JP7295778B2 - 波長変換部材、および、波長変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、波長変換部材、および、波長変換装置に関する。

従来から、光源が発した光の波長を変換する波長変換部材が知られている。波長変換部材は、一般的に、入射する光の波長を変換する蛍光体と、蛍光体に入射した光を入射方向に向けて反射する反射層とを備える。例えば、特許文献１には、蛍光体の入射面とは反対側の裏面に設けられる反射層と、反射層を保護する保護膜を備える波長変換部材が開示されている。

特許６０９４６１７号公報

しかしながら、特許文献１に記載の波長変換部材では、保護膜は、蛍光体の裏面の一部に配置される反射層とともに蛍光体の裏面も覆うように形成されるため、保護膜には、応力によってクラックが発生しやすい段差が形成される。保護膜にクラックが発生すると、クラックを介して反射膜と大気とが接触し、反射膜が酸化または腐食するおそれがある。反射膜の酸化または腐食によって反射膜が劣化すると、波長変換部材の発光強度が低下するおそれがある。また、保護膜では、クラックが発生している部分での放熱性は、他のクラックが発生していない部分と比べると悪化するため、波長変換部材の熱分布に偏りが生じる。波長変換部材の熱分布に偏りが生じると、発光にばらつきが生じるおそれがある。このように、保護膜にクラックが発生すると、波長変換部材の発光特性が変化するおそれがある。

本発明は、波長変換部材において、発光特性の変化を抑制する技術を提供することを目的とする。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本発明の一形態によれば、波長変換部材が提供される。この波長変換部材は、光が入射する入射面と、前記入射面の反対側に位置する裏面とを有し、前記裏面に凹み部が形成されているセラミック蛍光体と、前記凹み部に配置される反射膜と、前記セラミック蛍光体の前記裏面に接触し、前記反射膜に対向して配置される保護膜と、を備える。

この構成によれば、反射膜は、セラミック蛍光体の凹み部に配置されるため、セラミック蛍光体の裏面に接触しつつ反射膜に対向して配置される保護膜には、段差が形成されにくくなる。これにより、段差に形成されやすいクラックが発生しにくくなるため、クラックを介して大気と反射膜とが接触しにくくなる。したがって、大気に含まれるガスによる反射膜の酸化や腐食を抑制することができるため、反射膜の劣化による発光強度の低下を抑制することができる。また、保護膜にクラックが発生しにくくなるとクラックによる保護膜での放熱性のばらつきが発生しにくくなるため、波長変換部材の熱分布に偏りが生じにくくなる。これにより、発光のばらつきを抑制することができる。このように、保護膜でのクラックによる波長変換部材の発光特性の変化を抑制することができる。

（２）上記形態の波長変換部材において、前記凹み部の外周は、前記セラミック蛍光体の前記裏面の平面視において、前記セラミック蛍光体の外周の内側にあり、前記凹み部は、外周全体に、前記裏面に接続する内壁部を有しており、前記反射膜は、全周において、少なくとも一部が前記内壁部に対向していてもよい。この構成によれば、凹み部の外周は、セラミック蛍光体の裏面の平面視において、セラミック蛍光体の外周の内側にあり、反射膜は、全周において、少なくとも一部が、凹み部の内壁部に対向している。これにより、反射膜の外周は、セラミック蛍光体の裏面に囲まれているため、セラミック蛍光体の裏面に接触しつつ、反射膜に対向して配置される保護膜の段差は、さらに小さくなる。したがって、段差に形成されやすいクラックがさらに発生しにくくなる。また、反射膜は、保護膜によって全体が封止されるため、クラックが発生しない限り大気と反射膜とは接触しなくなる。これらによって、反射膜の劣化による発光強度の低下をさらに抑制することができるため、波長変換部材の発光特性の変化をさらに抑制することができる。

（３）上記形態の波長変換部材において、前記反射膜は、全体が前記凹み部の内部に配置されていてもよい。この構成によれば、反射膜は、全体が凹み部の内部に配置されているため、反射膜が熱膨張するとき、膨張する反射膜は、凹み部を形成するセラミック蛍光体によって拘束される。これにより、一部が凹み部の外側に配置されているために熱膨張するときセラミック蛍光体によって拘束される部分と拘束されない部分とがある反射膜に比べ、せん断力が発生しにくい。したがって、反射膜が熱膨張によって破損しにくくなるため、波長変換部材の破損を抑制することができる。

（４）上記形態の波長変換部材において、前記凹み部は、底面部を有しており、前記反射膜は、前記底面部に対向する側に光を反射する反射面を有しており、前記波長変換部材は、さらに、前記底面部と前記反射面との間に配置され、光透過性を有する密着膜を備えていてもよい。この構成によれば、セラミック蛍光体の凹み部が有する底面部と反射膜の反射面との間に配置される透光性の密着膜は、光を透過しつつ、セラミック蛍光体と反射膜とを密着させる。これにより、反射膜によって反射される光の減衰を抑制しつつ、反射膜のはがれを抑制できるため、波長変換部材における反射率の低下を抑制することができる。

（５）上記形態の波長変換部材において、前記凹み部は、前記底面部と前記裏面との間に内壁部を有しており、前記密着膜は、さらに、前記内壁部と前記反射膜との間に形成されていてもよい。この構成によれば、密着膜は、さらに、セラミック蛍光体の内壁部と、反射膜との間に形成されている。これにより、セラミック蛍光体と反射膜とは、さらに密着するため、波長変換部材における反射率の低下をさらに抑制することができる。

（６）本発明の別の形態によれば、波長変換装置が提供される。この波長変換装置は、上記形態の波長変換部材と、前記波長変換部材の熱を外部に放出する放熱部材と、前記波長変換部材と前記放熱部材を接合する接合層と、を備える。この構成によれば、波長変換部材が備える保護膜には、クラックが発生しやすい段差が形成されにくいため、反射膜の酸化や腐食を抑制することができるとともに、保護膜での放熱性のばらつきを抑制することができる。これらにより、波長変換部材の発光特性の変化を抑制することができる。また、波長変換部材で発生する熱を放熱部材によって外部に放出することができる。このように、波長変換部材の発光特性の変化を抑制しつつ、熱による波長変換装置の発光強度の低下を抑制することができる。

第１実施形態の波長変換部材および波長変換装置の断面図である。 第１実施形態の波長変換部材が備えるセラミック蛍光体の模式図である。 第１実施形態の波長変換部材の製造方法を説明する図である。 比較例の波長変換部材の断面図である。 第２実施形態の波長変換部材の断面図である。 第３実施形態の波長変換部材の断面図である。 第４実施形態の波長変換部材の断面図である。 第５実施形態の波長変換部材の断面図である。 第６実施形態の波長変換部材の模式図である。 第７実施形態の波長変換部材のセラミック蛍光体の斜視図である。 第８実施形態の波長変換部材のセラミック蛍光体の斜視図である。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の波長変換部材１および波長変換装置８０の断面図である。図２は、本実施形態の波長変換部材１が備えるセラミック蛍光体１０の模式図である。本実施形態の波長変換部材１は、外部の発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザー（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）などの光源が発した光Ｌ１が照射されると、光Ｌ１とは異なる波長の光Ｌ２を発生する。この波長変換部材１は、例えば、ヘッドランプ、照明、プロジェクタなどの各種光学機器において使用される。波長変換部材１は、セラミック蛍光体１０と、反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。波長変換装置８０は、セラミック蛍光体１０と、反射膜２０と、保護層３０と、放熱部材８１と、接合層８２を備える。なお、図１から図３における、セラミック蛍光体１０と、反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５と、放熱部材８１と、接合層８２とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

セラミック蛍光体１０は、セラミック焼結体から構成されており、入射面１１から入射する光の波長を変換する。セラミック焼結体は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相を有する。透光相の結晶粒子は、化学式Ａｌ₂Ｏ₃で表される組成を有し、蛍光相の結晶粒子は、化学式Ａ₃Ｂ₅Ｏ₁₂：Ｃｅで表される組成（いわゆる、ガーネット構造）を有することが好ましい。「Ａ₃Ｂ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ」とは、Ａ₃Ｂ₅Ｏ₁₂の中にＣｅが固溶し、元素Ａの一部がＣｅに置換されていることを示す。

化学式Ａ₃Ｂ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ中の元素Ａおよび元素Ｂは、それぞれ下記の元素群から選択される少なくとも１種類の元素から構成されている。
元素Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド（ただし、元素ＡとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
元素Ｂ：Ａｌ（ただし、元素ＢとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
セラミック蛍光体１０として、セラミック焼結体を使用することで、蛍光相と透光相との界面で光が散乱し、光の色の角度依存性を減らすことができる。これにより、色の均質性を向上することができる。なお、セラミック蛍光体１０の材料は、上述の材料に限定されない。

本実施形態では、セラミック蛍光体１０は、厚みが１００～５００μｍ程度であり、幅が１ｍｍ程度となるように形成されている。セラミック蛍光体１０の入射面１１の反対側に位置する裏面１２には、凹み部１３が形成される。本実施形態では、凹み部１３は、深さＤ１３が、１５０ｎｍ程度であり、幅Ｗ１３が０．７ｍｍ程度となるように形成される。凹み部１３の外周１４は、図２（ｂ）に示すセラミック蛍光体１０の裏面１２の平面視において、矩形形状となるように形成され、セラミック蛍光体１０の外周１５の内側にあり、セラミック蛍光体１０の裏面１２と隣接している。凹み部１３には、４つの内壁部１３ａと、底面部１３ｂとが形成されている。４つの内壁部１３ａは、隣り合う内壁部１３ａ同士で直交するように配置され、凹み部１３の外周１４の全体において、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接続する。底面部１３ｂは、４つの内壁部１３ａの裏面１２に接続する側とは反対側に接続するように配置される。すなわち、セラミック蛍光体１０では、裏面１２と底面部１３ｂとの間に、凹み部１３の段差となる４つの内壁部１３ａが形成されている。なお、凹み部１３の深さＤ１３、および、幅Ｗ１３は、上述した数値に限定されない。

反射膜２０は、銀（Ａｇ）から形成される矩形形状の薄膜であって、全体が凹み部１３に配置されている（図１（ａ）参照）。本実施形態では、反射膜２０の厚みＤ２０は、１５０ｎｍ程度であって、凹み部１３の深さＤ１３と略同じである。また、反射膜２０の幅Ｗ２０は、０．７ｍｍ程度であって、凹み部１３の幅Ｗ１３と略同じである。反射膜２０の側壁部２０ａは、全周において、全部が凹み部１３の内壁部１３ａに対向しており、内壁部１３ａに接触している。反射膜２０には、セラミック蛍光体１０の底面部１３ｂに対向する側に、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を反射する反射面２０ｂが形成されている。反射面２０ｂは、凹み部１３の底面部１３ｂに接触している。これにより、反射膜２０の反射面２０ｂとは反対側の裏面２０ｃは、セラミック蛍光体１０の裏面１２と略同一平面上に位置する。なお、反射膜２０は、銀合金やアルミニウム（Ａｌ）など反射率が高い材料から形成されていてもよい。

保護層３０は、第１保護膜３１と、第２保護膜３２を有する。保護層３０は、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ、反射膜２０の裏面２０ｃに対向して配置される。本実施形態では、保護層３０は、反射膜２０の裏面２０ｃに接触している。第１保護膜３１は、厚みが、１０～５００ｎｍ程度のチタン（Ｔｉ）から形成される薄膜であって、セラミック蛍光体１０の裏面１２と反射膜２０の裏面２０ｃに接触して配置される。第１保護膜３１は、第２保護膜３２とセラミック蛍光体１０との密着性を高める。第２保護膜３２は、第１保護膜３１のセラミック蛍光体１０とは反対側に配置されており、ニッケル（Ｎｉ）から形成される。第２保護膜３２は、厚みが、５０～５００ｎｍ程度となるように形成され、第１保護膜３１とともに、反射膜２０を封止し、大気に含まれるガスと反射膜２０との接触を抑制する封止膜として機能する。なお、保護層３０を構成する膜は、第１保護膜３１と、第２保護膜３２とに限定されない。第２保護膜３２だけであってもよく、第２保護膜３２を形成する材料もニッケルに限定されない。第２保護膜３２を形成する材料は、反射膜２０の大気中のガスとの接触を抑制することができる材料であればよく、タンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ）などであってもよい。また、第１保護膜３１を形成する材料は、ニッケル、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）であってもよい。第１保護膜３１および第２保護膜３２は、特許請求の範囲の「保護膜」に相当する。

酸化防止膜３５は、第２保護膜３２のセラミック蛍光体１０とは反対側に配置されており、厚みが、１０～５００ｎｍ程度の金から形成される薄膜である。酸化防止膜３５は、ニッケルから形成される第２保護膜３２の酸化を防止する。酸化防止膜３５は、後述する放熱部材８１と波長変換部材１とを接合層８２によって接合するとき、接合層８２に拡散し、セラミック蛍光体１０と放熱部材８１との接合力を向上する。

放熱部材８１は、例えば、銅、銅モリブデン合金、銅タングステン合金、アルミニウム、窒化アルミニウムなど、セラミック蛍光体１０よりも高い熱伝導性を有する材料から形成されている平板部材である。放熱部材８１は、接合層８２を通して伝わるセラミック蛍光体１０の熱を外部に放出する。なお、放熱部材８１は、上述した材料からなる単層構造の部材であってもよいし、同種または異なる材料から形成されている多層構造の部材であってもよい。また、放熱部材８１のセラミック蛍光体１０側の面には、接合層８２との密着性を高める金属膜が配置されていてもよい。

接合層８２は、セラミック蛍光体１０と放熱部材８１の間に配置され、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）から形成されている。接合層８２は、セラミック蛍光体１０と放熱部材８１とを接合するとともに、セラミック蛍光体１０と放熱部材８１との間で熱のやり取りを行う。なお、接合層８２は、金と錫から形成されるほかに、他の材料から形成される半田であってもよい。また、接合層８２は、銀や銅（Ｃｕ）などの微細粉末を焼結したものであってもよい。

図３は、本実施形態の波長変換部材１の製造方法を説明する図である。ここで、波長変換部材１の製造方法について説明する。最初に、凹み部１３を形成する前のブロック状のセラミック蛍光体１０ａ（図３（ａ）参照）の表面１０ｂにマスク（図３（ａ）の符号１８）し、エッチング、イオンミリングなどによってセラミック蛍光体１０ａの露出部分を削る。これにより、セラミック蛍光体に凹み部１３が形成される（図３（ｂ）参照）。次に、マスクされたセラミック蛍光体１０に対して、銀Ｍ１を蒸着またはスパッタリングし（図３（ｃ）参照）、反射膜２０を成膜する。その後、銀Ｍ１ごとマスク１８を除去し（図３（ｄ）参照）、第１保護膜３１、第２保護膜３２、酸化防止膜３５を、この順番で、セラミック蛍光体１０の裏面１２および反射膜２０の裏面２０ｃ上に製膜し、波長変換部材１を製造する（図３（ｅ）参照）。

さらに、波長変換部材１を用いて波長変換装置８０を製造する場合、波長変換部材１と放熱部材８１の間に金錫半田箔を挟みこんだ状態で、窒素雰囲気中または水素雰囲気中のリフロー炉において加熱する。これにより、セラミック蛍光体１０と放熱部材８１とが接合し、波長変換装置８０が完成する。また、金錫半田箔を使用する代わりに、金錫半田ペーストを塗布して波長変換部材１と放熱部材８１とを接合してもよい。

図４は、比較例の波長変換部材９０の断面図である。比較例の波長変換部材９０は、セラミック蛍光体９１と、反射膜９２と、第１保護膜９３ａおよび第２保護膜９３ｂを有する保護層９３と、酸化防止膜９４を備える。比較例の波長変換部材９０では、反射膜９２は、セラミック蛍光体９１の入射面９１ａとは反対側の裏面９１ｂに配置されている。このため、保護層９３および酸化防止膜９４をセラミック蛍光体９１の裏面９１ｂと反射膜９２の裏面９２ａとに対向して配置すると、セラミック蛍光体９１の裏面９１ｂ上の部位と、反射膜９２の裏面９２ａ上の部位との間に段差Ｓ０が形成される。段差Ｓ０では、応力によってクラックが発生しやすいため、波長変換部材９０では、クラックを介して大気に含まれるガスと反射膜９２とが接触しやすい。反射膜９２が大気に含まれるガスによって酸化したり腐食したりすると、波長変換部材９０の発光強度が低下するおそれがある。また、保護層９３では、クラックが発生している部分での放熱性は、他のクラックが発生していない部分と比べると悪化するため、波長変換部材９０の熱分布に偏りが生じる。波長変換部材９０の熱分布に偏りが生じると、発光にばらつきが生じるおそれがある。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材１によれば、反射膜２０は、セラミック蛍光体１０の凹み部１３に配置される。反射膜２０の裏面２０ｃは、セラミック蛍光体１０の裏面１２と略同一平面上に位置しているため、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ反射膜２０に対向して配置される第１保護膜３１および第２保護膜３２には、段差がほぼ形成されない。これにより、段差に形成されやすいクラックが発生しにくくなるため、クラックを介して大気と反射膜２０とが接触しにくくなり、大気に含まれるガスによる反射膜２０の酸化や腐食を抑制することができる。したがって、反射膜２０の劣化による発光強度の低下を抑制することができるため、反射膜２０の劣化による発光強度の低下を抑制することができる。また、第１保護膜３１および第２保護膜３２にクラックが発生しにくくなると第１保護膜３１および第２保護膜３２での放熱性のばらつきが発生しにくくなるため、波長変換部材１の熱分布に偏りが生じにくくなる。これにより、発光のばらつきを抑制することができる。このように、第１保護膜３１および第２保護膜３２でのクラックによる波長変換部材１の発光特性の変化を抑制することができる。

また、本実施形態の波長変換部材１によれば、凹み部１３の外周１４は、セラミック蛍光体１０の裏面１２の平面視において、セラミック蛍光体１０の外周１５の内側にある。これにより、反射膜２０の外周１４は、セラミック蛍光体１０の裏面１２に囲まれているため、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ反射膜２０に対向して配置される第１保護膜３１および第２保護膜３２に形成される段差はさらに小さくなる。したがって、段差に形成されやすいクラックがさらに発生しにくくなる。また、反射膜２０は、第１保護膜３１および第２保護膜３２によって全体が封止されるため、クラックが発生しない限り大気と反射膜２０とは接触しなくなる。これらによって、反射膜２０の劣化による発光強度の低下をさらに抑制することができるため、波長変換部材１の発光特性の変化をさらに抑制することができる。

また、本実施形態の波長変換部材１によれば、反射膜２０は、全体が凹み部１３の内部に配置されている。これにより、反射膜２０がセラミック蛍光体１０の熱によって膨張するとき、反射膜２０は、凹み部１３を形成するセラミック蛍光体１０によって拘束されるため、反射膜２０にせん断力が発生しにくい。したがって、反射膜２０が熱膨張によって破損しにくくなるため、波長変換部材１の破損を抑制することができる。

また、本実施形態の波長変換装置８０によれば、第１保護膜３１および第２保護膜３２には、クラックが発生しやすい段差が形成されないため、反射膜２０の酸化や腐食を抑制することができる。これにより、反射膜２０の劣化による発光強度の低下を抑制することができる。また、波長変換部材１で発生する熱を放熱部材８１によって外部に放出することができる。これにより、反射膜２０の劣化による発光強度の低下を抑制しつつ、熱による波長変換装置８０の発光強度の低下を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態の波長変換部材２の断面図である。第２実施形態の波長変換部材２は、第１実施形態の波長変換部材１（図１）と比較すると、凹み部に密着膜が配置されている点が異なる。

第２実施形態の波長変換部材２は、セラミック蛍光体１０と、反射膜２１と、密着膜２７と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。なお、図５では、セラミック蛍光体１０と、反射膜２１と、密着膜２７と、保護層３０と、酸化防止膜３５とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

反射膜２１は、第１実施形態と同様に、銀から形成される矩形形状の薄膜であって、全体が凹み部１３に配置されている。反射膜２１は、第１実施形態の反射膜２０の厚みＤ２０に比べ薄くなるように形成されている。また、反射膜２１の幅Ｗ２１は、凹み部１３の幅Ｗ１３と略同じであり、反射膜２１の側壁部２１ａは、全周において、凹み部１３の内壁部１３ａに対向し、内壁部１３ａに接触している。反射膜２１の反射面２１ｂは、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を反射する。

密着膜２７は、密着膜上部２７ａと、密着膜下部２７ｂを有する。密着膜上部２７ａは、光透過性を有する酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から形成されており、反射面２１ｂと凹み部１３の底面部１３ｂとの間に配置されている。密着膜上部２７ａは、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を透過しつつ、反射膜２１とセラミック蛍光体１０との密着性を向上する。密着膜下部２７ｂは、密着膜上部２７ａと同じく酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から形成されており、反射膜２１の反射面２１ｂとは反対側の裏面２１ｃ上に配置されている。密着膜下部２７ｂは、波長変換部材２の製造工程においてマスク１８を除去するときに反射膜２１が酸化されることを抑制する。本実施形態では、反射膜２１と密着膜２７は、全体が凹み部１３の内部に配置されている。密着膜上部２７ａと密着膜下部２７ｂは、それぞれ、厚みが数ｎｍ～数十ｎｍとなるように形成されており、密着膜下部２７ｂのうちの反射膜２１側とは反対側の端面２７ｃと、セラミック蛍光体１０の裏面１２とは、略同一平面上に位置する。

保護層３０は、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ、反射膜２１の裏面２１ｃに対向して配置される。本実施形態では、保護層３０の第１保護膜３１は、密着膜下部２７ｂを介して反射膜２１の裏面２１ｃに対向して配置される。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材２によれば、反射膜２１および密着膜２７は、全体が凹み部１３に配置されており、密着膜下部２７ｂの端面２７ｃとセラミック蛍光体１０の裏面１２とは、略同一平面上に位置する。これにより、第１保護膜３１および第２保護膜３２には段差が形成されないため（図５参照）、波長変換部材２の発光特性の変化を抑制することができる。

また、本実施形態の波長変換部材２によれば、光透過性を有する密着膜２７は、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を透過しつつ、セラミック蛍光体１０と反射膜２１とを密着させる。これにより、反射膜２１によって反射される光の減衰を抑制しつつ、反射膜２１のはがれを抑制できるため、波長変換部材２における反射率の低下を抑制することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、第３実施形態の波長変換部材３の断面図である。第３実施形態の波長変換部材３は、第２実施形態の波長変換部材２（図５）と比較すると、密着膜が反射膜の側壁部にも配置されている点が異なる。

第３実施形態の波長変換部材３は、セラミック蛍光体１０と、反射膜２２と、密着膜２９と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。なお、図６では、セラミック蛍光体４０と、反射膜２２と、密着膜２９と、保護層３０と、酸化防止膜３５とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

反射膜２２は、第１実施形態と同様に、銀から形成される矩形形状の薄膜であって、全体が凹み部１３に配置されている。反射膜２２は、厚みＤ２２が第１実施形態の反射膜２０の厚みＤ２０に比べ薄くなるように形成されている。また、反射膜２２は、幅Ｗ２２が凹み部１３の幅Ｗ１３に比べ狭くなるように形成されている。これにより、反射膜２２の側壁部２２ａは、全周において、凹み部１３の内壁部１３ａに対向しつつ、内壁部１３ａから離れた位置に配置される。反射膜２２の反射面２２ｂは、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を反射する。

密着膜２９は、密着膜上部２９ａと、密着膜下部２９ｂと、密着膜側部２９ｃを有する。密着膜上部２９ａは、光透過性を有する酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）から形成されており、反射面２２ｂと凹み部１３の底面部１３ｂとの間に配置されている。密着膜上部２９ａは、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を透過しつつ、反射膜２２とセラミック蛍光体１０との密着性を向上する。密着膜下部２９ｂは、密着膜上部２９ａと同じく酸化ケイ素から形成されており、反射膜２２の反射面２２ｂとは反対側の裏面２２ｃ上に配置されている。密着膜下部２９ｂは、波長変換部材３の製造工程においてマスク１８を除去するときに反射膜２２が酸化されることを抑制する。密着膜側部２９ｃは、密着膜上部２９ａと同じく酸化ケイ素から形成されており、反射膜２２の側壁部２２ａと、凹み部１３の内壁部１３ａとの間に配置されている。密着膜側部２９ｃは、反射膜２２とセラミック蛍光体１０との密着性を向上する。本実施形態では、反射膜２２と密着膜２９は、全体が凹み部１３の内部に配置されており、密着膜下部２９ｂのうちの反射膜２２側とは反対側の端面２９ｄと、セラミック蛍光体１０の裏面１２とは、略同一平面上に位置する。

保護層３０は、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ、反射膜２２の裏面２２ｃに対向して配置される。本実施形態では、保護層３０の第１保護膜３１は、密着膜下部２９ｂを介して反射膜２２の裏面２２ｃに対向して配置される。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材３によれば、反射膜２２および密着膜２９は、全体が凹み部１３に配置されており、密着膜下部２９ｂの端面２９ｄとセラミック蛍光体１０の裏面１２とは、略同一平面上に位置する。これにより、第１保護膜３１および第２保護膜３２には段差が形成されないため（図６参照）、波長変換部材３の発光特性の変化を抑制することができる。

また、本実施形態の波長変換部材３によれば、密着膜２９は、第２実施形態に比べ、さらに、セラミック蛍光体１０の内壁部１３ａと、反射膜２０との間に形成されている。これにより、セラミック蛍光体１０と反射膜２０とは、さらに密着するため、波長変換部材３における反射率の低下をさらに抑制することができる。

＜第４実施形態＞
図７は、第４実施形態の波長変換部材４の断面図である。第４実施形態の波長変換部材４は、第１実施形態の波長変換部材１（図４）と比較すると、反射膜の厚みが異なる。

第４実施形態の波長変換部材４は、セラミック蛍光体１０と、反射膜２３と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。なお、図７では、セラミック蛍光体１０と、反射膜２３と、保護層３０と、酸化防止膜３５とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

反射膜２３は、第１実施形態と同様に、銀から形成される矩形形状の薄膜であって、全体が凹み部１３に配置されている。反射膜２３は、厚みＤ２３が１３０ｎｍであり、凹み部１３の深さＤ１３に対して厚みが薄くなるように形成されている。また、反射膜２３の幅Ｗ２３は、凹み部１３の幅Ｗ１３と略同じであり、反射膜２３の側壁部２３ａは、全周において、全部が凹み部１３の内壁部１３ａに対向し、内壁部１３ａに接触している。反射膜２３の反射面２３ｂは、凹み部１３の底面部１３ｂに接触しており、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を反射する。反射膜２３の反射面２３ｂとは反対側の裏面２３ｃは、凹み部１３の内部に位置する（図７参照）。

保護層３０は、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ反射膜２３の裏面２３ｃに対向して配置される。本実施形態では、保護層３０は、反射膜２３の裏面２３ｃに接触しているため、段差が形成される（図７の符号Ｓ４）。この段差Ｓ４の大きさは、反射膜９２がセラミック蛍光体９１の裏面９１ｂに配置されている比較例の波長変換部材９０（図４参照）の段差Ｓ０の大きさに比べ小さい。酸化防止膜３５についても同様である。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材４によれば、反射膜２３は、セラミック蛍光体１０の凹み部１３に配置されるため、第１保護膜３１および第２保護膜３２に形成される段差は、比較的小さくなる。これにより、段差に形成されやすいクラックが発生しにくくなるため、クラックを介して大気と反射膜２３とが接触しにくくなり、大気に含まれるガスによる反射膜２３の酸化や腐食を抑制することができる。また、第１保護膜３１および第２保護膜３２にクラックが発生しにくくなると第１保護膜３１および第２保護膜３２での放熱性のばらつきが発生しにくくなるため、波長変換部材４の熱分布に偏りが生じにくくなる。これにより、発光のばらつきを抑制することができる。したがって、波長変換部材４の発光特性の変化を抑制することができる。

＜第５実施形態＞
図８は、第５実施形態の波長変換部材５の断面図である。第５実施形態の波長変換部材５は、第１実施形態の波長変換部材１（図１）と比較すると、反射膜の厚みが異なる。

第５実施形態の波長変換部材５は、セラミック蛍光体１０と、反射膜２４と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。なお、図８では、セラミック蛍光体１０と、反射膜２４と、保護層３０と、酸化防止膜３５とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

反射膜２４は、第１実施形態と同様に、銀から形成される矩形形状の薄膜であって、全体が凹み部１３に配置されている。反射膜２４は、厚みＤ２４が１８０ｎｍであり、凹み部１３の深さＤ１３に対して厚みが厚くなるように形成されている。また、反射膜２４の幅Ｗ２４は、凹み部１３の幅Ｗ１３と略同じであり、反射膜２４の側壁部２４ａは、全周において、一部が凹み部１３の内壁部１３ａに対向し、その一部は、内壁部１３ａに接触している。反射膜２４の反射面２４ｂは、凹み部１３の底面部１３ｂに接触しており、セラミック蛍光体１０を透過した光やセラミック蛍光体１０で発生した光を反射する。反射膜２４の反射面２４ｂとは反対側の裏面２４ｃは、凹み部１３の外側に位置する。すなわち、反射膜２４は、セラミック蛍光体１０から突出するように形成されている。

保護層３０は、セラミック蛍光体１０の裏面１２に接触しつつ反射膜２４の裏面２４ｃに対向して配置される。本実施形態では、保護層３０は、反射膜２４の裏面２４ｃに接触しているため、段差が形成される（図８の符号Ｓ５）。この段差Ｓ５の大きさは、反射膜９２がセラミック蛍光体９１の裏面９１ｂに配置されている比較例の波長変換部材９０（図４参照）の段差Ｓ０の大きさに比べ小さい。酸化防止膜３５についても同様である。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材５によれば、反射膜２３は、セラミック蛍光体１０の凹み部１３に配置されるため、第１保護膜３１および第２保護膜３２に形成される段差は、比較的小さくなる。これにより、段差に形成されやすいクラックが発生しにくくなるため、クラックを介して大気と反射膜２４とが接触しにくくなり、大気に含まれるガスによる反射膜２４の酸化や腐食を抑制することができる。また、第１保護膜３１および第２保護膜３２にクラックが発生しにくくなると第１保護膜３１および第２保護膜３２での放熱性のばらつきが発生しにくくなるため、クラックによって波長変換部材５の熱分布に偏りが生じにくくなる。これにより、発光のばらつきを抑制することができる。したがって、波長変換部材５の発光特性の変化を抑制することができる。

＜第６実施形態＞
図９は、第６実施形態の波長変換部材６の模式図である。第６実施形態の波長変換部材６は、第１実施形態の波長変換部材１（図１）と比較すると、凹み部の形状が異なる。

第６実施形態の波長変換部材６は、セラミック蛍光体４０と、反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。なお、図９では、セラミック蛍光体４０と、反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

セラミック蛍光体４０は、第１実施形態のセラミック蛍光体１０と同様に、セラミック焼結体から構成されており、入射面４１から入射する光の波長を変換する。セラミック蛍光体４０の入射面４１の反対側に位置する裏面４２には、凹み部４３が形成される。本実施形態では、凹み部４３の外周４４は、セラミック蛍光体４０の裏面４２の平面視において、円形状に形成され、セラミック蛍光体４０の外周４５の内側にある（図９（ｂ）参照）。凹み部４３の内壁部４３ａは、図９（ａ）に示すように、球面形状の一部分の形状となるように形成されている。本実施形態の反射膜２０は、全体が凹み部４３に配置されている。反射膜２０の反射面２０ｂは、内壁部４３ａに接触している。反射膜２０の裏面２０ｃは、セラミック蛍光体４０の裏面４２と略同一平面上に位置しており、保護層３０と接触している。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材６によれば、反射膜２０は、全体が凹み部４３に配置されており、反射膜２０の裏面２０ｃとセラミック蛍光体４０の裏面４２とは、略同一平面上に位置する。これにより、第１保護膜３１および第２保護膜３２には段差が形成されない（図９（ａ）参照）ため、波長変換部材６の発光特性の変化を抑制することができる。

＜第７実施形態＞
図１０は、第７実施形態の波長変換部材７の模式図である。第７実施形態の波長変換部材７は、第１実施形態の波長変換部材１（図１）と比較すると、凹み部の形状が異なる。

第７実施形態の波長変換部材７は、セラミック蛍光体５０と、アルミニウムから形成される反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。なお、図９では、セラミック蛍光体５０と、反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５とのそれぞれの厚みの関係は、説明の便宜上、実際の厚みの関係とは異なるように図示されている。

セラミック蛍光体５０は、第１実施形態のセラミック蛍光体１０と同様に、セラミック焼結体から構成されており、入射面５１から入射する光の波長を変換する。セラミック蛍光体５０の入射面５１の反対側に位置する裏面５２には、凹み部５３が形成される。本実施形態では、凹み部５３は、溝部であって、セラミック蛍光体５０において、入射面５１と裏面５２とを接続する一対の側面部５４を貫通するように形成されている。本実施形態の反射膜２０は、全体が凹み部５３に配置されている。反射膜２０の反射面２０ｂは、底面部５３ｂに接触している。反射膜２０の裏面２０ｃは、セラミック蛍光体５０の裏面５２と略同一平面上に位置しており、保護層３０と接触している。波長変換部材７では、反射膜２０の側壁部２０ａのうち、セラミック蛍光体５０の一対の側面部５４、５５に対応する側壁部２０ａは、保護層３０によって覆われることなく、露出する（図１０（ａ）参照）。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材７によれば、反射膜２０は、全体が凹み部５３に配置されており、反射膜２０の裏面２０ｃとセラミック蛍光体５０の裏面５２とは、略同一平面上に位置する。これにより、第１保護膜３１および第２保護膜３２には段差が形成されない（図１０（ａ）参照）ため、反射膜２０の一部はセラミック蛍光体５０の側面部５４から露出するものの、段差に形成されるクラックを通る大気に含まれるガスによって、反射膜２０が酸化したり腐食したりすることが一定程度抑制される。したがって、反射膜２０の劣化による発光強度の低下を一定程度抑制することができるため、波長変換部材７の発光特性の変化を抑制することができる。

＜第８実施形態＞
図１１は、第８実施形態の波長変換部材の模式図である。第８実施形態の波長変換部材は、第１実施形態の波長変換部材１（図１）と比較すると、凹み部の形状が異なる。

第８実施形態の波長変換部材は、セラミック蛍光体６０と、アルミニウムから形成される反射膜２０と、保護層３０と、酸化防止膜３５とを備える。セラミック蛍光体６０は、第１実施形態のセラミック蛍光体１０と同様に、セラミック焼結体から構成されており、入射面から入射する光の波長を変換する。セラミック蛍光体６０の入射面の反対側に位置する裏面６２には、凹み部６３が形成される。本実施形態では、凹み部６３は、図１１に示すように、２つの溝部が交差するように形成されている。凹み部６３には、セラミック蛍光体６０の４つの側面部６４のそれぞれに、開口が形成されている。本実施形態の反射膜２０は、全体が凹み部６３に配置されている。

以上説明した、本実施形態の波長変換部材によれば、反射膜２０は、全体が凹み部６３に配置されているため、第１保護膜３１および第２保護膜３２には段差が形成されない。これにより、反射膜２０の一部は、セラミック蛍光体６０の側面部６４から露出するものの、段差に形成されるクラックを通る大気に含まれるガスによって、反射膜２０が酸化したり腐食したりすることが一定程度抑制される。したがって、反射膜２０の劣化による発光強度の低下を一定程度抑制することができるため、本実施形態の波長変換部材の発光特性の変化を抑制することができる。

＜本実施形態の変形例＞
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。

［変形例１］
上述の実施形態では、凹み部の形状は、セラミック蛍光体の裏面の平面視において、矩形状（第１実施形態）や、円形状（第６実施形態）であるとした。しかしながら、凹み部の形状はこれに限定されない。上述した実施形態のように、凹み部に、底面部とセラミック蛍光体の裏面とを接続する段差が形成されていることが望ましい。

［変形例２］
第２実施形態および第３実施形態の波長変換部材が備える密着膜は、第４実施形態から第８実施形態の波長変換部材に適用されてもよい。

［変形例３］
第２実施形態および第３実施形態の波長変換部材が備える密着膜は、光透過性を有する酸化ケイ素から形成されているとした。密着膜は、酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）、酸化チタン（ＴｉＯ₂）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化タンタル（Ｔａ₂Ｏ₃）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍ－ｚｉｎｃ－ｏｘｉｄｅ）、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ－ｔｉｎ－Ｏｘｉｄｅ）などから形成されていてもよい。

［変形例４］
上述の実施形態では、第３実施形態を除いて、反射膜の幅は、凹み部の幅と略同じであるとした。しかしながら、反射膜の幅は、これに限定されない。凹み部の内部に反射膜のみが配置される場合であっても反射膜の幅が凹み部の幅に対して、例えば、９０％程度であれば、保護膜に段差ができてもクラックは形成されにくくなるため、反射膜の劣化による発光強度の低下を抑制することができる。

［変形例５］
第４実施形態では、反射膜２３は、厚みＤ２３が１３０ｎｍであり、凹み部１３の深さＤ１３に対して厚みが薄くなっているとした。また、第５実施形態では、反射膜２４は、厚みＤ２４が１８０ｎｍであり、凹み部１３の深さＤ１３に対して厚みが厚くなっているとした。しかしながら、凹み部の深さに対する反射膜の厚みは、これに限定されない。反射膜の厚みは、凹み部の深さに対して、例えば、５０％程度であれば、保護膜に段差ができてもクラックは形成されにくくなるため、反射膜の劣化による発光強度の低下を抑制することができる。

［変形例６］
第８実施形態および第９実施形態では、反射膜は、アルミニウムから形成されるとした。反射膜は、銀から形成されてもよいが、第８実施形態および第９実施形態では、反射膜の一部が露出するため、内部酸化が起こりにくいアルミニウムの方が好ましい。

以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。

１，２，３，４，５，６，７…波長変換部材
１０，１０ａ，４０，５０，６０…セラミック蛍光体
１０ｂ…表面
１１，４１，５１…入射面
１２，４２，５２，６２…裏面
１３，４３，５３，６３…凹み部
１３ａ，４３ａ…内壁部
１３ｂ，５３ｂ…底面部
１４，４４…凹み部の外周
１５，４５…セラミック蛍光体の裏面の外周
２０，２１，２２，２３，２４…反射膜
２０ａ，２１ａ，２２ａ，２３ａ，２４ａ…側壁部
２０ｂ，２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ，２４ｂ…反射面
２０ｃ，２１ｃ，２２ｃ，２３ｃ，２４ｃ…裏面
２７，２９…密着膜
２７ａ，２９ａ…密着膜上部
２７ａ，２７ｂ，２９ａ，２９ｂ，２９ｃ…密着膜下部
２９ｃ…密着膜側部
２７ｃ，２９ｄ…端面
３０…保護層
３１…第１保護膜
３２…第２保護膜
３５…酸化防止膜
５４，６４…側面部
８０…波長変換装置
８１…放熱部材
８２…接合層
Ｄ１３…凹み部の深さ
Ｄ２０，Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，Ｄ２４…反射膜の厚み
Ｌ１，Ｌ２…光
Ｓ４，Ｓ５…段差
Ｗ１３…凹み部の幅
Ｗ２０，Ｗ２１，Ｗ２２，Ｗ２３，Ｗ２４…反射膜の幅

Claims (6)

1. 波長変換部材であって、
   光が入射する入射面と、前記入射面の反対側に位置する裏面とを有し、前記裏面に凹み部が形成されているセラミック蛍光体と、
   前記凹み部に配置される反射膜と、
   前記セラミック蛍光体の前記裏面に接触し、前記反射膜に対向して配置される保護膜と、を備える、
   ことを特徴とする波長変換部材。
2. 請求項１に記載の波長変換部材であって、
   前記凹み部の外周は、前記セラミック蛍光体の前記裏面の平面視において、前記セラミック蛍光体の外周の内側にあり、
   前記凹み部は、外周全体に、前記裏面に接続する内壁部を有しており、
   前記反射膜は、全周において、少なくとも一部が前記内壁部に対向している、
   ことを特徴とする波長変換部材。
3. 請求項１または請求項２に記載の波長変換部材であって、
   前記反射膜は、全体が前記凹み部の内部に配置されている、
   ことを特徴とする波長変換部材。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の波長変換部材であって、
   前記凹み部は、底面部を有しており、
   前記反射膜は、前記底面部に対向する側に光を反射する反射面を有しており、
   前記波長変換部材は、さらに、
   前記底面部と前記反射面との間に配置され、光透過性を有する密着膜を備える、
   ことを特徴とする波長変換部材。
5. 請求項４に記載の波長変換部材であって、
   前記凹み部は、前記底面部と前記裏面との間に内壁部を有しており、
   前記密着膜は、さらに、前記内壁部と前記反射膜との間に形成されている、
   ことを特徴とする波長変換部材。
6. 波長変換装置であって、
   請求項１から請求項５のいずれか一項の記載の波長変換部材と、
   前記波長変換部材の熱を外部に放出する放熱部材と、
   前記波長変換部材と前記放熱部材を接合する接合層と、を備える、
   波長変換装置。

Images