件304的侧面的、与散射部件102的界面102d，向波长转换部件304内再次反射。因此，能够将入射光82在波长转换部件304高效率地转换为荧光。其结果为，能够从波长转换部件304射出高亮度的射出光。
而且，在本变形例中，在散射部件102的表面、即散射部件102与周围的空气的界面具有凹凸，但是，也可以在散射部件102的表面不具有凹凸。例如，在散射部件102的内部，在高折射率粒子102b与透明结合材料102c的界面按照高折射率粒子102b的形状形成凹凸。因此，散射部件102，在高折射率粒子102b与透明结合材料102c的界面具有凹凸，因此，入射到散射部件102的内部的入射光，在该凹凸散射。
接着，说明本实施例的变形例1涉及的波长转换元件。本变形例涉及的波长转换元件，与实施例2涉及的波长转换元件301不同之处是，在支撑面2m的配置区域2p也配置有散射部件102。以下，以本变形例涉及的波长转换元件与实施例2涉及的波长转换元件301不同之处为中心，利用附图进行说明。
图17是示出本变形例涉及的波长转换元件401的结构的示意性的截面图。
如图17示出，在本变形例涉及的波长转换元件401中，在配置区域2p也配置有散射部件102。也就是说，配置在配置区域2p的波长转换部件304，入射光82入射的面(图17的上侧的面)以外的、侧面和支撑部件2侧的面全部由散射部件102覆盖。进而，换而言之，散射部件102，也作为被配置在波长转换部件304与支撑部件2之间的与支撑部件2不同的反射部件发挥功能。也就是说，散射部件102是，所述的第二散射部件的一个例子。因此，能够将入射到波长转换部件304的入射光82的一部分，由波长转换部件304与被配置在外周区域2e的散射部件102的界面102d、以及波长转换部件304与被配置在波长转换部件304和支撑部件2之间的散射部件102的界面102e进行多次反射，能够从波长转换部件304高效率地射出白光91。
接着，对于本实施例以及其变形例1涉及的各个波长转换元件的效果，利用附图进行说明。
图18A是示出本实施例涉及的波长转换元件301以及本实施例的变形例1涉及的波长转换元件401的入射光的功率的测量值与射出光的峰值亮度的测量值的关系的图表。在图18A中还示出，比较例1涉及的波长转换元件的入射光的功率的测量值与射出光的峰值亮度的测量值的关系。比较例1涉及的波长转换元件具有，波长转换部件304的侧面没有由散射部件覆盖的结构。也就是说，比较例1涉及的波长转换元件具有，从图16示出的实施例2涉及的波长转换元件301中除去散射部件102的结构。根据比较例1与实施例2的比较得知，在入射光的功率大致为2W以上时，在波长转换部件304的周边配置散射部件102，从而能够提高峰值亮度。还得知，像图17示出的实施例2的变形例1涉及的波长转换元件401那样，在波长转换部件304的侧面和下面的双方配置散射部件102，从而与入射光的功率无关而能够大幅度改善峰值亮度。
图18B是示出本实施例的变形例1涉及的利用波长转换元件401的情况的相对于入射光的功率为3W时的波长转换元件的射出光的射出位置的亮度的测量结果的亮度分布图。图18C是示出利用比较例2的波长转换元件的情况的相对于波长转换元件的射出光的射出位置的亮度的测量结果的亮度分布图。在比较例2涉及的波长转换元件的结构中，波长转换元件的结构与图28B示出的波长转换元件同样，但是，波长转换部件的宽度W3比本实施例的变形例1充分大。也就是说，波长转换部件的宽度比入射光的直径充分大。此时，图18B示出的亮度分布，与图18C示出的亮度分布相比，在波长转换元件的射出区域的中央附近形成宽的高亮度区域，并且，从高亮度区域到其周边的低亮度区域的亮度陡峭地减少。如此，在本实施例的变形例1中，调整波长转换部件的宽度和入射光的宽度，从而能够实现与比较例2相比良好的亮度分布。
这是因为，在利用本实施例的变形例1涉及的波长转换元件401的情况下，入射到波长转换部件304的入射光的中心光82a的一部分，由波长转换部件304与散射部件102的界面102d以及波长转换部件304与被配置在与支撑部件2之间的散射部件102的界面102e进行多次反射，在波长转换部件304内中心光82a的光强度分布成为均匀。换而言之，形成具有与波长转换部件304的俯视时的形状对应的形状的高亮度区域。
因此，例如，在图15所示的投光装置中，使用利用了本实施例以及其变形例1的波长转换元件的发光装置和投射部件进行照明的情况下，能够实现具有与波长转换部件的形状对应的宽的高照度区域、且其周边区域的照度低的投光装置。也就是说，能够实现具有良好的照度分布特性的投光装置。
接着，对于本实施例的变形例1涉及的波长转换元件401的制造方法的一个例子，利用附图进行说明。
图19是示出本变形例涉及的波长转换元件401的制造方法的各个工序的示意性的截面图。
首先，如图19的截面图(a)示出，在作为硅基板的支撑部件2上，例如，涂布将粒子直径分布在1μm至4μm的TiO2粒子与透明结合材料混合的散射部件浆料124。在此，粒子直径分布在1μm至4μm意味着，平均粒子直径(中央直径)D50为2μm，D10为1μm，D90为4μm。此时，对于透明结合材料，利用将倍半硅氧烷溶解在有机溶剂中的糊状的透明结合材料。并且，波长转换部件304由真空夹头150保持。
接着，如图19的截面图(b)示出，将波长转换部件304配置在散射部件浆料124上。此时，在波长转换部件304的侧面，由波长转换部件304与透明结合材料的分子间力，而散射部件浆料124上升。因此，能够由散射部件浆料124容易覆盖波长转换部件304的下表面以及侧面。
接着，如图19的截面图(c)示出，以约150℃加热约两个小时，来使散射部件浆料124的有机溶剂挥发，且使散射部件浆料124硬化，从而能够将散射部件102形成在波长转换部件304的下表面以及侧面。此时，散射部件浆料124收缩，因此，在散射部件102的表面，能够容易形成按照高折射率粒子102b的粒子的凹凸。
接着，对于本实施例涉及的散射部件102的优选的形态，利用附图进行说明。
图20是示出利用图8示出的测量系统，在作为硅基板的支撑部件2上配置光散射部102，测量光散射部102的反射光强度的角度依赖性的结果的图表。图20的图表(a)示出仅支撑部件2的情况(即，没有配置散射部件102的情况)的测量结果。图20的图表(b)示出将粒子直径分布在0.1μm至0.7μm的TiO2粒子作为高折射率粒子102b利用的散射部件102被配置在支撑部件2的情况的测量结果。图20的图表(c)示出将粒子直径为0.2μm至5μm的TiO2的粒子作为高折射率粒子102b利用的散射部件102被配置在支撑部件2的情况的测量结果。在此，粒子直径分布在0.1μm至0.7μm意味着，平均粒子直径(中央直径)D50为0.3μm，D10为0.1μm，D90为0.7μm。并且，粒子直径分布在0.2μm至5μm意味着，平均粒子直径(中央直径)D50为1.9μm，D10为0.2μm，D90为5μm。
如图20的图表(b)示出，在利用平均粒子直径比较小的高折射率粒子102b的情况下，在散射部件102的表面难以形成微小的凹凸。因此，入射光96中的、一部分的光散射来成为散射光98，但是，保持定向性的状态下反射的反射光97的光量也大。另一方面，如图20的图表(c)示出，在利用平均粒子直径比较大的高折射率粒子102b的情况下，在散射部件102的表面形成，为了获得散射效果而充分的大小的凹凸，因此，仅观测到散射光98，辐射角度也接近作为完全的散射并反射的Lambertian反射。而且，对于散射部件102的表面的凹凸的大小，具体而言，在高折射率粒子102b的粒子直径为0.1μm至0.7μm的情况下，50μm×50μm的区域的Peak To Valley为小于1μm。另一方面，在高折射率粒子102b的粒子直径为0.2μm至5μm的情况下，Peak To Valley为1μm以上。进而，作为高折射率粒子102b，利用平均直径D50不同的TiO2粒子和ZrO2粒子，比较入射光的散射程度。
图21是示出高折射率粒子102b的粒子直径与散射程度的关系的图表。
将散射程度的指标设为，从-70°方向入射的入射光在保持定向性的状态下反射时发生强峰值的辐射角70°的光强度、与辐射角0°的光强度的强度比。如图21示出，随着高折射率粒子102b的平均粒子直径变大，强度比直线性地降低。
根据所述的结果，优选的是，构成散射部件102的高折射率粒子102b的平均粒子直径D50为，强度比成为2以下的1至10μm。
接着，说明本实施例的变形例2涉及的波长转换元件。本变形例涉及的波长转换元件，与实施例2的变形例1涉及的波长转换元件401相不同之处是，在波长转换部件304与支撑部件2之间，配置与围着波长转换部件304的散射部件102不同的散射部件。以下，对于本变形例涉及的波长转换元件，以与实施例2的变形例1涉及的波长转换元件401不同之处为中心，利用附图进行说明。
图22是示出本变形例涉及的波长转换元件501的结构的示意性的截面图。
如图22示出，本变形例涉及的波长转换元件501，在波长转换部件304与支撑部件2之间，具备与围着波长转换部件304的散射部件102不同的散射部件202。散射部件202是，所述的第二散射部件的一个例子。作为散射部件202，也可以利用与围着波长转换部件304的散射部件102不同的材料、平均粒子直径的高折射率粒子分散的散射部件。根据该结构，能够提高覆盖波长转换部件304的下表面和侧面的散射部件的结构的自由度。
并且，也可以在支撑部件2的支撑面2m，形成由电介质多层膜、金属反射膜等构成的反射膜。作为金属膜，可以利用由例如Ag等构成的膜。根据该结构，即使将波长转换部件304与支撑部件2之间的散射部件202的厚度变薄，也能够通过散射部件202和反射膜3的双重反射结构使从波长转换部件304向支撑部件2的多次反射光85a高效率地反射。进而，即使在将热导率低的透明结合材料作为波长转换部件304与支撑部件2之间的散射部件的构成材料利用的情况下，也能够将散射部件的厚度变薄，因此，能够将波长转换部件304中发生的热高效率地排热到支撑部件2。而且，在所述结构中，优选的是，将波长转换部件304与支撑部件2之间的散射部件的厚度设为1μm以上50μm以下。而且，也可以将利用所述示出的反射膜的结构用于图17示出的实施例2的结构。
进而，也可以在波长转换部件304以及散射部件102的表面，形成由电介质多层膜构成的反射防止膜160。在此情况下，也可以在支撑部件2上，形成波长转换部件304、以及在表面具有微小的凹凸102a的散射部件102之后，利用溅射等的成膜方法形成电介质多层膜。根据本变形例的结构，能够抑制入射光82的波长转换部件304的表面的反射，因此，能够将入射光82高效率地入射到波长转换部件304。而且，也可以将利用所述示出的反射防止膜的结构用于图17示出的实施例2的结构。
接着，说明本实施例的变形例3涉及的波长转换元件。本变形例涉及的波长转换元件，与实施例2的变形例1涉及的波长转换元件401不同之处是，具备能够同时实现波长转换部件304与支撑部件2之间的反射特性和散热特性的结构。以下，对于本变形例涉及的波长转换元件，以与实施例2的变形例1涉及的波长转换元件401不同之处为中心，利用附图进行说明。
图23是示出本变形例涉及的波长转换元件601的结构的示意性的截面图。
在本变形例涉及的波长转换元件601中，在支撑部件2的支撑面2m上，形成由例如Ti、Pt、Au等的金属膜构成的基底膜111，在波长转换部件304的支撑部件2侧的表面的一部分形成由Pt、Ag、Ti、Pt、Au等构成的反射膜112。而且，为了将反射膜112和基底膜111接合，将例如作为Au凸块的接合层113配置在基底膜111上。在此，对于设置有基底膜111以及接合层113的支撑部件2，利用附图进行说明。
图24是示出本变形例涉及的支撑部件2、基底膜111以及接合层113的结构的示意性的平面图。图24是支撑部件2的支撑面2m的俯视时的平面图。
如图24示出，在支撑部件2的支撑面2m的中央配置基底膜111。进而，在基底膜111上，配置接合层113。在图24所示的例子中，多个接合层113被配置在基底膜111上。接合层113的配置位置是，与被形成在波长转换部件304的反射膜112的位置对应的位置。
接着，以反射膜112与图24所示的多个接合层113的每一个接触的方式，配置波长转换部件304。据此，反射膜112与基底膜111接合。而且，在波长转换部件304与支撑部件2之间的、没有接合层113的部分配置散射部件102。也就是说，散射部件102是，所述的第二散射部件的一个例子。对于散射部件102的制造方法，能够采用利用毛管现象将散射部件浆料124配置在波长转换部件304与支撑部件2之间之后，加热的方法等。根据该结构，能够更自由地设计波长转换部件304的下表面的用于反射的结构，并且，利用接合层113能够容易将波长转换部件304中发生的热排热到支撑部件2。
接着，对于能够作为所述各个实施例以及变形例涉及的波长转换元件的支撑部件利用的材料，利用附图进行说明。
图25是示出本公开涉及的作为波长转换元件的支撑部件用的材料研究的材料以及它们的特性的图。在图25中，作为各个材料的特性，示出热膨胀系数(Thermalexpansion)、热导率(Thermal conductivity)以及反射率(Reflectance)。
例如，在作为荧光材料利用YAG、作为透明结合材料利用玻璃(Glass)的情况下，优选的是，作为支撑部件利用的材料的热膨胀系数与玻璃的热膨胀系数接近，热导率尽量高。在所述的实施例以及变形例涉及的波长转换元件中，从所述观点、以及成本的观点来作为支撑部件利用了硅(Silicon)，但是，也可以利用其他的材料。例如，作为支撑部件利用碳化硅(SiC)，从而能够更抑制波长转换部件的温度上升，因此，能够维持激发荧光体的转换效率。进而，能够使支撑部件的激发光或荧光高效率地散射并反射，并且，作为其结果能够提高发光装置的亮度。
并且，在像图11以及图12示出的实施例1的变形例1以及变形例2涉及的波长转换元件1a以及1b那样，在支撑部件2中，使入射光吸收的情况下，作为支撑部件2，利用相对于激发光的波长的光的反射率低、即吸收率高的材料即可。
(实施例3)
接着，说明实施例3涉及的波长转换元件。本实施例涉及的波长转换元件，与所述实施例以及变形例涉及的波长转换元件不同之处是，作为支撑部件利用由金刚石形成的基板。以下，以本实施例涉及的波长转换元件的支撑部件的结构以及制造方法为中心，利用附图进行说明。
图26是示出本实施例涉及的波长转换元件701的制造方法的各个工序的示意性的截面图。
如图26的截面图(a)示出，准备用于形成由金刚石形成的支撑部件702的种基板720。
接着，如图26的截面图(b)示出，在种基板720的主面上，使金刚石生长来形成支撑部件702。此时，作为金刚石的形成方法，例如，可以利用高压合成法、气相合成法等。作为气相合成法，例如，可以利用微波等离子体CVD法。在微波等离子体CVD法中能够，在减压气氛下，利用使氢以及沼气流动而由微波放电形成的等离子体，使金刚石生长。此时，调整金刚石晶体生长条件，将与构成主面的第一晶面不同的第二晶面形成在表面。其结果为，在支撑部件702形成多个倾斜部702a。
而且，如图26的截面图(c)示出，在支撑部件702的表面形成反射膜3。
接着，如图26的截面图(d)示出，通过与图7示出的工序同样的工序，将波长转换部件4形成在支撑部件702上。据此，能够构成波长转换元件701。
在本实施例涉及的波长转换元件701中，也能够获得与实施例1涉及的波长转换元件1同样的效果。进而，在波长转换元件701中，支撑部件702的热导率高，因此，在照射光强度高的激发光的情况下，也能够抑制波长转换部件4的温度上升。因此，能够抑制波长转换部件4内的荧光材料4a的转换效率的降低。因此，能够提高利用本实施例涉及的波长转换元件701的发光装置的亮度。
(实施例4)
接着，说明实施例4涉及的发光装置。本实施例涉及的发光装置，与实施例1中说明的发光装置60不同之处是，作为激发光的传播路径利用光纤。以下，对于本实施例涉及的发光装置，利用附图进行说明。
图27是示出本实施例涉及的发光装置801的结构的示意性的截面图。
如图27示出，本实施例涉及的发光装置801具备，激发光源40、透镜31、光纤36以及发光部860。
发光部860具备，波长转换元件1、固定部件50以及透镜32。
在本实施例涉及的发光装置801中，从激发光源40射出的激发光81由透镜31聚光。而且，聚光的激发光81由光纤36结合，由光纤36传播。从光纤36射出的传播光883由发光部860的透镜32转换为作为聚焦光的入射光82。入射光82照射到波长转换元件1的波长转换部件4。而且，在波长转换部件4以及支撑部件2中，转换为散射光92a和荧光93，由波长转换元件1成为白色的射出光95，从透明罩部件35射出。散射光92a是，由荧光材料4a以及支撑部件2散射并反射的光。荧光93是，由荧光材料4a波长转换的、由荧光材料4a以及支撑部件2散射的光。
此时，在发光装置801的波长转换元件1中，能够发生高亮度的射出光95，因此，能够射出定向性强的白光。进而，能够将作为不同于波长转换部件4的发热体的激发光源40与波长转换部件4热分离，因此，从波长转换部件4能够射出更高亮度的光。
(其他的变形例)
以上，对于本公开涉及的光源装置以及投光装置，根据实施例以及变形例进行了说明，但是，本公开，不仅限于所述实施例以及变形例。例如，对各个实施例以及变形例实施本领域技术人员想到的各种变形而得到的形态，在不脱离本公开的宗旨的范围内任意组合各个实施例以及变形例的构成要素以及功能来实现的形态，也包含在本公开中。
本公开涉及的波长转换元件以及发光装置，高亮度且能够容易控制照度分布，因此，有用于车辆用前照灯、聚光灯用光源等的各种照明装置等。
符号说明
1、1a、1b、1c、301、401、501、601、701 波长转换元件
2、702 支撑部件
2a、702a 倾斜部
2b 底部
2c、23 凹部
2d 边缘部
2m 支撑面
2s 光散射部
2t 顶部
3 反射膜
4、4c、304 波长转换部件
4a 荧光材料
4b 透明结合材料
11 贴紧部件
12 按压部件
12a 贯通孔
13 螺丝
24 含荧光体部件
24b 液状粘结部件
25 开口掩膜
25a 开口部
31、32 透镜
33 投射部件
35 透明罩部件
36 光纤
50 固定部件
50a 螺孔
60、60c、801 发光装置
81 激发光
82、96 入射光(激发光)
82a 中心光
82b 周边光
85、98 散射光
85a 多次反射光
91 白光
92a、92b 散射光
93 荧光
94 检测器
95 射出光
99 滤光器
101、201 投光装置
102、202 散射部件
102a 凹凸
102b 高折射率粒子
102c 透明结合材料
102d、102e 界面
111 基底膜
112 反射膜
113 接合层
124 散射部件浆料
150 真空夹头
160 反射防止膜
204d 图案

Claims (13)

1.一种波长转换元件，
所述波长转换元件具备：
支撑部件，具有支撑面；以及
波长转换部件，被配置在所述支撑面上，且包含吸收激发光来发生荧光的荧光材料，
所述支撑面具备，配置有所述波长转换部件的配置区域、以及从所述波长转换部件露出的外周区域，该外周区域是所述配置区域的外侧，
在所述外周区域，形成有在界面具有凹凸的光散射部，
在所述配置区域，在所述波长转换部件与所述支撑部件之间配置有与所述支撑部件不同的反射部件。
2.如权利要求1所述的波长转换元件，
所述支撑部件是结晶性基板。
3.如权利要求1或2所述的波长转换元件，
所述凹凸具有，被形成在所述支撑面的倾斜部，
所述凹凸的凹部的深度为1μm以上4μm以下，所述凹部的深度相对于宽度的比例为0.1以上1以下。
4.如权利要求3所述的波长转换元件，
所述光散射部的表面粗糙度为，所述配置区域的表面粗糙度以上。
5.如权利要求3或4所述的波长转换元件，
所述凹凸的顶部具有曲率。
6.如权利要求1或2所述的波长转换元件，
所述光散射部是，被配置在所述支撑面上的包含高折射率粒子以及透明结合材料的第一散射部件。
7.如权利要求6所述的波长转换元件，
所述反射部件是第二散射部件。
8.如权利要求7所述的波长转换元件，
所述第二散射部件是与所述第一散射部件不同的材料。
9.如权利要求1至8的任一项所述的波长转换元件，
所述支撑部件包含硅、碳化硅或金刚石，以作为使用材料。
10.一种发光装置，具备：
权利要求1至9的任一项所述的波长转换元件；以及
向所述波长转换元件照射所述激发光的激发光源。
11.如权利要求10所述的发光装置，
所述激发光照射到所述波长转换部件和所述光散射部。
12.如权利要求11所述的发光装置，
在所述支撑面的包含所述激发光的光轴的截面，将从所述激发光的光强度成为最大值的位置到所述激发光的光强度成为所述最大值的1/e2的位置的距离设为ω0，所述截面的所述光散射部的宽度与所述配置区域的宽度之和为2.2×2ω0以上。
13.如权利要求11或12所述的发光装置，
所述光散射部中的针对所述激发光的吸收系数为，所述配置区域中的针对所述激发光的吸收系数以上。
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