JPWO2018135121A1 - 光学部品および照明装置 - Google Patents
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Abstract
Description
(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(励起光91の透過光である青色光と、蛍光体によって波長変換された変換光である黄色光との合成光)である。
本実施の形態の波長変換部材50によれば、蛍光体基板11は、配向性をともなう多結晶構造を有する透光性基板21によって支持されている。これにより、透光性基板21の配向性を調整することによって、光の散乱の程度を調整することができる。すなわち、蛍光体を支持する支持体中における光の散乱の程度を任意に調整することができる。
(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(Al2O3)または五酸化タンタル(Ta2O5)である。
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。
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。
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、アルミナまたは五酸化タンタルである。
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セラミック基板(神島化学工業株式会社製)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、配向度60%および直線透過率70%を有する透明アルミナ基板が準備された。アルミナ層と透明アルミナ基板とが直接接合された。具体的には、まず、両者の表面にアルゴンイオンビームが照射された。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。顕微鏡観察によれば、接合面に気泡はみられなかった。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100μm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(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50a(図3)が切り出された。得られた波長変換部材50aには、欠けもクラックもみられなかった。
支持基板20(図5)として、配向度10%および直線透過率50%を有する透明アルミナ基板が準備された。これ以外の製造条件は、実施例1と同じとされた。実施例1と同様、接合面に気泡はみられず、また、得られた波長変換部材50aには、欠けもクラックもみられなかった。上記の表に示したように、波長変換部材50aからの照明光92(図1)の出力は2200lmであり、色むらはみられなかった。よって波長変換部材50aは合格と判定された。
支持基板20(図5)として、配向度99%および直線透過率84%を有する透明アルミナ基板が準備された。これ以外の製造条件は、実施例1と同じとされた。実施例1および2と同様、接合面に気泡はみられず、また、得られた波長変換部材50aには欠けもクラックもみられなかった。上記の表に示したように、波長変換部材50aからの照明光92(図1)の出力は2550lmであり、色むらはみられなかった。よって波長変換部材50aは合格と判定された。
支持基板20(図5)を構成する透光性基板として、実施例1〜3では配向性多結晶アルミナが用いられたが、本比較例では、厚み方向に沿ったc軸を有する単結晶サファイアが用いられた。このため本比較例における透光性基板のc面配向度は100%といえる。単結晶サファイアの直線透過率は85%であった。これ以外の製造条件は、実施例1と同じとされた。実施例1〜3と同様、接合面に気泡はみられず、また、得られた波長変換部材には、欠けもクラックもみられなかった。上記の表に示したように、波長変換部材からの照明光の出力は2500lmであり、色むらがみられた。色むらがあることによって、この波長変換部材は不合格と判定された。
支持基板20(図5)を構成する透光性基板として、実施例1〜3では配向性多結晶アルミナが用いられたが、本比較例では、無配向性アルミナが用いられた。このため本比較例における透光性基板のc面配向度は0%といえる。無配向性アルミナの直線透過率は45%であった。これ以外の製造条件は、実施例1と同じとされた。上記各例と同様、接合面に気泡はみられず、また、得られた波長変換部材には、欠けもクラックもみられなかった。上記の表に示したように、波長変換部材からの照明光の出力は2000lmであり、色むらはみられなかった。出力の不足によって、この波長変換部材は不合格と判定された。
上記に加えて、配向度20%、50%および70%を有する透明アルミナ基板が用いられた実施例についても、上記と同様の検討が行われた。図10のグラフにそれらの評価結果がまとめられている。
比較例1においては、波長変換部材からの照明光に色むらがみられた。その理由は、比較例1において透光性基板として単結晶サファイアが用いられたために、光の散乱が不足したためと考えられる。これに対して他の例では、光が十分に散乱されたために色むらの発生が抑制されたと考えられる。よって色むらの発生を避けるためには、透光性基板として、単結晶サファイアではなく多結晶アルミナを用いることが好ましいと考えられる。
11 蛍光体基板
13,23 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 (9)
- 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、
を備え、前記透光性基板(21)は、配向性をともなう多結晶構造を有している、光学部品(50,50a,50b)。 - 前記蛍光体基板(11)は多結晶構造を有している、請求項1に記載の光学部品(50,50a,50b)。
- 前記透光性基板(21)の熱伝導率は、前記蛍光体基板(11)の熱伝導率よりも高い、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)の前記多結晶構造は、10%以上99%以下の配向度を有している、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(10,10a)と前記第2基板(20,20a)との間に接合層(30,30a,30b)をさらに備え、前記接合層(30,30a,30b)は、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、請求項1から4のいずれか1項に記載の光学部品(50,50a,50b)。
- 前記透光性基板(21)の線膨張係数は、前記蛍光体基板(11)の線膨張係数の±30%以内である、請求項1から5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基板に面する中間層(13,23)を含み、前記中間層(13,23)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6のいずれか1項に記載の光学部品(50a,50b)。
- 照明装置(100)であって、
光学部品(50,50a,50b)を備え、前記光学部品(50,50a,50b)は、
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、を含み、前記透光性基板(21)は、配向性をともなう多結晶構造を有しており、前記照明装置(100)はさらに
前記光学部品(50,50a,50b)の前記第1基板(10,10a)および前記第2基板(20,20a)の両方を通過する光を供する光源(90)を備える、照明装置(100)。 - 前記光源(90)はレーザを含む、請求項8に記載の照明装置(100)。
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