JP2022115222A - 波長変換部材及びそれを備える光源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】蛍光体の表面に凹部がある場合においても、その表面に成膜した光学膜などの膜が剥離することを抑制する技術を提供する。
【解決手段】
波長変換部材１は、励起光Ｌ１によって蛍光を発する蛍光体１０であって、第１面１１と、第１面１１と対向する第２面１２とを有し、且つ、内部に分散された複数のポア１３を有する蛍光体１０と、第３面２１と第３面２１に対向する第４面２２とを有する光学膜２０と、を備えている。そして、蛍光体１０の第２面１２は、光学膜２０の第３面と当接する当接部１５と、光学膜２０の第３面２１と当接しておらず第３面２１と対向する複数の凹部１４と、を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】
波長変換部材１は、励起光Ｌ１によって蛍光を発する蛍光体１０であって、第１面１１と、第１面１１と対向する第２面１２とを有し、且つ、内部に分散された複数のポア１３を有する蛍光体１０と、第３面２１と第３面２１に対向する第４面２２とを有する光学膜２０と、を備えている。そして、蛍光体１０の第２面１２は、光学膜２０の第３面と当接する当接部１５と、光学膜２０の第３面２１と当接しておらず第３面２１と対向する複数の凹部１４と、を備えている。
【選択図】 図１
Description
本発明は、波長変換部材及びそれを備える光源装置に関する。
従来、複数の気孔（以下、ポアという）を有する蛍光体と、ポアによって蛍光体の表面に生じた凹部を封孔するように、蛍光体の表面にコーティングされた光学膜とを備える波長変換部材が知られている（例えば、特許文献１参照）。
本発明者らは、蛍光体表面の凹部を封孔するように光学膜等の膜でコーティングした場合において、後述のように膜に残留する応力の向きが多方向になり、その結果、膜が蛍光体表面から剥離しやすくなることを見出した。
本発明の目的は、蛍光体の表面に凹部がある場合においても、その表面に成膜した光学膜などの膜が剥離しやすくなることを抑制する技術を提供することである。
本発明の態様に従えば、励起光によって蛍光を発する蛍光体であって、第１面と、 前記第１面と対向する第２面とを有し、且つ、内部に分散された複数の空洞を有する蛍光体と、
第３面と前記第３面に対向する第４面とを有する膜と、を備え、
前記蛍光体の前記第２面は、
前記膜の前記第３面と当接する当接部と、
前記膜の前記第３面と当接しておらず前記第３面と対向する複数の第１凹部と、を備えることを特徴とする波長変換部材が提供される。
第３面と前記第３面に対向する第４面とを有する膜と、を備え、
前記蛍光体の前記第２面は、
前記膜の前記第３面と当接する当接部と、
前記膜の前記第３面と当接しておらず前記第３面と対向する複数の第１凹部と、を備えることを特徴とする波長変換部材が提供される。
上記態様において、第１凹部が膜の第３面と当接しておらず、且つ、第１凹部が膜の第３面と対向する場合には、当該第１凹部と膜の第３面との間には空隙が形成されている。このような場合には、膜の内部に残る応力は、膜の面方向を向いている。膜の内部に残る応力が面方向を向くように、第１凹部と膜の第３面との間に空隙を形成することにより、第１凹部が膜によって完全に充填されている場合と比べて、膜の剥離強度を向上させることができる。
＜光源装置１００＞
本発明の実施形態に係る光源装置１００について説明する。なお、以下の説明においては、光源装置１００が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向５（本開示の第１方向に対応）が定義される。図１に示されるように、本実施形態に係る光源装置１００は、波長変換部材１と、光源２とを備える。光源２は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、所定の波長領域の光Ｌ１を発する。波長変換部材１は、後述の蛍光体１０を含んでいる。蛍光体１０は光Ｌ１が入射されると、光Ｌ１とは別の波長の光を蛍光として放出する。波長変換部材１において、蛍光体１０が発する蛍光は、蛍光体１０での蛍光の発生に寄与しなかった光Ｌ１とともに、光Ｌ２として、所定の方向に放射される。本実施形態の光源装置１００は、図１に示すように、反射型の光源装置であって、ヘッドランプ、照明、プロジェクタなどの各種光学機器において使用される。
本発明の実施形態に係る光源装置１００について説明する。なお、以下の説明においては、光源装置１００が使用可能に設置された状態（図１の状態）を基準として上下方向５（本開示の第１方向に対応）が定義される。図１に示されるように、本実施形態に係る光源装置１００は、波長変換部材１と、光源２とを備える。光源２は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）又は半導体レーザ（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）であり、所定の波長領域の光Ｌ１を発する。波長変換部材１は、後述の蛍光体１０を含んでいる。蛍光体１０は光Ｌ１が入射されると、光Ｌ１とは別の波長の光を蛍光として放出する。波長変換部材１において、蛍光体１０が発する蛍光は、蛍光体１０での蛍光の発生に寄与しなかった光Ｌ１とともに、光Ｌ２として、所定の方向に放射される。本実施形態の光源装置１００は、図１に示すように、反射型の光源装置であって、ヘッドランプ、照明、プロジェクタなどの各種光学機器において使用される。
図１に示されるように、波長変換部材１は、蛍光体１０と、光学膜２０と、接合層３０と、放熱部材４０とを備える。蛍光体１０、光学膜２０、接合層３０及び放熱部材４０は、この順に上下方向に積層される。
蛍光体１０は板状のセラミック焼結体であり、蛍光性を有する結晶粒子を含む蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を含む透光相とを備えている。以下の説明において、蛍光体１０の上面（光学膜２０と反対側の面）を第１面１１と呼び、蛍光体１０の下面（光学膜２０と対向する面）を第２面１２と呼ぶ。蛍光体１０の蛍光相は、第１面１１から入射する光Ｌ１を吸収し、異なる波長の光を放出する。言い換えると、蛍光体１０の蛍光相は、第１面１１から入射する光Ｌ１を励起光として、励起光と異なる波長の蛍光を発する。
透光相の結晶粒子は、化学式Ａｌ２Ｏ３で表される組成を有し、蛍光相の結晶粒子は、化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅで表される組成（いわゆる、ガーネット構造）を有することが好ましい。なお、「Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅ」とは、Ａ３Ｂ５Ｏ１２の中に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。
化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅ中の元素Ａおよび元素Ｂは、それぞれ下記の元素群から選択される少なくとも１種類の元素から構成されている。
元素Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド（ただし、元素ＡとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
元素Ｂ：Ａｌ（ただし、元素ＢとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
蛍光体１０として、セラミック焼結体を使用することで、蛍光相と透光相との界面で光が散乱し、光の色の角度依存性を減らすことができる。これにより、色の均質性を向上することができる。
元素Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド（ただし、元素ＡとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
元素Ｂ：Ａｌ（ただし、元素ＢとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
蛍光体１０として、セラミック焼結体を使用することで、蛍光相と透光相との界面で光が散乱し、光の色の角度依存性を減らすことができる。これにより、色の均質性を向上することができる。
図１に示されるように、蛍光体１０の内部には、複数の空隙１３（以下、ポア１３と呼ぶ）が含まれている。さらに、蛍光体１０の第１面１１及び第２面１２には、ポア１３が表面に露出することによって生じた凹部１４が形成されている。ポア１３は、蛍光相と透光相に囲まれて形成された略球形の空隙であり、蛍光体１０の内部においてほぼ均一に分散している。また、複数のポア１３は、ほぼ均一な直径（以下、ポア径と呼ぶ）を有する。これは、後述する蛍光体１０の製造方法において、ポア１３のもととなる造孔材の粒径が揃えられていることと、造孔材が原料内で十分に分散されていることに起因する。
ポア１３は蛍光相と透光相とに囲まれているので、一定の割合で蛍光相の表面がポア１３に露出している。ポア１３の屈折率は、透光相の屈折率より小さいので、ポア１３の屈折率と蛍光相の屈折率との差は、透光相の屈折率と蛍光相の屈折率との差よりも大きくなる。そのため、蛍光体１０の内部を進む光は、ポア１３において、ポア１３に露出する蛍光相の表面で全反射されやすくなる。そのため、蛍光体１０の内部に複数のポア１３を分散させることにより、蛍光体１０の外部に放射される光量を増やすことができ、光の取り出し効率を向上させることができる。なお、後述のように蛍光体１０を製造する際に、ポア１３のもととなる造孔材の粒径を適宜に設定することにより、ポア径の平均を適宜の値に調整することができる。発明者らの知見によれば、ポア径の平均を０．１～１０μｍの範囲に調整することにより、ポア１３による可視光の反射率を高めることができる。
図１に示されるように、蛍光体１０の第２面１２の下方には、光学膜２０が積層されている。以下の説明において、光学膜２０の、蛍光体１０の第２面１２と対向する面を第３面２１と呼び、第３面２１と反対側の面を第４面２２と呼ぶ。後述のように、光学膜２０は蛍光体１０を透過した光、及び蛍光体１０で発生した光を反射する反射膜として機能することができる。光学膜２０は、例えば、銀、アルミニウムなどの金属膜であってもよく、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、酸化ケイ素などの酸化物膜であってもよい。なお、光学膜２０は、上述した材料からなる単層膜であってもよいし、同種または異なる材料からなる多層膜であってもよい。例えば、図１に示されるように、光学膜２０は、酸化チタン（ＴｉＯ２）層及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層の２層の膜を有する酸化物膜２３と、酸化物膜２３の下方に積層された銀（Ａｇ）の膜である金属膜２５とを備えることができる。この場合には、酸化物膜２３は、酸化チタン（ＴｉＯ２）層と酸化ケイ素（ＳｉＯ２）層との屈折率の違いによって蛍光体１０の内部の光を反射する増反射膜として機能する。また、酸化物膜２３を設けることにより、光学膜２０の、蛍光体１０の第２面１２に対する密着性を向上させることができる。つまり、酸化物膜２３は密着膜として機能する。金属膜２５は、酸化物膜２３を透過した蛍光体１０の内部の光を反射する反射膜として機能する。
接合層３０は、光学膜２０と放熱部材４０との間に配置され、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）を含むＡｕＳｎ半田から形成されている。接合層３０は、蛍光体１０と放熱部材４０とを接合するとともに、蛍光体１０で発生する熱を放熱部材４０に伝える。
放熱部材４０は、例えば、銅、銅モリブデン合金、銅タングステン合金、アルミニウム、窒化アルミニウムなど、蛍光体１０よりも高い熱伝導性を有する材料から形成されている平板状の部材である。放熱部材４０は、接合層３０を通して伝わる蛍光体１０の熱を外部に放熱する。
＜蛍光体１０と光学膜２０との界面について＞
次に蛍光体１０と光学膜２０との界面について説明する。図２（ａ）に示されるように、蛍光体１０の第２面１２には、ポア１３が第２面１２に露出することによって生じた複数の凹部１４が形成されている。上述のように、蛍光体１０の第２面１２には光学膜２０が成膜されている。蛍光体１０の第２面１２の、凹部１４が形成されていない部分（以下、当接部１５と呼ぶ）は、光学膜２０の第３面２１と当接している。しかしながら、図２（ａ）に示されるように、複数の凹部１４のうち少なくとも一部の凹部１４は、光学膜２０によって完全に充填されているわけではない。つまり、蛍光体１０の第２面１２の複数の凹部１４のうち、少なくとも一部の凹部１４は光学膜２０の第３面２１と当接しておらず、当該凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間には空隙１６が形成されている。
次に蛍光体１０と光学膜２０との界面について説明する。図２（ａ）に示されるように、蛍光体１０の第２面１２には、ポア１３が第２面１２に露出することによって生じた複数の凹部１４が形成されている。上述のように、蛍光体１０の第２面１２には光学膜２０が成膜されている。蛍光体１０の第２面１２の、凹部１４が形成されていない部分（以下、当接部１５と呼ぶ）は、光学膜２０の第３面２１と当接している。しかしながら、図２（ａ）に示されるように、複数の凹部１４のうち少なくとも一部の凹部１４は、光学膜２０によって完全に充填されているわけではない。つまり、蛍光体１０の第２面１２の複数の凹部１４のうち、少なくとも一部の凹部１４は光学膜２０の第３面２１と当接しておらず、当該凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間には空隙１６が形成されている。
凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間に空隙１６が形成されている場合には、光学膜２０の内部に残る応力は、光学膜２０の面方向を向いている（図２（ａ）参照）。これに対して、複数の凹部１４が光学膜２０によって完全に充填されている場合には、光学膜２０の内部に残る応力が多方向を向くことになる（図２（ｂ）参照）。このように、光学膜２０の内部に残る応力が面方向を向くように、凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間に空隙１６が形成することにより、凹部１４が光学膜２０によって完全に充填されている場合と比べて、光学膜２０の剥離強度を強くすることができる。
＜波長変換部材１の製造方法＞
波長変換部材１の製造方法について、図３を参照しつつ説明する。まず、蛍光相と透光相が６：４となるように原料を秤量する（Ｓ１１）。次に、秤量した原料をエタノールとともにボールミルに投入し、１６時間粉砕混合を行う（Ｓ１２）。次に、粉砕混合を行うことによって得られたスラリーを乾燥し、造粒した後、造孔剤と、バインダーと、水とを加える（Ｓ１３）。次に、せん断力を加えながら混練を行うことで坏土を作製し、これを押出成形機でシート状に成形する（Ｓ１４）。次に、作製した成形体を大気雰囲気中で１７００℃で焼成する（Ｓ１５）。得られた焼成体を厚さ２５０μｍに切断し、表面に鏡面加工を施すことによって蛍光体１０を作製する。
波長変換部材１の製造方法について、図３を参照しつつ説明する。まず、蛍光相と透光相が６：４となるように原料を秤量する（Ｓ１１）。次に、秤量した原料をエタノールとともにボールミルに投入し、１６時間粉砕混合を行う（Ｓ１２）。次に、粉砕混合を行うことによって得られたスラリーを乾燥し、造粒した後、造孔剤と、バインダーと、水とを加える（Ｓ１３）。次に、せん断力を加えながら混練を行うことで坏土を作製し、これを押出成形機でシート状に成形する（Ｓ１４）。次に、作製した成形体を大気雰囲気中で１７００℃で焼成する（Ｓ１５）。得られた焼成体を厚さ２５０μｍに切断し、表面に鏡面加工を施すことによって蛍光体１０を作製する。
次に、得られた蛍光体１０を有機溶剤の中に入れて真空脱泡を行う（Ｓ１６）。次に、蛍光体１０の第２面１２に光学膜２０（酸化物膜２３及び／又は金属膜２５）を成膜した。光学膜２０の成膜は、成膜分子（又は成膜原子）を蛍光体１０の第２面１２に衝突させて、第２面１２で拡散させることにより行われた。真空脱泡を行った後の蛍光体１０においては、第２面１２にある凹部１４の表面に水分が残存している。残存した水分が成膜分子の吸着を妨げるため、凹部１４の表面に成膜分子が吸着することが抑制される。これにより、凹部１４に空隙１６が形成された状態で、第２面１２に光学膜２０を成膜することができる。そして、第２面１２に光学膜２０が成膜された蛍光体１０を３００℃に加熱する（Ｓ１７）。
さらに、第２面１２に光学膜２０が成膜された蛍光体１０と放熱部材４０との間に、接合層３０としてＡｕＳｎ半田箔を挟んだ状態でリフロー炉に投入し、波長変換部材１と放熱部材４０とを接合する（Ｓ１８）。これにより、蛍光体１０と放熱部材４０の接合体である波長変換部材１が製造される。
以下、本発明について実施例及び比較例を用いて更に説明する。但し、本発明は、以下に説明する実施例及び比較例に限定されない。
［実施例１］
実施例１では、上述の製造方法で波長変換部材１を製造する際に、造孔剤として粒径約０．０８μｍのアクリルビーズを用いた。また、光学膜２０として、酸化チタン層及び酸化ケイ素層の２層の膜を有する酸化物膜２３（厚さ約３０ｎｍ～５０ｎｍ）と銀の膜である金属膜２５（厚さ約１００ｎｍ）を成膜した。
実施例１では、上述の製造方法で波長変換部材１を製造する際に、造孔剤として粒径約０．０８μｍのアクリルビーズを用いた。また、光学膜２０として、酸化チタン層及び酸化ケイ素層の２層の膜を有する酸化物膜２３（厚さ約３０ｎｍ～５０ｎｍ）と銀の膜である金属膜２５（厚さ約１００ｎｍ）を成膜した。
＜評価項目＞
１．断面観察
蛍光体１０と放熱部材４０の接合体を切断し、断面をＳＥＭで観察した。蛍光体１０の第２面１２と光学膜２０の第３面２１との界面において、凹部１４に空隙１６が形成された状態で、第２面１２に酸化物膜２３及び金属膜２５が成膜されていることを確認した。なお、酸化物膜２３及び金属膜２５の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲していた。
１．断面観察
蛍光体１０と放熱部材４０の接合体を切断し、断面をＳＥＭで観察した。蛍光体１０の第２面１２と光学膜２０の第３面２１との界面において、凹部１４に空隙１６が形成された状態で、第２面１２に酸化物膜２３及び金属膜２５が成膜されていることを確認した。なお、酸化物膜２３及び金属膜２５の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲していた。
さらに、断面のうち、任意に選択した５ヶ所の位置において、視野１５μｍの範囲にある凹部１４の数を計上し、そのうちいくつの凹部１４に空隙１６が形成されているかを計上した。本実施例では、７０％以上の凹部１４に空隙１６が形成されていることが確認された。また、断面のうち、任意に選択した５ヶ所の位置において、ＳＥＭで観察することにより得られた画像からポア径を算出した。ポア径の算出には、画像解析ソフトウェアであるＷｉｎＲＯＯＦを用いた。この際、円相当径としてポア径を算出した。本実施例では、算出されたポア径は約０．０８μｍであった。
２．剥離強度評価
蛍光体１０と放熱部材４０との接合体である波長変換部材１について、せん断強度試験を行った。せん断強度試験では、剥離強度を徐々に上げていき、蛍光体１０が剥離したときの応力を評価した。本実施例では、応力の相対値が１００のときに蛍光体１０が剥離した。
蛍光体１０と放熱部材４０との接合体である波長変換部材１について、せん断強度試験を行った。せん断強度試験では、剥離強度を徐々に上げていき、蛍光体１０が剥離したときの応力を評価した。本実施例では、応力の相対値が１００のときに蛍光体１０が剥離した。
３．レーザー照射試験
蛍光体１０の発熱に対する波長変換部材１の耐性を調べるために、青色レーザー（波長４５０ｎｍ、最大出力２０Ｗ）の出力を上げていき、蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれたときの青色レーザーの出力を評価した。実施例１では、青色レーザーの出力の相対値が１００のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。なお、光学膜２０（酸化物膜２３及び金属膜２５）の熱による劣化は認められなかった。
蛍光体１０の発熱に対する波長変換部材１の耐性を調べるために、青色レーザー（波長４５０ｎｍ、最大出力２０Ｗ）の出力を上げていき、蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれたときの青色レーザーの出力を評価した。実施例１では、青色レーザーの出力の相対値が１００のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。なお、光学膜２０（酸化物膜２３及び金属膜２５）の熱による劣化は認められなかった。
［実施例２］
実施例２では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約０．１μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０は実施例１と同じである。
実施例２では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約０．１μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０は実施例１と同じである。
断面観察において、７０％以上の凹部１４に空隙１６が形成されていることが確認された。実施例１と同様の手順でポア径を算出したところ、ポア径の大きさは約０．１μｍであった。また、光学膜２０（酸化物膜２３及び金属膜２５）の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲していた。剥離強度試験において、応力の相対値が１１５のときに蛍光体１０が剥離した。レーザー照射試験において、青色レーザーの出力の相対値が１１０のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。なお、光学膜２０の熱による劣化は認められなかった。
［実施例３］
実施例３では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約５μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０は実施例１と同じである。
実施例３では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約５μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０は実施例１と同じである。
断面観察において、７０％以上の凹部１４に空隙１６が形成されていることが確認された。実施例１と同様の手順でポア径を算出したところ、ポア径の大きさは約５μｍであった。また、光学膜２０（酸化物膜２３及び金属膜２５）の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲していた。剥離強度試験において、応力の相対値が１２０のときに蛍光体１０が剥離した。レーザー照射試験において、青色レーザーの出力の相対値が１１５のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。なお、光学膜２０の熱による劣化は認められなかった。
［実施例４］
実施例４では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約１０μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０は実施例１と同じである。
実施例４では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約１０μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０は実施例１と同じである。
断面観察において、７０％以上の凹部１４に空隙１６が形成されていることが確認された。実施例１と同様の手順でポア径を算出したところ、ポア径の大きさは約１０μｍであった。また、光学膜２０（酸化物膜２３及び金属膜２５）の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲していた。剥離強度試験において、応力の相対値が１１５のときに蛍光体１０が剥離した。レーザー照射試験において、青色レーザーの出力の相対値が１１０のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。なお、光学膜２０の熱による劣化は認められなかった。
［実施例５］
実施例５では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約０．０８μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０として、銀の膜である金属膜２５（厚さ約１００ｎｍ）を成膜した。
実施例５では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約０．０８μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０として、銀の膜である金属膜２５（厚さ約１００ｎｍ）を成膜した。
断面観察において、７０％以上の凹部１４に空隙１６が形成されていることが確認された。実施例１と同様の手順でポア径を算出したところ、ポア径の大きさは約０．０８μｍであった。また、光学膜２０（金属膜２５）の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲していた。剥離強度試験において、応力の相対値が１０５のときに蛍光体１０が剥離した。レーザー照射試験において、青色レーザーの出力の相対値が１０５のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。なお、光学膜２０の熱による劣化は認められなかった。
［比較例］
本比較例では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約０．０８μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０として、フッ素樹脂膜（厚さ約５０ｎｍ）と銀の膜である金属膜（厚さ約１００ｎｍ）を成膜した。
本比較例では、上述の製造方法で波長変換部材１を作製する際に、造孔剤として粒径約０．０８μｍのアクリルビーズを用いた。光学膜２０として、フッ素樹脂膜（厚さ約５０ｎｍ）と銀の膜である金属膜（厚さ約１００ｎｍ）を成膜した。
断面観察において、全ての凹部１４おいて空隙が形成されておらず、全ての凹部１４にフッ素樹脂が完全に充填されていること確認された。剥離強度試験において、応力の相対値が９０のときに蛍光体１０が剥離した。レーザー照射試験において、青色レーザーの出力の相対値が８０のときに蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれた。また、蛍光体１０と放熱部材４０とが剥がれたとき、光学膜２０のフッ素樹脂膜が熱により劣化していることが確認された。
＜実施例及び比較例のまとめ＞
図４は、上述の実施例１～５及び比較例における評価試験の結果をまとめた表を示している。実施例１～５と比較例とを比較して分かるように、全ての凹部１４が光学膜２０によって完全に充填されている場合には、凹部１４に空隙１６が形成された状態で光学膜２０が成膜されている場合と比べて、蛍光体１０の（物理的な）剥離強度が低下するだけでなく、波長変換部材１の耐熱性が著しく低下することが分かった。また、実施例１～５のように、光学膜２０として酸化物膜２３及び／又は金属膜２５を用いている場合には、レーザー照射試験の後でも熱による劣化は認められなかった。
図４は、上述の実施例１～５及び比較例における評価試験の結果をまとめた表を示している。実施例１～５と比較例とを比較して分かるように、全ての凹部１４が光学膜２０によって完全に充填されている場合には、凹部１４に空隙１６が形成された状態で光学膜２０が成膜されている場合と比べて、蛍光体１０の（物理的な）剥離強度が低下するだけでなく、波長変換部材１の耐熱性が著しく低下することが分かった。また、実施例１～５のように、光学膜２０として酸化物膜２３及び／又は金属膜２５を用いている場合には、レーザー照射試験の後でも熱による劣化は認められなかった。
＜実施形態の作用効果＞
上記実施形態において、波長変換部材１は、励起光Ｌ１によって蛍光を発する蛍光体１０であって、第１面１１と、第１面１１と対向する第２面１２とを有し、且つ、内部に分散された複数のポア１３を有する蛍光体１０と、第３面２１と第３面２１に対向する第４面２２とを有する光学膜２０と、を備えている。そして、蛍光体１０の第２面１２は、光学膜２０の第３面と当接する当接部１５と、光学膜２０の第３面２１と当接しておらず第３面２１と対向する複数の凹部１４と、を備えている。
上記実施形態において、波長変換部材１は、励起光Ｌ１によって蛍光を発する蛍光体１０であって、第１面１１と、第１面１１と対向する第２面１２とを有し、且つ、内部に分散された複数のポア１３を有する蛍光体１０と、第３面２１と第３面２１に対向する第４面２２とを有する光学膜２０と、を備えている。そして、蛍光体１０の第２面１２は、光学膜２０の第３面と当接する当接部１５と、光学膜２０の第３面２１と当接しておらず第３面２１と対向する複数の凹部１４と、を備えている。
凹部１４が光学膜２０の第３面２１と当接しておらず、且つ、凹部１４が光学膜２０の第３面２１と対向している場合には、当該凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間には空隙１６が形成されている。凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間に空隙１６が形成されている場合には、光学膜２０の内部に残る応力は光学膜２０の面方向を向いている（図２（ａ）参照）。光学膜２０の内部に残る応力が面方向を向くように、凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間に空隙１６を形成することにより、凹部１４が光学膜２０によって完全に充填されている場合と比べて、光学膜２０の剥離強度を向上させることができる。
上記実施形態に係る波長変換部材１において、ポア径の平均を０．１μｍ～１０μｍにすることができる。この場合には上述のように、ポア１３による光の反射率を高めることができる。また、実施例１と、実施例２～４を比較して分かるように、ポア径の平均が０．１μｍ～１０μｍである場合には、ポア径の平均が０．０８μｍである場合と比べて、蛍光体１０の剥離強度と波長変換部材１の耐熱性とをともに向上させることができる。
上記実施形態に係る波長変換部材１において、実施例１～５のように、蛍光体１０の第２面１２と当接する光学膜２０を、酸化物膜２３又は金属膜２５にすることができる。実施例１～５のように、蛍光体１０の第２面１２と当接する光学膜２０として酸化物膜２３又は金属膜２５を用いる場合には、レーザー照射試験の後でも熱による劣化は認められず、光学膜２０の耐熱性能を向上させることができる。
上記実施形態に係る波長変換部材１において、光学膜２０の、上下方向５において凹部１４と重なる部分は、上側に向かって（蛍光体１０に向かって）凹むように湾曲している（図２（ａ）参照）。このように光学膜２０の、上下方向５において凹部１４と重なる部分が湾曲している場合には、上下方向５と垂直な方向に応力が働いて光学膜２０が平らになるように引っ張られたとしても、光学膜２０の上下方向５において凹部１４と重なる部分が応力を緩和する働きをするので、光学膜２０に穴が開いて破損することが抑制される。
上記実施形態に係る波長変換部材１において、光学膜２０は、蛍光体１０の内部の光を反射する反射膜（例えば、金属膜２５）を備えることができる。この場合には、図１に示すように、蛍光体１０において光Ｌ２が放射される方向とは異なる方向に放射される光（例えば、下側に向かって進む光）は、反射膜２０によって上側に反射されるため、波長変換部材１から放射される光量を増加することができる。
上記実施形態に係る波長変換部材１は、蛍光体１０の熱を外部に放出する放熱部材４０を備える。これにより、蛍光体１０において、励起光によって蛍光を発するときに発生する熱を効率的に外部に放出することができるため、蛍光体１０の温度上昇による消光を抑制することができる。したがって、波長変換部材１から放射される光量の低減を抑制することができる。
上記実施形態において、光源装置１００は、蛍光体１０に光Ｌ１を照射する光源２を備えている。上述のように凹部１４と光学膜２０の第３面２１との間に空隙１６を形成することにより、凹部１４が光学膜２０によって完全に充填されている場合と比べて、光学膜２０の剥離強度を向上させることができる。これにより、光学膜２０の熱的な耐性を向上させることができるため、蛍光体１０に入射する光Ｌ１の輝度を上げることが可能となり、光源装置１００の発光強度を向上することができる。
＜変更形態＞
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、蛍光体１０及び光学膜２０の材料は、上述の材料に限定されず、適宜の材料を用いることができる。接合層３０は、金と錫から形成されるＡｕＳｎ半田に限られず、他の材料から形成される半田であってもよいし、銀や銅（Ｃｕ）などの微細粉末を焼結したものであってもよい。放熱部材４０は、上述した材料からなる単層構造の部材であってもよいし、同種または異なる材料から形成されている多層構造の部材であってもよい。放熱部材４０の表面を金、ニッケルなどでメッキしてもよい。なお、放熱部材４０の上面（蛍光体１０側の面）に、接合層３０との密着性を高める金属膜を配置することができる。
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、蛍光体１０及び光学膜２０の材料は、上述の材料に限定されず、適宜の材料を用いることができる。接合層３０は、金と錫から形成されるＡｕＳｎ半田に限られず、他の材料から形成される半田であってもよいし、銀や銅（Ｃｕ）などの微細粉末を焼結したものであってもよい。放熱部材４０は、上述した材料からなる単層構造の部材であってもよいし、同種または異なる材料から形成されている多層構造の部材であってもよい。放熱部材４０の表面を金、ニッケルなどでメッキしてもよい。なお、放熱部材４０の上面（蛍光体１０側の面）に、接合層３０との密着性を高める金属膜を配置することができる。
また、ポア１３のポア径の平均は、上記実施例に示された範囲内に限られず、適宜調整しうる。また、蛍光体１０、光学膜２０、接合層３０及び放熱部材４０の厚さ及び／又は形状は上記の説明に限定されず、任意に設定しうる。
上述の実施形態では、光源装置１００は、反射型の光源装置であった。しかしながら、波長変換部材１は、透過型の光源装置に適用されてもよい。
以上、発明の実施形態及びその変更形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記の記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に多様な変更または改良を加えることが当業者に明らかである。そのような変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが請求の範囲の記載からも明らかである。
明細書、及び図面中において示した製造方法における各処理の実行順序は、特段に順序が明記されておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるので無い限り、任意の順序で実行しうる。便宜上、「まず、」「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するわけではない。
１ 波長変換部材
１０ 蛍光体
２０ 光学膜
２３ 酸化物膜
２５ 金属膜
３０ 接合層
４０ 放熱部材
１０ 蛍光体
２０ 光学膜
２３ 酸化物膜
２５ 金属膜
３０ 接合層
４０ 放熱部材
Claims (8)
- 励起光によって蛍光を発する蛍光体であって、第１面と、 前記第１面と対向する第２面とを有し、且つ、内部に分散された複数の空洞を有する蛍光体と、
第３面と前記第３面に対向する第４面とを有する膜と、を備え、
前記蛍光体の前記第２面は、
前記膜の前記第３面と当接する当接部と、
前記膜の前記第３面と当接しておらず前記第３面と対向する複数の第１凹部と、を備えることを特徴とする波長変換部材。 - 前記複数の空洞の平均径が０．１μｍ～１０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
- 前記膜は、酸化物膜又は金属膜であることを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換部材。
- 前記膜は、前記第１面と前記第２面とに対向する第１方向において、前記複数の第１凹部と重なる部分は、前記蛍光体に向かって凹むように湾曲していることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 前記蛍光体の前記第２面は、さらに、前記複数の空洞の一部が前記第１面に開口した複数の第２凹部であって、前記膜の前記第３面と当接している複数の第２凹部を備え、
前記複数の第１凹部の数と前記複数の第２凹部の数の和に対する、前記複数の第１凹部の数の比が７０％以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の波長変換部材。 - さらに、前記膜の、前記第１方向の前記第４面側に配置されて、光を反射する反射膜を備える請求項１～５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- さらに、前記膜の、前記第１方向の前記第４面側に配置されて、前記蛍光体の熱を放熱する放熱部材を備える請求項１～６のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 光源装置であって、
請求項７に記載の波長変換部材と、
前記蛍光体の前記第１面に前記励起光を照射する光源と、を備える光源装置。
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Legal Events
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