JP6020637B1 - 蛍光光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】長期間にわたって反射率の低下が生じることのない高い信頼性を有する蛍光光源装置を提供すること。【解決手段】蛍光光源装置は、励起光により蛍光を発する、表面が励起光入射面とされた蛍光板と、当該蛍光板の裏面側に配置された反射層と、放熱基板とを具備した蛍光光源装置において、前記反射層の裏面、および、周側面を覆う封止層が、接着層を介して、前記蛍光板の裏面の周縁に密着して設けられており、前記放熱基板上に、接合部材層を介して、ニッケルめっきにより形成された拡散防止層が設けられていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光光源装置に関する。

従来、蛍光光源装置としては、レーザ光を励起光として蛍光板に照射し、当該蛍光板から蛍光を出射する構成のものが知られている。
このような蛍光光源装置の或る種のものは、図４に示すように、半導体レーザなどの励起光源１１からの励起光によって蛍光を放射する蛍光体を含有し、表面（図４（ａ））における上面）が励起光入射面とされた蛍光板５１と、当該蛍光板５１の裏面（図４（ａ）における下面）側に設けられた放熱基板５２とを備えている（例えば、特許文献１参照）。この蛍光光源装置において、蛍光板５１は、反射層が設けられることなどによって裏面が反射機能を有するものとされている。この反射層は、高い光反射特性を有する金属からなるものであることが好ましく、反射層を構成する金属としては、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）などが用いられる。そして、蛍光板５１に設けられた反射層と放熱基板５２との間には、例えば半田などの金属からなる接合部材層５３が介在しており、当該接合部材層５３によって蛍光板５１が放熱基板５２上に接合されている。

特開２０１１−１２９３５４号公報

しかしながら、蛍光板に反射層が設けられた蛍光光源装置においては、酸化および硫化などによる表面劣化によって反射層の反射率が低下する、という不具合が発生する。また、蛍光光源装置の製造工程における蛍光板と放熱基板との接合時、および蛍光光源装置の動作時に、接合部が高温となるため、接合部材に含まれる反射率の低い物質が反射層に拡散し反射率が低下する、という問題がある。
このような表面劣化および接合部材に含まれる金属の拡散に起因する反射層の反射率の低下の問題は、反射層に対して耐候性用の保護層および接合部材に含まれる物質の拡散防止層の両方が設けられていない場合、保護層および拡散防止層のいずれか一方のみが設けられている場合、両方が設けられていたとしても保護層の密着性が十分でない場合のいずれの場合にも生じる。また、この反射層の反射率の低下の問題は、反射層として銀（Ａｇ）または銀を主体とする銀合金を用い、接合部材として、例えば半田などのスズ（Ｓｎ）を含有する金属を用いた場合に顕著である。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長期間にわたって反射率の低下が生じることのない高い信頼性を有する蛍光光源装置を提供することにある。

本発明の蛍光光源装置は、励起光により蛍光を発する、表面が励起光入射面とされた蛍光板と、当該蛍光板の裏面側に配置された反射層と、放熱基板とを具備した蛍光光源装置において、
前記反射層の裏面、および、周側面を覆う封止層が、接着層を介して、前記蛍光板の裏面の周縁に密着して設けられており、
前記放熱基板上に、接合部材層を介して、ニッケルめっきにより形成された拡散防止層が設けられていることを特徴とする。

本発明の蛍光光源装置においては、前記拡散防止層は、厚みが１μｍ以上３μｍ以下であることが好ましい。

本発明の蛍光光源装置においては、前記拡散防止層は、スルファミン酸ニッケルめっき槽を用いて形成されためっき層であることが好ましい。

本発明の蛍光光源装置においては、前記拡散防止層と前記封止層との間に、応力緩和層が設けられていることが好ましい。

本発明の蛍光光源装置においては、放熱基板上に、接合部材層を介して、ニッケルめっきにより形成された拡散防止層が設けられている。そのため、接合部材層の構成材料が反射層に拡散することに起因して当該反射層の反射率が低下することを防止できる。よって、接合部材層の構成材料としてスズを含有する金属を用い、反射層として、銀反射膜または銀を主体とする銀合金反射膜を用いた場合であっても、スズの拡散に起因する反射層の反射率の低下を防止できる。
また、蛍光板の裏面側においては、反射層の裏面および周側面を覆う封止層が、接着層を介して当該蛍光板の裏面の周縁に密着して設けられることにより、反射層の封止構造が形成されている。そのため、反射層が大気などの環境雰囲気にさらされることがないことから、酸化および硫化などによる表面劣化に起因する当該反射層の反射率の低下を防止することができる。
従って、本発明の蛍光光源装置によれば、長期間にわたって反射率の低下が生じることのない高い信頼性が得られる。

本発明の蛍光光源装置の構成の一例の概略を示す説明図である。 図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材および放熱基板の具体的な構成を示す説明用分解図である。 図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材の形成過程を示すフローチャートである。 従来の蛍光光源装置の構成の一例を示す説明図であり、（ａ）は蛍光光源装置の構成の概略を示す説明図であり、（ｂ）は蛍光光源装置の蛍光板および放熱基板を示す説明用平面図である。

以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の構成の一例の概略を示す説明図であり、図２は、図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材および放熱基板の具体的な構成を示す説明用分解図である。
この蛍光光源装置１０は、図１に示すように、例えば半導体レーザよりなる励起光源１１と、励起光源１１からの励起光によって蛍光を出射する蛍光板２１を有する蛍光発光部材２０とを備え、これらが互いに離間して配設されたものである。また、蛍光光源装置１０には、蛍光発光部材２０の裏面側（図１および図２における下面側）に、放熱基板２２が設けられている。
この図の例において、蛍光発光部材２０は、励起光源１１に対向するよう、当該励起光源１１の光軸に対して傾斜した姿勢で配置されている。

蛍光発光部材２０は、平板状の蛍光板２１の表面（図１および図２における上面）が、励起光入射面とされていると共に蛍光出射面とされたものである。
この蛍光発光部材２０は、平板状の放熱基板２２の表面（図１および図２における上面）に、蛍光板２１の裏面（図１および図２における下面）が、当該放熱基板２２の表面に対向した状態で配置されて接合されている。そして、放熱基板２２と蛍光発光部材２０との間には、矩形平板状の接合部材層２６が形成されている。すなわち、蛍光発光部材２０と放熱基板２２とは、接合部材層２６によって接合されている。
また、蛍光発光部材２０は、蛍光板２１の表面が、励起光源１１に対向するように配置されている。

蛍光板２１は、励起光によって励起されて蛍光を放射する蛍光体を含有する板状体である。
また、蛍光板２１は、蛍光体と金属酸化物とからなる板状体、具体的には、蛍光体と金属酸化物との混合物の焼結体であって、金属酸化物の粒子からなる部分（以下、「金属酸化物部分」ともいう。）と蛍光体の粒子からなる部分（以下、「蛍光体部分」ともいう。）とが混在し、表面に金属酸化物部分が露出した状態の板状体であることが好ましい。

蛍光板２１が、蛍光体と金属酸化物とからなるもの、すなわち金属酸化物部分と蛍光体部分とが混在し、表面に金属酸化物部分が露出したものであることにより、当該蛍光板２１に接触した状態で積層される蛍光発光部材２０の構成部材（この図の例においては、後述する反射積層体３０および接着層３８）との間に高い密着性が得られる。
また、蛍光板２１が蛍光体と金属酸化物とからなるものであることによれば、蛍光板２１の内部に入射した励起光および蛍光の導光が制御されることから、蛍光出射面における発光領域が小さくなり発光輝度が向上する。また、蛍光板２１の内部において、或る蛍光体部分に入射したものの吸収されることのなかった励起光の進行方向が当該蛍光体部分と金属酸化物部分との界面において変更される。そして、その或る蛍光体部分に入射したものの吸収されることのなかった励起光の一部は、他の蛍光体部分に向かって進行する。そのため、励起光を蛍光に変換するための光路長が長くなり、励起光が蛍光体部分に吸収される確率が高くなる。その結果、蛍光板２１の内部に入射した励起光を有効に利用して、高い効率で蛍光に変換することができる。また、或る蛍光体部分から放射された蛍光の進行方向が他の蛍光体部分と金属酸化物部分との界面において変更されることから、蛍光が蛍光板２１の内部に閉じ込められることが抑制される。その結果、蛍光発光部材２０においては、蛍光板２１の内部において生じた蛍光を有効に利用して、高い効率で外部に出射することができる。

蛍光板２１において、蛍光体としては、多結晶の蛍光体が用いられる。
蛍光板２１を構成する蛍光体が多結晶の蛍光体であることにより、蛍光板２１が高い熱伝導性を有するものとなる。そのため、蛍光板２１においては励起光の照射によって発生した熱が効率よく排熱されることから、蛍光板２１が高温となることが抑制される。その結果、蛍光板２１においては、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。
ここに、蛍光板２１を構成する多結晶の蛍光体は、例えば以下のようにして得ることができる。先ず、母材、賦活材、金属酸化物および焼成助剤などの原材料をボールミルなどによって粉砕処理することによって、サブミクロン以下の原材料微粒子を得る。次いで、この原材料微粒子を用い、例えばスリップキャスト法によって成形体を形成して焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が例えば０．５％以下の多結晶の蛍光体が得られる。

蛍光板２１を構成する蛍光体は、無機蛍光体、具体的には希土類元素を発光イオン（賦活材）としてドープした複合酸化物よりなるものであることが好ましい。

蛍光板２１において、蛍光体の含有割合は、例えば２０〜８０質量％である。
また、蛍光体の粒子の粒径（平均粒径）は、例えば１〜１０μｍである。

蛍光板２１において、金属酸化物としては、排熱性（熱伝導性）および蛍光体との密着性などの観点から、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）などが用いられる。

このような構成の蛍光板２１は、例えば、適宜の粒径を有する蛍光体の粒子と、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）の粒子とを混合し、その混合物をプレスした後、焼成することによって製造することができる。
蛍光板２１の材質の具体例としては、Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＹＡＧ：Ｃｅ、Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＹＡＧ：Ｐｒ、Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＹＡＧ：Ｓｍ、Ａｌ₂ Ｏ₃ ／ＬｕＡＧ：Ｃｅなどが挙げられる。このような蛍光板２１の蛍光体において、希土類元素（賦活材）のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。

蛍光板２１の厚みは、励起光の蛍光への変換効率（量子収率）および排熱性の観点から、０．０５〜２．０ｍｍであることが好ましい。

また、蛍光板２１は、少なくとも励起光を拡散する光散乱体を含有し、励起光を拡散する光拡散機能を有するものであってもよい。ここに、蛍光板２１は、光散乱体が励起光と蛍光とを拡散するものである場合には、励起光および蛍光を拡散する光拡散機能を有するものとなる。
蛍光板２１が光拡散機能を有するものであることにより、蛍光板２１の内部において、励起光の進行方向が光散乱体によって変更される。そのため、励起光を蛍光に変換するための光路長が長くなり、励起光が蛍光体部分に吸収される確率が高くなる。その結果、蛍光板２１の内部に入射した励起光を有効に利用して、高い効率で蛍光に変換することができる。
また、蛍光板２１が蛍光を拡散する機能を有するものである場合には、蛍光板２１の内部において、蛍光の進行方向が光散乱体によって変更されることから、蛍光が蛍光板２１の内部に閉じ込められることが抑制される。その結果、蛍光発光部材２０においては、蛍光板２１の内部において生じた蛍光を有効に利用して、高い効率で外部に出射することができる。
しかも、蛍光板２１が光拡散機能を有するものであることによれば、励起光の蛍光への変換効率（量子収率）が小さくなるという弊害を生じさせることなく、蛍光板２１の厚みを小さくすることができる。そして、蛍光板２１の厚みを小さくすることによれば、当該蛍光板２１が極めて高い排熱性を有するものとなり、また蛍光板２１の外周面から蛍光が外部に出射されることを十分に抑制または防止することができる。

蛍光板２１に含有される光散乱体は、蛍光板２１の金属酸化物部分を構成する酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）や蛍光体とは異なる屈折率を有する微小粒子または粒界析出相によって構成されるものである。ここに、光散乱体を構成する微小粒子としては、例えばイットリア、窒化ケイ素、窒化アルミニウムおよびフッ化ストロンチウムなどの無機化合物よりなるものが挙げられる。

接合部材層２６を構成する接合部材としては、排熱性および低応力性の観点から、スズを含有する半田を使用することが好ましい。
接合部材として用いられるスズを含有する半田の具体例としては、例えば金スズ合金（ＡｕＳｎ，スズ（Ｓｎ）の含有割合２０質量％，熱伝導率２５０Ｗ／ｍｋ）およびスズ−銀−銅合金（Ｓｎ−３Ａｇ−０．５Ｃｕ（銀（Ａｇ）の含有割合３質量％、銅（Ｃｕ）の含有割合０．５質量％、スズ（Ｓｎ）の含有割合９６．５質量％），熱伝導率５５Ｗ／ｍｋ）などが挙げられる。これらのうちでは、熱伝導率が高く、スズの含有量が少ないため、金スズ合金が好ましい。具体的に説明すると、接合部材として金スズ合金を用いた場合には、熱伝導率が高いことから、接合部材としてスズ−銀−銅合金を用いた場合に比して、励起光の励起パワーが同一であっても、蛍光板２１の温度を２０ｄｅｇ程低くすることができる。また、スズの含有割合が少ないことから、反射層３１の反射率の低下を抑制することができる。
また、接合部材層２６の厚みは、例えば３０μｍである。
この図の例において、接合部材による蛍光発光部材２０と放熱基板２２との接合方法としては、例えばリフロー炉を用い、フラックスフリー半田シート（接合部材）を、蛍光発光部材２０と放熱基板２２との間に挟み、蟻酸ガスまたは水素ガスの雰囲気中において加熱を行うリフロー方式が用いられている。このように、蟻酸または水素の還元力を利用してフラックスフリー半田シートの表面酸化膜を除去してリフローを行う接合方法によれば、形成される接合部材層２６にボイドが生じることがなく、良好な熱伝導性が得られる。

放熱基板２２は、蛍光発光部材２０（具体的には、蛍光板２１）において発生した熱を排熱するものである。
この放熱基板２２は、高熱伝導性を有すると共に、蛍光板２１との熱膨張係数の差が小さい材料よりなるものであることが好ましい。
具体的には、放熱基板２２の構成材料の熱膨張係数は蛍光板２１の構成材料の熱膨張係数以上であり、その熱膨張率の差は９×１０^-6〔１／Ｋ〕以下であることが好ましい。
放熱基板２２の構成材料と蛍光板２１の構成材料との熱膨張係数の差が９×１０^-6〔１／Ｋ〕以下であることによれば、蛍光板２１の動作時温度を１５０℃以下に設定することにより、蛍光光源装置１０の製造工程において、蛍光発光部材２０と放熱基板２２との接合部材（具体的には、スズを含有する半田）による接合温度が１００℃程度となる。そのため、蛍光光源装置１０の動作時においては、蛍光板２１に圧縮応力が発生した状態となることから、蛍光板２１と放熱基板２２との間に、熱膨張に起因する剥離が生じることがない。

放熱基板２２の構成材料としては、銅（Ｃｕ）およびモリブデンと銅との合金（Ｍｏ−Ｃｕ）などの金属が用いられる。
ここに、放熱基板２２の構成材料として用いられる銅の熱膨張係数は１６．５×１０^-6〔１／Ｋ〕であり、モリブデンと銅との合金（銅（Ｃｕ）の含有割合３０質量％）の熱膨張係数は８．６×１０^-6〔１／Ｋ〕である。一方、蛍光板２１の構成材料として用いられるＹＡＧの熱膨張係数は８．６×１０^-6〔１／Ｋ〕である。
図の例において、放熱基板２２は、銅よりなるものである。

放熱基板２２において、厚みは、放熱特性を考慮して適宜に定めればよく、例えば０．５〜５．０ｍｍである。
また、放熱基板２２の表面の面積は、図１および図２に示されているように、排熱性などの観点から、蛍光板２１の裏面の面積よりも大きいことが好ましい。
また、放熱基板２２は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。
この図の例において、放熱基板２２の厚みは２ｍｍである。

また、放熱基板２２には、接合部材層２６との接合性の観点から、図２に示されているように、当該放熱基板２２の表面に、保護膜層２３および半田濡れ膜層２４がこの順に積層された金属膜が形成されていることが好ましい。
この金属膜において、保護膜層２３は、例えばワット浴によるめっき法によって形成されたニッケル（Ｎｉ）膜よりなり、半田濡れ膜層２４は、例えばワット浴によるめっき法によって形成された金（Ａｕ）膜よりなる。
この図の例において、放熱基板２２は、外表面全面（表面、裏面および周側面）が、保護膜層２３および半田濡れ膜層２４よりなる金属膜で覆われてなるものである。この金属膜を構成する各層の厚みは、保護膜層２３が２．５μｍ、半田濡れ膜層２４が０．０３μｍである。

蛍光板２１の裏面側、具体的には蛍光板２１と放熱基板２２との間には、蛍光板２１の裏面に沿って延びるように、銀反射膜または銀を主体とする銀合金反射膜よりなる平板状の反射層３１が設けられている。すなわち、蛍光板２１の裏面には、反射層３１が対向配置されている。このように、蛍光板２１は、裏面側に高反射特性を有する銀または銀合金よりなる反射層３１が設けられることにより、裏面に高反射機能を有するものとされている。
この図の例において、反射層３１と蛍光板２１との間には、金属酸化物多層膜よりなる増反射部３２が、蛍光板２１の裏面に密着した状態で設けられている。すなわち、蛍光板２１の裏面には、増反射部３２と反射層３１とがこの順に設けられている。この増反射部３２を構成する金属酸化物多層膜は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂ ）層３２Ａと酸化チタン（ＴｉＯ₂ ）層３２Ｂとを有するものである。ここに、増反射部３２を構成する金属酸化物多層膜の厚みは、３５０ｎｍである。この金属酸化物多層膜を構成する二酸化ケイ素層３２Ａおよび酸化チタン層３２Ｂを含む積層膜（具体的には、二酸化ケイ素層３２Ａ、酸化チタン層３２Ｂ、反射層３１および後述する、反射層３１の表面および裏面の各々に密着した状態の接着性改善層３５Ａ，３５Ｂよりなる積層膜）は、電子ビーム蒸着法によって作製される。具体的には、露光によってパターニングしたレジストが配設された蛍光板２１の面上に、電子ビーム蒸着法によって積層膜を成膜する。その後、レジストをリフトオフによって取り除き作製されたものである。また、増反射部３２の表面（図２における上面）は、その全面が蛍光板２１の裏面の中央部に対向接触している。

反射層３１は、その厚みが例えば１１０〜３５０ｎｍのものである。
また、反射層３１の表面（図１および図２における上面）の面積は、励起光および蛍光の有効利用性の観点から、蛍光板２１の裏面の面積以下であることが好ましい。
この図の例において、反射層３１の表面は、蛍光板２１の裏面の寸法よりも僅かに小さな寸法を有しており、その全面が蛍光板２１の裏面の中央部に対向している。

また、反射層３１において、当該反射層３１の表面には、接着性改善層（以下、「上面側接着性改善層」ともいう。）３５Ａが、当該表面に密着した状態でその全面を覆うように設けられている。また、反射層３１の裏面（図２における下面）には、接着性改善層（以下、「下面側接着性改善層」ともいう。）３５Ｂが、当該裏面に密着した状態でその全面を覆うように設けられている。
反射層３１の表裏面の各々に接着性改善層３５Ａ，３５Ｂが設けられていることにより、反射層３１と、当該接着性改善層３５Ａ，３５Ｂを介して反射層３１に積層される蛍光発光部材２０の構成部材との間に高い密着性が得られる。
この図の例において、上面側接着性改善層３５Ａの上面（図２における上面）には、増反射部３２が密着した状態で配設されている。すなわち、上面側接着性改善層３５Ａと蛍光板２１との間においては、増反射部３２が、上面側接着性改善層３５Ａおよび蛍光板２１の各々に密着した状態とされている。そして、反射層３１と接着性改善層３５Ａ，３５Ｂと増反射部３２とによって反射積層体３０が構成されている。

接着性改善層３５Ａ，３５Ｂは、酸化アルミニウム（Ａｌ₂ Ｏ₃ ）よりなるものである。

また、接着性改善層３５Ａ，３５Ｂは、その厚みが１μｍ以下のものであることが好ましい。
接着性改善層３５Ａ，３５Ｂの厚みが１μｍを超える場合には、接着性改善層３５Ａ，３５Ｂが熱伝導性の低いものとなり、蛍光光源装置１０の動作時における蛍光板２１の温度が高くなる。そのため、蛍光体において温度消光が生じることに起因して十分な蛍光光量を得ることができなくなる。
この図の例において、上面側接着性改善層３５Ａの厚みは５０ｎｍであり、下面側接着性改善層３５Ｂの厚みは５０ｎｍである。

そして、反射積層体３０には、反射層３１における裏面および周側面を覆うように封止層３７が設けられている。
また、反射積層体３０と封止層３７との間、および蛍光板２１の裏面の周縁と封止層３７との間には、封止層３７を、反射積層体３０および蛍光板２１に接着するための接着層３８が設けられている。すなわち、接着層３８は、反射積層体３０における裏面および周側面と、蛍光板２１の裏面の周縁と、封止層３７とに密着した状態で設けられている。
このようにして、蛍光板２１の裏面において、封止層３７が接着層３８を介して反射積層体３０に密着して設けられており、この封止層３７と接着層３８と蛍光板２１とにより、反射積層体３０の封止構造が形成されている。

蛍光板２１と封止層３７と接着層３８とによって反射積層体３０の封止構造が形成されていることにより、反射積層体３０における構成層の剥がれが防止され、また、蛍光光源装置１０の動作時において、反射積層体３０が動作環境雰囲気にさらされることを防止できることから、蛍光発光部材２０が優れた耐候性および耐湿性を有するものとなる。その結果、反射層３１の蛍光板２１からの剥離、並びに反射層３１の酸化および硫化による表面劣化を防止することができる。
また、反射積層体３０の封止構造が形成されていることによれば、反射積層体３０が、蛍光発光部材２０の形成過程（具体的には、反射積層体３０の封止構造を形成した後における蛍光発光部材２０の構成層の形成過程）、および蛍光発光部材２０と放熱基板２２との接合過程などの蛍光光源装置１０の製造工程における製造環境雰囲気にさらされることを防止できる。そのため、蛍光光源装置１０において、反射積層体３０が所期の反射機能を有するものとなる。

封止層３７は、ニッケルまたはインジウムからなるものであり、耐候性の観点からはニッケルからなるものであることが好ましい。
また、封止層３７は、その厚みが、例えば０．５μｍ以下とされる。
この封止層３７は、スパッタ蒸着法などによって形成される。
この図の例において、封止層３７は、ニッケルからなるものであり、当該封止層３７の厚みは１１０ｎｍである。

接着層３８は、クロム、クロム合金またはチタンからなるものであり、特に封止層３７がニッケルからなるものである場合には、当該封止層３７との密着性の観点からクロムからなるものであることが好ましい。
この接着層３８は、反射積層体３０と封止層３７との間および蛍光板２１と封止層３７との間の各々において、例えば５０ｎｍの厚みを有するものである。
また、接着層３８は、スパッタ蒸着法などによって形成される。
この図の例において、接着層３８は、クロムよりなるものである。また、蛍光板２１の裏面における接着層３８が密着した領域、すなわち蛍光板２１の裏面の周縁は、金属よりなる接着層３８が密着して設けられることにより、反射機能を有するものとされている。すなわち、蛍光板２１の裏面は、中央が高反射機能を有し、周縁が反射機能を有するものとされている。このことによって、蛍光板２１の裏面の周縁における蛍光の吸収が少なくなる。そのため、蛍光発光部材２０においては、蛍光板２１で発生した蛍光を効率よく取り出すことができる。

蛍光光源装置１０において、放熱基板２２上には、接合部材層２６を介して拡散防止層４５が設けられている。すなわち、蛍光発光部材２０には、封止層３７の裏面側、具体的には、蛍光板２１と接合部材層２６との間に、拡散防止層４５が設けられている。

拡散防止層４５が設けられていることによれば、蛍光光源装置１０の動作時において、接合部材層２６を構成する金属（具体的には、例えばスズ）が、拡散防止層４５の表面（図１および図２における上面）上に積層された蛍光発光部材２０の構成部材に拡散されることを防止できる。また、蛍光光源装置１０の製造工程においては、蛍光発光部材２０と放熱基板２２との接合過程にて、接合部材層２６を構成する金属が蛍光発光部材２０の構成部材に拡散されることを防止できる。

拡散防止層４５は、ニッケルめっきにより形成されたものである。
拡散防止層４５がめっき法により形成されたものであることにより、当該拡散防止層４５は、蒸着法によって形成された場合に比して緻密なものとなるため、優れた拡散防止機能が得られる。
また、拡散防止層４５がニッケルよりなるものであることにより、当該拡散防止層４５を、スルファミン酸ニッケルめっき槽を用いて形成されためっき層とする、すなわちスルファミン酸浴によるめっき法で形成することができる。そして、拡散防止層４５をスルファミン酸浴によるめっき法で形成することによれば、当該拡散防止層４５から反射層３１に負荷される応力を小さくすることができ、よって反射層３１の剥離を防止することができる。
ここに、ニッケルよりなる拡散防止層４５を、スルファミン酸浴によるめっき法で形成した場合において、反射層３１に負荷される応力は１〜７ｋｇ／ｍｍ² であるが、ワット浴によるめっき法で形成した場合に反射層３１に負荷される応力は１１〜１３ｋｇ／ｍｍ² となる。そのため、ワット浴によるめっき法によって拡散防止層４５を形成した場合には、反射層３１に負荷される応力が高いことから、反射層３１の界面で剥離が発生する。従って、拡散防止層４５は、ワット浴によるめっき法に比してスルファミン酸浴によるめっき法によって形成することが好ましい。

また、拡散防止層４５は、拡散防止層４５から反射層３１に負荷される応力を小さくして反射層３１の剥離を防止する観点から、溶解度の高いめっき浴によるめっき法で形成することが好ましく、前述のスルファミン酸浴によるめっき法で形成することが特に好ましい。
蛍光発光部材２０の形成過程において、図３のフローチャートに示されているように、反射積層体３０、接着層３８、封止層３７および応力緩和層４１を乾式法によって形成した後、拡散防止層４５をスルファミン酸浴によるめっき法で形成することによれば、蛍光光源装置１０が長期間にわたって高い発光効率が得られるものとなる。具体的には、蛍光光源装置１０を、反射層３１の反射率が高く、しかも蛍光発光部材２０（蛍光板２１）の動作時温度が１００℃以上であって２５０℃以下の温度範囲内にある場合において当該反射層３１の反射率が低下しないものとすることができる。

また、拡散防止層４５は、その厚みが１μｍ以上３μｍ以下ものであることが好ましい。
拡散防止層４５が上記の範囲の厚みを有するものであることにより、蛍光光源装置１０の動作時において、蛍光発光部材２０（蛍光板２１）の動作時温度が２００〜２５０℃（接合部温度が１５０〜２００℃）となった場合であっても、接合部材層２６を構成する金属が拡散防止層４５の表面上に積層された蛍光発光部材２０の構成部材に拡散されることを防止できる。また、蛍光板２１と接着層３８との間において剥離が生じ、それに起因して反射層３１の蛍光板２１からの剥離が生じることを防止できる。
一方、拡散防止層４５の厚みが過大である場合には、蛍光板２１と接着層３８との間において剥離が生じるおそれがある。
また、拡散防止層４５の厚みが過小である場合には、当該拡散防止層４５に十分な拡散防止機能が得られなくなるおそれがある。

ここに、拡散防止層４５の厚みが１μｍ以上３μｍ以下であることによって十分な拡散防止機能が得られる理由について説明する。
蛍光発光部材２０の形成過程においては、図３のフローチャートに示されているように、蛍光板２１の裏面に反射積層体３０などを介して積層された金層４３の裏面に、例えばスルファミン酸浴によるめっき法により厚み２μｍのニッケルめっき層よりなる拡散防止層４５を形成し、その後、金よりなる厚み０．５μｍの半田濡れ膜層４６を形成する。このように、蛍光板２１の裏面に反射積層体３０、接着層３８、封止層３７、応力緩和層４１および金層４３を積層した後、拡散防止層４５および半田濡れ膜層４６を形成することにより、蛍光発光部材２０が製造される。そして、得られた蛍光発光部材２０と放熱基板２２との間に接合部材を挟んでリフロー炉によって接合を行なう。この接合過程を経ることにより、拡散防止層４５においては、接合部材を構成する金属（具体的には、例えばスズ）の拡散によって裏面側に金属間化合物（具体的には、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕを主体とした金属間化合物）が形成される。しかし、前記拡散防止層４５の表面側（具体的には、厚み１μｍの表層部分）はニッケルのままであり、その拡散防止層４５の表面側が、蛍光光源装置１０の動作時において接合部材を構成する金属の拡散防止機能を発揮する。そのため、蛍光発光部材２０の動作時温度が２００〜２５０℃となる高温動作時においても、拡散防止層４５が接合部材層２６を構成する金属の拡散を防止し、よって反射層３１が高い反射率を維持することができる。
ここに、ニッケルめっきにより形成された拡散防止層４５の厚みと反射層３１における反射率の維持率との関係を、下記の表１に示す。表１において、「反射率の維持率」は、蛍光発光部材２０の動作時の温度（接合部温度）が１５０℃、１７５℃および２００℃である場合における、５０００時間経過後の反射層３１の反射率の維持率であり、「拡散防止層の厚み」は、スルファミン酸浴によるめっき法によって形成したニッケルめっき層の厚みであり、「表層部分の厚み」は、蛍光発光部材２０と放熱基板２２とを接合した後における、当該ニッケルめっき層の金属間化合物が形成された裏面側以外の部分、すなわちニッケルのままの表層部分の厚みである。

また、蛍光発光部材２０においては、図２に示されているように、拡散防止層４５と封止層３７との間に、応力緩和層４１が設けられていることが好ましい。
応力緩和層４１が設けられていることにより、封止層３７において発生する内部応力を緩和することができる。そのため、蛍光板２１と封止層３７との間において剥離が生じ、それに起因して反射層３１の蛍光板２１からの剥離が生じることを防止できる。
この図の例において、拡散防止層４５の裏面（図２における下面）には、スパッタ蒸着法によって形成された、厚み５００ｎｍの金層４３が設けられている。

応力緩和層４１は、蛍光板２１の熱膨張係数に近似する熱膨張係数を有する材料からなるものであり、１種類の材料からなる単層膜よりなるものであってもよく、２種類以上の材料からなる構成層を有する多層膜よりなるものであってもよい。
この図の例において、応力緩和層４１は、チタン（Ｔｉ）層４１Ａ，４１Ｂと白金（Ｐｔ）層４２Ａ，４２Ｂとを有する多層膜よりなり、これらの層が、各々、スパッタ蒸着法によって作製されたものである。この多層膜において、封止層３７に接触しているチタン層（以下、「第１チタン層」ともいう。）４１Ａの厚みは５０ｎｍであり、その第１チタン層４１Ａに接触している白金層（以下、「第１白金層」ともいう。）４２Ａの厚みは１５０ｎｍである。また、第１白金層４２Ａに接触しているチタン層（以下、「第２チタン層」ともいう。）４１Ｂの厚みは１００ｎｍであり、その第２チタン層４１Ｂに接触している白金層（以下、「第２白金層」ともいう。）４２Ｂの厚みは２００ｎｍである。このような多層膜によれば、チタンの熱膨張係数（８．５×１０^-6〔１／Ｋ〕）および白金の熱膨張係数（８．９×１０^-6〔１／Ｋ〕）が、蛍光板２１の構成材料として用いられるＹＡＧの熱膨張係数（８．６×１０^-6〔１／Ｋ〕）に近似しているため、封止層３７で発生する内部応力の緩和が可能となる。また、白金層４２Ａ，４２Ｂは、接合部材層２６を構成する金属（具体的には、例えばスズ）の拡散防止機能を発揮する。すなわち、白金層４２Ａ，４２Ｂは、拡散防止層４５と共に拡散防止層としても機能する。

このような構成の蛍光光源装置１０においては、励起光源１１から出射された励起光は、蛍光発光部材２０における蛍光板２１の表面（励起光入射面）に照射され、当該蛍光板２１に入射する。そして、蛍光板２１においては、当該蛍光板２１を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光板２１において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに蛍光板２１の裏面において反射層３１によって反射された励起光と共に蛍光板２１の表面（蛍光出射面）から外部に出射され、蛍光光源装置１０の外部に出射される。

而して、蛍光光源装置１０においては、封止層３７の裏面側において、放熱基板２２上には、接合部材層２６を介して拡散防止層４５が形成されている。そのため、蛍光光源装置１０の動作時に、接合部材層２６の構成材料が反射層３１に拡散することに起因して、当該反射層３１の反射率が経時的に低下することを防止できる。よって、接合部材層２６の構成材料としてスズを含有する金属を用いた場合であっても、反射層に反射率の低いスズが拡散することがない。また、蛍光光源装置１０の製造工程における、蛍光発光部材２０と放熱基板２２との接合過程においても、接合部材層２６の構成材料が反射層３１に拡散することに起因して、当該反射層３１の反射率が低下することを防止できる。よって、蛍光光源装置１０において、反射積層体３０が所期の反射機能を有するものとなる。
更に、蛍光光源装置１０においては、蛍光板２１と封止層３７と接着層３８とによって反射積層体３０の封止構造が形成されている。そのため、反射層３１は、蛍光板２１の裏面側において、上面側接着性改善層３５Ａおよび増反射部３２を介して蛍光板２１に密着した状態とされる。また、反射積層体３０が、大気などの環境雰囲気、および蛍光光源装置１０の製造工程における反射積層体３０の封止構造が形成された後の製造環境雰囲気にさらされることがないことから、反射層３１が酸化および硫化などによって表面劣化されることに起因する当該反射層３１の反射率の低下を防止できる。
従って、蛍光光源装置１０によれば、長期間にわたって反射率の低下が生じることのない高い信頼性が得られる。

また、蛍光光源装置１０においては、拡散防止層４５の厚みが１μｍ以上３μｍ以下であることにより、蛍光光源装置１０が、蛍光板２１の裏面の温度が高温となる駆動条件で駆動された場合であっても、接合部材層２６を構成する金属が拡散防止層４５の表面上に積層された蛍光発光部材２０の構成部材に拡散されることを防止できる。また、蛍光板２１と接着層３８との間において剥離が生じ、それに起因して反射層３１の蛍光板２１からの剥離が生じることを防止できる。

また、蛍光光源装置１０においては、拡散防止層４５がスルファミン酸ニッケルめっき槽を用いて形成されためっき層であることにより、拡散防止層４５から反射層３１に負荷される応力を小さくすることができ、よって反射層３１の剥離を防止することができる。

また、蛍光光源装置１０においては、蛍光発光部材２０に応力緩和層４１が設けられていることにより、封止層３７において発生する内部応力が緩和される。そのため、蛍光板２１と封止層３７との間において剥離が生じ、それに起因して反射層３１の蛍光板２１からの剥離が生じることを防止できる。

以上において、本発明の蛍光光源装置を具体的な例を用いて説明したが、本発明の蛍光光源装置はこれに限定されるものではない。
例えば、蛍光板は、当該蛍光板の表面に、複数の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されたものであってもよい。ここに、蛍光板の表面の周期構造は、例えば略錐形状（具体的には、錐状または錐台状）の凸部が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。また、蛍光板が表面に周期構造を有するものである場合には、その蛍光板は、製造容易性の観点から、蛍光部材と、励起光および蛍光に対する光透過性を有する周期構造体層とからなるものであってもよい。

また、蛍光光源装置全体の構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。例えば、図１に係る蛍光光源装置では、１つの励起光源（例えば、半導体レーザ）の光を用いているが、励起光源が複数あり、蛍光発光部材の前に集光レンズを配置して、集光光を蛍光発光部材に照射する形態であってもよい。また、励起光は半導体レーザによる光に限るものではなく、蛍光板における蛍光体を励起することができるものであれば、ＬＥＤによる光を集光したものでもよく、更には、水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。尚、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。

１０ 蛍光光源装置
１１ 励起光源
２０ 蛍光発光部材
２１ 蛍光板
２２ 放熱基板
２３ 保護膜層
２４ 半田濡れ膜層
２６ 接合部材層
３０ 反射積層体
３１ 反射層
３２ 増反射部
３２Ａ 二酸化ケイ素層
３２Ｂ 酸化チタン層
３５Ａ，３５Ｂ 接着性改善層
３７ 封止層
３８ 接着層
４１ 応力緩和層
４１Ａ，４１Ｂ チタン層
４２Ａ，４２Ｂ 白金層
４３ 金層
４５ 拡散防止層
４６ 半田濡れ膜層
５１ 蛍光板
５２ 放熱基板
５３ 接合部材層

Claims (4)

1. 励起光により蛍光を発する、表面が励起光入射面とされた蛍光板と、当該蛍光板の裏面側に配置された反射層と、放熱基板とを具備した蛍光光源装置において、
   前記反射層の裏面、および、周側面を覆う封止層が、接着層を介して、前記蛍光板の裏面の周縁に密着して設けられており、
   前記放熱基板上に、接合部材層を介して、ニッケルめっきにより形成された拡散防止層が設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。
2. 前記拡散防止層は、厚みが１μｍ以上３μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
3. 前記拡散防止層は、スルファミン酸ニッケルめっき槽を用いて形成されためっき層であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
4. 前記拡散防止層と前記封止層との間に、応力緩和層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。

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