JP6916073B2 - 光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、光デバイスに関する。

近年、省エネルギー化および長寿命化のニーズにより、固体光源を用いた光学デバイスが注目されている。レーザダイオード（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ（ＬＤ））および発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ（ＬＥＤ））などの固体光源と蛍光体とを組み合わせた高効率な蛍光体デバイスの開発が行なわれている。

従来、蛍光体デバイスを高効率化する方法として、励起光源と蛍光体層とを空間的に離して配置し、蛍光体層の温度上昇を抑制する反射方式の装置が提案されている。例えば、特許文献１は、そのような反射方式の装置を開示している。反射方式の蛍光体デバイスは、蛍光体層と基板との間に反射層を備える。励起光より励起された蛍光体層から発せられた光は、反射層で反射されて利用される。特許文献１の構成では、基板としてアルミニウム製の平板が用いられ、反射層として銀が用いられている。特許文献２は、反射層として、銀およびアルミニウムなどの金属膜が用いられた構成を開示している。

特開２０１２−６４４８４号公報 特開２０１６−０５８３７８号公報

本開示は、蛍光体層から発せられた光を効率よく反射させることによって、光デバイスの効率を上げる新規な技術を提供する。

本開示の一態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる。

本開示の他の態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる。

上記の包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、または記録媒体で実現されてもよい。あるいは、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示の技術によれば、蛍光体層から発せられた光を効率よく反射させることによって、光デバイスの効率を上げることができる。

図１は、本実施形態における、光デバイス５０の構成例を示す図である。 図２は、蛍光体層２０から発せられた光が、誘電体層４２に入射し、透過または反射されることを模式的に示す図である。 図３は、蛍光体層２０から光反射膜４０に入射する光量の入射角度依存性を説明するための図である。 図４Ａは、波長λ_０と波長λ_ｃとの差（λ_０−λ_ｃ）が、波長シフト量Δλより小さい場合における、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルと、蛍光体層２０の発光スペクトルとを示す図である。 図４Ｂは、波長λ_０と波長λ_ｃとの差（λ_０−λ_ｃ）が、波長シフト量Δλに一致する場合における、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルと、蛍光体層２０の発光スペクトルとを示す図である。 図４Ｃは、波長λ_０と波長λ_ｃとの差（λ_０−λ_ｃ）が、波長シフト量Δλよりも大きい場合における、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルと、蛍光体層２０の発光スペクトルとを示す図である。 図５は、波長λ_０およびλ_ｃが等しい場合における、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルと、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルとを示す図である。 図６は、波長λ_０と波長λ_ｃが一致する場合から（図５参照）、Δλ_ａだけ長波長側にシフトさせたときの、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルと、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルとを示す図である。 図７は、金属層４１上に４層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０（実線）と、金属層４１上に１０層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０（破線）とにおける、ある入射角度での光反射膜４０の反射率のシミュレーション結果を示す図である。 図８は、金属層４１上に６０層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０の反射率のシミュレーション結果を示す図である。 図９Ａは、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルおよび蛍光体層２０の発光スペクトルの例を模式的に示す図である。 図９Ｂは、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルおよび蛍光体層２０の発光スペクトルの他の例を模式的に示す図である。 図１０は、光反射膜４０の反射スペクトルを示す図である。 図１１は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図１２は、式（９）によって計算された光デバイスの性能指標Ｚを、様々なλ_０を様々に変えてプロットした結果を示す図である。 図１３は、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図１４は、式（９）によって計算された光デバイスの性能指標Ｚを、λ_０を様々に変えてプロットした結果を示す図である。 図１５は、ＳＣＡ：Ｅｕ蛍光体およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルを示す図である。 図１６は、式（９）によって計算された光デバイスの性能指標Ｚを、λ_０を様々に変えてプロットした結果を示す図である。 図１７は、光反射膜の構成の一実施例を示す図である。 図１８は、表１の条件で作製した光反射膜の反射スペクトルを示す図である。

（本開示の基礎となった知見）
本開示の実施形態を説明する前に、本開示の基礎となった知見を説明する。

本明細書において、「光」とは、可視光に加えて、紫外線および赤外線の範囲にある電磁波を意味する。より具体的には、波長がおよそ１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲にある電磁波を「光」と称する。

特許文献２は、反射層として金属材料を含み、さらに、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）または全方向性反射器（ＯＤＲ）を備えた構成を開示している。しかし、金属層上にＤＢＲを形成した場合、反射スペクトルに干渉の効果が現れ、ある波長において反射率が大きく低下する。そのため、４００−７００ｎｍの全波長領域にて反射率を約１００％にすることが困難であり、光デバイスの効率を高くすることが出来ない。

また、反射層に誘電体多層膜を適用する場合、入射角度によって反射スペクトルが短波長側にシフトし、反射率が徐々に低下する。そのため、後述する蛍光体層の直下に反射層を設ける本開示の光デバイスにおいては、反射層として誘電体多層膜は適さない。

蛍光体デバイスを作製する際に、蛍光体の発光スペクトルの重心波長と、反射層に垂直に入射した光の反射スペクトルが最大になる波長とが一致するように設計することが一般的である。重心波長とは、発光スペクトルを重みとする波長の加重平均である。言い換えれば、重心波長は、蛍光体から発せられる光の波長と当該波長の光の強度との積を発光波長の全域にわたって積分した値を、光の強度を発光波長の全域にわたって積分した値で割った値を意味する。重心波長を「平均波長」と称することもある。蛍光体が発する光に加えて、励起光源からの光（以下、「励起光」とも称する。）も利用する場合には、当該励起光も含めた重心波長と、垂直入射した光の反射スペクトルが最大になる波長とが一致するように設計することが一般的である。重心波長の代わりに、ピーク波長を用いてもよい。

金属は、反射特性に角度依存性を殆ど有しない。したがって、反射層として金属層を用いる場合には、上記の設計によって蛍光体デバイスの効率は最大になる。

一方、誘電体層は反射特性に角度依存性を有する。よって、増反射膜が誘電体層を含む場合、増反射膜は反射特性に角度依存性を有する。本発明者らの検討によれば、蛍光体から反射層に入射する光の量は、入射角度が大きくなるにつれて増加する。このため、大きい角度で反射層に入射する光の反射特性は、蛍光体デバイスの効率に大きく寄与する。しかし、従来の蛍光体デバイスでは、誘電体層の反射特性の角度依存性を考慮した設計はなされていなかった。本発明者らは、蛍光体デバイスの効率を上げるためには、反射特性の角度依存性を考慮して、光反射膜を設計することが望ましいことを見出した。

本発明者は、以上の知見に基づき、以下に説明する本開示の各態様に想到した。

本開示の一態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる。

本開示の他の態様に係る光デバイスは、金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、を備える。前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる。

上記構成により、後述するように、光デバイスの効率を上げることができる。

以下、本開示のより具体的な実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明および実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似する機能を有する構成要素については、同じ参照符号を付している。

（実施形態）
本実施形態における光デバイスは、金属膜および誘電体層を含む光反射膜と、蛍光体層とを備える。誘電体層は、金属膜の上に配置される。蛍光体層は、誘電体層の上に配置される。蛍光体層は、光源からの光によって励起されることで発光する。蛍光体層の側から光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長い。あるいは、誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、光源の発光スペクトルと、蛍光体層の発光スペクトルとの両方を含む光スペクトルの重心波長よりも長い。前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる。

上記の構成により、蛍光体層から発せられた光を効率よく反射させることができ、光デバイスの効率を上げることができる。

図１は、本実施形態における光デバイス５０の構成例を示す図である。光デバイス５０は、基板３０と、基板３０上の光反射膜４０と、蛍光体層２０とを備える。光反射膜４０は、金属層４１と、誘電体層４２とを含む。基板３０、金属層４１、誘電体層４２、および蛍光体層２０は、この順に積層されている。基板３０は、金属層４１を支持する。誘電体層４２は、金属層４１の上に配置される。蛍光体層２０は、誘電体層４２の上に配置される。蛍光体層２０は、光源１０からの光によって励起されることで発光する。

＜光反射膜の基本構成＞
上記の金属層４１および誘電体層４２を含む光反射膜４０の基本構成を説明する。誘電体層４２は、２以上６以下の層の積層構造体である。誘電体層４２における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる。なお、当該積層構造体が有する各層の厚みは、少なくとも３ｎｍ以上である。当該積層構造体は、厚み３ｎｍ未満の層を有してもよいが、その場合、当該層は、当該積層構造体の層数としてはカウントしない。従来のＤＢＲまたは誘電体多層膜と異なり、誘電体層４２は周期構造を有しない。したがって、誘電体層４２では、周期構造に起因するブラッグ反射は生じず、後述する薄膜干渉に起因する反射が生じる。誘電体材料による積層構造体は、一般に、当該積層構造体と同じ厚さおよび同じ平均屈折率を有する一様媒質よりも高い反射率を有する。そのため、本実施形態では、誘電体層４２として、誘電体材料による積層構造体を用いる。しかし、以下の説明では、定式化を容易にするために、積層構造体である誘電体層４２を、一様な媒質として近似する。

誘電体層４２の全体層数をＮ、各層の膜厚及び屈折率をｄ_ｉ、ｎ_ｉ（ｉ＝１、２、・・・、Ｎ）とするとき、全体膜厚ｄ_Ｂおよび平均屈折率ｎ_Ｂは、式（１）および式（２）によって表される。

光反射膜４０の反射特性は、誘電体層４２で生じる薄膜干渉の繰り返しを考慮することで計算できる。

図２は、蛍光体層２０から発せられた光が、誘電体層４２に入射し、透過または反射されることを模式的に示す図である。蛍光体層２０（媒質１）の屈折率をｎ_Ａとし、誘電体層４２（媒質２）の平均屈折率をｎ_Ｂとし、金属層４１（媒質３）の屈折率をｎ_Ｃとする。誘電体層４２の膜厚をｄ_Ｂとする。蛍光体層２０から発せられた光が誘電体層４２に入射する場合の入射角をθ_１とし、屈折角をθ_２とする。媒質ｉから媒質ｊに光が入射する場合の振幅反射率および振幅透過率をｒ_ｉｊ（ｉ、ｊ＝１、２、３（ｉ≠ｊ））とする。反射率Ｒは、フレネルの公式を用いて、式（３）によって表される。

Δ_２は、誘電体層４２の中を光が１往復したときに生じる位相差である。Δ_２は、光の波長λを用いて、式（４）によって表される。

光反射膜４０の反射率が最大値をとる波長をλ_ｒとすると、波長λ_ｒは、干渉の条件（Δ_２＝π）から、式（５）によって表される。

式（５）は、入射角度θ_１が大きくなるにつれて波長λ_ｒが短波長側にシフトすることを示している。

光の入射角度が０°のとき、すなわち光が垂直入射するときに、光反射膜４０の反射率が最大値をとる波長をλ_０とする。光の入射角度が９０°のとき、すなわち光が水平入射するときに光反射膜４０の反射率が最大値をとる波長をλ_９０とする。式（５）より、式（６）および式（７）が導出される。

＜入射光量の入射角度依存性＞
図３は、蛍光体層２０から光反射膜４０に入射する光量の入射角度依存性を説明するための図である。図３に示す半球の半径は１である。蛍光体層２０は、全方向に光を発する。したがって、蛍光体層２０から発せられた光は、光反射膜４０にあらゆる入射角度（０°≦θ_１≦９０°）で入射する。蛍光体層２０からの光が、光反射膜４０に入射角度θ_１で入射する場合を想定する。蛍光体層２０からのこの光は、２πｓｉｎθ_１の周長およびｄθ_１の幅をもつ微小表面を通過する。その微小表面の面積は２πｓｉｎθ_１ｄθ_１である。光反射膜４０の反射率をＲ（λ、θ_１）とすると、上記の微小表面を通過した光が光反射膜４０に反射される際の反射強度は、Ｒ（λ、θ_１）×２πｓｉｎθ_１ｄθ_１に比例する。Ｒ（λ、θ_１）×２πｓｉｎθ_１ｄθ_１を、０°≦θ_１≦９０°（０≦θ_１≦π／２）の範囲で積分すれば、角度依存性を考慮した光反射膜４０の反射強度Ｙ（λ）が得られる。Ｙ（λ）は、式（８）によって表される。

式（８）は、入射角度が大きくなるにつれて、光反射膜４０に入射する光量が増えることを反映している。すわなち、式（８）は、小さい入射角度での光の反射特性よりも、大きい入射角度での光の反射特性の方が、光デバイス５０の効率に大きく寄与することを反映している。

＜蛍光体デバイスの性能指標＞
蛍光体層２０の発光スペクトルをＩ（λ）とし、光デバイス５０の性能指標をＺとする。光デバイス５０の性能指標Ｚは、角度依存性が考慮された光反射膜４０の反射強度Ｙ（λ）と、蛍光体層２０の発光スペクトルＩ（λ）との積の積分で計算できる。光デバイス５０の性能指標Ｚは、式（９）によって表される。

λ_ｉ、λ_ｆ（λ_ｉ＜λ_ｆ）は、蛍光体層２０の発光スペクトルの両端の波長を示している。

＜光デバイスのエネルギー変換効率向上の原理＞
光デバイス５０のエネルギー変換効率には、大きい入射角度での光反射膜４０の反射率の寄与が大きい。蛍光体層２０の発光スペクトルの重心波長をλ_ｃとし、入射角度９０°で入射する波長λの光についての光反射膜４０の反射率をＲ_９０（λ）とする。反射率Ｒ_９０（λ_ｃ）が高いほど、光デバイス５０の効率は高くなる。

図４Ａから４Ｃは、入射角度９０°で入射する光についての光反射膜４０の反射スペクトルおよび蛍光体層２０の発光スペクトルの例を示す図である。図４Ａは、波長λ_０と波長λ_ｃとの差（λ_０−λ_ｃ）が、波長シフト量Δλ（＝λ_０−λ_９０）よりも小さい場合の例を示している。図４Ｂは、波長λ_０と波長λ_ｃとの差（λ_０−λ_ｃ）が、波長シフト量Δλに一致する場合の例を示している。図４Ｃは、波長λ_０と波長λ_ｃとの差（λ_０−λ_ｃ）が、波長シフト量Δλよりも大きい場合の例を示している。

図４Ｂの例では、波長λ_９０およびλ_ｃは一致する（λ_９０＝λ_ｃ）。したがって、Ｒ_９０（λ_ｃ）＝Ｒ_９０（λ_９０）である。一方、図４Ａの例では、波長λ_９０は、波長λ_ｃよりも短波長側にずれ、Ｒ_９０（λ_ｃ）＜Ｒ_９０（λ_９０）になる。その結果、図４Ａに示す特性を有する光デバイス５０の効率は、図４Ｂに示す特性を有する光デバイス５０の効率よりも小さい。同様に、図４Ｃの例では、波長λ_９０は、波長λ_ｃよりも長波長側にずれ、Ｒ_９０（λ_ｃ）＜Ｒ_９０（λ_９０）になる。その結果、図４Ｃに示す特性を有する光デバイス５０の効率は、図４Ｂに示す特性を有する光デバイス５０の効率よりも小さい。

＜発光効率の向上のための条件＞
図５は、波長λ_０およびλ_ｃが等しい場合における、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルの例と、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルの例とを示す図である。この例では、従来の設計思想に従い、入射角度０°での光反射膜４０の反射率が最大になる波長λ_０が、蛍光体層２０の発光スペクトルの重心波長λ_ｃに一致するように誘電体層４２が設計されている。波長λ_ｃの光が入射角度９０°で光反射膜４０に入射するときの反射率Ｒ_９０（λ_ｃ）は、当該反射率のピーク値よりも低い。

ここで、反射率がＲ_９０（λ_ｃ）と等しくなる他の波長をλ_ａ（λ_ａ＜λ_ｃ）とし、波長λ_ｃと波長λ_ａとの差をΔλ_ａ（＝λ_ｃ−λ_ａ）とする。仮に、光反射膜４０の反射スペクトルが全体的にΔλ_ａよりも小さい波長だけ長波長側にずれたと仮定すると、入射角度９０°で光反射膜４０に入射する重心波長λ_ｃの光の反射率が向上する。このため、全体的な発光効率が向上することが期待できる。以下、この点についてより詳細に説明する。

波長λ_ａおよびλ_ｃにおける反射率Ｒ_９０が等しいことから、式（３）より、式（１０）が導出される。

Δ_ａおよびΔ_ｃは、それぞれ波長λ_ａおよびλ_ｃにおける位相差を示している。式（１０）より、式（１１）が導出される。

λ_ｃ＝λ_０および入射角度θ_１＝９０°から、Δ_ｃは、式（４）および（６）より、式（１２）によって表される。

式（４）、（６）、（１１）および（１２）より、λ_ａは、式（１３）によって表される。

波長λ_ａは、式（１３）において取り得る値の中で最大になる値である。したがって、λ_ａは、式（１４）によって表される。

波長λ_ｃと波長λ_ａとの差をΔλ_ａ（＝λ_ｃ−λ_ａ）とすると、Δλ_ａは、式（１５）によって表される。

λ_９０とλ_ａとの差をΔλ_ｂ（＝λ_９０−λ_ａ）とすると、Δλ_ｂは、式（７）および（１４）より、式（１６）によって表される。

図６は、図５に示す例から、光反射膜４０の各反射スペクトルをΔλ_ａだけ長波長側にシフトさせた場合の、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルと、入射角度９０°での光反射膜４０の反射スペクトルとを示す図である。図６には、比較のために、図５における光反射膜４０の２つの反射スペクトルも示されている。この場合における入射角度０°での反射スペクトルのピーク波長をλ_０ｍ（＝λ_ｃ＋Δλ_ａ）とする。実際のデバイスにおいて、０°で入射する光の反射率がピークになる波長λ_０が、λ_ｃよりも大きく、波長λ_０ｍよりも小さければ、図５に示す例よりも発光効率が向上することが期待できる。よって、その波長λ_０ｍを、波長λ_０の上限値にすることができる。λ_０ｍ＝Δλ_ｂ＋Δλ＋λ_ｃであることから、波長λ_０ｍは、式（７）および（１６）を用いて、式（１７）によって表される。

以上より、λ_０ｍを波長λ_０の上限値とする場合、λ_０のとり得る範囲は、式（１８）によって表される。

波長λ_０が式（１８）で表される波長範囲にある場合、光デバイス５０のエネルギー変換効率は、λ_ｃ＝λ_０のときと同じか、λ_ｃ＝λ_０のときよりも高くなる。

さらに、光デバイス５０のエネルギー変換効率が最大になる場合、すなわちλ_ｃ＝λ_９０を満たす場合の波長λ_０の値を、波長λ_０の上限値としてもよい。その場合、λ_０のとり得る範囲は、式（１９）によって表される。

式（１９）のλ_０の波長範囲は、式（１８）のλ_０の波長範囲よりも狭い。

波長λ_０の下限値をλ_ｃよりも大きくしてもよい。

例えば、波長λ_０＝λ_ｃの場合にθ_１＝１０°での反射率がピークになる波長をλ_１０として、λ_０とλ_１０との差（λ_０−λ_１０）を波長λ_ｃに加えた値（２λ_ｃ−λ_１０）を、波長λ_０の下限値としてもよい。その場合、λ_０のとり得る範囲は、式（２０）によって表される。

同様に、波長λ_０＝λ_ｃの場合にθ_１＝３０°での反射率がピークになる波長をλ_３０として、λ_０とλ_３０との差（λ_０−λ_３０）を波長λ_ｃに加えた値（２λ_ｃ−λ_３０）を、波長λ_０の下限値としてもよい。その場合、λ_０のとり得る範囲は、式（２１）によって表される。

式（１８）または（１９）において、下限値λ_ｃの代わりに、式（２０）または（２１）の下限値を用いてもよい。本実施形態における光デバイス５０においては、例えば式（１８）または（１９）を満たすように、誘電体層４２が設計され得る。ただしこの条件に限定されない。本開示においては、誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長λ_０が、蛍光体層２０の発光スペクトルの重心波長λ_ｃよりも長ければよい。

次に、金属層４１上に、周期構造を有する従来の誘電体多層膜を形成する場合を説明する。誘電体多層膜は、例えば屈折率が異なる２層を交互に積層することによって形成される。その場合、周期数Ｍの誘電体多層膜の層数は２Ｍである。以下では、少ない周期数のために層数が少ない構造も「誘電体多層膜」と称する。誘電体多層膜では、周期構造に起因するブラッグ反射によって、ある特定の波長領域において高反射率が得られる。それ以外の波長領域では、誘電体多層膜全体を薄膜とした場合の薄膜干渉（例えば図２参照）による反射ピークが生じる。

図７は、金属層４１上に４層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０（実線）と、金属層４１上に１０層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０（破線）における、入射角度０°での光反射膜４０の反射率のシミュレーション結果を示す図である。４層は２周期に相当し、１０層は５周期に相当する。金属層４１上に４層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０は周期数が少なく、ブラッグ反射の効果は小さい。

金属層４１上に４層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０（実線）では、反射率は、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域において９０％以上である。一方、金属層４１上に１０層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０（破線）では、反射率は、薄膜干渉によって波長６００ｎｍ付近において大きく低下する。したがって、薄膜干渉による反射率の低下を抑制するためには金属層４１上の積層の数は少ない方が望ましく、特に６層以下であればよい。これは、周期構造を有しない誘電体層４２についても同様である。本明細書では、２周期のように極端に周期数が少ない構造も、周期構造を有しない誘電体層４２とする。

光デバイス５０の効率を向上させるためには、すべての入射角度に対して４００−７００ｎｍの波長領域において反射率を高めることが望ましい。そこで、誘電体多層膜の入射角度の依存性に注目する。

図８は、金属層４１上に６０層の誘電体多層膜を形成した光反射膜４０の反射率のシミュレーション結果を示す図である。実線は、入射角度０°での反射率を表し、破線は、入射角度８０°での反射率を表す。６０層は３０周期に相当する。６０層の誘電体多層膜では、顕著なブラッグ反射が生じる。

入射角度が０°の場合、反射率は、およそ４００ｎｍ〜５５０ｎｍの波長領域において約１００％である。この特定の波長領域における約１００％の反射率は、周期構造に起因するブラッグ反射によって得られる。それ以外の周波数領域における複数の反射ピークは、薄膜干渉によって得られる。一方、入射角度が８０°の場合、反射率が約１００％になる波長領域は、短波長側にシフトし、当該波長領域の幅は縮小する。

そのため、すべての入射角度に対して４００−７００ｎｍの波長領域において高反射率を得るためには、入射角度０°での高反射率の波長領域の幅は、４００−７００ｎｍの波長領域の幅よりも、反射率のシフト量と、シフトに伴い高反射率の波長領域の幅が縮小する量との合計の分だけ大きくなければならない。入射角度０°での高反射率の波長領域の幅は、例えば、５００ｎｍ以上であればよい。高反射率は、約１００％でなくてもよく、８０％以上であればよい。

光デバイス５０の効率には、大きい入射角度での光反射膜４０の反射スペクトルが大きく寄与する。そのため、効率を高くするためには、大きい入射角度（例えば８０°）での反射スペクトルのピーク波長が、蛍光体層２０の発光スペクトルの重心波長と一致するようにすればよい。また、光デバイス５０の効率には、入射角度の増加による反射スペクトルのピーク波長のシフト量も寄与する。

図９Ａは、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルおよび蛍光体層２０の発光スペクトルの例を模式的に示す図である。図９Ｂは、入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルおよび蛍光体層２０の発光スペクトルの他の例を模式的に示す図である。図９Ａおよび９Ｂには示されていないが、入射角度８０°での光反射膜４０の反射スペクトルのピーク波長は、蛍光体層２０の発光スペクトルの重心波長と一致するように設計されている。したがって、入射角度０°での反射率が最大になるピーク波長は、入射角度８０°での反射率が最大なるピーク波長よりも長い。

図９Ａに示す例では、入射角度の増加による光反射膜４０の反射スペクトルのピーク波長のシフト量が大きく、蛍光体層２０の発光スペクトルと光反射膜４０の反射スペクトルとの重なり積分は小さい。一方、図９Ｂに示す例では、入射角度の増加による光反射膜４０の反射スペクトルのピーク波長のシフト量が小さく、蛍光体層２０の発光スペクトルと光反射膜４０の反射スペクトルとの重なり積分は大きい。

光デバイスの効率を向上させるためには、入射角度が０°から９０°に向かって増加する際の、反射スペクトルのピーク波長のシフト量は小さくすればよい。例えば、入射角度０°および４５°におけるピーク波長の差は、例えば７０ｎｍ以下であり、ある例では４０ｎｍ以下であり得る。

また、反射スペクトルのピーク波長のシフト量は、金属層４１上に形成される誘電体層４２の膜厚が大きいほど、大きい傾向がある。そのため、誘電体層４２の膜厚は小さい値に設定され得る。誘電体層４２の膜厚は、例えば、４００ｎｍ以下であってもよく、２００ｎｍ以下であってもよい。

本実施形態における光デバイス５０の効率は、入射角度０°での光反射膜４０の反射率が８０％以上になる波長領域の幅が広く、入射角度の変化による反射スペクトルのピーク波長のシフト量が小さく、誘電体層４２の層数が少なく、誘電体層４２の膜厚が小さい場合に向上する。

＜光デバイスの構成要素＞
以下に、図１における光デバイス５０の構成要素をより詳細に説明する。

光源１０は、例えば波長４５０ｎｍ以下の光を発する固体光源であり得る。光源１０として、例えば、紫外光から青色光の領域に発光波長を持つＬＤまたはＬＥＤなどの光源を用いることができる。光源１０は、蛍光体層２０に向けて励起光を出射する。図１に示す例では、光源１０からの励起光は、蛍光体層２０の、誘電体層４２とは反対側の面（以下、「上面」と呼ぶ。）から入射する。光源１０は、蛍光体層２０、光反射膜４０、および基板３０から離れて配置されている。これは、光源１０が発する熱によって蛍光体層２０が加熱されて発光効率が低下することを防ぐためである。光源１０は、ＬＤまたはＬＥＤなどの発光素子に加えて、出射光を集束する１つ以上のレンズを備えていてもよい。

光源１０からの励起光を、蛍光体層２０の、誘電体層４２と同じ側の面から入射させる構成も可能である。あるいは、励起光を、蛍光体層２０の側面から入射させる構成も可能である。これに対して、励起光を蛍光体層２０の上面から入射させる構成では、光源１０と蛍光体層２０との距離を確保し易い。このため、光源１０が発する熱によって蛍光体層２０の蛍光特性が低下することを抑制し易い。

光源１０は、固体レーザを含む光源であってもよい。固体レーザには、遷移金属イオンまたは希土類イオンなどがドープされた、結晶またはガラスなどの固体材料が用いられる。ＬＥＤと比較して、固体レーザは、高い集光性を有する。したがって、固体レーザを用いて蛍光体層２０を励起すれば、蛍光体層２０の発光点を小さくすることができる。発熱の影響を避ける場合には、固体レーザ光源は、蛍光体層２０からできるだけ離れて配置される。

蛍光体層２０は、光源１０が発する励起光を受け、励起光の波長よりも長波長の蛍光を発する。蛍光体層２０から発せられた光は、例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域に少なくとも一つのピークを有する。蛍光体層２０は、青色光、緑色光、黄色光、赤色光を発する複数の蛍光体材料を含んでいてもよい。青色の光を発する蛍光体材料として、例えば、Ｓｒ_５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋（ＳＣＡ）またはＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ１７：Ｅｕ^２＋（ＢＡＭ）等を用いることができる。緑色の光を発する蛍光体材料として、例えば、Ｌｕ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＬｕＡＧ）等を用いることができる。黄色の光を発する蛍光体材料として、例えばＹＡＧ：Ｃｅ（セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット）を含む材料を用いることができる。具体的には、例えばＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）等を用いることができる。赤色の光を発する蛍光体材料として、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋（ＣＡＳＮ）、Ｌａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１：Ｃｅ^３＋（ＬＳＮ）等を用いることができる。

蛍光体層２０が発する光と、光源１０が発する励起光とを組み合わせて所望のスペクトルの発光を実現してもよい。例えば、青色の励起光を発する光源１０と、励起光を受けて黄色の光を発する蛍光体層２０とを組み合わせて、白色の発光を実現してもよい。

蛍光体層２０は、例えば、蛍光体粉末をガラスまたは樹脂に分散させた形態、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、または蛍光体セラミックスなどを用いることができる。

蛍光体層２０の厚さは、特に限定されるものではないが、例えば１μｍ以上１００μｍ以下に設計され得る。このような範囲に設定することにより、蛍光体層２０に熱が蓄積されることを抑制することができる。これにより、輝度低下を抑えることができる。

蛍光体層２０の光出射面、すなわち光源１０からの励起光が入射する面には、必要に応じて、励起光の反射を防止するための処理が施されていてもよい。光出射面には、反射防止膜が設けられていてもよい。

基板３０は、蛍光体層２０から発せられる熱を外部に逃がす放熱基板としても機能し得る。このため、基板３０は、例えば高い熱伝導特性を持つ材料で構成され得る。

金属層４１には、例えば可視光領域において高い反射率を有する金属材料が用いられ得る。例えば、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、またはＡｕ（金）などの金属、あるいはこれらの金属の合金（アルミニウム合金、銀合金または金合金など）が用いられ得る。つまり、金属層４１は、銀、銀合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも１つを含み得る。特に、反射率を高くするためには、例えばＡｇまたはＡｇ合金が用いられる。

誘電体層４２は、例えば、屈折率が互いに異なる誘電体材料を含む高屈折率材料と低屈折率材料とを有する。高屈折率材料および低屈折率材料は、交互に複数回積層され得る。誘電体層４２を構成する誘電体薄膜の各層の厚さは、例えば約１ｎｍ〜約１００ｎｍであり得る。誘電体層４２の全体の厚さは、例えば約５０ｎｍ〜４００ｎｍであり得る。低屈折率材料としては、例えば、ＭｇＦ_２（ｎ＝１．３８）、ＳｉＯ_２（ｎ＝１．４６）、またはＡｌ_２Ｏ_３（ｎ＝１．７７）などが用いられ得る。高屈折率材料としては、例えば、Ｔａ_２Ｏ_５（ｎ＝２．２０）、ＴｉＯ_２（ｎ＝２．５０）またはＮｂ_２Ｏ_５（ｎ＝２．３５）などが用いられ得る。

光反射膜４０は、金属層４１と、金属層４１の上に配置された誘電体層４２とを有する。光反射膜４０は、蛍光体層２０から発せられた光、および蛍光体層２０を透過した励起光を、蛍光体層２０の光出射面に向けて反射する。光反射膜４０は、蛍光体層２０および基板３０の間に配置される。入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルは、例えば、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長域に少なくとも一つのピークを有し得る。当該反射スペクトルは、他の波長域にピークを有していてもよい。

図１０は、光反射膜４０の反射スペクトルの一例を示す図である。図１０に示すように、光反射膜４０は、反射特性に角度依存性を有する。入射角度が大きくなると、反射スペクトルの反射率のピークは短波長側にシフトする。光反射膜４０の反射スペクトルは、０°から９０°までの入射角度の変化によって反射スペクトルのピーク値をとる波長のシフト量が、例えば約１０ｎｍ以上変化し得る。そのような波長シフトを示す光反射膜４０において、本開示の実施形態の効果を特に顕著に得ることができる。

＜シミュレーション結果との比較＞
本発明者らは、本実施形態の光反射膜４０を設けることにより、光デバイス５０の効率が向上することをシミュレーションによって確認した。本シミュレーションにおいては、式（９）で表される光デバイスの性能指標Ｚの計算を行なった。

以下、その結果を説明する。計算する上で、以下のパラメータを設定した。金属層４１には、Ａｇ合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）を用いた。誘電体層４２はＴｉＯ_２−ＳｉＯ_２−Ａｌ_２Ｏ_３の３層で構成した（図１７参照）。光反射膜４０の反射スペクトルは、Ｒｉｇｏｒｏｕｓ Ｃｏｕｐｌｅｄ−Ｗａｖｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ（ＲＣＷＡ）法による回折光学素子設計・解析ソフトウェアであるＤｉｆｆｒａｃｔＭＯＤを用いた光学シミュレーションによって計算した。以下の式（１８）および式（１９）の計算では、ｎ_Ａ＝１．０およびｎ_Ｂ＝２．０５を用いた。

まず、蛍光体材料にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いた場合の結果を説明する。

図１１は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルの例を示す図である。このＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルの重心波長は、λ_ｃ＝５６５ｎｍである。

図１２は、式（９）によって計算された光デバイスの性能指標Ｚを、λ_０を様々に変えてプロットした結果を示す図である。図１２に示すように、波長λ_０がＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルの重心波長よりも長波長側にある場合、光デバイスの効率は高くなる。

蛍光体材料にＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用いた場合、式（１８）における波長λ_０の波長範囲は、５６５＜λ_０≦７１７ｎｍになる。また、式（１９）における波長λ_０の波長範囲は、５６５＜λ_０≦６５３ｎｍになる。さらに、式（２０）および（２１）における波長λ_０の波長範囲は、それぞれλ_０≧５６７ｎｍおよびλ_０≧５８２ｎｍになる。

図１２に示す光学シミュレーションの結果から、光デバイス５０の効率が改善するλ_０の波長範囲は、５６５ｎｍ〜６７７ｎｍ（図１２における横方向の両矢印の範囲）である。光デバイスの効率が最高になるのは、λ_０＝６２８ｎｍ（図１２における上向きの矢印）の場合である。したがって、式（１８）および式（１９）の範囲を満たす。

次に、蛍光体材料にＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体を用いた場合の結果を示す。

図１３は、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルを示す図である。ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルの重心波長は、λ_ｃ＝６５４ｎｍである。

図１４は、式（９）によって計算された光デバイスの性能指標Ｚを、λ_０を様々に変えてプロットした結果を示す図である。図１４に示すように、波長λ_０がＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体の発光スペクトルの重心波長よりも長波長側にある場合、光デバイスの効率は高くなる。

蛍光体材料にＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体を用いた場合、式（１８）における波長λ_０の波長範囲は、６５４＜λ_０≦８２３ｎｍになる。また、式（１９）における波長λ_０の波長範囲は、６５４＜λ_０≦７４９ｎｍになる。さらに、式（２０）および（２１）における波長λ_０の波長範囲は、それぞれλ_０≧６５６ｎｍおよびλ_０≧６７４ｎｍになる。

図１４に示す光学シミュレーションの結果から、光デバイスの効率が改善するλ_０の波長範囲は、６５４ｎｍ〜７５７ｎｍ（図１４における横方向の両矢印の範囲）である。光デバイスの効率が最高となるのは、λ_０＝６９７ｎｍ（図１４における上向きの矢印）の場合である。したがって、式（１８）および式（１９）の範囲を満たす。

蛍光体層２０は、複数の蛍光体材料を含んでいてもよい。以下、蛍光体材料として、ＳＣＡ：Ｅｕ蛍光体およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体を用いた場合の結果を示す。

図１５は、ＳＣＡ：Ｅｕ蛍光体およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルを示す図である。ＳＣＡ：Ｅｕ蛍光体およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルの重心波長は、λ_ｃ＝５４４ｎｍである。

図１６は、式（９）によって計算された光デバイスの性能指標Ｚを、λ_０を様々に変えてプロットした結果を示す図である。図１６に示すように、波長λ_０の波長がＳＣＡ：Ｅｕ蛍光体およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を混ぜ合わせた蛍光体の発光スペクトルの重心波長よりも長波長側にある場合、光デバイスの効率は高くなる。

蛍光体材料として、ＳＣＡ：Ｅｕ蛍光体およびＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を混ぜ合わせた場合、式（１８）における波長λ_０の波長範囲は、５４４＜λ_０≦６８４ｎｍになる。また、式（１９）における波長λ_０の波長範囲は、５４４＜λ_０≦６２３ｎｍになる。さらに、式（２０）および（２１）における波長λ_０の波長範囲は、それぞれλ_０≧５４６ｎｍおよびλ_０≧５６０ｎｍになる。

図１６に示す光学シミュレーションの結果から、光デバイスの効率が改善するλ_０の波長範囲は、５４４ｎｍ〜６１１ｎｍ（図１６における横方向の両矢印の範囲）である。光デバイスの効率が最高となるのは、λ_０＝５８４ｎｍ（図１６における上向きの矢印）の場合である。したがって、式（１８）および式（１９）の範囲を満たす。

以上のシミュレーションの結果から、式（１８）および式（１９）に示す範囲の妥当性が確認された。

上記の例では、蛍光体層の発光スペクトルのみを考慮した。本実施形態は、光源の発光スペクトルと、蛍光体層の発光スペクトルとの両方を含む光スペクトルを用いる場合にも有効である。その場合は、光源の発光スペクトルと、蛍光体層の発光スペクトルとの両方を合わせた光スペクトルの重心波長をλ_ｃとして用いればよい。

次に、光学シミュレーションの結果と、式（１８）および式（１９）の計算結果とが一致しない理由を検討する。

式（１８）および式（１９）の計算では、光デバイスの効率は、光デバイスの効率に最も大きく寄与するθ_１＝９０°での反射率Ｒ（λ、θ_１）のみに依存すると仮定している（式（８）参照）。しかし、光学シミュレーションでは、光デバイスの効率は、式（８）に示すように、θ_１＝９０°での反射率だけでなくθ_１＝９０°以外での反射率にも依存する。

すなわち、式（１８）および式（１９）の計算における上記の仮定により、光学シミュレーションの結果と、式（１８）および式（１９）の計算結果とに差が生じる。それでもなお、式（１８）および式（１９）は、光デバイスの効率が高くなる波長範囲の簡単な見積もりとして有効である。

＜光反射膜の成膜＞
光反射膜の製造方法の一実施例を説明する。本発明者らは、以下の方法により、光反射膜を試作した。

まず、鏡面加工された基板に、金属層をスパッタ法により成膜した。金属層の材料は、Ａｇ合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）である。金属層の厚さを１５０ｎｍとした。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２を順次スパッタ法により成膜し、金属層上に誘電体層を形成した。誘電体層の厚さは１００ｎｍ〜１５０ｎｍとした。なお、成膜はスパッタ法に限られず、蒸着等の方法でもよい。

＜光反射膜の反射スペクトル＞
光反射膜の構成の一実施例を図１７に示す。図１７に示すように、金属層４１としてＡｇ合金（Ａｇ−Ｐｄ−Ｃｕ）を用い、膜の厚さを１５０ｎｍとした。金属層４１上に形成する誘電体層４２は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＴｉＯ_２の積層構造によって構成した。

表１は、各誘電体薄膜の屈折率および厚さを示している。

図１７の例では、金属層４１上にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＴｉＯ_２の誘電体薄膜がこの順番で積層されている。３層構造の誘電体層４２において、空気層に接する上の層の屈折率が最も高く、真中の層の屈折率が最も低い。これは、誘電体層４２の反射率を高くするためである。一般に、隣り合う２つの層の屈折率差が大きいほど、積層構造体の反射率が高くなる傾向にある。表１におけるＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＴｉＯ_２の組み合わせの中で、金属層４１上にＡｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２およびＴｉＯ_２の誘電体薄膜をこの順番で積層したとき、誘電体層４２は、最も高い反射率を有する。

上記の例では、３層構造の誘電体層４２を用いたが、例えば、５層構造の誘電体層４２を用いても同様の効果を得ることができる。

３層構造の誘電体層４２の平均屈折率ｎ_Ｂおよび全体膜厚ｄ_Ｂは、それぞれｎ_Ｂ＝２．０５、ｄ_Ｂ＝１２５ｎｍである。

図１８は、表１の条件で作製した光反射膜の反射スペクトルを示す図である。光反射膜４０の反射スペクトルは、入射角度が大きくなるにつれて短波長側にシフトする。入射角度０°での光反射膜４０の反射スペクトルが最大になるときの波長はλ_０＝６２０ｎｍである。

蛍光体層の蛍光体として、ＹＡＧ：Ｃｅを用いた場合について検討する。ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルの重心波長はλ_ｃ＝５６５ｎｍである。したがって、式（１８）における波長λ_０の波長範囲は、５６５＜λ_０≦７１１ｎｍとなる。また、式（１８）における波長λ_０の波長範囲は、５６５＜λ_０≦６４７ｎｍとなる。

上記の光反射膜４０では、波長λ_０＝６２８ｎｍであり、５６５≦λ_０≦６４７ｎｍの波長範囲にある。

以上のように、本開示は、以下の項目に記載のデバイスを含む。

［項目１］
金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、
前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる、
光デバイス。

［項目２］
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が８０％以上になる波長域の幅は、５００ｎｍ以上である、
項目１に記載の光デバイス。

［項目３］
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる第１の波長は、前記蛍光体層の側から前記光反射膜に入射角４５°で入射する光の反射率が最大になる第２の波長よりも長く、前記第１の波長と前記第２の波長との差は、７０ｎｍ以下である、
項目１または２に記載の光デバイス。

［項目４］
前記第１の波長と前記第２の波長との差は、４０ｎｍ以下である、
項目１または２に記載の光デバイス。

［項目５］
前記誘電体層の膜厚は、４００ｎｍ以下である、
項目１から４のいずれかに記載の光デバイス。

［項目６］
前記誘電体層の膜厚は、２００ｎｍ以下である、
項目１から４のいずれかに記載の光デバイス。

［項目７］
前記蛍光体層の屈折率をｎ_Ａとし、
前記誘電体層の平均屈折率をｎ_Ｂとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλ_０とし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλ_ｃとするとき、

を満たす、
項目１から６のいずれかに記載の光デバイス。

［項目８］
前記蛍光体層の屈折率をｎ_Ａとし、
前記誘電体層の平均屈折率をｎ_Ｂとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλ_０とし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλ_ｃとするとき、

を満たす、
項目１から６のいずれかに記載の光デバイス。

［項目９］

を満たす、
項目８に記載の光デバイス。

［項目１０］
前記蛍光体層の屈折率をｎ_Ａとし、
前記誘電体層の平均屈折率をｎ_Ｂとし、
前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλ_０とし、
前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλ_ｃとするとき、

を満たす、
項目１から６のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１１］
前記蛍光体層の発光スペクトルは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に、少なくとも１つのピークを有する、
項目１から１０のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１２］
前記金属層を支持する基板をさらに有する、
項目１から１１のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１３］
前記金属層は、銀、銀合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも１つを含む、
項目１から１２のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１４］
前記蛍光体層は、セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットを含む、
項目１から１３のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１５］
前記光源は、固体レーザを含む、
項目１から１４のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１６］
前記光源からの光は、前記蛍光体層の、前記誘電体層とは反対側の面から入射する、
項目１から１５のいずれかに記載の光デバイス。

［項目１７］
金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、
前記誘電体層は、２以上５以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる、
光デバイス。

本開示の実施形態における光デバイスは、発光デバイスなどの用途に利用できる。

１ 入射媒質
１０ 固体光源
２０ 蛍光体
３０ 基板
４０ 光反射膜
４１ 金属層
４２ 誘電体層
５０ 蛍光体デバイス

Claims (17)

1. 金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
   前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する
   蛍光体層と、
   を備え、
   前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、
   前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長よりも長く、
   前記誘電体層は、２以上６以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる、
   光デバイス。
2. 前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が８０％以上になる波長域の幅は、５００ｎｍ以上である、
   請求項１に記載の光デバイス。
3. 前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる第１の波長は、前記蛍光体層の側から前記光反射膜に入射角４５°で入射する光の反射率が最大になる第２の波長よりも長く、前記第１の波長と前記第２の波長との差は、７０ｎｍ以下である、
   請求項１または２に記載の光デバイス。
4. 前記第１の波長と前記第２の波長との差は、４０ｎｍ以下である、
   請求項３に記載の光デバイス。
5. 前記誘電体層の膜厚は、４００ｎｍ以下である、
   請求項１から４のいずれかに記載の光デバイス。
6. 前記誘電体層の膜厚は、２００ｎｍ以下である、
   請求項１から４のいずれかに記載の光デバイス。
7. 前記蛍光体層の屈折率をｎＡとし、
   前記誘電体層の平均屈折率をｎＢとし、
   前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλ０とし、
   前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλｃとするとき、
   

   

   を満たす、
   請求項１から６のいずれかに記載の光デバイス。
8. 前記蛍光体層の屈折率をｎＡとし、
   前記誘電体層の平均屈折率をｎＢとし、
   前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλ０とし、
   前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλｃとするとき、
   

   

   を満たす、
   請求項１から６のいずれかに記載の光デバイス。
9. 

   を満たす、
   請求項８に記載の光デバイス。
10. 前記蛍光体層の屈折率をｎＡとし、
    前記誘電体層の平均屈折率をｎＢとし、
    前記誘電体層に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長をλ０とし、
    前記蛍光体層の発光スペクトルの重心波長をλｃとするとき、
    

    

    を満たす、
    請求項１から６のいずれかに記載の光デバイス。
11. 前記蛍光体層の発光スペクトルは、４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲に、少なくとも１つのピークを有する、
    請求項１から１０のいずれかに記載の光デバイス。
12. 前記金属層を支持する基板をさらに有する、
    請求項１から１１のいずれかに記載の光デバイス。
13. 前記金属層は、銀、銀合金、アルミニウムおよびアルミニウム合金の少なくとも１つを含む、
    請求項１から１２のいずれかに記載の光デバイス。
14. 前記蛍光体層は、セリウムがドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネットを含む、
    請求項１から１３のいずれかに記載の光デバイス。
15. 前記光源は、固体レーザを含む、
    請求項１から１４のいずれかに記載の光デバイス。
16. 前記光源からの光は、前記蛍光体層の、前記誘電体層とは反対側の面から入射する、
    請求項１から１５のいずれかに記載の光デバイス。
17. 金属層および前記金属層上の誘電体層を含む光反射膜と、
    前記誘電体層上の蛍光体層であって、光源からの光によって励起されることで発光する蛍光体層と、
    を備え、
    前記蛍光体層の側から前記光反射膜に垂直に入射する光の反射率が最大になる波長は、前記光源の発光スペクトルと、前記蛍光体層の発光スペクトルとを合わせた光スペクトルの重心波長よりも長く、
    前記誘電体層は、２以上５以下の層の積層構造体であって、前記誘電体層における隣り合う任意の２層の屈折率は異なる、
    光デバイス。

Images