JP2016178087A - 蛍光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができ、従って、高い発光効率が得られる蛍光光源装置を提供する。
【解決手段】励起光によって励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、前記波長変換部材は、蛍光体が含有されてなる蛍光部材と、当該蛍光部材上に形成されたフォトニック構造部とからなり、当該フォトニック構造部の表面が当該波長変換部材における蛍光出射面とされており、前記フォトニック構造部は、薄膜部と、この薄膜部上に形成された複数の凸部とを有し、複数の凸部が二次元周期的に配列されてなる周期構造により形成されており、当該複数の凸部が、前記蛍光部材から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有する金属酸化物の層において形成されていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、励起光によって蛍光体を励起することにより、当該蛍光体から蛍光を放射する蛍光光源装置に関する。

従来、蛍光光源装置としては、レーザ光を励起光として蛍光体に照射し、当該蛍光体から蛍光を放射する構成のものが知られている。
このような蛍光光源装置の或る種のものは、図８に示すように、裏面に放熱用フィン６５ａを有する放熱部材６５が設けられたＡＩＮ焼結体よりなる基板６２の表面に、硫酸バリウム層６３を介してＹＡＧ焼結体よりなる蛍光部材６１が配置されてなる波長変換部材を備えている（例えば、特許文献１参照）。この蛍光光源装置においては、蛍光部材６１の表面が、波長変換部材における励起光受光面とされていると共に蛍光出射面とされている。

しかしながら、このような蛍光光源装置においては、蛍光部材６１の内部において生じた蛍光を高い効率で蛍光出射面から出射させることができないため、蛍光を有効に利用することができない、という問題がある。しかも、蛍光出射面から出射させることのできない蛍光によって蛍光部材６１が加熱されて蛍光体自体が高温となり、それに起因して温度消光が生じることから、十分な蛍光光束が得られなくなる。

而して、蛍光光源装置においては、蛍光出射面からの蛍光の出射効率を改善するために、波長変換部材における蛍光出射面とされる表面に、凸部が周期的に配列されてなる周期構造を設ける技術が知られている。
しかしながら、蛍光部材がＹＡＧ焼結体などの単結晶または多結晶からなる蛍光体によって構成されるものであることから、蛍光部材自体に微細な凹凸構造を所期の寸法で形成することは困難である。
そこで、蛍光部材上に、高分子材料などの加工容易性を有する材料よりなり、表面に凸部が配列された周期構造体層を積層し、この周期構造体層によって周期構造を構成することが検討されている。しかしながら、特に周期構造体層の表面を蛍光出射面とすると共に励起光受光面として利用する場合において、励起光であるレーザ光の熱によって周期構造体層の形状が変形し、その変形に起因して波長変換部材における蛍光出射面からの蛍光の出射効率が低下してしまう、という問題がある。

特開２０１１−１９８５６０号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、波長変換部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができ、従って、高い発光効率が得られる蛍光光源装置を提供することにある。

本発明の蛍光光源装置は、励起光によって励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、
前記波長変換部材は、蛍光体が含有されてなる蛍光部材と、当該蛍光部材上に形成されたフォトニック構造部とからなり、当該フォトニック構造部の表面が当該波長変換部材における蛍光出射面とされており、
前記フォトニック構造部は、薄膜部と、この薄膜部上に形成された複数の凸部とを有し、複数の凸部が二次元周期的に配列されてなる周期構造により形成されており、当該複数の凸部が、前記蛍光部材から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有する金属酸化物の層において形成されていることを特徴とする。

本発明の蛍光光源装置においては、波長変換部材が、蛍光部材と、当該蛍光部材上に形成されたフォトニック構造部とからなり、当該フォトニック構造部が、当該蛍光部材から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有する、金属酸化物よりなる無機化合物層により構成されてなるものである。そして、フォトニック構造部を構成する無機化合物層が優れた加工性（加工容易性）を有するものであることから、フォトニック構造部を所期のフォトニック構造（周期構造）を有するものにできる。その結果、蛍光部材を構成する蛍光体から放射される蛍光を高い効率によって波長変換部材の蛍光出射面であるフォトニック構造部の表面から外部に取り出すことができる。しかも、波長変換部材から蛍光を高い効率で取り出すことができるため、蛍光出射面から出射させることのできない蛍光によって蛍光部材が加熱されることが抑制される。そのため、波長変換部材における蛍光部材の温度上昇が抑制されることから、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。また、フォトニック構造部は、励起光が照射されることに起因して生じる熱の影響によって形状が変形することがない。そのため、波長変換部材においては、長期間にわたって蛍光出射面から蛍光を高い効率で取り出すことができる。
従って、本発明の蛍光光源装置によれば、波長変換部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができることから、高い発光効率が得られる。
また、フォトニック構造部が薄膜部と凸部とを有することにより、フォトニック構造部と蛍光部材との間に高い密着性が得られるため、フォトニック構造部と蛍光部材との間に剥離が生じることが抑制される。

本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材の構成を示す説明用断面図である。 図２の蛍光発光部材における波長変換部材を拡大して示す説明用拡大図である。 図３の波長変換部材のフォトニック構造部の表面構造を示す説明用部分断面図である。 本発明の蛍光光源装置の製造方法の一例における波長変換部材形成工程を示す説明図であって、（ａ）は、蛍光部材を示す説明用断面図であり、（ｂ）は、蛍光部材上に無機化合物層が形成された状態を示す説明用断面図である。また、（ｃ）は、ソフトモールドを示す説明図であり、（ｄ）は、無機化合物層上に形成されたレジスト膜にソフトモールドを押し付けた状態を示す説明用断面図であり、（ｅ）は、無機化合物層上にレジストパターン膜が形成された状態を示す説明用断面図である。また、（ｆ）は、無機化合物層がエッチング処理された状態を示す説明用断面図であり、（ｇ）は、得られた波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。 図５に係る波長変換部材形成工程を経ることによって得られた波長変換部材のＳＥＭ写真である。 本発明の蛍光光源装置の他の例における波長変換部材のフォトニック構造部の表面構造を示す説明用断面図である。 従来の蛍光光源装置における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。

以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図であり、図２は、図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材の構成を示す説明用断面図である。また、図３は、図２の蛍光発光部材における波長変換部材を拡大して示す説明用拡大図であり、図４は、図３の波長変換部材のフォトニック構造部の表面構造を示す説明用部分断面図である。
この蛍光光源装置１０は、図１に示すように、レーザダイオード１１と、このレーザダイオード１１に対向して配置された、当該レーザダイオード１１から出射されるレーザ光である励起光Ｌによって励起されて蛍光Ｌ１を出射する波長変換部材２１を有する蛍光発光部材２０とを備えている。
レーザダイオード１１と蛍光発光部材２０との間における当該レーザダイオード１１に接近した位置には、レーザダイオード１１から入射された励起光Ｌを平行光線として出射するコリメータレンズ１５が配置されている。また、コリメータレンズ１５と蛍光発光部材２０との間には、レーザダイオード１１からの励起光Ｌを透過すると共に蛍光発光部材２０における波長変換部材２１からの蛍光Ｌ１を反射するダイクロイックミラー１６が、コリメータレンズ１５の光軸に対して例えば４５°の角度で傾斜した姿勢で配置されている。
ここに、図１においては、１つのレーザダイオード１１の光を用いているが、レーザダイオード１１が複数あり、蛍光発光部材２０における波長変換部材２１の前に集光レンズを配置させ、集光光を当該波長変換部材２１に照射する形態であってもよい。また、励起光Ｌはレーザダイオード１１による光に限るものではなく、波長変換部材２１における蛍光体を励起することができるものであれば、ＬＥＤによる光を集光したものでもよく、更には、水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。尚、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。

蛍光発光部材２０は、図２に示すように、矩形平板状の基板３１の表面（図２における上面）上に、略円板状の波長変換部材２１が設けられたものである。
この波長変換部材２１は、図３および図４に示すように、円板状の蛍光部材２２と、この蛍光部材２２の表面（図３および図４における上面）上に形成された、略円板状のフォトニック構造部２３を有している。
波長変換部材２１においては、フォトニック構造部２３の表面（図２〜図４における上面）が、励起光受光面とされていると共に、蛍光出射面とされている。
また、波長変換部材２１の裏面、すなわち蛍光部材２２の裏面（図２〜図３における下面）には、多層膜よりなる光反射膜３３が設けられている。また、波長変換部材２１の側面には、環状の拡散反射部材３４が、当該側面に密着した状態で設けられている。拡散反射部材３４としては、例えばシリコーンと、アルミナおよびチタニア等の拡散粒子との混合物よりなるもの、またはアルカリ金属元素を含むセラミックのペースト等を乾燥させたものなどが用いられる。このように、波長変換部材２１は、光反射膜３３および拡散反射部材３４が設けられることにより、裏面および側面に反射機能を有するものとされている。更に、光反射膜３３と基板３１との間には、接合部材（図示省略）が介在されており、当該接合部材によって波長変換部材２１が基板３１上に接合されている。接合部材としては、排熱性の観点から、半田、銀焼結材などが用いられる。また、基板３１の裏面には、例えば銅などの金属よりなる放熱部材３９が配置されている。この放熱部材３９には、放熱用フィン３９ａが設けられている。

波長変換部材２１を構成するフォトニック構造部２３は、蛍光出射面すなわちフォトニック構造部２３の表面に、複数の凸部２５が二次元周期的に配列されてなる周期構造２４が形成されてなるものである。この周期構造２４により、フォトニック構造が構成されている。
ここに、本発明において、フォトニック構造とは、二次元周期構造を示し、具体的には、フォトニック構造部の表面において、複数の凸部が二次元的かつ周期的に配列されてなる凹凸構造を示す。
この図の例において、フォトニック構造部２３における周期構造２４は、略円錐状の凸部２５が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。

また、周期構造２４において、周期ｄは、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲（ブラッグの条件）の大きさとされる。
具体的には、周期構造２４の周期ｄは、蛍光体から放射される蛍光のピーク波長を、周期構造２４を構成する材料（具体的には、無機化合物層）の屈折率で割った値（以下、「光学長さ」という。）または光学長さの数倍程度の値である。
本発明において、周期構造の周期とは、周期構造において互いに隣接する凸部間の中心間距離（ｎｍ）を意味する。
周期構造２４の周期ｄが蛍光部材２２内で生じる蛍光Ｌ１の回折が発生する範囲の大きさとされることにより、蛍光部材２２の表面から蛍光Ｌ１を高い効率で外部に出射することができる。

また、周期構造２４における周期ｄに対する凸部２５の高さｈの比（ｈ／ｄ）であるアスペクト比（以下、「周期構造アスペクト比」ともいう。）は、０．２以上であることが好ましい。
周期構造２４におけるアスペクト比が０．２以上とされることにより、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光を高い効率によって波長変換部材２１の蛍光出射面であるフォトニック構造部２３の表面から外部に取り出すことができる。
また、周期構造２４におけるアスペクト比が０．２以上とされることによれば、フォトニック構造部２３の表面、すなわち波長変換部材２１の表面において励起光Ｌが反射することを抑制することができる。そのため、フォトニック構造部２３の表面に励起光Ｌが照射されたときに、励起光Ｌを蛍光部材２２内に十分に取り込むことができる。

そして、フォトニック構造部２３は、金属酸化物よりなり、蛍光部材２２から遠ざかる方向（図２〜図４における上方）に伸びる柱状構造を有する無機化合物層（以下、「特定無機化合物層」ともいう。）により構成されてなるものである。すなわち、フォトニック構造部２３は、特定無機化合物層の表面に周期構造２４が形成されてなるものである。
このフォトニック構造部２３を構成する特定無機化合物層は、複数の柱状単位（無機化合物柱状単位）よりなり、これらの複数の柱状単位の各々が蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸び、また互いに隣接する柱状単位間に微小空間が形成された多孔性のものである。

また、フォトニック構造部２３においては、周期構造２４を構成する複数の凸部２５の各々が柱状単位により構成されていることが好ましい。すなわち、凸部２５は、１つの柱状単位よりなるものであることが好ましい。
凸部２５を柱状単位により構成することにより、後述の蛍光光源装置の製造方法（波長変換部材形成工程）によって当該凸部２５を確実に所期の形状を有するものとすることができる。

フォトニック構造部２３を構成する特定無機化合物層の材質の具体例としては、アルミナ（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ₂ ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂ ）、酸化タングステン（ＷＯ₃ ）、酸化イットリウム（Ｙ₂ Ｏ₃ ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ₂ ）、酸化タンタル（Ｔａ₂ Ｏ₅ ）、酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）、酸化ニオブ（Ｎｂ₂ Ｏ₅ ）などの金属酸化物、およびジルコニア（ＺｒＯ₂ ）と酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）との混合物などが挙げられる。これらのうちでは、蛍光体（ＬｕＡＧ、ＹＡＧ）の熱膨張係数（６×１０^-6〜８×１０^-6／Ｋ）に近似した熱膨張係数を有するものであることから、ジルコニア（熱膨張係数１０．５×１０^-6／Ｋ）、酸化インジウムスズ（熱膨張係数６．８×１０^-6／Ｋ）および酸化チタン（熱膨張係数７．９×１０^-6／Ｋ）が好ましい。特に、ジルコニアは、吸収係数が小さい（具体的には、１３ｃｍ^-1（波長５５０ｎｍの光に関する吸収係数））ことから更に好ましい。

また、フォトニック構造部２３を構成する特定無機化合物層は、屈折率が大きいものであることが好ましい。具体的には、屈折率が蛍光部材２２の屈折率の値以上であることが好ましい。屈折率が蛍光部材２３の屈折率の値より高い特定無機化合物層によってフォトニック構造部２３を構成することによれば、蛍光部材２２とフォトニック構造部２３と界面に入射した蛍光は、当該界面を透過することによって屈折が生じる。そのため、蛍光の進行方向が蛍光部材２２とフォトニック構造部２３との界面において変更されることから、蛍光が波長変換部材２１の内部に閉じ込められることが抑制され、その結果、蛍光をフォトニック構造部２３の表面から外部に高い効率で出射することができる。
また、特定無機化合物層として蛍光部材２２より高屈折率のものを用いることによれば、周期ｄが小さい周期構造２４を形成することが可能となる。従って、周期構造２４を構成する凸部２５としてアスペクト比（周期構造アスペクト比）が大きくても高さが小さいものを設計することができるので、周期構造２４の形成が容易となる。例えば、後述する波長変換部材形成工程において、ソフトモールドの作製やレジストパターン膜の形成作業（インプリント作業）を容易に行うことができる。

また、フォトニック構造部２３の厚みは、例えば０．０５〜１．０μｍである。
この図の例において、フォトニック構造部２３の厚みは、凸部２５の高さｈである。

蛍光部材２２は、蛍光体が含有されてなるものであり、具体的には、単結晶または多結晶の蛍光体よりなるもの、または単結晶または多結晶の蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体よりなるものである。すなわち、蛍光部材２２は、単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されたものである。
ここに、蛍光部材２２として用いられる蛍光体とセラミックバインダーとの混合物の焼結体においては、セラミックバインダーとしてナノサイズのアルミナ粒子が用いられる。そして、この焼結体は、蛍光体１００質量％に対して数質量％〜数十質量％のセラミックバインダーを混合し、その混合物をプレスした後、焼成することによって得られるものである。
蛍光部材２２が単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されたものであることにより、蛍光部材２２は高い熱伝導性を有するものとなる。そのため、蛍光部材２２においては励起光Ｌの照射によって発生した熱が効率よく排熱されることから、蛍光部材２２が高温となることが抑制される。

蛍光部材２２を構成する単結晶の蛍光体は、例えば、チョクラルスキー法によって得ることができる。具体的には、坩堝内において種子結晶を溶融された原料に接触させ、この状態で、種子結晶を回転させながら鉛直方向に引き上げて当該種子結晶に単結晶を成長させることにより、単結晶の蛍光体が得られる。
また、蛍光部材２２を構成する多結晶の蛍光体は、例えば以下のようにして得ることができる。先ず、母材、賦活材および焼成助剤などの原材料をボールミルなどによって粉砕処理することによって、サブミクロン以下の原材料微粒子を得る。次いで、この原材料微粒子を例えばスリップキャスト法によって焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が例えば０．５％以下の多結晶の蛍光体が得られる。

蛍光部材２２を構成する蛍光体の具体例としては、ＹＡＧ（Ｙ₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂）、ＬｕＡＧ、（Ｌｕ₃ Ａｌ₅ Ｏ₁₂）、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ₃ ：Ｅｕ）およびＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ₃ ：Ｅｕ）などが挙げられる。

また、蛍光部材２２の厚みは、励起光Ｌと蛍光の変換効率（量子収率）および排熱性の観点から、例えば０．０５〜２．０ｍｍである。

基板３１を構成する材料としては、樹脂に金属微粉末を混入させた放熱接着剤を介したアルミ基板などを用いることができる。また、基板３１の厚みは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。

以上のような構成の蛍光光源装置１０は、例えば、波長変換部材２１を、以下に説明する特定の工程を経ることによって得ることにより、製造することができる。
具体的に、波長変換部材２１は、蛍光部材２２上に、この蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有する無機化合物層を形成し、この無機化合物層の表面をエッチング処理する工程（以下、「波長変換部材形成工程」ともいう。）を経ることによって得られる。

波長変換部材形成工程について、図５を用いて具体的に説明する。
図５に示す波長変換部材形成工程を経ることによって得られる波長変換部材２１は、図５（ｇ）に示されているように、フォトニック構造部２３の構成が図１に係る波長変換部材２１とは異なるものである。すなわち、図５（ｇ）に係る波長変換部材２１は、フォトニック構造部２３が、薄膜部４２と、この薄膜部４２上に設けられた複数（図５（ｇ）においては２つ）の凸部４３とにより構成されている。また、複数の凸部４３が円錐台状の形状を有しており、これらの複数の凸部４３が互いに離間した状態で一定の間隔で配列されている。そして、薄膜部４２および複数の凸部４３により、フォトニック構造部２３の表面（図５（ｇ）における上面）に、複数の凸部４３が二次元周期的に配列されてなる周期構造４１が形成されている。

先ず、図５（ａ）に示すように、蛍光部材２２を用意し、有機溶剤にて洗浄する。
この図の例において、蛍光部材２２は、直径５０．８ｍｍ、厚み０．１３ｍｍの円形平板状の形状を有しており、表面および裏面が研磨処理されたものである。

次いで、図５（ｂ）に示すように、蛍光部材２２の表面（図５（ｂ）における上面）の全面に、フォトニック構造部２３を形成するための無機化合物層（以下、「フォトニック構造部形成層」ともいう。）２３Ａを構成する。このフォトニック構造部形成層２３Ａは、金属酸化物よりなり、蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有する無機化合物層であり、表面（図５（ｂ）における上面）が略平坦なものである。
フォトニック構造部形成層２３Ａの形成方法としては、スパッタ法が好適に用いられる。
スパッタ法によれば、スパッタ条件を調整することにより、得られるスパッタ膜の形態を制御することができるため、所期の柱状構造を有するフォトニック構造部形成層２３Ａを容易に得ることができる。
ここに、本発明において、「スパッタ法」とは、反応性スパッタ法を含む概念である。反応性スパッタ法によってスパッタ膜を形成する場合においては、反応性スパッタ装置が用いられる。

そして、得られるフォトニック構造部形成層２３Ａにおいては、当該フォトニック構造部形成層２３Ａを形成する柱状単位が、横幅に対する縦幅の比（以下、「柱状単位アスペクト比」ともいう。）が、１．３以上であることが好ましい。
フォトニック構造部形成層２３Ａにおける柱状単位アスペクト比が上記の範囲とされることにより、当該フォトニック構造部形成層２３Ａがエッチング法による加工性がより一層優れたものとなるため、フォトニック構造部２３を所期の形状を有するものとすることができる。

スパッタ法によってフォトニック構造部形成層２３Ａを形成するためには、スパッタ条件を制御することが必要とされる。
具体的には、蛍光部材２２とターゲット物質との間に印加される高周波電圧を低くすると共に、不活性ガスの流量を小さくすることが好ましい。
印加する高周波電圧を小さくすることによれば、スパッタ膜の形成時における蛍光部材２２の温度を低くすることができる。そのため、蛍光部材２２上に形成されるスパッタ膜における再結晶化を抑制し、よって得られるスパッタ膜を、所期の柱状構造を有するものとすることができる。
不活性ガスの流量を比較的小さくすることによれば、蛍光部材２２上に形成されるスパッタ膜を緻密なもの、具体的には柱状単位アスペクト比が大きくて、柱状単位間に微細空間が形成された多孔性のものとすることができると共に、高屈折率のものとすることができる。
また、スパッタ膜を高屈折率のものとするためには、不活性ガスと共に酸素ガスを導入することが好ましい。
具体的に、スパッタ装置を用い、フォトニック構造部形成層２３Ａとしてジルコニアのスパッタ膜を形成する場合においては、蛍光部材２２とターゲット物質（ジルコニア）との間に印加される高周波電力は、４５０Ｗ以下であることが好ましく、更に好ましくは２５０Ｗ以下である。
また、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスの流量は、１〜２０ｓｃｃｍであることが好ましい。また、必要に応じて不活性ガスと共に導入される酸素ガスの流量は、０．１〜３ｓｃｃｍであることが好ましい。
この図の例において、フォトニック構造部形成層２３Ａは、ジルコニアのスパッタ膜よりなり、厚みが６００ｎｍ程度（具体的には５５０ｎｍ）のものである。また、このフォトニック構造部形成層２３Ａは、スパッタ装置を用い、ジルコニアをターゲット物質とし、高周波電力が２５０Ｗ、不活性ガスとしてのアルゴンガスの流量が２０ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量が０．５ｓｃｃｍの形成条件により、４時間かけて形成されたものである。このスパッタ膜の成膜中において、蛍光部材２２の温度（表面温度）は１００℃以下であった。

その後、蛍光部材２２上に形成されたフォトニック構造部形成層２３Ａの表面（図５（ｂ）における上面）に、例えばスピンコート法によってレジスト膜を得、このレジスト膜をナノインプリント法によりパターニングする。

ナノインプリント法によってレジスト膜にパターンニングする手法としては、先ず、図５（ｃ）に示すように、形成すべきフォトニック構造部２３における周期構造４１に対応するパターン（具体的には、複数の凹部５２が配列されてなるパターン）を有するソフトモールド５１を形成する。ソフトモールド５１としては、例えば熱硬化型材料よりなるもの、または紫外線硬化型材料よりなるものなどが用いられる。
そして、ナノインプリント装置を用い、図５（ｄ）に示すように、フォトニック構造部形成層２３Ａ上に形成されたレジスト膜にソフトモールド５１を押し付けることにより、当該レジスト膜に、ソフトモールド５１に形成されたパターンを転写する。これにより、図５（ｅ）に示すように、フォトニック構造部形成層２３Ａ上に、周期４６０ｎｍのレジストパターン膜２７が形成される。
この図の例において、レジストパターン膜２７は、フォトニック構造部形成層２３Ａの表面全面を覆うように形成されており、フォトニック構造部形成層２３Ａの表面に形成された薄膜部２８Ａと、この薄膜部２８Ａ上に形成された複数の凸部２８Ｂとを有している。そして、この複数の凸部２８Ｂが、形成すべきフォトニック構造部２３の周期構造４１を構成する凸部４３に対応する一定の間隔（周期（凸部２８Ｂ間の中心間距離）が４６０ｎｍの等間隔）で配設されたものである。

そして、表面にレジストパターン膜２７が形成されたフォトニック構造部形成層２３Ａに対して、ドライエッチング処理を施すことにより、図５（ｆ）に示すように、表面（図５（ｆ）における上面）に周期構造４１を有するフォトニック構造部２３を得る。
ドライエッチング処理の手法の具体例としては、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma：誘電結合方式）エッチング法が挙げられる。
このＩＣＰエッチング法によって周期構造４１を形成するための形成条件としては、当該周期構造４１の形状（具体的には、例えば凸部４３の形状および周期構造アスペクト比等）などに応じ、また必要に応じてフォトニック構造部形成層２３Ａの材質および柱状単位アスペクト比などを考慮して適宜に定められる。
具体的には、エッチングガスとしては、例えばシランガス（ＳｉＨ₄ ）、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ₄ ）、ジボランガス（Ｂ₂ Ｈ₆ ）および三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ₃ ）などが用いられる。また、高周波電力は、１００〜７００Ｗとされ、バイアス電力は、１〜３０Ｗとされる。
この図の例において、フォトニック構造部２３の周期構造４１は、ＩＣＰエッチング法により、エッチングガスとして三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ₃ ）を用い、高周波電圧が７００Ｗ、バイアス電力が２０Ｗの形成条件によって、処理時間３５０ｓｅｃで形成されたものである。

その後、形成されたフォトニック構造部２３上に残されたレジストパターン膜２７の残膜２７Ａを、有機溶剤にて除去することにより、図５（ｇ）に示すような構成の波長変換部材２１を得る。
この図の例において、得られた波長変換部材２１のＳＥＭ写真を図６に示す。この波長変換部材２１の柱状単位アスペクト比は、９．３であった。

そして、このようにして得られた波長変換部材２１を、必要に応じて光反射膜３３および拡散反射部材３４を設けた状態で基板３１上に接合することによって蛍光発光部材２０を得、この蛍光発光部材２０、レーザダイオード１１およびその他の構成部材を適宜の位置に配設することによって蛍光光源装置１０が製造される。

蛍光光源装置１０において、レーザダイオード１１から出射されたレーザ光である励起光Ｌは、コリメータレンズ１５によって平行光線とされる。その後、この励起光Ｌは、ダイクロイックミラー１６を透過して蛍光発光部材２０における波長変換部材２１の励起光受光面すなわちフォトニック構造部２３の表面に対して略垂直に照射され、当該フォトニック構造部２３を介して蛍光部材２２に入射される。そして、蛍光部材２２においては、当該蛍光部材２２を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光部材２２において蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光出射面すなわちフォトニック構造部２３の表面から出射され、ダイクロイックミラー１６によって垂直方向に反射された後、蛍光光源装置の外部に出射される。

このような蛍光光源装置１０においては、波長変換部材２１が蛍光部材２２の表面にフォトニック構造部２３が形成されたものであり、このフォトニック構造部２３の表面によって励起光受光面および蛍光出射面が構成されている。そして、フォトニック構造部２３の表面には、略円錐状の凸部２５が二次元周期的に配列されてなる周期構造２４が形成されている。そのため、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光を高い効率によって波長変換部材２１の蛍光出射面であるフォトニック構造部２３の表面から外部に取り出すことができる。しかも、波長変換部材２１から蛍光を高い効率で取り出すことができるため、蛍光出射面から出射させることのできない蛍光によって蛍光部材２２が加熱されることが抑制される。そのため、波長変換部材２１における蛍光部材２２の温度上昇が抑制されることから、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。
しかも、フォトニック構造部２３は、その材質が無機化合物（金属酸化物）であることから、励起光Ｌであるレーザ光の熱などの熱の影響によって形状が変形することがない。そのため、波長変換部材２１においては、長期間にわたって蛍光出射面から蛍光を高い効率で取り出すことができる。
従って、蛍光光源装置１０によれば、波長変換部材２１の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができることから、高い発光効率が得られる。

また、この蛍光光源装置１０は、波長変換部材２１が、蛍光部材２２とフォトニック構造部２３とからなるものであることから、蛍光部材２２を周期構造が形成されたものとする必要がない。しかも、フォトニック構造部２３を構成する特定無機化合物層が優れた加工性（加工容易性）を有するものである。そのため、波長変換部材形成工程を経ることにより、所期の形状を有する周期構造２４を容易に形成することができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、波長変換部材は、蛍光部材上に形成されたフォトニック構造部が特定無機化合物層により構成されたものであればよく、当該フォトニック構造部におけるフォトニック構造（周期構造）が図１〜図４に係る周期構造に限定されるものではない。具体的に、波長変換部材は、図５（ｇ）および図７に示すような構造を有するものであってもよい。
具体的に、図７（ａ）に係るフォトニック構造部２３は、蛍光部材２２の表面に設けられた薄膜部４２と、この薄膜部４２上に設けられた複数（図７（ａ）においては４つ）の錘状（例えば、略円錐状）の凸部４３とにより構成されていること以外は、図１に係るフォトニック構造部２３と同様の構成を有するものである。図７（ｂ）に係るフォトニック構造部２３は、凸部４３の形状が錐台状（例えば、円錐台状）であること以外は、図７（ａ）に係るフォトニック構造部２３と同様の構成を有するものである。図７（ｃ）のフォトニック構造部２３は、凸部４３が、当該凸部４３の高さ方向の断面形状が六角形状とされたものであり、これらの複数の凸部４３が互いに離間した状態で一定の間隔で配列されていること以外は、図７（ａ）に係るフォトニック構造部２３と同様の構成を有するものである。この図７（ｃ）の例において、凸部４３の高さ方向に垂直な方向の断面形状は円状である。
ここに、凸部４３の形状が、図５（ｇ）、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示されているように、先端部４３ａが平坦とされたものである場合には、先端部４３ａの寸法（最大寸法）は、励起光Ｌの波長未満とされる。

図５（ｇ）および図７（ａ）〜（ｃ）に示されているように、フォトニック構造部２３が薄膜部４２と凸部４３とを有する構成のものである場合には、フォトニック構造部２３と蛍光部材２２との間に高い密着性が得られるため、フォトニック構造部２３と蛍光部材２２との間に剥離が生じることが抑制される。
また、図５（ｇ）、図７（ｂ）および図７（ｃ）に示されているように、凸部４３の先端部４３ａが平坦である場合には、例えば蛍光光源装置の製造過程における構成部材の組み立て工程などにおいて、凸部４３の先端部４３ａに、他の構成部材（例えば、ダイクロイックミラー１６など）が接触することなどに起因して破損が生じることが抑制される。

また、波長変換部材は、フォトニック構造部の表面によって波長変換部材における蛍光出射面が形成されていればよく、波長変換部材における励起光受光面が、例えば蛍光部材の裏面によって形成されたものであってもよい。
また、蛍光光源装置全体の構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。

１０ 蛍光光源装置
１１ レーザダイオード
１５ コリメータレンズ
１６ ダイクロイックミラー
２０ 蛍光発光部材
２１ 波長変換部材
２２ 蛍光部材
２３ フォトニック構造部
２３Ａ 無機化合物層（フォトニック構造部形成層）
２４ 周期構造
２５ 凸部
２７ レジストパターン膜
２７Ａ 残膜
２８Ａ 薄膜部
２８Ｂ 凸部
３１ 基板
３３ 光反射膜
３４ 拡散反射部材
３９ 放熱部材
３９ａ 放熱用フィン
４１ 周期構造
４２ 薄膜部
４３ 凸部
５１ ソフトモールド
５２ 凹部
６１ 蛍光部材
６２ 基板
６３ 硫酸バリウム層
６５ 放熱部材
６５ａ 放熱用フィン
Ｌ 励起光

Claims (1)

1. 励起光によって励起される蛍光体による波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置であって、
   前記波長変換部材は、蛍光体が含有されてなる蛍光部材と、当該蛍光部材上に形成されたフォトニック構造部とからなり、当該フォトニック構造部の表面が当該波長変換部材における蛍光出射面とされており、
   前記フォトニック構造部は、薄膜部と、この薄膜部上に形成された複数の凸部とを有し、複数の凸部が二次元周期的に配列されてなる周期構造により形成されており、当該複数の凸部が、前記蛍光部材から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有する金属酸化物の層において形成されていることを特徴とする蛍光光源装置。