JPWO2020066077A1 - 蛍光体素子、その製造方法および照明装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】反射型蛍光体素子に対して励起光を入射させて蛍光を発生させるのに際して、出射光の蛍光強度を高くし，出射する白色光の色ムラを抑制する。【解決手段】蛍光体素子１は、励起光の入射面２ａ、入射面に対向する対向面２ｂおよび側面２ｃを備えている蛍光体部２であって、入射面に入射する励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、蛍光を入射面から出射させる蛍光体部２、蛍光体部２の側面２ｃ上および対向面２ｂ上にあり、蛍光体部２の屈折率よりも低い屈折率を有する一体の低屈折率層３、および低屈折率層３の表面を被覆する一体の反射膜４を備える。蛍光体部２の入射面２ａの面積ＡＩが対向面２ｂの面積ＡＲよりも大きい。【選択図】 図１
Description
本発明は、蛍光体素子、その製造方法および蛍光を発光する照明装置に関するものである。
最近、レーザ光源を用いた自動車用ヘッドライトの研究が盛んに行われており、その内の一つに、青色レーザあるいは紫外レーザと蛍光体を組み合わせた白色光源がある。レーザ光を集光することにより、励起光の光密度を高めることができる上に、複数のレーザ光を蛍光体上に重ねて集光することで、励起光の光強度も高めることができる。これによって、発光面積を変えずに光束と輝度とを同時に大きくすることができる。このため、半導体レーザと蛍光体とを組み合わせた白色光源が、ＬＥＤに替わる光源として注目されている。例えば、自動車用ヘッドライトに使用する蛍光体ガラスは、日本電気硝子株式会社の蛍光体ガラス「ルミファス」や国立研究開発法人物質・材料研究機構と株式会社タムラ製作所、株式会社光波のＹＡＧ単結晶蛍光体が考えられている。
特許文献１（特許５６７９４３５）記載の蛍光体素子では、蛍光体の幅が、入射面から出射面へ向かって拡がっている。この蛍光体の側面の傾斜角度は１５度以上、３５度以下とされている。そして、樹脂ケースの中に蛍光体を収容し、ケースの内面をリフレクタ部として機能させるために金属膜が形成されている。蛍光体は封止樹脂によってケースの底面に固定されており、蛍光体の側面は空気で覆われている。
特許文献２（特開２０１７−８５０３８）に記載の蛍光体素子では、蛍光体の幅が、入射面から出射面へ向かって拡がっており、放熱部材の貫通孔に蛍光体を収容し、貫通孔の側面が貫通孔の表面とガラスペーストによって接着されている。
また、特許文献３〜７記載の蛍光体素子では、蛍光体に対して励起光を入射し、蛍光体内で蛍光および励起光を反射して方向転換させ、蛍光体から白色光として出射する。
特許文献１、２記載の蛍光体素子では、蛍光体の入射面から励起光を入射させ、入射面と反対側の出射面から励起光および蛍光を出射させるので、光路を変更することができず、設計上の限界がある。
一方、本発明者が、蛍光体中で光を反射させる反射型蛍光体素子の検討を進めるうちに、次の問題が明らかになってきた。すなわち、蛍光強度を高くするためには、励起光の強度を高くする必要がある。しかし、反射型の蛍光体素子では、蛍光体中で励起光および蛍光が反射されて伝搬するが、反射する回数が多く、反射による吸収や散乱による光子の消失がある。このため、励起光強度を上げると、蛍光体の温度が上がり、得られる光強度に限界があった。更に、素子から出射する白色光に色ムラが発生することがあった。このため、継続使用時の出射光の蛍光強度を高く維持し、色ムラを抑制することが必要である。
本発明の課題は、反射型蛍光体素子に対して励起光を入射させて蛍光を発生させるのに際して、出射光の蛍光強度を高くし，出射する白色光の色ムラを抑制することである。
また、本発明の課題は、反射型蛍光体素子を製造するのに際して、蛍光体部からの放熱を促進しやすい製法を提供することである。
本発明に係る蛍光体素子は、励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部、
前記蛍光体部の前記側面上および前記対向面上にあり、前記蛍光体部の屈折率よりも低い屈折率を有する一体の低屈折率層、および
前記低屈折率層の表面を被覆する一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きいことを特徴とする。
前記蛍光体部の前記側面上および前記対向面上にあり、前記蛍光体部の屈折率よりも低い屈折率を有する一体の低屈折率層、および
前記低屈折率層の表面を被覆する一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明は、レーザ光を発振する光源、および前記蛍光体素子を備えることを特徴とする、照明装置に係るものである。
また、本発明は、励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部、および
前記蛍光体部を被覆する一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きい蛍光体素子を製造する方法であって、
第一の主面と第二の主面を有する蛍光体基板の前記第二の主面をハンドル基板に対して接合する工程、
前記蛍光体基板の前記第一の主面を加工して前記対向面および前記側面を形成することによって前記蛍光体部を形成する工程、
前記対向面および前記側面を被覆するように前記反射膜を成膜する工程、および
前記蛍光体部を前記ハンドル基板から分離する工程
を有することを特徴とする。
前記蛍光体部を被覆する一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きい蛍光体素子を製造する方法であって、
第一の主面と第二の主面を有する蛍光体基板の前記第二の主面をハンドル基板に対して接合する工程、
前記蛍光体基板の前記第一の主面を加工して前記対向面および前記側面を形成することによって前記蛍光体部を形成する工程、
前記対向面および前記側面を被覆するように前記反射膜を成膜する工程、および
前記蛍光体部を前記ハンドル基板から分離する工程
を有することを特徴とする。
本発明によれば、蛍光体部の入射面に対して励起光を入射し、入射面から励起光および蛍光を出射させる蛍光体素子において、出射光の蛍光強度を高く維持し、色ムラを抑制することができる。
また、本発明の製法によれば、蛍光体部の入射面に対して励起光を入射し、入射面から励起光および蛍光を出射させる蛍光体素子において、蛍光体部の側面上および対向面上に同一材料で切れ目のない一体の反射膜を同時に形成でき、これによって反射膜からの放熱を促進できる。
なお、特許文献６によれば、平板状の蛍光体層の主面に全反射膜、反射層が形成されており、かつ蛍光体層の幅は一定である。また、特許文献７によれば、セラミック蛍光体の側面上に反射膜を設けており、また蛍光体層の側面にテーパを設けている。ただし、反射部は板状のものであり、かつ低屈折率層との積層構造ではない。ゆえに、特許文献６と７とを組み合わせたものと仮定すると、蛍光体層の側面にテーパを設け、側面上に反射膜を設け、蛍光体層の主面上に低屈折率層と反射膜を設けることになる。しかし、この構造では、後述する図４のようになるが、本発明の効果は得られない。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１に示す蛍光体素子１においては、蛍光体部２は、入射面２ａ、出射面２ｂおよび４つの側面２ｃを備えている。図２（ｂ）に示すように、蛍光体部の横断面においては、蛍光体部は略台形をなしており、入射面２ａに対する側面２ｃの角度θは９０°より小さい鋭角となっている。そして、入射面２ａの面積ＡＩは対向面２ｂの面積ＡＲよりも大きい。
図１に示す蛍光体素子１においては、蛍光体部２は、入射面２ａ、出射面２ｂおよび４つの側面２ｃを備えている。図２（ｂ）に示すように、蛍光体部の横断面においては、蛍光体部は略台形をなしており、入射面２ａに対する側面２ｃの角度θは９０°より小さい鋭角となっている。そして、入射面２ａの面積ＡＩは対向面２ｂの面積ＡＲよりも大きい。
蛍光体部２の側面２ｃ上には低屈折率層３ｂが設けられており、対向面２ｂ上には低屈折率層３ａが設けられており、低屈折率層３ａと３ｂとによって一体の低屈折率層３が形成されている。本例では、低屈折率層３は、蛍光体部２の側面２ｃおよび対向面２ｂを全面にわたって同一材料で被覆している。更に、本例では、低屈折率層３ａ上に反射膜４ａが設けられ、低屈折率層３ｂ上に反射膜４ｂが設けられており、反射膜４ａと４ｂとによって同一材料で一体の反射膜４が形成されている。本例では、反射膜４は低屈折率層３を全面にわたって被覆している。
ここで、本発明の蛍光体素子によって高い蛍光強度が得られ、色ムラが抑制される理由について更に述べる。
図２（ａ）に示すように、本発明の蛍光体素子１では、蛍光体部２中に分散されている多数の蛍光体粒子５に対して、矢印Ａのように入射した励起光があたる。すると，各蛍光体粒子５から矢印Ｃ、Ｄのように蛍光が放出される。このとき、各蛍光体粒子からは、あらゆる方向に向かって均等に蛍光が放射される傾向がある。
図２（ａ）に示すように、本発明の蛍光体素子１では、蛍光体部２中に分散されている多数の蛍光体粒子５に対して、矢印Ａのように入射した励起光があたる。すると，各蛍光体粒子５から矢印Ｃ、Ｄのように蛍光が放出される。このとき、各蛍光体粒子からは、あらゆる方向に向かって均等に蛍光が放射される傾向がある。
ここで、蛍光体粒子から入射面２ａの方向に向かって放射される蛍光は、そのまま入射面２ａから出射する。また蛍光体粒子から対向面２ｂに向かって放射される蛍光は、対向面で反射してそのまま入射面２ａから出射する。しかし、矢印Ｃ、Ｄのように斜めに放射される蛍光は、反射膜４ｂで反射されて矢印Ｅ、Ｂのように入射面２ａから出射する。このとき、蛍光体部２の入射面の面積ＡＩが対向面の面積ＡＲよりも大きくなっており、側面２ｃが傾斜していると、その傾斜角度θの分だけ反射光Ｅの方向が傾斜面２ａに向かって傾斜する。この結果、蛍光が入射面２ａから出射するまでの反射回数を減らすことができる。
一方、図２（ｂ）に示す対照例の蛍光体素子１１によれば、蛍光体部１２の幅は一定である。そして、蛍光体素子１２の側面１２ｃ、対向面１２ｂ上には低屈折率層１３ａ、１３ｂが設けられており、低屈折率層１３ａと１３ｂとは同一材料で一体の低屈折率層１３を形成している。低屈折率層１３ｂ上には反射膜１４ｂが設けられており、低屈折率層１３ａ上には反射膜１４ａが設けられており、反射膜１４ａと１４ｂとは同一材料で一体の反射膜１４を形成している。
この場合には、蛍光体粒子５から例えば側面１２ｃに向かって放射された蛍光Ｆは、そのままＧのように反射されて粒子５に戻るため、入射面１２ａから反射されないことになる。つまり、側面１２ｃと入射面１２ａとが垂直であるので、蛍光を反射するときに蛍光の方向を入射面１２ａへと向ける作用が働かない。この結果、蛍光の反射回数が増加する。反射膜での反射率は１００％ではなく、蛍光の一部が反射膜で吸収されるので、反射回数が多いと蛍光は減衰し、反射膜の温度上昇により蛍光体部からの排熱が悪くなり、蛍光体の温度が上昇し、蛍光強度が低下する。
更に、図３（ａ）に示すように、本発明の蛍光体素子においては、蛍光体粒子５から発振した蛍光のうち、蛍光Ｈ１は、低屈折率層によって全反射をうけず、蛍光体部２と低屈折率層３ａとの界面で屈折し、反射膜４ａによってＨ２のように反射され、再び蛍光体部２と低屈折率層３ａとの界面で屈折し、蛍光体部２中を伝搬し、入射面２ａから出射する。
一方、図３（ｂ）の対照例では、蛍光体部２の形状は図３（ａ）の蛍光体部２と同じにする。そして、蛍光体素子２の側面２ｃ上には低屈折率層２３が設けられている。しかし、蛍光体部２の対向面２ｂ上には低屈折率層が設けられていない。その上で、低屈折率層２３上には反射膜２４ｂが設けられており、蛍光体部２の対向面２ｂ上には反射膜２４ａが設けられており、反射膜２４ａと２４ｂとは一体の反射膜２４を形成している。
この場合にも、蛍光体粒子５から矢印Ｈ１のように対向面側へと向かって反射された蛍光は、反射膜２４ａで反射され、矢印Ｈ２のように蛍光体部２内を伝搬し、入射面２ａから出射する。
一方、図３（ａ）に示すように、蛍光体粒子５から矢印Ｊのように対向面へと向かって斜めに放射された蛍光は、低屈折率層３ａで全反射条件を満足するので、矢印Ｊ１のように全反射し、更に低屈折率層３ｂと蛍光体部２との界面で矢印Ｊ２のように全反射し、入射面２ａから出射する。
これに対して、図３（ｂ）の蛍光体素子２１では、蛍光体粒子５から矢印Ｊのように対向面へと向かって斜めに放射された蛍光は、対向面２ｂ上に設けられた反射膜２４ａで矢印Ｊ３のように反射され、更に低屈折率層２３と蛍光体部２との界面で矢印Ｊ４のように全反射し、入射面２ａから出射する。この場合、反射膜２４ａでの光エネルギーの吸収量が多いのとともに、反射膜２４ａの温度が上昇し、蛍光体部２の排熱が悪くなり、温度上昇を招く。したがって、蛍光体の温度消光によって入射面２ａから出射する蛍光の強度が低下する。
一方、図４に示す対照例の蛍光体素子２６では、蛍光体部２の形状は図３（ａ）の蛍光体部２と同じにする。そして、蛍光体素子２の対向面２ｂ上には低屈折率層２７が設けられているが、側面２ｃ上には低屈折率層が設けられていない。反射膜４ａと４ｂとは一体の反射膜４を形成している。
この場合にも、蛍光体粒子５から矢印Ｈ１のように対向面側へと向かって反射された蛍光は、反射膜４ａで反射され、矢印Ｈ２のように蛍光体部２内を伝搬し、入射面２ａから出射する。
一方、図３（ａ）に示すように、蛍光体粒子５から矢印Ｊのように対向面へと向かって斜めに放射された蛍光は、矢印Ｊ１のように全反射し、更に低屈折率層３ｂと蛍光体部２との界面で矢印Ｊ２のように全反射し、入射面２ａから出射する。
これに対して、図４の蛍光体素子２６では、蛍光体粒子５から矢印Ｊのように側面へと向かって斜めに放射された蛍光は、側面上の反射膜４ｂで矢印Ｊ５のように全反射し、入射面２ａから出射する。この場合、反射膜４ｂで全反射されるので、光エネルギーの吸収量が多いのとともに、反射膜４ｂおよびこれにつながる反射膜４ａの温度が上昇し、蛍光体部２の排熱が悪くなり、温度上昇を招く。したがって、蛍光体の温度消光によって入射面２ａから出射する蛍光の経時的に強度が低下する。
本発明の蛍光体素子は、励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部を有する。
ここで、励起光の全体を蛍光に変換した場合には、蛍光のみが入射面から出射する。あるいは、励起光の一部を蛍光に変換することで、蛍光および励起光を入射面から出射させることができる。
ここで、励起光の全体を蛍光に変換した場合には、蛍光のみが入射面から出射する。あるいは、励起光の一部を蛍光に変換することで、蛍光および励起光を入射面から出射させることができる。
蛍光体部を構成する蛍光体は、励起光を蛍光に変換できるものであれば限定されないが、蛍光体ガラス、蛍光体単結晶または蛍光体多結晶であってよい。
また、蛍光体には、励起光および蛍光を散乱させるために散乱材を添加したり、空孔を設けたりすることができる。この場合、蛍光体に入射する光は、蛍光体内で散乱させるために出射光（励起光および蛍光）は散乱され散乱角は大きくなる。
また、蛍光体には、励起光および蛍光を散乱させるために散乱材を添加したり、空孔を設けたりすることができる。この場合、蛍光体に入射する光は、蛍光体内で散乱させるために出射光（励起光および蛍光）は散乱され散乱角は大きくなる。
蛍光体の散乱角は、例えば、サイバーネットシステム社の散乱測定器「Mini−Diff」によって測定することができる。散乱角は、出射光の透過スペクトルからピーク値の１／ｅ２となる全幅角度と定義する。
このとき散乱角は５度以上であることが好ましく、１０度以上であることが更に好ましい。ただし、蛍光体部を構成する蛍光体の散乱角の上限は特にないが、出射光の開口数（ＮＡ）以下であってよく、実用的な観点からは、８０度以下であってよい。
このとき散乱角は５度以上であることが好ましく、１０度以上であることが更に好ましい。ただし、蛍光体部を構成する蛍光体の散乱角の上限は特にないが、出射光の開口数（ＮＡ）以下であってよく、実用的な観点からは、８０度以下であってよい。
蛍光体ガラスは、ベースとなるガラス中に希土類元素イオンを分散したものである。
ベースとなるガラスとしては、シリカ、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化リン、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、塩化バリウムを含む酸化ガラスが例示できる。
蛍光体ガラス中に分散される希土類元素イオンとしては、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
ベースとなるガラスとしては、シリカ、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化リン、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、塩化バリウムを含む酸化ガラスが例示できる。
蛍光体ガラス中に分散される希土類元素イオンとしては、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
蛍光体単結晶としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｂａ５Ｓｉ１１Ａｌ７Ｎ２５、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２やＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が例示できる。ＹＡＧのＹ（イットリウム）の一部がＬｕに置換されていてもよい。また、蛍光体単結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
また、蛍光体多結晶としては、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系、サイアロン系、窒化物系、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が例示できる。ＹＡＧのＹ（イットリウム）の一部がＬｕに置換されていてもよい。
蛍光体多結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
蛍光体多結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
なお、本発明の蛍光体素子は、グレーティング（回折格子）を蛍光体部内に含んでいない無グレーティング型蛍光体素子であってよく、グレーティングが蛍光体部中に設けられていてもよい。
蛍光体部は，励起光の入射面、対向面および側面を少なくとも有する。側面とは、入射面と対向面との間に伸びる面である。ここで、蛍光体部の形状は特に限定されない。例えば蛍光体部の入射面、対向面の形状は、例えば、円形、楕円形、三角形、四角形、六角形などの多角形であってよい。
本発明では、蛍光体部の側面上および対向面上にあり、蛍光体部の屈折率よりも低い屈折率を有する一体の低屈折率層を有する。
ここで、低屈折率層は、蛍光体部の側面上および対向面上に設けられているが、低屈折率層が一体であるとは、低屈折率層が互いに連続していることを意味する。ただし、低屈折率層が、側面および対向面の全面をすべて被覆している必要はなく、側面の一部、対向面の一部が低屈折率層によって被覆されずに露出することは許容するものとする。しかし、この場合にも、側面の全面積のうち９０％以上、対向面の全面積のうち９０％以上が低屈折率層によって被覆されていることが好ましく、側面および対向面の全面が低屈折率層によって被覆されていることが更に好ましい。
低屈折率層の材質としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素を例示できる。放熱性という観点からは、低屈折率層の材質は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが最も良い。
また、低屈折率層の屈折率は、蛍光体の屈折率より低いが、このようにすると、蛍光体と低屈折率層の屈折率差による全反射を利用することができ、反射膜での反射する光成分を少なくすることができ、反射膜による反射で光が吸収されることを抑制することができる。低屈折率層の屈折率は、１．７以下であることが好ましく、１．６以下であることが更に好ましい。低屈折率層の屈折率の下限は特になく、１以上であるが、１．４以上であることが実用的である。また、蛍光体部の屈折率と低屈折率層の屈折率との差異は、０．１以上であることが好ましく、０．２以上であることが更に好ましい。
更に蛍光体部の屈折率は１．４〜１．９が好ましく、１．６５〜１．８５が更に好ましい。
更に蛍光体部の屈折率は１．４〜１．９が好ましく、１．６５〜１．８５が更に好ましい。
低屈折率層の厚みは１μｍ以下が好ましく、これによって放熱に対する影響を少なくできる。また、反射膜による吸収を抑制する観点からは、低屈折率層の厚みは０．０５μｍ以上が好ましい。
本発明の蛍光体素子は、低屈折率層の表面を被覆する一体の反射膜を有する。反射膜が一体であるとは、反射膜が互いに連続していることを意味する。ただし、反射膜が、側面および対向面の全面をすべて被覆している必要はなく、側面の一部、対向面の一部において低屈折率層が反射膜によって被覆されずに露出することは許容するものとする。しかし、この場合にも、側面の全面積のうち９０％以上、対向面の全面積のうち９０％以上が反射膜によって被覆されていることが好ましく、側面および対向面の全面が反射膜によって被覆されていることが更に好ましい。
反射膜の材質は、蛍光体層を通過してきた励起光と蛍光を反射するものであれば特に制限されない。反射膜は、励起光を全反射する必要はなく、励起光の一部を透過させても良いし、全部を透過するものであっても良い。
好適な実施形態においては、反射膜が、金属膜または誘電体多層膜であり、これらの組み合わせであってよい。
反射膜を金属膜とした場合は、広い波長域で反射することができ、入射角度依存性も小さくすることができ、温度に対する耐久性、耐候性が優れている。一方、反射膜を誘電体多層膜とした場合には、吸収がないため、特定の角度で入射した光は損失なく１００％反射光とすることが可能であるし、酸化膜から構成できるので、接合層との密着性を上げることにより、はがれを防止できる。
組み合わせの場合は、両者を補完する特徴を持たせることができる。
反射膜を金属膜とした場合は、広い波長域で反射することができ、入射角度依存性も小さくすることができ、温度に対する耐久性、耐候性が優れている。一方、反射膜を誘電体多層膜とした場合には、吸収がないため、特定の角度で入射した光は損失なく１００％反射光とすることが可能であるし、酸化膜から構成できるので、接合層との密着性を上げることにより、はがれを防止できる。
組み合わせの場合は、両者を補完する特徴を持たせることができる。
反射膜による励起光の反射率は、８０％以上とするが、９５％以上であることが好ましい。
誘電体多層膜は、高屈折材料と低屈折材料とを交互に積層した膜である。高屈折材料率としては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｎｂ２Ｏ５を例示できる。また、低屈折材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２を例示できる。誘電体多層膜の積層数や合計厚さは、反射させるべき蛍光の波長によって適宜選択する。
誘電体多層膜は、高屈折材料と低屈折材料とを交互に積層した膜である。高屈折材料率としては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｎｂ２Ｏ５を例示できる。また、低屈折材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２を例示できる。誘電体多層膜の積層数や合計厚さは、反射させるべき蛍光の波長によって適宜選択する。
また、金属膜の材質としては、以下が好ましい。
（１） Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの単層膜
（２） Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの多層膜
金属膜の厚さは、蛍光を反射できれば特に限定されないが、０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上が更に好ましい。また金属膜と基材との密着性を上げるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、等の金属膜を介して形成することもできる。
（１） Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの単層膜
（２） Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの多層膜
金属膜の厚さは、蛍光を反射できれば特に限定されないが、０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上が更に好ましい。また金属膜と基材との密着性を上げるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、等の金属膜を介して形成することもできる。
本発明においては、蛍光体部の入射面の面積が対向面の面積よりも大きい。前記した低屈折率層および反射膜と、このような対向面のほうが面積の小さい蛍光体部の形態とを組み合わせることによって、前述したメカニズムで、蛍光体部における励起光、蛍光の反射回数を少なくして入射面から出射させることができ、反射膜での吸収による発熱を抑制し、かつ蛍光体部中での光の伝搬によって発生した熱の放熱を促進することができる。
本発明においては、入射面２ａの面積ＡＩは対向面２ｂの面積ＡＲよりも大きく、これによって前述のように入射面から発光する蛍光の強度を向上させることができる。こうした観点からは、入射面２ａの面積ＡＩ／対向面２ｂの面積ＡＲは、１．２以上が好ましく、１．４７以上が更に好ましい。また、実際上は、入射面２ａの面積ＡＩ／対向面２ｂの面積ＡＲは、２７．２以下が好ましく、１１以下が更に好ましい。
同様の観点から、蛍光体部の入射面に対する側面の傾斜角度θが５０°以上、８５°以下であることが好ましく、６０°以上、８０°以下であることが更に好ましい。この実施形態においては、蛍光体材料内に散乱材が分散されていても良いが、特に好ましくは、蛍光体部を構成する蛍光体材料中に散乱材が分散されていない。
また、蛍光体部の厚み（入射面と対向面との間隔）Ｔ（図１、図７）は、蛍光の出射側取出し効率を向上させるために、２９０μｍ以上が好ましいが、３００μｍ以上がさらに好ましく、４５０μｍ以上であってもよい。さらに８００μｍ以上としてもよい。しかし、小型化という観点から３．０ｍｍ以下とすることが好ましく、放熱という観点から１．５μｍ以下が好ましい。
好適な実施形態においては、励起光および蛍光を透過する透過性材料からなる部分透過膜を蛍光体部の入射面上に備えることができる。部分透過膜は、励起光の一部を反射し、残りを透過する膜である。具体的には、部分透過膜の励起光に対する反射率は、９％以上であり、５０％以下が好ましい。こうした部分透過膜の材質としては、前述した反射用の金属膜や誘電体多層膜を挙げることができる。
また、好適な実施形態においては、蛍光体部の入射面上に入射面側支持基板を備えることができ、これによって蛍光体部からの放熱効果を一層改善することができる。また、他の好適な実施形態においては、放熱基板の対向面側の主面上に対向面側支持基板を備えることができ、これによって放熱基板からの放熱効果を一層改善することができる。
ここで、各支持基板の材質としては、熱伝導率（２５℃）が２００Ｗ／ｍＫ以上の材質が好ましく、３００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材質が特に好ましい。この材質の熱伝導率の上限は特にないが、実際的な入手の観点からは、５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることができる。
ここで、各支持基板の材質は、光を通すために透明ないし透光性であることが好ましい。しかし、入射面側支持基板には、入射面に励起光を照射するための窓を設けることができ、この場合には入射面側支持基板の材質は透明ないし透光性である必要はない。
各支持基板の材質が透明または透光性である場合には、支持基板の材質はアルミナ、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、水晶、ガラスが好ましい。
各支持基板の材質が透明、透光性ではない場合には、支持基板の材質はアルミナ、窒化アルミニウム、シリコンカーバイド、水晶、ガラス、銅、銀、金、アルミニウム、あるいは、上記金属を含む合金材料が好ましい。各支持基板の材質は、同じであっても異なっていてもよい。
図５に示す蛍光体素子３１においては、蛍光体部２の入射面２ａ上に透明または透光性な支持基板７が形成されている。本例では、支持基板７は蛍光体部２よりも広がっており、その上に低屈折率層３ｃおよび反射膜４ｃが延設されている。
また、好適な実施形態においては、反射膜と接する放熱基板を備える。放熱基板の材質の熱伝導率（２５℃）は２００Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。この熱伝導率の上限は特にないが、実際的な入手の観点からは、５００Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることが好ましく、３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることがさらに好ましい。
放熱基板の材質としては、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金が好ましい。
また、放熱基板の材質としては、シリコンカーバイドや窒化アルミニウムなどのセラミックスが好ましい。セラミックスの場合、蛍光体との熱膨張係数をある程度に合わせることができる。このため熱応力によるクラックや割れを防止すること等の信頼性を向上するという点で有利となる。
放熱基板の材質としては、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金が好ましい。
また、放熱基板の材質としては、シリコンカーバイドや窒化アルミニウムなどのセラミックスが好ましい。セラミックスの場合、蛍光体との熱膨張係数をある程度に合わせることができる。このため熱応力によるクラックや割れを防止すること等の信頼性を向上するという点で有利となる。
放熱基板が金属の場合、金属メッキ膜であってよい。
金属メッキ膜の種類は、電解メッキ膜であってよく、無電解メッキ膜であってもよい。また、金属メッキ膜は、熱伝導率（２５℃）が２００W／ｍＫ以上の金属からなる。
金属メッキ膜の種類は、電解メッキ膜であってよく、無電解メッキ膜であってもよい。また、金属メッキ膜は、熱伝導率（２５℃）が２００W／ｍＫ以上の金属からなる。
蛍光体部の金属メッキ膜を構成する金属の種類は、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金が特に好ましい。
図６、図７の蛍光体素子４１においては、蛍光体部２、低屈折率層３、反射膜４は、図１の蛍光体素子と同じである。しかし、本例では、蛍光体部２、低屈折率層３および反射膜４が、放熱基板８の凹部８ｃ内に固定され、一体化されている。ただし、８ａは、反射膜４ａに接する薄板部であり、８ｂは厚さ一定のフランジ部であり、反射膜４ｂに接している。
こうした放熱基板の凹部は機械加工やレーザ加工によって形成することができる。あるいは、放熱基板は、メッキ法や溶射法によって形成することもできる。また、放熱基板が金属からなる場合には、放熱基板を焼結型接合材によって蛍光体素子に接合することもできる。さらに、放熱基板がセラミックスからなる場合には、放熱基板を焼結型接合材によって蛍光体素子に接合することもできる。
金属メッキ膜の種類は、電解メッキ膜であってよく、無電解メッキ膜であってもよい。また、金属メッキ膜は、熱伝導率（２５℃）が２００W／ｍＫ以上の金属からなる。
蛍光体部の金属メッキ膜を構成する金属の種類は、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金が特に好ましい。
蛍光体部の金属メッキ膜を構成する金属の種類は、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金が特に好ましい。
反射膜と放熱基板の間には、メッキ用の下地膜があってもよい。下地膜は、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、あるいは、これらの金属を含む合金であってよい。
また、本発明の照明装置は、レーザ光を発振する光源、および前記蛍光体素子を備える。
光源としては、照明用蛍光体の励起用として高い信頼性を有するＧａＮ材料による半導体レーザが好適である。また、一次元状に配列したレーザアレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオード、半導体光アンプ（ＳＯＡ）やＬＥＤであってもよい。また、光ファイバーを通して光源からの励起光を蛍光体素子に対して入射させることもできる。
半導体レーザと蛍光体から白色光を発生する方法は、特には限定されないが、以下の方法が考えられる。
青色レーザと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザと蛍光体により赤色と緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
また青色レーザや紫外レーザから蛍光体により赤色、青色、緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
青色レーザや紫外レーザから蛍光体により青色と黄色の蛍光を発生し白色光を得る方法
青色レーザと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザと蛍光体により赤色と緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
また青色レーザや紫外レーザから蛍光体により赤色、青色、緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
青色レーザや紫外レーザから蛍光体により青色と黄色の蛍光を発生し白色光を得る方法
本発明の製法は、
第一の主面と第二の主面を有する蛍光体基板の前記第二の主面をハンドル基板に対して接合する工程、
蛍光体基板の第一の主面を加工して対向面および側面を形成することによって蛍光体部を形成する工程、
対向面および側面を被覆するように反射膜を成膜する工程、および
蛍光体部をハンドル基板から分離する工程
を有する。こうした製法であれば、特定の蛍光体素子を一つの蛍光体基板中に多数同時に成形することができるので、量産性を向上させることが可能である。
第一の主面と第二の主面を有する蛍光体基板の前記第二の主面をハンドル基板に対して接合する工程、
蛍光体基板の第一の主面を加工して対向面および側面を形成することによって蛍光体部を形成する工程、
対向面および側面を被覆するように反射膜を成膜する工程、および
蛍光体部をハンドル基板から分離する工程
を有する。こうした製法であれば、特定の蛍光体素子を一つの蛍光体基板中に多数同時に成形することができるので、量産性を向上させることが可能である。
好適な実施形態においては、蛍光体部の側面および対向面上に低屈折率層を成膜する工程を有しており、低屈折率層上に反射膜を成膜する。この製法によれば、本発明に係る蛍光体素子を高い生産性で得ることができる。
以下、図面を参照しつつ、本製法を例示する。
図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ハンドル基板５３上に接合層５２を形成し、蛍光体板５１と対向させ，ハンドル基板５３上に蛍光体板５１の第二の主面５１ｂを接合する。
図８（ａ）、図８（ｂ）に示すように、ハンドル基板５３上に接合層５２を形成し、蛍光体板５１と対向させ，ハンドル基板５３上に蛍光体板５１の第二の主面５１ｂを接合する。
次いで、ハンドル基板５３上の蛍光体板５１の第一の主面５１ａを加工することで、必要な形態を有する蛍光体部を成形することができる。例えば、図８（ｂ）の例では、接合層５２上に、所望形状を有する蛍光体部２を成形している。こうした加工方法としては、ダイシング、スライシング、マイクログラインダー、レーザ加工、ウォータージェット、マイクロブラストを例示できる。
次いで、好適な実施形態においては、図９に示すように、蛍光体部２上および接合層５２上に低屈折率層５４を形成する。次いで、図１０に示すように、低屈折率層５４上に反射膜５５を形成する。
次いで、ハンドル基板および接合層を除去することによって、図１に示す蛍光体素子１が多数形成された基板を得ることができる。次いで、各蛍光体素子１を所定寸法に切り分けることができる。あるいは、複数の蛍光体素子１を切り分けることなく、蛍光体素子アレイとして利用することができる。
低屈折率層、反射膜の成膜方法は特に限定されないが、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法が好ましい。蒸着法の場合、イオンアシストを付加して成膜することもできる。
本発明製法によれば、反射膜（および必要に応じて低屈折率層）を一回の成膜工程で側面上および対向面上に成膜することができる。例えば、図２（ｂ）のように側面と対向面が直交している場合は、側面上および対向面上に1回の成膜で同時に反射膜や低屈折率層を形成することができない。複数回成膜工程がある場合に、屈折率に分布ができてしまうことや工数がかかることによるコスト増となる可能性があるが、本製法ではその問題点が解消できる。
更に、好適な実施形態においては、蛍光体部中に散乱材が分散されており、蛍光体部の厚み（入射面と対向面との間隔）が２９０μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、入射面に対する側面の傾斜角度θが２５°以上、４９°以下である。蛍光体部に散乱材が分散されており、かつ蛍光体部が比較的に薄い場合には、θが小さいときにも、高い発光効率と低い色むらを実現できることを見いだした。
本実施形態においては、蛍光体部の厚みＴ（入射面と対向面との間隔）は、３００μｍ以上が更に好ましく、また、６５０μｍ以下が更に好ましい。また、入射面に対する側面の傾斜角度θは、３０°以上が更に好ましく、また、４６°以下であることが更に好ましい。
蛍光体部に散乱材を分散させる場合には、散乱材としては、励起光および蛍光を吸収することがなく、かつ蛍光体と屈折率の差が大きいが好ましく、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２，ＴｉＯ２，ＺｒＯ２を例示できる。
また、好適な実施形態においては、蛍光体部内に散乱材が含有されておらず、入射面と対向面との間隔が２９０μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、７０°以下である。蛍光体部に散乱材が分散されており、かつ蛍光体部が比較的に薄い場合には、θが５０°以上の場合だけでなく、θが小さいときにも、高い発光効率と低い色むらを実現できることを見いだした。
本実施形態においては、入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、４２°以下であることが好ましく、また４９°以上、６５°以下であることが好ましい。入射面に対する前記側面の傾斜角度は４０°以下がさらに好ましい。
同じく蛍光体部が比較的に薄い場合であっても、蛍光体部に散乱材が含有されていない場合には、蛍光体部と散乱材が分散されている場合とは挙動が異なることを示す。
図１１は、本実施形態に係る蛍光体素子６１を模式的に示す断面図である。
図１１に示す蛍光体素子６１においては、蛍光体部６２は、入射面６２ａ、出射面６２ｂおよび４つの側面６２ｃを備えている。蛍光体部の横断面においては、蛍光体部は略台形をなしており、入射面６２ａに対する側面６２ｃの角度θは９０°より小さい鋭角、好ましくは４９〜２５°となっている。そして、入射面２ａの面積ＡＩは対向面２ｂの面積ＡＲよりも大きい。蛍光体部６２中に、多数の散乱材６３が分散されている。
図１１に示す蛍光体素子６１においては、蛍光体部６２は、入射面６２ａ、出射面６２ｂおよび４つの側面６２ｃを備えている。蛍光体部の横断面においては、蛍光体部は略台形をなしており、入射面６２ａに対する側面６２ｃの角度θは９０°より小さい鋭角、好ましくは４９〜２５°となっている。そして、入射面２ａの面積ＡＩは対向面２ｂの面積ＡＲよりも大きい。蛍光体部６２中に、多数の散乱材６３が分散されている。
蛍光体部６２の側面６２ｃ上には低屈折率層３ｂが設けられており、対向面６２ｂ上には低屈折率層３ａが設けられており、低屈折率層３ａと３ｂとによって一体の低屈折率層３が形成されている。本例では、低屈折率層３は、蛍光体部６２の側面６２ｃおよび対向面６２ｂを全面にわたって被覆している。更に、本例では、低屈折率層３ａ上に反射膜４ａが設けられ、低屈折率層３ｂ上に反射膜４ｂが設けられており、反射膜４ａと４ｂとによって一体の反射膜４が形成されている。本例では、反射膜４は低屈折率層３を全面にわたって被覆している。
図１１に示すように、本発明の蛍光体素子６１では、蛍光体部６２中に分散されている多数の蛍光体粒子５に対して、矢印Ａのように入射した励起光があたる。すると，各蛍光体粒子５から矢印Ｋ１、Ｋ３、Ｋ５のように蛍光が放出される。このとき、各蛍光体粒子からは、あらゆる方向に向かって均等に蛍光が放射される傾向がある。これに加えて、かく蛍光体粒子から放射された蛍光は、更に散乱材によってあらゆる方向に向かって散乱され、蛍光が一層均一化される傾向がある。
ここで、蛍光体粒子から入射面６２ａの方向に向かって放射される蛍光は、そのまま入射面６２ａから出射する。また蛍光体粒子から対向面６２ｂに向かって矢印Ｋ３のように放射される蛍光は、低屈折率層３ａで屈折した後反射膜４ａで反射され、再び低屈折率層３ａで屈折し、矢印Ｋ４のように入射面２ａから出射する。矢印Ｋ１、Ｋ５のように斜めに放射される蛍光は、低屈折率層３ａ、３ｂで全反射され、矢印Ｋ２、Ｋ６のように入射面２ａから出射する。このとき、蛍光体部６２の入射面の面積ＡＩが対向面の面積ＡＲよりも大きくなっており、側面６２ｃが傾斜していると、その傾斜角度θのぶんだけ反射光Ｋ２、Ｋ６の方向が傾斜面２ａに向かって傾斜する。この結果、励起光が入射面６２ａから出射するまでの反射回数を減らすことができる。更に低屈折率層３ａ、３ｂの存在によって反射膜４での反射による光吸収と反射膜の温度上昇を抑制できる。
図１２に示す蛍光体素子６１Ａにおいては、蛍光体部６２の入射面６２ａ上に透明または透光性な支持基板７が形成されている。
図１３の蛍光体素子６１Ｂにおいては、蛍光体部６２、低屈折率層３、反射膜４は、図１１の蛍光体素子６１と同じである。しかし、本例では、蛍光体部６２、低屈折率層３および反射膜４が、放熱基板８の凹部８ｃ内に固定され、一体化されている。ただし、８ａは、反射膜４ａに接する薄板部であり、８ｂは厚さ一定のフランジ部であり、反射膜４ｂに接している
（実施例１）
図６、７に示す蛍光体素子４１を、図８〜図１０を参照しつつ説明した製法で製造した。
具体的には、Ｃｅをドープし、かつセラミック散乱材を添加した厚み１ｍｍ、直径４インチのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板５１を準備した。また、ハンドリング基板５３として、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのサファイアウエハーを用意した。蛍光体板５１をハンドリング基板５３に対して熱可塑性樹脂５２を用いて１００℃で貼り合わせを行い、その後、常温にもどして一体化した（図８（ａ））。
図６、７に示す蛍光体素子４１を、図８〜図１０を参照しつつ説明した製法で製造した。
具体的には、Ｃｅをドープし、かつセラミック散乱材を添加した厚み１ｍｍ、直径４インチのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板５１を準備した。また、ハンドリング基板５３として、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのサファイアウエハーを用意した。蛍光体板５１をハンドリング基板５３に対して熱可塑性樹脂５２を用いて１００℃で貼り合わせを行い、その後、常温にもどして一体化した（図８（ａ））。
次に、幅１００μｍ、＃８００のブレードを使用してダイシングによるセットバック加工を行った。次いで、蛍光体板を９０度回転させて同様にダイシングによるセットバック加工を行い、蛍光体部２を形成した（図８（ｂ））。入射面の幅を２ｍｍとし、厚さを１ｍｍとし、入射面に対する側面の傾斜θを６３．５°とした。入射面の面積ＡＩは４ｍｍ２であり、対向面の面積は１ｍｍ２である。各蛍光体部２の側面および対向面はダイシングによる加工面であるが、側面および対向面の算術平均粗さＲａは１０μｍと見積もられた。
次いで、蛍光体部の対向面２ｂおよび側面２ｃに対して、スパッタリングにて、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層５４を０．５μｍの厚みで成膜した（図９参照）。さらに、Ａｌ合金膜からなる反射膜５５を、低屈折率層５４上に０．５μｍの厚みで成膜した（図１０）。成膜後、ホットプレートで基板を１００℃に加熱し、図１に示すような蛍光体素子１をハンドリング基板５３から分離し、有機溶剤にて接着剤を洗浄した。
次に、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍの無酸素銅からなる放熱基板８を準備した。この放熱基板８の中央に溝を形成し、蛍光体素子１を埋設し、図６、図７に示す蛍光体素子４１を得た。
次に、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍの無酸素銅からなる放熱基板８を準備した。この放熱基板８の中央に溝を形成し、蛍光体素子１を埋設し、図６、図７に示す蛍光体素子４１を得た。
出力３ＷのＧａＮ系青色レーザを１０個アレイ化し、出力３０Ｗの光源を得た。この光源からレーザ光を蛍光体素子に照射し、照明光の評価を行った。各例の素子の評価結果を表１に示す。
（白色光出力）
白色光出力（平均出力）は、全光束の時間平均を表す。全光束測定は，積分球（球形光束計）を使用して、被測定光源と全光束が値付けられた標準光源とを同じ位置で点灯し、その比較によって行う。詳細には、ＪＩＳＣ７８０１にて規定されている方法を用いて測定を行った。
白色光出力（平均出力）は、全光束の時間平均を表す。全光束測定は，積分球（球形光束計）を使用して、被測定光源と全光束が値付けられた標準光源とを同じ位置で点灯し、その比較によって行う。詳細には、ＪＩＳＣ７８０１にて規定されている方法を用いて測定を行った。
（色ムラ面内分布）
出力した光を輝度分布測定装置を用いて色度図で評価を行った。そして、色度図において、中央値ｘ：０．３４４７±０．００５、ｙ：０．３５５３±０．００５の範囲にある場合は「色ムラなし」とし、この範囲外の場合には「色ムラあり」とした。
出力した光を輝度分布測定装置を用いて色度図で評価を行った。そして、色度図において、中央値ｘ：０．３４４７±０．００５、ｙ：０．３５５３±０．００５の範囲にある場合は「色ムラなし」とし、この範囲外の場合には「色ムラあり」とした。
（比較例１）
図３（ｂ）に示す断面を有する蛍光体素子２１を作製した。作製方法は実施例１と同様に行った。しかし、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層２３は、蛍光体部の対向面には設けることなく、側面上にのみスパッタリングにて複数回に分けて成膜した。そして、Ａｌ合金膜からなる反射膜２４を、低屈折率層上および対向面上に０．５μｍの厚みで成膜した。得られた素子を、実施例１と同様にして放熱基板８に固定した。
図３（ｂ）に示す断面を有する蛍光体素子２１を作製した。作製方法は実施例１と同様に行った。しかし、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層２３は、蛍光体部の対向面には設けることなく、側面上にのみスパッタリングにて複数回に分けて成膜した。そして、Ａｌ合金膜からなる反射膜２４を、低屈折率層上および対向面上に０．５μｍの厚みで成膜した。得られた素子を、実施例１と同様にして放熱基板８に固定した。
得られた蛍光体素子について、実施例１と同様にして照明光の評価を行った。各例の素子の評価結果を表２に示す。
実施例１の蛍光体素子の場合には、白色光出力が相対的に高く、かつ色ムラがみられなかった。比較例１の蛍光体素子では、白色光出力が低くなり、色ムラが観測された。
（比較例２）
図４に示す蛍光体素子２６を、図８〜図１０を参照しつつ説明した製法で製造した。
具体的には、Ｃｅをドープし、かつセラミック散乱材を添加した厚み１ｍｍ、直径４インチのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板５１を準備した。また、ハンドリング基板５３として、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのサファイアウエハーを用意した。蛍光体板５１をハンドリング基板５３に対して熱可塑性樹脂５２を用いて１００℃で貼り合わせを行い、その後、常温にもどして一体化した（図８（ａ））。
図４に示す蛍光体素子２６を、図８〜図１０を参照しつつ説明した製法で製造した。
具体的には、Ｃｅをドープし、かつセラミック散乱材を添加した厚み１ｍｍ、直径４インチのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板５１を準備した。また、ハンドリング基板５３として、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのサファイアウエハーを用意した。蛍光体板５１をハンドリング基板５３に対して熱可塑性樹脂５２を用いて１００℃で貼り合わせを行い、その後、常温にもどして一体化した（図８（ａ））。
次に、幅１００μｍ、＃８００のブレードを使用してダイシングによるセットバック加工を行った。次いで、蛍光体板を９０度回転させて同様にダイシングによるセットバック加工を行い、蛍光体部２を形成した（図８（ｂ））。入射面の幅を２ｍｍとし、厚さを１ｍｍとし、入射面に対する側面の傾斜θを６３．５°とした。入射面の面積ＡＩは４ｍｍ２である。各蛍光体部２の側面および対向面はダイシングによる加工面であるが、側面および対向面の算術平均粗さＲａは１０μｍと見積もられた。
次いで、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層２７は、蛍光体部の側面には設けることなく、対向面上にのみスパッタリングにて成膜した。そして、Ａｌ合金膜からなる反射膜４を、低屈折率層上および側面上に０．５μｍの厚みで成膜した。成膜後、ホットプレートで基板を１００℃に加熱し、図４に示すような蛍光体素子２６をハンドリング基板５３から分離し、有機溶剤にて接着剤を洗浄した。
次に、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍの無酸素銅からなる放熱基板８を準備した。この放熱基板８の中央に溝を形成し、図６、図７に示すように，放熱基板８の凹部に蛍光体素子を固定した。
次に、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍの無酸素銅からなる放熱基板８を準備した。この放熱基板８の中央に溝を形成し、図６、図７に示すように，放熱基板８の凹部に蛍光体素子を固定した。
出力３ＷのＧａＮ系青色レーザを１０個アレイ化し、出力３０Ｗの光源を得た。この光源からレーザ光を蛍光体素子に照射し、照明光の評価を行った。各例の素子の評価結果を表３に示す。
実施例１の蛍光体素子の場合には、白色光出力が相対的に高く、かつ色ムラがみられなかった。比較例２の蛍光体素子では、白色光出力が低くなり、色ムラが観測された。
（実施例２〜６）
図１３に示す蛍光体素子６１Ｂを、図８〜図１０を参照しつつ説明した製法で製造した。
具体的には、Ｃｅをドープし、かつセラミック散乱材を添加した厚み１ｍｍ、直径４インチのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板５１を準備した。また、ハンドリング基板５３として、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのサファイアウエハーを用意した。蛍光体板５１をハンドリング基板５３に対して熱可塑性樹脂５２を用いて１００℃で貼り合わせを行い、その後、常温にもどして一体化した（図８（ａ））。
図１３に示す蛍光体素子６１Ｂを、図８〜図１０を参照しつつ説明した製法で製造した。
具体的には、Ｃｅをドープし、かつセラミック散乱材を添加した厚み１ｍｍ、直径４インチのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板５１を準備した。また、ハンドリング基板５３として、厚み０．３ｍｍ、直径４インチのサファイアウエハーを用意した。蛍光体板５１をハンドリング基板５３に対して熱可塑性樹脂５２を用いて１００℃で貼り合わせを行い、その後、常温にもどして一体化した（図８（ａ））。
次に、幅１００μｍ、＃８００のブレードを使用してダイシングによるセットバック加工を行った。次いで、蛍光体板を９０度回転させて同様にダイシングによるセットバック加工を行い、蛍光体部６２を形成した（図８（ｂ））。入射面の幅を２ｍｍとし、厚さを０．２９ｍｍとし、入射面に対する側面の傾斜θを２５°、４５°、４９°、５０°、６３．５°とした。入射面の面積ＡＩは４ｍｍ２である。各蛍光体部６２の側面および対向面はダイシングによる加工面であるが、側面および対向面の算術平均粗さＲａは１０μｍと見積もられた。
次いで、蛍光体部の対向面６２ｂおよび側面６２ｃに対して、スパッタリングにて、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層５４を０．５μｍの厚みで成膜した（図９参照）。さらに、Ａｌ合金膜からなる反射膜５５を、低屈折率層５４上に０．５μｍの厚みで成膜した（図１０）。成膜後、ホットプレートで基板を１００℃に加熱し、図１１に示すような蛍光体素子６１をハンドリング基板５３から分離し、有機溶剤にて接着剤を洗浄した。
次に、幅２０ｍｍ×長さ２０ｍｍ、厚み２ｍｍの無酸素銅からなる放熱基板８を準備した。この放熱基板８の中央に溝を形成し、蛍光体素子６１を埋設し、図１３に示す蛍光体素子６１Ｂを得た。
出力３ＷのＧａＮ系青色レーザを１０個アレイ化し、出力３０Ｗの光源を得た。この光源からレーザ光を蛍光体素子に照射し（スポットサイズ直径１．９ｍｍ）、照明光の評価を行った。各例の素子の評価結果を表４に示す。
表４の結果からわかるように、白色光の出力を高くでき、かつ色ムラも防止できることが判明した。特に、蛍光体部中に散乱材を分散させた場合には、入射面に対する側面の傾斜角度θを４９°〜２５°と小さくした場合にも、かえって白色光出力が向上するという予想外の結果が得られた。また傾斜角度を２０°よりも小さくすると、外周部の薄い領域で励起光が対向面から直接反射して出力される影響で色ムラが発生する結果となった
蛍光体の厚みを４００μｍにしても、傾斜角度θを４９°〜２５°と小さくすると、かえって白色光出力が向上した。
蛍光体の厚みを４００μｍにしても、傾斜角度θを４９°〜２５°と小さくすると、かえって白色光出力が向上した。
（比較例３）
図３（ｂ）に示す断面を有する蛍光体素子２１を、比較例１と同様にして作製した。作製方法は比較例１と同じとした。ただし、蛍光体部中にセラミック散乱材を分散させ、入射面に対する側面の傾斜θは、４５°とした。得られた蛍光体素子を、実施例１と同様にして放熱基板８に固定した。
図３（ｂ）に示す断面を有する蛍光体素子２１を、比較例１と同様にして作製した。作製方法は比較例１と同じとした。ただし、蛍光体部中にセラミック散乱材を分散させ、入射面に対する側面の傾斜θは、４５°とした。得られた蛍光体素子を、実施例１と同様にして放熱基板８に固定した。
（比較例４）
図４に示す断面を有する蛍光体素子を、比較例２と同様にして作製した。作製方法は比較例２と同じとした。ただし、蛍光体部中にセラミック散乱材を分散させ、入射面に対する側面の傾斜θは、４５°とした。得られた蛍光体素子を、実施例１と同様にして放熱基板８に固定した。
図４に示す断面を有する蛍光体素子を、比較例２と同様にして作製した。作製方法は比較例２と同じとした。ただし、蛍光体部中にセラミック散乱材を分散させ、入射面に対する側面の傾斜θは、４５°とした。得られた蛍光体素子を、実施例１と同様にして放熱基板８に固定した。
実施例３、比較例３、比較例４の各蛍光体素子について、実施例２〜６と同様にして照明光の評価を行った。各例の素子の評価結果を表５に示す。
実施例３の蛍光体素子の場合には、白色光出力が相対的に高く、かつ色ムラがみられなかった。比較例３、４の蛍光体素子では、白色光出力が相対的に低くなり、色ムラが観測された。
以下、実施例１および実施例２において、それぞれ入射面に対する側面の傾斜角度θを、図１４に示すように変更した。前述したように、実施例１は、図１、６、７に示すような形態の蛍光体素子であり、散乱材が蛍光体部中に分散されていない。一方、実施例２は、図１１、１３に示すような形態の蛍光体素子であり、散乱材が蛍光体部中に分散されている。また、傾斜角度θは、８５°、６３．５°、５０°、４９°、４５°、３９°、３１°、２５°に変更した。得られた白色光のパワー効率を図１４に示す。
この結果、散乱材が蛍光体部に分散されている場合には、特に傾斜角θが２５°以上、４９°以下のときに、パワー効率（蛍光パワー／励起光パワー）が特に高くなることがわかった。
一方、散乱材が蛍光体部に含有されていない場合、傾斜角が２５°以上、７０°以下の範囲内のときに、パワー効率が特に高くなることがわかった。特に好ましくは、記入射面に対する側面の傾斜角度θが２５°以上、４２°以下または４９°以上、６５°以下である場合にパワー効率が高くなった。
本発明に係る蛍光体素子は、励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部、
前記蛍光体部の前記側面上および前記対向面上にあり、前記蛍光体部の屈折率よりも低い屈折率を有する、同一材料で切れ目のない一体の低屈折率層、および
前記低屈折率層の表面を被覆する同一材料で切れ目のない一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きいことを特徴とする。
また、本発明は、
励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部、
前記蛍光体部の前記側面上および前記対向面上にあり、前記蛍光体部の屈折率よりも低い屈折率を有する、同一材料で切れ目のない一体の低屈折率層、および
前記低屈折率層の表面を被覆する同一材料で切れ目のない一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きい蛍光体素子を製造する方法であって、
第一の主面と第二の主面を有する蛍光体基板の前記第二の主面をハンドル基板に対して接合する工程、
前記蛍光体基板の前記第一の主面を加工して前記対向面および前記側面を形成することによって前記蛍光体部を形成する工程、
前記蛍光体部の前記側面および前記対向面上に前記低屈折率層を成膜する工程
前記低屈折率層の表面を被覆するように前記反射膜を成膜する工程、および
前記蛍光体部を前記ハンドル基板から分離する工程
を有することを特徴とする。
Claims (26)
- 励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部、
前記蛍光体部の前記側面上および前記対向面上にあり、前記蛍光体部の屈折率よりも低い屈折率を有する一体の低屈折率層、および
前記低屈折率層の表面を被覆する一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きいことを特徴とする、蛍光体素子。 - 前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が５０°以上、８５°以下であることを特徴とする、請求項１記載の蛍光体素子。
- 前記蛍光体部内に散乱材が分散されており、前記入射面と前記対向面との間隔が２９０μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、４９°以下であることを特徴とする、請求項１記載の蛍光体素子。
- 前記散乱材がセラミック散乱材であることを特徴とする、請求項３記載の蛍光体素子。
- 前記蛍光体部内に散乱材が含有されておらず、前記入射面と前記対向面との間隔が２９０μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、７０°以下であることを特徴とする、請求項１記載の蛍光体素子。
- 前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、４２°以下または４９°以上、６５°以下であることを特徴とする、請求項５記載の蛍光体素子。
- 前記励起光および前記蛍光を透過する透過性材料からなる支持基板を前記入射面上に備えることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の蛍光体素子。
- 前記反射膜と接する放熱基板を備えていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の蛍光体素子。
- 前記放熱基板が、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の材質からなることを特徴とする、請求項８記載の蛍光体素子。
- 前記放熱基板が、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上、５００Ｗ／ｍＫ以下の金属、あるいは、セラミックスからなることを特徴とする、請求項９記載の蛍光体素子。
- 前記金属が、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金であることを特徴とする、請求項１０記載の蛍光体素子。
- 前記セラミックスがシリコンカーバイドまたは窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求項１０記載の蛍光体素子。
- レーザ光を発振する光源、および請求項１〜１２のいずれか一つの請求項に記載の蛍光体素子を備えることを特徴とする、照明装置。
- 励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面および側面を備えている蛍光体部であって、前記入射面に入射する前記励起光の少なくとも一部を蛍光に変換し、前記蛍光を前記入射面から出射させる蛍光体部、および
前記蛍光体部を被覆する一体の反射膜
を備えており、前記蛍光体部の前記入射面の面積が前記対向面の面積よりも大きい蛍光体素子を製造する方法であって、
第一の主面と第二の主面を有する蛍光体基板の前記第二の主面をハンドル基板に対して接合する工程、
前記蛍光体基板の前記第一の主面を加工して前記対向面および前記側面を形成することによって前記蛍光体部を形成する工程、
前記対向面および前記側面を被覆するように前記反射膜を成膜する工程、および
前記蛍光体部を前記ハンドル基板から分離する工程
を有することを特徴とする、蛍光体素子の製造方法。 - 前記蛍光体部の前記側面および前記対向面上に前記低屈折率層を成膜する工程を有しており、前記低屈折率層上に前記反射膜を成膜することを特徴とする、請求項１４記載の方法。
- 前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が５０°以上、８５°以下であることを特徴とする、請求項１４または１５記載の方法。
- 前記蛍光体部内に散乱材が分散されており、前記入射面と前記対向面との間隔が２９０μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、４９°以下であることを特徴とする、請求項１４または１５記載の方法。
- 前記散乱材がセラミック散乱材であることを特徴とする、請求項１７記載の方法。
- 前記蛍光体部内に散乱材が含有されておらず、前記入射面と前記対向面との間隔が２９０μｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、７０°以下であることを特徴とする、請求項１４または１５記載の方法。
- 前記入射面に対する前記側面の傾斜角度が２５°以上、４２°以下または４９°以上、６５°以下であることを特徴とする、請求項１９記載の方法。
- 前記励起光および前記蛍光を透過する透過性材料からなる支持基板を前記入射面上に設けることを特徴とする、請求項１４〜２０のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記反射膜と接する放熱基板を設けることを特徴とする、請求項１４〜２１のいずれか一つの請求項に記載の方法。
- 前記放熱基板が、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上の材質からなることを特徴とする、請求項２２記載の方法。
- 前記放熱基板が、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上、５００Ｗ／ｍＫ以下の金属、あるいはセラミックスからなることを特徴とする、請求項２３記載の方法。
- 前記セラミックスがシリコンカーバイドまたは窒化アルミニウムであることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
- 前記金属が、金、銀、銅、アルミニウム、あるいは、これらの金属を含む合金であることを特徴とする、請求項２４記載の方法。
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