JP6288115B2 - 波長変換部材及びこれを用いた光源装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長変換部材及び光源装置に関する。

半導体レーザ素子及び蛍光体含有部材を組み合わせた光源装置として、基板の上に蛍光体含有部材を設けたものにレーザ光を照射し、例えば、白色の反射光を得るものがある（特許文献１）。

特開２０１２−２４３６２４号公報

このような形態の光源装置において、蛍光体含有部材の強度を向上させるためには、蛍光体含有部材そのものを厚くすればよい。また、レーザ光の照射により蛍光体が発熱するが、この熱を放熱するためには、蛍光体含有部材の基板側の面の面積を大きくすればよい。
一方、強度と放熱性を向上させるために厚くかつ大面積の蛍光体含有部材を用いると、レーザ光がその中で広がりやすく、輝度を低下させる。

本発明は、強度及び放熱性を向上させながら、輝度も向上させることができる波長変換部材及びそれを用いた光源装置を提供することを目的とする。

本願は以下の発明を含む。
（１）レーザ光を反射する光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層を備え、
前記蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有し、
前記凸部は、前記凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きいことを特徴とする波長変換部材。
（２）上述した波長変換部材と、
前記蛍光体含有層にレーザ光を照射するための１以上のレーザ素子と、を備え、
前記波長変換部材は、前記レーザ素子から照射されるレーザ光が前記凸部に照射される位置に配置されている光源装置。

本発明によれば、強度及び放熱性を向上させながら、輝度も向上させることができる波長変換部材及びそれを用いた光源装置を提供することができる。

第１実施形態に係る波長変換部材の平面図である。 図１ＡのＡ−Ａ’線断面図である。 第２実施形態に係る波長変換部材の平面図である。 図２ＡのＡ−Ａ’線断面図である。 第３実施形態に係る波長変換部材の平面図である。 第４実施形態に係る波長変換部材の平面図である。 第５実施形態に係る波長変換部材の断面図である。 第６実施形態に係る波長変換部材の断面図である。 第７実施形態に係る波長変換部材の断面図である。 第８実施形態に係る光源装置の構成を説明するための概略模式図である。

以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る波長変換部材及び光源装置について説明する。

〔波長変換部材〕
一実施形態の波長変換部材は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、レーザ光を反射するための光反射部材と、この光反射部材上に設けられた蛍光体含有層とを備える。光反射部材は、基板の上に設けられている。
蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有する。具体的には、蛍光体含有層は、基板側から、ベース部と、ベース部と連続した凸部とを有する。凸部は、凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きい。
これにより、凸部よりも大きなベース部を基板等に固定することができるため、強度を向上させることができ、また、このようなベース部を基板等への放熱経路とすることができるため、放熱性を向上させることができる。加えて、凸部により、凸部に照射されるレーザ光の蛍光体含有層内部での広がりを抑えることができるため、波長変換部材にレーザ光を照射する発光装置の輝度を向上させることができる。

（基板）
基板は、光反射部材を介して蛍光体含有層が固定される部材である。基板には、導電性、絶縁性等種々の材料を用いることができる。例えば、基板の材料としては、金属、セラミックス、ガラス、又はこれらの組み合わせが挙げられる。金属とは、例えば、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｒｈ、又はこれら一種以上を含む合金等であり、セラミックスとは、例えば、アルミナ等である。基板は、これら材料の単層又は積層構造のいずれでもよい。
基板は、後述する蛍光体含有層よりも熱伝導率の大きな材料により形成されていることが好ましい。これにより、蛍光体含有層の熱を効率的に放熱することができる。そのような材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が挙げられる。なお、蛍光体含有層から基板への放熱経路が確保されるように、典型的には、蛍光体含有層は光反射部材と接合層を介して基板に固定されている。各部材は直接接していなくてもよく、各部材の間に密着層やバリア層等を設けることができる。また、上面視において、基板の面積は蛍光体含有層の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、蛍光体含有層のほぼ全面を、光反射部材等を介して基板に固定することができるため、強固に固定することができ、また、効率的に放熱することができる。なお、上面視または平面視とは、基板の主面に対して実質的に垂直な方向から見た場合を指す。
基板の厚みは、所望の強度を確保し得る厚みがあればよく、例えば、５００μｍ程度以上が挙げられる。また、基板の厚みは、例えば５ｍｍ以下とする。通常、基板は蛍光体含有層よりも厚い。

（光反射部材）
光反射部材は、少なくとも蛍光体含有層と対面する領域において、照射されるレーザ光を反射可能であることが好ましい。例えば、蛍光体含有層の一方の主面側（下面側）に膜状の光反射部材を形成する。基板は、光反射部材の蛍光体含有層とは反対の側に配置すればよい。光反射部材は、少なくとも蛍光体含有層の凸部の直下に配置されていればよく、蛍光体含有層の下面のほぼ全てに設けることが好ましい。また、光反射部材は、照射されるレーザ光に対する反射率が６０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であることが好ましい。光反射部材は、蛍光体の波長変換光に対する反射率も６０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であることが好ましい。幅広い波長帯で比較的高い反射率を得るために、光反射部材は金属層を含むことが好ましい。例えば、光反射部材は、Ａｇ層またはＡｌ層を含む。光反射部材の厚みは、上述の反射率が得られる程度に厚いことが好ましく、例えば１００ｎｍ以上とする。光反射部材の厚みは、例えば３μｍ以下とすることができる。

金属層を蛍光体含有層に直接設けると、一部の光は金属層で吸収されてしまう。そこで、金属層と蛍光体含有層との間に、誘電体からなる透光性膜を有することが好ましい。この場合、蛍光体含有層からの光は、まず蛍光体含有層と透光性膜との屈折率差に起因してその界面で反射され、そこで反射されなかった光が金属膜で反射される。このようにすれば、誘電体からなる透光性膜は光を吸収しにくいので、全体として反射率を向上させることができる。透光性膜は、単層の誘電体膜であってもよいし、誘電体多層膜であってもよい。透光性膜の材料としては、ＳｉＯ_２のほか、蛍光体よりも熱伝導率のよい材料、例えばＡｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ等が挙げられる。透光性膜を誘電体多層膜とする場合は、例えばＳｉＯ_２膜とＮｂ_２Ｏ_５膜が繰り返し積層された多層膜とすることができる。

（蛍光体含有層）
蛍光体含有層は、レーザ素子から出射されるレーザ光を波長変換するために利用される層である。そのために、レーザ素子から出射されるレーザ光を波長変換可能な蛍光体を含んでいる。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体が挙げられる。２種以上の蛍光体を１つの蛍光体含有層１２内に含めることもできる。特に、活性層がＧａＮ系材料からなるレーザ素子を用いる場合には、ＹＡＧ系蛍光体が好ましい。レーザ光に対する耐久性が高く、青色レーザと組み合わせて白色光を得ることができるためである。

蛍光体含有層は、蛍光体のみによって形成されていてもよいが、蛍光体と、蛍光体を保持するための保持体とにより形成されていることが好ましい。前者の場合、蛍光体の分布ムラを低減することができる。一方、後者の場合、保持体は無機材料であることが好ましい。これにより、レーザ素子から出射される光に起因する保持体の劣化、変色等を抑制することができる。無機材料としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３等が挙げられる。

蛍光体含有層は、光反射部材側から、ベース部と、このベース部と連続する凸部とを有する。凸部はベース部から上方に、すなわち光反射部材から遠ざかる方向に突出していればよい。凸部は、蛍光体含有層に照射されるレーザ光のスポットより大きい。つまり、上面側から見て、凸部の外縁がレーザ光のスポットより大きい。これにより、レーザ光が、蛍光体含有層内で拡散して広がった場合においても、凸部においてその広がりを制限することができるため、輝度を向上させることができる。加えて、レーザ光により蛍光体が励起されて生じる光についても、凸部においてその広がりを制限することができるため、これによっても輝度を向上させることができる。特に、蛍光体で生じる光は指向性がほぼなく、蛍光体含有層の内部で上下左右あらゆる方向に広がりやすいため、凸部によりその広がりを制限することが好ましい。なお、凸部による光の広がりの制限は、例えば凸部とその外側（例えば大気）との屈折率差によって光の一部を反射することにより行うことができる。このように光の広がりを制限することにより、レーザ光の照射時に上方から観察した場合に、蛍光体含有層の中で凸部が最も強く光るようにすることができる。
上面視における凸部の面積は、照射されるレーザ光のスポットを完全に内包可能な程度に大きく、且つ、所望の輝度が得られる程度に小さいことが好ましい。例えば、上面視における凸部の面積は、レーザ光のスポット面積の２倍以下が好ましい。すなわち、凸部の面積はレーザ光のスポットの面積の１００％〜２００％程度が好ましく、１１０％〜１５０％程度が好ましい。なお、輝度の単位はｃｄ／ｍ^２であり、輝度とは単位面積あたりの光度である。したがって、凸部の面積が大きくなり発光面が大きくなるほど輝度は小さくなる。これを避けるために、凸部の面積は、具体的には、１ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．５ｍｍ^２以下であることがより好ましい。凸部の大きさをこのような範囲とすることにより、ＬＥＤよりも高輝度であるレーザダイオードの利点をより活かすことができる。また、凸部の面積は、例えば０．０１ｍｍ^２以上であり、０．２５ｍｍ^２以上であってもよい。なお、レーザ光のスポットとは、レーザ光が凸部の表面に到達したときの形状を指す。レーザ光の遠視野像（ＦＦＰ）は略楕円形状であるが、例えば後述するように基板の主面に対して交差する方向からレーザ光を照射すれば、レーザ光のスポットは楕円が変形した形状となる。

凸部の平面視形状は、例えば、略多角形、略円形、略楕円形等の種々の形状が挙げられる。製造容易性の観点からは、三角形、四角形等の略多角形が有利である。一方で、レーザ光のスポットに近い形状とすれば、凸部のサイズをレーザ光のスポットのサイズにより近づけることができるため、輝度をさらに向上させることができる。このような形状としては、略円形、略楕円形が挙げられる。
凸部は、頂面、すなわちレーザ光照射側の面を有する。頂面は、曲面（ドーム形状又は椀形状）等でもよいが、実質的に平坦な面であることが好ましい。この場合、凸部は、頂面から光反射部材に向かう方向に延びる側面も有する。このような凸部は、曲面からなる凸部よりも容易に形成することができる。

なお、実質的に平坦な面とは、巨視的に見て平坦であればよく、粗面であってもよい。このような粗面によって、レーザ光を乱反射させることができるため、波長変換光とレーザ光とをより効率的に混合させることができると考えられる。このような混合光が得られる光源装置は、車両用ヘッドライト用等のある程度高い演色性が求められる用途の光源として有利である。

別の実施形態では、蛍光体含有層の表面、特に、凸部の頂面に、レーザ光の反射を抑える機能を付加してもよい。例えば、凸部の頂面に反射防止膜を設ければよい。また、レーザ光の波長域において、レーザ光が蛍光体含有層へ入射する角度では主に透過し、それ以外の角度では主に反射する機能を有する膜を、凸部の頂面に設けてもよい。そして当該膜は、蛍光体の波長変換光に対しては透過膜として機能する。これにより、蛍光体含有層から実質的に波長変換光のみを取り出すことができ、例えばプロジェクタ用の光源としての使用に有利である。

また、凸部の頂面が略多角形である場合、凸部の各側面（頂面から光反射部材に向かって伸びる面）の面積よりも頂面の面積が大きいことが好ましい。これにより、凸部の頂面を波長変換部材の主要な発光面とすることができる。凸部の頂面は、例えば光反射部材の主面と実質的に平行な面とする。
凸部は、ベース部に対して、１つのみ配置されていてもよい。この場合、ベース部のほぼ中央に凸部が配置されていることが好ましい。これにより、凸部で発生した熱をベース部のほぼ中央から広げることができるため、効率的に放熱することができる。
また、凸部は、溝（例えば、図１Ａ及び図１Ｂの１２ｃ等）によって区画されていてもよい。つまり、蛍光体含有層の表面が溝によって区画されていてもよい。この場合、溝の底面がベース部の表面に相当する。また、凸部は、溝を挟んで、複数配置されていてもよい。なお、凸部が複数配置される場合、少なくとも１つの凸部１２ａが上述した大きさを有していればよい。このような凸部１２ａにレーザ光を照射する。レーザ光を照射しない他の凸部１２ａ’は、上述した大きさを有する少なくとも１つの凸部１２ａと、形状、大きさ等が同一でもよいし、異なってもよい。なお、このような凸部１２ａ’がある構成はダイシング装置等により溝を形成すれば作製可能であるため、容易に製造することができる。

溝は、蛍光体含有層の厚みの例えば、３０％以上の深さを有していればよく、５０％以上が好ましく、５０〜８０％程度がより好ましい。この範囲とすることにより、蛍光体含有層が分離されにくく、一体化を維持することができる。溝の深さは、具体的には、例えば６０μｍ以下程度が挙げられる。ただし、溝の底部は、蛍光体含有層の光反射部材側の表面から厚み方向に、２０μｍ以上の距離で配置されていることが好ましく、４０μｍ以上の距離で配置してもよい。これにより、蛍光体含有層の溝における分離を抑制することができる。なお、溝の深さとは、凸部の高さと言い換えることもできる。溝には反射膜を設けてもよい。例えば、溝を形成した後、蛍光体含有層の露出表面のほぼ全面に反射膜を形成し、その後、凸部の上面側から研磨等を行って凸部の上面から反射膜を除去することにより、溝に反射膜が形成された構造を得ることができる。溝の底部が蛍光体含有層の光反射部材側の表面にまで達していないことにより、達している場合と比較して、基板との接合面積が大きい。このため、研磨等によって蛍光体含有層に負荷をかけた際の凸部の飛散又は破損の可能性を低減することができる。反射膜としては、誘電体多層膜、単層又は多層の金属膜等を用いることができる。誘電体としてはニオブ酸化物等を用いることができ、金属としてはＡｌ等を用いることができる。反射膜は、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）法を用いて形成してもよい。また、溝には、光を吸収する光吸収材を配置してもよく、光反射材と光吸収材の両方を配置してもよい。

溝は、蛍光体含有層に照射されるレーザ光の波長よりも大きな幅を有することが好ましい。これにより、レーザ光が、蛍光体含有層内で拡散して広がった場合においても、溝によって、その広がりを分断しやすい。よって、波長変換部材を発光させた際の輝度の低下を抑制することができる。さらには、溝の幅は、蛍光体含有層に含有される蛍光体の発光、すなわちレーザ光により蛍光体が励起されて発する光の波長よりも大きいことが好ましい。これにより、蛍光体による波長変換光の広がりも溝によって分断しやすく、輝度の低下をより抑制することができる。このように溝の幅を凸部内に閉じ込めたい光の波長以上とすることで、凸部と溝に充填されたもの（典型的には大気）との屈折率差によりこれらの界面で当該光を反射させることができる。また、溝の幅は、例えば３ｍｍ以下とする。溝の幅は、ブレード等を用いて形成する場合には、加工しやすいように例えば０．１ｍｍ以上とする。さらには０．４ｍｍ以上としてもよい。なお、溝の幅とは、溝の延伸方向と実質的に直交する方向における溝の一方の側面から他方の側面までの距離のうち、光反射部材の主面（蛍光体含有層側の面）と実質的に平行な方向の距離を指す。例えば溝の最上部の幅を上述の範囲内とする。より好ましくは、溝の延伸方向と実質的に直交する方向に溝を切断した場合に、溝の深さ方向における半分以上の領域において、溝の幅が上述の範囲内となるように溝を形成する。
なお、溝は、全てが同じ深さ及び／又は幅であることが好ましいが、上述した凸部１２ａを区画する溝が、上述した幅及び深さを有している限り、上述した凸部１２ａ以外の凸部１２ａ’を区画する溝が、上述した幅及び／又は深さを有していてもよい。

溝の断面形状は、例えば、四角形であってもよいし（例えば、図１Ａの１２ｃ）、半楕円形又は半円形であってもよいし（例えば、図７の７２ｃ）、底面側で幅狭のテーパー形状であってもよいし（例えば、図６の６２ｃ）、Ｖ字形状であってもよい（例えば、図５の５２ｃ）。これらのいずれの断面形状においても、溝のうちの最大幅、最大深さが上述した幅及び深さに相当すればよい。
なお、図２Ａ及び図２Ｂに示すように凸部２２ａが１つのみである場合は、ベース部２２ｂのうち凸部２２ａから露出した領域を、上述の溝と同様の形状等とすることができる。

蛍光体含有層は、その膜厚が薄くなるほど割れやすくなり、ハンドリングが困難となる。一方、その膜厚を厚くしすぎると、主な発熱領域である凸部の頂面近傍から基板までの距離が長くなり、放熱性が悪化する。従って、蛍光体含有層の膜厚は、凸部とベース部との合計厚みとして、５０μｍ〜３００μｍが好ましく、８０μｍ〜２００μｍがより好ましい。

蛍光体含有層は、例えば、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間静水圧成形（ＨＩＰ）冷間等方加圧成形（ＣＩＰ）等を用いて形成することができる。
溝の形成は、例えば、ダイシング、マシニングセンタにより、実行することができる。溝の形成は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程、リフトオフ法等を利用したパターニングでもよい。なかでも、ブレード又はレーザを用いたダイシング装置により溝を形成することが好ましい。これにより、容易に溝を形成することができる。例えば、蛍光体含有層に対してブレード又はレーザを縦横に走査すればよい。この場合、上面側から見て、溝は蛍光体含有層の端まで達してよい。なお、溝の形成は蛍光体含有層を基板に固定した後に行ってもよい。このようにすれば、溝による蛍光体含有層の分離をより抑制しやすいと考えられる。

〔発光装置〕
一実施形態の発光装置１００は、図８に示すように、上述した蛍光体含有層１２にレーザ光を照射するための１以上のレーザ素子８０を備える。波長変換部材１０は、レーザ素子８０から照射されるレーザ光Ａが、波長変換部材１０の凸部１２ａに照射される位置に配置されている。
このような構成により、ベース部において、蛍光体含有層の面積を確保することにより、蛍光体含有層の強度及び放熱性を向上させることができるとともに、凸部により蛍光体含有層内部でのレーザ光等の広がりを抑えることができる。その結果、発光面を主に凸部に限定することができるため、光源装置の輝度を向上させることができる。

なお、この発光装置においては、１つのレーザ素子に対して、１つの凸部を有する波長変換部材を用いてもよいし、複数の凸部を有する波長変換部材を用いてもよい。また、複数のレーザ素子に対して、１つの凸部を有する波長変換部材を用いてもよいし、複数の凸部を有する波長変換部材を用いてもよい。複数のレーザ素子を用いる場合は、例えば、複数のレーザ素子から出射する複数のレーザ光を１つのビームに集光して用いる。

（レーザ素子）
レーザ素子は、光源装置の光源として用いられる。レーザ素子が出射するレーザ光は指向性が強い光であるため、発光ダイオード（ＬＥＤ）が発する光よりも一般的に輝度が高い。したがって、光源としてレーザ素子を用いることにより、ＬＥＤを用いる場合よりも高輝度な光源装置を実現することができる。

レーザ素子から出射されたレーザ光Ａは、大気中あるいは光学部材等を経由して波長変換部材に向かって進行する。蛍光体含有層の凸部に照射されたレーザ光Ａのうち、一部は蛍光体含有層内に取り込まれる。この際、レーザ光Ａの一部は、蛍光体含有層の表面状態によって、その表面で反射されることがある。例えば、反射する光よりも蛍光体含有層内へ入射する光の方が多くなるように蛍光体含有層の表面状態を調整する。蛍光体含有層に取り込まれた光は、一部が蛍光体を励起して波長が変換された光となる。他の一部は光反射部材によって反射され、その間波長変換されず、レーザ光Ａのときの波長を維持したまま外部に取り出されることがある。外部にとり出される光Ｂは、波長変換された光のみであってもよいし、レーザ光Ａと波長変換された光との混合光であってもよい。レーザ光Ａは蛍光体含有層で散乱等されるため、蛍光体含有層を経た後はレーザ光ではない場合がある。ただし、レーザ光Ａの波長の光は、蛍光体含有層を経た後も、光Ｂの方向において、すなわち、凸部の表面を反射面としたときにレーザ光Ａが反射する方向において最大強度を有する光となる傾向がある。なお、蛍光体が発する光は指向性がほぼないため、波長変換された光が向かう方向は図８の光Ｂの方向に限らない。波長変換光の配光性はレーザ光Ａの入射角度と蛍光体含有層の形状に依存すると考えられる。例えば図８のように凸部が実質的に平坦な頂面を有する形状であれば、光は頂面から上方に向かう方向に主に取り出されると考えられる。なお、レーザ素子は、蛍光体含有層から離間した位置に設ける。これにより、レーザ素子からの放熱経路と蛍光体含有層からの放熱経路を別経路とすることができるため、各部材の熱を効率的に熱引きすることができる。

特に、レーザ光のうち、波長変換部材に取り込まれた光は、波長変換部材の凸部に取り込まれることとなるが、凸部は、その周辺が例えば大気によって取り囲まれるために、その端面において光の広がりが抑制される。これによって、凸部内に取り込まれたレーザ光の広がりを抑制でき、また、レーザ光により励起された蛍光体が発する光の広がりを抑制できるため、効率的に所定の方向に光を誘導し、取り出すことができる。その結果、波長変換部材を外側から観察した際の発光面を凸部及びその周辺に概ね限定することができる、すなわち、凸部を形成しない場合と比較して発光面の面積を小さくすることができる。これにより、光源装置の輝度を向上させることができる。

レーザ素子が出射するレーザ光のスポットは、上述した凸部に収まる程度のサイズであることが好ましい。具体的には、１ｍｍ^２以下であることが好ましく、０．５ｍｍ^２以下であることがより好ましい。レーザ光のスポットのサイズは、例えば０．００７ｍｍ^２以上である。また、レーザ光のスポットのサイズは、その幅が例えば０．１ｍｍ以上である。なお、幅とは、略円形の場合は直径を指し、略楕円形状の場合は長径（長軸の長さ）を指す。レーザ光のスポットは、レンズやファイバー等の光学部材を用いることによって調整することができる。レーザ光の波長変換部材への入射角度は、意図する光の取り出し方向、レーザ光の種類等によって適宜設定することができる。例えば、レーザ光の入射方向と反射方向が一致しないように、凸部の頂面に対して垂直な方向は避ける。
レーザ素子は、例えばパッケージに収容された状態で用いる。パッケージによりレーザ素子が気密封止されていることが好ましく、これによりレーザ素子が出射するレーザ光による集塵を抑制することができる。
レーザ素子は複数配置されていてもよい。この場合、複数のレーザ素子は、これらから出射されるレーザ光が、それぞれ、波長変換部材の同じ凸部に照射される位置に配置されていることが好ましい。これにより、１つの凸部により高密度のレーザ光を照射することができ、さらに高輝度化することができる。
レーザ素子は、例えば、４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有するレーザ光を出射する。このような波長帯のレーザ光は、ＹＡＧ系蛍光体の励起に適している。また、このような波長帯のレーザ光を出射するレーザ素子としては、ＧａＮ系レーザ素子が挙げられる。

（その他の部材）
発光装置は、例えば、光制御部材、レンズ（集光レンズ、コリメートレンズ等）、ダイクロイックミラー、ファイバー等の部材を単独で又は組み合わせて用いてもよい。例えば、特開２０１３−２５０３２１号公報、特開２０１２−２４３６２４号公報等がその一例として挙げられる。このような部材を利用することにより、レーザ光のスポットのサイズ及び形状を調整することができる。また、蛍光体含有層を経た後の光をレンズ等を用いて集光してもよい。

以下、図面を参照しながら、実施形態１〜８に係る波長変換部材及び光源装置について説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の位置や大きさ等は、説明を明確にするため誇張していることがある。同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は省略する。

実施形態１：波長変換部材
この実施形態１の波長変換部材１０は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、レーザ光を反射するための光反射部材１３と、この光反射部材１３上に設けられた蛍光体含有層１２とを備える。光反射部材１３は、基板１１の上に設けられている。
蛍光体含有層１２は、基板１１側から、ベース部１２ｂと、ベース部１２ｂと連続した凸部１２ａとを有する。凸部１２ａは、凸部１２ａに照射されるレーザ光のスポットより大きい。

基板１１は、銅板の表面に、銅板側から順にＮｉ層とＡｕ層が設けられた構成である。基板１１の外形は、平面形状が四角形の板状体であり、１０ｍｍ×２０ｍｍ程度の大きさ、２ｍｍ程度の厚さを有する。
蛍光体含有層１２は、平面視において基板１１の中央部に固定されている。ベース部１２ｂの外形は、平面形状が四角形であり、３ｍｍ×３ｍｍ程度の大きさ、１００μｍ程度の厚さを有する。すなわち、蛍光体含有層１２の下面から溝１２ｃの下端までの距離が４０μｍ程度である。ベース部１２ｂと凸部１２ａとの合計厚さは、１００μｍ程度である。
蛍光体含有層１２の表面には、直線状の溝１２ｃ（幅０．５ｍｍ程度）が縦横に一定の間隔で２本ずつ配置されており、これによって、蛍光体含有層１２の中央部が区画されて平面形状が四角形の凸部１２ａとなっている。従って、凸部１２ａには、溝１２ｃを介して縦横斜めに複数の凸部１２ａ’が隣接して配置されている。溝１２ｃの深さは、６０μｍ程度である。
凸部１２ａの頂面の大きさは１ｍｍ^２よりも小さい。具体的には、０．７ｍｍ×０．７ｍｍ程度の四角形である。
凸部１２ａ、１２ａ’の頂面は平坦である。
蛍光体含有層１２の下には光反射部材１３が設けられており、光反射部材１３が接合層１４によって基板１１に固定されている。光反射部材１３は、蛍光体含有層１２側から順に、ＳｉＯ_２膜とＮｂ_２Ｏ_５膜が繰り返し積層された誘電体多層膜と、Ａｇ層と、を有する。光反射部材１３の波長４００〜８００ｎｍの光に対するレーザ光の反射率は９５〜９９％程度である。

これにより、ベース部において、蛍光体含有層の強度を向上させることができ、さらに基板によって蛍光体含有層の強度を支持するとともに、放熱経路を確保することができる。また、凸部により蛍光体含有層内部でのレーザ光等の広がりを抑えることができる。その結果、放熱性及び強度を向上させることができ、且つ、レーザ素子とともに用いる場合に、光源装置の輝度を向上させることが可能となる。

このような波長変換部材は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
まず、平均粒径が約１０μｍのＹＡＧ系蛍光体［Ｙ_２．９５Ｃｅ_０．０５］Ａｌ_５Ｏ_１２からなる粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）からなる保持体とを混合し、ＳＰＳ焼結法を用いて焼結して、塊状の蛍光部材を作製する。

次に、塊状の蛍光部材をワイヤーソーによって、厚み０．３ｍｍの板状にスライスする。その後、＃８００のダイヤモンド砥粒を用いて、板状体の両面を研削し、研磨及びＣＭＰ処理を行い、蛍光部材の膜厚を１００μｍにする。この工程により、鏡面を有する板状の蛍光部材を得る。
その後、蛍光部材を３ｍｍ×３ｍｍ程度のサイズに個片化し、基板１１の上面に接合層１４によって接合する。接合層１４はＡｕＳｎ共晶合金を主に含む。その後、溝１２ｃを形成することにより、蛍光体含有層１２を備えた波長変換部材１０を作製する。

実施形態２：波長変換部材
この実施形態２の波長変換部材２０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、レーザ光を反射するための光反射部材２３と、この光反射部材２３上に設けられた蛍光体含有層２２とを備える。
蛍光体含有層２２が、ベース部２２ｂの略中央に、ベース部２２ｂと連続した１つの凸部２２ａを有する以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。
本実施形態においても、実施形態１の波長変換部材１０と同様の効果が得られる。また、凸部２２ａの側面から出た光が蛍光体含有層２２に再入射しにくいため、凸部２２ａ以外の領域における発光を抑制することができる。

実施形態３：波長変換部材
この実施形態３の波長変換部材３０は、図３に示すように、レーザ光を反射するための光反射部材と、この光反射部材上に設けられた蛍光体含有層３２とを備える。
平面視において、基板１１の大きさは、２０ｍｍ×４０ｍｍ程度であり、蛍光体含有層３２の大きさは、６ｍｍ×６ｍｍ程度である。蛍光体含有層３２において、幅０．５ｍｍの溝３２ｃを介して凸部３２ａが３列３行で、ベース部３２ｂ上に、一体的に、蛍光体含有層３２の中央部に配列され、その外周に、溝３２ｃを介して凸部３２ａ’が隣接するように配置されている以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。
本実施形態においても、実施形態１の波長変換部材１０と同様の効果が得られる。
また、凸部３２ａは、レーザ光を異なる複数の位置に照射する場合に対応するように配置されている。レーザ光は、各凸部３２ａを１つずつ所定の順序で照射してもよい。

実施形態４：波長変換部材
この実施形態４の波長変換部材４０は、図４に示すように、レーザ光を反射するための光反射部材と、この光反射部材上に設けられた蛍光体含有層４２とを備える。
蛍光体含有層４２が、ベース部４２ｂの略中央に、ベース部４２ｂと連続した、平面形状が円形の１つの凸部４２ａを有し、凸部４２ａの外周には溝４２ｃが形成されており、溝４２ｃの外周には、凸部４２ａ’が配置されている以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。
本実施形態においても、実施形態１の波長変換部材１０と同様の効果が得られる。また、凸部の平面視形状が円形であるため、レーザ光のスポット形状との近似性が実施形態１の波長変換部材１０よりも高い。これにより、レーザ光が照射されない部分の面積を減らすことが可能であり、輝度をさらなる向上を図ることができる。

実施形態５：波長変換部材
この実施形態５の波長変換部材５０は、図５に示すように、ベース部５２ｂの略中央に、ベース部５２ｂと連続した凸部５２ａを有する蛍光体含有層５２を備える。
凸部５２ａを区画する溝５２ｃの断面形状がＶ字状である以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。

実施形態６：波長変換部材
この実施形態６の波長変換部材６０は、図６に示すように、ベース部６２ｂの略中央に、ベース部６２ｂと連続した凸部６２ａを有する蛍光体含有層６２を備える。
凸部６２ａを区画する溝６２ｃの断面形状が底面側で幅狭のテーパー形状である以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。

実施形態７：波長変換部材
この実施形態７の波長変換部材７０は、図７に示すように、ベース部７２ｂの略中央に、ベース部７２ｂと連続した凸部７２ａを有する蛍光体含有層７２を備える。
凸部７２ａを区画する溝７２ｃの断面形状が半楕円形状である以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。

実施形態８：発光装置
この実施形態８の発光装置１００は、図８に示すように、波長変換部材１０と、蛍光体含有層１２にレーザ光を照射するための１以上のレーザ素子８０を備える。波長変換部材１０は、レーザ素子８０から照射されるレーザ光Ａが、波長変換部材１０の凸部１２ａに照射される位置に配置されている。
レーザ素子８０は、ピーク波長が約４５０ｎｍのレーザ光を出射可能であり、そのレーザ光のＦＦＰは略楕円形状である。図８に示すようにレーザ光は凸部１２ａの頂面に対して斜め方向から入射するため、凸部１２ａの頂面におけるレーザ光のスポット形状はほぼ楕円形状である。スポットのサイズは、例えば、長手方向の長さが０．５ｍｍであり、短手方向の長さが０．３ｍｍである。

このような構成により、ベース部において、蛍光体含有層の面積を確保することにより、蛍光体含有層の強度及び放熱性を向上させることができる。また、蛍光体含有層のベース部によって、基板等への放熱経路を比較的大面積で確保することができ、効率的な放熱を可能にする。さらに、凸部により蛍光体含有層内部でのレーザ光等の広がりを抑えることができる。その結果、光源装置の輝度を向上させることができる。

本発明の光源装置は、プロジェクタ装置、ヘッドライトを含む車載用の各種光源、液晶ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具などの各種用途に応じて利用することができる。

１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 波長変換部材
１１ 基板
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２ 蛍光体含有層
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ、７２ａ 凸部
１２ａ’、３２ａ’、４２ａ’ 凸部
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ、７２ｂ ベース部
１２ｃ、３２ｃ、４２ｃ、５２ｃ、６２ｃ、７２ｃ 溝
１３、２３ 光反射部材
１４ 接合層
８０ レーザ素子
１００ 発光装置
Ａ レーザ光
Ｂ 光

Claims (9)

1. レーザ光を反射する光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層を備え、
   前記蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有し、
   前記凸部は、前記凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きく、
   前記凸部は実質的に平坦な頂面を有し、該頂面の面積は、前記レーザ光のスポット面積の２倍よりも小さい面積であることを特徴とする波長変換部材。
2. レーザ光を反射する光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層を備え、
   前記蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有し、
   前記凸部は、前記凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きく、溝によって区画されており、該溝は、前記蛍光体含有層の厚みの５０〜８０％の深さを有することを特徴とする波長変換部材。
3. レーザ光を反射する光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層を備え、
   前記蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有し、
   前記凸部は、前記凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きく、溝によって区画されており、該溝は、前記蛍光体含有層の前記光反射部材側の表面から厚み方向に２０μｍ以上の距離をあけて配置されていることを特徴とする波長変換部材。
4. 前記凸部は実質的に平坦な頂面を有し、前記頂面の面積は、１ｍｍ²以下である請求項１〜３に記載の波長変換部材。
5. 前記溝は、前記照射されるレーザ光の波長よりも大きな幅を有する請求項２又は３に記載の波長変換部材。
6. 前記光反射部材の下方に基板が設けられた請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
7. 前記基板は、前記蛍光体含有層よりも熱伝導率の大きな材料により形成されている請求項６に記載の波長変換部材。
8. 該蛍光体含有層は、レーザ光が照射される前記凸部を複数備える請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
9. レーザ光を反射する光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層を備え、
   前記蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有し、
   前記凸部は、前記凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きい波長変換部材と、複数のレーザ素子と、を備え、
   前記波長変換部材は、前記複数のレーザ素子から照射されるレーザ光が、それぞれ、前記波長変換部材の同じ前記凸部に照射される位置に配置されていることを特徴とする光源装置。