JP2023092601A - 波長変換部材及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い発光効率を有する波長変換部材及び発光装置を提供する。【解決手段】５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する蛍光体を含むセラミックス複合体１１１と、セラミックス複合体１１１の上に配置された透光性薄膜１１２と、を備え、透光性薄膜１１２の厚さが５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲内であり、セラミックス複合体１１１の厚さが８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であり、透光性薄膜１１２側から測定したとき、入射角度０°で入射した波長４５０ｎｍの光の第１反射率が７％以下であり、入射角度０°で入射した波長５５０ｎｍの光の第２反射率が７％以下であり、第１反射率と第２反射率の和が１０％以下である波長変換部材１１０である。【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換部材及び発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザーダイオード（ＬＤ）と、ＬＥＤやＬＤの発光素子から発せられた光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部材を備えた発光装置が知られている。このような発光装置は、例えば車載用、一般照明用、液晶表示装置のバックライト用、プロジェクター用等の光源に用いられている。

例えば、特許文献１には、第一の波長を有する励起光を、少なくとも部分的に、第二の波長を有する光に変換する、拡散反射型の波長変換部材として、多孔質オプトセラミックスが開示されている。前記特許文献１には、多孔質オプトセラミックスについて、事前測定した拡散反射標準に基づく拡散反射が６００ｎｍで０．７～１であることが開示されている。

特開２０１７－１９７７７４号公報

本実施形態の一態様は、より高い発光効率を有する波長変換部材及び発光装置を提供することを目的とする。

第１態様は、５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する蛍光体を含むセラミックス複合体と、前記セラミックス複合体の上に配置された透光性薄膜と、を備え、前記透光性薄膜の厚さが５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲内であり、前記セラミックス複合体の厚さが８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であり、前記透光性薄膜側から測定したとき、入射角度０°で入射した波長４５０ｎｍの光の第１反射率が７％以下であり、入射角度０°で入射した波長５５０ｎｍの光の第２反射率が７％以下であり、前記第１反射率と前記第２反射率の和が１０％以下である波長変換部材である。

第２態様は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、前記発光素子からの光が照射され波長変換を行う前記波長変換部材と、を備えた発光装置である。

本発明の一態様によれば、より高い発光効率を有する波長変換部材及び発光装置を提供することができる。

図１は、波長変換部材の側面の構成を示す概略図である。 図２は、波長変換部材に対する光の入射角度を模式的に表した波長変換部材の概略斜視図である。 図３は、発光装置の一例の構成を示す概略図である。 図４は、波長変換部材を含む波長変換デバイスの一例の平面の構成を示す概略図である。 図５は、波長変換部材を含む波長変換デバイスの一例の側面の構成を示す概略図である。 図６は、波長変換部材の反射スペクトルを示す図である。 図７は、波長変換部材の反射スペクトルを示す図である。 図８は、波長変換部材の反射スペクトルを示す図である。 図９は、波長変換部材の反射スペクトルを示す図である。 図１０は、波長変換部材の反射スペクトルを示す図である。 図１１は、波長変換部材の透過スペクトルを示す図である。

以下、波長変換部材及び発光装置を実施形態に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は、以下の波長変換部材及び発光装置に限定されない。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。

波長変換部材
波長変換部材は、５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する蛍光体を含むセラミックス複合体と、セラミックス複合体の上に配置された透光性薄膜と、を備え、透光性薄膜の厚さが５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲内であり、セラミックス複合体の厚さが８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であり、透光性薄膜側から測定したとき、入射角度０°で入射した波長４５０ｎｍの光の第１反射率が７％以下であり、入射角度０°で入射した波長５５０ｎｍの光の第２反射率が７％以下であり、第１反射率と第２反射率の和が１０％以下である。図１は、波長変換部材の側面の構成を示す概略図である。図２は、波長変換部材に対する光の入射角度の例も合わせて示す波長変換部材の概略斜視図である。波長変換部材１１０は、セラミックス複合体１１１と、セラミックス複合体の上に配置された透光性薄膜１１２と、を備える。なお、波長変換部材１１０の平面形状は、図２に示されるような四角形に限定されることなく、後述の図４に示されるような円環状でもよい。波長変換部材及び発光装置を図面に基づき説明する場合があるが、図面は波長変換部材又は発光装置の構成を示す概略図であり、波長変換部材及び発光装置は、図面に記載された形状及び大きさに限定されない。

図１及び図２に示されるように、波長変換部材１１０は、蛍光体を含むセラミックス複合体１１１と、透光性薄膜１１２と、を備え、透光性薄膜１１２側から測定したとき、入射角度０°で入射した波長４５０ｎｍの光の第１反射率が７．０％以下であり、入射角度０°で入射した波長５５０ｎｍの光の第２反射率が７．０％以下であり、第１反射率と第２反射率の和が１０．０％以下である。そのため、波長変換部材は、入射する光の反射率が低く、セラミックス複合体中に十分に励起光を入射させることができる。波長変換部材は、波長変換した光の反射率も低いので、セラミックス複合体に含まれる蛍光体が入射した光を効率よく吸収して波長変換し、波長変換部材から発光効率の高い光を出射することができる。特定の波長における反射率は、顕微分光測定装置（例えばオリンパス株式会社製）を用いて、ホウケイ酸塩クラウン光学ガラス（以下、「ＢＫ７」ともいう。）の反射率を測定し、測定したＢＫ７の反射率を１００％とし、透光性薄膜側から波長変換部材の反射率を測定し、波長変換部材の反射率から波長４５０ｎｍの光の第１反射率と、波長５５０ｎｍの光の第２反射率を算出することができる。入射角度０°で入射した光のＢＫ７の反射率１００％に対して、入射角度０°で入射した波長変換部材の透光性薄膜側から測定した反射率が例えば７０％である場合、波長４５０ｎｍの光のＢＫ７の反射率（実測値）が４．１％であるとき、波長４５０ｎｍの光の波長変換部材の第１反射率を、４．１％と７０％の積を１００で除して、２．８７％と算出することができる。波長変換部材の第１反射率は６．５％以下でもよく、６．０％以下でもよく、５．８％以下でもよい。波長変換部材の第１反射率は、通常０．１％以上であり、０．３％以上でもよく、０．５％以上でもよい。波長変換部材の第２反射率は、６．０％以下でもよく、５．０％以下でもよく、４．５％以下でもよい。波長変換部材の第２反射率は、通常０．１％以上であり、０．３％以上でもよく、０．５％以上でもよい。波長変換部材の第１反射率と第２反射率の和は、９．０％以下でもよく、８．５％以下でもよい。波長変換部材の第１反射率と第２反射率の和は、０．２％以上であり、０．６％以上でもよく、１．０％以上でもよい。

本明細書において、第１反射率及び第２反射率を含む反射率は、正反射の反射率をいう。正反射は、入射角度と反射角度が等しい角度となるように反射される光をいう。ここで拡散反射は、入射光がさまざま方向（様々な反射角度）で反射されることをいう。全反射は、正反射と拡散反射を足した光をいう。本明細書において、入射角度０°で入射した光の反射率は、入射角度０°で入射した光が全て反射角度０°で反射した場合を１００％とした場合の割合を示す。波長変換部材１１０に対する入射角度０°の例を、図２に模式的に表した。入射角度０°（θ＝０°）は、波長変換部材１１０の透光性薄膜１１２に対して垂直な角度をいう。入射角度０°の方向は、波長変換部材の光軸ｚと平行な方向をいう。

波長変換部材は、外部からの光の照射を受ける入射面と、外部への光の照射を行う出射面が同一面である、いわゆる反射型の波長変換部材であることが好ましい。光の入射面は、透光性薄膜が配置された面を含むことが好ましい。波長変換部材は、透光性薄膜側とは反対側に光反射板を備えていてもよい。

波長変換部材は、波長４５０ｎｍの光の第１透過率が２０％以上であり、波長５５０ｎｍの光の第２透過率が２０％以上であることが好ましい。波長変換部材は、波長４５０ｎｍの光の第１透過率が２０％以上であると、波長変換部材中に十分な励起光が入射し、セラミックス複合体に含まれる蛍光体が入射した励起光を吸収して波長変換することができる。また、波長変換部材は、波長５５０ｎｍの光の第２透過率が２０％以上であると、セラミックス複合体に含まれる蛍光体が波長変換した光を高い発光効率で出射することができる。波長変換部材の第１透過率は、２２％以上でもよく、２３％以上でもよく、２４％以上でもよい。波長変換部材の第１透過率は、４０％以下でもよく、３５％以下でもよい。波長変換部材の第２透過率は、２２％以上でもよく、２５％以上でもよく、３０％以上でもよい。波長変換部材の第２透過率は、５０％以下でもよく、４５％以下でもよい。
透過率は、分光光度計（例えば株式会社日立ハイテクサイエンス製）を用いて、光源の光を分光器により、特定の波長の単色光に変換し、変換された特定の波長の光の光強度を測定して、入射光強度とする。その特定の波長の光を波長変換部材に入射し、波長変換部材から出射する光の光強度を測定して透過光強度とし、入射光強度に対する透過光強度の割合を透過率とすることができる。言い換えると、透過率は、下記式（１）に基づき算出することができる。下記式（１）中、Ｉ_０は入射光強度であり、Ｉは透過光強度である。

波長変換部材の透過率は、透光性薄膜側から入射角度０°で入射する入射光強度に対する、透光性薄膜側から入射角度０°で入射し、透光性薄膜側とは反対側のセラミックス複合体側から出射する透過光強度の割合をいう。

波長変換部材は、透光性薄膜側から測定した、入射角度０°で入射した光の３８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲内の最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下であることが好ましい。波長変換部材の最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下であれば、波長変換部材に入射する励起光の反射を抑制してセラミックス複合体内に励起光を十分に入射することができ、セラミックス複合体に含まれる蛍光体で励起光を吸収して波長変換した光を、波長変換部材が反射することなく、波長変換部材から発光効率の高い光を出射することができる。入射角度０°で入射した光に対して、波長変換部材の３８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲内で最小反射率となる波長は、７２０ｎｍ以下でもよく、７１５ｎｍ以下でもよい。波長変換部材の３８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲内で最小反射率となる波長は、３８０ｎｍ以上であればよい。

セラミックス複合体
セラミックス複合体の厚さは、８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であり、９０μｍ以上７００μｍ以下の範囲内でもよく、１００μｍ以上６００μｍ以下の範囲内でもよく、１２０μｍ以上５００μｍ以下の範囲内でもよい。セラミックス複合体は、５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する蛍光体を含み、入射された光を波長変換して波長変換部材から出射する。セラミックス複合体の厚さが８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であれば、セラミックス複合体に含まれる蛍光体が入射した光を効率よく吸収して波長変換し、発光効率の高い光を出射することができる。

セラミックス複合体の屈折率は１．７６以上１．８５以下の範囲内であることが好ましく、１．７７以上１．８３以下の範囲内であってもよい。セラミックス複合体の屈折率がこれらの範囲内であれば、波長変換部材は、セラミックス複合体中に十分に励起光を入射させることができ、セラミックス複合体に含まれる蛍光体が波長変換した光を、高い発光効率で波長変換部材から出射させることができる。セラミックス複合体の屈折率は、セラミックス複合体を構成する蛍光体の屈折率をセラミックス複合体の屈折率としてもよい。

セラミックス複合体の相対密度は、９０％以上であることが好ましく、９２％以上であることがより好ましく、９４％以上であることがさらに好ましく、９５％以上であることが特に好ましく、９９％以下でもよく、９８％以下でもよい。セラミックス複合体の相対密度が９０％以上９９％以下の範囲内であると、空隙が少なく、波長４５０ｎｍの光の透過率及び波長５５０ｎｍの光の透過率が高くなり、セラミックス複合体に含まれる蛍光体の励起光の吸収を高めて、効率よく波長変換し、波長変換部材から発光効率の高い光を出射することができる。

セラミックス複合体の相対密度は、セラミックス複合体の見掛け密度及びセラミックス複合体の真密度から下記式（２）により算出することができる。

セラミックス複合体の見掛け密度は、セラミックス複合体の質量をセラミックス複合体の体積で除した値であり、下記式（３）により算出することができる。セラミックス複合体の真密度は、セラミックス複合体を構成する蛍光体の真密度を、セラミックス複合体の真密度としてもよい。

セラミックス複合体の相対密度を１００から差し引いた数値をセラミックス複合体の空隙率とすることができる。

蛍光体
セラミックス複合体に含まれる蛍光体は、５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する蛍光を発するものであればよく、希土類アルミン酸塩蛍光体、ケイ酸塩蛍光体及びβサイアロン蛍光体からなる群から少なくとも１種の蛍光体を含むことが好ましく、希土類アルミン酸塩蛍光体を含むことがより好ましい。

希土類アルミン酸塩蛍光体は、下記式（Ｉ）で表される組成を有することが好ましい。
（Ｌｎ^１ _１－ａＣｅ_ａ）_３（Ａｌ_ｃＧａ_ｂ）_５Ｏ_１２ （Ｉ）
（前記式（Ｉ）中、Ｌｎ^１は、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂからなる群から選ばれる少なくとも１種の第１希土類元素であり、ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．２２、０≦ｂ≦０．４、０＜ｃ≦１．１、０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１を満たす数である。）

ケイ酸塩蛍光体は、下記式（ＩＩ）で表される組成を有することが好ましい。
Ｃａ_ｄＥｕ_ｅＭｇ_ｆＳｉ_４Ｏ_ｇＣｌ_ｈ （ＩＩ）
（式（ＩＩ）中、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ及びｈは、それぞれ、７．０≦ｄ≦７．９４、０．０１≦ｅ≦１．０、７．７０≦ｄ＋ｅ≦７．９５、０．９≦ｆ≦１．１、１５．６≦ｇ≦１６．１、１．９０＜ｈ≦２．００を満たす数である。）

βサイアロン蛍光体は、下記式（ＩＩＩ）で表される組成を有することが好ましい。
Ｓｉ_６－ｚＡｌ_ｚＯ_ｚＮ_８－ｚ：Ｅｕ （０＜ｚ≦４．２） （ＩＩＩ）

セラミックス複合体の製造方法
セラミックス複合体は、原料となる粒子を液体に混合したスラリー状の原料混合物を乾燥させて、粉体の原料混合物を得て、原料混合物を、金型プレス及び／又は冷間等方圧加圧（ＣＩＰ）等のプレス成形法によって成形し、得られた成形体を必要に応じて加熱脱脂し、焼成して、焼結体を得て、製造することができる。焼成後に得られた焼結体は、アニール処理を行ってもよい。得られた焼結体は、所望の大きさ又は厚さに切断する加工処理を行ってもよい。また、焼結体を加工処理後に、切断面をサンドブラスト、機械研削、ダイシング、化学的エッチング等の方法によって面処理を行ってもよい。成形体を焼成する温度は、１３００℃以上１８００℃以下の範囲内であればよく、１４００℃以上１７９０℃以下の範囲内でもよく、１４５０℃以上１７８０℃以下の範囲内でもよい。成形体の焼成は、酸素含有雰囲気のもとで行うことが好ましく、雰囲気中の酸素の含有量は、５体積％以上であればよく、大気雰囲気であってもよい。加熱脱脂するときの温度は、５００℃以上１０００℃以下の範囲内であればよい。アニール処理の温度は、焼成温度よりも低い温度であり、１０００℃以上１６００℃以下の範囲内であればよい。アニール処理は、還元雰囲気で行うことが好ましい、還元雰囲気は、ヘリウム、ネオン及びアルゴンからなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガス又は窒素ガスと、水素ガス又は一酸化炭素ガスとを含む雰囲気であればよい。セラミックス複合体の製造方法の一例として、特願２０２０－１３５１２１号の開示を参照することができる。

透光性薄膜
透光性薄膜は、セラミックス複合体の上に配置される。光の入射面と出射面が同一面である面を含む反射型の波長変換部材である場合は、透光性薄膜は、光の入射側及び出射側となる面に配置されることが好ましい。波長変換部材は、セラミックス複合体の上に透光性薄膜を備えることによって、光が入射する波長変換部材の表面の反射率を低下させることができ、波長変換部材から発光効率の高い光を出射することができる。

透光性薄膜の厚さは、５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲内であり、５５ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の範囲内でもよく、１２５ｎｍ以下でもよい。セラミックス複合体の上に透光性薄膜を配置することによって、空気とセラミックス複合体との屈折率差を少なくし、セラミックス複合体中に十分に励起光を入射させ、波長変換部材から発光効率の高い光を出射することができる。本明細書において、透光性薄膜の厚さは、透光性薄膜の物理膜厚をいう。

透光性薄膜は、単一の材料からなる単一層であってもよく、第１層と第１層を構成する材料とは異なる材料で形成された第２層の少なくとも２層を含む多層膜であってもよい。透光性薄膜が単一の材料からなる単一層である場合は、透光性薄膜を形成する材料は、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素及び第１３族の金属元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含むフッ化物又は二酸化ケイ素が挙げられる。フッ化物は、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＬｉＦ、ＮａＦ及びＫＦが挙げられる。フッ化物は、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、ＳｒＦ_２、ＡｌＦ_３、Ｎａ_３ＡｌＦ_６、Ｎａ_５Ａｌ_３Ｆ_１４、ＮａＦ及びＬｉＦからなる群から選択される少なくとも１種を含むことが好ましい。透光性薄膜は、フッ化マグネシウムからなることが好ましい。

透光性薄膜が二酸化ケイ素からなる場合は、二酸化ケイ素からなる透光性薄膜の厚さが８０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の範囲内であることが好ましい。このような透光性薄膜をセラミックス複合体の上に配置することによって、空気とセラミックス複合体との屈折率差を少なくし、４５０ｎｍの光の第１反射率及び５５０ｎｍの光の第２反射率をそれぞれ７％以下にし、第１反射率と第２反射率の和を１０％以下にすることができる。

透光性薄膜が多層膜である場合には、透光性薄膜は、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び第１３族金属元素からなる群から選択される少なくとも１種の元素を含むフッ化物又は二酸化ケイ素かなる第１層と、アルミニウム、ニオブ、タンタル、チタン及びジルコニウムからなる群から選択される少なくとも１種を含む酸化物からなる第２層の少なくとも２層を含み、２層以上であるときは、第１層と第２層が交互に積層された多層膜でもよい。第１層の屈折率と、第２層の屈折率は、それぞれ異なる。フッ化物は、単一層である透光性薄膜と同様のフッ化物を用いることができる。透光性薄膜が多層膜である場合は、市販の光学多層膜を用いてもよい。

透光性薄膜が単一層である場合、透光性薄膜の屈折率が１．３以上１．５以下の範囲内であることが好ましく、１．３２以上１．４８以下の範囲内でもよく、１．３３以上１．４７以下の範囲内でもよい。透光性薄膜の屈折率が１．３以上１．５以下の範囲内であれば、空気とセラミックス複合体との屈折率差を少なくし、４５０ｎｍの光の第１反射率及び５５０ｎｍの光の第２反射率をそれぞれ７％以下にし、第１反射率と第２反射率の和を１０％以下にして、セラミックス複合体中に十分に励起光を入射させ、波長変換部材から発光効率の高い光を出射することができる。フッ化マグネシウムの屈折率は、１．３８であり、二酸化ケイ素の屈折率は１．４７である。透光性薄膜が、フッ化マグネシウムからなる単一層である場合、透光性薄膜の屈折率は、フッ化マグネシウムの屈折率を用いることができる。透光性薄膜が、二酸化ケイ素からなる単一層である場合、透光性薄膜の屈折率は、二酸化ケイ素の屈折率を用いることができる。

透光性薄膜の製造方法
透光性薄膜が単一層である場合、透光性薄膜は、化学蒸着法又は物理蒸着法により製造することができる。物理蒸着法は、電子ビーム蒸着法、抵抗加熱蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタ法等が挙げられる。透光性薄膜は、原料となるフッ化物又は二酸化ケイ素を真空雰囲気中、２５℃以上４００℃以下の範囲内でセラミックス複合体の発光面に、抵抗加熱蒸着法又はスパッタ法により形成することが好ましい。
透光性薄膜が多層膜である場合は、第１層となる原料と第２層となる原料を、この順序で、真空雰囲気中、２５℃以上４００℃以下の範囲内でセラミックス複合体の発光面に電子ビーム（ＥＢ）加熱蒸着により形成してもよい。

以上のように説明した波長変換部材は、励起光源と組み合わせて発光装置に用いることができ、このような発光装置は、例えば、プロジェクター用光源等に用いることができる。

発光装置
前述の波長変換部材を用いた発光装置について説明する。発光装置は、波長変換部材と、励起光源とを備え、励起光源は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子を用いることができる。

発光素子は、ＬＥＤチップ又はＬＤチップからなる半導体発光素子であることが好ましい。半導体発光素子は、窒化物系半導体を用いることができる。励起光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。希土類アルミン酸塩焼結体は、半導体発光素子から発せられた光の波長を変換し、波長変換された混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。発光素子は、３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、４００ｎｍ以上４８０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有していてもよく、４２０ｎｍ以上４６０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有していてもよい。

発光素子は、レーザーダイオードであることがより好ましい。励起光源であるレーザーダイオードから出射された励起光を、波長変換部材に入射させ、波長変換部材のセラミックス複合体に含まれる蛍光体によって波長が変換された光を集光させて、レンズアレイ、偏光変換素子、色分離光学系等の複数の光学系によって赤色光、緑色光、及び青色光に分離して、画像情報に応じて変調し、カラーの画像光を形成してもよい。励起光源としてレーザーダイオードから出射された励起光は、ダイクロイックミラー又はコリメート光学系等の光学系を通じて波長変換部材に入射させてもよい。

図３は、発光装置１００の一例を示す構成を示す概略図である。図３中の矢印は、光の光路を模式的に表した。発光装置１００は、発光素子である励起光源１０１と、コリメートレンズ１０２と、３つのコンデンサレンズ１０３、１０５及び１０６と、ダイクロイックミラー１０４と、ロッドインテグレーダー１０７と、波長変換部材を含む波長変換デバイス１２０とを含むことが好ましい。励起光源１０１は、レーザーダイオードを用いることが好ましい。励起光源１０１は、複数のレーザーダイオードを用いてもよく、複数のレーザーダイオードをアレイ状又はマトリクス状に配置したものであってもよい。コリメートレンズ１０２は、複数のコリメートレンズがアレイ状に配置されたコリメートレンズアレイであってもよい。励起光源１０１から出射されたレーザー光は、コリメートレンズ１０２によって略平行光となり、コンデンサレンズ１０３によって集光され、ダイクロイックミラー１０４を通って、さらにコンデンサレンズ１０５によって集光される。コンデンサレンズ１０５によって集光されたレーザー光は、波長変換部材１１０と光反射板１２２と、を含む波長変換デバイス１２０によって波長変換され、所望の波長範囲に発光ピーク波長を有する光が、波長変換デバイス１２０の波長変換部材１１０側から出射される。波長変換デバイス１２０から出射された波長変換された光は、コンデンサレンズ１０６によって集光され、ロッドインテグレーダー１０７に入射され、被照明領域における照度分布の均一性を高めた光が発光装置１００から出射される。

図４は、波長変換デバイス１２０の一例の平面の構成を示す概略図である。なお、図３では、発光装置１００を構成する部材の一つとして、波長変換デバイス１２０を側面図で示している。波長変換デバイス１２０は、少なくとも波長変換部材１１０を備える。波長変換デバイス１２０は、円板状の波長変換部材１１０を備え、波長変換部材１１０を回転させるための回転機構１２１を備えていてもよい。回転機構１２１は、モータ等の駆動機構と連結され、波長変換部材１１０を回転させることによって放熱することができる。

図５は、図３で発光装置１００を構成する部材の一つとして側面図で示した波長変換デバイス１２０の詳細について、波長変換デバイス１２０の一例の側面の構成を示す概略図である。波長変換デバイス１２０は、波長変換部材１１０のセラミックス複合体１１１の透光性薄膜１１２が配置されている側と反対側に光反射板１２２を備えている。なお、セラミックス複合体１１１からの光を透光性薄膜１１２が配置されている側に十分に出射させることができる場合には、光反射板１２２を省略することもできる。光反射板１２２は、セラミックス複合体１１１からの光を透光性薄膜１１２が配置されている側に反射させる部材としてだけでなく、セラミックス複合体１１１で発生した熱を伝達して外部に放熱する放熱部材として用いてもよい。

以下、本実施形態を実施例により具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。

セラミックス複合体Ａの製造
原料混合物の準備
ＢＥＴ法による比表面積２０ｍ^２／ｇの酸化イットリウム粒子、ＢＥＴ法による比表面積５．５ｍ^２／ｇの酸化アルミニウム粒子、ＢＥＴ法による比表面積１２５ｍ^２／ｇの酸化セリウム粒子を、各酸化物粒子に含まれるＹ、Ａｌ、Ｃｅの各元素のモル比がＹ_２．９９Ｃｅ_０．０１Ａｌ_５．１Ｏ_１２で表される組成となるように計量した。酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子及び酸化セリウム粒子の合計量１００質量部に対して、分散剤（フローレンＧ－７００、共栄社化学株式会社）を４質量部加え、さらにエタノールを５０質量部加えて原料混合物を準備した。

撹拌
原料混合物を湿式ボールミルで１５時間撹拌し、酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子、及び酸化セリウム粒子を均一に混合させたスラリー状の原料混合物を準備した。

乾燥
得られたスラリー状の原料混合物を、大気雰囲気において、１３０℃で１０時間乾燥させて原料混合物粉体を得た。

成形
得られた原料混合物粉体を金型に充填し、５ＭＰａ（５１ｋｇｆ／ｃｍ^２）の圧力で直径２６ｍｍ、厚さ１０ｍｍの円筒形状の成形体を形成した。得られた成形体を、包装容器に入れて真空包装し、冷間静水等方圧加圧装置（株式会社神戸製鋼所（ＫＯＢＥＬＣＯ）製）を用いて１７６ＭＰａでＣＩＰを行い、成形体を得た。

加熱脱脂
得られた成形体を窒素雰囲気のもと、温度７００℃で加熱脱脂した。

焼成
得られた成形体を焼成炉（丸祥電気株式会社製）により焼成を行い、希土類アルミン酸塩焼結体を得た。焼成の条件は、大気雰囲気（１０１．３２５ｋＰａ、酸素濃度：約２０体積％）であり、温度が１５８０℃であり、焼成時間が６時間であった。

加工・面処理
得られた焼結体をワイヤーソーで適切な形状及び大きさに切断した後、その切断物の表面を平面研削機で研磨して、セラミックス複合体Ａを得た。希土類アルミン酸塩蛍光体Ａの真密度は、４．６ｇ／ｃｍ^３であり、希土類アルミン酸塩蛍光体Ａの真密度をセラミックス複合体Ａの真密度とした。前記式（２）及び（３）に基づき算出されたセラミックス複合体Ａの相対密度は９７．０％であった。希土類アルミン酸塩蛍光体Ａの屈折率は１．８２であり、セラミックス複合体Ａの屈折率を１．８２とした。

セラミックス複合体Ａ’の製造
酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子、酸化セリウム粒子を、各酸化物粒子に含まれるＹ、Ａｌ、Ｃｅの各元素のモル比がＹ_２．９９Ｃｅ_０．０１Ａｌ_５．１Ｏ_１２で表される組成となるように計量したこと以外は、セラミックス複合体Ａと同様にして、セラミックス複合体Ａ’を得た。セラミックス複合体Ａ’の真密度は、４．６ｇ／ｃｍ^３である。希土類アルミン酸塩蛍光体Ａ’の屈折率は１．８２であり、セラミックス複合体Ａ’の屈折率を１．８２とした。

セラミックス複合体Ｂの製造
酸化イットリウム粒子、酸化アルミニウム粒子、酸化セリウム粒子を、各酸化物粒子に含まれるＹ、Ａｌ、Ｃｅの各元素のモル比がＹ_２．９９Ｃｅ_０．０１Ａｌ_５．１Ｏ_１２で表される組成となるように計量したこと以外は、セラミックス複合体Ａと同様にして、希土類アルミン酸塩蛍光体Ｂからなるセラミックス複合体Ｂを得た。希土類アルミン酸塩蛍光体Ｂの真密度は、４．６ｇ／ｃｍ^３であり、希土類アルミン酸塩蛍光体Ｂの真密度をセラミックス複合体Ｂの真密度とした。前記式（２）及び（３）に基づき算出されたセラミックス複合体Ｂの相対密度は９７．５％であった。希土類アルミン酸塩蛍光体Ｂの屈折率は１．８２であり、セラミックス複合体Ｂの屈折率を１．８２とした。

セラミックス複合体Ｃの製造
ＢＥＴ法による比表面積１２ｍ^２／ｇの酸化ルテチウム粒子、ＢＥＴ法による比表面積１１．８ｍ^２／ｇの酸化アルミニウム粒子、ＢＥＴ法による比表面積１２５ｍ^２／ｇの酸化セリウム粒子を、各酸化物粒子に含まれるＬｕ、Ａｌ、Ｃｅの各元素のモル比がＬｕ_{２．９８７}Ｃｅ_{０．０１３}Ａｌ_５Ｏ_１２で表される組成となるように計量したこと以外は、セラミックス複合体Ａと同様にして、希土類アルミン酸塩蛍光体Ｃからなるセラミックス複合体Ｃを得た。希土類アルミン酸塩蛍光体Ｃの真密度は、６．６９ｇ／ｃｍ^３であり、希土類アルミン酸塩蛍光体Ｃの真密度をセラミックス複合体Ｃの真密度とした。前記式（２）及び（３）に基づき算出されたセラミックス複合体Ｃの相対密度は９７．７％であった。希土類アルミン酸塩蛍光体Ｃの屈折率は１．８５であり、セラミックス複合体Ｃの屈折率を１．８５とした。

実施例Ａ－１からＡ－７の波長変換部材
蒸着装置内に、厚さが２００μｍのセラミックス複合体Ａと、蒸着材料としてフッ化マグネシウムと、を配置し、蒸着装置内の圧力を１．０×１０^－４Ｐａまで減圧した状態で、マイクロヒーターを用いて、成膜時の温度を３００℃としてセラミックス複合体Ａの上に、物理膜厚が表１に示す厚さとなるように透光性薄膜（ＭｇＦ_２膜）を、抵抗加熱蒸着法により形成し、各物理膜厚を有する波長変換部材Ａ－１からＡ－７を得た。透光性薄膜の屈折率は、ＭｇＦ_２の屈折率１．３８である。

比較例ａ－１の波長変換部材
透光性薄膜を形成しない厚さが２００μｍのセラミックス複合体Ａを比較例ａ－１の波長変換部材とした。

比較例ａ－２の波長変換部材
厚さが２００μｍのセラミックス複合体Ａの上に、表１に示す厚さが１４０ｎｍを超える１４９ｎｍの透光性薄膜（ＭｇＦ_２膜）を形成したこと以外は、実施例Ａ－１からＡ－７と同様にして、比較例ａ－２の波長変換部材を得た。

実施例Ａ－８からＡ－１１の波長変換部材
厚さが表２に示す各厚さとなるセラミックス複合体Ａ’の上に、物理膜厚が表２に示す厚さになるように透光性薄膜（ＭｇＦ_２膜）を形成したこと以外は、実施例Ａ－１からＡ－７と同様にして、実施例Ａ－８からＡ－１１の波長変換部材を得た。透光性薄膜の屈折率は、ＭｇＦ_２の屈折率１．３８である。

比較例ａ－３の波長変換部材
厚さが８００μｍを超える１０００μｍのセラミックス複合体Ａ’上に、物理膜厚が８７ｎｍになる透光性薄膜（ＭｇＦ_２膜）を形成したこと以外は、実施例Ａ－８からＡ－１１と同様にして、比較例ａ－３の波長変換部材を得た。

実施例Ｂ－１からＢ－４の波長変換部材
厚さが２００μｍのセラミックス複合体Ｂと二酸化ケイ素を用い、マグネトロン方式スパッタ装置を用いて、出力５００Ｗでセラミックス複合体Ｂの上に、物理膜厚が表３に示す厚さとなるように透光性薄膜（ＳｉＯ_２膜）を形成し、各物理膜厚を有する波長変換部材Ｂ－１からＢ－４を得た。透光性薄膜の屈折率は、ＳｉＯ_２の屈折率１．４７である。

比較例ｂ－１の波長変換部材
透光性薄膜を形成しない厚さが２００μｍのセラミックス複合体Ｂを比較例ｂ－１の波長変換部材とした。

実施例Ｃ－１及びＣ－２の波長変換部材
厚さが１５０μｍのセラミックス複合体Ｃと二酸化ケイ素を用い、マグネトロン方式スパッタ装置を用いて、出力５００Ｗでセラミックス複合体Ｃの上に、物理膜厚が表４に示す厚さとなるように透光性薄膜（ＳｉＯ_２膜）を形成し、各物理膜厚を有する波長変換部材Ｃ－１及びＣ－２を得た。透光性薄膜の屈折率は、ＳｉＯ_２の屈折率１．４７である。

比較例ｃ－１の波長変換部材
透光性薄膜を形成しない厚さが１５０μｍのセラミックス複合体Ｃを比較例ｃ－１の波長変換部材とした。

実施例及び比較例の各波長変換部材について、以下の評価を行った。結果を表１から表４に示す。表１から表４中、「－」の記号は、透光性薄膜を備えていないことを表す。

透光性薄膜の物理膜厚
透光性薄膜の厚さは、各波長変換部材の光学特性（制御波長λ、屈折率ｎ）から、以下の式（４）を用い算出した。

式（４）中、ｄは薄膜の膜厚であり、λは制御波長、ｎは屈折率である。式（４）は、小檜山光信著、「光学薄膜の基礎理論－フレネル係数、特性マトリクス－」、株式会社オプトロニクス社出版、平成２３年２月２５日、増補改訂版第１刷の６１頁を参照にした。制御波長λは、各セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体の発光ピーク波長を用いた。

相対発光効率（％）
実施例及び比較例の各波長変換部材に対して、レーザーダイオードから波長が４５０ｎｍのレーザー光を入射光の光径が２．２ｍｍとなるように照射して透光性薄膜側から波長変換部材に入射し、レーザー光を入射した面と同一の面となる透光性薄膜側から出射された光の放射束を、積分球で測定した。比較例ａ－１に係る波長変換部材の放射束を１００％とし、比較例ａ－１の放射束に対する実施例Ａ－１からＡ－１１、比較例ａ－２、及び比較例ａ－３に係る各波長変換部材のサンプルを測定した放射束を相対発光効率（％）として表した。また、比較例ｂ－１の放射束を１００％とし、比較例ｂ－１の放射束に対する実施例Ｂ－１からＢ－４の各波長変換部材のサンプルを測定した放射束を相対発光効率（％）として表した。また、比較例ｃ－１の放射束を１００％とし、比較例ｃ－１の放射束に対する実施例Ｃ－１及びＣ－２の各波長変換部材のサンプルを測定した放射束を相対発光効率（％）として表した。

第１透過率（％）及び第２透過率（％）
分光光度計（株式会社日立ハイテクサイエンス製）を用いて、光源の光を分光器により、４５０ｎｍの波長の単色光に変換し、変換された４５０ｎｍの波長の光の光強度を測定して、入射光強度とし、４５０ｎｍの波長の光を透光性薄膜側から波長変換部材に入射し、波長変換部材のセラミックス複合体側から出射する光の光強度を測定して透過光強度とし、入射光強度に対する透過光強度の割合を、前記式（１）に基づき算出して、４５０ｎｍの波長の光の第１透過率として測定した。第２透過率は、５５０ｎｍの波長の光の単色光に変換したこと以外は、第１透過率の測定と同様にして、第２透過率を測定した。

透過スペクトル
分光光度計（株式会社日立ハイテクサイエンス製）を用いて、光源の光を分光器により各波長の単色光に変換し、変換された波長の光の光強度を入射強度とし、各波長の光を透光性薄膜側から波長変換部材に入射し、波長変換部材のセラミックス複合体側から出射する光の光強度を測定して透過光強度とし、入射強度に対する透過光強度の割合を、前記式（１）に基づき算出して、各波長の透過率を透過スペクトルとして表した。図１１に、実施例Ａ－２、Ａ－８からＡ－１１、比較例ａ－１及びａ－３に係る各波長変換部材の透過スペクトルを示す。

第１反射率（％）、第２反射率（％）及び第１反射率と第２反射率の和
顕微分光測定装置（オリンパス株式会社製）を用いて、入射角度０°で入射した光のＢＫ７の反射率を測定し、測定したＢＫ７の反射率を１００％とした。入射角度０°で透光性薄膜側から入射した光の反射率を、波長変換部材の透光性薄膜側から測定し、波長４５０ｎｍの光の第１反射率、波長５５０ｎｍの光の第２反射率を算出した。入射角度０°で入射した光のＢＫ７の反射率１００％に対して、入射角度０°で入射した波長変換部材の透光性薄膜側から測定した反射率が例えば７０％である場合、波長４５０ｎｍの光のＢＫ７の反射率（実測値）が４．１％であるとき、波長４５０ｎｍの光の波長変換部材の第１反射率を、４．１％と７０％の積を１００で除して、２．８７％と算出した。また、第１反射率と第２反射率の和（以下、「反射率の和」ともいう。）を求めた。

反射スペクトル、最小反射率の波長
顕微分光測定装置（オリンパス株式会社製）を用いて、入射角度０°で入射した各波長の光のＢＫ７の反射率を測定し、各波長の光のＢＫ７の反射率を１００％とした、入射角度０°で波長変換部材の透光性薄膜側から入射した各波長の光の反射率を、波長変換部材の透光性薄膜側から測定し、各波長の光の反射率を測定し、ＢＫ７の反射率から各波長の光の波長変換部材の反射率を算出し、反射スペクトルとして表した。各波長変換部材の反射スペクトルから最小反射率の波長を測定した。図６、図８から図１０に、実施例及び比較例の各波長変換部材の反射スペクトルを示す。

実施例Ａ－１に係る波長変換部材の反射スペクトル、最小反射率の波長
実施例Ａ－１に係る波長変換部材は、３８０ｎｍ未満の反射率を測定するために、以下のように測定した。厚さが２００μｍのセラミックス複合体の代わりに、厚さが２００μｍの石英を用い、この石英に、実施例Ａ－１と同様にして、実施例Ａ－１と同一の物理膜厚を有する透光性薄膜を形成し、試料Ａ－１’を作製した。分光光度計Ｕ－４１００（株式会社日立ハイテク製）を用いて、光源から直接積分球に到達した各波長の光量を１００％とした。入射角５°で試料Ａ－１’の透光性薄膜側から入射した各波長の光の両面反射率を測定し、反射スペクトルとして表した。試料Ａ－１’の反射スペクトルを実施例Ａ－１の反射スペクトルとした。試料Ａ－１’の反射スペクトルから最小反射率の波長を測定し、実施例Ａ－１の最小反射率の波長とした。図７に、実施例Ａ－１に係る波長変換部材の反射スペクトルを示す。

実施例Ａ－１からＡ－１１、実施例Ｂ－１からＢ－４、及び実施例Ｃ－１からＣ－２の波長変換部材は、セラミックス複合体の厚さが８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であり、透光性薄膜の厚さが５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲内であり、第１反射率及び第２反射率がいずれも７％以下であり、反射率の和が１０％以下であった。各実施例の波長変換部材は、透光性薄膜を配置していない比較例ａ－１、比較例ｂ－１又は比較例ｃ－１の波長変換部材に比べて相対発光効率がいずれも高くなった。各実施例の波長変換部材は、第１透過率及び第２透過率がいずれも２０％以上であった。

図６及び図７は、実施例Ａ－１からＡ－７に係る波長変換部材及び比較例ａ－１からａ－２に係る波長変換部材の波長に対する反射率（％）の反射スペクトルを示す。実施例Ａ－１からＡ－７に係る波長変換部材は、最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下であった。透光性薄膜を配置していない比較例ａ－１に係る波長変換部材は、第１反射率が７％を超えており、反射率の和も１０％を超えていた。透光性薄膜の厚さ１４０ｎｍを超えて１４９ｎｍである比較例ａ－２に係る波長変換部材は、第１反射率が７％を超えており、反射率の和も１０％を超えていた。また、図６には、比較例ａ－２に係る波長変換部材の最小反射率が記載されていないが、比較例ａ－２に係る波長変換部材は、最小反射率の波長が７３０ｎｍを超えていると推測された。実施例Ａ－１からＡ－７に係る波長変換部材は、第１反射率が７％より小さいため、セラミックス複合体中に入射する励起光の強度がより大きくなり、相対発光効率が高くなった。また、実施例Ａ－１からＡ－７に係る波長変換部材は、波長５５０ｎｍの第２反射率も７％より小さいため、波長変換された光が効率よく波長変換部材から出射されるため、比較例ａ―２に係る波長変換部材よりも相対発光効率が高くなった。

図８は、実施例Ａ－８からＡ－１１に係る波長変換部材及び比較例ａ－１及びａ－３に係る波長変換部材の波長に対する反射率（％）の反射スペクトルを示す。実施例Ａ－８からＡ－１１に係る波長変換部材及び比較例ａ－３に係る波長変換部材は、最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下であった。実施例Ａ－８からＡ－１１に係る波長変換部材は、セラミックス複合体の厚さが８００μｍを超えて１０００μｍ以下である比較例ａ－３に係る波長変換部材よりも、表２及び後述する図１１に示すように透過率が高く、相対発光効率が高くなった。

図９は、実施例Ｂ－１からＢ－４に係る波長変換部材及び比較例ｂ－１に係る波長変換部材の波長に対する反射率（％）の反射スペクトルを示す。実施例Ｂ－１からＢ－４に係る波長変換部材は、最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下であった。透光性薄膜を配置していない比較例ｂ－１に係る波長変換部材は、第１反射率及び第２反射率がそれぞれ７％を超えており、反射率の和も１０％を超えていた。

図１０は、実施例Ｃ－１及びＣ－２に係る波長変換部材及び比較例ｃ－１に係る波長変換部材の波長に対する反射率（％）の反射スペクトルを示す。実施例Ｃ－１及びＣ－２に係る波長変換部材は、最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下であった。透光性薄膜を配置していない比較例ｃ－１に係る波長変換部材は、第１反射率及び第２反射率がそれぞれ７％を超えており、反射率の和も１０％を超えていた。

図１１は、セラミックス複合体の厚さがそれぞれ異なる実施例Ａ－２、Ａ－８からＡ－１１に係る波長変換部材及び比較例ａ－１、ａ－３に係る波長変換部材の波長に対する透過率（％）の透過スペクトルを示す。波長３８０ｎｍ以上７８０ｎｍ以下の範囲内の透過スペクトルにおいて、セラミックス複合体の厚さが厚くなるほど透過率は低下する傾向があり、セラミックス複合体の厚さが８００μｍを超えて１０００μｍである比較例ａ－３に係る波長変換部材は、波長４５０ｎｍの光の第１透過率、波長５５０ｎｍの光の第２透過率ともに、２０％未満であった。

本開示に係る波長変換部材及び発光装置は、車載用光源や一般照明用の照明装置、液晶表示装置のバックライト、プロジェクター用光源として利用することができる。

１００：発光装置、１０１：励起光源、１０２：コリメートレンズ、１０３、１０５及び１０６：コンデンサレンズ、１０４：ダイクロイックミラー、１０７：ロッドインテグレーダー、１１０：波長変換部材、１１１：セラミックス複合体、１１２：透光性薄膜、１２０：波長変換デバイス、１２１：回転機構、１２２：光反射板。

Claims (9)

1. ５１０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する蛍光体を含むセラミックス複合体と、
   前記セラミックス複合体の上に配置された透光性薄膜と、を備え、
   前記透光性薄膜の厚さが５０ｎｍ以上１４０ｎｍ以下の範囲内であり、前記セラミックス複合体の厚さが８０μｍ以上８００μｍ以下の範囲内であり、
   前記透光性薄膜側から測定したとき、入射角度０°で入射した波長４５０ｎｍの光の第１反射率が７％以下であり、入射角度０°で入射した波長５５０ｎｍの光の第２反射率が７％以下であり、前記第１反射率と前記第２反射率の和が１０％以下である波長変換部材。
2. 前記透光性薄膜側から測定した、入射角度０°で入射した光の３８０ｎｍ以上８３０ｎｍ以下の範囲内の最小反射率の波長が７３０ｎｍ以下である、請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記透光性薄膜の屈折率が１．３以上１．５以下の範囲内である、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
4. 前記セラミックス複合体の屈折率が１．７６以上１．８５以下の範囲内である、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
5. 前記透光性薄膜がフッ化マグネシウムからなる、請求項１から４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
6. 前記透光性薄膜が二酸化ケイ素からなり、二酸化ケイ素からなる透光性薄膜の厚さが８０ｎｍ以上１３０ｎｍ以下の範囲内である、請求項１から４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
7. 前記蛍光体が希土類アルミン酸塩蛍光体である、請求項１から６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
8. 前記希土類アルミン酸塩蛍光体が、下記式（Ｉ）で表される組成を有する、請求項７に記載の波長変換部材。
   （Ｌｎ^１ _１－ａＣｅ_ａ）_３（Ａｌ_ｃＧａ_ｂ）_５Ｏ_１２ （Ｉ）
   （前記式（Ｉ）中、Ｌｎ^１は、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂからなる群から選ばれる少なくとも１種であり、ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．２２、０≦ｂ≦０．４、０＜ｃ≦１．１、０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１を満たす。）
9. ３８０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の範囲内に発光ピーク波長を有する発光素子と、前記発光素子からの光が照射され波長変換を行う、請求項１から８のいずれか１項に記載の波長変換部材と、を備えた発光装置。

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