JP2020134823A - 光波長変換部品 - Google Patents

Abstract

【課題】熱応力による光波長変換部材の破損の発生を抑制するとともに、優れた放熱性を有する光波長変換部品を提供すること。【解決手段】光波長変換部品１に熱サイクルが加わった場合でも、第１の放熱部材７は光波長変換部品１の使用温度範囲においてＣｕよりも低い熱膨張率を有しているので、第１の放熱部材７がＣｕからなる場合に比べて、セラミックス蛍光体１３に割れが生じにくい。また、反射膜２７等のようにセラミックス蛍光体１３の厚み方向の表面側に設けたコーティング層に剥離が生じにくい。しかも、第１の放熱部材７は、第１の接合部５によって光波長変換部材と接合されている第１の金属層８を備えており、その第１の金属層８は第１の放熱部材７よりも熱伝導率が高いので、放熱性に優れている。よって、セラミックス蛍光体１３の温度上昇を抑制できるので、発光強度の低下を抑制することができる。【選択図】図１

Description

本開示は、光の波長を変換することができる光波長変換部品に関する。

ヘッドランプ、各種照明機器、レーザープロジェクター等では、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）や半導体レーザー（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ：ＬＤ）等の青色光を蛍光体によって波長変換することにより白色を得ている。

この蛍光体としては、樹脂系やガラス系などが知られているが、レーザーを用いた光源の高出力化に対応するため、耐久性に優れたセラミックス蛍光体が光波長変換部品に使用されつつある。

また、蛍光体は、光の照射によって発熱する。そして、蛍光体が発熱して高温となると、蛍光体が発する光の強度（即ち、発光強度：蛍光強度）等の蛍光機能が低下する温度消光が発生する。そのため、効率よく蛍光体を発光させるためには、蛍光体から外部への排熱が必要となる。

そこで、蛍光体に熱伝導率の高いＣｕからなる放熱部材を接合した光波長変換部品が提案されている（特許文献１参照）。

国際公開第２０１７／１１００３１号 特開２０１６−１９２２９５号

ところが、Ｃｕの熱膨張率は、蛍光体成分であるセラミックス材料の熱膨張率に比べて高い。そのため、蛍光体と放熱部材との接合後に熱サイクルが加わると、蛍光体やそのコーティング層（例えば反射膜）に熱応力が加わり、場合によっては、蛍光体の割れやコーティング層の剥離等の破損が発生することがある。

この対策として、放熱部材の材料として、Ｃｕより熱膨張率が低い、Ｃｕ−Ｍｏ合金を始めとするＣｕ合金を採用することが考えられている（特許文献２参照）。しかし、これらの材料は、Ｃｕに比べて熱伝導率が低いため、放熱性が低く、結果として発光強度が低下することがあった。

本開示の一局面は、熱応力による光波長変換部材の破損の発生を抑制するとともに、優れた放熱性を有する光波長変換部品を提供することを目的とする。

（１）本開示の一態様は、入射した光の波長を変換する光波長変換部を有する光波長変換部材と、銅（Ｃｕ）より低い熱膨張率を有する第１の放熱部材と、光波長変換部材と第１の放熱部材との間に介在する金属からなる第１の接合部と、を備えた光波長変換部品である。

この光波長変換部品では、光波長変換部材は、光波長変換部よりも第１の放熱部材側に反射膜を備えている。さらに、第１の放熱部材の表面の少なくとも一部に、第１の接合部によって光波長変換部材と接合されるととともに、第１の放熱部材よりも熱伝導率が高い金属からなる第１の金属層を備えている。

このような構成によれば、光波長変換部品を使用する際に、熱サイクルが加わった場合でも、第１の放熱部材は光波長変換部品の使用温度範囲においてＣｕよりも低い熱膨張率を有しているので、第１の放熱部材がＣｕからなる場合に比べて、例えばセラミックス蛍光体からなる光波長変換部に割れが生じにくい。また、反射膜等のように光波長変換部の表面に設けたコーティング層に剥離が生じにくい。

しかも、第１の放熱部材は、その表面の少なくとも一部に、第１の接合部によって光波長変換部材と接合されている第１の金属層を備えており、その第１の金属層は第１の放熱部材よりも熱伝導率が高いので、放熱性に優れている。よって、光波長変換部の温度上昇を抑制できるので、発光強度の低下（即ち温度消光）を抑制することができる。

つまり、前記光波長変換部品は、熱応力による光波長変換部材の破損の発生を抑制できるとともに、優れた放熱性を有するという顕著な効果を奏する。
（２）本開示の一態様では、光波長変換部は、セラミックス蛍光体であってもよい。

セラミックス蛍光体は、光源を高出力化した場合でも、優れた耐久性を有する。一方、その熱膨張率は例えばＣｕに比べて低い。
そのため、セラミックス蛍光体にＣｕ製の放熱部材を接合すると、熱サイクルが加わった場合に、光波長変換部品の破損が生じる恐れがある。しかし、本開示では、上述した構成を有することにより、熱サイクルによる破損を抑制できるとともに、セラミックス蛍光体による優れた性能を発揮することができる。

（３）本開示の一態様では、第１の放熱部材は、Ｍｏ−Ｃｕ合金、Ｃｒ−Ｃｕ合金、Ｗ−Ｃｕ合金のいずれか１種からなっていてもよい。
これらの合金は、Ｃｕよりも熱膨張率が低いので、第１の放熱部材の材料として、これらの材料を採用することにより、熱サイクルに起因する光波長変換部品の破損を効果的に抑制することができる。

（４）本開示の一態様では、第１の接合部は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種を含む焼結体からなっていてもよい。
これらの金属（従ってこれらの金属を含む焼結体）は、高い熱伝導率を有しているので、第１の接合部における（光波長変換部側から第１の放熱部材側への）熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品は高い放熱性を有している。

また、上述した金属の焼結体は、通常、多数の気孔（例えば４０％以下の気孔率）を有している。このような構成によれば、第１の接合部の伝熱性を維持しつつ、第１の放熱部材と光波長変換部材との間の熱膨張差が緩和されるので、熱衝撃による第１の接合部の破損を抑制することができる。

なお、上述した金属の焼結体から構成された第１の接合部は、半田等の金属からなる第１の接合部に比べて、低温で形成できるという利点がある。つまり、金属の融点よりも焼結体とする焼成温度が低いという利点がある。（なお、下記の第２の接合部についても同様である。）
（５）本開示の一態様では、第１の金属層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種からなっていてもよい。

これらの金属は、高い熱伝導率を有しているので、第１の金属層における（光波長変換部側から第１の放熱部材側への）熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品は高い放熱性を有している。

（６）本開示の一態様では、光波長変換部材との間に第１の放熱部材を挟む第２の放熱部材と、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを直接的にまたは間接的に接合する金属からなる第２の接合部と、を備えている場合に、第２の放熱部材の熱伝導率は、第１の放熱部材の熱伝導率より高くてもよい。

このような構成によれば、金属からなる第２の接合部によって第１の放熱部材と第２の放熱部材とが接合されるとともに、第２の放熱部材の熱伝導率は第１の放熱部材の熱伝導率より高いので、第１の放熱部材のみの場合に比べて、放熱性に優れている。よって、光波長変換部の温度上昇を一層抑制できるので、発光強度の低下を一層抑制することができる。

（７）本開示の一態様では、第２の放熱部材は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種からなっていてもよい。
上述したように、これらの金属は、高い熱伝導率を有しているので、第２の放熱部材（従って光波長変換部品）は高い放熱性を有している。

（８）本開示の一態様では、第２の接合部は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種を含む焼結体からなっていてもよい。
上述したように、これらの金属（従ってこれらの金属を含む焼結体）は、高い熱伝導率を有しているので、第２の接合部における熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品は高い放熱性を有している。

また、上述したように、金属の焼結体は前記気孔を有している。よって、第１の放熱部材と第２の放熱部材との間の熱膨張差が緩和されるので、熱衝撃による第２の接合部の破損を抑制することができる。

（９）本開示の一態様では、第２の放熱部材の表面の少なくとも一部に、第２の接合部と接触するととともに、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種からなる第２の金属層を備えていてもよい。

上述したように、これらの金属は、高い熱伝導率を有しているので、第２の金属層における熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品は高い放熱性を有している。
（１０）本開示の一態様では、第１の放熱部材と第２の放熱部材とは、第２の接合部を介して積層されるように配置された板状の部材である場合に、第１の放熱部材の厚みより第２の放熱部材の厚みが大であってもよい。

第２の放熱部材は第１の放熱部材よりも厚いので、例えば厚み方向から見て同じ面積である場合には、第２の放熱部材は第１の放熱部材よりも熱容量が大きい。よって、第１の放熱部材からの熱引きがよいので、第１の放熱部材（従って光波長変換部材）の温度上昇を効果的に抑制できる。

（１１）本開示の一態様では、第１の放熱部材と第２の放熱部材とは、第２の接合部を介して積層されるように配置された板状の部材である場合に、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを厚み方向から見たときに、第１の放熱部材の面積より第２の放熱部材の面積が大であってもよい。

この構成では、第１の放熱部材の面積より第２の放熱部材の面積が大であるので、第２の放熱部材による熱引きがよく、よって、第１の放熱部材（従って光波長変換部材）の温度上昇を効果的に抑制できる。

＜本開示の各構成の説明＞
・光波長変換部としては、セラミックス蛍光体に限らず、樹脂製等の各種の蛍光体を採用できる。ここで、セラミックス蛍光体とは、セラミックス単体またはセラミックスを主成分とする蛍光体である。なお、主成分とは最も成分量（例えば重量％）が多いものを示している。

・第１の放熱部材、第２の放熱部材、第１の接合部、第２の接合部、第１の金属層、第２の金属層に用いられる材料としては、上述した金属の単体や合金等が挙げられる。

第１実施形態の光波長変換部品の模式的な断面図である。 第１実施形態の光波長変換部品を備えた光複合装置の模式的な断面図である。 光源ユニットの説明図である。 第２実施形態の光波長変換部品の模式的な断面図である。 第３実施形態の光波長変換部品の模式的な断面図である。 第４実施形態の光波長変換部品の模式的な断面図である。

以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．光波長変換部品の構成］
図１に示すように、本第１実施形態の光波長変換部品１は、光波長変換部材３と、第１の接合部５と、第１の放熱部材７と、第１の金属層８と、第２の接合部９と、第２の放熱部材１１とを備える。以下、各構成について説明する。

＜光波長変換部材＞
光波長変換部材３は、入射した光の波長を変換する部材である。光波長変換部材３は、板状のセラミックス蛍光体１３と、反射防止膜１５と、層状の反射膜部１７と、層状の中間膜部１９とを有する。

（セラミックス蛍光体）
セラミックス蛍光体１３は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相とを有するセラミックス焼結体である。

「蛍光相」とは、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする相であり、「透光相」とは、透光性を有する結晶粒子、詳しくは蛍光相の結晶粒子とは異なる組成の結晶粒子を主体とする相である。

また、「主体」とは、各相において、最も多く存在する成分を意味する。例えば、蛍光相は、蛍光性を有する結晶粒子が５０体積％以上、好ましくは９０体積％以上含まれる。また、例えば、透光相には、透光性を有する結晶粒子が５０体積％以上、好ましくは９０体積％以上含まれる。

セラミックス蛍光体１３を構成するセラミックス焼結体の各結晶粒子やその粒界には、透光相及び透光相以外の不可避不純物が含まれていてもよい。セラミックス焼結体には、透光相及び透光相がセラミックス焼結体の５０体積％以上、好ましくは９０体積％以上含まれる。

セラミックス蛍光体１３の材質は特に限定されないが、例えば、透光相の結晶粒子が化学式（１）Ａｌ_２Ｏ_３で表される組成を有し、蛍光相の結晶粒子が化学式（２）Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成（つまりガーネット構造）を有するとよい。

なお、「Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ」とは、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２中にＣｅが固溶し、元素Ａの一部がＣｅに置換されていることを示す。蛍光相の結晶粒子は、Ｃｅの固溶により、蛍光特性を示す。

化学式（１）中のＡ元素及び化学式（２）中のＢ元素は、それぞれ下記の元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されている。
Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（但し、Ｃｅは除く）
（但し、Ａとして更にＧｄを含んでいてもよい）
Ｂ：Ａｌ（但し、Ｂとして更にＧａを含んでいてもよい）
セラミックス蛍光体１３として、上記セラミックス焼結体を使用することで、蛍光相と透光相との界面での光の散乱が起き、光の色の角度依存性を減らすことができる。その結果、色の均質性を向上できる。

また、上記セラミックス焼結体は、熱伝導率が優れているため、レーザー光の照射によって発生した熱を第１の放熱部材７側に排しやすい。そのため、レーザーの高出力域でも蛍光機能を維持することができる。

一方で、セラミックス蛍光体１３が単一組成であると、光の散乱が起こらないため、光の色の角度依存性が大きくなり、光の色のムラが生じるおそれがある。また、蛍光体として樹脂を用いると、熱伝導率が低下し、放熱が十分にできずに温度消光が起きるおそれがある。

セラミックス蛍光体１３の平均厚み（つまり、上面から下面までの平均距離）としては、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましい。
（反射防止膜）
反射防止膜１５は、セラミックス蛍光体１３の上面（つまり、第１の放熱部材７とは反対側の面：図１の上側の面）に配置されている。

反射防止膜１５は、セラミックス蛍光体１３での光の反射を抑制するための反射防止コーティング（ＡＲコーティング）である。反射防止膜１５により、セラミックス蛍光体１３に光を効率よく吸収させることができる。また、セラミックス蛍光体１３の内部で発生する光を効率よく外部に取り出すことができる。その結果、光波長変換部材３の発光強度が向上する。

反射防止膜１５の材質としては、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、フッ化マグネシウム等が採用できる。

反射防止膜１５の平均厚みとしては、０．０１μｍ以上１μｍ以下が好ましい。反射防止膜１５は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
（反射膜部）
反射膜部１７は、セラミックス蛍光体１３の下面（つまり、第１の放熱部材７側の面：図１の下側の面）に配置されている。

反射膜部１７は、セラミックス蛍光体１３内部で発生する光を反射することで、この光を光波長変換部材３の外部（図１の上方）に効率よく放射させる。これにより、光波長変換部材３の発光強度が向上する。

反射膜部１７の材質としては、例えば、金属アルミニウム、銀などの金属に加え、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素等が採用できる。

反射膜部１７の平均厚みとしては、０．１μｍ以上２μｍ以下が好ましい。
反射膜部１７は、単層構造であってもよいし、多層構造であってもよい。
多層構造の場合には、図１に示すように、例えば、酸化チタン膜２１及び酸化ケイ素膜２３からなる増反射膜２５と、銀又はアルミニウムからなる反射膜２７との積層構造を採用できる。なお、反射膜２７が主として光を反射する膜であり、増反射膜２５は、反射した光を増幅させる膜である。

（中間膜部）
中間膜部１９は、反射膜部１７の下面に配置されている。中間膜部１９は、反射膜部１７と後述する第１の接合部５との間に配置されている。なお、第１の接合部５は、光波長変換部材３のうち、中間膜部１９と接合されており、中間膜部１９により、第１の接合部５と光波長変換部材３との接合性が向上する。

中間膜部１９は、酸化物膜２９と金属膜３１との積層構造を有する。
酸化物膜２９の材質としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化チタン等が採用できる。
金属膜３１の材質としては、例えば、金、銀、ニッケル等が採用でき、この金属膜３１としては、例えば、内側金属膜（例えばニッケル膜）３３と外側金属膜（例えば銀膜）３５との積層構造を採用できる。

中間膜部１９の平均厚みとしては、０．０１μｍ以上１μｍ以下が好ましい。
なお、酸化物膜２９及び内側金属膜３３は、反射膜２７の酸化を防止するとともに、強度を向上させるための保護膜である。

また、外側金属膜３５は、第１の接合部５との接合性を向上させる膜であり、第１の接合部５の材質に合わせて材質が選択される。ここでは、例えば、第１の接合部５が銀の焼結体である場合に合せて、銀を用いることができる。

＜第１の放熱部材＞
第１の放熱部材７は、セラミックス蛍光体１３よりも放熱性に優れた部材（即ち熱伝導率が高い部材）である。この第１の放熱部材７の熱伝導率としては、５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上４００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲を採用できる。

第１の放熱部材７は、銅よりも低い熱膨張率を有する。詳しくは、光波長変換部品１の使用温度領域（例えば室温（例えば２５℃）以上３００℃以下の範囲）において、銅よりも低い熱膨張率を有する。なお、第１の放熱部材７の熱膨張率としては、６×１０^-６／Ｋ以上１５×１０^-６／Ｋ以下の範囲を採用できる。

第１の放熱部材７の材質としては、Ｍｏ−Ｃｕ合金、Ｃｒ−Ｃｕ合金、Ｗ−Ｃｕ合金等を採用できる。
第１の放熱部材７は、例えば板状に構成される。第１の放熱部材７の平均厚みとしては、２００μｍ以上５００μｍ以下が好ましい。なお、第１の放熱部材７が薄すぎる場合には、熱効力を緩和する性能が低く、また、厚すぎる場合には、放熱性能が低下するので、上述した厚み範囲が好適である。

＜第１の金属層＞
第１の金属層８は、第１の放熱部材７の表面を覆うように形成された金属層であり、第１の接合部５を介して光波長変換部材３に接合されている。

この第１の金属層８は、第１の放熱部材７の表面全体を覆うように形成されていることが好ましいが、第１の放熱部材７の一部を覆うように形成されていてもよい。但し、第１の金属層８は、第１の接合部５と接していること（即ち接合していること）が必要である。

つまり、第１の接合部５の下面の全体が、第１の金属層８の上面の全体に接していること（即ち接合していること）が好ましいが、第１の金属層８の一部が第１の接合部５に接している構成であってもよい。

第１の金属層８の平均厚みとしては、例えば０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲を採用できる。
第１の金属層８は、第１の放熱部材７よりも放熱性に優れた金属層（即ち熱伝導率が高い金属層）である。この第１の金属層８としては、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものを採用できる。第１の金属層８の材質としては、銅、銀、金等が採用できる。

＜第１の接合部＞
第１の接合部５は、光波長変換部材３と第１の放熱部材７（詳しくは第１の放熱部材７の表面上の第１の金属層８）とを接合している。第１の接合部５の平均厚みとしては、１０μｍ以上７０μｍ以下が好ましい。

第１の接合部５は、光波長変換部材３の中間膜部１９の下面と、第１の金属層８の上面との間に配置され、これら２つの面を接合している。
第１の接合部５の融点は、３００℃以上である。第１の接合部５の融点が３００℃未満であると、レーザーの高出力域において、光波長変換部材３からの熱で第１の接合部５が溶融し、脱離、破損等の欠陥が発生する。なお、第１の接合部５の融点としては、５００℃以上が好ましく、８００℃以上がより好ましい。

第１の接合部５の熱伝導率は、１２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。第１の接合部５の熱伝導率が１２０Ｗ／ｍ・Ｋ未満であると、光波長変換部材３からの排熱をより効果的に行う点において不足が生じるおそれがあり、レーザーの高出力域で蛍光機能が低下するおそれがある。なお、第１の接合部５の熱伝導率としては、１５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上が好ましい。

第１の接合部５の材質は、少なくとも第１の接合部５の融点が上記条件を満たすことができれば特に限定されない。ただし、第１の接合部５の融点及び熱伝導率が上記条件を満たすことがより好ましい。さらに、上記条件を満たすために、第１の接合部５は、金、銀、銅、又はこれらの組み合わせのみから構成されるとよい。

第１の接合部５は、気孔を有するとよい。第１の接合部５が気孔を有することにより、第１の放熱部材７と光波長変換部材３との間の熱膨張差が緩和されるので、熱衝撃による第１の接合部５の破損を抑制することができる。

気孔を有する第１の接合部５は、例えば、上述した金属のナノ粒子を焼結することで得られる。ここでいうナノ粒子とは、ナノサイズオーダーの粒子を含む、平均粒径が数ナノメートルから数マイクロメートルの粒子群である。そして、第１の接合部５としては、金属のナノ粒子の焼結体が好ましい。例えば、金、銀、銅のうち、少なくとも１種を含む焼結体を採用できる。

この焼結体では、焼結により互いに結合したナノ粒子間の空隙によって気孔が構成される。なお、気孔の最大幅（つまり、最大気孔径）は、５μｍ以下が好ましい。
第１の接合部５の気孔率としては、１％以上４０％以下が好ましい。気孔率が１％未満であると、第１の放熱部材７と光波長変換部材３との間の熱膨張差の緩和効果が得られないおそれがある。一方、気孔率が４０％を超えると、第１の接合部５の伝熱性の低下に伴って、光波長変換部材３の排熱効率が低下するおそれがある。

なお、「気孔率」は、例えば接合部４の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して得られる観察断面において、気孔の占める面積割合（つまり、気孔と材料層との合計面積に対する気孔の合計面積の割合）として求められる。

また、第１の焼結体５が、金、銀、銅のうち、少なくとも１種を含む焼結体である場合には、前記中間膜部１９の表面金属膜３５の材質としては、金、銀、銅のうち、少なくとも１種を採用できる。なお、金属の種類を一致させることがより好ましい。

＜第２の放熱部材＞
第２の放熱部材１１は、セラミックス蛍光体１３よりも放熱性に優れた部材（即ち熱伝導率が高い部材）である。

この第２の放熱部材１１の材質としては、第１の放熱部材７より高い熱伝導率を有する金属を採用できる。例えば、銅、銀、金等を採用できる。
第２の放熱部材１１は、例えば板状に構成される。第２の放熱部材１１の平均厚みとしては、０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下が好ましい。

なお、第２の放熱部材１１としては、第１の放熱部材７よりも厚みが大きく、平面視（図１の上下方向から見た場合）の面積が広い形状を採用できる。
＜第２の接合部＞
第２の接合部９は、第１の金属層８と第２の放熱部材１１とを接合する層である。つまり、第１の金属層８の下面と第２の放熱部材１１の上面との間に配置されて、第１の金属層８の下面と第２の放熱部材１１の上面とを接合する層である。

第２の接合部９の平均厚みとしては、１０μｍ以上７０μｍ以下の範囲を採用できる。
第２の接合部９としては、第１の接合部５と同様な構成（例えば材質や構造）を採用できる。例えば、金、銀、銅のうち、少なくとも１種を含む焼結体を採用できる。

そして、上述した第１の金属層８及び第１の放熱部材７により、さらに、第２の金属層６３及び第２の放熱部材１１により、セラミックス蛍光体１３においてレーザー光の照射によって生じた熱の排熱が促進される。これにより、高出力域でのセラミックス蛍光体１３の蛍光機能が維持される。

［１−２．光波長変換部品の製造方法］
次に、光波長変換部品１の製造方法について説明する。
（セラミックス蛍光体の作製）
セラミックス蛍光体１３は、例えば下記の方法や公知の方法によって製造することができる。

例えば、Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径０．２μｍ）、Ｙ_２Ｏ_３(平均粒径１．２μｍ)、Ｇｄ_２Ｏ_３(平均粒径１．１μｍ)、及びＣｅＯ_２(平均粒径１．５μｍ)の粒子を、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が焼結体全体の３０体積％になるように秤量した。

これらの粒子をエタノールと共にボールミル中に投入し、１６時間粉砕混合を行った。得られたスラリーを乾燥及び造粒し、得られた造粒粉をプレス成形した。さらに、得られた成形体を大気雰囲気中で、焼成温度を１６００℃、保持時間を１０時間として焼成を行い、セラミックス蛍光体１３を作製した。なお、得られたセラミックス蛍光体１３の相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていた。

（反射膜及び反射防止膜の形成）
得られたセラミックス蛍光体１３を所定寸法(例えば１６ｍｍ角の平均厚さ２００μｍの板状）に加工した。

このセラミックス蛍光体１３の上面に、公知の方法（例えばスパッタリングや蒸着等）で反射防止膜１５を形成した。なお、反射防止膜１５として、図示しないが、ＳｉＯ_２層とＴａ_２Ｏ_５層とからなる複層コーティングを形成した。

また、セラミックス蛍光体１３の下面に、公知の方法（例えばスパッタリングや蒸着等）で、例えば酸化チタン膜２１及び酸化ケイ素膜２３を順次形成した（即ち増反射膜２５を形成した）。

さらに、酸化ケイ素膜２３の表面に、公知の方法（例えばスパッタリングや蒸着等）で、例えばＡｇからなる反射膜２７を形成した。
さらに、反射膜２７の表面に、公知の方法（例えばスパッタリングや蒸着等）で、例えば酸化アルミニウムからなる酸化物膜２９を形成した。

さらに、酸化物膜２９の表面に、公知の方法（例えばスパッタリングや蒸着等）で、例えばニッケル膜３３及び銀膜３５を順次形成した（即ち金属膜３１を形成した）。
これによって、光波長変換部材３を得た。なお、上記工程で得られた光波長変換部材３を所定寸法（例えば３．５ｍｍ角）に切断した。

（第１の放熱部材と第２の放熱部材の作製）
例えばＣｕ-Ｍｏ合金製の板材を所定寸法（例えば１２ｍｍ角の平均厚さ２ｍｍの板状）に切断し、第１の放熱部材７を作製した。

そして、この第１の放熱部材７の表面に、例えばメッキによって、例えば銅からなる第１の金属層８を形成した。
また、銅製の板材を所定寸法（例えば２０ｍｍ角の平均厚さ２ｍｍの板状）に切断し、第２の放熱部材１１を作製した。

（光波長変換部材と第１、第２放熱部材との接合）
光波長変換部材３と（第１の金属層８で覆われた）第１の放熱部材７との間、および、（第１の金属層８で覆われた）第１の放熱部材７と第２の放熱部材１１との間に、市販の銀ナノ粒子を含む材料（即ち塗布剤）をそれぞれ配置し、焼結することによって、それぞれ第１の接合部５と第２の接合部９を形成した。なお、銀ナノ粒子に代えて、銅ナノ粒子や、銀ナノ粒子と銅ナノ粒子との混合粒子を含む塗布剤を用いてもよい。

これによって、光波長変換部材３と（第１の金属層８で覆われた）第１の放熱部材７と第２の放熱部材１１とが、第１の接合部５と第２の接合部９とによって接合された光波長変換部品１を得た。

［１−３．光複合装置］
次に、上述した光波長変換部品１を備えた光複合装置４１について説明する。
図２に示すように、光複合装置４１は、光波長変換部品１と、光波長変換部品１が収容されたパッケージ４３とを備える。

パッケージ４３は、箱状の容器、又は板状の基板である。パッケージ４３は、例えば、アルミナ等のセラミックスを主成分としている。なお、ここで「主成分」とは、例えば８０質量％以上含まれている成分を意味する。パッケージ４３には、ＬＥＤ、ＬＤ等の発光素子を搭載する発光素子搭載領域が設けられていてもよい。

［１−４．光源ユニット］
次に、光複合装置４１が用いられる光源ユニット５１について説明する。
図３に示すように、光源ユニット５１は、光複合装置４１と、発光素子等を備えた周知の複数の青色レーザー発振器（つまり、第１青色レーザー発振器５３及び第２青色レーザー発振器５５）と、ダイクロイックミラー５７と、レンズ５９とを備えている。

光源ユニット５１では、第１青色レーザー発振器５３から光波長変換部品１に対して、図３の右方向に第１青色光Ｂ１が照射される。第１青色光Ｂ１は、光波長変換部品１にて波長変換されると共に反射され、黄色光Ｙとして、図３の左方向に出力される。黄色光Ｙは、図３の左右方向に対して４５°傾斜したダイクロイックミラー５７にて反射され、レンズ５９に出力される。

また、第２青色レーザー発振器５５からレンズ５９に向かって図３の上方向に照射された第２青色光Ｂ２は、ダイクロイックミラー５７を透過して、レンズ５９にそのまま出力される。

これにより、レンズ５９において、第１青色光Ｂ１と黄色光Ｙとが混合され、白色光が生成される。その結果、光源ユニット５１では、レンズ５９から図３の上方に向かって白色光が出力される。

［１−５．効果］
以上詳述した第１実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）本第１実施形態は、光波長変換部品１を使用する際に、熱サイクルが加わった場合でも、第１の放熱部材７は（光波長変換部品１の使用温度範囲において）Ｃｕよりも低い熱膨張率を有しているので、第１の放熱部材７がＣｕからなる場合に比べて、セラミックス蛍光体１３に割れが生じにくい。また、反射膜２７等のようにセラミックス蛍光体１３の厚み方向の表面側に設けたコーティング層に剥離が生じにくい。

さらに、第１の放熱部材７は、第１の接合部５によって光波長変換部材と接合されている第１の金属層８を備えており、その第１の金属層８は第１の放熱部材７よりも熱伝導率が高いので、放熱性に優れている。

その上、本第１実施形態では、金属からなる第２の接合部９によって第１の放熱部材７と第２の放熱部材１１とが接合され、第２の放熱部材１１の熱伝導率は第１の放熱部材７の熱伝導率より高い。そのため、第１の放熱部材７のみの場合に比べて、放熱性に優れている。

よって、セラミックス蛍光体１３の温度上昇を抑制できるので、発光強度の低下（即ち温度消光）を抑制することができる。
このように、本第１実施形態では、熱応力による光波長変換部材３の破損の発生を抑制するとともに、優れた放熱性を有する光波長変換部品１を提供することができるという顕著な効果を奏する。

（１ｂ）本第１実施形態では、第１の放熱部材７は、Ｍｏ−Ｃｕ合金、Ｃｒ−Ｃｕ合金、Ｗ−Ｃｕ合金のいずれか１種からなっている。
これらの合金は、Ｃｕよりも熱膨張率が低いので、第１の放熱部材７の材料として、これらの材料を採用することにより、熱サイクルに起因する光波長変換部品１の破損を効果的に抑制することができる。

（１ｃ）本第１実施形態では、第１の接合部５は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種を含む焼結体からなっている。
これらの金属（従ってこれらの金属を含む焼結体）は、高い熱伝導率を有しているので、第１の接合部５における熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品１は高い放熱性を有している。

また、上述した金属の焼結体を用いる場合には、第１の接合部５の伝熱性を維持しつつ、第１の放熱部材７と光波長変換部材３との間の熱膨張差が緩和されるので、熱衝撃による第１の接合部５の破損を抑制することができる。

（１ｄ）本第１実施形態では、第１の金属層８は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種からなっている。
これらの金属は、高い熱伝導率を有しているので、第１の金属層８における熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品１は高い放熱性を有している。

（１ｅ）本第１実施形態では、第２の放熱部材１１は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種からなっている。
上述したように、これらの金属は、高い熱伝導率を有しているので、第２の放熱部材１１（従って光波長変換部品１）は高い放熱性を有している。

（１ｆ）本第１実施形態は、第２の接合部９は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種を含む焼結体からなっている。
上述したように、これらの金属（従ってこれらの金属を含む焼結体）は、高い熱伝導率を有しているので、第２の接合部９における熱伝達性能が高くなる。よって、光波長変換部品１は高い放熱性を有している。

また、上述したように、第２の接合部９によって、第１の放熱部材７と第２の放熱部材１１との間の熱膨張差が緩和されるので、熱衝撃による第２の接合部９の破損を抑制することができる。

（１ｇ）本第１実施形態では、第２の放熱部材１１は第１の放熱部材７よりも厚いので、第２の放熱部材１１は第１の放熱部材７よりも熱容量が大きい。よって、第１の放熱部材７（従って光波長変換部材３）の温度上昇を効果的に抑制できる。

（１ｈ）本第１実施形態では、第２の放熱部材１１は第１の放熱部材７よりも面積が広い。よって、第１の放熱部材７（従って光波長変換部材３）の温度上昇を効果的に抑制できる。

［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。

図４に示すように、本第２実施形態の光波長変換部品６１は、第１実施形態とほぼ同様な構成を有している。
つまり、光波長変換部品６１は、第１実施形態と同様に、光波長変換部材３と、第１の接合部５と、第１の放熱部材７と、第１の金属層８と、第２の接合部９と、第２の放熱部材１１とを備える。

特に本第２実施形態では、第２の放熱部材１１の表面に、第２の金属層６３を備えている。
この第２の金属層６３は、第２の放熱部材１１の表面全体を覆うように形成されていることが好ましいが、第２の放熱部材１１の一部を覆うように形成されていてもよい。但し、第２の金属層６３は、第２の接合部９と接していること（即ち接合していること）が必要である。

第２の金属層６３の平均厚みとしては、例えば０．５μｍ以上５μｍ以下の範囲を採用できる。
第２の金属層６３は、第２の放熱部材１１よりも放熱性に優れた金属層（即ち熱伝導率が高い金属層）である。この第２の金属層６３としては、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものを採用できる。

第２の金属層６３の材質としては、銅、銀、金等が採用できる。なお、第２の金属層６３は、第１の金属層８と同様な材質を採用できるが、異なっていてもよい。
本第２実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。さらに、第２実施形態では、第２の放熱部材１１の表面に、第２の放熱部材１１よりも熱伝導率の高い第２の金属層６３を備えているので、第１実施形態よりも一層放熱性に優れているという利点がある。

［３．第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。

図５に示すように、本第３実施形態の光波長変換部品７１は、第１実施形態と同様に、光波長変換部材３と、第１の接合部５と、第１の放熱部材７と、第１の金属層８とを備える。但し、第２の接合部９と第２の放熱部材１１とを備えていない。

なお、第１の放熱部材７の寸法としては、第１実施形態よりも面積が広く且つ厚みが大きな部材（例えば第２の放熱部材１１と同様な寸法の部材）を採用できる。
本第３実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。但し、第１実施形態は第２の放熱部材１１を備えているので、その分、放熱性が高い。また、本第３実施形態は、第１実施形態よりも構成を簡易化できるという利点がある。

［４．第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、第３実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。なお、第１実施形態と同様な構成には同様な番号を付す。

図６に示すように、本第４実施形態の光波長変換部品８１は、第３実施形態と同様に、光波長変換部材３と、第１の接合部５と、第１の放熱部材７と、第１の金属層８とを備える。

本第３実施形態では、第１の放熱部材７の上面にのみ第１の金属層８を備えたクラッド材８３を用いている。つまり、Ｃｕ-Ｍｏ合金板の厚み方向の一方の表面にＣｕ板が積層されたクラッド材８３を用いている。なお、第１の放熱部材７の厚み方向の両側に第１の金属層８を備えたクラッド材を用いてもよい。

従って、光波長変換部材３とクラッド材８３の上面側の第１の金属層８とが、第１の接合部５で接合されている。
本第４実施形態は、第３実施形態と同様な効果を奏する。

［５．実験例］
以下に、本開示の効果を確認するために行った実験の内容とその評価とについて説明する。

＜実験に使用する試料＞
本実験に用いる試料を作製した。なお、各試料を作製する場合には、下記に示す内容及び表１に示す内容以外は、前記実施形態と同様である。

なお、試料No.１〜３、１３が、本開示の範囲外の比較例の試料（表１にてＮＧで示す試料）であり、試料No.４〜１２、１４、１５が、本開示の範囲内の実施例の試料（表１にてＯＫで示す試料）である。

セラミックス蛍光体としては、前記第１実施形態と同様なセラミックス蛍光体を作製した。なお、セラミックス蛍光体の室温（例えば２５℃）以上３００℃以下の温度範囲の熱膨張率は８×１０^−６／Ｋである。

そして、セラミックス蛍光体に、第１実施形態と同様に、反射防止膜、反射膜部、中間膜部をコーティングして形成し、各試料の光波長変換部材を作製した。
なお、光波長変換部材の寸法は、直径が７ｍｍ×厚みが０．１ｍｍの円板状である。

次に、下記表１に示すように、試料として、光波長変換部材に第１の接合部によって第１の放熱部材を接合した試料（No.１〜６）を作製した。このうち、試料No.１、２は、第１の放熱部材に第１の金属層をコーティングしない試料であり、試料No.３〜５は、第１の放熱部材に第１の金属層をコーティングした試料である。

なお、第１の放熱部材の寸法は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの正方形の板材である。
また、他の試料として、光波長変換部材に第１の接合部によって第１の放熱部材を接合するとともに、第２の接合部によって更に第２の放熱部材を接合した試料（No.７〜１５）を作製した。なお、この試料No.７〜１５は、第１の放熱部材に第１の金属層をコーティングした試料である。

なお、試料No.７〜１５では、第１の放熱部材の寸法は、直径が７ｍｍの円板状であり、第２の放熱部材の寸法は、縦２０ｍｍ×横２０ｍｍの正方形の板材である。
また、表１において、材質を示す元素の前の数値は、重量％を示している。例えばＣｕ７０Ｍｏの場合は、Ｃｕ３０重量％、Ｍｏ７０重量％を示している。また、試料No.２〜４、１３〜１５の第１の接合部は、半田からなる接合部である。

＜放熱性確認試験＞
次に、前記試料を用いて行った放熱性確認試験（即ち耐レーザー出力性能の試験）について説明する。

各試料に対して、４６５ｎｍの波長を有するレーザー光（つまり青色ＬＤ光）を、レンズで直径０．５ｍｍまで集光して照射した。そして、各試料が消光するまでレーザー光を照射する出力を徐々に上げてゆき、消光した際の出力を求めた。

その結果を下記表１に記すが、レーザー出力が直径０．５ｍｍの面積において１５Ｗ以上が好ましいと考えられる。
＜熱サイクル試験＞
次に、前記試料を用いて行った熱サイクル試験（即ち発光強度の試験）について説明する。

各試料を電気炉に入れ、−５０℃〜１５０℃（３０分保持）の工程を、１０００サイクル実施し、試験前後（試験後／試験前）の発光強度の比を求めた。その結果を下記表１に記すが、発光強度比は９５％以上が好ましいと考えられる。

なお、試験前後において、発光強度をパワーメータで測定した。このときの発光強度は、５Ｗのレーザーを直径０．５ｍｍまで集光して照射してから１２０秒経過したときに測定されるものである。

＜考察＞
表１に示すように、第１の放熱部材を備えたNo.５、６の試料、即ち、第１の放熱部材にＣｕよりも低い熱膨張係数の材料を適用し、第１の放熱部材の表面に第１の放熱部材より熱伝導率の高い第１の金属層を備え、第１の接合部がＡｇ焼結体である試料は、耐レーザー出力性能が２０Ｗ〜２２Ｗであり、且つ、発光強度比が９８％〜９９％であるので、好適である。

つまり、放熱性が高いので温度消光が発生しにくく、且つ、熱サイクルが加わった場合でも、応力が緩和され易く、よって、反射膜等のコーティング層の剥離が抑制され易いので、好適である。

また、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを備えたNo.７〜１２の試料、即ち、第１の放熱部材にＣｕよりも低い熱膨張係数の材料を適用し、第１の放熱部材の表面に第１の放熱部材より熱伝導率の高い第１の金属層を備え、更に、第１の放熱部材よりも高い熱伝導率を有する第２の放熱部材を備え、第１、第２の接合部がＡｇ焼結体である試料は、耐レーザー出力性能が２５Ｗ以上であり、且つ、発光強度比が９７％以上であるので、好適である。

つまり、試料５、６に比べて、一層放熱性が高いので一層に温度消光が発生しにくく、且つ、熱サイクルが加わった場合でも、応力が緩和され易く、よって、反射膜等のコーティング層の剥離が抑制され易いので、好適である。

さらに、第１の放熱部材と第２の放熱部材とを備えたNo.１４、１５の試料、即ち、第１の放熱部材にＣｕよりも低い熱膨張係数の材料を適用し、第１の放熱部材の表面に第１の放熱部材より熱伝導率の高い第１の金属層を備え、更に、第１の放熱部材よりも高い熱伝導率を有する第２の放熱部材を備え、第１、第２の接合部がＡｇ焼結体又は半田である試料は、耐レーザー出力性能が１７Ｗ〜２０Ｗであり、且つ、発光強度比が９６％であるので、好適である。

また、第１の放熱部材を備えたNo.４の試料、即ち、第１の放熱部材にＣｕよりも低い熱膨張係数の材料を適用し、第１の放熱部材の表面に第１の放熱部材より熱伝導率の高い第１の金属層を備え、第１の接合部が半田である試料は、耐レーザー出力性能が１５Ｗであり、且つ、発光強度比が９７％であるので、好適である。

一方、比較例のNo.１〜３、１３の試料は、本開示の構成を備えていないので、耐レーザー出力性能が１３Ｗ以下と低いか、または、発光強度比が６３％以下と小さいので好ましくない。

［６．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。

（６ａ）上記実施形態の光波長変換部品において、光波長変換部材は、必ずしも反射防止膜や中間膜部を有しなくてもよい。
また、反射膜部のうち、増反射膜を有していなくともよい。中間膜部のうち金属膜を設けなくてもよい。

（６ｂ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…光波長変換部品、３…光波長変換部材、５…第１の接合部、７…第１の放熱部材、８…第１の金属層、９…第２の接合部、１１…第１の放熱部材、６３…第２の金属層

Claims (11)

1. 入射した光の波長を変換する光波長変換部を有する光波長変換部材と、
   銅より低い熱膨張率を有する第１の放熱部材と、
   前記光波長変換部材と前記第１の放熱部材との間に介在する金属からなる第１の接合部と、
   を備え、
   前記光波長変換部材は、前記光波長変換部よりも前記第１の放熱部材側に反射膜を備えており、
   前記第１の放熱部材の表面の少なくとも一部に、前記第１の接合部によって前記光波長変換部材と接合されるととともに、前記第１の放熱部材よりも熱伝導率が高い金属からなる第１の金属層を備えた、
   光波長変換部品。
2. 前記光波長変換部は、セラミックス蛍光体である、
   請求項１に記載の光波長変換部品。
3. 前記第１の放熱部材は、Ｍｏ−Ｃｕ合金、Ｃｒ−Ｃｕ合金、Ｗ−Ｃｕ合金のいずれか１種からなる、
   請求項１または請求項２に記載の光波長変換部品。
4. 前記第１の接合部は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種を含む焼結体からなる、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光波長変換部品。
5. 前記第１の金属層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種からなる、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光波長変換部品。
6. 前記光波長変換部材との間に前記第１の放熱部材を挟む第２の放熱部材と、前記第１の放熱部材と第２の放熱部材とを直接的にまたは間接的に接合する金属からなる第２の接合部と、を備え、
   前記第２の放熱部材の熱伝導率は、前記第１の放熱部材の熱伝導率より高い、
   請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光波長変換部品。
7. 前記第２の放熱部材は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種からなる、
   請求項６に記載の光波長変換部品。
8. 前記第２の接合部は、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち、少なくとも１種を含む焼結体からなる、
   請求項６または請求項７に記載の光波長変換部品。
9. 前記第２の放熱部材の表面の少なくとも一部に、前記第２の接合部と接触するととともに、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕのうち少なくとも１種からなる第２の金属層を備えた、
   請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の光波長変換部品。
10. 前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とは、前記第２の接合部を介して積層されるように配置された板状の部材であって、
    前記第１の放熱部材の厚みより前記第２の放熱部材の厚みが大である、
    請求項６から請求項９のいずれか１項に記載の光波長変換部品。
11. 前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とは、前記第２の接合部を介して積層されるように配置された板状の部材であって、
    前記第１の放熱部材と前記第２の放熱部材とを厚み方向から見た場合に、
    前記第１の放熱部材の面積より前記第２の放熱部材の面積が大である、
    請求項６から請求項１０のいずれか１項に記載の光波長変換部品。

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