JP2015121763A - 光学部品 - Google Patents

Abstract

【課題】高い光学的精度を有しつつかつ剥離し難いダイクロイック膜を有する光学部品を提供する。
【解決手段】光学部品７０１はセラミック部材７０およびダイクロイック膜７１を有する。セラミック部材７０には、第１の主面ＳＤ１と、第１の主面と反対の第２の主面ＳＤ２とが設けられている。セラミック部材７０は透光性を有する。セラミック部材７０は、粒界部を介して互いに結合した複数の結晶粒を有する。ダイクロイック膜７１はセラミック部材の第１の主面ＳＤ１上に設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学部品に関し、特に、ダイクロイック膜を有する光学部品に関するものである。

ダイクロイック膜は、特定の波長の光を反射しその他の波長の光を透過する機能、すなわちダイクロイックミラーの機能、を有する膜である。このような機能は光学系においてしばしば求められることから、ダイクロイック膜を含む光学部品は広く用いられている。

たとえば特開２０１１−１９７２１２号公報（特許文献１）によれば、上述した光学部品として、プロジェクタ用の照明装置が有する透過型回転蛍光板（カラーホイール）が開示されている。この回転蛍光板は、円板と、円板上に設けられたダイクロイック膜と、ダイクロイック膜上に設けられた蛍光層とを有する。ダイクロイック膜は、たとえば誘電体多層膜である。円板の材料としては、石英ガラス、水晶、サファイア、光学ガラスおよび透明樹脂が例示されている。

特開２０１１−１９７２１２号公報

従来の技術では、ダイクロイック膜が円板（より一般には透光性部材）から剥離することがしばしばあり得た。特に、光学部品の使用中に大きな温度変化がある場合、熱膨張収縮に起因してこのような剥離が生じ得る。

一般に、剥離を防止するために、膜が形成される表面を粗くする処理（表面粗化）が行われることがある。しかしながら、ダイクロイック膜が形成される表面が単純に粗くされると、その上に形成されるダイクロイック膜の構造が乱れることで、所望の光学的精度が得られないことがあった。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い光学的精度を有しつつかつ剥離し難いダイクロイック膜を有する光学部品を提供することである。

本発明の一の局面に従う光学部品は、セラミック部材およびダイクロイック膜を有する。セラミック部材には、第１の主面と、第１の主面と反対の第２の主面とが設けられている。セラミック部材は透光性を有する。セラミック部材は、粒界部を介して互いに結合した複数の結晶粒を有する。ダイクロイック膜はセラミック部材の第１の主面上に設けられている。

本発明の他の局面に従う光学部品は、セラミック部材とダイクロイック膜と蛍光層と反射防止膜とを有する。セラミック部材には、焼成(As-fired)面である第１の主面と、第１の主面と反対の、研磨面である第２の主面とが設けられている。セラミック部材は透光性を有する。ダイクロイック膜はセラミック部材の第１の主面上に設けられている。蛍光層はダイクロイック膜上に設けられている。反射防止膜はセラミック部材の第２の主面上に設けられている。

本発明のさらに他の局面に従う光学部品は、セラミック部材とダイクロイック膜と蛍光層と反射防止膜とを有する。セラミック部材には、焼成(As-fired)面である第１の主面と、第１の主面と反対の、焼成(As-fired)面である第２の主面とが設けられている。セラミック部材は透光性を有する。ダイクロイック膜はセラミック部材の第１の主面上に設けられている。蛍光層はダイクロイック膜上に設けられている。反射防止膜はセラミック部材の第２の主面上に設けられている。

本発明の光学部品によれば、ダイクロイック膜は、粒界部を介して互いに結合した複数の結晶粒を有するセラミック部材上に設けられる。各結晶粒の表面は、それが焼成(As-fired)面であっても比較的平坦であり、必要であれば研磨されることでさらに平坦化することも容易にできる。よってセラミック部材の上に形成されるダイクロイック膜の構造の乱れを抑制することができる。これによりダイクロイック膜は、高い光学的精度を有する。一方、焼成面の粒界部の表面には比較的大きな起伏が自然に生じ、それが研磨された場合でも粒界部の表面には容易に起伏が生じる。これらの起伏によるアンカー効果でダイクロイック膜の剥離が抑制される。以上から、ダイクロイック膜の光学的精度を維持しつつ、ダイクロイック膜の剥離を抑制することができる。

本発明の実施の形態１における光学部品の構成を概略的に示す断面図である。 図１のセラミック部材の第１の主面の構成の例を示す部分平面図である。 図２の線ＩＩＩＡ−ＩＩＩＡに沿う概略部分断面図（Ａ）、図２の線ＩＩＩＢ−ＩＩＩＢに沿う概略部分断面図（Ｂ）、および図２の線ＩＩＩＣ−ＩＩＩＣに沿う概略部分断面図（Ｃ）である。 図１の変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２における光学部品の構成を概略的に示す断面図である。 図５の光学部品の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態３における光学部品の構成を概略的に示す断面図である。 図７の光学部品の製造方法を概略的に示すフロー図である。 本発明の実施の形態４における発光装置に用いられる光学部品の構成を概略的に示す平面図（Ａ）、および図９（Ａ）の線ＩＸＢ−ＩＸＢに沿う視野での発光装置の構成を概略的に示す断面図（Ｂ）である。 本発明の実施の形態５における発光装置の構成を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態６における発光装置の構成を概略的に示す断面図である。 図１１の変形例を示す断面図である。 前方透過率の測定方法の例を示す模式図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１を参照して、光学部品７０１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザまたはランプなどの光源からの光を扱う光学系に適用されるものである。セラミック板７０（セラミック部材）およびダイクロイック膜７１を有する。

セラミック板７０には、主面ＳＤ１（第１の主面）と、主面ＳＤ２（第１の主面と反対の第２の主面）とが設けられている。セラミック板７０は、図示されているように、平板形状を有することが好ましい。セラミック板７０の厚さ（図中、縦方向の寸法）は、たとえば０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、面積は、四角相当の場合０．１ｍｍ×０．１ｍｍ以上程度であり、強度確保のため、面積が大きいほど厚さを大きくすることが好ましい。

なお図１においては平板形状を有するセラミック板７０をセラミック部材として示すが、セラミック部材は平板形状を有するものに限定されるものではない。セラミック部材は、たとえば、その両主面または一方主面に３次元的な形状を有してもよい。このような形状として、たとえば、曲面形状(凹凸レンズ状)またはその集合体が用いられてもよい。また放熱を目的に、セラミック部材に、冷却フィンの形状が設けられたり、孔部または突起部が設けられてもよい。

セラミック板７０は透光性を有する。たとえば、透光性を重視する場合は、前方への前方透過率が３０％程度以上であることが好ましく、７０％程度以上であることがより好ましい。また透光性に比して、セラミック板７０における光の拡散性を重視する場合は、前方透過率が５０％程度以上であることが好ましい。ここで拡散性を、以下のように定義する。

拡散性 ＝ １−直線透過率／前方透過率
セラミック板７０の材料としては、酸化アルミニウム、スピネル、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）などを利用することができる。なかでも、主成分として酸化アルミニウムを含有するものが好ましい。具体的には、酸化アルミニウムを９０％以上含有することが好ましく、９９％以上含有することがより好ましい。この場合、セラミック板７０の屈折率は、たとえば１．７３以上１．７７以下程度、熱膨張係数は、たとえば６×１０^-6／Ｋ程度である。

なお上述した「前方透過率」の測定方法については、図１３に示すように、入射口を有する積分球１０１と検出器１０２とを有する分光光度計（日立ハイテク製、Ｕ−４１００）を用いて測定した。光源１０３から特定波長、たとえば波長５５５ｎｍの単色光を積分球の入射口に固定した透光性基板１００（測定試料）の表面に入射させ、測定試料を通過して背面側から積分球内に向かって放射される放射光を検出器によって検出した。前方透過率は、測定試料を通過する可視光を積分球で集光したときの光強度（Ｉ）と、測定試料を積分球に固定せずに測定したときの光強度（Ｉ０）との比率（＝Ｉ／Ｉ０）より算出した。

ダイクロイック膜７１はセラミック板７０の主面ＳＤ１上に設けられている。ダイクロイック膜７１は、具体的には、屈折率が相対的に高い膜（高屈折率膜）と低い膜（低屈折率膜）とが厚さ方向に積層されることによって構成された積層体である。積層体は無機物から作られている。積層体は、誘電体の多層膜とされることが好ましい。たとえば、高屈折率膜としてはＴｉＯ₂膜（屈折率２．２〜２．５程度）またはＴａ₂Ｏ₃（屈折率２〜２．３程度）が用いられ、低屈折率膜としてはＳｉＯ₂（屈折率１．４５〜１．４７程度）またはＭｇＦ₂（屈折率１．３８程度）が用いられる。各膜の厚さは、たとえば５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。積層体は高屈折率膜および低屈折率膜の各々を、たとえば５層以上１００層以下程度含む。このようにダイクロイック膜７１は所望の光学特性を得る上で、通常、ナノメートルオーダーの厚さの多数の膜を有する。このため、ダイクロイック膜７１が形成される主面ＳＤ１は、ダイクロイック膜７１の構造を過度に乱さないものであることが望ましい。なお、多層構造を有するダイクロイック膜の最外層の材料は、その他の層と比べて、より高い硬度を有してもよい。これにより、耐磨耗性などの機械的強度を高めることができる。硬質の材料としてはＳｉＯ₂が特に望ましい。

図２および図３を参照して、セラミック板７０は多結晶構造を有する。すなわちセラミック板７０は、図３に示すように、粒界部ＧＢを介して互いに結合した結晶粒ＣＧ１〜ＣＧ６を含む結晶粒（総称して結晶粒ＣＧともいう）を有する。

結晶粒の平均粒径は０．５〜５０μｍが好ましい。平均粒径の測定は、たとえば次のように行われる。試料の任意の箇所が光学顕微鏡によって２００倍の倍率で観察される。観察された像において、０．７ｍｍの線分上に位置する結晶数Ｎが数えられる。この場合、平均粒径は、
０．７×（４／π）／Ｎ
によって算出され得る。

次に、主面ＳＤ１の、特に好適な構成について、以下に説明する。ただし主面ＳＤ１の構成は、必ずしもこれに限定されるものではない。

主面ＳＤ１は、粒界部ＧＢに沿って延在する粒界領域ＲＢと、粒界領域ＲＢに囲まれ結晶粒ＣＧのそれぞれの上に位置する結晶領域ＲＣとを有する。たとえば、結晶粒ＣＧ１〜ＣＧ６のそれぞれの上に、粒界領域ＲＢに囲まれた結晶領域ＲＣ１〜ＲＣ６が位置している。

粒界領域ＲＢの幅は粒界部ＧＢの幅に比して大きい。粒界領域ＲＢは、結晶領域ＲＣの面積よりも小さい面積を有する。主面ＳＤ１において、結晶領域ＲＣの面積が９０％以上であり、粒界領域ＲＢの面積は１０％以下である。粒界領域ＲＢは結晶粒の構成成分を含む非晶質相あるいは、空間(気孔)で構成されている。表面粗さは、Ｒａによって定義し得る。結晶領域ＲＣは、好ましくはＲａ２０００ｎｍ以下の表面粗さを有し、より好ましくはＲａ５００ｎｍ以下の表面粗さを有する。粒界領域ＲＢは、たとえば、図３（Ａ）〜（Ｃ）の３種類の構造に分類され得る。ただし主面ＳＤ１はこれら３種類の構造の全てを必ずしも含む必要はない。また、特異的に発生する脱粒部、微細クラックなどの異相部は、光学部品としての機能に悪影響しない範囲であれば存在してもよい。

図３（Ａ）の構造においては、隣り合う結晶領域ＲＣ１およびＲＣ２の表面高さはほぼ同じであり、それらの間で粒界領域ＲＢは溝部ＴＲを有する。言い換えると、主面ＳＤ１は、互いに隣り合う結晶粒ＣＧ１およびＣＧ２の間に溝部ＴＲを有する。溝部は１０ｎｍ〜２０００ｎｍの深さを有することが好ましい。

図３（Ｂ）の構造においては、隣り合う結晶領域ＲＣ３およびＲＣ４の表面高さがずれており、それらの間で粒界領域ＲＢは側壁ＳＷを有する。言い換えると、主面ＳＤ１は、互いに隣り合う結晶粒ＣＧ３およびＣＧ４の間に側壁ＳＷを有する。側壁は１０ｎｍ〜２０００ｎｍの高さを有することが好ましい。

図３（Ｃ）の構造においては、上述した２つの構造が複合化されている。すなわち、互いに隣り合う結晶粒ＣＧ５およびＣＧ６のうち結晶粒ＣＧ６の方に、溝部ＴＲから突出した側壁ＳＷが設けられている。

次にセラミック板７０の製造方法について説明する。まずＡｌ₂Ｏ₃の粉末が準備される。この粉末へ微量の焼結助剤が添加されてもよい。次にこの粉末が成形体とされる。成形方法としては、たとえば、テープ成形法、粉末プレス法、ゲルキャスト法、インプリント法または押し出し法などの成形方法を用いることができる。成形体の形状は、たとえば板状である。あるいは成形体の形状は、レンズ状などの３次元構造であってもよい。特に、板状形状の場合はテープ成形法が、単純な３次元構造の場合は粉末プレス法が、複雑または肉厚な構造の場合はゲルキャスト法またはインプリント法が適用されることが望ましい。次にこの成形体が焼成される。焼成は大気中で行い得るが、透光性を重視する場合は、好ましくは、予め大気中で７０％程度の密度まで仮焼した後、水素雰囲気中で行うことが好ましい。また、結晶粒子径調整および焼結性制御の少なくともいずれかのために焼成工程において露点が管理されることが好ましく、特に−３０℃〜＋４０℃に管理されることが好ましい。特に、水素雰囲気中焼成において、露点管理することがより好ましい。次に、必要に応じて、焼成された成形体の表面が研磨されることで、主面ＳＤ１が設けられる。またさらに、必要に応じて同様な研磨をすることで、主面ＳＤ２が設けられる。これによりセラミック板７０が得られる。また、拡散性を重視する場合は、セラミック板７０は内部にごく少量、たとえば体積で１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍの気孔を含有することが好ましい。

研磨方法としては、機械研磨をすることで平坦面を得た後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって所定の表面粗さとすることが好ましい。ＣＭＰ条件として、粒界部ＧＢが削られやすい条件を用いることで、結晶領域ＲＣの各々の平坦性を向上させつつ、粒界領域ＲＢに十分に大きな起伏を容易に設けることができる。これら研磨を容易に行うことができる点で、セラミック板７０は平板形状を有することが好ましい。

なお上記研磨は必ずしも必要ではなく、特に透光性部材の光の拡散性を重視する場合などにあっては、焼成(As-fired)面が適用されることが望ましい。また、焼成面の表面粗さは、セラミック組成、焼結助剤、または焼成条件などによって制御することができ、その表面粗さＲａは０．０１〜１０μｍとされることが好ましい。

本実施の形態によれば、ダイクロイック膜７１は、粒界部ＧＢを介して互いに結合した結晶粒ＣＧを有するセラミック板７０上に設けられる。粒界部ＧＢの表面（粒界領域ＲＢ）は容易に起伏が生じるので、いわゆるアンカー効果により、ダイクロイック膜７１の剥離が抑制される。特にダイクロイック膜７１が設けられるセラミック板７０の主面ＳＤ１が焼成面である場合、アンカー効果がより有効に作用することで、ダイクロイック膜７１の剥離がより抑制される。一方、各結晶粒ＣＧの表面（結晶領域ＲＣ）は、それが焼成(As-fired)面であっても比較的平坦であり、必要であれば研磨されることで容易にいっそう平坦化され得るものであり、かつ主面ＳＤ１のうち大きな割合を占める。よってその上に形成されるダイクロイック膜７１の構造の乱れは小さい。よってダイクロイック膜７１は、高い光学的精度を有し得る。以上から、ダイクロイック膜７１の光学的精度を大きく損なうことなく、ダイクロイック膜７１の剥離を抑制することができる。

上記の剥離の抑制作用は、図３（Ａ）または（Ｃ）に示すように溝部ＴＲが設けられることで特に高くなる。特に後者の場合、溝部ＴＲに側壁ＳＷがさらに付加されることで、効果がより高められる。このような構造を有する面は、適宜、ＣＭＰ面、機械研磨面、焼成面およびそれらの組み合わせとした面によって形成され得る。

また本実施の形態によれば、主面ＳＤ１のほとんどが高い平坦性を有する結晶領域ＲＣによって占められていても、セラミック板７０の内部における粒界部ＧＢに起因した散乱によって、セラミック板７０を透過する光を適度に拡散させることができる。特に光源にレーザが用いられる場合、この拡散によってスペックルノイズを低減することができる。特に、拡散性を重視する場合は、平均結晶粒子径は０．５〜１０μｍとすることが好ましい。さらに、拡散性を重視する場合は、主面ＳＤ１およびＳＤ２のうち一方の表面粗さをＲａが０．００１〜２０μｍの範囲において、他方の表面粗さよりも大きくすることが望ましい。殊に、ダイクロイック膜７１などの膜が成膜されない方の主面の表面粗さを大きくすれば、膜の性能を損なうことが少ないので好ましい。

（変形例）
図４を参照して、光学部品７０１Ｖは、セラミック板７０の主面ＳＤ２上に設けられた反射防止膜７２を有する。主面ＳＤ２は、上記で詳述した主面ＳＤ１と同様のものとされる。反射防止膜７２は、たとえばＭｇＦ₂膜を含む。

本変形例によれば、剥離し難いダイクロイック膜７１だけでなく、剥離し難い反射防止膜７２も設けることができる。ここで、反射防止膜７２とは、ＬＥＤ、ＬＤ（レーザダイオード）などの光源の出力波長に対して低反射となるように設計された膜のことをいう。

（実施の形態２）
図５を参照して、光学部品７０２は、ダイクロイック膜７１上に配置された蛍光層７３を有する。蛍光層７３は蛍光体粒子を含むことが好ましい。蛍光層７３の厚さは５〜５００μｍが好ましい。蛍光体粒子の平均粒子径は、５０μｍ以下が好ましく、２〜３０μｍであることがより好ましく、５〜３０μｍであることがさらに好ましい。平均粒子径が過度に小さいと（たとえば２μｍ未満）粉末の取り扱いが困難となり、平均粒子径が過度に大きいと（たとえば３０μｍ超）蛍光層７０の均一性が劣ることで発光輝度分布が悪くなる。

蛍光層７３に用いられる蛍光体は、無機蛍光体であることが好ましい。たとえば、ＹＡＧなどの酸化物蛍光体や、窒化物または硫化物蛍光体を用い得る。用いられる蛍光体は、１種類である必要は無く、目的とする発光色をうるため、複数の色からなる蛍光体を混合して利用できる。また、その混合の比率についても、設計する発光色により適宜調整され得る。

蛍光層７３は、蛍光体粒子を結合する結合剤として、ガラスまたは樹脂を含有することが好ましく、耐久信頼性、耐熱性、耐光性または高放熱性の観点から無機ガラスを含有することが特に好ましい。低温度での焼成には、無機ガラスとしてＰｂＯ系を用いることが好ましい。非ＰｂＯ系の無機ガラスとしては、たとえばＢｉ₂Ｏ₃を用い得る。また耐湿性の観点からは、アルカリ金属酸化物およびＢｉ₂Ｏ₃などを含まないガラスを用いることが望ましい。蛍光体粒子と結合剤との比率は、体積比で９５：５から１０：９０までが好ましく、９０：１０から３０：７０までがより好ましい。結合剤の比率が過度に小さいと、蛍光体粒子間の結合力が不足し得る。蛍光体粒子の比率が過度に小さいと、所定の色度を得る為の蛍光層の厚さが過度に大きくなる。よってこれらを考慮して、所定の体積比率にすることが好ましい。蛍光層７３は、蛍光層中での適度な光散乱を生じさせる観点で、蛍光層７３の全体の体積に対して５〜４０体積％の気孔を有することが好ましい。この気孔には、製造工程での熱処理および光学部品７０２の使用中での熱変化によって蛍光層７３とセラミック板７０との間に発生する熱歪に基づく応力の大きさを低減（換言すれば吸収）する効果がある。また、無機ガラスは、蛍光層の光散乱に対して有効に作用する。

図６を参照して、光学部品７０２の製造方法について、以下に説明する。

ステップＳ１０にて、実施の形態１で説明した方法と同様に、セラミック粉末を板形状に成形して焼成工程を経ることで、セラミック板７０が形成される。

ステップＳ２０にて、セラミック板７０の主面ＳＤ１上にダイクロイック膜７１が形成される。たとえば、ＳｉＯ₂の蒸着と、ＴｉＯ₂の蒸着とが交互に繰り返される。ステップＳ３０にて、たとえばダイクロイック膜７１の形成と同様の方法によって、セラミック板７０の主面ＳＤ２上に反射防止膜７２が形成される。なおステップＳ２０およびＳ３０の順番は逆であってもよい。

ステップＳ４０にて、ダイクロイック膜７１上に蛍光層７３が形成される。たとえば、蛍光層７３の原料としての蛍光体ペーストの層がダイクロイック膜７１上にスクリーン印刷またはスピンコートによって形成される。蛍光体ペーストは、有機樹脂を有機溶剤で溶解した有機ビヒクル中に蛍光体粉末およびガラス粉末を分散させることによって準備し得る。

ステップＳ５０にて、この蛍光体ペーストが焼成される。焼成温度は、利用するガラスの軟化点以上であって、蛍光体粒子を互いに結合させるガラス溶融状態を経る温度が望ましい。また、ダイクロイック膜７１へ過度の熱ダメージが加わらないように３００℃以上９００℃以下とすることが好ましい。焼成工程における昇降温速度は、構成膜成分相互間に大きな熱ストレスが加わらないよう、過度に大きくされないことが望ましい。適宜、ガラスへかかる応力が緩和される昇降温速度が選定される。

以上により光学部品７０２が得られる。

なお上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、ダイクロイック膜７１および蛍光層７３がセラミック板７０の主面ＳＤ１上に配置される。これにより、蛍光層７３からダイクロイック膜７１の方へ発せられた蛍光は、セラミック板７０を透過することなく、ダイクロイック膜７１によって蛍光層７３の方へ戻される。よって、セラミック板７０を透過することによる減衰なしに、上記蛍光を蛍光層７３の方へ戻すことができる。

たとえば、青色の入射光を利用して、蛍光体で黄色を発光させて白色を取り出すＬＥＤの場合を想定して、以下においてより詳細に説明する。

ダイクロイック膜７１は、青色以外を高率に反射するように設計される。主面ＳＤ２から入る青色の入射光は、セラミック板７０によって入射光が拡散し光散乱されて広がりながらダイクロイック膜７１を透過して蛍光層７３中の蛍光体粒子に到達する。蛍光体粒子に到達した青色光により励起されることで、蛍光体粒子は黄色光を発光する。仮にダイクロイック膜７１がないとすると、蛍光体からの発光のうち一部が、セラミック板７０を透過して無駄になる。これに対して本実施の形態のようにダイクロイック膜７１が設けられる場合、それによって再度蛍光層７３側に光が戻される。この戻された黄色光は、青色の入射光と混合されて白色光をなし、蛍光層７３のダイクロイック膜７１と反対側に出射される。これにより、白色となるトータル発光量が大幅に改善される。

またダイクロイック膜７１が形成されるセラミック板７０の主面ＳＤ１が焼成(As-fired)面とされる場合は、蛍光層７３で発光する光が全方向に向かうため、焼成面上に形成されたダイクロイック膜７１は、研磨面ではなく焼成面上に形成されることに起因したダイクロイック膜７１の構造の乱れを有しつつも、研磨面上に形成されたダイクロイック膜７１と実質的に同程度に機能し得る。この理由は、ダイクロイック膜７１の構造の乱れによる影響が、光の反射に対してと、光の透過に対してとで異なり、反射に対しての影響の方がより小さいから、と考え得る。

一方、反射防止膜７２が形成される主面ＳＤ２は、反射防止膜７２の本来の機能を十分に発現させるためには、研磨面であることが好ましい。なぜならば、光が透過する面となる主面ＳＤ２への入射光の方向は一定とされる場合が多く、主面ＳＤ２はこの一定方向に対して所定の角度（たとえば９０°）をなす鏡面に近いことが望ましいためである。

以上から、主面ＳＤ１を焼成面とし、かつ主面ＳＤ２を研磨面とする組み合わせが、多くの場合、好ましい組み合わせである。これにより、ダイクロイック膜７１、反射防止膜７２および蛍光層７３の各々の実質的な光学的性能を十分に確保しつつ、従来より高い付着強度を確保することができる。

むろん主面ＳＤ２は研磨面に限定されるものではなく、焼成面であってもよい。この場合、反射防止膜７２の付着強度がさらに向上する。なお、焼成面上に形成された反射防止膜７２も、研磨面上に形成されたものに比して性能面でやや劣ることはあり得るにしても、反射防止効果を発現させることができる。殊に、セラミック板７０の両主面に対して入出射する光の角度が一定ではなくランダムな場合は、焼成面上の膜と研磨面上の膜との性能の差は小さくなる。

（実施の形態３）
図７を参照して、光学部品７０３は、セラミック板７０の主面ＳＤ２上に配置された蛍光層７３を有する。

図８を参照して、光学部品７０３の製造方法について、以下に説明する。

ステップＳ１０にて、実施の形態１で説明した方法と同様に、セラミック粉末を板形状に成形して焼成工程を経ることで、セラミック板７０が形成される。

ステップＳ４０にて、セラミック板７０の主面ＳＤ２上に蛍光層７３が形成される。具体的には、蛍光層７３の原料としての蛍光体ペーストが主面ＳＤ２上にスクリーン印刷される。ステップＳ５０にて、このガラスペーストが焼成される。

ステップＳ２０にて、セラミック板７０の主面ＳＤ１上にダイクロイック膜７１が形成される。たとえば、ＳｉＯ₂の蒸着と、ＴｉＯ₂の蒸着とが交互に繰り返される。これにより、光学部品７０３が得られる。

上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、ダイクロイック膜７１の形成は、蛍光層７３の焼成の後に行われる。これにより、蛍光層７３の焼成が、ダイクロイック膜７１に直接影響を及ぼすことを避けることができる。よって、ダイクロイック膜７１の光学特性のばらつきを抑制することができる。また上記焼成に起因したダイクロイック膜７１の剥離を避けることができる。

上述したように、本実施の形態においては、ダイクロイック膜７１への熱ダメージを考慮することなく、蛍光層７３の焼成温度を選択することができる。

（実施の形態４）
図９（Ａ）および（Ｂ）を参照して、発光装置９０１は、プロジェクタ（図示せず）に内蔵されるものであり、カラーホイール７０１Ｗ（光学部品）を有する。カラーホイール７０１Ｗは、セラミック板７０と、ダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂと、反射防止膜７２とを有する。本実施の形態においてはセラミック板７０は円形形状を有する。ダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂの各々は、セラミック板７０上に配置されており、ダイクロイック膜７１（実施の形態１）とほぼ同様の構成を有する。またダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂの各々は、この円形の一部をなす扇形形状を有する。

発光装置９０１は、上述したカラーホイール７０１Ｗに加えて、光源９１と、回転駆動部９２とを有する。回転駆動部９２は、カラーホイール７０１Ｗを、その円形形状の中心周りに回転駆動するものであり、たとえば電気モータである。光源９１は、カラーホイール７０１Ｗの円形形状の中心からずれた位置へ光を入射するものであり、たとえば、ＬＥＤ、レーザまたはランプである。ダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂは、互いに異なる反射特性を有している。たとえば、ダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂは、そのそれぞれからの透過光が赤、緑および青の３原色となるように構成されている。これによりプロジェクタが必要とする３原色の光を発生することができる。

カラーホイール７０１Ｗには、光源９１のオン・オフに起因した熱膨張収縮が生じる。このため、仮にダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂの各々とセラミック板７０との密着性が低いと、ダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂが剥離し得る。本実施の形態によれば、実施の形態１で説明したように、ダイクロイック膜７１Ｒ、７１Ｇおよび７１Ｂの剥離が防止される。

また光源９１にレーザが用いられる場合、レーザ光がセラミック板７０の粒界によって拡散される。これによりスペックルノイズを低減することができる。

（実施の形態５）
図１０を参照して、本実施の形態の発光装置９０２は、実施の形態２の光学部品７０２と、実装基板９３と、ＬＥＤ９４と、ケース９５と、充填部９６とを有する。実装基板９３は、回路パターンおよび外部端子（図示せず）を有する。ＬＥＤ９４は、実装基板９３に実装されており、たとえば青色ＬＥＤである。ケース９５は、実装基板９３上のＬＥＤ９４を囲んでいる。充填部９６は、ケース９５内に充填されたものであり、たとえば透明樹脂または不活性ガスである。

光学部品７０２は、ＬＥＤ９４からの光が充填部９６を経由して入射するように、ケース９５上に設けられている。光学部品７０２は、セラミック板７０の主面ＳＤ２がＬＥＤ９４に面するように配置されている。光学部品７０２の蛍光層７３は、その蛍光作用によって、ＬＥＤ９４が発する光の波長を変換して発光装置９０２の外部へ（図中、上方へ）発する機能を有する。ただし、変換された光の一部はＬＥＤ９４の方へ（図中、下方へ）逆行する。ダイクロイック膜７１は、この光を発光装置９０２の外部へ（図中、上方へ）向けて反射することによって、発光装置９０２の効率を向上させる。たとえば、ＬＥＤ９４は青色ダイオードであり、蛍光層７３は青色を黄色などのより長波長の光に変換する層である。この構成により発光装置９０２は白色光を発し得る。

本実施の形態によれば、蛍光層７３からの発光（たとえば黄色光）のうち出射方向に対して逆行するものが、ダイクロイック膜７１によって出射方向へと反射される。これにより、蛍光層７３での発光を発光装置９０２の外部へ効率よく発射することができる。

（実施の形態６）
図１１を参照して、本実施の形態の発光装置９０３は、実施の形態３の光学部品７０３と、実装基板９３と、ＬＥＤ９４と、ケース９５と、充填部９６とを有する。光学部品７０３は、セラミック板７０の主面ＳＤ１がＬＥＤ９４に面するように配置されている。

上記以外の構成については、上述した実施の形態５の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

光学部品７０３には、ＬＥＤ９４のオン・オフに起因した熱膨張収縮が生じる。このため、仮にダイクロイック膜７１とセラミック板７０との密着性が低いと、ダイクロイック膜７１が剥離し得る。本実施の形態によれば、実施の形態１で説明したように、ダイクロイック膜７１の剥離が防止される。

また本実施の形態によれば、蛍光層７３からの発光（たとえば黄色光）のうち出射方向に対して逆行するものが、ダイクロイック膜７１によって出射方向へと反射される。これにより、蛍光層７３での発光を発光装置９０２の外部へ効率よく発射することができる。

また実施の形態３で説明した理由により、ダイクロイック膜７１の光学特性のばらつきを抑制することができる。これにより発光装置９０３の発光特性のばらつきを抑制することができる。

（変形例）
図１２を参照して、本変形例の発光装置９０３Ｖは、ケース９５（図１１）の代わりにケース９５Ｖを有する。ケース９５Ｖは、光学部品７０３の縁部を囲むように厚さ方向に突出した部分（図１２におけるケース９５Ｖの右上部および左上部）を有する。言い換えれば、ケース９５Ｖは、光学部品７０３が収められるざぐり部を有する。本変形例によれば、光学部品７０３がケース９５Ｖにより安定的に保持される。

また本変形例は、図１１の構造においてセラミック板７０の厚みによって横方向へ出射していた光成分を、縁部の囲み部によりセラミック板７０の内部へ戻し発光装置９０３Ｖの前方方向に有効に出射することが可能な構造である。

なお図１０〜図１２の構造にあっては、ＬＥＤ９４で発光した光が、光学部品７０２または７０３とケース９５または９５Ｖの内壁とで多数回反射を繰り返した後にダイクロイック膜７１に入射する場合がある。その場合、ダイクロイック膜７１への入射光がダイクロイック膜７１となす角度は、一定ではなくランダムとなる。

本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。たとえば、ＬＥＤは青色に限定されず、緑色、赤色などを利用することが可能であり、また、蛍光体粒子の変換発光波長についても限定されるものではない。

７０ セラミック板（セラミック部材）
７０１，７０１Ｖ，７０２，７０３ 光学部品
７０１Ｗ カラーホイール（光学部品）
７１，７１Ｒ，７１Ｇ，７１Ｂ ダイクロイック膜
７２ 反射防止膜
７３ 蛍光層
９０１〜９０３ 発光装置
９１ 光源
９２ 回転駆動部
９３ 実装基板
９４ ＬＥＤ
９５ ケース
９６ 充填部
ＣＧ，ＣＧ１〜ＣＧ６ 結晶粒
ＧＢ 粒界部
ＲＢ 粒界領域
ＲＣ，ＲＣ１〜ＲＣ６ 結晶領域
ＳＤ１ 主面（第１の主面）
ＳＤ２ 主面（第２の主面）
ＳＷ 側壁
ＴＲ 溝部

Claims (17)

1. 第１の主面と前記第１の主面と反対の第２の主面とが設けられ、透光性を有し、粒界部を介して互いに結合した複数の結晶粒を有するセラミック部材と、
   前記セラミック部材の前記第１の主面上に設けられたダイクロイック膜と、
   を備える、光学部品。
2. 前記第１の主面は、前記粒界部に沿って延在する粒界領域と、前記粒界領域に囲まれ前記結晶粒のそれぞれの上に位置する複数の結晶領域とを有し、前記粒界領域は、前記結晶領域の面積よりも小さい面積を有する、請求項１に記載の光学部品。
3. 前記第１の主面の前記結晶領域はＲａ２０００ｎｍ以下の表面粗さを有する、請求項２に記載の光学部品。
4. 前記第１の主面の前記結晶領域はＲａ５００ｎｍ以下の表面粗さを有する、請求項２に記載の光学部品。
5. 前記第１の主面は、前記結晶粒のうち互いに隣り合う結晶粒の間に溝部を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学部品。
6. 前記溝部は１０ｎｍ〜２０００ｎｍの深さを有する、請求項５に記載の光学部品。
7. 前記互いに隣り合う結晶粒のうちの一方に、前記溝部から突出した側壁が設けられている、請求項５または６に記載の光学部品。
8. 前記セラミック部材は主成分として酸化アルミニウムを含有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の光学部品。
9. 前記セラミック部材の前記第２の主面上に設けられた反射防止膜をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学部品。
10. 前記セラミック部材の前記第２の主面上に設けられた蛍光層をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学部品。
11. 前記ダイクロイック膜上に設けられた蛍光層をさらに備える、請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学部品。
12. 前記蛍光層は無機ガラスを含有する、請求項１０または１１に記載の光学部品。
13. 前記蛍光層は、前記蛍光層の全体の体積に対して５〜４０体積％の気孔を有する、請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の光学部品。
14. 前記蛍光層は、５μｍ〜３０μｍの平均粒子径を有する蛍光体粒子を含む、請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の光学部品。
15. 前記セラミック部材の前記第１の主面は焼成(As-fired)面である、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の光学部品。
16. 焼成(As-fired)面である第１の主面と、前記第１の主面と反対の、研磨面である第２の主面とが設けられ、透光性を有するセラミック部材と、
    前記セラミック部材の前記第１の主面上に設けられたダイクロイック膜と、
    前記ダイクロイック膜上に設けられた蛍光層と、
    前記セラミック部材の前記第２の主面上に設けられた反射防止膜とを備える、光学部品。
17. 焼成(As-fired)面である第１の主面と、前記第１の主面と反対の、焼成(As-fired)面である第２の主面とが設けられ、透光性を有するセラミック部材と、
    前記セラミック部材の前記第１の主面上に設けられたダイクロイック膜と、
    前記ダイクロイック膜上に設けられた蛍光層と、
    前記セラミック部材の前記第２の主面上に設けられた反射防止膜とを備える、光学部品。

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