JP2018107065A - 蛍光光源装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の蛍光光源装置は、多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられていることを特徴とする。
【選択図】図2
Description
このような蛍光光源装置の或る種のものは、図4に示すように、蛍光体によって構成された平板状の蛍光板51と、当該蛍光板51に励起光を照射する励起光源11とを備えている(例えば、特許文献1参照。)。この蛍光板51は、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属ろうなどよりなる接合部52を介して放熱基板31上に配設されている。この放熱基板31は、蛍光板51からの熱を外部へ放散させる機能と共に、反射面としての機能および蛍光板51を保持する機能を有するものである。そして、蛍光板51においては、放熱基板31との接合面に対向する面が、励起光入射面とされていると共に蛍光出射面とされており、励起光入射面の一部の領域(具体的には、中央領域)が励起光照射領域とされ、また、励起光照射領域およびその周辺領域が蛍光出射領域とされている。
蛍光板の温度が高くなる理由について説明する。蛍光板においては、蛍光体が、励起光を受光したときにその光エネルギーの一部を熱エネルギーに変換するものであるため、励起光が照射されることにより、熱が生じることとなる。そして、蛍光板においては、特に、励起光入射面における励起光照射領域の直下近傍部分、すなわち励起光入射面側の励起光照射領域に係る表層部分が極めて高温となる。然るに、放熱基板は、励起光入射面に対向する面側に配設されていることから、蛍光板において生じた熱を、放熱基板によって十分に排熱することができず、よって蛍光板において温度消光が生じることとなる。
このような問題は、励起光の入射パワー(励起光の励起エネルギー)が大きい場合に顕著となる。すなわち、励起光の入射パワーに比して十分な蛍光光束が得られなくなる。
しかしながら、このような蛍光光源装置においても、蛍光板の温度が高くなることに起因して十分な蛍光光束を得ることができない、という問題がある。
前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、
前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、
前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられていることを特徴とする。
また、前記蛍光発光層は、前記熱拡散層との接合面におけるAl2 O3 の露出面積率が50%以上であることが好ましい。
また、前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることが好ましい。
前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である熱拡散層材とを用意し、
前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で800〜1200℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする。
従って、本発明の蛍光光源装置によれば、励起光の入射パワー(励起光の励起エネルギー)が大きい場合であっても、蛍光発光層における温度消光の発生を抑制することができるので、高い蛍光光束(蛍光光量)が得られ、その結果、高い発光効率を安定的に得ることができる。
また、蛍光発光層の形成材料および熱拡散層の形成材料がAl2 O3 を含み、それらの線熱膨張率の差が1×10-6/K以下である構成によれば、例えば800〜1200の加熱処理によって、蛍光発光層と熱拡散層との接合強度が高い蛍光板が得られる。
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る。
この蛍光光源装置10は、図1に示すように、例えばレーザダイオードよりなる励起光源11と、励起光源11から出射される励起光Lによって励起されて蛍光を放射する蛍光板21を有する略平板状の蛍光発光部材15とを備え、これらが互いに離間して配設されたものである。蛍光発光部材15は、励起光源11に対向するよう、当該励起光源11の光軸に対して、例えば、傾斜した姿勢で配置されている。また、励起光源11と蛍光発光部材15との間における当該励起光源11に接近した位置には、入射された励起光Lを平行光として出射するコリメータレンズ18が配置されている。
この蛍光発光部材15には、放熱基板31の裏面に、例えば銅などの金属よりなる放熱部材(図示省略)が設けられている。
また、蛍光板21においては、蛍光発光層22の裏面(図2における下面)に、光反射膜よりなる光反射層33が設けられている。さらに、光反射層33の裏面(図2における下面)には、金属よりなる接合層35が設けられており、当該接合層35によって蛍光板21が放熱基板31上に接合されている。そして、蛍光発光層22に接する光反射層33と接合層35との積層体により、高熱伝導層32が構成されている。すなわち、蛍光板21は、蛍光発光層22の励起光入射側とは反対側に、光反射層33と接合層35とからなる高熱伝導層32を有している。
この図の例において、蛍光板21の励起光入射面(周期構造体層25の表面)には、当該励起光入射面の一部の領域(具体的には、中央領域)によって、励起光源11から出射されてコリメータレンズ18によって平行光化された励起光L(レーザ光)が照射される励起光照射領域が形成されている。また、蛍光板21の蛍光出射面(周期構造体層25の表面)には、励起光照射領域およびその周辺領域によって蛍光出射領域が形成されている。
このような材料によって蛍光発光層22を形成することにより、蛍光発光層22自体の熱伝導性を向上させることができる。そのため、蛍光発光層22においては励起光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、蛍光発光層22が高温となることが一層抑制される。また、蛍光発光層22と熱拡散層23との接合強度などの観点において、蛍光発光層22における無機蛍光体の種類の選択の自由度が大きくなる。
ここに、蛍光発光層22において生じる蛍光は、例えばピーク波長が520〜650nmの光である。
この図の例において、蛍光発光層22を構成する多結晶体としては、例えば賦活材のドープ量が0.5mol%以下であるYAG蛍光体とAl2 O3 との混合焼結体が用いられている。
Al2 O3 の割合が50%未満である場合には、蛍光発光層材を熱拡散層材に接合する前に、当該蛍光発光層材の表面を研磨したときに、無機蛍光体が研磨されやすいため、表面に凹部が形成され、十分な接合面積を得ることが困難となることがある。その結果、得られる蛍光板21には、蛍光発光層22と熱拡散層23との間に剥離や気孔が生じるおそれがある。一方、Al2 O3 の割合が75%を超える場合には、蛍光発光層22において励起光Lが吸収されにくくなるため、蛍光出力が低下するおそれがある。
蛍光発光層22の形成材料の熱伝導率および線熱膨張率は、無機蛍光体の種類、および無機蛍光体とAl2 O3 との割合などによって制御することができる。
熱拡散層23との接合面におけるAl2 O3 の露出面積率は、断面の組成分析、SEM画像によって測定することができる。
熱拡散層23の形成材料としては、Al2 O3 を含むものを用いることが好ましい。また、熱拡散層23の形成材料は、その線熱膨張率と蛍光発光層22の線熱膨張率との差が1×10-6/K以下のものであることが好ましい。このような熱拡散層23の形成材料を用いることにより、後述する加熱処理によって、蛍光発光層22と熱拡散層23との間にボイドが無くて高い接合強度を有する蛍光板21が得られる。そのため、蛍光発光層22と熱拡散層23との間において、蛍光発光部材15に励起光が照射されることに起因する剥離の発生を防止または十分に抑制することができる。
熱拡散層23の形成材料の好ましい具体例としては、サファイア(熱伝導率=42W/(m・K))が挙げられる。
厚みtと熱伝導率λとの積の逆数(1/(t×λ))の値が過大である場合には、熱拡散層23に十分な熱拡散性(熱伝導性)が得られず、よって蛍光発光層22において蛍光体に温度消光が生じることとなり、十分な蛍光光束(蛍光光量)が得られなくなるおそれがある。
厚みtと熱伝導率λとの積の逆数(1/(t×λ))の値が過小である場合としては、熱拡散層23の厚みtが大きい場合が考えられる。そのような場合、特に厚みtが0.6mm以上である場合には、蛍光体から放射された蛍光が、熱拡散層23内を沿層方向(図2における左右方向)に導光して当該熱拡散層23の周側面から出射されるため、蛍光板21の蛍光出射面からの出射光において十分な蛍光出力が得られなくなるおそれがある。すなわち、蛍光板21の蛍光出射面において十分に高い効率で蛍光を出射することができなくなるおそれがある。
また、熱拡散層23の面積(具体的には、熱拡散層23の裏面の面積)は、当該熱拡散層23の熱拡散性および蛍光発光層22の有効利用性(具体的には、蛍光発光層22の排熱路としての利用性)などの観点から、蛍光発光層22の面積(具体的には、蛍光発光層22の表面の面積)と同じであることが好ましい。
この図の例において、熱拡散層23は、裏面(図2における下面)の面積が蛍光発光層22の表面の面積と同等の面積とされている。すなわち、熱拡散層23の裏面は、蛍光発光層22の表面の縦横寸法と同等の縦横寸法を有しており、熱拡散層23の周側面と蛍光発光層22の周側面とが段差のない連続面を構成している。
具体的には、周期構造体層25は、薄平板状の土台部26と、この土台部26上に形成された、複数の錐状の凸部28よりなる周期構造体27とにより構成されたものである。 この図の例において、周期構造体27は、熱拡散層23の表面の全面を覆うように配設された薄平板状の土台部26上に、円錐台状の凸部28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。
ここに、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。
また、周期構造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、蛍光発光層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蛍光板21の蛍光出射面である周期構造体層25の表面から外部に取り出すことができる。
また、周期構造体層25の厚み(最大厚み)は、例えば0.1〜1.0μmである。
また、高熱伝導層32の形成材料の熱伝導率は、排熱性の観点から、熱拡散層23の形成材料の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。具体的には、光反射層33の形成材料の熱伝導率が、熱拡散層23の形成材料の熱伝導率よりも大きく、かつ、接合層35の形成材料の熱伝導率が、熱拡散層23の形成材料の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。
また、接合層35の形成材料の熱伝導率は、蛍光発光層22の形成材料の熱伝導率、熱拡散層23に形成材料の熱伝導率、接合層35の厚みなどに応じて、光反射層33の形成材料の熱伝導率を考慮して定められるが、40〜60W/(m・K)であることが好ましい。
また、接合層35の形成材料としては、熱伝導性の観点から、半田(具体的には、例えば金錫(AuSn)合金(Snの含有割合20質量%,熱伝導率60W/(m・K))、鉛(Pb,熱伝導率49W/(m・K))および金ゲルマニウム(AuGe)合金(熱伝導率44W/(m・K))などよりなるもの、銀焼結材(熱伝導率429W/(m・K))などの金属を用いることができる。
この図の例において、光反射膜としては、増反射銀膜が用いられている。また、接合層35としては、金錫(AuSn)半田が用いられている。
また、接合層35の厚みは、5〜30μmであることが好ましい。
また、放熱基板31においては、当該放熱基板31の面積(具体的には、放熱基板31の表面の面積)が、排熱性の観点から、蛍光板21の面積(具体的には、蛍光板21の裏面の面積)と同じであることが好ましい。
この図の例において、放熱基板31は、表面の面積が、蛍光板21の裏面の面積より大面積とされている。すなわち、放熱基板31の表面は、蛍光板21の裏面の縦横寸法よりも大きな縦横寸法を有している。
この図の例において、蛍光板21の裏面は、その全面が放熱基板31の表面の中央領域に対向接触している。すなわち、放熱基板31の表面は、当該中央領域が蛍光板21に覆われた状態とされている。
先ず、蛍光発光層22を得るための蛍光発光層材および熱拡散層23を得るための熱拡散層材を製造する。蛍光発光層材は、Al2 O3 を含むもの、例えばAl2 O3 と無機蛍光体との多結晶体よりなるものである。また、熱拡散層材は、Al2 O3 を含むもの、例えばサファイアよりなるものである。
原材料(具体的には母材、賦活材、焼成助剤(具体的には、例えばシリカ(SiO2 ))およびAl2 O3 を、ボールミルなどを用いて粉砕処理することにより、サブミクロン以下の原材料微粉末を得る。そして、得られた原材料微粉末と、有機溶剤とにより、原材料微粉末が有機溶剤中において均一に分散されてなるスラリーを調製する。
次いで、得られたスラリーからドクターブレード法によって成形体を作製し、その成形体を焼成処理することにより、焼結体が得られる。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0.5%以下の多結晶体が得られる。この多結晶体におけるAl2 O3 の割合は50%以上、特に50〜75%であることが好ましい。
蛍光発光層材および熱拡散層材の各々の平滑面の表面粗さRaが上記の範囲内にあることにより、熱拡散層23と蛍光発光層22との間により大きな接合強度を有する蛍光板21が得られる。この表面粗さRaが過大である場合には、熱拡散層23と蛍光発光層22との間に十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。
熱拡散層材および蛍光発光層材には、Al2 O3 が含まれているため、それぞれの平滑面には、水酸基(OH基)が存在することから、上記の加熱温度条件でアニール処理を行った際に、水酸基が熱拡散層材および蛍光発光層材の各々の平滑面同士の接合に寄与することになる。そして、それぞれ平滑面が形成された蛍光発光層材と熱拡散層材とをオプティカルコンタクトによって接合する過程においては、蛍光発光層材と熱拡散層材とを重ね合わせることによって仮接合した後、アニール処理を行う。このとき、蛍光発光層材と熱拡散層材との熱膨張係数差が1×10-6/K以下であるため、上記の温度範囲でアニール処理を行っても、接合界面において、熱膨張差による剥離、気泡の発生が少ない。その結果、熱拡散層材と蛍光発光層材との間において高い強度で接合される。
周期構造体層25を形成する方法としては、ゾルゲル法およびナノインプリント法を組み合わせた方法を利用することができる。具体的に説明すると、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム等のアルコキシドを含むゾル状の材料を、例えばスピンコート法によって熱拡散層23の表面に塗布する。次いで、得られた塗布膜にモールド型を押付しつけた状態で加熱処理を行い、離型した後、熱処理を行う。この熱処理によって、反応(加水分解および縮重合)が進み、無機材料からなる周期構造体層25が形成される。
また、周期構造体層25は、ナノインプリント法とドライエッチング処理とを用いても形成することができる。具体的には、平板状の無機材料層の表面に、例えばスピンコート法によってレジストを塗布し、次いで、レジストの塗布膜を例えばナノインプリント法によりパターニングする。その後、ドライエッチング処理を施すことにより、表面に周期構造体27が設けられた、無機材料からなる周期構造体層25が形成される。
上記周期構造は熱拡散層23に直接形成してもよい。
光反射層33および接合層35の形成においては、まず、蛍光発光層22に光反射層33となるAgまたはAlを蒸着させることにより反射金属膜を形成する。そして、この反射金属膜の酸化または硫化を防止するために、Cr、Ni等を蒸着または鍍金することにより保護膜を形成することにより、光反射層33を形成する。次いで、光反射層33における保護膜上に半田よりなる接合層35を形成することにより、放熱基板31と接合させる。これにより、光反射層33と接合層35との積層体よりなる高熱伝導層32が得られる。
例えば、蛍光板は、製造容易性の観点からは、周期構造体層を有するものであることが好ましいが、周期構造体層が設けられておらず、熱拡散層の表面に周期構造が形成されたものであってもよい。すなわち、周期構造体が熱拡散層において構成されたものであってもよい。周期構造体が設けられてなる熱拡散層において、周期構造体はエッチング処理によって形成される。
具体的に、蛍光板は、図3に示すように、図1に係る蛍光光源装置10を構成する蛍光板21において、周期構造体層が設けられておらず、熱拡散層43の表面が励起光入射面とされ、その熱拡散層43の表面に周期構造体47が設けられていること以外は、当該図1に係る蛍光光源装置10を構成する蛍光板21と同様の構成を有するものであってもよい。
図1の構成を有する蛍光発光部材(以下、「蛍光発光部材(1)」ともいう。)を、以下のようにして作製した。
下記の蛍光発光層材および熱拡散層材を作製した。
[蛍光発光層材]
材質:Al2 O3 (50%)/YAGよりなる多結晶体(YAGに係る賦活材(Ce)のドープ量:0.5mol%,気孔率0.5%以下,熱伝導率:20W/(m・K),線熱膨張率:8.6×10-6/K,屈折率:1.83)、厚み:0.10mm、表面(平滑面)の表面粗さRa:0.3nm、表面(平滑面)におけるAl2 O3 の露出面積率:63%
[熱拡散層材]
材質:サファイア(単結晶体,熱伝導率:42W/(m・K),線熱膨張率:7.7×10-6/K,屈折率:1.76)、厚み:0.1mm、表面(平滑面)の表面粗さRa:0.3nm、厚み(t)と熱伝導率(λ)との積の逆数(1/(t×λ))の値:119K/W
[周期構造体層]
材質:ジルコニア、周期構造体の形状:凸部の高さ(h)=360nm,周期(d)=460nm,アスペクト比(h/d)=0.6,土台部の厚み(凸部以外の厚み):360nm
蛍光発光層に光反射層となるAgまたはAlを蒸着させ、この蒸着膜の酸化または硫化を防止するために、Cr、Niを蒸着または鍍金することにより保護膜を形成することにより光反射層を形成した。この光反射層における保護膜上に、半田によって接合層を形成して放熱基板に接合した。
[高熱伝導層]
光反射膜:増反射銀膜(熱伝導率429W/(m・K))、厚み150nm
接合部材:AuSn半田(熱伝導率60W/(m・K))、厚み15μm
[放熱基板]
材質:Cu、厚み:2mm
実験例1の蛍光発光部材(1)において、熱拡散層の厚みを0.33mmとしたこと以外は、当該蛍光発光部材(1)と同様の構成を有する蛍光発光部材(以下、「蛍光発光部材(2)」ともいう。)を作製した。得られた蛍光発光部材(2)において、熱拡散層に係る、厚み(t)と熱伝導率(λ)との積の逆数(1/(t×λ))の値は、72K/Wであった。
そして、得られた蛍光発光部材(2)について、実験例1と同様の手法によって、比較用蛍光発光部材(1)の蛍光出力量を基準として1とした場合の、蛍光発光部材(2)の蛍光出力量の割合(蛍光出力改善割合)を算出したところ、1.62であった。
実験例1の蛍光発光部材(1)において、熱拡散層の厚みを0.60mmとしたこと以外は、当該蛍光発光部材(1)と同様の構成を有する蛍光発光部材(以下、「蛍光発光部材(3)」ともいう。)を作製した。得られた蛍光発光部材(3)において、熱拡散層に係る、厚み(t)と熱伝導率(λ)との積の逆数(1/(t×λ))の値は、40K/Wであった。
得られた蛍光発光部材(3)について、実験例1と同様の手法によって、比較用蛍光発光部材(1)の蛍光出力量を基準として1とした場合の、蛍光発光部材(3)の蛍光出力量の割合(蛍光出力改善割合)を算出したところ、1.74であった。
実験例1において、蛍光発光層材を下記の仕様のものに変更したこと以外は同様にして、蛍光発光層材と熱拡散層材との積層体を作製した。
[蛍光発光層材]
材質:Al2 O3 (60%)/YAGよりなる多結晶体(YAGに係る賦活材(Ce)のドープ量:0.5mol%,気孔率0.5%以下,熱伝導率:22W/(m・K),線熱膨張率:6.2×10-6/K,屈折率:1.78)、厚み:0.10mm、表面(平滑面)の表面粗さRa:0.3nm、表面(平滑面)におけるAl2 O3 の露出面積率:77%
得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離は認められなかった。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、実験例1と同様の方法によって測定したところ、1.83J/m2 であった。
実験例1において、蛍光発光層材を下記の仕様のものに変更したこと以外は同様にして、蛍光発光層材と熱拡散層材との積層体を作製した。
[蛍光発光層材]
材質:Al2 O3 (75%)/YAGよりなる多結晶体(YAGに係る賦活材(Ce)のドープ量:0.5mol%,気孔率0.5%以下,熱伝導率:25W/(m・K),線熱膨張率:6.05×10-6/K,屈折率:1.76)、厚み:0.10mm、表面(平滑面)の表面粗さRa:0.3nm、表面(平滑面)におけるAl2 O3 の露出面積率:98%
得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離は認められなかった。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、実験例1と同様の方法によって測定したところ、2.01J/m2 であった。
実験例1において、蛍光発光層材を下記の仕様のものに変更したこと以外は同様にして、蛍光発光層材と熱拡散層材との積層体を作製した。
[蛍光発光層材]
材質:Al2 O3 (40%)/YAGよりなる多結晶体(YAGに係る賦活材(Ce)のドープ量:0.5mol%,気孔率0.5%以下,熱伝導率:17W/(m・K),線熱膨張率:6.4×10-6/K,屈折率:1.79)、厚み:0.10mm、表面(平滑面)の表面粗さRa:0.3nm、表面(平滑面)におけるAl2 O3 の露出面積率:49%
得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離が認められた。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、実験例1と同様の方法によって測定したところ、1.58J/m2 であった。
11 励起光源
15 蛍光発光部材
18 コリメータレンズ
21 蛍光板
22 蛍光発光層
23 熱拡散層
25 周期構造体層
26 土台部
27 周期構造体
28 凸部
31 放熱基板
32 高熱伝導層
33 光反射層
35 接合層
43 熱拡散層
47 周期構造体
51 蛍光板
52 接合部
前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、
前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、
前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられており、
前記蛍光発光層の形成材料および前記熱拡散層の形成材料は、Al 2 O 3 を含み、前記蛍光発光層の形成材料と前記熱拡散層の形成材料との線熱膨張率の差が1×10 -6 /K以下であり、
前記蛍光発光層は、前記熱拡散層との接合面におけるAl 2 O 3 の露出面積率が50%以上であることを特徴とする。
また、前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることが好ましい。
前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である熱拡散層材とを用意し、
前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態でオプティカルコンタクトによって接合する工程を有することを特徴とする。
また、本発明の蛍光光源装置の製造方法は、前記蛍光発光層の形成材料および前記熱拡散層の形成材料がAl 2 O 3 を含む上記の蛍光光源装置を製造する方法であって、
前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である熱拡散層材とを用意し、
前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で800〜1200℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする。
従って、本発明の蛍光光源装置によれば、励起光の入射パワー(励起光の励起エネルギー)が大きい場合であっても、蛍光発光層における温度消光の発生を抑制することができるので、高い蛍光光束(蛍光光量)が得られ、その結果、高い発光効率を安定的に得ることができる。
また、蛍光発光層の形成材料および熱拡散層の形成材料がAl2O3を含み、それらの線熱膨張率の差が1×10-6/K以下である構成によれば、例えば800〜1200℃の加熱処理によって、蛍光発光層と熱拡散層との接合強度が高い蛍光板が得られる。
Claims (9)
- 多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、
前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、
前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、
前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。 - 前記蛍光発光層の形成材料および前記熱拡散層の形成材料は、Al2 O3 を含み、前記蛍光発光層の形成材料と前記熱拡散層の形成材料との線熱膨張率の差が1×10-6/K以下であることを特徴とする請求項1に記載の蛍光光源装置。
- 前記蛍光発光層の形成材料は、Al2 O3 と無機蛍光体との多結晶体よりなることを特徴とする請求項2に記載の蛍光光源装置。
- 前記蛍光発光層は、前記熱拡散層との接合面におけるAl2 O3 の露出面積率が50%以上であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の蛍光光源装置。
- 前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることを特徴とする請求項2乃至請求項4のいずれかに記載の蛍光光源装置。
- 前記熱拡散層および前記高熱伝導層の形成材料は、前記蛍光発光層の形成材料よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項1に記載の蛍光光源装置。
- 前記高熱伝導層の形成材料は、前記熱拡散層の形成材料よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項1に記載の蛍光光源装置。
- 前記熱拡散層は、当該熱拡散層の厚みをt〔m〕、当該熱拡散層の形成材料の熱伝導率をλ〔W/(m・K)〕とするとき、厚みと形成材料の熱伝導率との積の逆数(1/(t×λ))の値が、10〜350(K/W)を満たすものであることを特徴とする請求項1に記載の蛍光光源装置。
- 請求項2乃至請求項5のいずれかに記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが0.01nm以上1nm以下である熱拡散層材とを用意し、
前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で800〜1200℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
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