JP6841043B2 - Fluorescent light source device and its manufacturing method - Google Patents

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Description

本発明は、励起光によって蛍光を出射する蛍光板を備えた蛍光光源装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a fluorescent light source device including a fluorescent plate that emits fluorescence by excitation light, and a method for manufacturing the same.

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体に照射し、当該蛍光体から蛍光を放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５に示すように、蛍光体によって構成された平板状の蛍光板５１と、当該蛍光板５１に励起光を照射する励起光源１１とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。この蛍光板５１は、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属ろうなどからなる接合部５２を介して放熱基板３１上に配設されている。この放熱基板３１は、蛍光板５１からの熱を外部へ放散させる機能と共に、反射面としての機能および蛍光板５１を保持する機能を有するものである。そして、蛍光板５１においては、放熱基板３１との接合面に対向する面が、励起光入射面とされていると共に蛍光出射面とされている。この励起光入射面および蛍光出射面とされる蛍光板５１の面においては、通常、その一部の領域（具体的には、中央領域）が励起光照射領域とされ、励起光照射領域の全域を含む、当該励起光照射領域より僅かに大面積の領域が蛍光出射領域とされている。 Conventionally, as a fluorescence light source device, a device having a configuration in which a laser beam is used as excitation light to irradiate a phosphor with fluorescence and fluorescence is emitted from the phosphor is known.
As shown in FIG. 5, a certain type of such a fluorescent light source device includes a flat plate-shaped fluorescent plate 51 composed of a phosphor and an excitation light source 11 that irradiates the fluorescent plate 51 with excitation light. (See, for example, Patent Document 1). The fluorescent plate 51 is arranged on the heat radiating substrate 31 via a joint portion 52 made of an organic adhesive, an inorganic adhesive, low melting point glass, metal wax, or the like. The heat radiating substrate 31 has a function of dissipating heat from the fluorescent plate 51 to the outside, a function as a reflecting surface, and a function of holding the fluorescent plate 51. In the fluorescent plate 51, the surface facing the joint surface with the heat radiating substrate 31 is both an excitation light incident surface and a fluorescence emitting surface. On the surface of the fluorescent plate 51 which is the excitation light incident surface and the fluorescence emission surface, a part of the region (specifically, the central region) is usually defined as the excitation light irradiation region, and the entire area of the excitation light irradiation region is covered. A region having a slightly larger area than the excitation light irradiation region including the excitation light irradiation region is defined as a fluorescence emission region.

しかしながら、このような反射型の蛍光光源装置においては、励起光が照射されることによって蛍光板が発熱して当該蛍光板の温度が高くなり、その結果、蛍光板において蛍光体に温度消光が生じ、十分な蛍光光束（蛍光光量）が得られなくなる、という問題がある。
蛍光板の温度が高くなる理由について説明する。蛍光板においては、蛍光体が、励起光を受光したときにその光エネルギーの一部を熱エネルギーに変換するものであるため、励起光が照射されることにより、熱が生じることとなる。そして、蛍光板においては、特に、励起光入射面における励起光照射領域の直下近傍部分、すなわち励起光入射面側の励起光照射領域に係る表層部分が極めて高温となる。然るに、放熱基板が、励起光入射面に対向する面側に配設されていることから、蛍光板において生じた熱を、放熱基板によって十分に排熱することができず、よって蛍光板において温度消光が生じることとなる。
このような問題は、励起光の入射パワー（励起光の励起エネルギー）が大きい場合に顕著となる。すなわち、励起光の入射パワーに比して十分な蛍光光束が得られなくなる。 However, in such a reflection type fluorescent light source device, the fluorescent plate generates heat due to irradiation with excitation light, and the temperature of the fluorescent plate rises. As a result, temperature quenching occurs in the phosphor in the fluorescent plate, which is sufficient. There is a problem that a fluorescent light source (amount of fluorescent light) cannot be obtained.
The reason why the temperature of the fluorescent screen becomes high will be described. In the fluorescent plate, when the phosphor receives the excitation light, a part of the light energy is converted into heat energy. Therefore, heat is generated by the irradiation of the excitation light. In the fluorescent plate, particularly, the portion immediately below the excitation light irradiation region on the excitation light incident surface, that is, the surface layer portion related to the excitation light irradiation region on the excitation light incident surface side becomes extremely hot. However, since the heat radiating substrate is arranged on the surface side facing the excitation light incident surface, the heat generated in the fluorescent plate cannot be sufficiently exhausted by the heat radiating substrate, and thus the temperature quenching is performed in the fluorescent plate. It will occur.
Such a problem becomes remarkable when the incident power of the excitation light (excitation energy of the excitation light) is large. That is, a sufficient fluorescent light flux cannot be obtained as compared with the incident power of the excitation light.

また、蛍光光源装置の他の構成のものとしては、蛍光体によって構成された平板状の蛍光板が光透過性基板に接着剤などによって接合されており、当該蛍光板において、光透過性基板との接合面である一面が励起光入射面とされ、光透過性基板との接合面に対向する面である他面が蛍光出射面とされたものがある。すなわち、蛍光板においては、光透過性基板を介して一面に励起光が照射され、蛍光が他面から出射される。このような透過型の蛍光光源装置においては、光透過性基板が熱伝導性を有するものとされており、当該光透過性基板は、金属からなる冷却用ブロックに接続されている。
しかしながら、このような蛍光光源装置においても、蛍光板の温度が高くなることに起因して十分な蛍光光束を得ることができない、という問題がある。 Further, as another configuration of the fluorescent light source device, a flat plate-shaped fluorescent plate made of a phosphor is bonded to a light-transmitting substrate by an adhesive or the like, and the fluorescent plate is bonded to the light-transmitting substrate. One surface is an excitation light incident surface, and the other surface, which is a surface facing the joint surface with the light transmitting substrate, is a fluorescence emission surface. That is, in the fluorescent plate, the excitation light is irradiated on one surface through the light transmissive substrate, and the fluorescence is emitted from the other surface. In such a transmissive fluorescent light source device, the light transmissive substrate is considered to have thermal conductivity, and the light transmissive substrate is connected to a cooling block made of metal.
However, even in such a fluorescent light source device, there is a problem that a sufficient fluorescent luminous flux cannot be obtained due to the high temperature of the fluorescent plate.

特開２０１１−１２９３５４号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-129354

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、高い発光効率を安定的に得ることのできる蛍光光源装置およびその製造方法を提供することにある。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a fluorescence light source device capable of stably obtaining high luminous efficiency and a method for manufacturing the same.

本発明の蛍光光源装置は、多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、
前記蛍光板は、前記蛍光発光層の励起光入射側の一面に形成された接合層を介して設けられた熱拡散層を有すると共に、励起光入射側とは反対側に高熱伝導層を有しており、
前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる金属接合層からなり、
前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられ、
前記接合層は、シリカおよびアルミナを含有し、その厚みは前記熱拡散層の厚みよりも小さく、シリカとアルミナとの混合割合が厚み方向に連続的または段階的に変化する状態の傾斜膜よりなることを特徴とする。
The fluorescence light source device of the present invention has a fluorescence light emitting layer made of a polycrystalline material, and includes a fluorescent plate having a periodic structure formed on the excitation light incident side of the fluorescence light emitting layer.
The fluorescent plate has a heat diffusion layer provided via a bonding layer formed on one surface of the fluorescence light emitting layer on the excitation light incident side, and also has a high thermal conductivity layer on the side opposite to the excitation light incident side. Ori,
The high thermal conductive layer is composed of a light reflecting layer and a metal bonding layer made of metal.
The fluorescent plate is provided so as to cover a part of the surface of the heat radiating substrate arranged on the high thermal conductive layer side.
The bonding layer contains silica and alumina, the thickness thereof is smaller than the thickness of the heat diffusion layer , and the bonding layer is composed of a gradient film in which the mixing ratio of silica and alumina changes continuously or stepwise in the thickness direction. It is characterized by that.

本発明の蛍光光源装置の製造方法は、上記の蛍光光源装置を製造するための蛍光光源装置の製造方法であって、
多結晶体からなる蛍光発光層の一面に滑面化膜が形成された蛍光発光層形成部材と、熱拡散層の一面に滑面化膜が形成された熱拡散層形成部材とをオプティカルコンタクトにより接合し、当該蛍光発光層と当該熱拡散層との間に、当該蛍光発光層形成部材における滑面化膜と当該熱拡散層形成部材における滑面化膜とよりなる接合層を形成する工程を有することを特徴とする。 The method for manufacturing a fluorescent light source device of the present invention is a method for manufacturing a fluorescent light source device for manufacturing the above-mentioned fluorescent light source device.
An optical contact is used between a fluorescent light emitting layer forming member having a smoothing film formed on one surface of a fluorescent light emitting layer made of a polycrystal and a heat diffusion layer forming member having a smoothing film formed on one surface of the heat diffusion layer. A step of joining and forming a bonding layer between the fluorescence light emitting layer and the heat diffusion layer, which is composed of a smoothing film in the fluorescence light emitting layer forming member and a smoothing film in the heat diffusion layer forming member. It is characterized by having.

本発明の蛍光光源装置においては、蛍光板は、蛍光発光層の励起光入射側に熱拡散層を有し、励起光入射側とは反対側に高熱伝導層を有しており、高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられている。そのため、蛍光発光層の励起光入射側の一面における一部の領域に励起光が入射することによって当該一部の領域の直下近傍部分に局所的に熱が発生した場合であっても、その熱が、熱拡散層に伝達されることによって拡散され、当該直下近傍部分の周囲部分および高熱伝導層を介して放熱基板に効率的に伝達される。すなわち、蛍光発光層には、励起光が入射することによって熱が発生した部分の周囲部分において、熱拡散層から高熱伝導層に向かって伸びる排熱路が形成される。その結果、放熱基板が蛍光発光層の励起光入射側とは反対側に配設されていても、励起光が照射されることによって蛍光発光層に生じた熱を、放熱基板に効率的に伝達して排熱することができるため、蛍光発光層における温度消光の発生を抑制することができる。
従って、本発明の蛍光光源装置においては、蛍光発光層において生じる熱を、高い接合強度によって蛍光発光層に接合された熱拡散層の作用と高熱伝導層の作用とによって効率的に放熱基板に伝達して排熱することができる。そのため、励起光の入射パワー（励起光の励起エネルギー）が大きい場合であっても、蛍光発光層における温度消光の発生を抑制でき、よって高い蛍光光束（蛍光光量）が得られる。その結果、高い発光効率を安定的に得ることができる。
しかも、本発明の蛍光光源装置においては、蛍光発光層と熱拡散層との間に介在する接合層が、シリカおよびアルミナを含有し、シリカとアルミナとの混合割合が厚み方向に連続的または段階的に変化する状態の傾斜膜よりなる。これにより、接合層と、蛍光発光層および熱拡散層との関係における屈折率の変化を小さくすることができ、よって励起光および蛍光の反射率を抑制することができ、その結果、より一層高い発光効率を安定的に得ることができる。
さらに、接合層がシリカおよびアルミナを含有するものよりなることから、多結晶体からなる蛍光発光層と熱拡散層との間において高い接合強度を得ることができる。 In the fluorescence light source device of the present invention, the fluorescent plate has a heat diffusion layer on the excitation light incident side of the fluorescence light emitting layer, a high thermal conductivity layer on the opposite side to the excitation light incident side, and is on the high thermal conductivity layer side. It is provided so as to cover a part of the surface of the heat radiating substrate arranged in. Therefore, even if the excitation light is incident on a part of the surface of the fluorescent light emitting layer on the excitation light incident side and the heat is locally generated in the vicinity immediately below the part of the region, the heat is generated. Is diffused by being transmitted to the heat diffusion layer, and is efficiently transmitted to the heat radiating substrate via the peripheral portion of the portion immediately below the heat diffusion layer and the high heat conduction layer. That is, in the fluorescent light emitting layer, a heat exhaust path extending from the heat diffusion layer toward the high heat conductive layer is formed in the peripheral portion of the portion where heat is generated by the incident of the excitation light. As a result, even if the heat radiating substrate is arranged on the side opposite to the excitation light incident side of the fluorescence light emitting layer, the heat generated in the fluorescence light emitting layer due to the irradiation of the excitation light is efficiently transferred to the heat radiation substrate. Since the heat can be exhausted, the occurrence of temperature quenching in the fluorescent light emitting layer can be suppressed.
Therefore, in the fluorescence light source device of the present invention, the heat generated in the fluorescence light emitting layer is efficiently transferred to the heat dissipation substrate by the action of the heat diffusion layer bonded to the fluorescence light emitting layer by the high bonding strength and the action of the high heat conduction layer. And can exhaust heat. Therefore, even when the incident power of the excitation light (excitation energy of the excitation light) is large, the occurrence of temperature quenching in the fluorescence light emitting layer can be suppressed, and thus a high fluorescence light beam (fluorescence light amount) can be obtained. As a result, high luminous efficiency can be stably obtained.
Moreover, in the fluorescence light source device of the present invention, the bonding layer interposed between the fluorescence light emitting layer and the heat diffusion layer contains silica and alumina, and the mixing ratio of silica and alumina is continuous or stepwise in the thickness direction. It consists of an inclined film in a state of changing. As a result, the change in the refractive index in the relationship between the bonding layer and the fluorescent light emitting layer and the thermal diffusion layer can be reduced, and thus the reflectance of the excitation light and the fluorescence can be suppressed, and as a result, the reflectance is further higher. Luminous efficiency can be obtained stably.
Further, since the bonding layer is made of one containing silica and alumina, high bonding strength can be obtained between the fluorescent light emitting layer made of polycrystalline material and the heat diffusion layer.

本発明の蛍光光源装置の製造方法によれば、多結晶体からなる蛍光発光層と熱拡散層とを高い接合強度によって接合することができ、よって本発明の蛍光光源装置を製造することができる。 According to the method for manufacturing a fluorescent light source device of the present invention, the fluorescent light emitting layer made of polycrystalline material and the heat diffusion layer can be bonded with high bonding strength, and thus the fluorescent light source device of the present invention can be manufactured. ..

本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the outline of the structure in the example of the fluorescent light source device of this invention. 図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the fluorescence light emitting member in the fluorescence light source apparatus of FIG. 本発明の蛍光光源装置の製造方法における、蛍光発光層形成部材と熱拡散層形成部材とを接合する工程を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the step of joining a fluorescent light emitting layer forming member and a heat diffusion layer forming member in the manufacturing method of the fluorescent light source apparatus of this invention. 本発明の蛍光光源装置において用いられる、蛍光発光部材の構成の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows another example of the structure of the fluorescent light emitting member used in the fluorescent light source device of this invention. 従来の蛍光光源装置の構成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the conventional fluorescent light source apparatus.

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一例における構成の概略を示す説明図である。
この蛍光光源装置１０は、図１に示すように、例えばレーザダイオードよりなる励起光源１１と、励起光源１１から出射される励起光Ｌによって励起されて蛍光を放射する蛍光板２１を有する略平板状の蛍光発光部材１５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。蛍光発光部材１５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。また、励起光源１１と蛍光発光部材１５との間における当該励起光源１１に接近した位置には、入射された励起光Ｌを平行光として出射するコリメータレンズ１８が配置されている。 Hereinafter, embodiments of the fluorescent light source device of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration in an example of the fluorescence light source device of the present invention.
As shown in FIG. 1, the fluorescence light source device 10 has a substantially flat plate shape having, for example, an excitation light source 11 made of a laser diode and a fluorescence plate 21 that is excited by excitation light L emitted from the excitation light source 11 and emits fluorescence. A fluorescent light emitting member 15 is provided, and these are arranged apart from each other. The fluorescence light emitting member 15 is arranged in an inclined posture with respect to the optical axis of the excitation light source 11 so as to face the excitation light source 11. Further, a collimator lens 18 that emits the incident excitation light L as parallel light is arranged at a position close to the excitation light source 11 between the excitation light source 11 and the fluorescence light emitting member 15.

蛍光発光部材１５は、図２に示すように、略平板状の蛍光板２１が、平板状の放熱基板３１の表面（図２における上面）に配設されたものである。
この蛍光発光部材１５には、放熱基板３１の裏面（図２における下面）に、例えば銅などの金属からなる放熱部材（図示省略）が設けられている。 As shown in FIG. 2, the fluorescent light emitting member 15 has a substantially flat fluorescent plate 21 arranged on the surface (upper surface in FIG. 2) of the flat heat radiation substrate 31.
The fluorescent light emitting member 15 is provided with a heat radiating member (not shown) made of a metal such as copper on the back surface (lower surface in FIG. 2) of the heat radiating substrate 31.

蛍光板２１は、多結晶体からなる、平板状の蛍光発光層２２と、略平板状の周期構造体層２５とが積層したものであり、周期構造体層２５の表面（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。この周期構造体層２５の表面には、複数の凸部２８が周期的に配列されてなる周期構造体２７が形成されている。
また、蛍光板２１においては、蛍光発光層２２の裏面（図２における下面）に、光反射膜よりなる光反射層３３が設けられている。さらに、光反射層３３の裏面（図２における下面）には、金属からなる金属接合層３５が設けられており、当該金属接合層３５によって蛍光板２１が放熱基板３１上に接合されている。そして、光反射層３３と金属接合層３５とにより、高熱伝導層３２が構成されている。すなわち、蛍光板２１は、蛍光発光層２２の励起光入射側とは反対側に、光反射層３３と金属接合層３５とからなる高熱伝導層３２を有している。
この図の例において、蛍光板２１の励起光入射面（周期構造体層２５の表面）には、当該励起光入射面の一部の領域（具体的には、中央領域）により、励起光源１１から出射されてコリメータレンズ１８によって平行光化された励起光Ｌ（レーザ光）が照射される励起光照射領域が形成されている。また、蛍光板２１の蛍光出射面（周期構造体層２５の表面）には、励起光照射領域の全域を含む、当該励起光照射領域より大面積の蛍光出射領域が形成されている。 The fluorescent plate 21 is formed by laminating a flat plate-shaped fluorescent light emitting layer 22 made of a polycrystalline material and a substantially flat plate-shaped periodic structure layer 25, and the surface of the periodic structure layer 25 (upper surface in FIG. 2) is formed. , It is used as an excitation light incident surface and also as a fluorescence emitting surface. On the surface of the periodic structure layer 25, a periodic structure 27 in which a plurality of convex portions 28 are periodically arranged is formed.
Further, in the fluorescent plate 21, a light reflecting layer 33 made of a light reflecting film is provided on the back surface (lower surface in FIG. 2) of the fluorescent light emitting layer 22. Further, a metal bonding layer 35 made of metal is provided on the back surface (lower surface in FIG. 2) of the light reflecting layer 33, and the fluorescent plate 21 is bonded on the heat radiating substrate 31 by the metal bonding layer 35. The high thermal conductive layer 32 is formed by the light reflecting layer 33 and the metal bonding layer 35. That is, the fluorescent plate 21 has a high thermal conductive layer 32 composed of a light reflecting layer 33 and a metal bonding layer 35 on the side opposite to the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer 22.
In the example of this figure, on the excitation light incident surface (surface of the periodic structure layer 25) of the fluorescent plate 21, a part of the excitation light incident surface (specifically, the central region) is formed from the excitation light source 11. An excitation light irradiation region is formed in which the excitation light L (laser light) emitted and parallelized by the collimator lens 18 is irradiated. Further, on the fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21 (the surface of the periodic structure layer 25), a fluorescence emission region having a larger area than the excitation light irradiation region is formed, including the entire area of the excitation light irradiation region.

そして、蛍光板２１には、蛍光発光層２２の励起光入射側の一面、すなわち蛍光発光層２２の表面（図２における上面）に形成された接合層２４を介して平板状の熱拡散層２３が設けられている。具体的には、蛍光発光層２２と周期構造体層２５との間において、蛍光発光層２２の表面（図２における上面）上に、接合層２４によって熱拡散層２３が接合されている。このようにして、蛍光板２１においては、蛍光発光層２２が、熱拡散層２３と高熱伝導層３２とに挟み込まれた状態とされている。
この図の例において、蛍光発光層２２の表面には、接合層２４、熱拡散層２３および周期構造体層２５がこの順に積層されている。 Then, on the fluorescent plate 21, a flat plate-shaped heat diffusion layer 23 is provided via a bonding layer 24 formed on one surface of the fluorescence light emitting layer 22 on the excitation light incident side, that is, the surface of the fluorescence light emitting layer 22 (upper surface in FIG. 2). It is provided. Specifically, between the fluorescent light emitting layer 22 and the periodic structure layer 25, the heat diffusion layer 23 is bonded by the bonding layer 24 on the surface of the fluorescent light emitting layer 22 (upper surface in FIG. 2). In this way, in the fluorescent plate 21, the fluorescent light emitting layer 22 is sandwiched between the heat diffusion layer 23 and the high thermal conductive layer 32.
In the example of this figure, the bonding layer 24, the heat diffusion layer 23, and the periodic structure layer 25 are laminated in this order on the surface of the fluorescence light emitting layer 22.

蛍光板２１において、蛍光発光層２２上に接合層２４を介して熱拡散層２３が積層されていることによれば、蛍光板２１における励起光入射領域に励起光Ｌが照射されることによって蛍光発光層２２において局所的に生じた熱を、当該熱拡散層２３によって拡散させることにより放熱基板３１に効率的に伝達して排熱することができる。また、熱拡散層２３と蛍光発光層２２との間において高い接合強度を得ることができる。
具体的に説明すると、蛍光発光層２２には、蛍光板２１の励起光入射面における励起光入射領域に励起光Ｌが照射されることにより、周期構造体層２５、熱拡散層２３および接合層２４を介して励起光Ｌが照射される。そして、蛍光発光層２２においては、当該蛍光発光層２２の表面における、励起光入射領域の直下領域および当該直下領域の周辺領域（以下、これらをまとめて「光入射中央領域」ともいう。）に対して、励起光Ｌが入射する。このようにして励起光Ｌが入射することにより、蛍光発光層２２における光入射中央領域の直下近傍部分、すなわち励起光入射側の光入射中央領域に係る表層部分（以下、「中央表層部分」ともいう。）が局所的に発熱して高温となる。そして、この中央表層部分において生じた熱は、熱拡散層２３の中央部分（具体的には、熱拡散層２３における中央表層部分（光入射中央領域）の直上部分）に伝達され、その熱拡散層２３において、当該熱拡散層２３の沿層方向外方、すなわち当該熱拡散層２３の周側面に向かって伝導される。このようにして熱拡散層２３における中央部分の周囲部分に伝導された熱は、蛍光発光層２２における中央表層部分の周囲部分を介して放熱基板３１に伝達されて、当該放熱基板３１において排熱される。このように、熱拡散層２３を設けることによれば、蛍光発光層２２における中央表層部分の周囲部分、すなわち中央表層部分に比して高温とされていない部分を、排熱路として有効に利用することができるため、蛍光発光層２２において生じた熱を、効率的に排熱することができる。
また、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に接合層２４が介在されていることによれば、蛍光板２１の設計の自由度が大きくなる。そのため、蛍光発光層２２が、表面を平滑化することが困難とされる多結晶体からなるものであっても、当該蛍光発光層２２と熱拡散層２３とを、オプティカルコンタクトによって接合することができる。そして、オプティカルコンタクトによれば、蛍光発光層２２と熱拡散層とを、接着剤などの接合部材によらず、表面分子間力を利用して接合することができるため、当該蛍光発光層２２と当該熱拡散層２３との間に高い接合強度を得ることができる。 According to the fact that the heat diffusion layer 23 is laminated on the fluorescence light emitting layer 22 via the bonding layer 24 in the fluorescence plate 21, the fluorescence light emitting layer is caused by irradiating the excitation light incident region of the fluorescence plate 21 with the excitation light L. By diffusing the heat locally generated in 22 by the heat diffusion layer 23, the heat can be efficiently transferred to the heat dissipation substrate 31 and exhausted. Further, a high bonding strength can be obtained between the heat diffusion layer 23 and the fluorescence light emitting layer 22.
Specifically, the fluorescent light emitting layer 22 is irradiated with the excitation light L on the excitation light incident surface of the fluorescent plate 21, whereby the periodic structure layer 25, the heat diffusion layer 23, and the bonding layer 24 are irradiated. The excitation light L is irradiated through. Then, in the fluorescence light emitting layer 22, the region directly below the excitation light incident region and the peripheral region of the region directly below the excitation light incident region on the surface of the fluorescence light emitting layer 22 (hereinafter, these are collectively referred to as “light incident center region”). On the other hand, the excitation light L is incident. When the excitation light L is incident in this way, the portion of the fluorescence light emitting layer 22 immediately below the light incident central region, that is, the surface layer portion related to the light incident central region on the excitation light incident side (hereinafter, also referred to as “central surface layer portion”). ) Generates heat locally and becomes hot. Then, the heat generated in the central surface layer portion is transferred to the central portion of the heat diffusion layer 23 (specifically, the portion directly above the central surface layer portion (light incident central region) in the heat diffusion layer 23), and the heat diffusion thereof. In the layer 23, the heat is conducted outward of the heat diffusion layer 23 in the creeping direction, that is, toward the peripheral side surface of the heat diffusion layer 23. The heat conducted to the peripheral portion of the central portion of the heat diffusion layer 23 is transferred to the heat radiating substrate 31 via the peripheral portion of the central surface layer portion of the fluorescent light emitting layer 22, and the heat is exhausted in the heat radiating substrate 31. Is done. By providing the heat diffusion layer 23 in this way, the peripheral portion of the central surface layer portion of the fluorescent light emitting layer 22, that is, the portion whose temperature is not higher than that of the central surface layer portion, is effectively used as a heat exhaust path. Therefore, the heat generated in the fluorescent light emitting layer 22 can be efficiently exhausted.
Further, since the bonding layer 24 is interposed between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, the degree of freedom in designing the fluorescent plate 21 is increased. Therefore, even if the fluorescent light emitting layer 22 is made of a polycrystalline material whose surface is difficult to smooth, the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 can be bonded by optical contact. it can. Then, according to the optical contact, the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer can be joined by using the intermolecular force on the surface without using a joining member such as an adhesive, so that the fluorescent light emitting layer 22 can be joined. A high bonding strength can be obtained with the heat diffusion layer 23.

蛍光板２１において、蛍光発光層２２の形成材料、すなわち多結晶体としては、蛍光体を含有する焼結体が用いられる。具体的には、蛍光体と金属酸化物との混合焼結体が用いられる。
蛍光発光層２２が多結晶体からなるものであることにより、蛍光発光層２２が高い熱伝導性を有するものとなる。 In the fluorescent plate 21, a sintered body containing a phosphor is used as the material for forming the fluorescent light emitting layer 22, that is, the polycrystal. Specifically, a mixed sintered body of a phosphor and a metal oxide is used.
Since the fluorescent light emitting layer 22 is made of a polycrystalline material, the fluorescent light emitting layer 22 has high thermal conductivity.

蛍光発光層２２の形成材料（多結晶体）において、蛍光体の具体例としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｐｒ、ＹＡＧ：Ｓｍ等のＹＡＧ蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＣＡＳＮ：Ｅｕ、サイアロン：Ｅｕなどが挙げられる。このような蛍光体において、賦活材のドープ量は、０．５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
ここに、蛍光発光層２２において生じる蛍光は、例えばピーク波長が５２０〜６５０ｎｍの光である。 In the material (polycrystalline) for forming the fluorescent light emitting layer 22, specific examples of the phosphor include YAG phosphors such as YAG: Ce, YAG: Pr, YAG: Sm, (Y, Gd) AG: Ce, LuAG: Examples include Ce, CASN: Eu, and Sialon: Eu. In such a phosphor, the doping amount of the activator is preferably 0.5 mol% or less.
Here, the fluorescence generated in the fluorescence light emitting layer 22 is, for example, light having a peak wavelength of 520 to 650 nm.

蛍光発光層２２の形成材料（多結晶体）を構成する金属酸化物としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）が好ましい。すなわち、蛍光発光層２２を構成する多結晶体は、蛍光体と共に、アルミナを含むものであることが好ましい。
蛍光発光層２２（多結晶体）が蛍光体と共にアルミナを含むものであることにより、当該蛍光発光層２２はより一層高い熱伝導性を有するものとなる。そのため、蛍光発光層２２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、蛍光発光層２２が高温となることが抑制される。また、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との接合強度などの観点において、蛍光発光層２２における蛍光体の種類の選択の自由度および熱拡散層２３における形成材料の選択の自由度が大きくなる。その上、アルミナと蛍光体との屈折率の差に起因して、蛍光体とアルミナとの界面において光（励起光Ｌおよび蛍光発光層２２において生じる蛍光）の進行方向が変更されるため、励起光Ｌが蛍光に変換されやすくなり、また蛍光出射面から蛍光が取り出されやすくなる。
この図の例において、蛍光発光層２２を構成する多結晶体としては、賦活材のドープ量が０．５ｍｏｌ％以下であるＹＡＧ蛍光体とアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）との混合焼結体が用いられている。 Aluminium (Al 2 O 3 ) is preferable as the metal oxide constituting the material (polycrystal) for forming the fluorescent light emitting layer 22. That is, it is preferable that the polycrystalline material constituting the fluorescent light emitting layer 22 contains alumina together with the phosphor.
Since the fluorescent light emitting layer 22 (polycrystal) contains alumina together with the phosphor, the fluorescent light emitting layer 22 has even higher thermal conductivity. Therefore, in the fluorescent light emitting layer 22, the heat generated by the irradiation of the excitation light is efficiently exhausted, so that the fluorescent light emitting layer 22 is suppressed from becoming high in temperature. Further, from the viewpoint of the bonding strength between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, the degree of freedom in selecting the type of phosphor in the fluorescence light emitting layer 22 and the degree of freedom in selecting the forming material in the heat diffusion layer 23 are increased. .. Moreover, due to the difference in refractive index between the alumina and the phosphor, the traveling direction of light (excitation light L and fluorescence generated in the fluorescence light emitting layer 22) is changed at the interface between the phosphor and the alumina, so that the excitation is performed. Light L is easily converted into fluorescence, and fluorescence is easily extracted from the fluorescence emitting surface.
In the example of this figure, as the polycrystal constituting the fluorescent light emitting layer 22, a mixed sintered body of YAG phosphor having a doping amount of 0.5 mol% or less of the activator and alumina (Al 2 O 3) is used. It is used.

また、蛍光発光層２２においては、特に蛍光発光層２２と熱拡散層２３とが共にアルミナを含む場合には、熱拡散層２３との熱膨張率の差が１×１０-6／Ｋ以下であることが好ましい。
蛍光発光層２２の熱膨張率と熱拡散層２３の熱膨張率との差が１×１０-6／Ｋ以下であることにより、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間において、蛍光発光部材１５に励起光Ｌが照射されることに起因する剥離の発生を防止または十分に抑制することができる。
また、特に、蛍光発光層２２および熱拡散層２３が共にアルミナを含み、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との熱膨張率の差が１×１０-6／Ｋ以下であることによれば、後述する、蛍光発光層２２と熱拡散層２３とを接合する工程において、アニール温度を３００℃以上に高くすることができる。そのため、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間において、接合強度をより大きくすることができ、また接合層２４において、２つの滑面化膜の接合面に剥離および気泡が生じることがない。具体的には、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間において、例えば２．１Ｊ／ｍ2 を超える接合強度を得ることができる。 Further, in the fluorescence light emitting layer 22, particularly when both the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 contain alumina, the difference in the coefficient of thermal expansion from the heat diffusion layer 23 is 1 × 10 -6 / K or less. It is preferable to have.
When the difference between the coefficient of thermal expansion of the fluorescence light emitting layer 22 and the coefficient of thermal expansion of the heat diffusion layer 23 is 1 × 10 -6 / K or less, fluorescence emission is emitted between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23. It is possible to prevent or sufficiently suppress the occurrence of peeling due to the irradiation of the member 15 with the excitation light L.
Further, in particular, according to the fact that both the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 contain alumina, and the difference in the coefficient of thermal expansion between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 is 1 × 10 -6 / K or less. In the step of joining the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, which will be described later, the annealing temperature can be raised to 300 ° C. or higher. Therefore, the bonding strength can be further increased between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, and in the bonding layer 24, peeling and bubbles do not occur on the bonding surface of the two smoothing films. .. Specifically, a bonding strength exceeding 2.1 J / m 2 can be obtained between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, for example.

蛍光発光層２２において、熱伝導率および熱膨張率は、蛍光体の種類、金属酸化物の種類、および蛍光体と金属酸化物との混合割合などによって制御することができる。 In the fluorescent light emitting layer 22, the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion can be controlled by the type of phosphor, the type of metal oxide, the mixing ratio of the phosphor and the metal oxide, and the like.

この蛍光発光層２２を構成する多結晶体は、例えば下記の手法によって得ることができる。
先ず、蛍光体原材料（具体的には母材、賦活材、焼成助剤（具体的には、例えばシリカ（ＳｉＯ2 ）））および金属酸化物（具体的には、例えばアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ））を、ボールミルなどを用いて粉砕処理することにより、サブミクロン以下の原材料微粉末を得る。そして、得られた原材料微粉末と、有機溶剤とにより、原材料微粉末が有機溶剤中において均一に分散されてなるスラリーを調製する。
次いで、得られたスラリーからドクターブレード法によって成形体を作製し、その成形体を焼成処理することにより、焼結体を得る。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０．５％以下の多結晶体が得られる。 The polycrystals constituting the fluorescent light emitting layer 22 can be obtained by, for example, the following method.
First, a phosphor raw material (specifically, a base material, an activator, a firing aid (specifically, for example, silica (SiO 2 ))) and a metal oxide (specifically, for example, alumina (Al 2 O 3)). )) Is pulverized using a ball mill or the like to obtain a raw material fine powder of submicron or less. Then, the obtained raw material fine powder and the organic solvent are used to prepare a slurry in which the raw material fine powder is uniformly dispersed in the organic solvent.
Next, a molded product is produced from the obtained slurry by the doctor blade method, and the molded product is fired to obtain a sintered body. Then, the obtained sintered body is subjected to hot isotropic pressure processing to obtain a polycrystal having a porosity of 0.5% or less.

また、蛍光発光層２２の厚みは、励起光有効利用性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。 The thickness of the fluorescent light emitting layer 22 is preferably 0.05 to 2.0 mm from the viewpoint of effective use of excitation light and heat exhaustability.

熱拡散層２３は、励起光Ｌおよび蛍光（蛍光発光層２２を構成する蛍光体から放射される蛍光）に対する光透過性と、優れた熱拡散性（熱伝導性）とを有するものである。
この熱拡散層２３において、当該熱拡散層２３の熱伝導率は、蛍光発光層２２の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。具体的には、熱拡散層２３の熱伝導率は、蛍光発光層２２の熱伝導率、および、後述するように熱拡散層２３の厚みなどに応じて定められるが、２０〜２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。 The heat diffusion layer 23 has light transmission to excitation light L and fluorescence (fluorescence radiated from a phosphor constituting the fluorescence light emitting layer 22) and excellent heat diffusion (heat conductivity).
In the heat diffusion layer 23, the thermal conductivity of the heat diffusion layer 23 is preferably larger than that of the fluorescence light emitting layer 22. Specifically, the thermal conductivity of the thermal diffusivity layer 23 is determined according to the thermal conductivity of the fluorescence light emitting layer 22 and the thickness of the thermal diffusivity layer 23 as described later, but is 20 to 200 W / (m). -K) is preferable.

また、熱拡散層２３は、当該熱拡散層２３の厚みをｔ〔ｍ〕、当該熱拡散層２３の熱伝導率をλ〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕とするとき、厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が、１０〜３５０Ｋ／Ｗであることが好ましい。ここに、熱拡散層２３に係る「厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））」は、熱拡散層２３の熱抵抗、すなわち熱拡散能の指標を示すものであり、値が小さいほど熱を伝導しやすいことを示している。すなわち、熱拡散層２３においては、厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））が小さい値であることが好ましい。
厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が過大である場合には、熱拡散層２３に十分な熱拡散性（熱伝導性）が得られず、よって蛍光発光層２２において蛍光体に温度消光が生じることとなり、十分な蛍光光束（蛍光光量）が得られなくなるおそれがある。
厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が過小である場合としては、熱拡散層２３の厚みｔが大きい場合が考えられる。そのような場合、特に厚みｔが０．６ｍｍを超える場合には、蛍光体から放射された蛍光が、熱拡散層２３内を沿層方向（図２における左右方向）に導光して当該熱拡散層２３の周側面から出射されるため、蛍光板２１の蛍光出射面からの出射光において十分な蛍光出力が得られなくなるおそれがある。すなわち、蛍光板２１の蛍光出射面において十分に高い効率で蛍光を出射することができなくなるおそれがある。 Further, the heat diffusion layer 23 has a thickness t and heat conductivity when the thickness of the heat diffusion layer 23 is t [m] and the thermal conductivity of the heat diffusion layer 23 is λ [W / (m · K)]. The value of the reciprocal of the product with the rate λ (1 / (t × λ)) is preferably 10 to 350 K / W. Here, the "inverse number (1 / (t × λ)) of the product of the thickness t and the thermal conductivity λ" relating to the heat diffusion layer 23 indicates the thermal resistance of the heat diffusion layer 23, that is, an index of the heat diffusion ability. The smaller the value, the easier it is to conduct heat. That is, in the heat diffusion layer 23, it is preferable that the reciprocal (1 / (t × λ)) of the product of the thickness t and the thermal conductivity λ is a small value.
If the value of the reciprocal (1 / (t × λ)) of the product of the thickness t and the thermal conductivity λ is excessive, sufficient thermal diffusivity (thermal conductivity) cannot be obtained in the thermal diffusion layer 23. Therefore, thermal extinction occurs in the phosphor in the fluorescent light emitting layer 22, and there is a possibility that a sufficient fluorescent light beam (fluorescent light amount) cannot be obtained.
When the value of the reciprocal (1 / (t × λ)) of the product of the thickness t and the thermal conductivity λ is too small, it is conceivable that the thickness t of the thermal diffusivity layer 23 is large. In such a case, especially when the thickness t exceeds 0.6 mm, the fluorescence emitted from the phosphor guides the inside of the heat diffusion layer 23 in the longitudinal direction (left-right direction in FIG. 2) and the heat. Since the light is emitted from the peripheral side surface of the diffusion layer 23, there is a possibility that sufficient fluorescence output cannot be obtained from the light emitted from the fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21. That is, there is a possibility that fluorescence cannot be emitted with sufficiently high efficiency on the fluorescence emitting surface of the fluorescence plate 21.

熱拡散層２３の形成材料は、蛍光発光層２２における蛍光体を励起するエネルギーが約５Ｗ／ｍｍ2 以上の励起密度を有することから、無機材料であることが好ましい。
熱拡散層２３の形成材料の具体例としては、サファイア（熱伝導率４２Ｗ／（ｍ・Ｋ），熱膨張率７．７×１０-6／Ｋ）、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ，熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ），熱膨張率７．２×１０-6／Ｋ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ，熱伝導率６０Ｗ／（ｍ・Ｋ），熱膨張率１１×１０-6／Ｋ）、窒化ガリウム（ＧａＮ，熱伝導率２００Ｗ／（ｍ・Ｋ））およびダイヤモンド（熱伝導率２０００Ｗ／（ｍ・Ｋ），熱膨張率１．１×１０-6／Ｋ）などが挙げられる。ここに、窒化ガリウムとしては、単結晶体（熱膨張率５．０×１０-6／Ｋ）および多結晶体（熱膨張率７．７×１０-6／Ｋ）のいずれをも用いることができる。
また、熱拡散層２３は、蛍光発光層２２（多結晶体）がアルミナを含むものである場合には、アルミナを含むものであることが好ましい。すなわち、熱拡散層２３と蛍光発光層２２とは、共にアルミナを含むものであることが好ましい。 The material for forming the heat diffusion layer 23 is preferably an inorganic material because the energy for exciting the phosphor in the fluorescence light emitting layer 22 has an excitation density of about 5 W / mm 2 or more.
Specific examples of the material for forming the thermal diffusion layer 23 include sapphire (thermal conductivity 42 W / (m · K), coefficient of thermal expansion 7.7 × 10 -6 / K), alumina (Al 2 O 3 , thermal conductivity). 30 W / (m · K), coefficient of thermal expansion 7.2 × 10 -6 / K), magnesium oxide (MgO, thermal conductivity 60 W / (m · K), coefficient of thermal expansion 11 × 10 -6 / K), Examples thereof include gallium nitride (GaN, thermal conductivity 200 W / (m · K)) and diamond (thermal conductivity 2000 W / (m · K), coefficient of thermal expansion 1.1 × 10 -6 / K). Here, as gallium nitride, either a single crystal (coefficient of thermal expansion 5.0 × 10 -6 / K) or a polycrystalline material (coefficient of thermal expansion 7.7 × 10 -6 / K) can be used. it can.
Further, when the fluorescent light emitting layer 22 (polycrystal) contains alumina, the heat diffusion layer 23 preferably contains alumina. That is, it is preferable that both the heat diffusion layer 23 and the fluorescence light emitting layer 22 contain alumina.

また、熱拡散層２３の厚み（最大厚み）は、前述したように熱拡散層２３の熱伝導率に応じて定められるが、励起光有効利用性および排熱性の観点から、０．０３〜０．６ｍｍであることが好ましい。
また、熱拡散層２３の面積（具体的には、熱拡散層２３の裏面（図２における下面）の面積）は、当該熱拡散層２３の熱拡散性および蛍光発光層２２の有効利用性（具体的には、蛍光発光層２２の排熱路としての利用性）などの観点から、蛍光発光層２２の面積（具体的には、蛍光発光層２２の表面の面積）以上であることが好ましい。
この図の例において、熱拡散層２３は、裏面の面積が蛍光発光層２２の表面の面積と同等の面積とされている。すなわち、熱拡散層２３の裏面は、蛍光発光層２２の表面の縦横寸法と同等の縦横寸法を有しており、熱拡散層２３の周側面と蛍光発光層２２の周側面とが段差のない連続面を構成している。 The thickness (maximum thickness) of the heat diffusion layer 23 is determined according to the thermal conductivity of the heat diffusion layer 23 as described above, but is 0.03 to 0 from the viewpoint of effective use of excitation light and heat exhaustability. It is preferably 0.6 mm.
Further, the area of the heat diffusion layer 23 (specifically, the area of the back surface of the heat diffusion layer 23 (lower surface in FIG. 2)) is the heat diffusivity of the heat diffusion layer 23 and the effective utilization of the fluorescence light emitting layer 22 (specifically, the area of the back surface (lower surface in FIG. 2)). Specifically, from the viewpoint of (usability of the fluorescent light emitting layer 22 as a heat exhaust path), it is preferable that the area is equal to or larger than the area of the fluorescent light emitting layer 22 (specifically, the area of the surface of the fluorescent light emitting layer 22). ..
In the example of this figure, the area of the back surface of the heat diffusion layer 23 is the same as the area of the front surface of the fluorescence light emitting layer 22. That is, the back surface of the heat diffusion layer 23 has a vertical and horizontal dimension equivalent to the vertical and horizontal dimensions of the surface of the fluorescent light emitting layer 22, and there is no step between the peripheral side surface of the heat diffusion layer 23 and the peripheral side surface of the fluorescent light emitting layer 22. It constitutes a continuous surface.

接合層２４は、励起光Ｌおよび蛍光（蛍光発光層２２を構成する蛍光体から放射される蛍光）に対する光透過性を有するものである。
この接合層２４は、後述するように、蛍光発光層２２と熱拡散層２３とを接合する工程において、蛍光発光層２２の表面に形成された滑面化膜（以下、「蛍光発光層側滑面化膜」ともいう。）と、熱拡散層２３の裏面（図２における下面）に形成された滑面化膜（以下、「熱拡散層側滑面化膜」ともいう。）とがオプティカルコンタクトにより接合されることによって形成されたものである（図３参照）。而して、接合層２４において、蛍光発光層側滑面化膜と熱拡散層側滑面化膜との界面（境界面）は、表面分子の相互作用（具体的には、共有結合）によって接合されていることから、視認することができず、よって、接合層２４は、蛍光発光層側滑面化膜と熱拡散層側滑面化膜との２つの滑面化膜よりなるものでありながら、境界部分のない一体構造を有している。 The bonding layer 24 has light transmission to excitation light L and fluorescence (fluorescence emitted from a phosphor constituting the fluorescence emitting layer 22).
As will be described later, this bonding layer 24 is a smoothing film formed on the surface of the fluorescent light emitting layer 22 in the step of joining the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 (hereinafter, “fluorescent light emitting layer side sliding”. The surfaced film (also referred to as “surfaced film”) and the smoothed surfaced film (hereinafter, also referred to as “heat diffusion layer side smoothing film”) formed on the back surface (lower surface in FIG. 2) of the heat diffusion layer 23 are optical. It is formed by being joined by contacts (see FIG. 3). Thus, in the bonding layer 24, the interface (boundary surface) between the fluorescent light emitting layer side smoothing film and the heat diffusion layer side smoothing film is formed by the interaction of surface molecules (specifically, covalent bonding). Since it is bonded, it cannot be visually recognized. Therefore, the bonding layer 24 is composed of two smoothing films, a fluorescent light emitting layer side smoothing film and a heat diffusion layer side smoothing film. However, it has an integrated structure with no boundary.

そして、接合層２４（蛍光発光層側滑面化膜および熱拡散層側滑面化膜）は、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との接合性の観点から、シリカ（ＳｉＯ2 ，熱伝導率１Ｗ／（ｍ・Ｋ））およびアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ，熱伝導率３０Ｗ／（ｍ・Ｋ））を含有し、シリカとアルミナとの混合割合が厚み方向に連続的または段階的に変化する状態の傾斜膜よりなるものとされる。
この傾斜膜は、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との中間すなわち接合層２４の厚み方向の中央に向かうに従ってシリカの混合割合が増加するものであることが好ましい。
接合層２４が傾斜膜よりなるものであることにより、当該接合層２４と、蛍光発光層２２および熱拡散層２３との関係における屈折率の変化を小さくすることができ、よって励起光および蛍光の反射率を抑制することができる。 The bonding layer 24 (sliding film on the fluorescent light emitting layer side and smoothing film on the heat diffusion layer side) is made of silica (SiO 2 , thermal conductivity) from the viewpoint of bondability between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23. It contains 1 W / (m · K)) and alumina (Al 2 O 3 , thermal conductivity 30 W / (m · K)), and the mixing ratio of silica and alumina changes continuously or stepwise in the thickness direction. It is made up of an inclined film in a state of being squeezed.
In this inclined film, it is preferable that the mixing ratio of silica increases toward the middle of the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, that is, toward the center in the thickness direction of the bonding layer 24.
Since the bonding layer 24 is made of an inclined film, the change in the refractive index in the relationship between the bonding layer 24 and the fluorescence emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 can be reduced, and thus the excitation light and fluorescence can be reduced. The reflectance can be suppressed.

また、接合層２４を構成する傾斜膜がシリカおよびアルミナを含有するものであることにより、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間において、極めて高い接合強度が得られることになる。その理由について、以下に説明する。
接合層２４を形成するための滑面化膜がシリカおよびアルミナを含有するもの、すなわち非晶質酸化物膜であることから、その滑面化膜の表面には、水酸基（ＯＨ基）が存在する。これにより、数百度の温度条件でアニール処理を行った際に、その水酸基が接合に寄与することになる。具体的に説明すると、後述するように、蛍光発光層側滑面化膜が形成された蛍光発光層２２と熱拡散層側滑面化膜が形成された熱拡散層２３とをオプティカルコンタクトによって接合する過程においては、当該蛍光発光層側滑面化膜と当該熱拡散層側滑面化膜とを重ね合わせることによって仮接合した後、アニール処理を行う。そして、滑面化膜（非晶質酸化物膜）を構成するシリカおよびアルミナは、アモルファス状（非晶質）であることから、接合時（２つの滑面化膜における表面分子の共有結合時）に生じる水分子を取り込みやすく、かつ取り込んだ水分子を外部に放出しやすい性質を有するものである。そのため、蛍光発光層側滑面化膜と熱拡散層側滑面化膜との接合面（接合境界面）が、気泡が少なく良好なものとなる。その結果、熱拡散層２３と蛍光発光層２２との間において極めて高い接合強度が得られることになる。 Further, since the inclined film constituting the bonding layer 24 contains silica and alumina, extremely high bonding strength can be obtained between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23. The reason will be explained below.
Since the smoothing film for forming the bonding layer 24 contains silica and alumina, that is, an amorphous oxide film, hydroxyl groups (OH groups) are present on the surface of the smoothing film. To do. As a result, when the annealing treatment is performed under a temperature condition of several hundred degrees, the hydroxyl group contributes to the bonding. Specifically, as will be described later, the fluorescent light emitting layer 22 on which the fluorescent light emitting layer side smoothing film is formed and the heat diffusion layer 23 on which the heat diffusion layer side smoothing film is formed are joined by optical contact. In this process, the fluorescent light emitting layer side smoothing film and the heat diffusion layer side smoothing film are temporarily bonded by superimposing them, and then an annealing treatment is performed. Since the silica and alumina constituting the smoothing film (amorphous oxide film) are amorphous (amorphous), they are bonded (at the time of covalent bonding of surface molecules in the two smoothing films). ), It has the property of easily taking in the water molecules generated in) and releasing the taken-in water molecules to the outside. Therefore, the joint surface (bonding boundary surface) between the fluorescent light emitting layer side smoothing film and the heat diffusion layer side smoothing film is good with few bubbles. As a result, extremely high bonding strength can be obtained between the heat diffusion layer 23 and the fluorescence light emitting layer 22.

また、接合層２４の厚み（最大厚み）は、排熱性の観点から、６０〜４０００ｎｍであることが好ましく、また、熱拡散層２３の厚みよりも小さいことが好ましい。
接合層２４の厚みが過大である場合には、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間において効率的に熱を伝達することができなくなり、それに起因して、蛍光発光層２２において生じた熱を十分に排熱することができなくなるおそれがある。
接合層２４の厚みが過小である場合には、熱拡散層２３と蛍光発光層２２との間において高い接合強度が得られなくなるおそれがある。 Further, the thickness (maximum thickness) of the bonding layer 24 is preferably 60 to 4000 nm from the viewpoint of heat exhaustability, and is preferably smaller than the thickness of the heat diffusion layer 23.
When the thickness of the bonding layer 24 is excessive, heat cannot be efficiently transferred between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, which causes the fluorescent light emitting layer 22 to transfer heat. There is a risk that the heat cannot be sufficiently exhausted.
If the thickness of the bonding layer 24 is too small, high bonding strength may not be obtained between the heat diffusion layer 23 and the fluorescence light emitting layer 22.

高熱伝導層３２は、光反射層３３と金属接合層３５とからなるものであり、当該高熱伝導層３２の熱伝導率が、排熱性の観点から、蛍光発光層２２の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。具体的には、光反射層３３の熱伝導率が、蛍光発光層２２の熱伝導率よりも大きく、かつ、金属接合層３５の熱伝導率が、蛍光発光層２２の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。
また、高熱伝導層３２の熱伝導率は、排熱性の観点から、熱拡散層２３の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。具体的には、光反射層３３の熱伝導率が、熱拡散層２３の熱伝導率よりも大きく、かつ、金属接合層３５の熱伝導率が、熱拡散層２３の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。 The high thermal conductive layer 32 is composed of a light reflecting layer 33 and a metal bonding layer 35, and the thermal conductivity of the high thermal conductive layer 32 is larger than that of the fluorescent light emitting layer 22 from the viewpoint of heat dissipation. Is preferable. Specifically, the thermal conductivity of the light reflecting layer 33 is larger than the thermal conductivity of the fluorescent light emitting layer 22, and the thermal conductivity of the metal bonding layer 35 is larger than the thermal conductivity of the fluorescent light emitting layer 22. Is preferable.
Further, the thermal conductivity of the high thermal conductive layer 32 is preferably larger than that of the thermal diffusivity layer 23 from the viewpoint of heat exhaustability. Specifically, the thermal conductivity of the light reflecting layer 33 is larger than the thermal conductivity of the thermal diffusion layer 23, and the thermal conductivity of the metal bonding layer 35 is larger than the thermal conductivity of the thermal diffusion layer 23. Is preferable.

光反射層３３の熱伝導率は、蛍光発光層２２の熱伝導率、高熱伝導層３２の熱伝導率および光反射層３３の厚みなどに応じ、金属接合層３５の熱伝導率を考慮して定められるが、２２６〜４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。
また、金属接合層３５の熱伝導率は、蛍光発光層２２の熱伝導率、高熱伝導層３２の熱伝導率および金属接合層３５の厚みなどに応じ、光反射層３３の熱伝導率を考慮して定められるが、４０〜６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。 The thermal conductivity of the light reflecting layer 33 depends on the thermal conductivity of the fluorescent light emitting layer 22, the thermal conductivity of the high thermal conductive layer 32, the thickness of the light reflecting layer 33, and the like, taking into consideration the thermal conductivity of the metal bonding layer 35. Although defined, it is preferably 226 to 429 W / (m · K).
Further, the thermal conductivity of the metal bonding layer 35 takes into consideration the thermal conductivity of the light reflecting layer 33 according to the thermal conductivity of the fluorescent light emitting layer 22, the thermal conductivity of the high thermal conductive layer 32, the thickness of the metal bonding layer 35, and the like. However, it is preferably 40 to 60 W / (m · K).

光反射層３３の形成材料としては、熱伝導性および反射性の観点から、銀（熱伝導率４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））が用いられる。
また、金属接合層３５の形成材料としては、熱伝導性の観点から、半田（具体的には、例えば金錫（ＡｕＳｎ）合金（Ｓｎの含有割合２０質量％，熱伝導率６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、鉛（Ｐｂ，熱伝導率４９Ｗ／（ｍ・Ｋ））および金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金（熱伝導率４４Ｗ／（ｍ・Ｋ））などからなるもの、銀焼結材（熱伝導率４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの金属が用いられる。
この図の例において、光反射膜としては、増反射銀膜が用いられている。また、金属接合層３５としては、金錫（ＡｕＳｎ）半田が用いられている。 As the material for forming the light reflecting layer 33, silver (thermal conductivity 429 W / (m · K)) is used from the viewpoint of thermal conductivity and reflectivity.
Further, as a material for forming the metal bonding layer 35, from the viewpoint of thermal conductivity, solder (specifically, for example, gold tin (AuSn) alloy (Sn content ratio 20% by mass, thermal conductivity 60 W / (m.). K)), lead (Pb, thermal conductivity 49 W / (m · K)) and gold germanium (AuGe) alloy (heat conductivity 44 W / (m · K)), silver sintered material (heat conductivity) A metal such as a rate of 429 W / (m · K)) is used.
In the example of this figure, a hyperreflective silver film is used as the light reflecting film. Further, as the metal bonding layer 35, gold tin (AuSn) solder is used.

光反射層３３の厚みは、１００〜２００ｎｍであることが好ましい。
また、金属接合層３５の厚みは、５〜３０μｍであることが好ましい。 The thickness of the light reflecting layer 33 is preferably 100 to 200 nm.
The thickness of the metal bonding layer 35 is preferably 5 to 30 μm.

このような構成の蛍光板２１は、蛍光発光層２２と熱拡散層２３とをオプティカルコンタクトによって接合する過程を経ることにより、形成することができる。具体的には、蛍光板２１は、蛍光発光層２２上に蛍光発光層側滑面化膜が形成された蛍光発光層形成部材と、熱拡散層２３上に熱拡散層側滑面化膜が形成された熱拡散層形成部材とをオプティカルコンタクトによって接合し、当該蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に、蛍光発光層側滑面化膜と熱拡散層側滑面化膜とよりなる接合層２４を形成する工程を経ることにより得られるものである。すなわち、蛍光板２１は、本発明の蛍光発光装置の製造方法における、蛍光発光層と熱拡散層とを接合する工程を経ることによって得られるものである。
そして、蛍光発光層側滑面化膜および熱拡散層側滑面化膜として、それぞれ、シリカおよびアルミナを含有し、表面に向かうに従って連続的または段階的にシリカとアルミナとの混合割合が変化するものが用いられる。具体的には、表面に向かうに従って連続的または段階的にシリカの混合割合が増加するものを用いることが好ましい。
以下、本発明の蛍光発光装置の製造方法における、蛍光発光層と熱拡散層とを接合する工程について、図３を用いて詳細に説明する。
先ず、蛍光発光層２２における熱拡散層２３との接合面とされる一面（図３における上面）、および、熱拡散層２３における蛍光発光層２２との接合面とされる一面（図３における下面）に、各々、スパッタ法などの薄膜形成方法によって滑面化膜形成材料膜を形成する。その後、得られた滑面化膜形成材料膜の表面を、化学機械研磨（ＭＣＰ）などによって研磨処理することによって平滑化し、よって蛍光発光層２２の一面（接合面）および熱拡散層２３の一面（接合面）に、各々、滑面化膜２４Ａ，２４Ｂを形成する。このようにして、蛍光発光層２２の一面に蛍光発光層側滑面化膜２４Ａが設けられた蛍光発光層形成部材と、熱拡散層２３の一面に熱拡散層側滑面化膜２４Ｂが設けられた熱拡散層形成部材とを作製する。
次いで、蛍光発光層形成部材と熱拡散層形成部材とを、滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの平滑面が互いに密着した状態となるように積重し、必要に応じて、その積重体を、大気圧環境下において、温度２００℃以上の条件で加熱しながら厚み方向に加圧することにより、蛍光発光層形成部材と熱拡散層形成部材とを接合する。このような接合過程においては、滑面化膜２４Ａの平滑面（蛍光発光層形成部材における熱拡散層形成部材との接合面）および滑面化膜２４Ｂの平滑面（熱拡散層形成部材における蛍光発光層形成部材との接合面）の表面分子の相互作用によって、蛍光発光層形成部材と熱拡散層形成部材とが接合される。すなわち、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に、滑面化膜２４Ａと滑面化膜２４Ｂとが平滑面における表面分子の相互作用（具体的には、共有結合）によって接合されてなる接合層２４が形成され、その接合層２４によって蛍光発光層２２と熱拡散層２３とが接合される。このようにして、蛍光発光層２２と熱拡散層２３とが、当該蛍光発光層２２と当該熱拡散層２３との間に形成された、滑面化膜２４Ａと滑面化膜２４Ｂとよりなる接合層２４によって接合される。
滑面化膜の形成には、成膜用ターゲット材料が複数設置可能なマグネトロンスパッタ装置を用いた。ターゲット材料として、アルミナ、シリカの二種類をチャンバ内に設置し、成膜開始直後は、アルミナへの１３．５６ＭＨｚ高周波パワーを２００Ｗ与え、シリカへは給電せずに成膜を開始した。その後、成膜時間５０００秒間に対して、アルミナへのパワーは２００Ｗから０Ｗになるまでリニアに減少制御した。シリカに対しては、０Ｗから２００Ｗにリニアに増加制御した。このような成膜ステップによって、蛍光発光層、または熱拡散層表面ではアルミナ１００％となり、成膜を停止した表面においてはシリカが１００％となるような、膜厚方向に連続的にアルミナとシリカとの混合割合が変化する傾斜膜を形成することができる。 The fluorescent plate 21 having such a configuration can be formed by undergoing a process of joining the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 by optical contact. Specifically, the fluorescent plate 21 has a fluorescence light emitting layer forming member in which a fluorescent light emitting layer side smoothing film is formed on the fluorescent light emitting layer 22, and a heat diffusion layer side smoothing film formed on the heat diffusion layer 23. The heat-diffusing layer forming member is joined by optical contact, and the fluorescent light-emitting layer 22 and the heat-diffusing layer 23 are formed of a fluorescent light-emitting layer-side smoothing film and a heat-diffusing layer-side smoothing film. It is obtained by going through a step of forming the bonding layer 24. That is, the fluorescent plate 21 is obtained by undergoing the step of joining the fluorescent light emitting layer and the heat diffusion layer in the method for manufacturing the fluorescent light emitting device of the present invention.
Then, as the fluorescent light emitting layer side smoothing film and the heat diffusion layer side smoothing film, silica and alumina are contained, respectively, and the mixing ratio of silica and alumina changes continuously or stepwise toward the surface. Things are used. Specifically, it is preferable to use one in which the mixing ratio of silica increases continuously or stepwise toward the surface.
Hereinafter, the step of joining the fluorescent light emitting layer and the heat diffusion layer in the method for manufacturing the fluorescent light emitting device of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
First, one surface of the fluorescent light emitting layer 22 as a bonding surface with the heat diffusing layer 23 (upper surface in FIG. 3) and one surface of the heat diffusing layer 23 as a bonding surface with the fluorescent light emitting layer 22 (lower surface in FIG. 3). ), Each of them forms a smoothing film forming material film by a thin film forming method such as a sputtering method. After that, the surface of the obtained smoothing film forming material film is smoothed by polishing treatment by chemical mechanical polishing (MCP) or the like, so that one surface (junction surface) of the fluorescence light emitting layer 22 and one surface of the heat diffusion layer 23 are obtained. Smoothing films 24A and 24B are formed on the (joining surface), respectively. In this way, the fluorescence light emitting layer forming member provided with the fluorescence light emitting layer side sliding film 24A on one surface of the fluorescence light emitting layer 22, and the heat diffusion layer side sliding film 24B provided on one surface of the heat diffusion layer 23. The heat diffusion layer forming member is produced.
Next, the fluorescent light emitting layer forming member and the heat diffusion layer forming member are stacked so that the smooth surfaces of the smoothing films 24A and 24B are in close contact with each other, and if necessary, the stacked body is increased. In an atmospheric environment, the fluorescent light emitting layer forming member and the heat diffusion layer forming member are joined by pressurizing in the thickness direction while heating under the condition of a temperature of 200 ° C. or higher. In such a joining process, the smooth surface of the smoothing film 24A (the bonding surface with the heat diffusion layer forming member in the fluorescence light emitting layer forming member) and the smooth surface of the smoothing film 24B (fluorescence in the heat diffusion layer forming member). The fluorescent light emitting layer forming member and the heat diffusion layer forming member are joined by the interaction of the surface molecules of the bonding surface with the light emitting layer forming member). That is, between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, the smooth surface film 24A and the smooth surface film 24B are bonded by the interaction (specifically, covalent bond) of surface molecules on the smooth surface. The bonding layer 24 is formed, and the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 are bonded by the bonding layer 24. In this way, the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 are composed of the smooth surfaced film 24A and the smooth surfaced film 24B formed between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23. It is joined by the joining layer 24.
A magnetron sputtering device capable of installing a plurality of target materials for film formation was used to form the smooth film. Two types of target materials, alumina and silica, were installed in the chamber, and immediately after the start of film formation, 200 W of 13.56 MHz high frequency power was applied to alumina, and film formation was started without supplying power to silica. After that, the power to the alumina was linearly reduced and controlled from 200 W to 0 W with respect to the film formation time of 5000 seconds. For silica, the increase was linearly controlled from 0 W to 200 W. By such a film forming step, alumina and silica are continuously formed in the film thickness direction so that the surface of the fluorescent light emitting layer or the heat diffusion layer becomes 100% alumina and the surface where the film formation is stopped becomes 100% silica. It is possible to form an inclined film in which the mixing ratio with and is changed.

蛍光発光層２２と熱拡散層２３とを接合する工程において、滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの厚みは、３０〜２０００ｎｍであることが好ましい。
滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの厚みが３０ｎｍ以下である場合には、十分な平滑面が得られなくなるおそれがある。
一方、滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの厚みが２０００ｎｍ以上である場合には、形成される接合層２４が厚みの大きいものとなり、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間の熱の伝達が十分に行われなくなり、熱拡散層２３を設けることによる排熱効果が低下するおそれがある。
また、滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの表面（平滑面）の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、０．５ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．０１〜０．５ｎｍであり、特に好ましくは０．０１〜０．３ｎｍである。
滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの平滑面の表面粗さＲａが過大である場合には、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。
而して、平滑面の表面粗さＲａが０．０１〜０．５ｎｍの範囲内にあることにより、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に大きな接合強度を得ることができる。
また、滑面化膜２４Ａ，２４Ｂの平滑面に対向する面（裏面）の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。すなわち、蛍光発光層２２における熱拡散層２３との接合面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）、および、熱拡散層２３における蛍光発光層２２との接合面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）は、いずれも、１００ｎｍ以下であることが好ましい。 In the step of joining the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23, the thickness of the smoothing films 24A and 24B is preferably 30 to 2000 nm.
When the thicknesses of the smoothing films 24A and 24B are 30 nm or less, a sufficiently smooth surface may not be obtained.
On the other hand, when the thicknesses of the smoothing films 24A and 24B are 2000 nm or more, the formed bonding layer 24 becomes thicker, and heat transfer between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 is performed. This may not be sufficiently performed, and the heat exhaust effect due to the provision of the heat diffusion layer 23 may be reduced.
The surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the surfaces (smooth surfaces) of the smoothing films 24A and 24B is preferably 0.5 nm or less, more preferably 0.01 to 0.5 nm. , Particularly preferably 0.01 to 0.3 nm.
If the surface roughness Ra of the smooth surfaces of the smooth surfaced films 24A and 24B is excessive, sufficient bonding strength may not be obtained between the fluorescent light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23.
Therefore, when the surface roughness Ra of the smooth surface is in the range of 0.01 to 0.5 nm, a large bonding strength can be obtained between the fluorescence emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23.
Further, the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the surface (back surface) of the smooth surfaced films 24A and 24B facing the smooth surface is preferably 100 nm or less. That is, the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of the bonding surface of the fluorescent light emitting layer 22 with the heat diffusing layer 23 and the surface roughness Ra of the bonding surface of the heat diffusing layer 23 with the fluorescent light emitting layer 22 (arithmetic mean). Roughness) is preferably 100 nm or less.

周期構造体層２５は、励起光Ｌおよび蛍光（蛍光発光層２２を構成する蛍光体から放射される蛍光）に対する光透過性を有しており、蛍光板２１の励起光入射面および蛍光出射面とされる表面に、複数の凸部２８が周期的に配列されてなる周期構造体２７が設けられたものである。
具体的には、周期構造体層２５は、薄平板状の土台部２６と、この土台部２６上に形成された、複数の錐状の凸部２８よりなる周期構造体２７とにより構成されたものである。
この図の例において、周期構造体２７は、熱拡散層２３の表面の全面を覆うように配設された薄平板状の土台部２６上に、円錐台状の凸部２８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。 The periodic structure layer 25 has light transmission to excitation light L and fluorescence (fluorescence radiated from the phosphor constituting the fluorescence light emitting layer 22), and has an excitation light incident surface and a fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21. A periodic structure 27 in which a plurality of convex portions 28 are periodically arranged is provided on the surface to be formed.
Specifically, the periodic structure layer 25 is composed of a thin flat plate-shaped base portion 26 and a periodic structure 27 formed on the base portion 26 and composed of a plurality of cone-shaped convex portions 28. It is a thing.
In the example of this figure, the periodic structure 27 is in a state where the truncated cone-shaped convex portions 28 are densely arranged on the thin flat plate-shaped base portion 26 arranged so as to cover the entire surface of the heat diffusion layer 23. It is arranged two-dimensionally periodically.

蛍光板２１が励起光入射側に周期構造体２７が設けられたものであることにより、周期構造体層２５の表面、すなわち蛍光板２１の表面における励起光Ｌの反射を抑制することができる。そのため、周期構造体層２５の表面に励起光Ｌが照射されたときに、励起光Ｌを蛍光板２１内に十分に取り込むことができる。また、蛍光発光層２２に対して励起光Ｌが局所的に入射されることを抑制することができる。そのため、蛍光発光層２２が局所的に極めて高温となることを抑制することができる。 Since the fluorescent plate 21 is provided with the periodic structure 27 on the side where the excitation light is incident, the reflection of the excitation light L on the surface of the periodic structure layer 25, that is, the surface of the fluorescent plate 21 can be suppressed. Therefore, when the surface of the periodic structure layer 25 is irradiated with the excitation light L, the excitation light L can be sufficiently taken into the fluorescent plate 21. Further, it is possible to prevent the excitation light L from being locally incident on the fluorescent light emitting layer 22. Therefore, it is possible to prevent the fluorescent light emitting layer 22 from becoming extremely hot locally.

周期構造体２７の周期構造は、周期ｄに対する凸部２８の高さｈの比であるアスペクト比（ｈ／ｄ）が０．２以上とされ、好ましくは０．２〜１．５であり、特に好ましくは０．５〜１．０である。
ここに、本発明において、周期構造の周期とは、周期構造において互いに隣接する凸部間の中心間距離（ｎｍ）を意味する。 In the periodic structure of the periodic structure 27, the aspect ratio (h / d), which is the ratio of the height h of the convex portion 28 to the period d, is 0.2 or more, preferably 0.2 to 1.5. Particularly preferably, it is 0.5 to 1.0.
Here, in the present invention, the period of the periodic structure means the distance between the centers (nm) between the convex portions adjacent to each other in the periodic structure.

周期構造体２７の周期構造におけるアスペクト比が０．２以上とされることにより、周期構造体層２５の表面、すなわち蛍光板２１の表面における励起光Ｌの反射をより一層抑制することができる。そのため、周期構造体層２５の表面に励起光Ｌが照射されたときに、励起光Ｌを蛍光板２１内に十分に取り込むことができる。
また、周期構造におけるアスペクト比が０．２以上とされることによれば、蛍光発光層２２において生じる蛍光を高い効率によって蛍光板２１の蛍光出射面である周期構造体層２５の表面から外部に取り出すことができる。 When the aspect ratio of the periodic structure 27 in the periodic structure is 0.2 or more, the reflection of the excitation light L on the surface of the periodic structure layer 25, that is, the surface of the fluorescent plate 21 can be further suppressed. Therefore, when the surface of the periodic structure layer 25 is irradiated with the excitation light L, the excitation light L can be sufficiently taken into the fluorescent plate 21.
Further, according to the fact that the aspect ratio in the periodic structure is 0.2 or more, the fluorescence generated in the fluorescent light emitting layer 22 is taken out from the surface of the periodic structure layer 25 which is the fluorescence emitting surface of the fluorescent plate 21 with high efficiency. be able to.

周期構造体層２５の形成材料は、蛍光発光層２２における蛍光体を励起するエネルギーが約５Ｗ／ｍｍ2 以上の励起密度を有することから、無機材料であることが好ましい。 The material for forming the periodic structure layer 25 is preferably an inorganic material because the energy for exciting the phosphor in the fluorescent light emitting layer 22 has an excitation density of about 5 W / mm 2 or more.

周期構造体層２５の形成材料の具体例としては、サファイア、シリカ、チタニア、ジルコニア、窒化珪素などを用いることができる。
また、周期構造体層２５の厚み（最大厚み）は、例えば０．１〜１．０μｍである。 As a specific example of the material for forming the periodic structure layer 25, sapphire, silica, titania, zirconia, silicon nitride and the like can be used.
The thickness (maximum thickness) of the periodic structure layer 25 is, for example, 0.1 to 1.0 μm.

このような構成の周期構造体層２５は、ゾルゲル法とナノインプリント法とを用いて形成することができる。具体的には、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム等のアルコキシドを含むゾル状の材料を、例えばスピンコート法によって熱拡散層２３の表面に塗布して、モールド型を押付しつけた状態で加熱処理を行い、離型した後、熱処理を行う。この熱処理によって、反応（加水分解および縮重合）が進み、無機材料からなる周期構造体層２５が形成される。
また、周期構造体層２５は、ナノインプリント法とドライエッチング処理とを用いても形成することができる。具体的には、平板状の無機材料層の表面に、例えばスピンコート法によってレジストを塗布し、次いで、レジストの塗布膜を例えばナノインプリント法によりパターニングする。その後、ドライエッチング処理を施すことにより、表面に周期構造体２７が設けられた、無機材料からなる周期構造体層２５が形成される。 The periodic structure layer 25 having such a structure can be formed by using the sol-gel method and the nanoimprint method. Specifically, a sol-like material containing an alkoxide such as aluminum, silicon, titanium, and zirconium is applied to the surface of the heat diffusion layer 23 by, for example, a spin coating method, and heat treatment is performed in a state where the mold is pressed against the surface. After the mold is released, heat treatment is performed. By this heat treatment, the reaction (hydrolysis and polycondensation) proceeds, and the periodic structure layer 25 made of an inorganic material is formed.
The periodic structure layer 25 can also be formed by using a nanoimprint method and a dry etching process. Specifically, a resist is applied to the surface of a flat plate-shaped inorganic material layer by, for example, a spin coating method, and then a coating film of the resist is patterned by, for example, a nanoimprint method. After that, by performing a dry etching process, a periodic structure layer 25 made of an inorganic material having a periodic structure 27 provided on the surface is formed.

放熱基板３１としては、銅、モリブデンと銅の合金（Ｍｏ−Ｃｕ）などの材料からなる金属基板が用いられる。また、放熱基板３１の厚みは、例えば０．５〜５．０ｍｍである。また、放熱基板３１を構成する金属基板は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。
また、放熱基板３１においては、当該放熱基板３１の面積（具体的には、放熱基板３１の表面の面積）が、排熱性の観点から、蛍光板２１の面積（具体的には、蛍光板２１の裏面の面積）以上であることが好ましい。
この図の例において、放熱基板３１は、表面の面積が、蛍光板２１の裏面の面積より大面積とされている。すなわち、放熱基板３１の表面は、蛍光板２１の裏面の縦横寸法よりも大きな縦横寸法を有している。 As the heat radiating substrate 31, a metal substrate made of a material such as copper or an alloy of molybdenum and copper (Mo—Cu) is used. The thickness of the heat radiating substrate 31 is, for example, 0.5 to 5.0 mm. Further, the metal substrate constituting the heat radiating substrate 31 may also have a function of a heat radiating fin.
Further, in the heat radiating substrate 31, the area of the heat radiating substrate 31 (specifically, the area of the surface of the heat radiating substrate 31) is the area of the fluorescent plate 21 (specifically, the back surface of the fluorescent plate 21) from the viewpoint of heat dissipation. Area) or more is preferable.
In the example of this figure, the area of the front surface of the heat radiating substrate 31 is larger than the area of the back surface of the fluorescent plate 21. That is, the front surface of the heat radiating substrate 31 has a vertical and horizontal dimension larger than the vertical and horizontal dimensions of the back surface of the fluorescent plate 21.

そして、放熱基板３１の表面には、排熱性の観点から、当該表面の一部を覆うようにして蛍光板２１が配設されている。すなわち、蛍光板２１は、放熱基板の表面の一部を覆うように設けられている。
この図の例において、蛍光板２１の裏面は、その全面が放熱基板３１の表面の中央領域と対向接触している。すなわち、放熱基板３１の表面は、当該中央領域が蛍光板２１に覆われた状態とされている。 Then, on the surface of the heat radiating substrate 31, a fluorescent plate 21 is arranged so as to cover a part of the surface from the viewpoint of heat dissipation. That is, the fluorescent plate 21 is provided so as to cover a part of the surface of the heat radiating substrate.
In the example of this figure, the entire surface of the back surface of the fluorescent plate 21 is in contact with the central region of the surface of the heat radiating substrate 31. That is, the surface of the heat radiating substrate 31 is in a state where the central region is covered with the fluorescent plate 21.

この蛍光光源装置１０においては、励起光源１１から出射された励起光Ｌは、コリメータレンズ１８によって平行光線とされる。その後、平行光化された励起光Ｌは、蛍光発光部材１５における蛍光板２１の励起光入射面（周期構造体層２５の表面）の励起光入射領域に照射され、当該周期構造体層２５を介して蛍光発光層２２に入射される。そして、蛍光発光層２２においては、蛍光体が励起され、これにより、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光反射層３３によって反射された励起光Ｌと共に蛍光板２１における蛍光出射面（周期構造体層２５の表面）の蛍光出射領域から出射され、蛍光光源装置１０の外部に出射される。 In the fluorescence light source device 10, the excitation light L emitted from the excitation light source 11 is made into a parallel light ray by the collimator lens 18. After that, the parallelized excitation light L is applied to the excitation light incident region of the excitation light incident surface (surface of the periodic structure layer 25) of the fluorescent plate 21 in the fluorescent light emitting member 15, and is irradiated through the periodic structure layer 25. Is incident on the fluorescent light emitting layer 22. Then, in the fluorescent light emitting layer 22, the phosphor is excited, and the fluorescence is emitted from the phosphor. This fluorescence is emitted from the fluorescence emission region of the fluorescence emission surface (surface of the periodic structure layer 25) of the fluorescence plate 21 together with the excitation light L reflected by the light reflection layer 33 without being absorbed by the phosphor, and is emitted from the fluorescence emission region of the fluorescence light source device 10. It is emitted to the outside of.

而して、蛍光光源装置１０においては、蛍光発光層２２が熱拡散層２３と高熱伝導層３２とに挟み込まれた状態とされていることから、当該蛍光発光層２２には、蛍光板２１の励起光入射面の励起光入射領域に励起光Ｌが照射されることに伴って熱が発生する中央表層部分の周囲部分に、熱拡散層２３から高熱伝導層３２に向かって伸びる排熱路が形成される。そのため、蛍光発光層２２の中央表層部分に局所的に生じた熱を、熱拡散層２３によって拡散させ、当該蛍光発光層２２における中央表層部分の周囲部分、すなわち高温とされていない部分を利用して放熱基板３１に伝達することができる。その結果、蛍光発光層２２に生じた熱を、効率的に放熱基板３１に伝達して排熱することができるため、蛍光発光層２２における温度消光の発生を抑制することができる。
従って、蛍光光源装置１０においては、蛍光発光層２２において生じる熱を、熱拡散層２３の作用と高熱伝導層３２の作用とによって効率的に放熱基板３１に伝達して排熱することができるため、励起光Ｌの入射パワー（励起光の励起エネルギー）が大きい場合であっても、蛍光発光層２２における温度消光の発生を抑制でき、よって高い蛍光光束（蛍光光量）が得られる。その結果、高い発光効率を得ることができる。
しかも、以上の蛍光光源装置１０においては、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に介在する接合層２４が、シリカおよびアルミナを含有し、シリカとアルミナとの混合割合が厚み方向に連続的または段階的に変化する状態の傾斜膜よりなる。これにより、接合層２４と、蛍光発光層２２および熱拡散層２３との関係における屈折率の変化を小さくすることができ、よって励起光および蛍光の反射率を抑制することができ、その結果、より一層高い発光効率を安定的に得ることができる。
さらに、接合層２４がシリカおよびアルミナを含有するものよりなることから、多結晶体からなる蛍光発光層と熱拡散層との間において高い接合強度を得ることができる。 Thus, in the fluorescence light source device 10, since the fluorescence light emitting layer 22 is sandwiched between the heat diffusion layer 23 and the high heat conduction layer 32, the fluorescence light emitting layer 22 is excited by the fluorescent plate 21. An exhaust heat path extending from the heat diffusion layer 23 toward the high heat conduction layer 32 is formed in the peripheral portion of the central surface layer portion where heat is generated when the excitation light incident region of the light incident surface is irradiated with the excitation light L. Will be done. Therefore, the heat locally generated in the central surface layer portion of the fluorescence light emitting layer 22 is diffused by the heat diffusion layer 23, and the peripheral portion of the central surface layer portion in the fluorescence light emitting layer 22, that is, the portion not heated to a high temperature is used. Can be transmitted to the heat radiating substrate 31. As a result, the heat generated in the fluorescent light emitting layer 22 can be efficiently transferred to the heat radiating substrate 31 and exhausted, so that the occurrence of temperature quenching in the fluorescent light emitting layer 22 can be suppressed.
Therefore, in the fluorescence light source device 10, the heat generated in the fluorescence light emitting layer 22 can be efficiently transferred to the heat dissipation substrate 31 by the action of the heat diffusion layer 23 and the action of the high heat conduction layer 32 to exhaust the heat. Even when the incident power of the excitation light L (excitation energy of the excitation light) is large, the occurrence of temperature extinction in the fluorescence light emitting layer 22 can be suppressed, and thus a high fluorescence light beam (fluorescence light amount) can be obtained. As a result, high luminous efficiency can be obtained.
Moreover, in the above fluorescence light source device 10, the bonding layer 24 interposed between the fluorescence light emitting layer 22 and the heat diffusion layer 23 contains silica and alumina, and the mixing ratio of silica and alumina is continuous in the thickness direction. It consists of an inclined film in a state of changing in a target or stepwise manner. As a result, the change in the refractive index in the relationship between the bonding layer 24 and the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23 can be reduced, and thus the reflectance of the excitation light and the fluorescence can be suppressed, and as a result, the reflectance of the excitation light and the fluorescence can be suppressed. Even higher luminous efficiency can be stably obtained.
Further, since the bonding layer 24 is made of one containing silica and alumina, high bonding strength can be obtained between the fluorescent light emitting layer made of polycrystalline material and the heat diffusion layer.

また、蛍光光源装置１０は、蛍光板２１が、周期構造体層２５が設けられたものであることから、熱拡散層２３を周期構造体が形成されたものとする必要がない。そのため、蛍光板２１の励起光受光面における周期構造体２７の形成が容易となる。 Further, in the fluorescent light source device 10, since the fluorescent plate 21 is provided with the periodic structure layer 25, it is not necessary to assume that the heat diffusion layer 23 is formed with the periodic structure. Therefore, the periodic structure 27 can be easily formed on the excitation light receiving surface of the fluorescent plate 21.

そして、蛍光光源装置１０は、蛍光発光層側滑面化膜２４Ａが形成された蛍光発光層２２と、熱拡散層側滑面化膜２４Ｂが形成された熱拡散層２３とをオプティカルコンタクトによって接合する工程を経ることによって製造することができる。すなわち、蛍光光源装置１０は、本発明の蛍光光源装置の製造方法によって製造することができる。 Then, the fluorescence light source device 10 joins the fluorescence light emitting layer 22 on which the fluorescent light emitting layer side smoothing film 24A is formed and the heat diffusion layer 23 on which the heat diffusion layer side smoothing film 24B is formed by optical contact. It can be manufactured by going through the process of That is, the fluorescent light source device 10 can be manufactured by the manufacturing method of the fluorescent light source device of the present invention.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、蛍光板は、製造容易性の観点からは、周期構造体層を有するものであることが好ましいが、周期構造体層が設けられておらず、熱拡散層の表面に周期構造が形成されたものであってもよい。すなわち、周期構造体が熱拡散層において構成されたものであってもよい。周期構造体が設けられてなる熱拡散層において、周期構造体はエッチング処理によって形成される。
具体的に、蛍光板は、図４に示すように、図１に係る蛍光光源装置１０を構成する蛍光板２１において、周期構造体層が設けられておらず、熱拡散層４３の表面が励起光入射面とされ、その熱拡散層４３の表面に周期構造体４７が設けられていること以外は、当該図１に係る蛍光光源装置１０を構成する蛍光板２１と同様の構成を有するものであってもよい。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made.
For example, from the viewpoint of ease of manufacture, the fluorescent plate preferably has a periodic structure layer, but the periodic structure layer is not provided, and a periodic structure is formed on the surface of the heat diffusion layer. It may be a thing. That is, the periodic structure may be formed of a heat diffusion layer. In the heat diffusion layer provided with the periodic structure, the periodic structure is formed by an etching process.
Specifically, as shown in FIG. 4, in the fluorescent plate 21 constituting the fluorescent light source device 10 according to FIG. 1, the periodic structure layer is not provided, and the surface of the heat diffusion layer 43 is incident with excitation light. Even if it has the same configuration as the fluorescent plate 21 constituting the fluorescent light source device 10 according to FIG. 1, except that it is a surface and a periodic structure 47 is provided on the surface of the heat diffusion layer 43. Good.

また、周期構造体は、複数の凸部が周期的に配列されてなる構成のものに限定されず、複数の柱状孔が周期的に配列されてなる構成のものであってもよく、また、複数の柱状孔が周期的に配列されていると共に複数の凸部が周期的に配列されてなる構成のものであってもよい。 Further, the periodic structure is not limited to a structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged, and may be a structure in which a plurality of columnar holes are periodically arranged. A plurality of columnar holes may be periodically arranged and a plurality of convex portions may be periodically arranged.

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、レーザダイオード）の光を用いているが、励起光源が複数あり、蛍光板の前に集光レンズを配置して、集光光を蛍光板に照射する形態であってもよい。また、励起光はレーザダイオードのレーザ光に限るものではなく、蛍光板（具体的には、蛍光板を構成する蛍光体）を励起できる光を放射するものであれば種々のものを用いることができる。ここに、励起光源としては、蛍光板（蛍光発光層）を構成する蛍光体の種類などに応じて適宜の波長の光を放射するものが用いられるが、例えば波長４４５〜４６５ｎｍの光を放射するものが用いられる。 Further, the structure of the entire fluorescent light source device is not limited to that shown in FIG. 1, and various configurations can be adopted. For example, in the fluorescence light source device according to FIG. 1, the light of one excitation light source (for example, a laser diode) is used, but there are a plurality of excitation light sources, and a condenser lens is arranged in front of the fluorescent plate to collect the condensed light. May be in the form of irradiating the fluorescent plate with. Further, the excitation light is not limited to the laser light of the laser diode, and various light can be used as long as it emits light that can excite the fluorescent plate (specifically, the phosphor constituting the fluorescent plate). Here, as the excitation light source, one that emits light having an appropriate wavelength depending on the type of phosphor constituting the fluorescent plate (fluorescent light emitting layer) is used, and for example, one that emits light having a wavelength of 445 to 465 nm. Is used.

１０ 蛍光光源装置
１１ 励起光源
１５ 蛍光発光部材
１８ コリメータレンズ
２１ 蛍光板
２２ 蛍光発光層
２３ 熱拡散層
２４ 接合層
２４Ａ，２４Ｂ 滑面化膜
２５ 周期構造体層
２６ 土台部
２７ 周期構造体
２８ 凸部
３１ 放熱基板
３２ 高熱伝導層
３３ 光反射層
３５ 金属接合層
４３ 熱拡散層
４７ 周期構造体
５１ 蛍光板
５２ 接合部 10 Fluorescent light source device 11 Excitation light source 15 Fluorescent light emitting member 18 Collimeter lens 21 Fluorescent plate 22 Fluorescent light emitting layer 23 Thermal diffusion layer 24 Bonding layer 24A, 24B Sliding film 25 Periodic structure layer 26 Base 27 Periodic structure 28 Convex 31 Heat dissipation substrate 32 High thermal conductive layer 33 Light reflective layer 35 Metal bonding layer 43 Thermal diffusion layer 47 Periodic structure 51 Fluorescent plate 52 Joint

Claims (2)

多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、
前記蛍光板は、前記蛍光発光層の励起光入射側の一面に形成された接合層を介して設けられた熱拡散層を有すると共に、励起光入射側とは反対側に高熱伝導層を有しており、
前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる金属接合層からなり、
前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられ、
前記接合層は、シリカおよびアルミナを含有し、その厚みは前記熱拡散層の厚みよりも小さく、シリカとアルミナとの混合割合が厚み方向に連続的または段階的に変化する状態の傾斜膜よりなることを特徴とする蛍光光源装置。 It has a fluorescent light emitting layer made of a polycrystal, and is provided with a fluorescent plate having a periodic structure formed on the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer.
The fluorescent plate has a heat diffusion layer provided via a bonding layer formed on one surface of the fluorescence light emitting layer on the excitation light incident side, and also has a high thermal conductivity layer on the side opposite to the excitation light incident side. Ori,
The high thermal conductive layer is composed of a light reflecting layer and a metal bonding layer made of metal.
The fluorescent plate is provided so as to cover a part of the surface of the heat radiating substrate arranged on the high thermal conductive layer side.
The bonding layer contains silica and alumina, the thickness thereof is smaller than the thickness of the heat diffusion layer , and the bonding layer is composed of an inclined film in a state in which the mixing ratio of silica and alumina changes continuously or stepwise in the thickness direction. A fluorescent light source device characterized by the fact that. 請求項１に記載の蛍光光源装置を製造するための蛍光光源装置の製造方法であって、
多結晶体からなる蛍光発光層の一面に滑面化膜が形成された蛍光発光層形成部材と、熱拡散層の一面に滑面化膜が形成された熱拡散層形成部材とをオプティカルコンタクトにより接合し、当該蛍光発光層と当該熱拡散層との間に、当該蛍光発光層形成部材における滑面化膜と当該熱拡散層形成部材における滑面化膜とよりなる接合層を形成する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。 A method for manufacturing a fluorescent light source device for manufacturing the fluorescent light source device according to claim 1.
An optical contact is used between a fluorescent light emitting layer forming member having a smoothing film formed on one surface of a fluorescent light emitting layer made of a polycrystal and a heat diffusion layer forming member having a smoothing film formed on one surface of the heat diffusion layer. A step of joining and forming a bonding layer between the fluorescence light emitting layer and the heat diffusion layer, which is composed of a smoothing film in the fluorescence light emitting layer forming member and a smoothing film in the heat diffusion layer forming member. A method for manufacturing a fluorescent light source device, which comprises having.
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