JP7245980B2 - 波長変換部材、光学装置、プロジェクタ及び波長変換部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本開示は、波長変換部材、光学装置、プロジェクタ及び波長変換部材の製造方法に関する。
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の波長変換素子によれば、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。
波長変換部材は、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てかつ樹脂材料を含む複数のフィラー粒子とを備え、複数のフィラー粒子はエラストマーである。
この波長変換部材は、蛍光体の脱落を抑制できる。
（本開示の基礎となった知見）
波長変換部材は、例えば、基板の上に蛍光体を配置した後に、マトリクスを形成することによって作製できる。しかし、基板の上に蛍光体を配置した状態で基板が振動すると、蛍光体が基板から脱落することがある。溶液成長法によって無機結晶のマトリクスを形成する場合、基板を結晶成長用の溶液に浸漬しているときに、蛍光体が基板から脱落することもある。特に、蛍光体のサイズが大きい場合、蛍光体が高く積まれている場合、又は、蛍光体が配置されている範囲が広い場合に、蛍光体は、基板から脱落しやすい。
波長変換部材は、例えば、基板の上に蛍光体を配置した後に、マトリクスを形成することによって作製できる。しかし、基板の上に蛍光体を配置した状態で基板が振動すると、蛍光体が基板から脱落することがある。溶液成長法によって無機結晶のマトリクスを形成する場合、基板を結晶成長用の溶液に浸漬しているときに、蛍光体が基板から脱落することもある。特に、蛍光体のサイズが大きい場合、蛍光体が高く積まれている場合、又は、蛍光体が配置されている範囲が広い場合に、蛍光体は、基板から脱落しやすい。
特許文献１に開示されている波長変換素子では、波長変換素子を作製しているときに蛍光体が脱落することがある。
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にかかる波長変換部材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、蛍光体部２０を備えている。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は、マトリクス２１に囲まれている。
図１は、実施形態１にかかる波長変換部材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、蛍光体部２０を備えている。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、０．５ｍｍ２以上１５００ｍｍ２以下である。
波長変換部材１００は、基板１０をさらに備えていてもよい。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。
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する透光性を有する。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は省略されて蛍光体部２０が基板本体１１と直接当接していてもよい。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は省略されて蛍光体部２０が基板本体１１と直接当接していてもよい。
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、蛍光体２２の２つの粒子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、例えば、蛍光体２２の粒子１２２に接している。詳細には、フィラー粒子２３は、蛍光体２２の粒子１２２に接着している。本開示において、「接着（ａｄｈｅｓｉｏｎ）」は、２つの物が互いにくっつき合っている状態を意味する。本開示において、「接着」は、「粘着」、「密着」、「付着」などを包含する用語として使用される。波長変換部材１００は、例えば、（ｉ）１つのフィラー粒子２３が蛍光体２２の２つの粒子１２２の双方と接着している、（ｉｉ）１つのフィラー粒子２３が蛍光体２２の粒子１２２及び基板１０の双方と接着している、及び、（ｉｉｉ）１つのフィラー粒子２３が蛍光体２２の粒子１２２及びマトリクス２１の双方と接着している、からなる群より選ばれる少なくとも１つの要件を満たす。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。複数のフィラー粒子２３が互いに接着していることによって、複数のフィラー粒子２３が塊状の形状を有していてもよい。フィラー粒子２３は、蛍光体２２の粒子１２２に接着することによって、蛍光体２２の粒子１２２の表面を部分的に被覆していてもよい。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、Ｙ
３
Ａｌ
５
Ｏ
１２ ：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、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。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とで定義されるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、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。
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。
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（日本工業規格） 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、よりこのましくは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。
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／ｍｍ２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を作製する方法について説明する。図３Ａは、波長変換部材１００の製造方法に用いられる基板１０の断面を示している。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の前駆体２５を作製する方法について説明する。図３Ｂは、図３Ａに示す基板の上に、蛍光体部２０の前駆体２５が形成された状態を示す図である。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。もしくは、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。もしくは、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によって蛍光体２２の粒子１２２を基板１０に固定する。例えば、フィラー粒子２３を加熱すると、フィラー粒子２３に含まれる樹脂が軟化する。これにより、フィラー粒子２３が蛍光体２２の粒子１２２及び基板１０の双方に接着し、蛍光体２２の粒子１２２を基板１０に固定することができる。フィラー粒子２３がゴム弾性を有するとき、フィラー粒子２３と蛍光体２２の粒子との接触面積が広い。このとき、フィラー粒子２３は、蛍光体２２の粒子１２２を強固に固定できる。フィラー粒子２３は、基板１０に直接接着せずに、基板１０に固定された蛍光体２２の粒子１２２、及び、他の蛍光体２２の粒子１２２の双方と接着していてもよい。フィラー粒子２３が室温で接着性を有するとき、フィラー粒子２３の加熱処理は省略されてもよい。フィラー粒子２３によって蛍光体２２の粒子１２２を基板１０に固定することによって、前駆体２５が得られる。前駆体２５は、フィラー粒子２３及び蛍光体２２の粒子１２２で構成された多孔質構造を有している。言いかえると、前駆体２５に対向している薄膜１２の表面は、フィラー粒子２３で被覆されている領域と、フィラー粒子２３で被覆されていない領域との双方を有する。
フィラー粒子２３を加熱する条件は、特に限定されない。フィラー粒子２３を加熱するときの周囲温度は、５０℃以上４００℃以下であってもよく、１００℃以上３００℃以下であってもよい。フィラー粒子２３の加熱時間は、５分以上５時間以下であってもよい。
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を含むゾルを調製する。ゾルを前駆体２５の上に塗布する。これにより、前駆体２５の多孔質構造にゾルを充填することができる。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前駆体２５の内部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：Ｃ６Ｈ１２Ｎ４）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。マトリクス２１は、前駆体２５の多孔質構造の内部においても結晶成長する。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。
本実施形態の製造方法は、マトリクス２１を形成した後に、波長変換部材１００から基板１０を除去することをさらに含んでいてもよい。例えば、基板本体１１を加熱することによって、基板本体１１と薄膜１２とを分離してもよい。これにより、波長変換部材１００から基板１０を除去することができる。レーザー光を基板本体１１と薄膜１２との界面に集光させることによって、基板本体１１と波長変換部材１００とを分離してもよい。
前駆体２５において、蛍光体２２の粒子１２２は、フィラー粒子２３によって基板１０に固定されている。そのため、マトリクス２１が形成されるまでに、蛍光体２２の粒子１２２が基板１０から脱落することを抑制できる。すなわち、本実施形態の波長変換部材１００において、蛍光体２２の粒子１２２の脱落が抑制されている。これにより、波長変換部材１００の歩留まりを向上することができる。蛍光体２２の粒子１２２の脱落が抑制されているため、波長変換部材１００の蛍光体部２０は、実用上十分な量の蛍光体２２の粒子１２２を含んでいる。
（実施形態２）
図４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４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４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４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の形状は、塊状であってもよい。ブロック状の蛍光体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もよく、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５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５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５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５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の双方と接着している。フィラー粒子２３は、蛍光体２２の側面及び他の蛍光体２２の側面の双方と接着していてもよい。
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６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６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６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６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６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の双方と接着している。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の下面のそれぞれと接着していてもよい。
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７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７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７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７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８は、実施形態にかかる光学装置２００の概略断面図である。図８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４を参照して説明した波長変換部材１１０、図５を参照して説明した波長変換部材１２０、図６を参照して説明した波長変換部材１３０及び図７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８は、実施形態にかかる光学装置２００の概略断面図である。図８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４を参照して説明した波長変換部材１１０、図５を参照して説明した波長変換部材１２０、図６を参照して説明した波長変換部材１３０及び図７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９は、変形例にかかる光学装置２１０の概略断面図である。図９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９は、変形例にかかる光学装置２１０の概略断面図である。図９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。
図１０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１０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１０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、光学装置２２０が備える波長変換部材１００の斜視図である。図１１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１０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のそれぞれと波長変換部材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が進む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とダイクロイックミラー５２は、波長変換部材１００を透過した励起光が進む光路上に、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１２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１２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１２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１２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１３は、プロジェクタ５００の斜視図である。図１３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１４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１４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９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１４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１４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９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５のフィラー粒子は、シリコーンゴムでできていた。
［フィラー粒子の接着性］
サンプル１～５のフィラー粒子のそれぞれについて、接着性試験を行った。接着性試験は、サンプルごとに、シャーレに複数のフィラー粒子を配置し、シャーレを加熱することによって行った。加熱は、乾燥器を用いて行った。複数のフィラー粒子の加熱は、周囲温度２００℃で２４時間行った。接着性試験の結果を表１に示す。複数のフィラー粒子を加熱した後に、複数のフィラー粒子が互いに接着し、塊状になった場合、接着性が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。複数のフィラー粒子が互いに接着していない場合、接着性が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。複数のフィラー粒子の加熱は、周囲温度２４０℃で２４時間の条件でも行った。
サンプル１～５のフィラー粒子のそれぞれについて、接着性試験を行った。接着性試験は、サンプルごとに、シャーレに複数のフィラー粒子を配置し、シャーレを加熱することによって行った。加熱は、乾燥器を用いて行った。複数のフィラー粒子の加熱は、周囲温度２００℃で２４時間行った。接着性試験の結果を表１に示す。複数のフィラー粒子を加熱した後に、複数のフィラー粒子が互いに接着し、塊状になった場合、接着性が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。複数のフィラー粒子が互いに接着していない場合、接着性が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。複数のフィラー粒子の加熱は、周囲温度２４０℃で２４時間の条件でも行った。
表１からわかるとおり、樹脂材料を含むサンプル２～５のフィラー粒子は、接着性を有していた。
［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２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２に示す。
表２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」でしめす）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１～５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２に示す。
サンプル１～５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２に示す。
表２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１～５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２に示す。
サンプル１～５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２に示す。
表２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２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、優れた接着性だけでなく、優れた耐熱性を有していた。
［蛍光体部の前駆体］
（比較例１）
次の方法によって、比較例１の蛍光体部の前駆体を作製した。まず、基板本体の上に、結晶性のＺｎＯ薄膜を形成した。基板本体としては、反射層を備えたシリコン基板を用いた。基板本体は、平面視で正方形の形状を有していた。平面視での基板本体の一辺の長さは、５ｍｍであった。ＺｎＯ薄膜の上に、蛍光体の粒子を配置した。次に、蛍光体の粒子に対して、加熱処理を行った。加熱処理は、周囲温度２００℃で１０分行った後、周囲温度２５０℃で３０分行った。これにより、基板の上に形成された比較例１の蛍光体部の前駆体を得た。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。前駆体の厚さは、８０μｍであった。前駆体は、平面視で円の形状を有していた。平面視での前駆体の直径は、３ｍｍであった。
（比較例１）
次の方法によって、比較例１の蛍光体部の前駆体を作製した。まず、基板本体の上に、結晶性のＺｎＯ薄膜を形成した。基板本体としては、反射層を備えたシリコン基板を用いた。基板本体は、平面視で正方形の形状を有していた。平面視での基板本体の一辺の長さは、５ｍｍであった。ＺｎＯ薄膜の上に、蛍光体の粒子を配置した。次に、蛍光体の粒子に対して、加熱処理を行った。加熱処理は、周囲温度２００℃で１０分行った後、周囲温度２５０℃で３０分行った。これにより、基板の上に形成された比較例１の蛍光体部の前駆体を得た。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。前駆体の厚さは、８０μｍであった。前駆体は、平面視で円の形状を有していた。平面視での前駆体の直径は、３ｍｍであった。
（比較例２）
蛍光体の粒子とともに、サンプル１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比較例２の蛍光体部の前駆体を得た。比較例２の蛍光体部の前駆体において、蛍光体の粒子の合計体積Ｖ１（蛍光体の全体の体積）とフィラー粒子の合計体積Ｖ２で定義されるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．０５であった。
蛍光体の粒子とともに、サンプル１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比較例２の蛍光体部の前駆体を得た。比較例２の蛍光体部の前駆体において、蛍光体の粒子の合計体積Ｖ１（蛍光体の全体の体積）とフィラー粒子の合計体積Ｖ２で定義されるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、０．０５であった。
（実施例１）
サンプル１のフィラー粒子をサンプル２のフィラー粒子に変更したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例１の蛍光体部の前駆体を得た。
サンプル１のフィラー粒子をサンプル２のフィラー粒子に変更したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例１の蛍光体部の前駆体を得た。
（実施例２）
サンプル１のフィラー粒子をサンプル３のフィラー粒子に変更したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例２の蛍光体部の前駆体を得た。
サンプル１のフィラー粒子をサンプル３のフィラー粒子に変更したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例２の蛍光体部の前駆体を得た。
（実施例３）
サンプル１のフィラー粒子をサンプル４のフィラー粒子に変更したこと、及び、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値を０．１６に調節したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例３の蛍光体部の前駆体を得た。
サンプル１のフィラー粒子をサンプル４のフィラー粒子に変更したこと、及び、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値を０．１６に調節したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例３の蛍光体部の前駆体を得た。
（実施例４）
サンプル１のフィラー粒子をサンプル５のフィラー粒子に変更したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例４の蛍光体部の前駆体を得た。
サンプル１のフィラー粒子をサンプル５のフィラー粒子に変更したことを除き、比較例２と同じ方法によって実施例４の蛍光体部の前駆体を得た。
（実施例５）
Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値を０．１６に調節したことを除き、実施例４と同じ方法によって実施例５の蛍光体部の前駆体を得た。
Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値を０．１６に調節したことを除き、実施例４と同じ方法によって実施例５の蛍光体部の前駆体を得た。
［蛍光体部の前駆体の振動試験］
比較例１、２及び実施例１～５の蛍光体部の前駆体のそれぞれについて、振動試験を行った。まず、蛍光体部の前駆体を基板とともに、チップケース（大日商事社製のＣＴ１００－０６６）にセットした。チップケースは、平面視で正方形の形状のポケットを有していた。平面視でのポケットの一辺の長さは、６．６ｍｍであった。ポケットの深さは、２．５４ｍｍであった。次に、チップケースを振動試験機にセットした。振動試験機によってチップケースを振動させた。このとき、チップケースの振幅は、４．５ｍｍであった。振動試験機では、モーターの回転を振動に変換している。振動の強度について、モーターの回転数２００ｒｐｍでの振動の強さの値を１と定義し、モーターの回転数２５００ｒｐｍでの振動の強さの値を１０と定義した。振動試験は、１の強さから開始した。その後、２０秒経過ごとに、強さの値を１ずつ増加させた。振動の強度が値１０に達してから２０秒経過後に振動試験を終了した。振動試験の結果を表３に示す。
比較例１、２及び実施例１～５の蛍光体部の前駆体のそれぞれについて、振動試験を行った。まず、蛍光体部の前駆体を基板とともに、チップケース（大日商事社製のＣＴ１００－０６６）にセットした。チップケースは、平面視で正方形の形状のポケットを有していた。平面視でのポケットの一辺の長さは、６．６ｍｍであった。ポケットの深さは、２．５４ｍｍであった。次に、チップケースを振動試験機にセットした。振動試験機によってチップケースを振動させた。このとき、チップケースの振幅は、４．５ｍｍであった。振動試験機では、モーターの回転を振動に変換している。振動の強度について、モーターの回転数２００ｒｐｍでの振動の強さの値を１と定義し、モーターの回転数２５００ｒｐｍでの振動の強さの値を１０と定義した。振動試験は、１の強さから開始した。その後、２０秒経過ごとに、強さの値を１ずつ増加させた。振動の強度が値１０に達してから２０秒経過後に振動試験を終了した。振動試験の結果を表３に示す。
表３において、振動試験の数値は、蛍光体部の前駆体から蛍光体の粒子が脱落したときの振動の強さを示す。ただし、表３において、実施例５の蛍光体部の前駆体では、強さ１０の振動でも蛍光体の粒子が脱落しなかった。
さらに、振動試験を実施する前後において、蛍光体部の前駆体の表面を顕微鏡によって５０倍の倍率で観察した。顕微鏡としては、ＫＥＹＥＮＣＥ社製のデジタルマイクロスコープＶＨ－５０００を用いた。図１５Ａは、振動試験を実施する前における実施例２の蛍光体部の前駆体の顕微鏡画像を示している。図１５Ｂは、振動試験を実施した後における実施例２の蛍光体部の前駆体の顕微鏡画像を示している。図１５Ａ及び図１５Ｂから、大きな振動によって、蛍光体部の前駆体から蛍光体が脱落したことがわかる。さらに、図１６Ａは、振動試験を実施する前における実施例３の蛍光体部の前駆体の顕微鏡画像を示している。図１６Ｂは、振動試験を実施した後における実施例３の蛍光体部の前駆体の顕微鏡画像を示している。図１６Ａ及び図１６Ｂからも、大きな振動によって、蛍光体部の前駆体から蛍光体が脱落したことがわかる。
［蛍光体部の前駆体の浸漬試験］
比較例１、２及び実施例１～５の蛍光体部の前駆体のそれぞれについて、浸漬試験を行った。まず、比較例１、２及び実施例１～５の蛍光体部の前駆体をそれぞれ１０個ずつ準備した。これらの前駆体は、それぞれ、基板に支持されていた。次に、蛍光体部の前駆体を支持する基板を冶具で固定した。基板を試験用の容器の内部にセットした。容器内にＺｎＯの結晶成長用の溶液を加えた。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。基板を結晶成長用の溶液から取り出した。浸漬試験後に、蛍光体部の前駆体が脱落した基板の個数を計数した。浸清試験の結果を表３に示す。浸漬試験によって蛍光体部の前駆体が脱落した基板の個数が０個以上３個以下のとき、浸漬試験の結果が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。この個数が４個以上１０個以下のとき、浸漬試験の結果が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。
比較例１、２及び実施例１～５の蛍光体部の前駆体のそれぞれについて、浸漬試験を行った。まず、比較例１、２及び実施例１～５の蛍光体部の前駆体をそれぞれ１０個ずつ準備した。これらの前駆体は、それぞれ、基板に支持されていた。次に、蛍光体部の前駆体を支持する基板を冶具で固定した。基板を試験用の容器の内部にセットした。容器内にＺｎＯの結晶成長用の溶液を加えた。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。基板を結晶成長用の溶液から取り出した。浸漬試験後に、蛍光体部の前駆体が脱落した基板の個数を計数した。浸清試験の結果を表３に示す。浸漬試験によって蛍光体部の前駆体が脱落した基板の個数が０個以上３個以下のとき、浸漬試験の結果が良好（「Ｇ」で示す）であると評価した。この個数が４個以上１０個以下のとき、浸漬試験の結果が不良（「ＮＧ」で示す）であると評価した。
表３からわかるとおり、樹脂材料を含むフィラー粒子を備えた実施例１～５の蛍光体部の前駆体では、比較例１、２の蛍光体部の前駆体に比べて、基板からの蛍光体の脱落が十分に抑制されていた。
［波長変換部材］
次に、実施例２、３、５の蛍光体部の前駆体のそれぞれを用いて、波長変換部材を作製した。詳細には、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。これにより、実施例２、３、５の波長変換部材を得た。
次に、実施例２、３、５の蛍光体部の前駆体のそれぞれを用いて、波長変換部材を作製した。詳細には、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。これにより、実施例２、３、５の波長変換部材を得た。
次に、実施例２の波長変換部材を切断し、その切断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって観察した。ＳＥＭとしては、日立ハイテクノロジーズ社製のＳ－４３００を用いた。図１７Ａは、実施例２の波長変換部材の断面のＳＥＭ画像を示している。図１７Ｂは、図１７Ａに示すフィラー粒子の拡大図である。図１７Ａからわかるとおり、波長変換部材において、フィラー粒子は、蛍光体に接着していた。図１７Ｂからわかるとおり、波長変換部材に含まれる複数のフィラー粒子のうち、一部のフィラー粒子は、互いに接着していた。互いに接着している複数のフィラー粒子は、それぞれ、粒子の形状を維持していた。
実施例２の波長変換部材と同様に、実施例３の波長変換部材を切断し、その切断面をＳＥＭによって観察した。ＳＥＭとしては、日立ハイテクノロジーズ社製の卓上顕微鏡Ｍｉｎｉｓｃｏｐｅ ＴＭ４０００Ｐｌｕｓを用いた。図１８Ａは、実施例３の波長変換部材の断面のＳＥＭ画像を示している。図１８Ｂは、図１８Ａに示すフィラー粒子の拡大図である。図１８Ｃは、図１８Ａに示す別のフィラー粒子の拡大図である。図１８Ａからわかるとおり、波長変換部材において、フィラー粒子は、蛍光体に接着していた。図１８Ｂからわかるとおり、波長変換部材に含まれる複数のフィラー粒子のうち、一部のフィラー粒子は、蛍光体の２つの粒子のそれぞれと接着していた。図１８Ｃからわかるとおり、波長変換部材に含まれる複数のフィラー粒子のうち、一部のフィラー粒子は、蛍光体の粒子及び基板のそれぞれと接着していた。
［波長変換部材の発光効率］
実施例２、３、５の波長変換部材のそれぞれについて、発光効率を測定した。発光効率の測定は、マルチチャンネル分光器（大塚電子社製のＭＣＰＤ－９８００）及びラブスフェア社製の積分球を用いて行った。用いたＬＤの励起光の波長は、４４５ｎｍであった。励起光のエネルギー密度は、２Ｗ／ｍｍ２であった。測定の結果を表４に示す。
実施例２、３、５の波長変換部材のそれぞれについて、発光効率を測定した。発光効率の測定は、マルチチャンネル分光器（大塚電子社製のＭＣＰＤ－９８００）及びラブスフェア社製の積分球を用いて行った。用いたＬＤの励起光の波長は、４４５ｎｍであった。励起光のエネルギー密度は、２Ｗ／ｍｍ２であった。測定の結果を表４に示す。
次に、実施例２、３、５の波長変換部材のそれぞれを加熱した。波長変換部材の加熱は、周囲温度２４０℃で２４時間行った。加熱後の波長変換部材について、上述した方法で発光効率を測定した。測定の結果を表４に示す。
表４からわかるとおり、実施例２、３、５の波長変換部材は、いずれも良好な発光効率を有していた。特に、実施例３、５の波長変換部材は、加熱処理された後であっても、良好な発光効率を維持していた。
本開示の波長変換部材１００（１１０、１２０、１３０、１４０）は、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、かつ、樹脂材料を含むフィラー粒子２３とを備える。
フィラー粒子２３が樹脂材料を含むため、フィラー粒子２３は、蛍光体２２に接着することができる。同様に、フィラー粒子２３は、波長変換部材を製造するときに用いられる基板１０に接着することができる。そのため、フィラー粒子２３は、蛍光体２２を基板１０に固定することができる。これにより、マトリクス２１が形成されるまでに、蛍光体２２が基板１０から脱落することを抑制できる。すなわち、波長変換部材において、蛍光体２２の脱落が抑制されている。
波長変換部材は、マトリクス２１を支持する基板１０をさらに備え、フィラー粒子２３は、蛍光体２２と基板１０との間に位置していてもよい。これにより、波長変換部材において、蛍光体２２の脱落が抑制されている。
波長変換部材では、基板１０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、アルミニウムとシリコンとの複合材料、アルミニウムと炭素との複合材料、及び銅からなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。これにより、基板１０の熱膨張係数が小さい。そのため、波長変換部材の使用によって基板１０の温度が上昇しても、波長変換部材は、高い信頼性を有する。
波長変換部材では、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。
波長変換部材では、上記無機結晶は、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。
波長変換部材では、上記樹脂材料は、熱可塑性樹脂を含んでいてもよい。これにより、波長変換部材において、蛍光体２２の脱落が抑制されている。
波長変換部材では、上記樹脂材料は、熱硬化性樹脂を含んでいてもよい。これにより、波長変換部材において、蛍光体２２の脱落が抑制されている。
波長変換部材では、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と蛍光体２２との接触面積が広い。そのため、フィラー粒子２３は、蛍光体２２を十分に固定できる。これにより、波長変換部材において、蛍光体２２の脱落がより抑制されている。
波長変換部材では、上記樹脂材料は、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。
波長変換部材では、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。これにより、フィラー粒子２３は、優れた分散性を有する。
波長変換部材では、フィラー粒子２３は、官能基で修飾された表面を有していてもよい。これにより、フィラー粒子２３は、優れた分散性を有する。
波長変換部材では、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。
波長変換部材では、蛍光体２２の体積Ｖ１とフィラー粒子２３の合計体積Ｖ２とで定義されるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値が０．０５以上０．１６以下であってもよい。これにより、波長変換部材において、蛍光体２２の脱落がより抑制されている。
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。これにより、光学装置が備える波長変換部材において、蛍光体２２の脱落が抑制されている。
プロジェクタ５００は、上記波長変換部材を備える。これにより、プロジェクタ５００が備える波長変換部材において、蛍光体２２の脱落が抑制されている。
基板１０の上に蛍光体２２と樹脂材料を含むフィラー粒子２３とを配置する。フィラー粒子２３によって蛍光体２２を基板１０に固定する。フィラー粒子２３及び蛍光体２２のそれぞれがマトリクス２１に埋め込まれるように、無機材料を含むマトリクス２１を形成する。これにより波長変換部材を製造できる。
これにより、蛍光体２２は、フィラー粒子２３によって基板１０に固定されている。そのため、マトリクス２１が形成されるまでに蛍光体２２が基板１０から脱落することを抑制できる。
この製造方法では、蛍光体２２及び基板１０のそれぞれにフィラー粒子２３を接着させることによって、蛍光体２２を基板１０に固定してもよい。これにより、蛍光体２２を基板１０に容易に固定できる。
この製造方法では、蛍光体２２及び基板１０のそれぞれにフィラー粒子２３を接着させることは、フィラー粒子２３を加熱することによって行われてもよい。これにより、蛍光体２２を基板１０に容易に固定できる。
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
３０ コア
３１ シェル
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
３０ コア
３１ シェル
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 (18)
- 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てかつ樹脂材料を含む複数のフィラー粒子と、
を備え、
前記複数のフィラー粒子は、エラストマーである波長変換部材。 - 前記マトリクスを支持する基板をさらに備え、
前記複数のフィラー粒子は前記蛍光体と前記基板との間に位置する、請求項１に記載の波長変換部材。 - 前記基板は、ステンレス鋼、アルミニウムと炭化ケイ素との複合材料、アルミニウムとシリコンとの複合材料、アルミニウムと炭素との複合材料、及び銅からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項２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３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４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５に記載の波長変換部材。
- 前記樹脂材料は熱可塑性樹脂を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記樹脂材料は熱硬化性樹脂を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記複数のフィラー粒子はゴム弾性を有するシリコーンゴムを含む、請求項１から８のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記樹脂材料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９のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記複数のフィラー粒子は、コアと、前記コアを被覆しているシェルとを有する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記複数のフィラー粒子は官能基で修飾された表面を有している、請求項１から１１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複数のフィラー粒子の吸収率が２５％以下である、請求項１から１２のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 前記蛍光体の体積Ｖ１と、前記複数のフィラー粒子の合計体積Ｖ２とで定義されるＶ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は０．０５以上０．１６以下である、請求項１から１３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
- 請求項１から１４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１４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。
- 樹脂材料を含む複数のフィラー粒子を加熱することで、前記複数のフィラー粒子によって蛍光体を基板に固定することと、
前記複数のフィラー粒子と前記蛍光体とが、無機材料を含むマトリクスに埋め込まれるように前記マトリクスを形成することと、
を含む、波長変換部材の製造方法。 - 前記蛍光体を前記基板に固定することは、前記複数のフィラー粒子を加熱することによって前記蛍光体と前記基板とに前記複数のフィラー粒子を接着させることを含む、請求項１７に記載の製造方法。
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