JP2022089598A - 蛍光発光素子、蛍光発光モジュール及び発光装置 - Google Patents

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洋介 本多
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宜幸 高平
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Abstract

【課題】光の利用効率が高い蛍光発光素子、蛍光発光モジュール及び発光装置を提供する。【解決手段】蛍光発光素子１は、蛍光体材料を有し、第１主面１１及び第１主面１１に背向する第２主面１２を有する平板形状の波長変換部材１０と、第１主面１１及び第２主面１２の少なくとも一方に接合して設けられる金属膜と、を備え、波長変換部材１０を平面視したときに、波長変換部材１０は、金属膜とは重ならない領域Ａ１を有し、金属膜は、上記の一方と接合する接合面と、接合面に背向する露出面と、を有する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、蛍光発光素子、蛍光発光モジュール及び発光装置に関する。
従来、励起光により励起され蛍光を発生する蛍光発光素子が知られている。蛍光発光素子は、例えば、プロジェクタなどの発光装置に応用されている。
特許文献１には、蛍光発光素子の一例として、蛍光発生部が開示されている。また、特許文献１で開示される光源装置は、板状のガラス部材で構成される蛍光体用基板と、蛍光発生部（蛍光発光素子）と、蛍光体用基板及び蛍光発光部の間に位置するダイクロイック膜と、蛍光発生部を励起する励起光を射出する光射出部とを備える。
特開２０１２－９２４２号公報
ところで、励起光の照射により蛍光発光素子の温度が高くなると、発生する蛍光が減少する現象（所謂、温度消光現象）が起こることが知られている。例えば、特許文献１で開示される光源装置においては、蛍光発光素子の放熱性が十分でないため温度消光現象が起こりやすく、この結果、蛍光発光素子から出射される蛍光が減少する。このため、特許文献１で開示される蛍光発光素子の光の利用効率が低くなってしまう場合がある。
そこで、本発明は、光の利用効率が高い蛍光発光素子、蛍光発光モジュール及び発光装置を提供する。
本発明の一態様に係る蛍光発光素子は、蛍光体材料を有し、第１主面及び前記第１主面に背向する第２主面を有する平板形状の波長変換部材と、前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に接合して設けられる金属膜と、を備え、前記波長変換部材を平面視したときに、前記波長変換部材は、前記金属膜とは重ならない領域を有し、前記金属膜は、前記一方と接合する接合面と、前記接合面に背向する露出面と、を有する。
また、本発明の一態様に係る蛍光発光モジュールは、上記の蛍光発光素子と、前記蛍光体材料を励起する光であって、前記第１主面側から前記領域に入射する励起光を出射する光出射部と、を備える。
また、本発明の一態様に係る発光装置は、上記の蛍光発光モジュールを備える。
本発明によれば、光の利用効率が高い蛍光発光素子、蛍光発光モジュール及び発光装置を提供することができる。
図１Ａは、実施の形態に係る蛍光発光素子の平面図である。 図１Ｂは、実施の形態に係る蛍光発光素子の下面図である。 図２は、図１ＡのＩＩ－ＩＩ線における蛍光発光素子の切断面を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係るプロジェクタの外観を示す斜視図である。 図４Ａは、実施の形態に係るプロジェクタの構成を示す模式図である。 図４Ｂは、実施の形態に係る蛍光発光モジュールを示す模式図である。 図５は、実施の形態に係る蛍光発光素子と回転部との位置関係を示す平面図である。 図６は、実施の形態に係る波長変換部材の温度と複数の金属膜の厚みとの関係を示す図である。 図７は、実施の形態に係る波長変換部材の温度と複数の放熱フィンが設けられる位置との関係を示す図である。 図８は、実施の形態に係る波長変換部材の温度と複数の放熱フィンの厚みとの関係を示す図である。 図９は、実施の形態に係る波長変換部材の温度と複数の放熱フィンの個数との関係を示す図である。
以下では、本発明の実施の形態に係る蛍光発光素子などについて、図面を用いて詳細に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、製造工程、製造工程の順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
本明細書において、平行又は直交などの要素間の関係性を示す用語、及び、円形状などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲は、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
また、本明細書及び図面において、ｘ軸、ｙ軸及びｚ軸は、三次元直交座標系の三軸を示している。各実施の形態では、波長変換部材が有する第１主面と平行な２軸をｘ軸及びｙ軸とし、ｘ軸及びｙ軸と直交する軸をｚ軸としている。
（実施の形態）
［構成］
はじめに、本実施の形態に係る蛍光発光素子１の構成について図面を用いて説明する。図１Ａは、本実施の形態に係る蛍光発光素子１の平面図である。図１Ｂは、本実施の形態に係る蛍光発光素子１の下面図である。なお、ｚ軸負方向から蛍光発光素子１を見た場合を平面図、ｚ軸正方向から蛍光発光素子１を見た場合を下面図、とする。また、平面図での視点を平面視、下面図での視点を下面視とする。図２は、図１ＡのＩＩ－ＩＩ線における蛍光発光素子１の切断面を示す断面図である。図２には、蛍光発光素子１の断面の一部を拡大した断面図が、二点鎖線の矩形で囲まれた矩形範囲内に図示されている。
蛍光発光素子１は、励起光Ｌ１を受光して蛍光を含む透過光Ｌ２を放つ光学部材である。蛍光発光素子１は、プロジェクタ及び照明装置などに代表される発光装置に適用される。本実施の形態においては、蛍光発光素子１は、プロジェクタに適用され、当該プロジェクタにおいて蛍光体ホイールとして利用される。この場合、透過光Ｌ２は、当該プロジェクタが出力する投射光として利用される光である。
図１Ａ、図１Ｂ及び図２が示すように、蛍光発光素子１は、波長変換部材１０と、複数の金属膜と、複数のニッケル膜とを備える。本実施の形態においては、複数の金属膜とは第１金属膜２１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４であり、複数のニッケル膜とは第１ニッケル膜３１、第２ニッケル膜３２、第３ニッケル膜３３及び第４ニッケル膜３４である。
まず、波長変換部材１０について説明する。
波長変換部材１０は、第１主面１１及び第２主面１２を有する平板形状の部材である。より具体的には、波長変換部材１０は円形状を有する基板であり、つまりは、円板形状を有する。波長変換部材１０は、支持基板として、複数の金属膜及び複数のニッケル膜を支持する部材である。第１主面１１は基板である波長変換部材１０が有する１つの主面であり、第２主面１２は波長変換部材１０が有する他の１つの主面である。また、第２主面１２は、第１主面１１に背向する主面である。第１主面１１及び第２主面１２は、ここでは、平面である。
円板形状である波長変換部材１０の直径は、一例として３０ｍｍ以上９０ｍｍ以下であるとよく、３５ｍｍ以上７０ｍｍ以下であるとよりよく、４０ｍｍ以上５０ｍｍ以下であるとさらによいが、これに限られない。蛍光発光素子１がプロジェクタに適用される場合には、当該プロジェクタの筐体内に収まるように、波長変換部材１０の直径が定められる。
波長変換部材１０の厚み（つまりは、ｚ軸方向の長さ）は、５０μｍ以上７００μｍ以下であるとよい。波長変換部材１０の厚みは、８０μｍ以上５００μｍ以下であるとよりよく、１００μｍ以上３００μｍ以下であるとさらによい。本実施の形態においては、波長変換部材１０は、２００μｍである。
波長変換部材１０は、蛍光体材料を有する部材である。本実施の形態においては、波長変換部材１０は、主成分である蛍光体材料のみによって構成されている部材である。より具体的には、波長変換部材１０は、蛍光体材料のみによって構成されている焼結蛍光体によって構成されている基板である。
なお、ここで本明細書における焼結蛍光体について説明する。
焼結蛍光体とは、上記の主成分である蛍光体材料（一例として、蛍光体材料の原料粉が造粒された造粒体）の原料粉が、蛍光体材料の融点よりも低い温度で焼成された焼成体である。また、焼結蛍光体は、焼成の過程で原料粉同士が結合される。そのため、焼結蛍光体は、造粒体同士を結合させるための結合剤をほとんど必要としない。より具体的には、焼結蛍光体は、結合剤を一切必要としない。結合剤とは、一例として、上記の特許文献１では、透明樹脂である。また、結合剤とは、Ａｌ２Ｏ３材料、及び、ガラス材料（つまりはＳｉＯｄ（０＜ｄ≦２））などが公知の材料として用いられている。なお、同様に、結合剤に限られず、焼結蛍光体は、焼結蛍光体が有する蛍光体材料以外の材料（以下その他材料）をほとんど必要とせず、より具体的には、その他材料を一切必要としない。
例えば、焼結蛍光体の全体の体積を１００ｖｏｌ％としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料の体積が７０ｖｏｌ％以上であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積における蛍光体材料の体積が、８０ｖｏｌ％以上であるとよりよく、９０ｖｏｌ％以上であるとさらによく、９５ｖｏｌ％以上であるとさらによりよくなる。
なお、換言すると、焼結蛍光体の全体の体積を１００ｖｏｌ％としたとき、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料（例えば結合剤）の体積が３０ｖｏｌ％未満であるとよい。また、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料（例えば結合剤）の体積が、２０ｖｏｌ％未満であるとよりよく、１０ｖｏｌ％未満であるとさらによく、５ｖｏｌ％未満であるとさらによりよくなる。
焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料のｖｏｌ％が高い（つまり、その他材料の体積の割合が多い）と、蛍光体材料とその他材料との界面に存在する欠陥によりフォノン散乱が発生する。この結果、焼結蛍光体の熱伝導率が低下する。特に、その他材料の体積が３０ｖｏｌ％以上で熱伝導率の低下が著しい。また、上記界面での非発光再結合も多くなり、発光効率が低下する。換言すると、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料のｖｏｌ％が低い（つまり、その他材料の体積の割合が少ない）ほど、熱伝導率、及び、発光効率が向上する。本発明の焼結蛍光体は、上記理由により、焼結蛍光体の全体の体積におけるその他材料の体積を３０％未満としている。
ここで、蛍光体材料について説明する。
蛍光体材料は、例えば、ガーネット構造を有する結晶相によって構成されている材料である。ガーネット構造とは、Ａ３Ｂ２Ｃ３Ｏ１２の一般式で表される結晶構造である。元素Ａには、Ｃａ、Ｙ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ及びＬｕなどの希土類元素が適用され、元素Ｂには、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｇａ及びＳｃなどの元素が適用され、元素Ｃには、Ａｌ、Ｓｉ及びＧａなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ））、ＬｕＡＧ（ルテチウム・アルミニウム・ガーネット（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ））、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２（ルテチウム・カルシウム・マグネシウム・シリコン・ガーネット（Ｌｕｔｅｔｉｕｍ Ｃａｌｃｉｕｍ Ｍａｇｎｅｓｉｕｍ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇａｒｎｅｔ））及びＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット（Ｔｅｒｂｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ））などが挙げられる。本実施の形態においては、蛍光体材料は、（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（つまりは、（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ５Ｏ１２）（０．０００１≦ｘ＜０．１）で表される結晶相、つまりはＹＡＧによって構成されている。
また、蛍光体材料がＹＡＧによって構成されている場合、原料としてＡｌ２Ｏ３が用いられる場合がある。この場合、焼結蛍光体において、未反応の原料としてＡｌ２Ｏ３が残るときがある。しかし、未反応の原料であるＡｌ２Ｏ３は、上記結合剤とは異なる。また、焼結蛍光体の全体の体積を１００ｖｏｌ％としたとき、焼結蛍光体の全体の体積における未反応の原料であるＡｌ２Ｏ３の体積は、５ｖｏｌ％以下である。
なお、蛍光体材料を構成する結晶相は、化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体であってもよい。このような固溶体としては、（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表されるガーネット結晶相と（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（０．００１≦ｙ＜０．１）で表されるガーネット結晶相との固溶体（（１－ａ）（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ５Ｏ１２・ａ（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（０＜ａ＜１））が挙げられる。また、このような固溶体としては、（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表されるガーネット結晶相と（Ｌｕ１－ｚＣｅｚ）２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２（０．００１５≦ｚ＜０．１５）で表されるガーネット結晶相との固溶体（（１－ｂ）（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２・ｂ（Ｌｕ１－ｚＣｅｚ）２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２（０＜ｂ＜１））などが挙げられる。蛍光体材料が化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体から構成されることで、蛍光体材料が放つ蛍光の蛍光スペクトルがより広帯域化し、緑色の光成分と赤色の光成分が増える。そのため、色域の広い投射光を放つプロジェクタを提供できる。
また、蛍光体材料を構成する結晶相は、上記の一般式Ａ３Ｂ２Ｃ３Ｏ１２で表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。このような結晶相としては、（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表される結晶相に対してＡｌがリッチな（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２＋δＡｌ３Ｏ１２（δは正の数）が挙げられる。また、このような結晶相としては、（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３Ａｌ２Ａｌ３Ｏ１２（０．００１≦ｘ＜０．１）で表される結晶相に対してＹがリッチな（Ｙ１－ｘＣｅｘ）３＋ζＡｌ２Ａｌ３Ｏ１２（ζは正の数）などが挙げられる。これらの結晶相は、一般式Ａ３Ｂ２Ｃ３Ｏ１２で表される結晶相に対して、化学組成がずれているが、ガーネット構造は維持している。
さらに、蛍光体材料を構成する結晶相には、ガーネット構造以外の構造を有する異相が含まれていても良い。
ＹＡＧで構成される蛍光体材料は、波長変換部材１０が有する第１主面１１側（つまりはｚ軸負側）から入射する光を励起光Ｌ１として受光して、蛍光を放つ。より具体的には、励起光Ｌ１が蛍光体材料に照射されることで、蛍光体材料から波長変換光として蛍光が放たれる。つまり、蛍光体材料から放たれる波長変換光は、励起光Ｌ１の波長よりも長い波長の光である。
励起光Ｌ１は、一例として、波長３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下にピーク波長を有する近紫外から青色の範囲内の光である。このとき、励起光Ｌ１のピーク波長は、例えば４５５ｎｍであり、励起光Ｌ１は青色光である。
本実施の形態において、蛍光体材料から放たれる波長変換光には、黄色光である蛍光が含まれる。蛍光体材料は、例えば、波長が３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の光を吸収し、波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の領域に蛍光ピーク波長を有する黄色光である蛍光を放つ。蛍光体材料がＹＡＧで構成されることで、容易に波長が４９０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下の領域に蛍光ピーク波長を有する蛍光を放つことができる。
本実施の形態においては、図２が示すように、入射した励起光Ｌ１の一部は、蛍光体材料によって波長変換されて、蛍光発光素子１を透過して第２主面１２側から出射される。また、入射した励起光Ｌ１の他部は、蛍光体材料によって波長変換されずに、蛍光発光素子１を透過して第２主面１２側から出射される。波長変換部材１０を透過した透過光Ｌ２は、波長変換された黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光Ｌ１とを含む。つまり、透過光Ｌ２は、これらの光が複合された光であり、白色光である。
次に、このような励起光Ｌ１が入射する領域Ａ１について説明する。
波長変換部材１０は、平面視したときに、複数の金属膜とは重ならない領域Ａ１を有している。なお、領域Ａ１は、下面視したときに、複数の金属膜とは重ならない領域でもある。また、図１Ａ及び図１Ｂにおいては領域Ａ１にはドットが付されており、図２においては領域Ａ１は一点鎖線で囲まれた矩形の領域に該当する。
さらに、図１Ａが示すように、波長変換部材１０を平面視したときに、領域Ａ１の形状は円環形状であり、当該円環形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。領域Ａ１は、波長変換部材１０の中心点Ｃ１からの距離が等しい円周上に円形のリング形状に設けられている。つまり、領域Ａ１は、平面視において周方向に沿う帯状に設けられている。
また、図１Ａ、図１Ｂ及び図２が示すように、波長変換部材１０は、他の構成要素によって支持されることを必要としない。つまり、波長変換部材１０は、リジッドな性質を有する。波長変換部材１０が焼結蛍光体であり、かつ、波長変換部材１０の厚みが上記範囲にあることで、波長変換部材１０はリジッドな性質を有する。また、特許文献１に開示されている蛍光体と透明樹脂とを含む塗料によって形成される蛍光発生部などと比較し、本実施の形態に係る波長変換部材１０は、はるかに剛性が高く、波長変換部材１０が回転されたときの外力による変形量が小さいという性質を有する。
次に、金属膜について説明する。
上述のように、蛍光発光素子１は、複数の金属膜として第１金属膜２１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４を備えている。また、第１金属膜２１は、本体部２１１と複数の放熱フィン２１２とを有している。第１金属膜２１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４は、金属材料によって構成されている構成要素である。
また、蛍光発光素子１が１個の金属膜を備える場合には、１個の金属膜は波長変換部材１０が有する第１主面１１及び第２主面１２の少なくとも一方に接合して設けられる部材である。本実施の形態においては、蛍光発光素子１が複数の金属膜を備えており、複数の金属膜が第１主面１１及び第２主面１２の両方に設けられている。第１金属膜２１及び第２金属膜２２は、ｚ軸負側に位置する第１主面１１に接合して設けられている。第３金属膜２３及び第４金属膜２４は、ｚ軸正側に位置する第２主面１２に接合して設けられている。波長変換部材１０を平面視及び下面視したときに、複数の金属膜は、領域Ａ１の形状である円環形状の内側と外側とに設けられる。以下では、内側に設けられた金属膜を「内側の金属膜」と称し、第１金属膜２１及び第３金属膜２３が「内側の金属膜」と称する。また、外側に設けられた金属膜を「外側の金属膜」と称し、第２金属膜２２及び第４金属膜２４が「外側の金属膜」と称する。
第１金属膜２１が有する本体部２１１と、第２金属膜２２と、第３金属膜２３と、第４金属膜２４とは、波長変換部材１０と積層されるように設けられる薄膜である。本体部２１１と、第２金属膜２２と、第３金属膜２３と、第４金属膜２４とのそれぞれの厚み（ｚ軸方向の長さ）は、１０μｍ以上１２００μｍ以下であればよい。当該厚みは、３０μｍ以上５００μｍ以下であればよりよく、５０μｍ以上２００μｍ以下であればさらによい。なお、本実施の形態においては、本体部２１１と、第２金属膜２２と、第３金属膜２３と、第４金属膜２４とのそれぞれの厚みは、同一であるが、これに限られない。
平面視で、本体部２１１の形状は円形状であり、当該円形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。また、平面視で、第２金属膜２２の形状は円環形状であり、当該円環形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。平面視で、第２金属膜２２の円環形状の外側の円周は、波長変換部材１０の円形状の外側の円周と重なる。
同様に、下面視で、第３金属膜２３の形状は円形状であり、当該円形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。また、下面視で、第４金属膜２４の形状は円環形状であり、当該円環形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。下面視で、第４金属膜２４の円環形状の外側の円周は、波長変換部材１０の円形状の外側の円周と重なる。
このような構成により、平面視及び下面視で、領域Ａ１は、内側の金属膜と外側の金属膜とによって挟まれているともいえる。
また、例えば、蛍光発光素子１が１個の金属膜を備える場合には、１個の金属膜は第１主面１１及び第２主面１２の少なくとも一方に接合する接合面と、当該接合面に背向する露出面と、を有する。本実施の形態においては、複数の金属膜のそれぞれは、波長変換部材１０が有する主面に接合する接合面と、当該接合面に背向する露出面と、を有する。
図２が示すように、第１金属膜２１は、接合面２１ａ及び露出面２１ｂを有している。同様に、第２金属膜２２は接合面２２ａ及び露出面２２ｂを、第３金属膜２３は接合面２３ａ及び露出面２３ｂを、第４金属膜２４は接合面２４ａ及び露出面２４ｂを、有している。２個の接合面２１ａ及び２２ａは、第１主面１１と接合する面である。２個の接合面２３ａ及び２４ａは、第２主面１２と接合する面である。４個の露出面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ及び２４ｂは、蛍光発光素子１の周囲の大気に露出されている面である。換言すると、４個の露出面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ及び２４ｂは、それぞれ４個の接合面２１ａ、２２ａ、２３ａ及び２４ａに背向して外界に露出する面である。
なお、複数の金属膜と波長変換部材１０との間には複数のニッケル膜が設けられている。一例として、第１金属膜２１の接合面２１ａが第１ニッケル膜３１を介して第１主面１１に接合している。同様に、第２金属膜２２の接合面２２ａは、第２ニッケル膜３２を介して第１主面１１に第３金属膜２３の接合面２３ａは、第３ニッケル膜３３を介して第２主面１２に第４金属膜２４の接合面２４ａは、第４ニッケル膜３４を介して第２主面１２に接合している。
本実施の形態においては、このように、波長変換部材１０の第１主面１１及び第２主面１２と複数の金属膜の接合面２１ａ、２２ａ、２３ａ及び２４ａとが接合する。そのため、励起光Ｌ１の照射により波長変換部材１０において熱が発生した場合でも、当該熱が波長変換部材１０から複数の金属膜へ移動しやすくなる。また、一般に、複数の金属膜を構成する金属材料は、ＹＡＧなどの蛍光体材料に比べ、熱伝導率が高い。これにより、当該熱は、複数の金属膜中を移動しやすい。さらに、複数の金属膜が大気に露出されている面である露出面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ及び２４ｂを有することで、当該熱が露出面２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ及び２４ｂから放熱されやすくなる。つまりは、蛍光発光素子１を上記構成とすることで、蛍光発光素子１の放熱性を高めることができる。
ここで、本実施の形態に係る蛍光発光素子１の効果について説明する。
上述の通り、従来の蛍光発光素子において、温度消光現象が起きると、光の利用効率が低くなってしまう。しかし、本実施の形態においては、蛍光発光素子１の放熱性を高めることができるため、励起光Ｌ１の照射による波長変換部材１０の温度の上昇を抑制できる。これにより、温度消光現象が起きにくいため、蛍光の減少が抑制される。つまりは、光の利用効率が高い蛍光発光素子１を実現できる。
また、本実施の形態においては、領域Ａ１が内側の金属膜と外側の金属膜とによって挟まれている。このとき、励起光Ｌ１の照射により領域Ａ１で発生した熱は、領域Ａ１を挟む２個の金属膜の両方に移動することができる。この場合、例えば蛍光発光素子１が領域Ａ１の内側又は外側の一方のみに金属膜を備える場合と比べて、波長変換部材１０の放熱性を高めることができる。これにより、波長変換部材１０の温度の上昇を抑制できるため、蛍光の減少が抑制される。
さらに、複数の放熱フィン２１２について説明する。本実施の形態においては、第１主面１１に設けられた内側の金属膜である第１金属膜２１が複数の放熱フィン２１２を有する。
複数の放熱フィン２１２は、本体部２１１から波長変換部材１０に向かう方向とは反対方向に立設する突起である。つまり、複数の放熱フィン２１２は、本体部２１１に接しており、ｚ軸負方向に突出している領域である。また、図２には、波長変換部材１０の厚み方向（ｚ軸方向）における複数の放熱フィン２１２の厚みＤが示されている。なお、複数の放熱フィン２１２のそれぞれの厚みＤは同一であるが、これに限られない。
図１Ａが示すように、ここでは、８個の放熱フィン２１２が設けられている。平面視したときに、８個の放熱フィン２１２は、放射状に延びるように設けられている。より具体的には、８個の放熱フィン２１２は、波長変換部材１０の中心点Ｃ１を中心に放射状に延びるように配置されている。図１Ａが示すように、８個の放熱フィン２１２は、中心点Ｃ１を中心に、等間隔に広がるように放射状に延びている。
例えば、ｎ個の放熱フィン２１２が設けられる場合、「等間隔に広がるように」とは、１個の放熱フィン２１２が延びる方向と当該１個の放熱フィン２１２と、隣接する他の１個の放熱フィン２１２が延びる方向とがなす角度が３６０°÷ｎとなることを意味する。本実施の形態においては、８個の放熱フィン２１２のうち、１個の放熱フィン２１２が延びる方向と、当該１個の放熱フィン２１２と隣接する他の１個の放熱フィン２１２が延びる方向とがなす角度は、４５°である。
なお、ここでは、８個の放熱フィン２１２が設けられているが、これに限られず、１以上の放熱フィン２１２が設けられていてもよい。また、複数の放熱フィン２１２は、上記に限られず、例えば行列形状又は中心点Ｃ１を中心とした円環形状となるように配置されてもよい。また、モータである回転部（詳細は後述）への負荷、及び、長期信頼性の観点から、蛍光発光素子１の重心が波長変換部材１０の中心点Ｃ１（詳細は後述）と一致するとよい。そのため、ここでは、重心と中心点Ｃ１とを一致させることが容易な構造として、複数の放熱フィン２１２が等間隔に広がるように配置される構造が提示されている。しかし、重心と中心点Ｃ１とを一致させていれば、必ずしも複数の放熱フィン２１２が等間隔に広がるように配置される必要は無い。
金属膜の１個である第１金属膜２１が複数の放熱フィン２１２を有することで、第１金属膜２１の表面積が増加する。表面積が増加することで、第１金属膜２１から熱がより放たれやすくなり、つまりは、蛍光発光素子１の放熱性をより高めることができる。
さらに、複数の金属膜は、銅（Ｃｕ）によって構成されている。Ｃｕは高い熱伝導率を示す金属材料であって、Ｃｕの熱伝導率は３９５Ｗ／ｍ・Ｋである。蛍光体材料を構成するＹＡＧの熱伝導率は１１．２Ｗ／ｍ・Ｋである。そのため、複数の金属膜がＣｕによって構成されていることで、波長変換部材１０の放熱性をさらに高めることができる。
なお、複数の金属膜はＣｕ以外によって構成されていてもよく、例えば、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｍｏ及びＷから選ばれる１以上の金属元素又は合金により構成されているとよい。それぞれの元素の熱伝導率は、Ｎｉが８３Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｐｄが７３Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｒｈが１５０Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｍｏが１３５Ｗ／ｍ・Ｋ、Ｗが１６３Ｗ／ｍ・Ｋである。そのため、複数の金属膜がこれらの金属材料によって構成されることで、波長変換部材１０の放熱性をより高めることができる。
続いて複数のニッケル膜について説明する。
複数のニッケル膜は、上述のとおり、複数の金属膜と波長変換部材１０との間に設けられた膜である。複数のニッケル膜は、Ｎｉによって構成されている膜である。
複数のニッケル膜のそれぞれの厚み（ｚ軸方向の長さ）は、０．１μｍ以上１００μｍ以下であればよい。当該厚みは、０．５μｍ以上５０μｍ以下であればよりよく、１μｍ以上５μｍ以下であればさらによい。
複数のニッケル膜は、波長変換部材１０と複数の金属膜との両方と高い密着性を有する。そのため、複数のニッケル膜が設けられない場合と比べ、複数の金属膜の剥離を抑制することができる。複数の金属膜が剥離すると、蛍光発光素子１の放熱性が低下してしまう。また、複数のニッケル膜が設けられることで、複数の金属膜を構成するＣｕが波長変換部材１０に拡散することを抑制することができる。つまり、複数のニッケル膜は、Ｃｕの拡散防止のためのバリア膜として利用することができる。また、Ｎｉは、上述の通り熱伝導率が高い。よって、複数のニッケル膜が波長変換部材１０と複数の金属膜との間に設けられても、波長変換部材１０から複数の金属膜への熱の移動を阻害し難い。
平面視で、複数のニッケル膜のそれぞれの形状は、複数のニッケル膜のそれぞれが接している複数の金属膜のそれぞれの形状と、同じであるとよい。つまり、第１ニッケル膜３１の形状は、第１金属膜２１が有する本体部２１１と同じく、平面視で円形状であり、当該円形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。第２ニッケル膜３２の形状は、第２金属膜２２と同じく、平面視で、円環形状であり、当該円環形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。第３ニッケル膜３３の形状は、第３金属膜２３と同じく、平面視で円形状であり、当該円形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。第４ニッケル膜３４の形状は、第４金属膜２４と同じく、平面視で、円環形状であり、当該円環形状の中心は波長変換部材１０の中心点Ｃ１と重なる。
複数のニッケル膜の形状が上記であることにより、複数の金属膜のそれぞれと波長変換部材１０とが複数のニッケル膜のそれぞれを介さずに接合されない。つまりは、複数の金属膜のそれぞれと波長変換部材１０とが直接接さないため、複数の金属膜の剥離、及び、Ｃｕの拡散の抑制が実現されやすくなる。
［プロジェクタの構成］
以上のように構成されている蛍光発光素子１は、図３が示すプロジェクタ５００に用いられる。図３は、本実施の形態に係るプロジェクタ５００の外観を示す斜視図である。図４Ａは、本実施の形態に係るプロジェクタ５００の構成を示す模式図である。図４Ｂは、本実施の形態に係る蛍光発光モジュール３００を示す模式図である。図５は、本実施の形態に係る蛍光発光素子１と回転部１００との位置関係を示す平面図である。以下では、本実施の形態に係るプロジェクタ５００の構成について、図４Ａ、図４Ｂ及び図５を用いて説明する。なお、図４Ｂにおいては、図２と同じく蛍光発光素子１が断面図で示されている。
図４Ａが示すように、本実施の形態に係るプロジェクタ５００は、蛍光発光モジュール３００を備える。また、プロジェクタ５００は、公知のプロジェクタと同様、均一化光学系６０１、表示素子部６０２、投光部６０３、及び、表示素子部６０２を制御する制御回路６０４を備える。均一化光学系６０１は、２枚のマルチレンズアレイ（ＭＬＡ）によって構成されている。表示素子部６０２は、蛍光発光モジュール３００から出力され、均一化光学系６０１を経た透過光Ｌ２を制御して映像として出力する略平面状の素子である。換言すると、表示素子部６０２は、映像用の光を生成する。表示素子部６０２は、具体的には、透過型液晶パネルである。表示素子部６０２は、透過光Ｌ２を赤色光、緑色光及び青色光に分離する。その後、分離された赤色光、緑色光及び青色光は、それぞれに対応した表示素子部６０２によって、それぞれ光学変調される。この結果、映像が生成され、赤色光、緑色光及び青色光は、ＲＧＢ合成部であるクロスプリズム（不図示）にて波長合成される。投光部６０３は、テッサー型である。蛍光発光モジュール３００から出力された透過光Ｌ２は、均一化光学系６０１、表示素子部６０２及び投光部６０３によって、この順に制御され、例えばスクリーンなどに拡大投射される投射光となる。制御回路６０４は、表示素子部６０２を制御する回路であり、例えば、マイクロコンピュータによって実現されるが、プロセッサによって実現されてもよい。ただし、本構成に限定されるものではなく、均一化光学系６０１はライトパイプなどのカレイドスコープ系の構造物でもよい。また、投影像の均一性が不要なプロジェクタ及び発光装置では、均一化光学系６０１は設けられていなくてもよい。表示素子部６０２は、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）及びＬＣＯＳ（Ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）でもよい。また、例えば、表示素子部６０２は、反射型液晶パネルであってもよく、ＤＭＤを有するＤＬＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）であってもよい。時分割方式及び白黒方式のプロジェクタ及び発光装置では、透過光Ｌ２が赤色光、緑色光及び青色光に分離されなくてもよい。投光部６０３はガウス型など、他の形式でもよい。
図４Ｂが示すように、蛍光発光モジュール３００は、蛍光発光素子１と、２つの光出射部２００とを有するモジュールである。なお、蛍光発光モジュール３００は、１つの光出射部２００を有してもよい。また、蛍光発光モジュール３００は、回転部１００と、第１光学素子３０１と、第２光学素子３０２と、第３光学素子３０３と、第４光学素子３０４とを有する。
２つの光出射部２００は、励起光Ｌ１を出射する光源である。励起光Ｌ１は、波長変換部材１０が有する蛍光体材料を励起する光である。２つの光出射部２００は、例えば半導体レーザ光源又はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）光源であり、駆動電流によって駆動されて所定の色（波長）の励起光Ｌ１を出射する。
本実施の形態においては、２つの光出射部２００は、半導体レーザ光源である。なお、２つの光出射部２００が備える半導体レーザ素子は、例えば窒化物半導体材料によって構成されたＧａＮ系半導体レーザ素子（レーザチップ）である。本実施の形態において、半導体レーザ光源である２つの光出射部２００は、コリメートレンズ一体型ＴＯ－ＣＡＮタイプの発光装置である。なお、２つの光出射部２００は、特許文献である特開２０１６－２１９７７９に示されているような、マルチチップタイプレーザーでもよく、コリメートレンズとＴＯ－ＣＡＮとが別体になっていてもよい。
上述のように、２つの光出射部２００は、波長３８０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下にピーク波長を有する近紫外から青色の範囲内のレーザ光を励起光Ｌ１として出射する。このとき、励起光Ｌ１のピーク波長は、例えば４４５ｎｍであり、励起光Ｌ１は青色光である。
回転部１００は、蛍光発光素子１の厚み方向（ｚ軸方向）に延びる軸Ｂ１を中心として蛍光発光素子１を回転させる部材であり、一例として、モータである。一例として、図５の矢印が示すように、回転部１００は、軸Ｂ１を中心として平面視で時計回りに蛍光発光素子１を回転させる。軸Ｂ１は、蛍光発光素子１の中心である中心点Ｃ１を通り、つまりは蛍光発光素子１を貫いている。また、回転部１００は、軸Ｂ１を軸芯とする回転軸を有する。なお、図５が示すように、平面視で、蛍光発光素子１は、このような回転部１００と重なる位置に設けられている。
第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３は、蛍光発光素子１から出力された透過光Ｌ２の光路を制御するための光学部材である。一例として、第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３のそれぞれは、透過光Ｌ２を集光するためのレンズである。図４Ｂが示すように、第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３は、波長変換部材１０の第２主面１２側に配置されている。また、プロジェクタ５００の小型化が必要な場合には、蛍光発光素子１と第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３との距離を小さくすることが求められる。
第４光学素子３０４は、２つの光出射部２００から出力された励起光Ｌ１の光路を制御するための光学部材である。一例として、第４光学素子３０４は、透過光Ｌ２を集光するためのレンズである。図４Ｂが示すように、第４光学素子３０４は、波長変換部材１０の第１主面１１側に配置されている。
続いて、図４Ｂにおける光の挙動について説明する。
２つの光出射部２００によって出射された励起光Ｌ１は、蛍光発光素子１における波長変換部材１０が有する領域Ａ１に入射する。入射した励起光Ｌ１の一部は、領域Ａ１が含む蛍光体材料によって波長変換されて蛍光として、波長変換部材１０を透過する。また、入射した励起光Ｌ１の他部は、領域Ａ１が含む蛍光体材料によって波長変換されずに、波長変換部材１０を透過する。波長変換部材１０を透過した透過光Ｌ２は、黄色光である蛍光と波長変換されていない青色光である励起光Ｌ１とを含む複合された光であり、白色光である。さらに、透過光Ｌ２は、蛍光発光素子１から略ランバーシアン配光で出射される。つまりは、図４Ｂが示すように、本実施の形態においては、蛍光発光素子１は、光透過型の蛍光体ホイールとして利用される。
また、上記の通り、領域Ａ１の形状が円環形状であるため、回転部１００により蛍光発光素子１が回転されるときに、励起光Ｌ１が領域Ａ１に入射しやすくなる。このため、蛍光発光素子１を蛍光体ホイールとして利用することがより容易になる。
蛍光発光素子１から出射された透過光Ｌ２は、第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３によって略コリメートされて出射される。なお、第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３は、蛍光発光素子１から出射された透過光Ｌ２を集光しなくてもよい。例えば、第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３は、出射された透過光Ｌ２を集光又は弱拡大放射してもよい。第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３から出射された透過光Ｌ２の放射角が、蛍光発光素子１が用いられるプロジェクタ５００及び照明装置において、効率よく光伝達できる放射角であればよい。
出射された透過光Ｌ２は、図４Ａが示す均一化光学系６０１へと向かう。上記のように、蛍光発光モジュール３００から出力された透過光Ｌ２は、均一化光学系６０１、表示素子部６０２及び投光部６０３の順に制御され、スクリーンに拡大投射される投射光となる。つまり、透過光Ｌ２は、プロジェクタ５００が出力する投射光として利用される光である。なお、第３光学素子３０３と均一化光学系６０１との間には、図示されない光学素子などが設けられ、当該光学素子によって透過光Ｌ２の光路が制御されてもよい。
本実施の形態においては、蛍光発光モジュール３００は、光の利用効率の高い蛍光発光素子１を有する。よって、光の利用効率の高い蛍光発光モジュール３００が実現される。また、蛍光発光モジュール３００は、領域Ａ１に入射する励起光Ｌ１を出射する２つの光出射部２００を有する。領域Ａ１は、波長変換部材１０における複数の金属膜とは重ならない領域である。よって、励起光Ｌ１が複数の金属膜によって反射されるなどの光ロスが起こりにくい。このため、励起光Ｌ１が容易に波長変換部材１０に入射し、波長変換された光である蛍光を発生させることができる。
上記の通り、透過光Ｌ２は、蛍光発光素子１から略ランバーシアン配光で出射される。このため、蛍光発光素子１から出射された透過光Ｌ２が効率よく利用され、かつ、光制御されるためには、蛍光発光素子１の近傍に第１光学素子３０１を配置する必要がある。具体的には、第２主面１２から第１光学素子３０１の入射側面までの距離は、第１光学素子３０１の厚さよりも小さいとよい。より具体的には、第２主面１２から第１光学素子３０１の入射側面までの距離は、２ｍｍ以下であるとよく、１．５ｍｍ以下であるとよりよく、１．０ｍｍ以下であるとさらによい。
プロジェクタ５００の小型化のために蛍光発光素子１と第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３との距離をさらに小さくすることが求められる場合がある。このような場合でも、第１金属膜２１が有する複数の放熱フィン２１２が第１主面１１側に設けられていることで、第１光学素子３０１と複数の放熱フィン２１２とが接触し、破損することを抑制することができる。
上記の通り、蛍光発光素子１から略ランバーシアン配光で出射された透過光Ｌ２が効率よく制御されるために、蛍光発光素子１の近傍に第１光学素子３０１を配置する必要がある。一方、第４光学素子３０４は、励起光Ｌ１を蛍光発光素子１上で集光できればよいため、第１主面１１から第４光学素子３０４の出射面までの距離は、第２主面１２から第１光学素子３０１の入射側面までの距離よりも大きくすることができる。例えばこのとき、蛍光発光素子１上での、励起光Ｌ１のスポットサイズは、透過光Ｌ２のスポットサイズよりも小さい。よって、第３金属膜２３及び第４金属膜２４に複数の放熱フィン２１２が形成される場合、複数の放熱フィン２１２の高さは、第１金属膜２１（より具体的には本体部２１１）に形成された複数の放熱フィン２１２の高さよりも低くする必要がある。また、第２金属膜２２に複数の放熱フィン２１２が形成されてもよい。この第２金属膜２２に形成された複数の放熱フィン２１２の高さは、第１金属膜２１に形成された複数の放熱フィン２１２と同じ高さでもよい。しかし、後述するように、複数の放熱フィン２１２は第１金属膜に形成される方が、冷却効果が高い。また、複数の放熱フィン２１２が、第２金属膜２２及び第４金属膜２４に形成されると、より蛍光発光素子１の外周部に位置することとなる。この場合、複数の放熱フィン２１２が第１金属膜２１及び第３金属膜２３に形成される場合に比べ、モータである回転部１００の負荷が高くなる。つまり、第１金属膜２１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４のそれぞれに複数の放熱フィン２１２を形成する場合、複数の放熱フィン２１２の高さは、以下の通りであるとよい。つまり、第４金属膜２４の複数の放熱フィン２１２、第３金属膜２３の複数の放熱フィン２１２、第２金属膜２２の複数の放熱フィン２１２、第１金属膜２１の複数の放熱フィン２１２の順に高さが高くなるとよい。
また、本実施の形態においては、発光装置の一例であるプロジェクタ５００は、光の利用効率の高い蛍光発光モジュール３００を備えている。よって、光の利用効率の高い発光装置としてプロジェクタ５００が実現される。
［所定のパラメータと波長変換部材の温度との関係］
以下では、蛍光発光素子１に関する４つの所定のパラメータのそれぞれと波長変換部材１０の温度との関係について説明する。
４つの所定のパラメータとは、複数の金属膜の厚み、複数の放熱フィン２１２が設けられる位置、複数の放熱フィン２１２の厚みＤ、及び、複数の放熱フィン２１２の個数である。４つの所定のパラメータのそれぞれについて第１例～第４例で説明する。ここでは、熱シミュレーションを用いて、励起光Ｌ１が照射された場合の波長変換部材１０の温度が計算されている。なお、第１例～第４例においては、簡単のため、以下の３個の場合でも蛍光発光素子１として記載して説明している。３個の場合とは、「蛍光発光素子が複数の金属膜を備えていない場合」、「蛍光発光素子が備える金属膜が複数の放熱フィンを有していない場合」及び「蛍光発光素子が備える複数の金属膜が有している複数の放熱フィンが外側の金属膜に設けられている場合」である。
＜第１例＞
まず、所定のパラメータが複数の金属膜の厚みである場合について説明する。より具体的には、複数の金属膜の厚みとは、ｚ軸方向の、本体部２１１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４のそれぞれの厚みを意味する。
また、ここでは、波長変換部材１０の厚みが、１００μｍ、２００μｍ及び５５０μｍの３条件について熱シミュレーションが行われている。
図６は、本実施の形態に係る波長変換部材１０の温度と複数の金属膜の厚みとの関係を示す図である。より具体的には、図６には、波長変換部材１０が有する領域Ａ１に励起光Ｌ１が照射されているときの温度（以下、波長変換部材１０の温度）と、及び、複数の金属膜の厚みの関係を示すグラフが示されている。なお、図６が示すグラフにおいては、縦軸が波長変換部材１０の温度であり、横軸が複数の金属膜の厚みである。このグラフの左端、つまりは複数の金属膜の厚みが０μｍである場合とは、蛍光発光素子１が複数の金属膜を備えていない場合を示している。また、波長変換部材１０の厚みが１００μｍの例が四角で、波長変換部材１０の厚みが２００μｍの例が三角で、波長変換部材１０の厚みが５５０μｍの例が丸で、示されている。
また、図６が示すグラフの縦軸は、１００％を「蛍光発光素子１が複数の金属膜を備えていない、かつ、波長変換部材１０の厚みが１００μｍである」場合の温度（℃）とし、０％を０℃として、規格化されている。
波長変換部材１０の厚みがいずれの例においても、複数の金属膜の厚みが０μｍから１００μｍまで増加すると、波長変換部材１０の温度が急激に低下する。同様に、複数の金属膜の厚みが１００μｍから１０００μｍまで増加すると、波長変換部材１０の温度がわずかに低下する。
つまりは、複数の金属膜の厚みが厚いほど、蛍光発光素子１の放熱性を高められることが示されている。一例として、蛍光発光素子１が十分な放熱性を有するためには、複数の金属膜の厚みが１００μｍ以上であればよいことが示されている。一方で、複数の金属膜の厚みが厚いほど蛍光発光素子１の重量が増加する。このため、上記の回転部１００などにより蛍光発光素子１が回転されるときに、より多くのエネルギーが必要になってしまう問題が起きる。よって、複数の金属膜の厚みは、上記の通り、１０μｍ以上１２００μｍ以下であればよく、３０μｍ以上５００μｍ以下であればよりよく、５０μｍ以上２００μｍ以下であればさらによい。
また、図６が示すグラフでは、波長変換部材１０の厚みが厚いほど、波長変換部材１０の温度が低下しており、蛍光発光素子１の放熱性を高められることが示されている。しかし、波長変換部材１０の厚みが厚いほど蛍光発光素子１の重量が増加する。このため、複数の金属膜の厚みが厚いときと同様に、回転部１００などにより蛍光発光素子１が回転されるときに、より多くのエネルギーが必要になってしまう問題が起きる。さらに、波長変換部材１０の厚みが厚いほど、波長変換部材１０において励起光Ｌ１が散乱されやすくなる。この結果、下面視したときの波長変換部材１０における透過光Ｌ２の発光スポット径が大きくなってしまう。この結果、例えばプロジェクタ５００において、透過光Ｌ２の光路上に配置されるレンズ（第１光学素子３０１、第２光学素子３０２及び第３光学素子３０３）などの光学素子が巨大化し、これに従って、プロジェクタ５００が巨大化するなどの問題が発生する。よって、波長変換部材１０の厚みは、上記の通り、５０μｍ以上７００μｍ以下であるとよく、８０μｍ以上５００μｍ以下であるとよりよく、１００μｍ以上３００μｍ以下であるとさらによい。
＜第２例＞
次に、所定のパラメータが複数の放熱フィン２１２が設けられる位置である場合について説明する。より具体的には、複数の放熱フィン２１２が、内側の金属膜、又は、外側の金属膜に設けられた場合について説明する。なお、第２例では、複数の金属膜の厚み（ｚ軸方向の、本体部２１１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４のそれぞれの厚み）は１００μｍであり、波長変換部材１０の厚みは２００μｍである。複数の金属膜の厚みと、波長変換部材１０の厚みとは、以下の第３例及び第４例においても同様である。
図７は、本実施の形態に係る波長変換部材１０の温度と複数の放熱フィン２１２が設けられる位置との関係を示す図である。
なお、図７が示すグラフにおいては、「放熱フィンなし」、「放熱フィンあり 位置：内側」及び「放熱フィンあり 位置：外側」のいずれの場合でも、本体部２１１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４が設けられている。さらに、「放熱フィンなし」は複数の放熱フィン２１２が設けられていない場合が示されている。また、「放熱フィンあり 位置：内側」は複数の放熱フィン２１２が内側の金属膜に設けられた場合、「放熱フィンあり 位置：外側」は複数の放熱フィン２１２が外側の金属膜に設けられた場合が示されている。
また、図７が示すグラフの縦軸は、１００％を「放熱フィンなし」の場合の温度（℃）とし、０％を０℃として、規格化されている。
図７では、「放熱フィンあり 位置：外側」においては、「放熱フィンなし」と同等程度の波長変換部材１０の温度が示されている。一方、「放熱フィンあり 位置：内側」においては、「放熱フィンなし」に比べ、波長変換部材１０の温度が低下することが示されている。
複数の放熱フィン２１２が設けられていることで、上記の回転部１００などにより蛍光発光素子１が回転されるときに、気流が発生する。このとき、波長変換部材１０の中心点Ｃ１から円形状を有する波長変換部材１０の円周に向かって当該気流が発生する。
上記説明したように、本実施の形態においては、複数の放熱フィン２１２は、内側の金属膜の１個である第１金属膜２１に設けられている。この場合には、当該気流は、励起光Ｌ１が照射される領域Ａ１に向かった後、波長変換部材１０の円周に向かう。よって、励起光Ｌ１の照射により領域Ａ１に発生した熱が当該気流によって冷却されるため、波長変換部材１０の温度の上昇が抑制される。つまり、複数の放熱フィン２１２が内側の金属膜に設けられることで、蛍光発光素子１の放熱性をより高めることができる。
さらに、平面視で、複数の放熱フィン２１２は、放射状に延びるように設けられている。このため、回転部１００などにより蛍光発光素子１が回転されるときに、より流速の高い気流が発生する。これにより、励起光Ｌ１の照射により発生した熱がより冷却されやすくなるため、波長変換部材１０の温度の上昇がより抑制される。つまり、複数の放熱フィン２１２が放射状に設けられることで、蛍光発光素子１の放熱性をより高めることができる。
一方で、複数の放熱フィン２１２が外側の金属膜（例えば、第２金属膜２２など）に設けられた場合では、当該気流は領域Ａ１には、向かわない。よって、この場合においては、当該気流による冷却の効果は得られにくい。
＜第３例＞
続いて、所定のパラメータが複数の放熱フィン２１２の厚みＤである場合について説明する。
図８は、本実施の形態に係る波長変換部材１０の温度と複数の放熱フィン２１２の厚みＤとの関係を示す図である。第３例においては、４個の条件の下で、波長変換部材１０の温度が計算されている。簡単のため、図８での「第１条件 放熱フィンあり 厚み：２００μｍ 個数：３６個」を「第１条件」と省略して記載する。同様に、「第２条件 放熱フィンあり 厚み：６００μｍ 個数：１２個」を「第２条件」、「第３条件 放熱フィンあり 厚み：９００μｍ 個数：８個」を「第３条件」と省略して記載する。
図８が示すグラフにおいては、「放熱フィンなし」、「第１条件」、「第２条件」及び「第３条件」のいずれの場合でも、本体部２１１、第２金属膜２２、第３金属膜２３及び第４金属膜２４が設けられている。
「放熱フィンなし」は、複数の放熱フィン２１２が設けられていない場合が示されている。さらに、「第１条件」、「第２条件」及び「第３条件」の３条件のそれぞれにおいては、以下の条件で設計されている。この３条件のそれぞれにおいては、複数の放熱フィン２１２の全ての表面積（複数の放熱フィン２１２が大気と接する全ての面の総面積）が等しくなるように、複数の放熱フィン２１２の形状が設計されている。具体的には、「第１条件」での複数の放熱フィン２１２の全ての表面積と、「第２条件」での複数の放熱フィン２１２の全ての表面積と、「第３条件」での複数の放熱フィン２１２の全ての表面積とは、等しい。
ここでは、「第１条件」では、複数の放熱フィン２１２の厚みＤは２００μｍ、複数の放熱フィン２１２の数は３６個である。また、「第２条件」では、複数の放熱フィン２１２の厚みＤは６００μｍ、複数の放熱フィン２１２の数は１２個である。また、「第３条件」では、複数の放熱フィン２１２の厚みＤは９００μｍ、複数の放熱フィン２１２の数は８個である。
また、図８が示すグラフの縦軸は、１００％を「放熱フィンなし」の場合の温度（℃）とし、０％を０℃として、規格化されている。
図８では、「放熱フィンなし」、「第１条件」、「第２条件」、「第３条件」の順に、波長変換部材１０の温度が低下することが示されている。複数の放熱フィン２１２の厚みＤが厚いほど、回転部１００などにより蛍光発光素子１が回転されるときに、より流速の高い気流が発生する。このため、複数の放熱フィン２１２の厚みＤが厚いほど、波長変換部材１０の温度の上昇がより抑制される。
さらに、波長変換部材１０の厚み方向（ｚ軸方向）において、複数の放熱フィン２１２の厚みＤは、波長変換部材１０の厚みよりも大きいとよい。例えば、複数の放熱フィン２１２の厚みＤは、１００μｍ以上１５００μｍ以下であるとよく、２００μｍ以上１０００μｍ以下であるとよりよく、４００μｍ以上８００μｍ以下であるとさらによい。図８が示すように、「第１条件」から「第２条件」へ条件が変更されたときに、波長変換部材１０の温度の低下が大きい。「第１条件」から「第２条件」へ条件が変更されたときとは、複数の放熱フィン２１２の厚みＤが２００μｍから６００μｍへ変更されたときである。つまりは、本実施の形態に係る波長変換部材１０の厚みは２００μｍであり、複数の放熱フィン２１２の厚みＤが、波長変換部材１０の厚みよりも大きくなると、波長変換部材１０の温度の上昇がより抑制される。つまりは、蛍光発光素子１の放熱性をより高めることができる。
＜第４例＞
最後に、所定のパラメータが複数の放熱フィン２１２の個数である場合について説明する。
図９は、本実施の形態に係る波長変換部材１０の温度と複数の放熱フィン２１２の個数との関係を示す図である。上述の通り、本実施の形態においては、複数の放熱フィン２１２の数は８であり、８個の放熱フィン２１２が設けられている。
ここでは、複数の放熱フィン２１２は、内側の金属膜（例えば、第１金属膜２１）に設けられている。なお、第３例とは異なり、複数の放熱フィン２１２の個数に関わらず、複数の放熱フィン２１２の全ての厚みは一定である。
図９が示すグラフにおいては、縦軸が波長変換部材１０の温度であり、横軸が複数の放熱フィン２１２の数である。このグラフの左端、つまりは複数の放熱フィン２１２の数が０である場合とは、複数の放熱フィン２１２が設けられていない場合を示している。
また、図９が示すグラフの縦軸は、１００％を「複数の放熱フィン２１２が設けられていない」の場合の温度（℃）とし、０％を０℃として、規格化されている。
図９では、複数の放熱フィン２１２の数が０個から８個に増えると、波長変換部材１０の温度が低下する。つまりは、複数の放熱フィン２１２が設けられることで、回転部１００などにより蛍光発光素子１が回転されるときに、気流が発生するため、波長変換部材１０の温度の上昇が抑制される。つまりは、蛍光発光素子１の放熱性をより高めることができる。
また、複数の放熱フィン２１２の数が０個から８個に増えると、波長変換部材１０の温度が急激に低下する。しかし、複数の放熱フィン２１２の数が８個から４８個の範囲においては、波長変換部材１０温度は同等程度である。つまりは、本実施の形態が示すように、８個の放熱フィン２１２が設けられることで、蛍光発光素子１の放熱性を十分に高めることができる。
［製造方法］
ここで、蛍光発光素子１の製造方法について簡単に説明する。
まず、波長変換部材１０が製造される。
波長変換部材１０が有する蛍光体材料は、（Ｙ０．９９９Ｃｅ０．００１）３Ａｌ５Ｏ１２で表される結晶相によって構成されている材料である。また、蛍光体材料は、いずれも、Ｃｅ３＋賦活蛍光体で構成される。
波長変換部材１０を製造するために、化合物粉末として以下の３種類が原料として使用された。具体的には、Ｙ２Ｏ３（純度３Ｎ、日本イットリウム株式会社）、Ａｌ２Ｏ３（純度３Ｎ、住友化学株式会社）及びＣｅＯ２（純度３Ｎ、日本イットリウム株式会社）が使用された。
まず、化学量論的組成の化合物（Ｙ０．９９９Ｃｅ０．００１）３Ａｌ５Ｏ１２となるように、上記原料が秤量された。次に、秤量された原料とアルミナ製ボール（直径１０ｍｍ）とが、プラスチック製ポットに投入された。アルミナ製ボールの量は、プラスチック製ポットの容積の１／３程度を充填する程度の量であった。その後、純水がプラスチック製ポットに投入され、ポット回転装置（日東化学株式会社製、ＢＡＬＬ ＭＩＬＬ ＡＮＺ－５１Ｓ）を利用して、原料と純水とが混合された。この混合は、１２時間実施された。このようにして、スラリー状の混合原料を得た。
スラリー状の混合原料が、乾燥機を用いて乾燥された。具体的には、金属製バットの内壁を覆うようにナフロンシートが敷かれ、ナフロンシートの上方に混合原料が流し込まれた。金属製バットとナフロンシートと混合原料とは、１５０℃に設定した乾燥機で８時間処理され、乾燥された。その後、乾燥後の混合原料が回収され、スプレードライヤ装置を利用して混合原料が造粒された。なお、造粒時には、粘着剤（バインダ）として、アクリル系バインダーが使用された。
造粒された混合原料は、電動油圧プレス機（理研精機株式会社製、ＥＭＰ－５）と円柱形状の金型とを利用して、円柱形状に仮成型された。成型時の圧力は、５ＭＰａとした。次に、冷間等方圧加圧装置を利用して、仮成型後の成型体が本成型された。本成型時の圧力は、３００ＭＰａとした。なお、本成型後の成型体は、造粒時に使用された粘着剤（バインダ）を除去する目的で、加熱処理（脱バインダー処理）が行われた。加熱処理の温度は、５００℃とした。また、加熱処理の時間は、１０時間とした。
加熱処理後の成型体は、管状雰囲気炉を用いて、焼成された。焼成温度は、１６７５℃とした。また、焼成時間は、４時間とした。焼成雰囲気は、窒素と水素との混合ガス雰囲気とした。
焼成後の円柱形状の焼成物は、マルチワイヤーソーを用いて、スライスされた。スライスされた円柱形状の焼成物の厚みは、約７００μｍとした。
研磨装置を用いて、スライス後の焼成物が研磨され、焼成物の厚みの調整が行われた。この調整が行われることで、焼成物が波長変換部材１０となる。波長変換部材１０の厚みが２００μｍとなるように、厚みの調整が行われた。
続いて、波長変換部材１０に、複数のニッケル膜及び複数の金属膜が形成される。
ここでは、波長変換部材１０に複数のニッケル膜が形成された後、さらに、複数のニッケル膜と接するように複数の金属膜が形成される。複数のニッケル膜及び複数の金属膜はドライプロセス又はウエットプロセスにより形成されるが、一例として、電界メッキを用いて形成された。
（その他の実施の形態）
以上、本発明に係る蛍光発光素子１等について、各実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本発明の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態に施したものや、各実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本発明の範囲に含まれる。
蛍光発光素子１は、波長変換部材１０と、複数の金属膜と、複数のニッケル膜とを備えたが、これに限られない。
例えば、蛍光発光素子１は、波長変換部材１０と、１個の金属膜（例えば、第３金属膜２３）とを備えていればよい。この場合においても、蛍光発光素子１の放熱性を高めることができる。よって、励起光Ｌ１の照射による波長変換部材１０の温度の上昇を抑制できる。これにより、温度消光現象が起きにくいため、蛍光の減少が抑制される。つまりは、光の利用効率が高い蛍光発光素子１を実現できる。
なお、上記の通り、本実施の形態に係る蛍光発光素子１は、波長変換部材１０を支持するための構成要素（例えば特許文献１で示す透明の蛍光体用基板）などを備えていない。特許文献１では、励起光は、大気から蛍光体用基板へ入射することが開示されている。さらに、蛍光体用基板へ入射した励起光は、蛍光体用基板を透過して蛍光発生部へ入射し、蛍光発生部で蛍光が発生する。よって、この蛍光体用基板の屈折率と大気の屈折率との差により、大気から蛍光体用基板に入射する励起光の一部が大気側に向けて反射されてしまう。つまり、蛍光体用基板と大気との界面で、励起光の光ロスが発生する。
しかし、本実施の形態においては、上述の通り、本実施の形態に係る蛍光発光素子１は、波長変換部材１０を支持するための構成要素を備えていない。そのため、上記のような、励起光Ｌ１の光ロスがないため、波長変換部材１０に入射する励起光Ｌ１が増加する。この結果、波長変換部材１０における蛍光体材料で発生する蛍光が増加する。つまりは、蛍光発光素子１の光の利用効率をより高めることができる。
また、上記とは異なり、蛍光発光素子１は、波長変換部材１０を支持するための基板を備えていてもよい。基板は、高い透光性を有しているとよい。基板は、例えばソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス及び無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板を使用することができる。また、ポリカーボネート、アクリル系樹脂及びポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板も使用することができる。さらに、基板は、ガラス板及び樹脂板のような硬質な材料に加え、フィルムのような柔軟性のある材料を利用することもできる。高い透光性を有している基板が設けられた場合には、蛍光発光素子１は、光透過型の蛍光体ホイールとして利用されることができる。
また、上記実施の形態では、内側の金属膜である第１金属膜２１のみが複数の放熱フィン２１２を有したが、これに限られない。つまり、内側の金属膜である第１金属膜２１が複数の放熱フィン２１２を有し、かつ、外側の金属膜である第２金属膜２２が複数の放熱フィンを有してもよい。
例えば、第２金属膜２２が有する複数の放熱フィンの数は、複数の放熱フィン２１２と同じであってもよく、異なっていてもよい。第２金属膜２２が有する複数の放熱フィンは、波長変換部材１０の中心点Ｃ１を中心に放射状に延びるように配置されているとよい。
このように、内側及び外側の金属膜のそれぞれが複数の放熱フィンを有してもよい。これにより、第１金属膜２１及び第２金属膜２２の表面積が増加する。表面積が増加することで、第１金属膜２１及び第２金属膜２２から熱がより放たれやすくなり、つまりは、蛍光発光素子１の放熱性をより高めることができる。
なお、励起効率及び光取り出し効率を上げるために、蛍光発光素子１は、波長変換部材１０の第１主面１１側に、励起光Ｌ１を透過し蛍光を反射するダイクロイック膜を備えていてもよい。ダイクロイック膜としては、Ｔａ２Ｏ３／ＳｉＯ２多層膜がよいが、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２多層膜でもよく、また、これらに限られない。また、蛍光発光素子１は、波長変換部材１０の第２主面１２側にＡＲ（Ａｎｔｉ－Ｒｅｆｌｅｃｔ）膜を備えていてもよい。
また、上記の実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
１ 蛍光発光素子
１０ 波長変換部材
１１ 第１主面
１２ 第２主面
２１ａ、２２ａ、２３ａ、２４ａ 接合面
２１ｂ、２２ｂ、２３ｂ、２４ｂ 露出面
Ａ１ 領域
Ｌ１ 励起光
２００ 光出射部
２１２ 放熱フィン
３００ 蛍光発光モジュール

Claims (8)

  1. 蛍光体材料を有し、第１主面及び前記第１主面に背向する第２主面を有する平板形状の波長変換部材と、
    前記第１主面及び前記第２主面の少なくとも一方に接合して設けられる金属膜と、を備え、
    前記波長変換部材を平面視したときに、前記波長変換部材は、前記金属膜とは重ならない領域を有し、
    前記金属膜は、前記一方と接合する接合面と、前記接合面に背向する露出面と、を有する
    蛍光発光素子。
  2. 前記金属膜は、複数の放熱フィンを有する
    請求項１に記載の蛍光発光素子。
  3. 前記波長変換部材を平面視したときに、前記複数の放熱フィンは、放射状に延びるように設けられ、
    前記波長変換部材の厚み方向において、前記複数の放熱フィンの厚みは、前記波長変換部材の厚みよりも大きい
    請求項２に記載の蛍光発光素子。
  4. 前記複数の放熱フィンは、前記第１主面側に設けられる
    請求項２又は３に記載の蛍光発光素子。
  5. 前記金属膜は、銅によって構成されている
    請求項１～４のいずれか１項に記載の蛍光発光素子。
  6. 前記金属膜と前記波長変換部材との間に設けられたニッケル膜をさらに備える
    請求項１～５のいずれか１項に記載の蛍光発光素子。
  7. 請求項１～６のいずれか１項に記載の蛍光発光素子と、
    前記蛍光体材料を励起する光であって、前記第１主面側から前記領域に入射する励起光を出射する光出射部と、を備える
    蛍光発光モジュール。
  8. 請求項７に記載の蛍光発光モジュールを備える
    発光装置。
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