JP7117517B2 - 波長変換部材、光学装置及びプロジェクタ - Google Patents
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Description
本開示は、波長変換部材、光学装置及びプロジェクタに関する。
近年、励起光源及び波長変換部材を備えた光学装置が開発されている。波長変換部材は、マトリクスに埋め込まれた蛍光体を有する。励起光源の光が励起光として蛍光体に照射され、励起光の波長よりも長い波長の蛍光の光が蛍光体から放射される。このタイプの光学装置において、光の輝度及び出力を高めるための試みがなされている。
特許文献１は、マトリクスの材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）が使用された波長変換素子を開示している。ＺｎＯは、多くの蛍光体の屈折率に近い屈折率を有する無機材料であるとともに、優れた透光性及び熱伝導性を有する。特許文献１の波長変換素子では、蛍光体とＺｎＯマトリクスとの界面での光散乱が抑制され、高い光出力が達成されうる。特許文献１の波長変換素子において、マトリクスは基板の上に配置されている。
波長変換部材は、基板と、基板に支持されてかつ無機材料を含むマトリクスと、マトリクスに埋め込まれた蛍光体と、マトリクスに埋め込まれたフィラー粒子とを備える。フィラー粒子の線膨張係数は２５ｐｐｍ／Ｋ以上７９０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、かつ、マトリクスの線膨張係数よりも大きい。
この波長変換部材は、基板の反りが抑制される。
（本開示の基礎となった知見）
溶液成長法によって基板の上に無機結晶のマトリクスを形成したとき、得られた波長変換部材の温度が高いことがある。波長変換部材を使用したとき、波長変換部材の温度が上昇することもある。このとき、波長変換部材の温度が低下すると、基板及びマトリクスのそれぞれが収縮する。波長変換部材において、基板の線膨張係数がマトリクスの線膨張係数と異なるとき、基板の収縮の度合いは、マトリクスの収縮の度合いと異なる。そのため、波長変換部材の温度が低下することによって、基板とマトリクスとの間に応力が生じる。これにより、基板に反りが生じることがある。特に、基板において、マトリクスが形成されるべき領域の面積が大きい場合、基板の反りが大きくなりやすい。例えば、特許文献１に開示されている波長変換素子では、基板に反りが生じることがある。
溶液成長法によって基板の上に無機結晶のマトリクスを形成したとき、得られた波長変換部材の温度が高いことがある。波長変換部材を使用したとき、波長変換部材の温度が上昇することもある。このとき、波長変換部材の温度が低下すると、基板及びマトリクスのそれぞれが収縮する。波長変換部材において、基板の線膨張係数がマトリクスの線膨張係数と異なるとき、基板の収縮の度合いは、マトリクスの収縮の度合いと異なる。そのため、波長変換部材の温度が低下することによって、基板とマトリクスとの間に応力が生じる。これにより、基板に反りが生じることがある。特に、基板において、マトリクスが形成されるべき領域の面積が大きい場合、基板の反りが大きくなりやすい。例えば、特許文献１に開示されている波長変換素子では、基板に反りが生じることがある。
基板に反りが生じると、励起光によって照射されるべき波長変換部材の領域がずれる。これにより、波長変換部材の発光効率が低下することがある。基板の反りが大きいとき、マトリクスが基板から脱落することもある。
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
（実施形態１）
図１は、実施形態１の波長変換部材１００の概略断面図である。図１に示すように、波長変換部材１００は、基板１０及び蛍光体部２０を備えている。基板１０は、蛍光体部２０を支持している。蛍光体部２０は、基板１０の上に配置されている。蛍光体部２０は、マトリクス２１、蛍光体２２及び複数のフィラー粒子２３を有する。蛍光体２２は、例えば、複数の粒子１２２よりなる。蛍光体２２の粒子１２２及び複数のフィラー粒子２３のそれぞれは、マトリクス２１に埋め込まれている。言い換えれば、蛍光体２２の粒子１２２及び複数のフィラー粒子２３のそれぞれは、マトリクス２１に分散されている。蛍光体２２の粒子１２２及び複数のフィラー粒子２３のそれぞれは、マトリクス２１に囲まれている。
図１は、実施形態１の波長変換部材１００の概略断面図である。図１に示すように、波長変換部材１００は、基板１０及び蛍光体部２０を備えている。基板１０は、蛍光体部２０を支持している。蛍光体部２０は、基板１０の上に配置されている。蛍光体部２０は、マトリクス２１、蛍光体２２及び複数のフィラー粒子２３を有する。蛍光体２２は、例えば、複数の粒子１２２よりなる。蛍光体２２の粒子１２２及び複数のフィラー粒子２３のそれぞれは、マトリクス２１に埋め込まれている。言い換えれば、蛍光体２２の粒子１２２及び複数のフィラー粒子２３のそれぞれは、マトリクス２１に分散されている。蛍光体２２の粒子１２２及び複数のフィラー粒子２３のそれぞれは、マトリクス２１に囲まれている。
蛍光体部２０の形状は、例えば、層状である。蛍光体部２０の厚さは、例えば、２０μｍ以上２００μｍ以下である。蛍光体部２０の厚さは、５０μｍより大きくてもよい。蛍光体部２０の形状が層状であるとき、平面視での蛍光体部２０の面積は、例えば、０．５ｍｍ
２ 以上１５００ｍｍ２以下である。
第１の波長帯域を有する励起光が波長変換部材１００に照射されたとき、波長変換部材１００は、励起光の一部を第２の波長帯域を有する光に変換して放射する。波長変換部材１００は、励起光の波長よりも長い波長の光を放射する。第２の波長帯域は、第１の波長帯域と異なる帯域である。ただし、第２の波長帯域の一部が第１の波長帯域に重なっていてもよい。波長変換部材１００から放射された光には、蛍光体２２から放射された光だけでなく、励起光そのものが含まれていてもよい。
基板１０は、例えば、基板本体１１及び薄膜１２を有する。基板１０の厚さは、例えば、蛍光体部２０の厚さよりも大きい。基板本体１１は、ステンレス鋼、アルミニウムと炭化ケイ素との複合材料（Ａｌ－ＳｉＣ）、アルミニウムとシリコンとの複合材料（Ａｌ－Ｓｉ）、アルミニウムと炭素との複合材料（Ａｌ－Ｃ）、銅（Ｃｕ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、アルミナ、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガラス、石英（ＳｉＯ２）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１つの材料で作られている。銅（Ｃｕ）を含む基板本体１１は、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）などの他の元素をさらに含んでいてもよい。基板本体１１がステンレス鋼、アルミニウムと炭化ケイ素との複合材料（Ａｌ－ＳｉＣ）、アルミニウムとシリコンとの複合材料（Ａｌ－Ｓｉ）、アルミニウムと炭素との複合材料（Ａｌ－Ｃ）及び銅（Ｃｕ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含むとき、基板本体１１は、小さい熱膨張係数を有する。ステンレス鋼、アルミニウムと炭化ケイ素との複合材料（Ａｌ－ＳｉＣ）、アルミニウムとシリコンとの複合材料（Ａｌ－Ｓｉ）、アルミニウムと炭素との複合材料（Ａｌ－Ｃ）及び銅（Ｃｕ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む基板１０は、プロジェクタの用途に適している。基板本体１１は、例えば、励起光及び蛍光体２２から放射された光を透過させる透光性を有する。この場合、波長変換部材１００は、透過型光学装置に好適に使用されうる。基板１０が透光性を有していない場合、波長変換部材１００は、反射型光学装置に使用されうる。基板本体１１は、鏡面研磨された表面を有していてもよい。
基板本体１１の表面は、反射防止膜、ダイクロイックミラー、金属反射膜、増反射膜、保護膜などによって被覆されていてもよい。反射防止膜は、励起光の反射を防止するための膜である。ダイクロイックミラーは、誘電体多層膜によって構成されうる。金属反射膜は、光を反射させるための膜であり、銀、アルミニウムなどの金属材料で作られている。増反射膜は、誘電体多層膜によって構成されうる。保護膜は、これらの膜を物理的又は化学的に保護するための膜でありうる。
薄膜１２は、蛍光体部２０を形成するための下地層として機能する。蛍光体部２０のマトリクス２１が結晶質であるとき、薄膜１２は、マトリクス２１の結晶成長過程における種結晶として機能する。つまり、薄膜１２は、単結晶薄膜又は多結晶薄膜である。マトリクス２１がＺｎＯ単結晶又はＺｎＯ多結晶によって構成されているとき、薄膜１２は、ＺｎＯ単結晶薄膜又はＺｎＯ多結晶薄膜でありうる。薄膜１２には、Ｚｎ以外の他の元素が添加されていてもよい。薄膜１２にＧａ、Ａｌ、Ｂなどの元素が添加されているとき、薄膜１２は、低い電気抵抗を有する。薄膜１２は、アモルファスのＺｎ化合物又はアモルファスのＺｎＯを含んでいてもよい。薄膜１２の厚さは、５ｎｍ以上２０００ｎｍ以下であってもよく、５ｎｍ以上２００ｎｍ以下であってもよい。薄膜１２が薄ければ薄いほど、蛍光体部２０と基板本体１１との間の距離が短いため、優れた熱伝導性が得られる。ただし、基板本体１１が種結晶の機能を発揮できる場合、薄膜１２は省略されていてもよい。例えば、基板本体１１が結晶質のＧａＮ又は結晶質のＺｎＯによって構成されているとき、結晶質のＺｎＯによって構成されたマトリクス２１を基板本体１１の上に直接形成することができる。マトリクス２１が結晶質でないときにも、薄膜１２は省略されうる。
基板１０の線膨張係数α３は、特に限定されない。基板１０の線膨張係数α３は、マトリクス２１の線膨張係数α１より大きく、かつ、フィラー粒子２３の線膨張係数α２より小さくてもよい。線膨張係数α１、α２、α３の大小関係は、例えば、それぞれの部材について、互いに同じ温度範囲で測定された線膨張係数の平均値を用いて判断することができる。線膨張係数α１、α２、α３と、蛍光体２２の線膨張係数α４との大小関係も、例えば、それぞれの部材について、互いに同じ温度範囲で測定された線膨張係数の平均値を用いて判断することができる。上記の温度範囲は、マトリクス２１を形成するときの温度、又は、波長変換部材１００を使用するときの温度に応じて設定できる。基板１０の線膨張係数α３は、０．５ｐｐｍ／Ｋ以上２４ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、９．９ｐｐｍ／Ｋ以上１７．８ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。基板１０において、基板本体１１の厚さは、薄膜１２に比べて十分に大きい。そのため、波長変換部材１００では、基板本体１１の線膨張係数を基板１０の線膨張係数α３とみなすことができる。本開示では、基板本体１１の線膨張係数についても「線膨張係数α３」と呼ぶことがある。
基板本体１１の線膨張係数α３は、例えば、ＪＩＳ（日本工業規格） Ｚ２２８５：２００３に準拠した方法によって、次のように測定することができる。まず、基板本体１１と同じ組成を有する試験片を準備する。試験片の形状は、ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に規定されている。ＪＩＳ Ｚ２２８５：２００３に規定された方法で、例えば、２９８Ｋから３６３Ｋの温度の範囲における試験片の線膨張係数を測定する。得られた試験片の線膨張係数を基板本体１１の線膨張係数α３とみなすことができる。ただし、本開示において、基板本体１１の線膨張係数α３の測定方法は、上記の方法に限定されない。本開示では、基板本体１１において、基板本体１１の厚さ方向の線膨張係数と、厚さ方向に直交する基板本体１１の平面方向の線膨張係数とが異なる場合は、基板本体１１の平面方向の線膨張係数を基板本体１１の線膨張係数α３として採用する。
基板本体１１に含まれうる材料の線膨張係数の代表的な文献値を表１に示す。表１において、ステンレス鋼の線膨張係数の下限値は、０℃から１００℃の範囲における線膨張係数の平均値を示している。ステンレス鋼の線膨張係数の上限値は、０℃から３１６℃の範囲における線膨張係数の平均値を示している。
蛍光体部２０において、蛍光体２２の粒子１２２は、マトリクス２１に分散されている。図１において、蛍光体２２の粒子１２２は、互いに離れている。ただし、蛍光体２２の粒子１２２は、互いに接していてもよい。フィラー粒子２３は、２つの蛍光体２２の粒子１２２の間に位置していてもよく、蛍光体２２の粒子１２２と基板１０との間に位置していてもよい。フィラー粒子２３は、蛍光体２２の粒子１２２に接していてもよい。フィラー粒子２３は、基板１０と接していてもよい。複数のフィラー粒子２３は、互いに離れていてもよく、互いに接していてもよい。蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３は、石垣のように積まれていてもよい。
蛍光体２２の材料は、特に限定されない。種々の蛍光物質が蛍光体２２の材料として使用されうる。具体的には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ（ＧＹＡＧ）、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＬｕＡＧ）、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ（β－ＳｉＡｌＯＮ）、（Ｌａ，Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（ＬＹＳＮ）、Ｌｕ２ＣａＭｇ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ（ＬＣＭＳ）などの蛍光物質が使用されうる。蛍光体２２は、蛍光物質以外の他の材料をさらに含んでいてもよい。他の材料としては、例えば、透光性を有する材料が挙げられる。透光性を有する材料としては、例えば、ガラス、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３などが挙げられる。蛍光体２２は、互いに異なる組成を有する複数の種類の蛍光体を含んでいてもよい。蛍光体２２の材料は、波長変換部材１００から放射されるべき光の色度に応じて選択される。
蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径は、例えば、０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲にある。蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径は、１０μｍより大きくてもよい。蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径は、例えば、次の方法によって特定することができる。まず、波長変換部材１００の断面を走査電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定の蛍光体２２の粒子１２２の面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定の蛍光体２２の粒子１２２の粒径（粒子の直径）とみなす。任意の個数（例えば５０個）の蛍光体２２の粒子１２２の粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値を蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径とみなす。本開示において、蛍光体２２の粒子１２２の形状は限定されない。蛍光体２２の粒子１２２の形状は、球状であってもよく、楕円体状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。本開示において、平均粒径の測定方法は、上記の方法に限定されない。
蛍光体部２０の体積に対する蛍光体２２の粒子１２２の体積の合計の比率は、特に限定されず、０．１以上０．９以下であってもよく、０．３以上０．７以下であってもよい。
蛍光体２２の線膨張係数α４は、特に限定されない。蛍光体２２の線膨張係数α４は、フィラー粒子２３の線膨張係数α２より小さくてもよい。蛍光体２２の線膨張係数α４は、１０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。蛍光体２２の線膨張係数α４の下限値は、例えば、１ｐｐｍ／Ｋである。蛍光体２２の線膨張係数α４は、基板本体１１の線膨張係数α３と同様の方法で測定できる。蛍光体２２に含まれうる材料の線膨張係数の代表的な文献値を表２に示す。
蛍光体部２０において、フィラー粒子２３は、マトリクス２１に分散されている。フィラー粒子２３は、例えば、樹脂材料を含む。フィラー粒子２３は、樹脂材料を主成分として含んでいてもよい。「主成分」とは、フィラー粒子２３に重量比で最も多く含まれた成分を意味する。フィラー粒子２３は、例えば、実質的に樹脂材料からなる。「実質的に～からなる」は、言及された材料の本質的特徴を変更する他の成分を排除することを意味する。ただし、フィラー粒子２３は、樹脂材料の他に不純物を含んでいてもよい。樹脂材料は、熱可塑性樹脂を含んでいてもよく、熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。熱可塑性樹脂は、例えば、ポリスチレン（ＰＳ）、メタクリル樹脂及びポリカーボネート（ＰＣ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。熱可塑性樹脂は、ポリイミド又はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）を含んでいてもよい。メタクリル樹脂は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含む。フィラー粒子２３が熱可塑性樹脂を含むとき、波長変換部材１００の強度が向上する。熱可塑性樹脂は、熱可塑性エラストマーを含んでいてもよい。熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系エラストマー、オレフィン系エラストマー、塩化ビニル系エラストマー、ウレタン系エラストマー、エステル系エラストマー及びアミド系エラストマーが挙げられる。エラストマー（ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）とは、ゴム弾性を有する材料を意味する。
熱硬化性樹脂は、例えば、シリコーン樹脂及びエポキシ樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。シリコーン樹脂は、例えば、シロキサン結合を有する高分子化合物である。シリコーン樹脂は、例えば、シロキサン結合を主骨格に有する。シリコーン樹脂としては、例えば、ジメチルポリシロキサン及びポリオルガノシルセスキオキサンなどが挙げられる。ポリオルガノシルセスキオキサンは、例えば、シロキサン結合によって三次元網目状に架橋した構造を有する。この構造は、例えば、一般式（ＲＳｉＯ３／２）ｎで表される。この一般式において、Ｒは、例えば、アルキル基である。
熱硬化性樹脂は、熱硬化性エラストマーを含んでいてもよい。熱硬化性エラストマーとしては、例えば、ウレタンゴム、シリコーンゴム及びフッ素ゴムなどが挙げられる。シリコーンゴムは、ゴム弾性を有するシリコーン樹脂である。シリコーンゴムは、例えば、ジメチルポリシロキサンを架橋した構造を有する。
シリコーン樹脂又はシリコーンゴムを含むフィラー粒子としては、例えば、信越化学工業社からＫＭＰシリーズ、ＫＳＰシリーズ、Ｘ－５２シリーズなどが市販されており、東レ・ダウコーニング社からＥＰシリーズ、ＴＲＥＦＩＬシリーズ、３０－４２４ Ａｄｄｉｔｉｖｅなどが市販されている。樹脂材料がシロキサン結合を有する高分子化合物を含むとき、フィラー粒子２３は、優れた耐熱性を有する。
フィラー粒子２３は、官能基で修飾された表面２４を有していてもよい。このとき、フィラー粒子２３は、優れた分散性を有する。すなわち、官能基で修飾された表面２４によって、フィラー粒子２３が凝集することを抑制できる。表面２４を修飾している官能基としては、例えば、エポキシ基、（メタ）アクリロイル基、メチル基などが挙げられる。
フィラー粒子２３の平均粒径は、０．１μｍ以上２０μｍ以下であってもよく、１．０μｍ以上１０μｍ以下であってもよい。フィラー粒子２３の平均粒径は、例えば、蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径よりも小さい。蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径Ｄ１に対するフィラー粒子２３の平均粒径Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば、０．０１以上０．９０以下である。フィラー粒子２３の平均粒径は、蛍光体２２の粒子１２２の平均粒径と同じ方法によって測定されうる。蛍光体２２の粒子１２２の合計体積Ｖ１とフィラー粒子２３の合計体積Ｖ２とにより求められるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、例えば、０．０１以上０．７０以下であってもよく、０．０５以上０．１６以下であってもよい。フィラー粒子２３の比重は、例えば、０．５ｇ／ｃｍ３以上１．５ｇ／ｃｍ３以下である。蛍光体２２の粒子１２２の合計体積Ｖ１は蛍光体２２の全体の体積である。
蛍光体部２０の体積に対するフィラー粒子２３の合計体積の比率は、特に限定されず、０．００５以上０．７以下であってもよく、０．０１以上０．４以下であってもよい。
本開示において、フィラー粒子２３の形状は特に限定されない。フィラー粒子２３の形状は、球状であってもよく、楕円体状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。図２は、フィラー粒子２３の断面の一例を示している。図２に示すように、フィラー粒子２３は、コア３０とコア３０を被覆しているシェル３１とを有していてもよい。シェル３１は、コア３０の表面全体を被覆していてもよく、コア３０の表面を部分的に被覆していてもよい。シェル３１は、例えば、コア３０に接している。コア３０の組成は、例えば、シェル３１の組成と異なる。一例として、コア３０がシリコーンゴムでできており、シェル３１がシリコーンゴム以外の他のシリコーン樹脂でできている。コア３０の形状は、例えば、球状である。図２では、シェル３１は、複数の粒子によって構成されている。ただし、シェル３１の形状は、層状であってもよい。シェル３１を構成する粒子の平均粒径は、例えば、１ｎｍ以上１μｍ以下である。フィラー粒子２３がシェル３１を有しているとき、フィラー粒子２３は、優れた分散性を有する。すなわち、シェル３１によって、フィラー粒子２３が凝集することを抑制できる。
フィラー粒子２３の線膨張係数α２は、２５ｐｐｍ／Ｋ以上７９０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、かつ、マトリクス２１の線膨張係数α１より大きい。フィラー粒子２３の線膨張係数α２は、２５ｐｐｍ／Ｋ以上４００ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、５０ｐｐｍ／Ｋ以上４００ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。２００ｐｐｍ／Ｋ以上であってもよい。フィラー粒子２３の線膨張係数α２は、マトリクス２１を形成するときの温度、又は、波長変換部材１００を使用するときの温度に応じて選択されうる。
フィラー粒子２３の線膨張係数α２は、例えば、ＪＩＳ Ｋ７１９７：２０１２に準拠した方法によって、次のように測定することができる。まず、フィラー粒子２３と同じ組成を有する試験片を準備する。試験片の形状は、ＪＩＳ Ｋ７１９７：２０１２に規定されている。ＪＩＳ Ｋ７１９７：２０１２に規定された方法で、例えば、２９８Ｋから３６３Ｋの範囲における試験片の線膨張係数を測定する。得られた試験片の線膨張係数をフィラー粒子２３の線膨張係数α２とみなすことができる。ただし、本開示において、フィラー粒子２３の線膨張係数α２の測定方法は、上記の方法に限定されない。
フィラー粒子２３に含まれうる材料の線膨張係数の代表的な文献値を表３に示す。
樹脂材料が熱可塑性エラストマー又は熱硬化性エラストマーを含むとき、フィラー粒子２３は、ゴム弾性を有する。フィラー粒子２３のゴム硬度は、１０以上９０以下であってもよく、３０以上７５以下であってもよい。フィラー粒子２３のゴム硬度は、例えば、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３：２０１２に準拠した方法によって、次のように測定することができる。まず、フィラー粒子２３と同じ組成を有する試験片を準備する。試験片の形状は、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３：２０１２に規定されている。例えば、ＪＩＳ Ｋ６２５３－３：２０１２に規定されたタイプＡデュロメータを用いた方法によって、試験片のゴム硬度を測定する。得られた試験片のゴム硬度をフィラー粒子２３のゴム硬度とみなすことができる。ただし、本開示において、ゴム硬度の測定方法は、上記の方法に限定されない。
フィラー粒子２３のガラス転移温度Ｔｇは、特に限定されない。フィラー粒子２３が熱可塑性樹脂を含むとき、フィラー粒子２３のガラス転移温度Ｔｇは、例えば、５０℃以上３００℃以下であってもよい。フィラー粒子２３が熱硬化性エラストマーを含むとき、フィラー粒子２３のガラス転移温度Ｔｇは、３０℃以下であってもよく、０℃以下であってもよい。一例として、シリコーンゴムのガラス転移温度Ｔｇは、－１２５℃である。フィラー粒子２３のガラス転移温度Ｔｇの下限値は、例えば、－２７３℃である。フィラー粒子２３のガラス転移温度Ｔｇが室温よりも低いとき、フィラー粒子２３は、室温で優れた接着性を有する。本開示において、室温は、２５℃以上３０℃以下を意味する。フィラー粒子２３のガラス転移温度Ｔｇは、例えば、示差走査熱量計（ＤＳＣ）を用いて、ＪＩＳ Ｋ７１２１：１９８７に準拠した方法によって測定できる。シリコーンゴムなどを含み、かつ０℃以下のガラス転移温度Ｔｇを有するフィラー粒子２３に関して、フィラー粒子２３の具体的なガラス転移温度Ｔｇを特定する場合には、０℃以下の温度でもガラス転移温度Ｔｇを測定することができるＤＳＣを用いる。ただし、本開示において、ガラス転移温度Ｔｇの測定方法は、上記の方法に限定されない。
フィラー粒子２３に励起光が照射されたとき、フィラー粒子２３は、蛍光の光を放射しないか、無視できる強度の蛍光の光のみを放射する。フィラー粒子２３の光の吸収率は、特に限定されない。５５０ｎｍの波長の光に対するフィラー粒子２３の吸収率は、好ましくは２５％以下であり、より好ましくは１０％以下であり、さらに好ましくは１％以下である。フィラー粒子２３は、５５０ｎｍの波長の光を実質的に吸収しなくてもよい。４５０ｎｍの波長の光に対するフィラー粒子２３の吸収率は、好ましくは２５％以下であり、より好ましくは１０％以下であり、さらに好ましくは１％以下である。フィラー粒子２３は、４５０ｎｍの波長の光を実質的に吸収しなくてもよい。
フィラー粒子２３の光の吸収率は、例えば、市販の絶対ＰＬ量子収率測定装置を用いて測定することができる。絶対ＰＬ量子収率測定装置は、フォトルミネッセンス（ＰＬ）法により、発光ダイオード（ＬＥＤ）用蛍光材料などのサンプルの発光量子収率の絶対値を測定する装置である。サンプルの発光量子収率は、計測用のサンプルホルダ及び粉体計測用のシャーレを用いて、次の方法によって測定できる。まず、シャーレの内部にサンプルを配置する。次に、このシャーレを積分球の内部に配置する。キセノン光源から分光され、特定の波長を有する励起光をサンプルに照射する。このとき、サンプルから放射された光について測定することによって、サンプルの発光量子収率を測定できる。フィラー粒子２３の光の吸収率は、例えば、次の方法によって測定できる。まず、サンプルが配置されていない空のシャーレを積分球の内部に配置する。空のシャーレについて発光量子収率の測定を行う。これにより、サンプルが配置されていない状態での励起光の光子数を測定できる。次に、サンプルとしてフィラー粒子２３が配置されたシャーレを積分球の内部に配置する。フィラー粒子２３について発光量子収率の測定を行う。これにより、フィラー粒子２３が配置された状態での励起光の光子数を測定できる。これらの測定結果から、フィラー粒子２３に照射された励起光の光子数に対する、フィラー粒子２３に吸収された光子数の比率を算出できる。この比率をフィラー粒子２３の光の吸収率とみなすことができる。シャーレは、例えば、測定波長範囲での光の吸収が少ない合成石英でできている。シャーレの底面は、例えば、平面視で円の形状を有している。平面視でのシャーレの底面の直径は、例えば、約１７ｍｍである。シャーレの厚さは、例えば、約５ｍｍである。シャーレは、例えば、蓋を備えている。
フィラー粒子２３が周囲温度２００℃で２４時間加熱された場合において、５５０ｎｍの波長の光に対するフィラー粒子２３の吸収率は、好ましくは２５％以下であり、より好ましくは１０％以下であり、さらに好ましくは１％以下である。フィラー粒子２３が周囲温度２４０℃で２４時間加熱された場合において、５５０ｎｍの波長の光に対するフィラー粒子２３の吸収率は、好ましくは２５％以下であり、より好ましくは１０％以下であり、さらに好ましくは１％以下である。
マトリクス２１は、無機材料を含む。無機材料は、無機結晶を含んでいてもよい。無機材料は、例えば、ＺｎＯ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＰｂＯ、Ｂ２Ｏ３、Ｐ２Ｏ５、ＴｅＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｂｉ２Ｏ３、Ａｇ２Ｏ、Ｔｌ２Ｏ及びＢａＯからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。マトリクス２１は、無機材料としてガラスを含んでいてもよい。
マトリクス２１は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含む。ＺｎＯは、透明性及び熱伝導性の観点から、マトリクス２１の材料に適している。ＺｎＯは、高い熱伝導性を有する。そのため、ＺｎＯがマトリクス２１の材料として使用されているとき、蛍光体部２０の熱を外部（主に基板１０）に容易に逃がすことができる。これにより、蛍光体２２の温度の上昇を抑制することができる。マトリクス２１は、ＺｎＯを主成分として含んでいてもよい。マトリクス２１は、例えば、実質的にＺｎＯからなる。ただし、マトリクス２１は、ＺｎＯの他に不純物を含んでいてもよい。
マトリクス２１の材料としてのＺｎＯは、詳細には、ＺｎＯの単結晶又はＺｎＯの多結晶である。ＺｎＯは、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。結晶成長によってマトリクス２１を形成したとき、マトリクス２１は、例えば、薄膜１２の結晶構造に応じた結晶構造を有する。すなわち、薄膜１２として、ｃ軸に配向したＺｎＯの多結晶を用いたとき、マトリクス２１は、ｃ軸に配向したＺｎＯの多結晶を有する。「ｃ軸に配向したＺｎＯ」とは、基板１０の主面に平行な面がｃ面であることを意味する。「主面」とは、基板１０の最も広い面積を有する面を意味する。マトリクス２１がｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶を含むとき、蛍光体部２０の内部において光散乱が抑制され、高い光出力を達成できる。
ｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶は、ｃ軸に配向した複数の柱状の結晶粒を含む。ｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶において、ｃ軸方向の結晶粒界が少ない。「柱状の結晶粒がｃ軸に配向している」とは、ｃ軸方向のＺｎＯの成長がａ軸方向のＺｎＯの成長よりも速く、基板１０の上に縦長のＺｎＯ結晶粒が形成されていることを意味する。ＺｎＯ結晶粒のｃ軸は、基板１０の法線方向に平行である。言い換えると、ＺｎＯ結晶粒のｃ軸は、蛍光体部２０の励起光を受光する表面の法線方向に平行である。ＺｎＯがｃ軸配向の結晶であるかどうかは、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定（２θ／ωスキャン）によって確認できる。ＸＲＤ測定結果から得られたＺｎＯの回折ピークにおいて、ＺｎＯのｃ面に起因する回折ピークが、ＺｎＯのｃ面以外に起因する回折ピークよりも大きい強度を有する場合、ＺｎＯがｃ軸配向の結晶であると判断できる。国際公開第２０１３／１７２０２５号は、ｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶によって構成されたマトリクスを詳しく開示している。
蛍光体部２０の体積に対するマトリクス２１の体積の比率は、特に限定されず、０．１以上０．９以下であってもよく、０．３以上０．７以下であってもよい。
マトリクス２１の線膨張係数α１は、フィラー粒子２３の線膨張係数α２より小さい。マトリクス２１の線膨張係数α１は、例えば、９．８ｐｐｍ／Ｋ以下である。マトリクス２１の線膨張係数α１の下限値は、例えば、２ｐｐｍ／Ｋである。マトリクス２１の線膨張係数α１は、基板本体１１の線膨張係数α３と同様の方法で測定できる。マトリクス２１に含まれうる材料の線膨張係数の代表的な文献値を表４に示す。
波長変換部材１００において、蛍光体部２０の線膨張係数α５は、特に限定されない。蛍光体部２０の線膨張係数α５は、２ｐｐｍ／Ｋ以上２５ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、３ｐｐｍ／Ｋ以上１３ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。蛍光体部２０の線膨張係数α５は、例えば、マトリクス２１の線膨張係数α１、フィラー粒子２３の線膨張係数α２及び蛍光体２２の線膨張係数α４を用いて、次の式によって算出することができる。
α５＝α１×Ｐ１＋α２×Ｐ２＋α４×Ｐ３
上記の式において、Ｐ１は、蛍光体部２０の体積に対するマトリクス２１の体積の比率である。Ｐ２は、蛍光体部２０の体積に対するフィラー粒子２３の合計体積の比率である。Ｐ３は、蛍光体部２０の体積に対する蛍光体２２の体積の比率である。
上記の式において、Ｐ１は、蛍光体部２０の体積に対するマトリクス２１の体積の比率である。Ｐ２は、蛍光体部２０の体積に対するフィラー粒子２３の合計体積の比率である。Ｐ３は、蛍光体部２０の体積に対する蛍光体２２の体積の比率である。
蛍光体部２０の線膨張係数α５と、基板１０の線膨張係数α３との差は、特に限定されず、１０ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよく、３ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。蛍光体部２０の線膨張係数α５は、実質的に基板１０の線膨張係数α３と同じであってもよい。
本実施形態の波長変換部材１００では、基板１０の反りが抑制されている。図３Ａは、波長変換部材１００における基板１０の反りの度合いを説明するための図である。図３Ａは、蛍光体部２０を基板１０の上方に配置した場合に、上面が上方に突出する凸面となるように凸状に反っている基板１０を示している。基板１０の反りの度合いは、例えば、次のように評価することができる。まず、波長変換部材１００を水平方向Ｈに延びている平面ＳＨ上に配置する。蛍光体部２０の上面１５において、鉛直方向Ｖについて最も上方に位置している部分を頂部１５ａと定義する。蛍光体部２０の上面１５において、鉛直方向Ｖについて最も下方に位置している部分を谷部１５ｂと定義する。次に、基板１０の下面１６において、鉛直方向Ｖについて最も上方に位置している部分を頂部１６ａと定義する。基板１０の下面１６において、鉛直方向Ｖについて最も下方に位置している部分を底部１６ｂと定義する。鉛直方向Ｖについての頂部１５ａと底部１６ｂとの間の距離Ｌ１を特定する。鉛直方向Ｖについての谷部１５ｂと底部１６ｂとの間の距離Ｌ２を特定する。距離Ｌ１と距離Ｌ２との差を算出する。距離Ｌ１と距離Ｌ２との差は、鉛直方向Ｖについての頂部１５ａと谷部１５ｂとの距離Ｌ３に相当する。基板本体１１における鉛直方向Ｖについての頂部１６ａと底部１６ｂとの間の距離Ｌ４は、距離Ｌ３とみなすことができる。そのため、距離Ｌ３又は距離Ｌ４に基づいて、基板１０の反りの度合いを評価することができる。
基板１０の反りの度合いは、例えば、次のように評価することもできる。まず、波長変換部材１００を水平方向Ｈに延びている平面ＳＨの上に配置する。基板１０の上面において、鉛直方向Ｖについて最も上方に位置している部分を基板頂部と定義する。基板１０の上面において、鉛直方向Ｖについて最も下方に位置している部分を基板谷部と定義する。鉛直方向Ｖについての基板頂部と基板谷部との距離を特定する。この距離に基づいて、基板１０の反りの度合いを評価することもできる。
図３Ｂは、蛍光体部２０を基板１０の上方に配置した場合に、凹状に反っている基板１０を示している。上面が下方に凹む凹面となるように基板１０が凹状に反っている場合でも、上述した方法と同様の方法で距離Ｌ４を算出することができる。距離Ｌ４は、鉛直方向Ｖについての頂部１５ａと頂部１６ａとの間の距離と、距離Ｌ１との差に相当する。蛍光体部２０における距離Ｌ３は、距離Ｌ４とみなすことができる。そのため、距離Ｌ３又は距離Ｌ４に基づいて、基板１０の反りの度合いを評価することができる。ただし、本開示において、基板１０の反りの度合いの測定方法は、上記の方法に限定されない。
波長変換部材１００において、距離Ｌ３は、好ましくは１００μｍ以下であり、より好ましくは５０μｍ以下であり、さらに好ましくは３０μｍ以下である。距離Ｌ３は、実質的に０μｍであってもよい。すなわち、距離Ｌ１が距離Ｌ２と実質的に同じであってもよい。
波長変換部材１００の発光効率は、好ましくは８５％以上であり、より好ましくは９０％以上である。本開示において、波長変換部材１００の発光効率とは、波長変換部材１００に照射された励起光のうち、波長変換部材１００に吸収された励起光の光子数に対する、波長変換部材１００から放射された蛍光の光の光子数の比率を意味する。波長変換部材１００の発光効率は、例えば、マルチチャンネル分光器によって測定できる。波長変換部材１００の発光効率は、例えば、２Ｗ／ｍｍ
２ のエネルギー密度を有する励起光を波長変換部材１００に照射したときの値である。
さらに、波長変換部材１００が周囲温度２４０℃で２４時間加熱された場合において、波長変換部材１００の発光効率は、好ましくは８５％以上であり、より好ましくは９０％以上である。
次に、波長変換部材１００の製造方法を説明する。
まず、基板１０を準備する。例えば、基板本体１１の上に薄膜１２として結晶性のＺｎＯ薄膜を形成する。ＺｎＯ薄膜を形成する方法としては、蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性プラズマ蒸着法、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ堆積法などの気相成膜法が用いられる。薄膜１２は、次の方法によって形成してもよい。まず、亜鉛アルコキシドなどの前駆体を含むゾルを調製する。印刷法によって、ゾルを基板本体１１に塗布し、塗膜を形成する。次に、塗膜を加熱処理することによって薄膜１２が得られる。薄膜１２は、ＺｎＯ単結晶薄膜又はＺｎＯ多結晶薄膜でありうる。
次に、基板１０の上（薄膜１２の上）に蛍光体部２０を作製する。まず、基板１０の上に蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を配置する。例えば、蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を含む分散液を調製する。基板１０を分散液中に配置し、電気泳動法を用いて蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を基板１０の上に堆積させる。これにより、基板１０の上に蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を配置することができる。基板１０を分散液中に配置し、蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を沈降させることによって基板１０の上に蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を配置することもできる。蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を含む塗布液を用い、印刷法などの厚膜形成方法によって蛍光体２２の粒子１２２及びフィラー粒子２３を基板１０の上に配置することもできる。
次に、フィラー粒子２３及び蛍光体２２の粒子１２２のそれぞれがマトリクス２１に埋め込まれるように、マトリクス２１を形成する。これにより、蛍光体部２０を作製できる。マトリクス２１がガラスを含む場合、次の方法によって、蛍光体部２０を作製できる。まず、シリコンアルコキシドなどの前駆体を含むゾルを調製する。ゾルをフィラー粒子２３及び蛍光体２２の粒子１２２の上に塗布する。ゾルをゲル化させ、焼成する。これにより、蛍光体部２０が得られる。マトリクス２１がガラス以外の他の無機材料を含む場合も、上記の方法と同様に、アルコキシドを含むゾルを用いて、蛍光体部２０を形成することができる。さらに、無機材料を含む低融点のガラスをフィラー粒子２３及び蛍光体２２の粒子１２２の間に充填することによって、蛍光体部２０を形成することもできる。
マトリクス２１が酸化亜鉛を含む場合、マトリクス２１を形成する方法としては、Ｚｎイオンを含有する溶液を使用した溶液成長法を利用できる。溶液成長法には、大気圧下で行われる化学溶液析出法（ｃｈｅｍｉｃａｌ ｂａｔｈ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、大気圧以上の圧力下で行う水熱合成法（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、電圧又は電流を印加する電解析出法（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などが用いられる。結晶成長用の溶液として、例えば、ヘキサメチレンテトラミン（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ：Ｃ
６
Ｈ
１２
Ｎ
４ ）を含有する硝酸亜鉛（Ｚｉｎｃ ｎｉｔｒａｔｅ：Ｚｎ（ＮＯ３）２）の水溶液が用いられる。硝酸亜鉛の水溶液のｐＨは、例えば、５以上７以下である。溶液成長法によって、マトリクス２１が薄膜１２の上に結晶成長する。これによって、蛍光体部２０が得られる。溶液成長法の詳細は、例えば、特開２００４－３１５３４２号公報に開示されている。
図４は、波長変換部材１００において、基板１０の反りが抑制されるメカニズムを説明するための図である。溶液成長法によって蛍光体部２０を形成したとき、得られた波長変換部材１００の温度が高いことがある。さらに、波長変換部材１００を使用したときに、波長変換部材１００の温度が上昇することもある。本実施形態の波長変換部材１００において、フィラー粒子２３の線膨張係数α２は、マトリクス２１の線膨張係数α１より大きい。そのため、波長変換部材１００の温度が低下したとき、フィラー粒子２３の収縮の度合いは、マトリクス２１の収縮の度合いよりも大きい。これにより、図４に示すとおり、フィラー粒子２３とマトリクス２１との間には、空隙２５が生じる。マトリクス２１に空隙２５が含まれていると、基板１０の変形に応じてマトリクス２１が変形しやすい。これにより、基板１０とマトリクス２１との間に生じる応力を緩和することができる。さらに、フィラー粒子２３がゴム弾性を有するとき、基板１０の変形に応じてフィラー粒子２３自体が変形できる。つまり、マトリクス２１にゴム弾性を有するフィラー粒子２３が含まれていると、基板１０の変形に応じてマトリクス２１が変形しやすい。これにより、基板１０とマトリクス２１との間に生じる応力を緩和することができる。基板１０とマトリクス２１との間に生じる応力を緩和することによって、基板１０の反りを抑制することができる。
（実施形態２）
図５は、実施形態２にかかる波長変換部材１１０の概略断面図である。図５に示すように、波長変換部材１１０の蛍光体２２は、ブロック２２２の形状を有している。蛍光体部２０に含まれた複数の蛍光体２２のうち、一部の蛍光体２２が蛍光体部２０から部分的に露出している。以上を除き、波長変換部材１１０の構造は、実施形態１の波長変換部材１００の構造と同じである。したがって、実施形態１の波長変換部材１００と本実施形態の波長変換部材１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
図５は、実施形態２にかかる波長変換部材１１０の概略断面図である。図５に示すように、波長変換部材１１０の蛍光体２２は、ブロック２２２の形状を有している。蛍光体部２０に含まれた複数の蛍光体２２のうち、一部の蛍光体２２が蛍光体部２０から部分的に露出している。以上を除き、波長変換部材１１０の構造は、実施形態１の波長変換部材１００の構造と同じである。したがって、実施形態１の波長変換部材１００と本実施形態の波長変換部材１１０とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
蛍光体２２のブロック２２２は、例えば、多面体の形状を有する。蛍光体２２のブロック２２２の形状は、直方体状であってもよく、立方体状であってもよい。蛍光体２２のブロック２２２の形状は、塊状であってもよい。蛍光体２２のブロック２２２は、例えば、板状の蛍光体を破砕することによって作製することができる。蛍光体２２のブロック２２２のサイズは、蛍光体の粒子１２２のサイズより大きくてもよい。
波長変換部材１１０において、複数の蛍光体２２のうち、一部の蛍光体２２は、蛍光体部２０の側面から部分的に露出している。蛍光体２２は、蛍光体部２０の上面から露出していてもよい。すなわち、蛍光体２２は、マトリクス２１に部分的に埋め込まれてよく、完全には埋め込まれていなくてもよい。
（実施形態３）
実施形態２の波長変換部材１１０において、複数の蛍光体２２は、規則的に並んでいてもよい。図６は、実施形態３にかかる波長変換部材１２０の概略断面図である。図６に示すように、波長変換部材１２０では、複数の蛍光体２２は、蛍光体部２０の厚さ方向と直交する方向に等間隔で並んでいる。蛍光体２２の上面及び下面は、蛍光体部２０の厚さ方向と直交する方向に延びていてもよい。蛍光体２２の上面及び下面は、互いに平行であってもよい。蛍光体２２の側面は、蛍光体部２０の厚さ方向に延びていてもよい。蛍光体２２の側面は、互いに平行であってもよい。
実施形態２の波長変換部材１１０において、複数の蛍光体２２は、規則的に並んでいてもよい。図６は、実施形態３にかかる波長変換部材１２０の概略断面図である。図６に示すように、波長変換部材１２０では、複数の蛍光体２２は、蛍光体部２０の厚さ方向と直交する方向に等間隔で並んでいる。蛍光体２２の上面及び下面は、蛍光体部２０の厚さ方向と直交する方向に延びていてもよい。蛍光体２２の上面及び下面は、互いに平行であってもよい。蛍光体２２の側面は、蛍光体部２０の厚さ方向に延びていてもよい。蛍光体２２の側面は、互いに平行であってもよい。
フィラー粒子２３は、例えば、蛍光体２２の下面及び基板１０の間に位置している。フィラー粒子２３は、蛍光体２２の側面及び他の蛍光体２２の側面の間に位置していてもよい。
波長変換部材１２０において、複数の蛍光体２２のうち、一部の蛍光体２２は、蛍光体部２０から露出していてもよい。蛍光体２２は、蛍光体部２０の上面から露出していてもよい。すなわち、蛍光体２２は、マトリクス２１に部分的に埋め込まれてもよく、完全には埋め込まれていなくてもよい。
（実施形態４）
図７は、実施形態４にかかる波長変換部材１３０の概略断面図である。図７に示すように、波長変換部材１３０の蛍光体部２０は、１つの蛍光体２２を有している。蛍光体２２の形状は、例えば、板状である。板状の蛍光体２２のサイズは、蛍光体の粒子１２２のサイズより大きくてもよい。以上を除き、波長変換部材１３０の構造は、実施形態１にかかる波長変換部材１００の構造と同じである。
図７は、実施形態４にかかる波長変換部材１３０の概略断面図である。図７に示すように、波長変換部材１３０の蛍光体部２０は、１つの蛍光体２２を有している。蛍光体２２の形状は、例えば、板状である。板状の蛍光体２２のサイズは、蛍光体の粒子１２２のサイズより大きくてもよい。以上を除き、波長変換部材１３０の構造は、実施形態１にかかる波長変換部材１００の構造と同じである。
蛍光体２２は、複数の孔２２ａを有していてもよい。複数の孔２２ａは、例えば、蛍光体２２を厚さ方向に貫通する貫通孔である。複数の孔２２ａのそれぞれには、例えば、マトリクス２１が充填されている。図７では、説明のため、マトリクス２１のハッチングが省略されている。
複数の孔２２ａは、例えば、板状の蛍光体２２に対して、レーザー光又はイオンビームを照射することによって形成することができる。複数の孔２２ａは、例えば、板状の蛍光体２２をエッチングすることによって形成することもできる。
フィラー粒子２３は、例えば、蛍光体２２の下面及び基板１０の間に位置している。蛍光体部２０は、複数の板状の蛍光体２２を含んでいてもよい。蛍光体部２０において、複数の板状の蛍光体２２が蛍光体部２０の厚さ方向に並んでいてもよい。このとき、フィラー粒子２３は、蛍光体２２の上面及び他の蛍光体２２の下面の間に位置していてもよい。
波長変換部材１３０において、板状の蛍光体２２の上面は、蛍光体部２０から露出していてもよい。板状の蛍光体２２の側面が蛍光体部２０から露出していてもよい。すなわち、板状の蛍光体２２は、マトリクス２１に部分的に埋め込まれていてもよく、完全には埋め込まれていなくてもよい。
（実施形態５）
実施形態４にかかる波長変換部材１３０において、複数の孔２２ａは、貫通孔でなくてもよい。図８は、実施形態５にかかる波長変換部材１４０の概略断面図である。図８に示すように、波長変換部材１４０において、複数の孔２２ａのそれぞれは、蛍光体２２の下面のみに開口しており、上面には開口していない。複数の孔２２ａは、蛍光体２２の上面のみに開口し、下面には開口していなくてもよい。
実施形態４にかかる波長変換部材１３０において、複数の孔２２ａは、貫通孔でなくてもよい。図８は、実施形態５にかかる波長変換部材１４０の概略断面図である。図８に示すように、波長変換部材１４０において、複数の孔２２ａのそれぞれは、蛍光体２２の下面のみに開口しており、上面には開口していない。複数の孔２２ａは、蛍光体２２の上面のみに開口し、下面には開口していなくてもよい。
波長変換部材１４０において、板状の蛍光体２２の上面は、蛍光体部２０から露出していてもよい。板状の蛍光体２２の側面が蛍光体部２０から露出していてもよい。すなわち、板状の蛍光体２２は、マトリクス２１に部分的に埋め込まれてもよく、完全には埋め込まれていなくてもよい。
（光学装置の実施形態）
図９は、実施形態にかかる光学装置２００の概略断面図である。図９に示すように、光学装置２００は、波長変換部材１００及び励起光源４０を備えている。励起光源４０は、励起光を放射する。波長変換部材１００は、励起光源４０から放射された励起光が進む光路上に配置されている。励起光源４０と波長変換部材１００の基板１０との間に波長変換部材１００の蛍光体部２０が位置している。光学装置２００は、反射型光学装置である。波長変換部材１００に代えて、図５を参照して説明した波長変換部材１１０、図６を参照して説明した波長変換部材１２０、図７を参照して説明した波長変換部材１３０及び図８を参照して説明した波長変換部材１４０も使用可能である。波長変換部材１００、１１０、１２０、１３０、１４０の組み合わせを光学装置２００に使用することも可能である。
図９は、実施形態にかかる光学装置２００の概略断面図である。図９に示すように、光学装置２００は、波長変換部材１００及び励起光源４０を備えている。励起光源４０は、励起光を放射する。波長変換部材１００は、励起光源４０から放射された励起光が進む光路上に配置されている。励起光源４０と波長変換部材１００の基板１０との間に波長変換部材１００の蛍光体部２０が位置している。光学装置２００は、反射型光学装置である。波長変換部材１００に代えて、図５を参照して説明した波長変換部材１１０、図６を参照して説明した波長変換部材１２０、図７を参照して説明した波長変換部材１３０及び図８を参照して説明した波長変換部材１４０も使用可能である。波長変換部材１００、１１０、１２０、１３０、１４０の組み合わせを光学装置２００に使用することも可能である。
励起光源４０は、典型的には、半導体発光素子である。半導体発光素子は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）である。
励起光源４０は、１つのＬＤによって構成されていてもよく、複数のＬＤによって構成されていてもよい。複数のＬＤは、光学的に結合されていてもよい。励起光源４０は、例えば、青色光を放射する。本開示において、青色光は、４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下のピーク波長を有する光である。
光学装置２００は、光学系５０をさらに備えている。励起光源４０から放射された励起光の光路上に光学系５０が位置していてもよい。光学系５０は、レンズ、ミラー、光ファイバーなどの光学部品を含む。
（光学装置の変形例）
蛍光体部２０は、励起光源４０と波長変換部材１００の基板１０との間に位置していなくてもよい。図１０は、変形例にかかる光学装置２１０の概略断面図である。図１０の光学装置２１０において、励起光源４０は、波長変換部材１００の基板１０に向かい合っている。光学装置２１０において、基板１０は、励起光に対して透光性を有する。励起光は、基板１０を透過して蛍光体部２０に到達する。光学装置２１０は、透過型光学装置である。
蛍光体部２０は、励起光源４０と波長変換部材１００の基板１０との間に位置していなくてもよい。図１０は、変形例にかかる光学装置２１０の概略断面図である。図１０の光学装置２１０において、励起光源４０は、波長変換部材１００の基板１０に向かい合っている。光学装置２１０において、基板１０は、励起光に対して透光性を有する。励起光は、基板１０を透過して蛍光体部２０に到達する。光学装置２１０は、透過型光学装置である。
（光学装置の別の変形例）
図１１は、別の変形例にかかる光学装置２２０の概略断面図である。図１１に示すように、本変形例の光学装置２２０は、複数の励起光源４０及び波長変換部材１００を備えている。図１１では、波長変換部材１００の蛍光体部２０は、複数の励起光源４０のそれぞれと波長変換部材１００の基板１０との間に位置している。複数の励起光源４０は、波長変換部材１００の蛍光体部２０に向かい合っている。光学装置２２０は、プロジェクタの用途に適している。
図１１は、別の変形例にかかる光学装置２２０の概略断面図である。図１１に示すように、本変形例の光学装置２２０は、複数の励起光源４０及び波長変換部材１００を備えている。図１１では、波長変換部材１００の蛍光体部２０は、複数の励起光源４０のそれぞれと波長変換部材１００の基板１０との間に位置している。複数の励起光源４０は、波長変換部材１００の蛍光体部２０に向かい合っている。光学装置２２０は、プロジェクタの用途に適している。
図１２は、光学装置２２０が備える波長変換部材１００の斜視図である。図１２に示すように、光学装置２２０の波長変換部材１００は、ホイールの形状を有する。詳細には、光学装置２２０の波長変換部材１００の基板１０は、円板の形状を有する。基板１０は、貫通孔１３及び透光部１４を有する。貫通孔１３は、基板１０の厚さ方向に延びている。貫通孔１３は、例えば、基板１０の外周面によって規定された仮想円の中心に位置する。光を透過する透光部１４は、円弧の形状すなわち円環扇形状を有する。透光部１４は、蛍光体部２０に接していてもよい。透光部１４は、例えば、貫通孔である。透光部１４は、透明樹脂又はガラスでできていてもよい。透光部１４は、サファイア、石英などの透光性を有する材料でできていてもよい。
蛍光体部２０は、円弧の形状すなわち円環扇形状を有している。蛍光体部２０の外周面によって規定された仮想円に沿って、蛍光体部２０と透光部１４とが並んでいる。蛍光体部２０は、基板１０の主面を部分的に被覆している。光学装置２２０において、波長変換部材１００は、複数の蛍光体部２０を含んでいてもよい。特定の蛍光体部２０の外周面によって規定された仮想円に沿って、複数の蛍光体部２０が並んでいてもよい。複数の蛍光体部２０に含まれる蛍光体２２は、それぞれ、互いに異なる組成を有していてもよい。
図１１に示すように、光学装置２２０は、モーター６０をさらに備える。波長変換部材１００は、モーター６０に配置されている。詳細には、モーター６０のシャフトが基板１０の貫通孔１３に挿入されている。波長変換部材１００は、例えば、ネジなどの固定部材によって、モーター６０に固定されている。モーター６０によって波長変換部材１００が回転させられ、複数の励起光源４０から放射された励起光が波長変換部材１００に照射される。これにより、励起光が蛍光体部２０に局所的に照射されることを防ぐことができる。そのため、励起光及び蛍光の光によって、蛍光体部２０の温度が上昇することを抑制できる。
光学装置２２０は、コリメートレンズ５１、ダイクロイックミラー５２、レンズ５３及び５４、並びに、反射ミラー５５、５６、５７をさらに備える。コリメートレンズ５１、ダイクロイックミラー５２及びレンズ５３は、複数の励起光源４０と波長変換部材１００との間に位置する。コリメートレンズ５１、ダイクロイックミラー５２及びレンズ５３は、複数の励起光源４０から放射された励起光の光路上にこの順番で並んでいる。レンズ５４、反射ミラー５５、５６、５７、並びに、ダイクロイックミラー５２は、波長変換部材１００を透過した励起光の光路上に、この順番で並んでいる。
コリメートレンズ５１は、複数の励起光源４０から放射された励起光を集光する。コリメートレンズ５１により、平行光が得られる。ダイクロイックミラー５２は、励起光を透過し、かつ、波長変換部材１００から放射された光を効率的に反射できる。レンズ５３は、励起光及び波長変換部材１００から放射された光を集光する。レンズ５４は、波長変換部材１００を透過した励起光を集光する。レンズ５４により、平行光が得られる。反射ミラー５５、５６、５７のそれぞれは、励起光を反射する。
光学装置２２０は、ヒートシンク４１をさらに備える。ヒートシンク４１は、複数の励起光源４０に接している。ヒートシンク４１により、複数の励起光源４０の熱を外部に容易に逃がすことができる。これにより、複数の励起光源４０の温度が上昇することを抑制できるため、複数の励起光源４０におけるエネルギーの変換効率の低下を抑制できる。
次に、光学装置２２０の動作を説明する。
まず、複数の励起光源４０が励起光を放射する。励起光は、コリメートレンズ５１によって集光され、平行光に変換される。次に、励起光は、ダイクロイックミラー５２を透過し、レンズ５３によってさらに集光される。レンズ５３により、蛍光体部２０に入射するべき励起光のスポット径を調節できる。次に、励起光が波長変換部材１００に入射する。波長変換部材１００は、モーター６０によって回転されている。そのため、光学装置２２０の動作には、励起光が蛍光体部２０に入射する期間と、励起光が透光部１４を透過する期間とが存在する。励起光が蛍光体部２０に入射する期間には、波長変換部材１００は、励起光の波長よりも長い波長の光を放射する。励起光が透光部１４を透過する期間には、励起光がレンズ５４に入射する。波長変換部材１００から放射された光は、レンズ５３によって集光され、平行光に変換される。波長変換部材１００から放射された光は、ダイクロイックミラー５２によって反射され、光学装置２２０の外部へ送られる。
励起光が透光部１４を透過するとき、励起光は、レンズ５４によって集光され、平行光に変換される。レンズ５４を通過した励起光は、反射ミラー５５、５６、５７によって反射される。次に、励起光は、ダイクロイックミラー５２を透過する。これにより、励起光は、光学装置２２０の外部へ送られる。このとき、励起光は、波長変換部材１００から放射された光と混ざる。
（プロジェクタの実施形態）
図１３は、本実施形態にかかるプロジェクタ５００の概略構成図である。図１３に示すように、プロジェクタ５００は、光学装置２２０、光学ユニット３００及び制御部４００を備える。光学ユニット３００は、光学装置２２０から放射された光を変換し、プロジェクタ５００の外部の対象物に画像又は映像を投射する。対象物としては、例えば、スクリーンが挙げられる。光学ユニット３００は、集光レンズ７０、ロッドインテグレータ７１、レンズユニット７２、表示素子７３及び投射レンズ７４を備える。
図１３は、本実施形態にかかるプロジェクタ５００の概略構成図である。図１３に示すように、プロジェクタ５００は、光学装置２２０、光学ユニット３００及び制御部４００を備える。光学ユニット３００は、光学装置２２０から放射された光を変換し、プロジェクタ５００の外部の対象物に画像又は映像を投射する。対象物としては、例えば、スクリーンが挙げられる。光学ユニット３００は、集光レンズ７０、ロッドインテグレータ７１、レンズユニット７２、表示素子７３及び投射レンズ７４を備える。
集光レンズ７０は、光学装置２２０から放射された光を集光させる。これにより、光学装置２２０から放射された光は、ロッドインテグレータ７１の入射側の端面に集光する。
ロッドインテグレータ７１は、例えば、四角柱の形状を有する。ロッドインテグレータ７１の入射端面に入射した光は、ロッドインテグレータ７１内で全反射を繰り返し、ロッドインテグレータ７１の出射端面から出射される。ロッドインテグレータ７１から出射した光は、均一な輝度分布を有する。
レンズユニット７２は、複数のレンズを有する。レンズユニット７２が有する複数のレンズとしては、例えば、コンデンサレンズ及びリレーレンズが挙げられる。レンズユニット７２は、ロッドインテグレータ７１から出射した光を表示素子７３に導く。
表示素子７３は、レンズユニット７２を通過した光を変換する。これにより、プロジェクタ５００の外部の対象物に投射されるべき画像又は映像が得られる。表示素子７３は、例えば、デジタルミラーデバイス（ＤＭＤ）である。
投射レンズ７４は、表示素子７３によって変換された光をプロジェクタ５００の外部に投射する。これにより、表示素子７３によって変換された光を対象物に投射することができる。投射レンズ７４は、１又は２以上のレンズを有する。投射レンズ７４が有するレンズとしては、例えば、両凸レンズ及び平凹レンズが挙げられる。
制御部４００は、光学装置２２０及び光学ユニット３００の各部を制御する。制御部４００は、例えば、マイクロコンピュータ又はプロセッサである。
図１４は、プロジェクタ５００の斜視図である。図１４に示すように、プロジェクタ５００は、筐体５１０をさらに備える。筐体５１０は、光学装置２２０、光学ユニット３００及び制御部４００を収容している。光学ユニット３００の投射レンズ７４の一部は、筐体５１０の外部に露出している。
（照明装置の実施形態）
図１５は、本実施形態にかかる照明装置６００の概略構成図である。図１５に示すように、照明装置６００は、光学装置２００及び光学部品８０を備えている。光学装置２００に代えて、図１０を参照して説明した光学装置２１０も使用可能である。光学部品８０は、光学装置２００から放射された光を前方に導くための部品であり、具体的には、リフレクタである。光学部品８０は、例えば、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜又は表面に誘電体層が形成されたＡｌ膜を有する。光学装置２００の前方には、フィルタ８１が設けられていてもよい。フィルタ８１は、光学装置２００の励起光源からのコヒーレントな青色光が直接外部に出ないように、青色光を吸収又は散乱させる。照明装置６００は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、プロジェクタータイプであってもよい。照明装置６００は、例えば、車両用ヘッドランプである。
図１５は、本実施形態にかかる照明装置６００の概略構成図である。図１５に示すように、照明装置６００は、光学装置２００及び光学部品８０を備えている。光学装置２００に代えて、図１０を参照して説明した光学装置２１０も使用可能である。光学部品８０は、光学装置２００から放射された光を前方に導くための部品であり、具体的には、リフレクタである。光学部品８０は、例えば、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜又は表面に誘電体層が形成されたＡｌ膜を有する。光学装置２００の前方には、フィルタ８１が設けられていてもよい。フィルタ８１は、光学装置２００の励起光源からのコヒーレントな青色光が直接外部に出ないように、青色光を吸収又は散乱させる。照明装置６００は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、プロジェクタータイプであってもよい。照明装置６００は、例えば、車両用ヘッドランプである。
本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
［フィラー粒子］
（サンプル１～５）
サンプル１～５のフィラー粒子を準備した。サンプル１のフィラー粒子は、アルミナでできていた。サンプル１のフィラー粒子の線膨張係数は、７．５ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル２のフィラー粒子は、ポリスチレンでできていた。サンプル２のフィラー粒子の線膨張係数は、６５ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル３のフィラー粒子は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）でできていた。サンプル３のフィラー粒子の線膨張係数は、７０ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル４のフィラー粒子は、シリコーンゴムでできたコア、及び、シリコーンゴム以外の他のシリコーン樹脂でできたシェルで構成されたシリコーン複合粒子であった。サンプル４のフィラー粒子の線膨張係数は、２８６ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル５のフィラー粒子は、シリコーンゴムでできていた。サンプル５のフィラー粒子の線膨張係数は、３００ｐｐｍ／Ｋであった。
（サンプル１～５）
サンプル１～５のフィラー粒子を準備した。サンプル１のフィラー粒子は、アルミナでできていた。サンプル１のフィラー粒子の線膨張係数は、７．５ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル２のフィラー粒子は、ポリスチレンでできていた。サンプル２のフィラー粒子の線膨張係数は、６５ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル３のフィラー粒子は、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）でできていた。サンプル３のフィラー粒子の線膨張係数は、７０ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル４のフィラー粒子は、シリコーンゴムでできたコア、及び、シリコーンゴム以外の他のシリコーン樹脂でできたシェルで構成されたシリコーン複合粒子であった。サンプル４のフィラー粒子の線膨張係数は、２８６ｐｐｍ／Ｋであった。サンプル５のフィラー粒子は、シリコーンゴムでできていた。サンプル５のフィラー粒子の線膨張係数は、３００ｐｐｍ／Ｋであった。
［フィラー粒子の光の吸収率］
サンプル１～５のフィラー粒子のそれぞれについて、４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率、及び、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率を測定した。吸収率の測定には、絶対ＰＬ量子収率測定装置（浜松ホトニクス社製のＣ９９２０－０２Ｇ）を用いた。吸収率の測定には、合成石英でできたシャーレを用いた。シャーレの底面は、平面視で円の形状を有していた。平面視でのシャーレの底面の直径は、約１７ｍｍであった。シャーレの厚さは、約５ｍｍであった。シャーレは、蓋を備えていた。測定の結果を表５に示す。
サンプル１～５のフィラー粒子のそれぞれについて、４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率、及び、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率を測定した。吸収率の測定には、絶対ＰＬ量子収率測定装置（浜松ホトニクス社製のＣ９９２０－０２Ｇ）を用いた。吸収率の測定には、合成石英でできたシャーレを用いた。シャーレの底面は、平面視で円の形状を有していた。平面視でのシャーレの底面の直径は、約１７ｍｍであった。シャーレの厚さは、約５ｍｍであった。シャーレは、蓋を備えていた。測定の結果を表５に示す。
表５において、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％以下であるフィラー粒子については、耐熱性が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％より大きく、２５％以下であるフィラー粒子については、耐熱性がやや良好（「Ｆ」で示す）であると評価した。５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が２５％よりも大きいフィラー粒子については、耐熱性が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。
［フィラー粒子の２００℃での耐熱性］
サンプル１から５のフィラー粒子のそれぞれを周囲温度２００℃で２４時間加熱した。加熱した後のフィラー粒子について、上記と同様の方法で、４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率、及び、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率を測定した。測定の結果を表５に示す。
サンプル１から５のフィラー粒子のそれぞれを周囲温度２００℃で２４時間加熱した。加熱した後のフィラー粒子について、上記と同様の方法で、４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率、及び、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率を測定した。測定の結果を表５に示す。
表５において、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％以下であるフィラー粒子については、２００℃での耐熱性が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％より大きく、２５％以下であるフィラー粒子については、２００℃での耐熱性がやや良好（「Ｆ」で示す）であると評価した。５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が２５％よりも大きいフィラー粒子については、２００℃での耐熱性が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。
［フィラー粒子の２４０℃での耐熱性］
サンプル１から５のフィラー粒子のそれぞれを周囲温度２４０℃で２４時間加熱した。加熱した後のフィラー粒子について、上記と同様の方法で、４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率、及び、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率を測定した。測定の結果を表５に示す。
サンプル１から５のフィラー粒子のそれぞれを周囲温度２４０℃で２４時間加熱した。加熱した後のフィラー粒子について、上記と同様の方法で、４５０ｎｍの波長の光に対する吸収率、及び、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率を測定した。測定の結果を表５に示す。
表５において、５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％以下であるフィラー粒子については、２４０℃での耐熱性が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が１０％より大きく、２５％以下であるフィラー粒子については、２４０℃での耐熱性がやや良好（「Ｆ」で示す）であると評価した。５５０ｎｍの波長の光に対する吸収率が２５％よりも大きいフィラー粒子については、２４０℃での耐熱性が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。
表５からわかるとおり、シリコーンゴム又はシリコーン樹脂を含むサンプル４、５のフィラー粒子は、優れた耐熱性を有していた。
［波長変換部材］
（比較例１）
次の方法によって、比較例１の波長変換部材を作製した。まず、反射層を備えた基板本体を準備した。基板本体としては、アルミニウム基板を用いた。基板本体は、円板の形状を有していた。基板本体は、基板本体を厚さ方向に貫通する貫通孔を有していた。貫通孔は、平面視で円形状を有していた。貫通孔は、基板本体の外周面によって規定された仮想円の中心に位置していた。基板本体の厚さは、１．０ｍｍであった。平面視での基板本体の直径は、６５ｍｍであった。平面視での貫通孔の直径は、２５ｍｍであった。基板本体の線膨張係数は、２３ｐｐｍ／Ｋであった。次に、基板本体の上に、結晶性のＺｎＯ薄膜を形成した。ＺｎＯ薄膜は、平面視でリングの形状を有していた。基板本体の外周面によって規定された仮想円の中心は、ＺｎＯ薄膜の外周面によって規定された仮想円の中心と一致していた。ＺｎＯ薄膜の外周面によって規定された仮想円の直径は、６２ｍｍであった。ＺｎＯ薄膜の内周面によって規定された仮想円の直径は、５２ｍｍであった。
（比較例１）
次の方法によって、比較例１の波長変換部材を作製した。まず、反射層を備えた基板本体を準備した。基板本体としては、アルミニウム基板を用いた。基板本体は、円板の形状を有していた。基板本体は、基板本体を厚さ方向に貫通する貫通孔を有していた。貫通孔は、平面視で円形状を有していた。貫通孔は、基板本体の外周面によって規定された仮想円の中心に位置していた。基板本体の厚さは、１．０ｍｍであった。平面視での基板本体の直径は、６５ｍｍであった。平面視での貫通孔の直径は、２５ｍｍであった。基板本体の線膨張係数は、２３ｐｐｍ／Ｋであった。次に、基板本体の上に、結晶性のＺｎＯ薄膜を形成した。ＺｎＯ薄膜は、平面視でリングの形状を有していた。基板本体の外周面によって規定された仮想円の中心は、ＺｎＯ薄膜の外周面によって規定された仮想円の中心と一致していた。ＺｎＯ薄膜の外周面によって規定された仮想円の直径は、６２ｍｍであった。ＺｎＯ薄膜の内周面によって規定された仮想円の直径は、５２ｍｍであった。
次に、ＺｎＯ薄膜の上に、蛍光体の粒子を配置した。蛍光体は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ（ＹＡＧ）でできていた。蛍光体の粒子の平均粒径は、１６μｍであった。蛍光体の線膨張係数は、８ｐｐｍ／Ｋであった。次に、溶液成長法によって、ＺｎＯ薄膜の上に結晶質のＺｎＯマトリクスを作製した。結晶成長用の溶液としては、硝酸亜鉛及びヘキサメチレンテトラミンの水溶液を用いた。溶液成長法を行っているときの結晶成長用の溶液の温度は、９０℃であった。これにより、比較例１の波長変換部材を得た。しかし、比較例１の波長変換部材では、マトリクスを形成している間に蛍光体が基板から脱落した。
（実施例１）
蛍光体の粒子とともに、サンプル３のフィラー粒子をＺｎＯ薄膜の上に配置したことを除き、比較例１と同じ方法によって実施例１の波長変換部材を得た。実施例１の波長変換部材において、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の合計体積の比率Ｐ２は、０．０２９であった。このとき、蛍光体の粒子の合計体積Ｖ１とフィラー粒子の合計体積Ｖ２とにより求められるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．０５であった。実施例１の波長変換部材において、蛍光体部の厚さは、６０μｍであった。実施例１の波長変換部材に含まれるマトリクスの線膨張係数は、３．５ｐｐｍ／Ｋであった。
蛍光体の粒子とともに、サンプル３のフィラー粒子をＺｎＯ薄膜の上に配置したことを除き、比較例１と同じ方法によって実施例１の波長変換部材を得た。実施例１の波長変換部材において、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の合計体積の比率Ｐ２は、０．０２９であった。このとき、蛍光体の粒子の合計体積Ｖ１とフィラー粒子の合計体積Ｖ２とにより求められるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．０５であった。実施例１の波長変換部材において、蛍光体部の厚さは、６０μｍであった。実施例１の波長変換部材に含まれるマトリクスの線膨張係数は、３．５ｐｐｍ／Ｋであった。
実施例１の波長変換部材は、蛍光体部を基板の上方に配置した場合に、わずかに上方に突出する凸面を有するように凸状に反っていた。蛍光体部が基板の上方に位置するように、波長変換部材を平面の基準となる定盤の上に設置した。実施例１の波長変換部材の基板の上面において、鉛直方向について最も上方に位置している部分を基板頂部として特定した。基板の上面において、鉛直方向について最も下方に位置している部分を基板谷部として特定した。実施例１の波長変換部材において、基板頂部は、基板の貫通孔の近傍に位置していた。基板谷部は、基板の外周面の近傍に位置していた。さらに、実施例１の波長変換部材の基板の下面において、鉛直方向について最も下方に位置している部分を底部として特定した。鉛直方向についての基板頂部と底部との間の距離を特定した。鉛直方向についての基板谷部と底部との間の距離を特定した。これらの距離の差を基板の反りの度合いとして算出した。これらの距離の差は、鉛直方向Ｖについての基板頂部と基板谷部との距離に相当する。算出の結果を表６に示す。
（実施例２）
蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２を０．０８１に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって実施例２の波長変換部材を得た。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．１４であった。さらに、実施例１と同じ方法によって、実施例２の波長変換部材について、基板の反りの度合いを算出した。算出の結果を表６に示す。
蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２を０．０８１に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって実施例２の波長変換部材を得た。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．１４であった。さらに、実施例１と同じ方法によって、実施例２の波長変換部材について、基板の反りの度合いを算出した。算出の結果を表６に示す。
（実施例３）
蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２を０．１６１に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって実施例３の波長変換部材を得た。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．２８であった。さらに、実施例１と同じ方法によって、実施例３の波長変換部材について、基板の反りの度合いを算出した。算出の結果を表６に示す。
蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２を０．１６１に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって実施例３の波長変換部材を得た。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．２８であった。さらに、実施例１と同じ方法によって、実施例３の波長変換部材について、基板の反りの度合いを算出した。算出の結果を表６に示す。
表６からわかるとおり、マトリクスの線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有するフィラー粒子の含有率が高ければ高いほど、基板の反りの度合いが低下した。
［蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率］
次に、蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率を算出した。
次に、蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率を算出した。
（計算例１）
まず、基板本体として、アルミニウム基板を用いることを想定した。アルミニウム基板の線膨張係数は、２３ｐｐｍ／Ｋであった。蛍光体として、ＹＡＧを用いることを想定した。ＹＡＧの線膨張係数は、８ｐｐｍ／Ｋであった。マトリクスとして、ＺｎＯを用いることを想定した。ＺｎＯの線膨張係数は、３．５ｐｐｍ／Ｋであった。フィラー粒子として、サンプル３のフィラー粒子を用いることを想定した。サンプル３のフィラー粒子の線膨張係数は、７０ｐｐｍ／Ｋであった。
まず、基板本体として、アルミニウム基板を用いることを想定した。アルミニウム基板の線膨張係数は、２３ｐｐｍ／Ｋであった。蛍光体として、ＹＡＧを用いることを想定した。ＹＡＧの線膨張係数は、８ｐｐｍ／Ｋであった。マトリクスとして、ＺｎＯを用いることを想定した。ＺｎＯの線膨張係数は、３．５ｐｐｍ／Ｋであった。フィラー粒子として、サンプル３のフィラー粒子を用いることを想定した。サンプル３のフィラー粒子の線膨張係数は、７０ｐｐｍ／Ｋであった。
次に、蛍光体部の体積に対するマトリクスの体積の比率Ｐ１が０．４２５であると想定した。このとき、蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．２７３であった。ただし、蛍光体部の線膨張係数は、上述した式によって算出された値である。このとき、蛍光体の粒子の合計体積Ｖ１とフィラー粒子の合計体積Ｖ２とで求められるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．４７５であった。
（計算例２）
基板本体として、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いることを想定したことを除き、計算例１と同じ方法によって計算例２の計算を行った。ＳＵＳ４３０の線膨張係数は、１０．４ｐｐｍ／Ｋであった。蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．０７０であった。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．１２２であった。
基板本体として、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いることを想定したことを除き、計算例１と同じ方法によって計算例２の計算を行った。ＳＵＳ４３０の線膨張係数は、１０．４ｐｐｍ／Ｋであった。蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．０７０であった。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．１２２であった。
（計算例３）
フィラー粒子として、サンプル５のフィラー粒子を用いることを想定したことを除き、計算例１と同じ方法によって計算例３の計算を行った。サンプル５のフィラー粒子の線膨張係数は、３００ｐｐｍ／Ｋであった。蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．０５８であった。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．１０１であった。
フィラー粒子として、サンプル５のフィラー粒子を用いることを想定したことを除き、計算例１と同じ方法によって計算例３の計算を行った。サンプル５のフィラー粒子の線膨張係数は、３００ｐｐｍ／Ｋであった。蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．０５８であった。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．１０１であった。
（計算例４）
基板本体として、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いることを想定したことを除き、計算例３と同じ方法によって計算例４の計算を行った。蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．０１５であった。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．０２５であった。
基板本体として、ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）を用いることを想定したことを除き、計算例３と同じ方法によって計算例４の計算を行った。蛍光体部の線膨張係数が基板の線膨張係数と等しい場合における、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率Ｐ２は、０．０１５であった。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．０２５であった。
計算例１と計算例３との対比、及び、計算例２と計算例４との対比から、サンプル３のフィラー粒子よりも線膨張係数が大きいサンプル５のフィラー粒子を用いれば、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率をある程度低下させても、基板の反りを抑制できることが予想できる。さらに、計算例１と計算例２との対比、及び、計算例３と計算例４との対比から、アルミニウム基板よりも線膨張係数が小さいステンレス鋼の基板を用いれば、蛍光体部の体積に対するフィラー粒子の体積の比率をある程度低下させても、基板の反りを抑制できることが予想できる。
本開示の波長変換部材は、基板１０と、基板１０に支持されてかつ無機材料を含むマトリクス２１と、マトリクス２１に埋め込まれた蛍光体２２と、マトリクス２１に埋め込まれたフィラー粒子２３とを備える。フィラー粒子２３の線膨張係数は、２５ｐｐｍ／Ｋ以上７９０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、かつ、マトリクス２１の線膨張係数よりも大きい。
フィラー粒子２３の線膨張係数がマトリクス２１の線膨張係数よりも大きいため、フィラー粒子２３の収縮の度合いは、マトリクス２１の収縮の度合いよりも大きい。そのため、波長変換部材の温度が低下したときに、フィラー粒子２３とマトリクス２１との間に空隙が生じる。空隙により、基板１０の変形に応じてマトリクス２１が変形できる。これにより、波長変換部材に生じる応力を緩和することができる。波長変換部材に生じる応力を緩和することによって、基板１０の反りを抑制することができる。
波長変換部材では、基板１０の線膨張係数は、マトリクス２１の線膨張係数より大きく、かつ、フィラー粒子２３の線膨張係数より小さくてもよい。これにより、基板１０の線膨張係数の値は、マトリクス２１及びフィラー粒子２３を含む蛍光体部２０の線膨張係数の値に近似している。そのため、基板１０の収縮の度合いが蛍光体部２０の収縮の度合いと同程度である。すなわち、波長変換部材に生じる応力を緩和できる。これにより、基板１０の反りをより抑制することができる。
例えば、マトリクス２１の線膨張係数は、９．８ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。これにより、基板１０の反りをより抑制することができる。
例えば、基板１０の線膨張係数は、９．９ｐｐｍ／Ｋ以上１７．８ｐｐｍ／Ｋ以下であってもよい。これにより、基板１０の反りをより抑制することができる。
例えば、フィラー粒子２３は、シロキサン結合を有する高分子化合物を含んでいてもよい。これにより、フィラー粒子２３は、優れた耐熱性を有する。
例えば、フィラー粒子２３は、ゴム弾性を有していてもよい。これにより、フィラー粒子２３自体が変形できる。これにより、基板１０の変形に応じてマトリクス２１が容易に変形でき、波長変換部材に生じる応力を緩和することができる。そのため、基板１０の反りをより抑制することができる。
例えば、５５０ｎｍの波長の光に対するフィラー粒子２３の吸収率が好ましくは２５％以下である。これにより、波長変換部材は、高い発光効率を有する。
マトリクス２１は、無機結晶を含んでいてもよい。これにより、マトリクス２１は、優れた放熱性を有する。
無機結晶は、酸化亜鉛を含んでいてもよい。これにより、マトリクス２１は、より優れた放熱性を有する。
波長変換部材では、上記酸化亜鉛は、ｃ軸に配向していてもよい。これにより、マトリクス２１は、より優れた放熱性を有する。
光学装置２００（２１０、２２０）は、波長変換部材１００（１１０、１２０、１３０、１４０）と、波長変換部材に励起光を照射する励起光源４０とを備える。この光学装置は、優れた発光効率を有する。
プロジェクタ５００は、波長変換部材１００（１１０、１２０、１３０、１４０）を備える。プロジェクタ５００は、優れた発光効率を有する。
本開示の波長変換部材は、例えば、シーリングライトなどの一般照明装置；スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明などの特殊照明装置；ヘッドランプなどの車両用照明装置；プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイなどの投影装置；医療用又は工業用の内視鏡用ライト；デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなどの撮像装置；パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末（ＰＤＸ）、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置などにおける光源に利用することができる。
１０ 基板
１１ 基板本体
１２ 薄膜
２０ 蛍光体部
２１ マトリクス
２２ 蛍光体
２３ フィラー粒子
４０ 励起光源
１００，１１０，１２０，１３０，１４０ 波長変換部材
２００，２１０，２２０ 光学装置
５００ プロジェクタ
６００ 照明装置
１１ 基板本体
１２ 薄膜
２０ 蛍光体部
２１ マトリクス
２２ 蛍光体
２３ フィラー粒子
４０ 励起光源
１００，１１０，１２０，１３０，１４０ 波長変換部材
２００，２１０，２２０ 光学装置
５００ プロジェクタ
６００ 照明装置
Claims (12)
- 基板と、
前記基板に支持されてかつ無機材料を含むマトリクスと、
前記マトリクスに埋め込まれた蛍光体と、
前記マトリクスに埋め込まれたフィラー粒子と、
を備え、
前記フィラー粒子の線膨張係数は２５ｐｐｍ／Ｋ以上７９０ｐｐｍ／Ｋ以下であり、かつ、前記マトリクスの線膨張係数よりも大きい、波長変換部材。 - 前記基板の線膨張係数は、前記マトリクスの前記線膨張係数より大きく、かつ、前記フィラー粒子の前記線膨張係数より小さい、請求項１に記載の波長変換部材。
- 前記マトリクスの前記線膨張係数は９．８ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
- 前記基板の線膨張係数は９．９ｐｐｍ／Ｋ以上１７．８ｐｐｍ／Ｋ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記フィラー粒子は、シロキサン結合を有する高分子化合物を含む、請求項１から４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記フィラー粒子はゴム弾性を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- ５５０ｎｍの波長の光に対する前記フィラー粒子の吸収率が２５％以下である、請求項１から６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記マトリクスは無機結晶を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記無機結晶は酸化亜鉛を含む、請求項８に記載の波長変換部材。
- 前記酸化亜鉛はｃ軸に配向している、請求項９に記載の波長変換部材。
- 請求項１から１０のいずれか１項に記載の波長変換部材と、
前記波長変換部材に励起光を照射する励起光源と、
を備えた光学装置。 - 請求項１から１０のいずれか１項に記載の波長変換部材を備えたプロジェクタ。
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