JPWO2018110316A1

JPWO2018110316A1 - 光学部品

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Publication number: JPWO2018110316A1
Application number: JP2018556571A
Authority: JP
Inventors: 順悟近藤; 直剛岡田; 圭一郎浅井; 周平東原; 省一郎山口
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-12-01
Publication date: 2019-10-24
Also published as: EP3557293A1; EP3557293A4; US20190309936A1; WO2018110316A1

Abstract

光学部品（５０）は、蛍光体基板（１１）を含む第１基板（１０）と、第１基板（１０）を支持し透光性基板（２１）を含む第２基板（２０）とを有している。接合層（３０）は、第１基板（１０）と第２基板（２０）との間に設けられており、第１基板（１０）の第２基板（２０）に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素と、第２基板（２０）の第１基板（１０）に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。接合層（３０）は、第１基板（１０）および第２基板（２０）のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素を２重量％以上４５重量％以下含む。

Description

本発明は、光学部品に関し、特に、蛍光体基板を有する光学部品に関するものである。

国際公開第２０１１／１４１３７７号（特許文献１）によれば、蛍光体を支持する支持体と、蛍光体への電磁放射を行う放射源とを有する車両用ヘッドライトモジュールが開示されている。支持体としては、多結晶アルミナセラミックスまたはサファイアが例示されている。いずれの材料も、高い耐熱性と高い熱伝導性とを有する点で、温度の上昇および温度分布のむらが生じやすい照明装置であるヘッドライトへの適用に適している。蛍光体としては、セリウム（Ｃｅ）でドーピングされたイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）が例示されている。放射源として青色発光レーザが例示されている。青色レーザ光は蛍光体によって白色光に変換される。これによりヘッドライトモジュールは白色光を放射することができる。

特開２０１６−１５７９０５号公報（特許文献２）によれば、透光性支持体および蛍光体単結晶とを有する光学部品が開示されている。透光性支持体および蛍光体単結晶は、直接接合によって互いに接合され得る。

国際公開第２０１１／１４１３７７号特開２０１６−１５７９０５号公報

蛍光体の温度の上昇および温度分布のむらを抑制するためには、蛍光体から支持体への熱伝導性を高くすることが求められる。よって、支持基板と、蛍光体を含む被支持基板とを有する光学部品が製造される際は、支持基板と被支持基板との間の熱伝導性を大きく妨げないように、これらを互いに接合することが求められる。この点で、直接接合は好適な接合方法である。しかしながら、直接接合が用いられる場合であっても、無視できない熱抵抗が存在し得る。このため、支持基板と被支持基板との間の熱伝導性をより高めることができる技術が求められている。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、蛍光体を含む被支持基板と、それを支持する支持基板との間の熱伝導性をより高めることができる光学部品を提供することである。

本発明の光学部品は、第１基板と、第２基板と、接合層とを有している。第１基板は蛍光体基板を含む。第２基板は、第１基板を支持しており、透光性基板を含む。接合層は、第１基板と第２基板との間に設けられており、第１基板の第２基板に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素と、第２基板の第１基板に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。接合層は、第１基板および第２基板のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素を２重量％以上４５重量％以下含む。

本発明によれば、接合層は、第１基板の第２基板に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素と、第２基板の第１基板に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素とに加えてさらに、第１基板および第２基板のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素を２重量％以上４５重量％以下含む。この金属元素の存在によって、蛍光体基板を含む第１基板と、これを支持する第２基板との間の熱伝導性が高められる。

この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。

本発明の実施の形態１における光学部品を有する照明装置の構成を概略的に示す断面図である。図１の一部拡大図であって、光学部品における被支持基板と支持基板との間の接合層の近傍を概略的に示す部分断面図である。本発明の実施の形態２における光学部品の構成を概略的に示す断面図である。図３の一部拡大図であって、被支持基板と支持基板との間の接合層の近傍を概略的に示す部分断面図である。図３の光学部品の製造方法の第１工程を概略的に示す断面図である。図３の光学部品の製造方法の第２工程を概略的に示す断面図である。図３の光学部品の製造方法の第３工程を概略的に示す断面図である。図３の光学部品の製造方法の第４工程を概略的に示す断面図である。図４の変形例である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。

＜実施の形態１＞
（構成）
図１を参照して、照明装置１００は、光源９０と、波長変換部材５０（光学部品）とを有している。光源９０は、例えば半導体レーザである。波長変換部材５０は、蛍光体を用いることによって、光の波長を変換するものである。光源からの励起光９１は、波長変換部材５０を通過することによって、照明光９２に変換される。例えば、励起光９１は青色光または紫外光であり、照明光９２は白色光である。

波長変換部材５０は、被支持基板１０（第１基板）と、被支持基板１０を支持する支持基板２０（第２基板）とを有している。照明装置１００が使用される際は、被支持基板１０および支持基板２０の両方を通過する光が、光源９０によって供される。図中では光の進行方向が支持基板２０から被支持基板１０へ向かっているが、光の進行方向は逆でもよい。また変形例として、光源から、被支持基板１０のみを通過する光が供されてもよい。被支持基板１０は蛍光体基板１１を含み、本実施の形態においては被支持基板１０は蛍光体基板１１である。支持基板２０は透光性基板２１を含み、本実施の形態においては支持基板２０は透光性基板２１である。

蛍光体基板１１は、蛍光体を含む基板である。蛍光体基板１１は、例えば、ドーピングされたＹＡＧを含有している。

蛍光体基板１１は、例えば、蛍光体単結晶基板または蛍光体多結晶基板であってよい。蛍光体多結晶基板は、実質的に蛍光体結晶粒のみからなる基板であってもよく、あるいは、蛍光体粒子が分散されたセラミックスラリーを焼成することによって形成された基板であってもよい。あるいは、蛍光体基板１１は、ガラスまたは樹脂などのバインダと、このバインダ中に分散された蛍光体とを有するものであってよい。すなわち、蛍光体基板１１は、多数の蛍光体粒子がバインダによって結合されたものであってよい。

透光性基板２１は、透光性を有する基板であり、好ましくは実質的に透明な基板である。透光性基板２１は、例えば、単結晶基板または多結晶基板であってよい。多結晶基板は、セラミックス（焼結体）として形成され得る。単結晶基板は、例えばサファイア基板である。透光性基板２１の直線透過率は、照明装置１００が利用する波長範囲において、損失の抑制の観点では、厚み０．５ｍｍ当たり７０％程度以上が好ましい。一方、色むらの抑制の観点では、透光性基板２１の直線透過率は低い方が好ましい。具体的には、蛍光体基板１１として単結晶基板が用いられる場合は８０％未満が好ましいが、蛍光体基板１１として多結晶基板が用いられる場合は８０％以上であってもよい。蛍光体基板１１として多結晶基板が用いられる場合、励起光が蛍光体基板１１中で散乱されやすく、この散乱光と蛍光とが十分に重なることによって、色むらが抑制される。

好ましくは、透光性基板２１の熱伝導率は、蛍光体基板１１の熱伝導率よりも高い。透光性基板２１の厚みは、例えば１ｍｍ程度である。透光性基板２１は、水平方向（図中、横方向）において、実質的に一定の屈折率を有していることが好ましい。透光性基板２１は、実質的に気孔を有しないことが好ましい。気孔の観察は、例えば、５０００倍程度の顕微鏡観察によって行われる。観察される面が準備される際に脱粒が生じることを避けるために、観察される面は、イオンミリングを用いた研磨によって仕上げられることが好ましい。

透光性基板２１は、主成分としてアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）または窒化アルミニウムを含むことが好ましい。透光性基板２１の成分中、主成分が占める割合は、９９％以上が好ましく、９９．９９％以上がより好ましい。好ましくは、透光性基板２１の線膨張係数は、蛍光体基板１１の線膨張係数の±３０％以内である。ここで線膨張係数は面内方向（図中、横方向）のものである。

図２を参照して、波長変換部材５０は、電子顕微鏡などによって微視的に観察されると、被支持基板１０と支持基板２０との間に接合層３０を有している。接合層３０は、被支持基板１０と支持基板２０との間の直接接合によって形成された界面層である。直接接合の際に原子の拡散が生じることから、接合層３０は、被支持基板１０の支持基板２０に面する面（図中、下面）に含まれる少なくとも１種類の元素と、支持基板２０の被支持基板１０に面する面（図中、上面）に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。特に本実施の形態においては、接合層３０は、蛍光体基板１１と透光性基板２１との間の直接接合によって形成された界面層である。このため接合層３０は、蛍光体基板１１に含まれる少なくとも１種類の元素と、透光性基板２１に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。接合層３０の厚みは、１ｎｍ程度以上１００ｎｍ程度以下が好ましく、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下がより好ましい。なお、接合層３０が存在していることから、厳密にいえば、蛍光体基板１１は、透光性基板２１によって接合層３０を介して支持されているといえる。

接合層３０は、被支持基板１０および支持基板２０のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素を２重量％以上４５重量％以下含む。ここで、「被支持基板１０および支持基板２０のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素」とは、被支持基板１０および支持基板２０のいずれにも主成分として含まれない少なくとも１種類の金属元素のことであり、例えば、被支持基板１０および支持基板２０のいずれにも１重量％以上含まれない少なくとも１種類の金属元素のことである。条件を満たす金属元素が接合層３０中に複数存在する場合、重量パーセントの値は、これらの金属元素の重量パーセントの総計である。好ましくは、金属元素としては、鉄（Ｆｅ）、クロム（Ｃｒ）およびニッケル（Ｎｉ）の少なくともいずれかが用いられる。詳しくは実施の形態２において述べるが、波長変換部材５０の製造時に、金属元素は、互いに直接接合されることになる被支持基板１０の表面および支持基板２０の表面の少なくともいずれか、好ましくは両方、へ添加される。この添加後に直接接合が行われるため、接合層３０は上記金属元素を含む。

（効果）
本実施の形態によれば、接合層３０は、被支持基板１０の支持基板２０に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素と、支持基板２０の被支持基板１０に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。このような接合層３０は、前述したように、直接接合によって形成することができる。直接接合が用いられることにより、被支持基板１０から支持基板２０への熱伝導が接合部において阻害されることが抑制される。

さらに、接合層３０は、被支持基板１０および支持基板２０のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素を２重量％以上４５重量％以下含む。第１に、この金属元素が有意に存在することによって、接合層３０中の金属結合的性質が高められる。これにより、被支持基板１０と支持基板２０との間の熱伝導性が高められる。第２に、この金属元素の存在が過多でないことによって、この金属元素に起因しての光の吸収および散乱が大きくなり過ぎることが避けられる。これにより、接合層３０中の上記金属元素の存在に起因して波長変換部材５０の光学特性が大きく乱されることが避けられる。以上のように、本実施の形態によれば、波長変換部材５０の光学特性を維持しつつ、被支持基板１０から支持基板２０への熱放散を促進することができる。

好ましくは、透光性基板２１の熱伝導率は、蛍光体基板１１の熱伝導率よりも高い。これにより、蛍光体基板１１からの放熱を促進することができる。よって、蛍光体基板１１の温度が上昇することによる性能の劣化を抑制することができる。

好ましくは、透光性基板２１の線膨張係数は、蛍光体基板１１の線膨張係数の±３０％以内である。これにより、熱膨張の差異に起因した蛍光体基板１１の割れの発生を防止することができる。特に、蛍光体基板１１の厚みが１００μｍ程度以下かつ透光性基板２１の厚みが１ｍｍ以上のように両者の厚みの相異が大きい場合、顕著な効果が得られる。

＜実施の形態２＞
（構成）
図３を参照して、本実施の形態の波長変換部材５０ａ（光学部品）は、被支持基板１０（図１）に代わり、被支持基板１０ａ（第１基板）を有している。被支持基板１０ａは、支持基板２０に面する中間層１３を含む。よって蛍光体基板１１は、透光性基板２１によって中間層１３を介して支持されている。中間層１３は、蛍光体基板１１の材料とは異なる材料からなる。中間層１３は、透光性を有する層であり、好ましくは実質的に透明である。好ましくは、中間層１３の厚みは、１μｍ以下である。好ましくは、中間層１３の熱伝導率は、蛍光体基板１１の熱伝導率よりも高い。中間層１３の材料は、好ましくは酸化物であり、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）であるが、直接接合を容易にするという観点で酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）であってもよい。なお波長変換部材５０ａが導波路型蛍光体などの用途に用いられる場合は、中間層１３の屈折率は蛍光体基板１１の屈折率よりも小さいことが好ましい。

図４を参照して、本実施の形態の波長変換部材５０ａは、接合層３０（図２）に代わり接合層３０ａを有している。接合層３０ａは、被支持基板１０ａと支持基板２０との間の直接接合によって形成された界面層である。このため接合層３０ａは、被支持基板１０ａの支持基板２０に面する面（図中、下面）に含まれる少なくとも１種類の元素と、支持基板２０の被支持基板１０ａに面する面（図中、上面）に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。特に本実施の形態においては、接合層３０ａは、中間層１３と透光性基板２１との間の直接接合によって形成された界面層である。このため接合層３０ａは、中間層１３に含まれる少なくとも１種類の元素と、透光性基板２１に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。接合層３０ａが存在していることから、厳密にいえば、蛍光体基板１１は、透光性基板２１によって中間層１３および接合層３０ａを介して支持されているといえる。上記以外については、接合層３０ａは、接合層３０（図２）に類したものであり、接合層３０の場合と同様に金属元素を含む。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

（製造方法）
波長変換部材５０ａの製造方法について、図５〜図８を参照しつつ、以下に説明する。

図５を参照して、蛍光体基板１１上（図中、下面上）に中間層１３が形成される。これにより、蛍光体基板１１および中間層１３を有する被支持基板１０ａが得られる。また、支持基板２０としての透光性基板２１が準備される。被支持基板１０ａおよび支持基板２０が真空チャンバ４０中へ搬送される。

被支持基板１０ａの中間層１３の表面と、支持基板２０の表面との各々へ、粒子線生成装置４１から粒子線４２が照射される。これにより、両表面が、直接接合に適したものとなる。例えば、粒子線生成装置４１はイオンガンであり、粒子線４２はイオンビームである。あるいは、粒子線生成装置４１は高速原子ビーム（ＦａｓｔＡｔｏｍＢｅａｍ：ＦＡＢ）ガンであり、粒子線４２はＦＡＢである。粒子線４２は、金属イオンビームまたは金属原子ビームを含む。このようなビームの生成方法の例について、以下に説明する。

粒子線生成装置４１中で、まず、希ガスのイオンビームまたは原子ビームが生成される。このビームが、粒子線生成装置４１の射出部としての開口部内に取り付けられた金属グリッドに衝突する。これにより金属グリッドから金属が、イオンまたは原子として放射される。すなわち、希ガスのイオンビームまたは原子ビームに、金属のイオンビームまたは原子ビームが混合される。これにより、被支持基板１０ａの中間層１３の表面と、支持基板２０の表面との各々へ、金属元素が添加される。この添加の量は、ビームの種類、エネルギーおよび照射時間などによって調整することができる。なお、イオンビームよりはＦＡＢを用いた方が、添加量を高くしやすい。

さらに図６を参照して、上記１対の表面が互いに接触させられる。そして、被支持基板１０ａと支持基板２０とが荷重４４によって互いに押し付けられる。これにより被支持基板１０ａと支持基板２０とが直接接合によって互いに接合される。接合時の温度は、常温であってもよく、常温より高い温度であってもよい。高温、特に８００℃程度以上の温度、が用いられると、物質の拡散が特に有意に促進される。このため、接合されることになる表面の平滑性が、常温の場合よりは、厳しく求められない。このため、高い接合温度が許容されるならば、それを用いることで、コストを低減したり、歩留まりを高めたりすることができる。接合温度が高い場合は特に、透光性基板２１の線膨張係数が蛍光体基板１１の線膨張係数の±３０％であることが好ましい。これにより、接合後の温度降下の際の熱収縮による応力によってどちらかの基板が破断することを防止できる。

図７を参照して、必要に応じて、蛍光体基板１１の厚みが研磨４６によって低減される。図８を参照して、上記接合によって得られた被支持基板１０ａおよび支持基板２０の積層体から、ダイシングライン４８に沿って、１つ以上の波長変換部材５０ａが切り出される。この後に、照明光９２（図１）の方向へ、励起光と同様に蛍光を高効率に取り出すことができるように、ダイシング切断面に反射膜を形成することができる。反射膜としては、銀、銅、金、アルミ、および、これらを含む混晶膜が例示できる。

以上により、波長変換部材５０ａ（図３）が得られる。なお中間層１３を形成することなく上記製造方法が行われれば、波長変換部材５０（図１：実施の形態１）が得られる。

（効果）
本実施の形態によっても、前述した実施の形態１とほぼ同様の効果が得られる。

さらに、本実施の形態によれば、被支持基板１０ａは、支持基板２０に面する中間層１３を含み、この中間層１３は、蛍光体基板１１の材料とは異なる材料からなる。これにより、被支持基板１０ａの支持基板２０に面する面の材料を、支持基板２０との接合に適した材料とすることができる。これにより、被支持基板１０ａと支持基板２０との接合が容易となり、特に、材料の組み合わせが重要な接合である直接接合が容易となる。なお中間層１３の材料は透光性基板２１の材料と同じであってもよく、その場合、直接接合がより容易となる。

（変形例）
図９を参照して、変形例の波長変換部材５０ｂ（光学部品）は、支持基板２０（図３）に代わり支持基板２０ａ（第２基板）を有している。支持基板２０ａは、被支持基板１０ａに面する中間層２３を含む。よって蛍光体基板１１は、透光性基板２１によって中間層１３および中間層２３を介して支持されている。中間層２３は、透光性基板２１の材料とは異なる材料からなる。中間層２３は、透光性を有する層であり、好ましくは実質的に透明である。好ましくは、中間層２３の厚みは、１μｍ以下である。好ましくは、中間層２３の熱伝導率は、蛍光体基板１１の熱伝導率よりも高い。中間層２３の材料は、好ましくは酸化物であり、例えば、アルミナまたは酸化タンタルである。

また波長変換部材５０ｂは、接合層３０ａ（図４）に代わり、接合層３０ｂを有している。接合層３０ｂは、被支持基板１０ａと支持基板２０ａとの間の直接接合によって形成された界面層である。このため接合層３０ｂは、被支持基板１０ａの支持基板２０ａに面する面（図中、下面）に含まれる少なくとも１種類の元素と、支持基板２０ａの被支持基板１０ａに面する面（図中、上面）に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。特に本実施の形態においては、接合層３０ｂは、中間層１３と中間層２３との間の直接接合によって形成された界面層である。このため接合層３０ｂは、中間層１３に含まれる少なくとも１種類の元素と、中間層２３に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む。接合層３０ｂが存在していることから、厳密にいえば、蛍光体基板１１は、透光性基板２１によって中間層１３と中間層２３と接合層３０ｂとを介して支持されているといえる。上記以外については、接合層３０ｂは接合層３０ａ（図４）に類したものであり、接合層３０ａの場合と同様に金属元素を含む。

本変形例によっても、実施の形態２とほぼ同様の効果が得られる。なお中間層２３の材料は中間層１３の材料と同じであってもよく、その場合、直接接合がより容易となる。

（実験Ａ）
蛍光体基板１１（図５）として、Ｃｅ原子がドーピングされた単結晶ＹＡＧ基板が準備された。蛍光体基板１１上に、中間層１３（図５）として、厚み０．５μｍのアルミナ層がスパッタ法によって成膜された。得られた層は、表面粗さＲａ０．５ｎｍを有していた。また支持基板２０（図５）として、厚み１ｍｍを有するサファイア基板が準備された。アルミナ層とサファイア基板とが直接接合された。具体的には、まず、両者の表面に、粒子線４２（図５）として、実施の形態２で説明したようなイオンビームが照射された。そのためのイオンガンとしては、三菱重工業株式会社製のものを用いた。次に、真空中、常温下で、両者が接触させられ、そして荷重４４（図６）が加えられた。すなわち、直接接合が行われた。次に、研磨４６（図７）によって、蛍光体基板１１の厚みが、誤差±０．２５μｍ以内で２００μｍまで低減された。研磨４６は、光学研磨の精度で行われた。具体的には、グラインダー研削、ラップおよび化学機械研磨（ＣｈｅｍｉｃａｌＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｏｌｉｓｈｉｎｇ：ＣＭＰ）が順に行われた。次に、ダイシング装置を用いて３ｍｍ角のサイズで波長変換部材が切り出された。

また上記と同様の条件で、直接接合を用いた複合基板を作製した。そしてその接合層を透過型電子顕微鏡（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＴＥＭ）にて観察した。その結果、接合層の厚みは５ｎｍ程度であった。またエネルギー分散Ｘ線分光（ＥｎｅｒｇｙＤｉｓｐｅｒｓｉｖｅＸ−ｒａｙｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ：ＥＤＸ）によって接合層の組成を評価した。その結果、金属元素としてＦｅ、ＣｒおよびＮｉが観測されたが、特にＦｅが主に観測された。このため、金属元素の重量パーセントが評価される際は、ＣｒおよびＮｉの値を無視してＦｅの値を用いることとした。

上述した波長変換部材の作製に際しては、イオンビームを発生するイオンガンの照射強度および照射時間を調整することによって、接合層中の金属元素の量が制御された。これにより、接合層中のＦｅ元素の重量パーセント（ｗｔ％）として、０ｗｔ％、２ｗｔ％、１０ｗｔ％、３０ｗｔ％、４５ｗｔ％、５０ｗｔ％および６０ｗｔ％のそれぞれを有する、６つの波長変換部材が、サンプルとして準備された。光源９０（図１）として、出力１０Ｗ、波長４５０ｎｍのＧａＮ系青色レーザ装置が準備された。これを用いて生成された励起光９１（図１）が各波長変換部材へ照射された。この光が波長変換部材を通過することによって得られた照明光９２（図１）について、その出力を評価した。その結果を下記の表１に示す。

なお、照明光９２の出力の測定は、日本工業規格 (ＪＩＳ：ＪａｐａｎｅｓｅＩｎｄｕｓｔｒｉａｌＳｔａｎｄａｒｄｓ）における「ＪＩＳＣ７８０１」の規定に沿って行われた。具体的には、波長変換部材からの全光束の時間平均によって測定された。全光束の測定は、積分球（球形光束計）を用いて行われた。被測定光源と、全光束が値づけられた標準光源とが、同じ位置で点灯され、両者の比較によって測定が行われた。

また、上記の表の波長変換部材の各々について、その照明光９２（図１）の色むらも評価された。その結果、いずれの波長変換部材についても、色むらはないと評価された。なお、色むらは、輝度分布測定装置を用いて得られた色度図によって評価された。色度図において、測定結果が、中央値ｘ：０．３４４７±０．００５、ｙ：０．３５５３±０．００５の範囲にある場合は色むらがないと判定されるものとされた。

（実験Ｂ）
蛍光体基板１１（図５）として、Ｃｅ原子がドーピングされた多結晶ＹＡＧ基板が準備された。蛍光体基板１１上に、中間層１３（図５）として、厚み０．５μｍのアルミナ層がスパッタ法によって成膜された。得られた層は、表面粗さＲａ０．５ｎｍを有していた。また支持基板２０（図５）として、厚み１ｍｍを有するサファイア基板が準備された。アルミナ層とサファイア基板とが、上記実験Ａと同様に直接接合された。次に、研磨４６（図７）によって、蛍光体基板１１の厚みが、上記実験Ａと同様の方法によって、誤差±０．２５μｍ以内で１００μｍまで低減された。次に、ダイシング装置を用いて３ｍｍ角のサイズで波長変換部材が切り出された。

また上記と同様の条件で、直接接合を用いた複合基板を作製した。そしてその接合層をＴＥＭにて観察した。その結果、接合層の厚みは５ｎｍ程度であった。またＥＤＸによって接合層の組成を評価したところ、上記実験Ａと同様、金属元素としてＦｅ、ＣｒおよびＮｉが観測され、特にＦｅが主に観測された。

上述した波長変換部材の作製に際しては、イオンビームを発生するイオンガンの照射強度および照射時間を調整することによって、接合層中の金属元素の量が制御された。これにより、接合層中のＦｅ元素の重量濃度として、０ｗｔ％、２ｗｔ％、１０ｗｔ％、３０ｗｔ％、４５ｗｔ％、５０ｗｔ％および６０ｗｔ％のそれぞれを有する、６つの波長変換部材が、サンプルとして準備された。光源９０（図１）として、出力１０Ｗ、波長４５０ｎｍのＧａＮ系青色レーザ装置が準備された。これを用いて生成された励起光９１（図１）が各波長変換部材へ照射された。この光が波長変換部材を通過することによって得られた照明光９２（図１）について、上記実験Ａと同様の方法によって、その出力が評価された。その結果を下記の表２に示す。

また、各波長変換部材の照明光９２（図１）の色むらも、上記実験Ａの場合と同様の方法によって評価された。その結果、いずれの波長変換部材についても、色むらはないと評価された。

（実験ＡおよびＢにおけるサンプル間の比較）
実験Ａの結果（表１）を参照して、Ｆｅ原子の重量濃度（すなわち金属元素の濃度）が０ｗｔ％の場合、照明光９２の出力は３００ｌｍであった。これよりも高い出力が、重量濃度２ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下の範囲で得られた。実験Ｂの結果（表２）も同様であった。これらの結果から、接合層中にＦｅ原子が２ｗｔ％以上４５ｗｔ％以下の範囲で含まれると、接合層中に金属元素が実質的に含まれない場合に比して、照明光の出力が高められることがわかった。この理由は、Ｆｅ原子が接合層中に有意に含まれることによって、接合層中の熱抵抗が低下し、よって蛍光体基板１１からの熱放散が促進されたためと考えられる。一方、Ｆｅ原子の重量濃度が過度に高い場合は、Ｆｅ原子によって光が吸収または反射されることによって、接合層中で光の損失が大きく発生し、よって照明光の出力が低下したと考えられる。

この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０，１０ａ被支持基板（第１基板）
１１蛍光体基板
１３中間層（第１の中間層）
２３中間層（第２の中間層）
２０，２０ａ支持基板（第２基板）
２１透光性基板
３０，３０ａ，３０ｂ接合層
４０真空チャンバ
４１粒子線生成装置
５０，５０ａ，５０ｂ波長変換部材（光学部品）
９０光源
９１励起光
９２照明光
１００照明装置

Claims

蛍光体基板（１１）を含む第１基板（１０，１０ａ）と、
前記第１基板（１０，１０ａ）を支持し、透光性基板（２１）を含む第２基板（２０，２０ａ）と、
前記第１基板（１０，１０ａ）と前記第２基板（２０，２０ａ）との間に設けられ、前記第１基板（１０，１０ａ）の前記第２基板（２０，２０ａ）に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素と、前記第２基板（２０，２０ａ）の前記第１基板（１０，１０ａ）に面する面に含まれる少なくとも１種類の元素とを含む接合層と、
を備え、
前記接合層は、前記第１基板（１０，１０ａ）および前記第２基板（２０，２０ａ）のいずれにも含まれない少なくとも１種類の金属元素を２重量％以上４５重量％以下含む、光学部品（５０，５０ａ，５０ｂ）。
前記少なくとも１種類の元素は、鉄、クロムおよびニッケルの少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の光学部品（５０，５０ａ，５０ｂ）。
前記接合層の厚みは、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である、請求項１または２に記載の光学部品（５０，５０ａ，５０ｂ）。
前記透光性基板（２１）は、アルミナまたは窒化アルミニウムを含む、請求項１から３のいずれか１項に記載の光学部品（５０，５０ａ，５０ｂ）。
前記第１基板（１０ａ）は、前記第２基板（２０，２０ａ）に面する第１の中間層（１３）を含み、前記第１の中間層（１３）は、前記蛍光体基板（１１）の材料とは異なる材料からなる、請求項１から４のいずれか１項に記載の光学部品（５０ａ，５０ｂ）。
前記第２基板（２０ａ）は、前記第１基板（１０ａ）に面する第２の中間層（２３）を含み、前記第２の中間層（２３）は、前記透光性基板（２１）の材料とは異なる材料からなる、請求項５に記載の光学部品（５０ｂ）。