JP2023137938A - 波長変換部材および光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換された光の発光スポット径を狭小化できると共に、波長変換された光の強度を向上させることができ、なおかつ白色光の色むらを抑制できる波長変換部材を提供することを目的とする。【解決手段】励起光の波長を変換する波長変換層を有する波長変換部材であって、波長変換層の外面のうち、少なくとも励起光入射部の周囲および光取出し部の周囲が、励起光および波長変換された光を反射する反射層で覆われており、励起光入射部に対応する波長変換層の外面は制御層で覆われており、制御層は、入射した励起光を透過させ、波長変換層の内部で反射した励起光を再反射する波長変換部材。【選択図】図１

Description

本発明は波長変換部材および光源装置に関する。

波長変換部材の一種としての蛍光体はＬＥＤやレーザーを用いた照明またはプロジェクター用色調変換材料などとして幅広く用いられている。

従来用いられてきた粉末蛍光体や不透明セラミックスなどの不透明蛍光体は光が散乱し易いことから色むらが生じにくく、演色性が良好というメリットがある一方で、粒界で遮熱されることによって温度消光が生じ、蛍光輝度が低下するという問題がある。

これに対して、たとえば、特許文献１には、光の散乱の原因となるポアや粒界などの不純物がほとんど存在しない透明セラミックス蛍光体が開示されている。透明セラミックス蛍光体は構造が緻密であることから、粉末蛍光体や不透明セラミックス蛍光体などの不透明蛍光体よりも放熱性および耐熱性が優れている。このため、レーザーなどの高エネルギー密度の励起光源を使用した際も安定した光量を得ることができる。一方、蛍光体内部における蛍光の全反射により蛍光が蛍光体の内部に閉じ込められる「内面導波」といった問題は、不透明蛍光体よりも透明セラミックス蛍光体に顕著に現れる。

内面導波が発生すると蛍光の発光スポット径（光束の断面）が大きくなる。発光スポット径が大きくなると、発生した蛍光を集光するために大きな光学部材が必要になり、装置が大型化するなどの不都合が生じるおそれがある。

さらに近年では、蛍光の強度を向上させることや、蛍光と励起光とが混合して発せられる白色光の色むらを抑制することが求められている（特許文献２）。

特許第６３７１２０１号 特開２０１８－７０４３１号公報

本発明は、波長変換された光の発光スポット径を狭小化できると共に、波長変換された光の強度を向上させることができ、なおかつ白色光の色むらを抑制できる波長変換部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る波長変換部材は、
励起光の波長を変換する波長変換層を有する波長変換部材であって、
前記波長変換層の外面のうち、少なくとも励起光入射部の周囲および光取出し部の周囲が、前記励起光および波長変換された光を反射する反射層で覆われており、
前記励起光入射部に対応する前記波長変換層の外面は制御層で覆われており、
前記制御層は、入射した励起光を透過させ、前記波長変換層の内部で反射した励起光を再反射する。

本発明者は、波長変換部材が上記の構成であることにより、波長変換された光（以下、「蛍光」とも称する）の発光スポット径（光束の断面）を狭小化できると共に、波長変換された光の強度を向上させることができ、なおかつ白色光の色むらを抑制できることを見出した。本発明では励起光入射部の周囲が、励起光および波長変換された光を反射する反射層で覆われている。このため、波長変換層の内部で内面導波した光が外部へ漏れ出すことを低減することができ、波長変換された光の発光スポット径を狭小化することができる。

本発明に係る波長変換部材によれば、波長変換された光の発光スポット径を狭小化できることから、装置の小型化や光利用効率の改善を可能にするため、プロジェクター光源やスポットライト、投光器、ヘッドライト用光源などの用途に好ましく用いることができる。

なお、従来の波長変換部材では、内面導波により、発光スポット径の外側にて蛍光体表面から、蛍光成分のみが漏れ出ることにより、投影光（白色）の辺縁部が黄色くなる色むらが生じるイエローリングという現象が発生するという問題もある。しかし、本発明に係る波長変換部材では、励起光入射部に対応する波長変換層（以下では、「蛍光体層」とも称する）の外面（表面）は制御層を有する。これにより、制御層に照射された励起光の一部は励起光入射部付近で効率よく散乱される。この散乱された励起光が、励起光入射部付近において波長変換されて同位置から等方的に放射された蛍光と効率よく混合されることで、イエローリングなどの色むらが少ない白色光を得ることができる。

さらに、反射層および制御層により、励起光および波長変換された光の漏れを防ぐことができるため、励起光が十分に変換できるまで励起光を波長変換層の内部に留めることができる。これにより、波長変換効率を高めることができることから、発光強度（蛍光強度）が向上し、輝度が向上する。

さらに、本発明によれば、反射層の熱伝導率が高いため温度消光を抑制することができることから、これによっても輝度が向上する。

さらに、反射層により励起光の漏れを防止できることから、波長変換部材の外側に配置した構造体に対する励起光による劣化を抑制できる。

さらに、制御層により、波長変換層の励起光入射部（光取出し部）からの反射励起光の出射を低減でき、安全性の高い照明にすることができる。

好ましくは、前記波長変換層の外面のうち、前記励起光入射部および前記光取出し部以外の部分が前記反射層で覆われている。

このように構成することで、上述した反射層および制御層に関連する機能がさらに向上する。

好ましくは、前記波長変換層は、１以上の前記励起光よりも波長が長い第１蛍光の発光領域と、前記第１蛍光よりもさらに波長が長い第２蛍光の発光領域と、を有する。

これにより、波長変換部材の演色性を向上させることができる。なお、「演色性」とは、照明で物体を照らすときに、自然光が当たったときの色をどの程度再現しているかを示す指標である。第１蛍光の発光領域では、たとえば励起光が黄色に近い蛍光に変換され易く、第２蛍光の発光領域では、たとえば励起光が赤色に近い蛍光に変換され易い。そのため、本発明の一観点では、演色性が向上すると考えられる。

好ましくは、前記第１蛍光の発光領域は、賦活元素の低濃度領域であり、
前記第２蛍光の発光領域は、前記低濃度領域よりも賦活元素の濃度の高い高濃度領域である。

賦活元素の低濃度領域において励起光が黄色に近い蛍光に変換され易く、賦活元素の高濃度領域において励起光が赤色に近い蛍光に変換され易い。このため、本発明の一観点では波長変換部材の演色性を向上させることができる。

好ましくは、前記低濃度領域における前記賦活元素の濃度と、前記高濃度領域における前記賦活元素の濃度とは、連続的に変化している。

これにより、波長変換部材の演色性がより良好になる。

好ましくは、前記波長変換層は元素αと、前記賦活元素である元素βと、を有し、
前記元素αはＹおよびＬｕからなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、
前記元素βはＣｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む。

波長変換層の主成分の組成が上記の範囲であることにより、蛍光特性を有する波長変換層を得易くなる。

前記元素αおよび前記元素βの合計含有量に対する前記元素βの含有量の割合を元素β割合とし、
前記低濃度領域における元素β割合をＬβ（ａｔ％）とし、
前記高濃度領域における元素β割合をＨβ（ａｔ％）としたとき、
好ましくは、前記Ｌβは０．２≦Ｌβ≦１．８の関係を満たし、
好ましくは、前記Ｈβは３．０≦Ｈβ≦６．０の関係を満たす。

好ましくは、前記反射層の厚みは１μｍ以上である。

好ましくは、前記制御層は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である。

好ましくは、前記制御層は誘電体膜である。

好ましくは、前記波長変換層は５４０ｎｍのピーク波長を有する光に対する透過率が７０％以上である。

前記波長変換部材は前記励起光入射部と前記光取出し部とを前記波長変換層の同一面に有してもよい。

すなわち、本発明に係る波長変換部材は反射型であってもよい。これにより、励起光入射部を有する面に対向する面側を放熱に有効利用できるため高輝度を得易いというメリットがある。

前記波長変換部材は、前記波長変換層の互いに向かい合う一対の面において、一方の面に前記励起光入射部を有し、他方の面に前記光取出し部を有してもよい。

すなわち、本発明に係る波長変換部材は透過型であってもよい。

本発明に係る光源装置は、上記の波長変換部材と、青色発光素子と、を有し、
前記青色発光素子は、青色発光ダイオードおよび青色半導体レーザーから選ばれる少なくともいずれか一方である。

図１は本発明の一実施形態に係る光源装置の概略断面図である。 図２は図１に示すII部の拡大図である。 図３は図２に示す蛍光体層の濃度変化を示すグラフである。 図４は本発明の一実施形態に係る蛍光体層を製造するための単結晶製造装置の概略断面図である。 図５は従来例を示す概略図である。 図６は図５のVI部の拡大図である。 図７は本発明の他の実施形態に係る光源装置の概略断面図である。 図８は本発明の他の実施形態に係る波長変換部材の概略断面図である。 図９は図８に示す蛍光体層の濃度変化を示すグラフである。 図１０は本発明の他の実施形態に係る波長変換部材の概略断面図である。 図１１は図１０に示す蛍光体層の濃度変化を示すグラフである。 図１２は本発明の他の実施形態に係る波長変換部材の概略断面図である。 図１３は図１２に示す蛍光体層の濃度変化を示すグラフである。 図１４は発光スポット径の半値幅および蛍光強度を測定するため の装置の概略図である。 図１５は本発明の実施例に係る蛍光の発光スポット写真である。 図１６は本発明の実施例に係る発光スポット径の半値幅を得るた めのグラフである。 図１７はν’およびｕ’を測定するための装置の概略図である。

［第１実施形態］
＜光源装置＞
図１に示すように、本実施形態に係る光源装置２は、波長変換部材３と、青色発光素子６と、を有する。

＜青色発光素子＞
図1に示すように青色発光素子６は、蛍光体層４の蛍光成分を励起するための励起光である青色光ＬＢを発する。青色発光素子６の青色光ＬＢは通常ピーク波長が４２５ｎｍ～５００ｎｍである。蛍光体層４の励起光入射部４０から内部に入射した青色光ＬＢの一部は蛍光体層４に吸収されて波長変換され、光取出し部４１から蛍光（波長変換された光）を発する。

光取出し部４１から波長変換部材３の外側に向かって出射された蛍光と青色光ＬＢとが混合して白色光ＬＷを発する。

青色発光素子６としては、蛍光と混合することにより白色光ＬＷを発し、なおかつ蛍光体層４により蛍光に波長変換されることができる青色光ＬＢを発することができれば特に限定されないが、たとえば青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）または青色半導体レーザー（青色ＬＤ）が挙げられる。

＜波長変換部材＞
図１に示すように、波長変換部材３は、蛍光体層４（波長変換層４）の青色発光素子６側の入射面４２に励起光入射部４０を有する。

蛍光体層４の反射面４６とは蛍光体層４の青色発光素子６側とは反対側の面であり、入射面４２と互いに向き合う面である。すなわち、入射面４２と反射面４６とが、実質的に平行である。なお、「実質的に平行」とは、多少平行ではない部分を有していてもよいという趣旨である。

本実施形態に係る光源装置２は反射型であるため、波長変換部材３は励起光入射部４０と光取出し部４１とを蛍光体層４の同一面（入射面４２）に有する。すなわち、入射面４２は出射面でもあり、励起光入射部４０は光取出し部４１でもある。反射型の光源装置２では反射面４６側を放熱に有効利用できるため高輝度を得易いというメリットがある。

また、入射面４２のうち励起光入射部４０以外の部分と、反射面４６の全面と、反射面４６および入射面４２に対して実質的に垂直な側面４８の全面と、は反射層８で覆われている。ここで、「実質的に垂直」とは必ずしも完全に垂直である必要は無く、多少傾いている部分があってもよいという趣旨である。

言い換えると、蛍光体層４の外面（表面）のうち、励起光入射部４０（光取出し部４１）以外の部分が反射層８で覆われている。

励起光入射部４０に対応する蛍光体層４の外面（表面）は制御層１０で覆われている。

励起光入射部４０の位置および広さは反射層８の開口部８０の位置および広さに一致する。同様に、光取出し部４１の位置および広さは反射層８の開口部８０の位置および広さに一致する。

開口部８０の位置および広さは青色光ＬＢの入射角度とスポット径（光束の断面）に合わせて調整することができる。

開口部８０の位置および広さと青色光ＬＢが蛍光体層４の表面を照射する位置および広さは概ね一致するが、開口部８０の広さは、青色光ＬＢが蛍光体層４の表面を照射する広さより広いことが好ましい。青色光ＬＢのスポット径が０．０３ｍｍ～０．４ｍｍ程度である場合には、開口部８０の直径Ｄは１ｍｍ以下であることが好ましく、下限は特に限定されない。なお、開口部８０が楕円形状である場合には短径が１ｍｍ以下であることが好ましく、下限は特に限定されない。

青色光ＬＢの光速の断面形状は特に限定されず、円形、楕円形または多角形でもよい。また、開口部８０の形状も特に限定されず、円形、楕円形または多角形でもよい。

励起光入射部４０に対する青色光ＬＢの角度θは特に限定されないが、たとえば２０°～４５°であり、好ましくは３０°～３５°である。なお、角度θとは入射面４２に平行な角度を０°としたときの角度である。

＜蛍光体層＞
本実施形態に係る蛍光体層４の形状は特に限定されず、たとえば平板状、円板状または直方体の柱状などである。

蛍光体層４のサイズは特に限定されず、たとえば幅方向（Ｘ０）は１ｍｍ～１０ｍｍ、奥行方法は１ｍｍ～１０ｍｍ、厚み方向（Ｙ０）は０．０３ｍｍ～１ｍｍである。

本実施形態では、蛍光体層４は元素αと、賦活元素である元素βと、を有する。蛍光体層４の組成は、たとえばα₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：βまたはα₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：βで表される。

元素αはＹおよびＬｕからなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、好ましくはＹを含む。元素αが少なくともＹを含むことにより、発光特性をより向上させることができる。

元素βはＣｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる少なくとも１つである。これにより、発光特性を付与することができる。上記の観点から、元素βは好ましくはＣｅおよび／またはＥｕであり、より好ましくはＣｅである。

元素αおよび元素βの合計含有量に対する前記元素βの含有量の割合を元素β割合とする。また、蛍光体層４全体における元素β割合をＡβ（ａｔ％）とする。本実施形態では、Ａβは０．５＜Ａβ＜２．５の関係を満たすことが好ましく、１．０≦Ａβ≦２．０の関係を満たすことがより好ましい。Ａβが適度に高いことにより発光効率が向上し、輝度がより向上する他、一方、Ａβが適度に低いことにより温度消光を抑制することができ、輝度がより向上する。

なお、蛍光体層４の各成分濃度は、レーザアブレーションＩＣＰ質量分析（ＬＡ－ＩＣＰ－ＭＳ）、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）、エネルギー分散型分光器（ＥＤＸ）等で測定できる。

図２は図１のII部の拡大断面図である。図２に示すように、本実施形態に係る蛍光体層４は１以上の「第１蛍光の発光領域４４ａ」と、１以上の「第２蛍光の発光領域４４ｂ」と、を有する。

第１蛍光のピーク波長は、青色光ＬＢのピーク波長よりも長く、第２蛍光のピーク波長よりも短い。

具体的には、青色光ＬＢからの変換後の第１蛍光のピーク波長は、好ましくは５００ｎｍ超５８５ｎｍ未満であり、より好ましくは５５０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下である。

また、青色光ＬＢからの変換後の第２蛍光のピーク波長は、好ましくは５８５ｎｍ以上７３０ｎｍ以下であり、より好ましくは６００ｎｍ以上６５０ｎｍ以下である。

すなわち、第１蛍光の発光領域４４ａでは、たとえば青色光ＬＢが黄色に近い蛍光に変換され易く、第２蛍光の発光領域４４ｂでは、たとえば青色光ＬＢが赤色に近い蛍光に変換され易い。

本実施形態では、第１蛍光の発光領域４４ａは元素βの低濃度領域４４ａであり、第２蛍光の発光領域４４ｂは、低濃度領域４４ａ（第１蛍光の発光領域４４ａ）よりも元素βの濃度の高い高濃度領域４４ｂであってもよい。

図３のｘ軸は図２に示す本実施形態に係る蛍光体層４のＰ１を始点としてＰ４を終点とする線分ＭＬに沿う長さを示し、ｙ軸は元素β割合を示す。Ｐ１は励起光入射部４０の任意の点でありＰ４はＰ１から蛍光体層４の入射面４２に垂直な方向に沿う直線上の反射面４６における点である。言い換えると、Ｐ４はＰ１から蛍光体層４の厚み方向（Ｙ０方向）に沿う直線上の反射面４６における点である。

Ｐ１からはＰ２までは高濃度領域４４ｂの区間を示し、Ｐ２からＰ３までは傾斜濃度領域４４ｃの区間を示し、Ｐ３からＰ４までは低濃度領域４４ａの区間を示す。

図２および図３に示すように、本実施形態に係る蛍光体層４は高濃度領域４４ｂと低濃度領域４４ａとの間に高濃度領域４４ｂの濃度から低濃度領域４４ａの濃度に濃度が連続的に変化している傾斜濃度領域４４ｃを有してもよい。

なお、図３では傾斜濃度領域４４ｃの濃度変化は一次関数的な直線的変化であるが、濃度の変化の連続性の態様はこれに限らず、曲線的変化であってもよい。

蛍光体層４の厚み（Ｙ０）に対する傾斜濃度領域４４ｃの最大厚み（Ｙｃ）の比（Ｙｃ比）（％）（１００×Ｙｃ／Ｙ０）は１０％～９０％であることが好ましい。Ｙｃ比が上記の範囲を下回る場合は、後述する第２実施形態のような濃度の異なる蛍光体を貼り合わせたときと演色性が同程度となる。Ｙｃ比が上記の範囲内である場合は、Ｙｃ比が上記の範囲を下回る場合に比べて演色性がより向上する。

また、Ｙｃ比が上記の範囲内である場合は、Ｙｃ比が上記の範囲を上回る場合に比べて、高濃度領域４４ｂを十分に確保できることから、演色性がより向上する。

なお、傾斜濃度領域４４ｃの最大厚み（Ｙｃ）は、下記の通り測定することができる。まず、Ｌβの上限である１．８ａｔ％の領域を確認して、低濃度領域４４ａの傾斜濃度領域４４ｃ側の境界部を決定する。また、Ｈβの下限である３．０ａｔ％の領域を確認して、高濃度領域４４ｂの傾斜濃度領域４４ｃ側の境界部を決定する。そして、低濃度領域４４ａの傾斜濃度領域４４ｃ側の境界部から高濃度領域４４ｂの傾斜濃度領域４４ｃ側の境界部までの距離のうち最大の距離を傾斜濃度領域４４ｃの最大厚み（Ｙｃ）とすることができる。

図３では低濃度領域４４ａおよび高濃度領域４４ｂは濃度変化をしていないが、多少濃度変化をしていてもよい。

低濃度領域４４ａにおける元素β割合をＬβ（ａｔ％）としたとき、Ｌβは０．２≦Ｌβ≦１．８の関係を満たすことが好ましく、０．５≦Ｌβ≦１．８の関係を満たすことがより好ましい。

高濃度領域４４ｂにおける元素β割合をＨβ（ａｔ％）としたとき、Ｈβは３．０≦Ｈβ≦６．０の関係を満たすことが好ましく、３．０≦Ｈβ≦４．５の関係を満たすことがより好ましい。

蛍光体層４の断面における高濃度領域４４ｂの面積割合をＨＳ（％）としたとき、ＨＳは１０≦ＨＳ≦３０の関係を満たすことが好ましい。ＨＳが上記の範囲内の場合は上記の範囲を下回る場合に比べて演色性が良好になる。ＨＳが上記の範囲内の場合は上記の範囲を上回る場合に比べて輝度が高くなる。

本実施形態に係る蛍光体層４の結晶状態は特に限定されず、単結晶、共晶、多結晶であってもよく、多結晶であれば、透明セラミックスまたは不透明セラミックスであってもよい。ただし、本実施形態によれば、波長変換部材３が反射層８と制御層１０とを備えることにより内面導波した青色光ＬＢおよび蛍光の漏れを防ぐことができることから、蛍光体層４が透明である程、内面導波を抑えることによる発光スポット径の狭小化の効果を得易い。このため、本実施形態に係る蛍光体層４は単結晶または透明セラミックスであることが好ましい。なお、透明セラミックスはたとえば固相焼結法により製造されることができる。透明セラミックスの光学透過率特性（吸収スペクトル）は、単結晶と同等である。

また、上記の通り、蛍光体層４の光の透過率が高いほど、本実施形態の効果を得ることができることから、５４０ｎｍの波長の光の透過率が７０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましい。また、５４０ｎｍの波長の光の透過率が高いと、熱伝導率が高くなり、その結果、温度消光の影響を抑制することができる。

蛍光体層４の光の透過率はたとえば、蛍光体層４の成分、組成および構造に寄与する。蛍光体層４の光の透過率に寄与する構造とは、たとえば緻密さに関する構造であり、空隙や粒界などが含まれていない緻密な構造ほど光の透過率が高くなる傾向にある。

＜反射層＞
本実施形態に係る波長変換部材３は蛍光体層４の外面（表面）のうち励起光入射部４０（光取出し部４１）以外の部分が光を反射する反射層８で覆われている。すなわち入射面４２のうち励起光入射部４０以外の部分と、反射面４６の全面と、側面４８の全面と、が反射層８で覆われている。

本実施形態に係る反射層８の厚みは特に限定されないが、蛍光の波長よりも反射層８の厚みが厚いことが好ましい。このため反射層８の厚みは１μｍ以上であることが好ましく、３μｍ以上であることがより好ましく、２０μｍ～１００μｍであることがさらに好ましい。

本実施形態に係る反射層８は特に限定されず、金属膜でもよいし、酸化膜でもよい。たとえば反射層８が金属膜であればその成分はチタンおよび／またはアルミニウムであってもよい。また、たとえば反射層８が酸化膜であればその成分はシリコン、チタン、およびアルミニウムからなる群から選ばれる少なくとも１つの酸化物であってもよい。

＜制御層＞
本実施形態に係る蛍光体層４は入射面４２の励起光入射部４０に対応する部分に制御層１０を有する。制御層１０は、入射する青色光ＬＢ（入射励起光）を透過し、蛍光体層４の内部方向から反射した青色光ＬＢ（反射励起光）を再反射する。すなわち、本実施形態では制御層１０を介して青色光ＬＢを一方通行にする。

青色光ＬＢは制御層１０にて散乱するため、散乱した青色光ＬＢと波長変換後の蛍光とにより、白色光ＬＷが合成される。

本実施形態に係る制御層１０の厚みは特に限定されないが、制御層１０の厚みが入射する青色光ＬＢの波長の２５％であるとき最も効果が高く、制御層１０での散乱性がより高くなり、色むらがより改善され、蛍光体層４の内部への青色光ＬＢの取込み量が増えるため輝度がより高くなる傾向となる。また、制御層１０の厚みが適度に薄いことにより、入射する青色光ＬＢが制御層１０を透過し易くなり、制御層１０から波長変換部材３の外側方向（蛍光体層４に向かう方向とは反対の方向）への過度な反射を防ぐことができる他、蛍光体層４を透過して反射層８から反射した青色光ＬＢを再反射し易い。上記の観点から、制御層の厚みは、０．０５μｍ以上０．５μｍ以下であることが好ましく、０．１μｍ以上０．１５μｍ以下であることがより好ましい。

本実施形態に係る制御層１０の成分は特に限定されないが、酸化ケイ素、酸化ニオブ、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、フッ化マグネシウムからなる群から選ばれる少なくとも１つである。

本実施形態に係る制御層１０は誘電体膜であることが好ましい。

制御層１０は単層構造でもよいし、多層構造であってもよい。

＜蛍光体層の製造方法＞
本実施形態に係る蛍光体層４となる蛍光体の製造方法は特に限定されないが、たとえばチョクラルスキー法、ブリッジマン法、マイクロ引き下げ法（μ－ＰＤ法）またはＥＦＧ法などが挙げられる。マイクロ引き下げ法により生成されることにより、従来のチョクラルスキー法などにより生成される蛍光体に比べて、賦活元素が所定の濃度分布を有し易い、具体的には低濃度領域４４ａ、傾斜濃度領域４４ｃおよび高濃度領域４４ｂを有し易い傾向となる。このため、本実施形態に係る蛍光体層４はμ－ＰＤ法により生成されることが好ましい。

図４に、本実施形態の蛍光体層４となる蛍光体の製造装置であるμ－ＰＤ法による単結晶製造装置２２の概略断面図を示す。μ－ＰＤ法は、試料を入れた坩堝２４を直接または間接的に加熱することにより坩堝２４内に対象物質の融液を得て、坩堝２４の下方に設置した種結晶３４を坩堝２４下端の開口部へ接触させ、そこで固液界面を形成しつつ種結晶３４を引き下げることにより単結晶を成長させる溶融凝固法である。

溶融凝固法においては、温度の高い所に賦活元素が移動しつつ単結晶が成長していく。生成した単結晶から個々の部分を切り出す際に、各切り出し位置において、賦活元素の所定の濃度分布を有する蛍光体が得られる。特にμ－ＰＤ法では、種結晶３４の引き下げ方向が、蛍光体層４の厚み方向（Ｙ０方向）に一致する。言い換えると、種結晶３４の引き下げ方向が蛍光体層４を透過する青色光ＬＢの光路方向と一致する。

図４に示すように、本実施形態に係る蛍光体層４となる蛍光体を製造するための単結晶製造装置２２は、開口部が下向きになるように設置してある坩堝２４とその周りを覆う耐火材炉２６とを備える。耐火材炉２６はさらに石英管２８により覆われており、石英管２８の厚み方向の中央部付近には、坩堝２４の加熱のための誘導加熱コイル３０が設置されている。

坩堝２４の開口部には種結晶保持治具３２により保持された種結晶３４が設置されている。また、坩堝４の開口部付近にはアフターヒーター３６が設置されている。

なお、図示しないが、単結晶製造装置２２には、耐火材炉２６の内部を減圧する減圧手段、減圧をモニターする圧力測定手段、耐火材炉２６の温度を測定する温度測定手段および耐火材炉２６の内部に不活性ガスを供給するガス供給手段が設けられている。

種結晶３４は単結晶を棒状に切り出した物を使用する。種結晶３４は、賦活元素を含まない単結晶が好ましい。

種結晶保持治具３２の素材は特に限定されないが、使用温度である１９００℃付近において影響の少ない緻密アルミナ等が好ましい。種結晶保持治具３２の形状と大きさも特に限定されないが、耐火材炉２６に接触しない程度の径である棒状の形状であることが好ましい。

単結晶の融点が高いため、坩堝２４およびアフターヒーター３６の材質はＩｒ、Ｍｏ等が好ましい。また、坩堝２４の材質の酸化による単結晶への異物混入を防止するために、坩堝２４の材質としてはＩｒを用いることがより好ましい。なお、１５００℃以下の融点の物質を対象とする場合は坩堝２４の材質としてＰｔを使用することが可能である。また、坩堝２４の材質としてＰｔを使用する場合には、大気中での結晶成長が可能である。１５００℃を超える高融点物質を対象とする場合は、坩堝２４およびアフターヒーター３６の材質として、Ｉｒ等を用いるため、結晶成長はＡｒ等の不活性ガス雰囲気下でのみ行われる。

坩堝２４の開口部の径は単結晶の融液の粘度が低いことや坩堝２４との濡れ性の点から、２００μｍ～４００μｍ程度で平らな形状が好ましい。

耐火材炉２６の材質は特に限定されないが、保温性や使用温度、結晶への不純物混入防止の観点からアルミナであることが好ましい。

次に、本実施形態に係る蛍光体層４となる蛍光体（単結晶）の製造方法について具体的に説明する。以下では一例として蛍光体４の組成をＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅとした場合、すなわち元素αをＹとして元素βをＣｅとした場合について説明する。

まず、耐火材炉２６内部の坩堝２４に単結晶の原料であるＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂を入れ、炉内をＮ₂やＡｒなどの不活性ガスで置換する。

次に、不活性ガスを１０ｃｍ³／ｍｉｎ～１００ｃｍ³／ｍｉｎで流入させながら誘導加熱コイル（加熱用高周波コイル）３０で坩堝２４を加熱し、原料を溶融して融液を得る。

原料を十分溶融したところで種結晶３４を坩堝下部から徐々に近づけ、坩堝２４下端の開口部に種結晶３４を接触させる。融液が坩堝２４下端の開口部から出た所で種結晶３４を下降させ、結晶成長を開始させる。

結晶成長速度は固液界面の様子をＣＣＤカメラ、またはサーモカメラで観察しながらマニュアルで温度と共にコントロールする。

誘導加熱コイル３０の移動により、温度勾配は１０℃／ｍｍ～１００℃／ｍｍの範囲で選択可能である。また、結晶育成速度（単結晶の成長速度）も０．０１ｍｍ／ｍｉｎ～３０ｍｍ／ｍｉｎの範囲で選択可能であり、好ましくは０．０１ｍｍ／ｍｉｎ～０．２０ｍｍ／ｍｉｎである。

なお、結晶育成速度を０．０１ｍｍ／ｍｉｎ～５ｍｍ／ｍｉｎの間で速度を徐々に上げるまたは下げることによって傾斜濃度領域４４ｃが形成され易くなり、蛍光体層４における濃度変化を制御し易い。具体的には、結晶育成速度が速い場合には、賦活剤である元素βが拡散し易く偏析が形成されにくい傾向となる。一方、結晶育成速度が遅い場合には元素βの偏析が形成され易い傾向となる。

坩堝２４内の融液が出なくなるまで種結晶３４を下降させ、坩堝２４から種結晶３４が離れた後、単結晶にクラックが入らない様に冷却を行う。このように坩堝２４とアフターヒーター３６以下にかけて急峻な温度勾配とすることで融液の引き出し速度を上げる事が可能となる。

また、本実施形態では、アフターヒーター３６により坩堝２４以下での温度を制御することにより、賦活元素の所定の濃度分布を有する蛍光体を得ることができる。また、結晶の冷却速度は結晶育成速度に応じて変化する。上記の観点から、坩堝２４以下での冷却速度は７０℃／時間～３００℃／時間であることがより好ましい。

蛍光体層４中の低濃度領域４４ａ、傾斜濃度領域４４ｃおよび高濃度領域４４ｂの分布は、この冷却速度の調整により調整することができる。冷却速度が遅い場合は低濃度領域４４ａの面積割合が大きくなる傾向となり、冷却速度が速い場合は高濃度領域４４ｂの面積割合が大きくなる傾向となる。

耐火材炉２６内部には、上記の結晶成長および冷却の間も、加熱時と同条件で不活性ガスを流入したままにする。炉内雰囲気はＮ₂やＡｒ等の不活性ガスを使用することが好ましい。

得られた蛍光体層４の外面（表面）のうち励起光入射部４０以外の部分に反射層８を形成する。すなわち入射面４２のうち励起光入射部４０以外の部分と、反射面４６の全面と、側面４８の全面と、に反射層８を形成する。

反射層８の形成方法は特に限定されず、たとえば開口部８０に相当する部分をマスキングした上で、真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、有機金属化学気相成長法（ＭＯ－ＣＶＤ法）、有機金属分解法（ＭＯＤ法）、ゾル・ゲル法、化学溶液堆積法（ＣＳＤ法）などにより形成される。

得られた蛍光体層４の励起光入射部４０に制御層１０を形成する。

制御層１０の形成方法は特に限定されず、たとえば真空蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）、有機金属化学気相成長法（ＭＯ－ＣＶＤ法）、有機金属分解法（ＭＯＤ法）、ゾル・ゲル法、化学溶液堆積法（ＣＳＤ法）などが例示される。

上記した製造方法により、本実施形態に係る蛍光体層４を得ることができる。

図５は反射層および制御層を有していない波長変換部材３を含む光源装置２であり、図６は図５のＶＩ部の拡大図である。図６に示すように、青色光ＬＢから変換された蛍光ＬＦはランバーシアン配光により、励起光入射部４０を起点として全方向に等方的に放射される。また、図示していないが、波長変換されなかった青色光ＬＢの一部は励起光入射部４０で表面散乱を起こし、励起光入射部４０を起点として全方向に等方的に放射される。

ランバーシアン配光により蛍光体層４側に放射された蛍光ＬＦは、図６に示すように反射面４６と入射面４２とで全反射を繰り返す内面導波となり、励起光入射部４０から離れた位置にて入射面４２（出射面）から蛍光体層４の外側に向かって蛍光ＬＦが出射することがある。

蛍光ＬＦが励起光入射部４０から離れた位置から出射することにより、発光スポット径を大きくする原因となったり、イエローリングと呼ばれる色むらの原因となったり、蛍光強度の低下の原因となったりする。

これに対して、本実施形態では、蛍光体層４の外面のうち、励起光入射部４０（光取出し部４１）以外の部分が光を反射する反射層８で覆われている。これにより、内面導波した蛍光ＬＦが励起光入射部４０から離れた位置から蛍光体層４の外側へ漏れ出すことを防ぐことができるため、蛍光ＬＦの発光スポット径を狭小化できる。

また、本実施形態に係る波長変換部材３の蛍光体層４は励起光入射部４０に対応する部分に制御層１０を有するため蛍光体層４に照射された青色光ＬＢの一部は入射面４２の励起光入射部４０付近で効率よく散乱される。この散乱された青色光ＬＢが、励起光入射部４０付近において波長変換され、同位置から等方的に放射された蛍光と効率よく混合されることで、イエローリングなどの色むらが少ない白色光ＬＷを得ることができる。

さらに、本実施形態によれば、反射層８および制御層１０により青色光ＬＢおよび蛍光の漏れを防ぐことができるため、青色光ＬＢが十分に変換できるまで青色光ＬＢを蛍光体層４の内部に留めることができる。これにより、蛍光への変換効率を高めることができることから、蛍光強度が向上し、輝度が向上する。

さらに、本実施形態によれば、反射層８の熱伝導率が高いため温度消光を抑制することができることから、これによっても輝度が向上する。

さらに、入射面４２の励起光入射部４０以外の部分と、反射面４６と、側面４８と、からの青色光ＬＢの漏れを防止できることから、蛍光体層４の入射面４２の励起光入射部４０以外の部分、反射面４６または側面４８の外側に配置した構造体に対する青色光ＬＢによる劣化を抑制できる。

さらに、制御層１０により、励起光入射部４０（光取出し部４１）から波長変換部材３の外側方向（蛍光体層４と反対方向）に向かう青色光ＬＢの反射を低減できることから、安全性の高い照明にすることができる。

また、本実施形態に係る蛍光体層４は１以上の第１蛍光の発光領域４４ａと、１以上の第２蛍光の発光領域４４ｂと、を有することが好ましい。

これにより、波長変換部材３の演色性を向上させることができる。「演色性」とは、照明で物体を照らすときに、自然光が当たったときの色をどの程度再現しているかを示す指標である。

自然光は、５５５ｎｍの波長の発光強度を１００％としたとき、４００ｎｍ～７３０ｎｍの波長の範囲ではいずれの波長も相対発光強度が５０％を超える。これに対して白色蛍光灯は、４２０ｎｍの波長の発光強度を１００％としたとき、特に６３０ｎｍ～７３０ｎｍの波長の範囲ではいずれの波長も相対発光強度が５０％を下回る。６３０ｎｍ～７３０ｎｍの波長とは、橙色～赤色に視感される波長である。白色蛍光灯では、６３０ｎｍ～７３０ｎｍ付近の高い波長の光の相対発光強度が低いことにより赤色に近い色を再現しにくいことから演色性が乏しいと考えられる。

本実施形態に係る蛍光体層４は、青色光ＬＢからの変換後の蛍光のピーク波長が５００ｎｍ以上５８５ｎｍ未満である第１蛍光の発光領域４４ａの他に、青色光ＬＢからの変換後の蛍光のピーク波長が５８５ｎｍ以上７３０ｎｍ以下である第２蛍光の発光領域４４ｂを有する。第１蛍光の発光領域４４ａでは、たとえば青色光ＬＢが黄色に近い蛍光に変換され易い。第２蛍光の発光領域４４ｂでは、たとえば青色光ＬＢが赤色に近い蛍光に変換され易い。

したがって、本実施形態に係る蛍光体層４では、黄色に近い色に視感される波長の蛍光（第１蛍光）だけでなく、赤色に近い色に視感される波長の蛍光（第２蛍光）を発光することができるため、自然光が当たったときの色の再現性が高い。すなわち、演色性が高い。

また、本実施形態に係る蛍光体層４は第１蛍光の発光領域４４ａと、第２蛍光の発光領域４４ｂと、を有するため、励起光入射部４０から蛍光体層４の内部側に離れた蛍光体層４の内部の深い地点まで青色光ＬＢが入射して、第１蛍光と、第２蛍光とによりバランスよく波長変換されることが好ましい。本実施形態では、励起光入射部４０から蛍光体層４の内部方向に離れた蛍光体層４の内部の深い地点まで青色光ＬＢが入射して、反射面４６まで達し、さらに多少内面導波が生じたとしても、反射層８および制御層１０により青色光ＬＢおよび蛍光の漏れを防ぐことができるため、高い発光効率を維持することができる。

［第２実施形態］
本実施形態に係る光源装置２は、以下に示す以外は、第１実施形態に係る光源装置２と同様である。

図７に示すように、本実施形態に係る波長変換部材３は、蛍光体層４の入射面４２に励起光入射部４０を有し、入射面４２と互いに向かい合う反射面４６に光取出し部４１を有する。

すなわち、本実施形態に係る波長変換部材３は透過型である。

本実施形態に係る波長変換部材３では、入射面４２側の反射層８に励起光入射開口部８０ａを有すると共に、反射面４６側の反射層８に光取出し開口部８０ｂを有する。

励起光入射部４０の位置および広さは反射層８の励起光入射開口部８０ａの位置および広さに一致する。励起光入射開口部８０ａの位置および広さは青色光ＬＢのスポット径に合わせて調整することができる。開口部８０の位置および広さと青色光ＬＢが蛍光体層４の表面を照射する位置および広さは概ね一致する。

光取出し部４１の位置および広さは反射層８の光取出し開口部８０ｂの位置および広さに一致する。光取出し開口部８０ｂの位置および広さは白色光ＬＷの発光位置および輝度に合わせて調整することができる。

［第３実施形態］
本実施形態に係る光源装置２は、以下に示す以外は、第１実施形態または第２実施形態の光源装置２と同様である。

図９のｘ軸は図８に示す本実施形態に係る蛍光体層４のＰ１を始点としてＰ３を終点とする線分ＭＬに沿う長さを示し、ｙ軸は元素β割合を示す。Ｐ１からはＰ２までは高濃度領域４４ｂの区間を示し、Ｐ２からＰ３までは低濃度領域４４ａの区間を示す。

図８および図９に示すように、本実施形態に係る蛍光体層４は、傾斜濃度領域４４ｃを有していない。このため、本実施形態に係る蛍光体層４では、高濃度領域４４ｂの濃度から低濃度領域４４ａの濃度が連続的に変化しておらず、高濃度領域４４ｂと低濃度領域４４ａの境界部分に不連続面４４ａｂを有する。

本実施形態に係る波長変換部材３の製造方法は特に限定されないが、たとえば元素β割合が異なる２つの蛍光体を固相焼結法によりそれぞれ製造し、これらを貼り合わせる方法が挙げられる。具体的には下記の通りである。

Ｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂の原料粉を高濃度領域４４ｂの狙いの組成になるように秤量し、ボールミルで混合する。得られた混合粉をプレス成形して粉末成形体を得る。得られた粉末成形体を気密な材料でできたカプセル内に封入し、脱気した後、熱間静水圧焼結（ＨＩＰ）法で１５００℃～１６００℃の温度で焼結させて高濃度領域４４ｂとなる透明セラミックス蛍光体（高濃度領域蛍光体）を得る。ＨＩＰ法により圧力を等方的に加えながら焼結することにより光を散乱させる要因となる異常粒成長や気孔の残留を防ぐことができるため、透明セラミックス蛍光体が得られ易い。

Ｙ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂の原料粉を低濃度領域４４ａの狙いの組成になるように秤量する以外は高濃度領域蛍光体と同様にして低濃度領域４４ａとなる透明セラミックス蛍光体（低濃度領域蛍光体）を得る。

次いで、高濃度領域蛍光体と、低濃度領域蛍光体とを接合材料を用いて貼り合わせることにより本実施形態に係る蛍光体層４が得られる。接合材料は特に限定されず、たとえば、有機接着剤、銀ペースト、無機バインダーなどの材料を用いることができ、これらは、接合後に固化して接合層（図示せず）となる。

接合層の厚みは極めて薄いことが好ましく、好ましくは０．０５μｍ～１００μｍである。蛍光体層４の厚み（Ｙ０）に対する接着層の平均厚み（Ｙａ）の比（Ｙａ比）（％）（１００×Ｙａ／Ｙ０）は１０％未満であることが好ましい。接合層の厚みおよびＹａ比が上記の範囲であることにより、接着層に対して光が透過し易くなり、なおかつ接着強度が良好となる。

なお、上記では高濃度領域蛍光体および低濃度領域蛍光体を固相焼結法により透明セラミックス蛍光体として得たが、たとえばチョクラルスキー法、ブリッジマン法、マイクロ引き下げ法（μ－ＰＤ法）またはＥＦＧ法などにより単結晶蛍光体である高濃度領域蛍光体と、単結晶蛍光体である低濃度領域蛍光体と、をそれぞれ製造して、上記の方法により高濃度領域蛍光体と、低濃度領域蛍光体と、を貼り合わせてもよい。

［第４実施形態］
本実施形態に係る光源装置２は、以下に示す以外は、第１実施形態～第３実施形態のうちの少なくとも１つに係る光源装置２と同様である。本実施形態に係る光源装置２は入射面４２に平行な方向（Ｘ０方向）に元素βの濃度差を有する。

図１１のｘ軸は図１０に示す本実施形態に係る蛍光体層４のＰ１を始点としてＰ４を終点とする線分ＭＬに沿う長さを示し、ｙ軸は元素β割合を示す。Ｐ１は一の側面４８ａの任意の点でありＰ４はＰ１から蛍光体層４の入射面４２に平行であり、一の側面４８ａに垂直な方向に沿う直線上の他の側面４８ｂにおける点である。言い換えると、Ｐ４はＰ１から蛍光体層４の幅方向（Ｘ０方向）に沿う直線上の他の側面４８ｂにおける点である。

Ｐ１からはＰ２までは高濃度領域４４ｂの区間を示し、Ｐ２からＰ３までは傾斜濃度領域４４ｃの区間を示し、Ｐ３からＰ４までは低濃度領域４４ａの区間を示す。

図１０および図１１に示すように、本実施形態に係る蛍光体層４は高濃度領域４４ｂと低濃度領域４４ａとの間に高濃度領域４４ｂの濃度から低濃度領域４４ａの濃度に濃度が連続的に変化している傾斜濃度領域４４ｃを有している。

なお、図１１では傾斜濃度領域４４ｃの濃度変化は一次関数的な直線的変化であるが、濃度の変化の連続性の態様はこれに限らず、曲線的変化であってもよい。また、高濃度領域４４ｂおよび低濃度領域４４ａは濃度変化をしていないが、多少濃度変化をしていてもよい。

本実施形態に係る蛍光体層４は、たとえばμ－ＰＤ法で、種結晶３４の引き下げ方向を、蛍光体層４の幅方向（Ｘ０方向）に一致させるようにして製造することができる。言い換えると、種結晶３４の引き下げ方向の垂直方向が蛍光体層４を透過する青色光ＬＢの光路方向と一致する。

なお、本実施形態に係る蛍光体層４は反射型の波長変換部材３にも、透過型の波長変換部材３にも用いることができるが、反射型の波長変換部材３に用いることが好ましい。

反射型の波長変換部材３は蛍光体層４の入射面４２に平行な方向に青色光ＬＢが入り易いため、入射面４２に平行な方向に濃度分布があったとしても高濃度領域４４ｂおよび低濃度領域４４ａに均等に青色光ＬＢが入射し易いためである。

［第５実施形態］
本実施形態に係る光源装置２は、以下に示す以外は、第１実施形態～第４実施形態のうちの少なくとも１つに係る光源装置２と同様である。

図１３のｘ軸は図１２に示す本実施形態に係る蛍光体層４のＰ１を始点としてＰ３を終点とする線分ＭＬに沿う長さを示し、ｙ軸は元素β割合を示す。Ｐ１は一の側面４８ａの任意の点でありＰ３はＰ１から蛍光体層４の入射面４２に平行であり、一の側面４８ａに垂直な方向に沿う直線上の他の側面４８ｂにおける点である。言い換えると、Ｐ３はＰ１から蛍光体層４の幅方向（Ｘ０方向）に沿う直線上の他の側面４８ｂにおける点である。

Ｐ１からはＰ２までは高濃度領域４４ｂの区間を示し、Ｐ２からＰ３までは低濃度領域４４ａの区間を示す。

図１２および図１３に示すように、本実施形態に係る蛍光体層４は、傾斜濃度領域４４ｃを有していない。このため、本実施形態に係る蛍光体層４では、高濃度領域４４ｂの濃度から低濃度領域４４ａの濃度が連続的に変化しておらず、高濃度領域４４ｂと低濃度領域４４ａの境界部分に不連続面４４ａｂを有する。

本実施形態に係る波長変換部材３の製造方法は特に限定されないが、第３実施形態に記載のように高濃度領域蛍光体と、低濃度領域蛍光体と、をそれぞれ製造して、高濃度領域蛍光体と、低濃度領域蛍光体と、を貼り合わせてもよい。

なお、本実施形態に係る蛍光体層４は反射型の波長変換部材３にも、透過型の波長変換部材３にも用いることができるが、反射型の波長変換部材３に用いることが好ましい。

反射型の波長変換部材３は蛍光体層４の入射面４２に平行な方向に青色光ＬＢが入り易いため、入射面４２に平行な方向に濃度分布があったとしても高濃度領域４４ｂおよび低濃度領域４４ａに均等に青色光ＬＢが入射し易いためである。

［第６実施形態］
本実施形態に係る光源装置２は、以下に示す以外は、第１実施形態または第２実施形態に係る光源装置２と同様である。

本実施形態では、第１蛍光の発光領域４４ａを構成する元素と、第２蛍光の発光領域４４ｂを構成する元素とが異なる。

第１蛍光の発光領域４４ａを構成する組成としては、黄色に近い蛍光を発光すれば特に限定されず、たとえばα₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、α₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、ＣａＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ、Ｓｒ₂ＳｉＯ₄：Ｅｕなどを用いることができる。

第２蛍光の発光領域４４ｂを構成する組成としては、赤色に近い蛍光を発光すれば特に限定されず、たとえば、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ，Ｇｄ（Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂へのＣｅおよびＧｄの共添加）、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ₂：Ｅｕ、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｏ，Ｎ）₁₆：Ｅｕなどを用いることができる。

上記の組成を有する第１蛍光の発光領域４４ａとなる蛍光体と第２蛍光の発光領域４４ｂとなる蛍光体とを固相焼結法、チョクラルスキー法、ブリッジマン法、マイクロ引き下げ法（μ－ＰＤ法）またはＥＦＧ法などによりそれぞれ製造し、第２実施形態に記載の方法により貼り合わせることにより、本実施形態に係る蛍光体層４が得られる。

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。

第１実施形態～第６実施形態では、蛍光体層４の外面のうち、励起光入射部４０および光取出し部４１以外の部分が反射層８で覆われているが、蛍光体層４の外面のうち、少なくとも励起光入射部４０の周囲および光取出し部４１の周囲が反射層８で覆われていてもよい。「励起光入射部４０の周囲」の範囲は特に限定されないが、たとえば入射面４２の励起光入射部４０以外の面積に対して、好ましくは８０％～１００％、より好ましくは１００％を占める面積であり、なおかつ励起光入射部４０の周りを囲んでいる領域である。「光取出し部４１の周囲」の範囲も特に限定されない。光源装置２が透過型である場合、たとえば反射面４６の光取出し部４１以外の面積に対して、好ましくは８０％～１００％、より好ましくは１００％を占める面積であり、なおかつ光取出し部４１の周りを囲んでいる領域である。

第１実施形態では反射面４６に反射層８を直接形成したが、接合層を介して反射面４６に反射層８を形成してもよい。接合層は、反射面４６および反射層８のいずれとも接合し易い。このため、接合層を介して反射面４６に反射層８を形成することにより、蛍光体層４と反射層８との一体性を高めることができる。

第１実施形態および第３実施形態では、蛍光体層４は入射面４２側に第２蛍光の発光領域４４ｂ（高濃度領域４４ｂ）を有し、反射面４６側に第１蛍光の発光領域４４ａ（低濃度領域４４ａ）を有しているが、蛍光体層４は入射面４２側に第１蛍光の発光領域４４ａ（低濃度領域４４ａ）を有し、反射面４６側に第２蛍光の発光領域４４ｂ（高濃度領域４４ｂ）を有していてもよい。

第１実施形態、第３実施形態～第５実施形態では、蛍光体層４が第１蛍光の発光領域４４ａ（低濃度領域４４ａ）と、第２蛍光の発光領域４４ｂ（高濃度領域４４ｂ）と、をそれぞれ１箇所ずつ有しているが、蛍光体層４は第１蛍光の発光領域４４ａ（低濃度領域４４ａ）と、第２蛍光の発光領域４４ｂ（高濃度領域４４ｂ）と、をそれぞれ２箇所以上有していてもよい。また、蛍光体層４は傾斜濃度領域４４ｃも２箇所以上有していてもよい。

さらに、蛍光体層４は第１蛍光の発光領域４４ａ（低濃度領域４４ａ）と、第２蛍光の発光領域４４ｂ（高濃度領域４４ｂ）と、をそれぞれ無数に有していてもよい。

以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。

（実験１）
実施例１～実施例４、比較例２および比較例３では、下記の方法により波長変換部材３を製造して、「５４０ｎｍ透過率」、「発光スポット径の半値幅」および「相対蛍光強度のピーク」の測定を行い、「白色光の均質性評価」および「演色性評価」を行った。

出発原料としてＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂を準備し、焼成後の組成が［Ｙ_[1-(Aβ_/100)]Ｃｅ_(Aβ_/100)］₃Ａｌ₅Ｏ₁₂を満たすように秤量した。秤量した出発原料をボールミルで混合して混合粉を得た。得られた混合粉をプレス成形して粉末成形体を得た。得られた粉末成形体を気密な材料でできたカプセル内に封入し、脱気した後、ＨＩＰ法で１５００℃～１６００℃の温度で焼結させて、蛍光体層４となる透明セラミックス蛍光体を得た。透明セラミックス蛍光体のサイズは２．５ｍｍ角、厚み（Ｙ０方向）１ｍｍであった。

蛍光体層４の各面のうち励起光入射開口部８０ａとなる部分および光取出し開口部８０ｂとなる部分に開口部用マスキングをして、蛍光体層４の開口部用マスキングをしている部分以外の外面に対して真空蒸着により反射層８を形成した。反射層８の成分はアルミニウムとした。各実施例および比較例の反射層８の厚みを表１に示す。

励起光入射開口部８０ａに相当する部分の開口部用マスキングのみを取り除き、反射層８の表面にもマスキングをして、励起光入射開口部８ａに対して真空蒸着により制御層１０を形成した。制御層１０の成分は酸化アルミニウムとした。各実施例および比較例の制御層１０の厚みを表１に示す。マスキングを取り除くことにより透過型の波長変換部材３を得た。

＜５４０ｎｍ透過率＞
蛍光体層４に対して波長５４０ｎｍの光の透過率を分光光度計（メーカー：島津製作所、型番：ＵＶ‐２５５０）を用いて測定した。結果を表１に示す。

＜発光スポット径の半値幅（Ｓｐｏｔ ＦＷＨＭ）および相対蛍光強度＞
得られた反射型波長変換部材に対して、図１４に示す装置を用いて青色レーザー光ＬＢを照射した。具体的には、青色レーザー光源６から出射された断面が楕円形の青色レーザー光ＬＢをアナモルフィックプリズムペア１２２によりほぼ断面が円形の光線に変換した。

次いで青色レーザー光ＬＢをアイソレーター１２４に透過させた。アイソレーター１２４では、順方向に進む光のみ透過し、逆方向に進む光を遮断した。

次いで青色レーザー光ＬＢをビームエキスパンダー１２６に透過させて光の断面積を拡張させた。

次いで青色レーザー光ＬＢをＮＤフィルター１２８に透過させて減光させた。

次いで青色レーザー光ＬＢをλ／２板１３０に透過させて入射直線偏光を回転させた。

次いでダイクロイックミラー１３２により青色レーザー光ＬＢを反射させてφ３００μｍ、波長４６０ｎｍの青色レーザー光ＬＢを波長変換部材３に入射させた。蛍光体層４に入射した青色レーザー光ＬＢを蛍光ＬＦに変換させて、波長変換部材３を透過させた後、波長変換部材３の反射面４６側の外側に据えられたミラー１３１により反射させて再度波長変換部材３を透過させてダイクロイックミラー１３２に向かって反射させた。ダイクロイックミラー１３２は蛍光ＬＦのみ透過し青色レーザー光ＬＢは透過しないため、ＣＣＤカメラ１３４では蛍光ＬＦのみを撮影することができる。

実施例１に関してＣＣＤカメラ１３４で受光した蛍光ＬＦの写真を図１５に示す。さらに図１５に関して、図１６に示すグラフを作成した。図１６は図１５に示す発光スポット径の略中心部を通る線分上の各位置における相対蛍光強度を示している。すなわち、該線分上の始点から各測定点までの長さ［ｍｍ］を横軸（ｘ１）で表し、各測定点における相対蛍光強度を縦軸（ｙ１）で表している。なお、「相対蛍光強度」とは、比較例１の蛍光強度のピーク値を１００としたときの相対値（％）である。

図１６のグラフの半値幅を「発光スポット径の半値幅（Ｓｐｏｔ ＦＷＨＭ）」とした。また、図１６のグラフの相対蛍光強度のピークを「相対蛍光強度ピーク」とした。同様にして、実施例２～実施例４、比較例２および比較例３の「発光スポット径の半値幅」および「相対蛍光強度ピーク」を求めた。

＜白色光の均質性評価および演色性評価＞
得られた透過型波長変換部材３に対して、図１７に示す装置を用いて青色レーザー光ＬＢを照射した。具体的には、青色レーザー光源６から４８０ｎｍの青色レーザー光ＬＢを波長変換部材３に入射させた。蛍光体層４に入射した青色レーザー光ＬＢは蛍光ＬＦに変換された。変換された蛍光ＬＦのｕ’、変換された蛍光ＬＦの中央付近のν’（ν’_w）および変換された蛍光ＬＦの周縁付近のν’（ν’_y）を二軸型検出器１３６により検出した。結果を表１に示す。なお、「ｕ'」とは、ＣＩＥ１９７６色度図上の「ｕ’」であり、「ν‘」とはＣＩＥ１９７６色度図上の「ν’」である。

ν'_wおよび ν'_yが「０．４５≦ν'_w≦ν'_y≦０．５４」を満たす場合は、白色光の均質性が良好である、すなわち白色光の色むらが抑えられていると判断した。また、ν'_wおよび ν'_yが「０．４７≦ν'_w≦ν'_y≦０．５０」を満たす場合は、白色光の均質性がより良好である、すなわち白色光の色むらがより抑えられていると判断した。

また、ν'_wおよび ν'_yが「０．４５≦ν'_w≦ ν'_y ≦０．５４」を満たし、なおかつｕ'が「２．００≦ｕ‘≦２．５０」を満たす場合は、演色性が良好であると判断した。また、ν'_wおよび ν'_yが「０．４５≦ν'_w≦ ν'_y ≦０．５４」を満たし、なおかつｕ'が「２．２２≦ｕ‘≦２．４３」を満たす場合は、演色性がより良好であると判断した。さらに、ν'_wおよび ν'_yが「０．４５≦ν'_w≦ ν'_y ≦０．５４」を満たし、なおかつｕ'が「２．２５≦ｕ‘≦２．４０」を満たす場合は、演色性がさらに良好であると判断した。

（実験２）
比較例１では、下記の方法により不透明セラミックス蛍光体を製造して蛍光体層４とした以外は実験１と同様にして、波長変換部材３を製造して、「５４０ｎｍ透過率」、「発光スポット径の半値幅」および「相対蛍光強度のピーク」の測定を行い、「白色光の均質性評価」および「演色性評価」を行った。

出発原料としてＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂を準備し、焼成後の組成が［Ｙ_[1-(Aβ_/100)]Ｃｅ_(Aβ_/100)］₃Ａｌ₅Ｏ₁₂を満たすように秤量した。秤量した出発原料をボールミルで混合して混合粉を得た。得られた混合粉を１４０ＭＰａのＣＩＰ圧力でディスク状に成形後、１７５０℃で無圧下において真空焼成を行って、蛍光体層４となる不透明セラミックス蛍光体を得た。

（実験３）
実施例５～実施例８および実施例１０～実施例１６では、下記の方法によりＣｅの濃度が異なる２種類の透明セラミックス蛍光体を製造し、貼り合わせることにより、図８に示す蛍光体層４として、波長変換部材３を製造した以外は、実験１と同様にして、「５４０ｎｍ透過率」、「発光スポット径の半値幅」および「相対蛍光強度のピーク」の測定を行い、「白色光の均質性評価」および「演色性評価」を行った。

出発原料としてＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂を準備し、焼成後の組成が［Ｙ_[1-(Hβ_/100)]Ｃｅ_(Hβ_/100)］₃Ａｌ₅Ｏ₁₂を満たすように秤量した。秤量した出発原料をボールミルで混合して混合粉を得た。得られた混合粉をプレス成形して粉末成形体を得た。得られた粉末成形体を気密な材料でできたカプセル内に封入し、脱気した後、ＨＩＰ法で１５００℃～１６００℃の温度で焼結させて、高濃度領域４４ｂとなる透明セラミックス蛍光体（高濃度領域蛍光体）を得た。高濃度領域蛍光体のサイズは２．５ｍｍ角、厚み（Ｙ０方向）０．５ｍｍであった。

焼成後の組成が［Ｙ_[1-(Lβ_/100)]Ｃｅ_(Lβ_/100)］₃Ａｌ₅Ｏ₁₂を満たすように秤量した以外は、高濃度領域蛍光体と同様にして、低濃度領域４４ａとなる透明セラミックス蛍光体（低濃度領域蛍光体）を得た。低濃度領域蛍光体のサイズは２．５ｍｍ角、厚み（Ｙ０方向）０．５ｍｍであった。

次いで、高濃度領域蛍光体と、低濃度領域蛍光体とを有機接着材を極めて薄く用いて貼り合わせることにより蛍光体層４を得た。

蛍光体層４の各面のうち、高濃度領域４４ｂのみの面の励起光入射開口部８０ａとなる部分および低濃度領域４４ａのみの面の光取出し開口部８０ｂとなる部分に開口部用マスキングをして、蛍光体層４の開口部用マスキングをしている部分以外の外面に対して真空蒸着により反射層８を形成した。反射層８の成分はアルミニウムとした。各実施例の反射層８の厚みを表１に示す。

励起光入射開口部８０ａに相当する部分の開口部用マスキングのみを取り除き、反射層８の部分にもマスキングをして、励起光入射開口部８ａに対して真空蒸着により制御層１０を形成した。制御層１０の成分は酸化アルミニウムとした。各実施例の制御層１０の厚みを表１に示す。マスキングを取り除くことにより透過型の波長変換部材３を得た。

（実験４）
実施例９では、下記の方法により傾斜濃度領域４４ｃを有する蛍光体層４を得た以外は実験１と同様にして、「５４０ｎｍ透過率」、「発光スポット径の半値幅」および「相対蛍光強度のピーク」の測定を行い、「白色光の均質性評価」および「演色性評価」を行った。

出発原料としてＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂を準備し、結晶化後の組成が｛Ｙ_(1-Aβ_/100)Ｃｅ_Aβ_/100｝₃Ａｌ₅Ｏ₁₂を満たし、なおかつＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂が合計で２ｇになるように秤量した。内径１６ｍｍのＩｒ製の坩堝にＹ₂Ｏ₃、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣｅＯ₂を投入した。

次に、原料を投入した坩堝２４を耐火材炉２６に投入し、耐火材炉２６内の雰囲気をＮ₂に置換し、常圧に維持したままＮ₂ガスを５０ｃｍ³／ｍｉｎの流量でフローを行った。

その後、坩堝２４の加熱を開始しＹＡＧ単結晶の融点に達するまで１時間かけて徐々に加熱した。

ＹＡＧ単結晶を種結晶として用い、種結晶の先端を坩堝２４下端の開口部に接触させて、開口部から融液が出るまで温度を徐々に上昇させた。

坩堝２４端の開口部から融液が出たことを確認したのち、種結晶３４を徐々に降下させながら結晶育成を開始した。

この際、傾斜濃度領域４４ｃを作るために、０．０１ｍｍ／ｍｉｎから０．５ｍｍ／ｍｉｎへ徐々に結晶育成速度を速めながら結晶成長させた。

育成の際、急冷を防ぐ目的で、坩堝２４下部にアフターヒーター３６を設置した。結晶の冷却速度が３００℃／時間になるように調整した。

上記の方法により得られた単結晶はＣｅの偏析が生じているため、低濃度領域４４ａ、傾斜濃度領域４４ｃおよび高濃度領域４４ｂと、が図２に示すように分布している箇所を切り取り、蛍光体層４を得た。ＬβおよびＨβを表１に示す。また、ＬＡ‐ＩＣＰ分析により、濃度変化が連続であることを確認した。なお、ＬＳ（％）（蛍光体層４の断面における低濃度領域４４ａの面積割合）は３０％であり、ＨＳ（％）（蛍光体層４の断面における高濃度領域４４ｂの面積割合）は１０％であり、Ｙｃ比（蛍光体層４の厚み（Ｙ０）に対する傾斜濃度領域４４ｃの最大厚み（Ｙｃ）の比）は６０％であった。

表１より、反射層および制御層を有する場合（実施例１～実施例１６）は、反射層または制御層のうち少なくとも一方を有していない場合（比較例１～比較例３）に比べて、白色光の均質性が良好であることが確認できた。

表１より、反射層を有する場合（実施例１～実施例１６）は、反射層を有していない場合（比較例１および比較例２）に比べて発光スポット径の半値幅が狭小化でき、相対蛍光強度ピークが高いことが確認できた。

表１より、低濃度領域と、高濃度領域と、を有する場合（実施例５～実施例１６）は、低濃度領域と、高濃度領域と、を有していない場合（比較例１～比較例３、実施例１～実施例４）に比べて演色性が良好であることが確認できた。

表１より、ＬβおよびＨβ以外の条件が共通している実施例５～実施例８を比較すると、Ｌβが０．２≦Ｌβ≦１．８の関係を満たし、Ｈβが３．０≦Ｈβ≦６．０の関係を満たす場合（実施例６および実施例７）は、Ｌβが０．２≦Ｌβ≦１．８の関係を満たしておらず、Ｈβが３．０≦Ｈβ≦６．０の関係を満たしていない場合（実施例５および実施例８）に比べて、演色性が良好であることが確認できた。

表１より、傾斜濃度領域４４ｃの有無以外の条件が共通している実施例７と実施例９とを比較すると、傾斜濃度領域４４ｃを有している場合（実施例９）は、傾斜濃度領域４４ｃを有していない場合（実施例７）に比べて、演色性が良好であることが確認できた。

表１より、反射層８の厚み以外の条件が共通している実施例１０と実施例１１とを比較すると、反射層８の厚みが１．０μｍである実施例１１は反射層８の厚みが０．５μｍである実施例１０に比べて、発光スポット径の半値幅をより狭小化でき、白色光の均質性が良好であり、相対蛍光強度ピークが高いことが確認できた。実施例１１では蛍光の波長に対して反射層８の厚みが十分に厚いため、十分に光を反射させることができたと考えられる。その結果、実施例１１では、十分に内面導波を抑えることができ、蛍光の漏れを抑制できたと考えられる。

表１より、制御層１０の厚み以外の条件が共通している実施例１４と実施例１５とを比較すると、制御層１０の厚みが０．１μｍである実施例１５は制御層１０の厚みが０．０３μｍである実施例１４に比べて、白色光の均質性が良好であり、相対蛍光強度ピークが高いことが確認できた。実施施例１５では蛍光の波長に対して制御層１０の厚みが十分に厚いため、散乱性が高くなることから白色光の均質性がより良好となり、相対蛍光強度ピークがより高くなったと考えられる。

表１より、制御層１０の厚み以外の条件が共通している実施例１５と実施例１６とを比較すると、制御層１０の厚みが０．１μｍである実施例１５は制御層１０の厚みが０．４８μｍである実施例１６に比べて、白色光の均質性が良好であり、相対蛍光強度ピークが高いことが確認できた。実施施例１５では蛍光の波長に対して制御層１０の厚みが適度に薄いため、青色光ＬＢが蛍光体層４の内部に十分に入射することができるため、より蛍光を発生させることができたと考えられる。

（実験５）
蛍光体層４の各面のうち低濃度領域４４ａのみの面に励起光入射開口部８０ａを設け、高濃度領域４４ｂのみの面に光取出し開口部８０ｂを設けた以外は実施例７と同様にして製造した波長変換部材３の「発光スポット径の半値幅」、「相対蛍光強度のピーク」、「白色光の均質性評価」および「演色性評価」の結果は実施例７と同じであった。

２… 光源装置
３… 波長変換部材
４… 蛍光体層（波長変換層）
４０… 励起光入射部
４１… 光取出し部
４２… 入射面
４４ａ… 第１蛍光の発光領域（低濃度領域）
４４ｂ… 第２蛍光の発光領域（高濃度領域）
４４ｃ… 傾斜濃度領域
４６… 反射面
４８… 側面
４８ａ… 一の側面
４８ｂ… 他の側面
６… 青色発光素子，青色レーザー光源
８… 反射層
８０… 開口部
８０ａ… 励起光入射開口部
８０ｂ… 光取出し開口部
１０… 制御層
２２… 単結晶製造装置
２４… 坩堝
２６… 耐火材炉
２８… 石英管
３０… 誘導加熱コイル
３２… 種結晶保持治具
３４… 種結晶
３６… アフターヒーター
１２２… アナモルフィックプリズムペア
１２４… アイソレーター
１２６… ビームエキスパンダー
１２８… ＮＤフィルター
１３０… λ／２板
１３１… ミラー
１３２… ダイクロイックミラー
１３４… ＣＣＤカメラ
１３６… 二軸型検出器
ＬＢ… 励起光，青色光，青色レーザー光
ＬＦ… 蛍光
ＬＷ… 白色光

Claims (14)

1. 励起光の波長を変換する波長変換層を有する波長変換部材であって、
   前記波長変換層の外面のうち、少なくとも励起光入射部の周囲および光取出し部の周囲が、前記励起光および波長変換された光を反射する反射層で覆われており、
   前記励起光入射部に対応する前記波長変換層の外面は制御層で覆われており、
   前記制御層は、入射した励起光を透過させ、前記波長変換層の内部で反射した励起光を再反射する波長変換部材。
2. 前記波長変換層の外面のうち、前記励起光入射部および前記光取出し部以外の部分が前記反射層で覆われている請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記波長変換層は、１以上の前記励起光よりも波長が長い第１蛍光の発光領域と、前記第１蛍光よりもさらに波長が長い第２蛍光の発光領域と、を有する請求項１または２に記載の波長変換部材。
4. 前記第１蛍光の発光領域は、賦活元素の低濃度領域であり、
   前記第２蛍光の発光領域は、前記低濃度領域よりも賦活元素の濃度の高い高濃度領域である請求項３に記載の波長変換部材。
5. 前記低濃度領域における前記賦活元素の濃度と、前記高濃度領域における前記賦活元素の濃度とは、連続的に変化している請求項４に記載の波長変換部材。
6. 前記波長変換層は元素αと、前記賦活元素である元素βと、を有し、
   前記元素αはＹおよびＬｕからなる群から選ばれる少なくとも１つを含み、
   前記元素βはＣｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む請求項４または５に記載の波長変換部材。
7. 前記元素αおよび前記元素βの合計含有量に対する前記元素βの含有量の割合を元素β割合とし、
   前記低濃度領域における元素β割合をＬβ（ａｔ％）とし、
   前記高濃度領域における元素β割合をＨβ（ａｔ％）としたとき、
   前記Ｌβは０．２≦Ｌβ≦１．８の関係を満たし、
   前記Ｈβは３．０≦Ｈβ≦６．０の関係を満たす請求項６に記載の波長変換部材。
8. 前記反射層の厚みは１μｍ以上である請求項１～７のいずれかに記載の波長変換部材。
9. 前記制御層は０．０５μｍ以上０．５μｍ以下である請求項１～８のいずれかに記載の波長変換部材。
10. 前記制御層は誘電体膜である請求項１～９のいずれかに記載の波長変換部材。
11. 前記波長変換層は５４０ｎｍのピーク波長を有する光に対する透過率が７０％以上である請求項１～１０のいずれかに記載の波長変換部材。
12. 前記波長変換部材は前記励起光入射部と前記光取出し部とを前記波長変換層の同一面に有する請求項１～１１のいずれかに記載の波長変換部材。
13. 前記波長変換部材は、前記波長変換層の互いに向かい合う一対の面において、一方の面に前記励起光入射部を有し、他方の面に前記光取出し部を有する請求項１～１２のいずれかに記載の波長変換部材。
14. 請求項１～１３のいずれかに記載の波長変換部材と、青色発光素子と、を有し、
    前記青色発光素子は、青色発光ダイオードおよび青色半導体レーザーから選ばれる少なくともいずれか一方である光源装置。

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