JPWO2020161963A1 - 波長変換部材及びプロジェクタ - Google Patents

Abstract

波長変換部材の温度上昇を抑制するための技術を提供する。本開示は、蛍光体を含む蛍光体層（２０）と、蛍光体層（２０）を支持する基板（３０）と、基板（３０）に接合されたヒートシンク（４０）と、を備え、基板（３０）の熱伝導率が蛍光体層（２０）の熱伝導率よりも大きく、ヒートシンク（４０）の熱伝導率が基板（３０）の熱伝導率よりも大きい、又は、ヒートシンク（４０）の熱伝導率が基板（３０）の熱伝導率よりも小さい。

Description

本開示は、波長変換部材及びプロジェクタに関する。

近年、発光素子及び波長変換部材を備えた光源が開発されている。波長変換部材は、マトリクスに埋め込まれた蛍光体粒子を有する。発光素子の光が励起光として蛍光体粒子に照射され、励起光の波長よりも長い波長の光が蛍光体から放射される。

波長変換部材の温度が上がりすぎると、蛍光体の温度消光によって光の輝度が著しく低下することが知られている。光の輝度及び光の出力を高めるには、波長変換部材の温度上昇を抑制することが重要である。

特許文献１には、固体光源、蛍光体層及び放熱基板を備えた光源装置が記載されている。蛍光体層は、金属を介して放熱基板に接合されている。

特開２０１１−１２９３５４号公報 国際公開第２０１３／１７２０２５号

本開示は、波長変換部材の温度上昇を抑制するための技術を提供する。

本開示の波長変換部材は、蛍光体を含む蛍光体層と、蛍光体層を支持する基板と、基板に接合されたヒートシンクと、を備える。波長変換部材は、基板の熱伝導率が蛍光体層の熱伝導率よりも大きく、ヒートシンクの熱伝導率と基板の熱伝導率とは異なる。

本開示によれば、波長変換部材の温度上昇を抑制できる。

本開示の波長変換部材は、さらにヒートシンクの熱伝導率が基板の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。

本開示の波長変換部材は、さらにヒートシンクの熱伝導率が基板の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。

図１Ａは、本開示の一実施形態に係る波長変換部材の概略断面図である。 図１Ｂは、蛍光体層の概略断面図である。 図２は、本開示の波長変換部材を用いた光源の概略断面図である。 図３は、本開示の波長変換部材を用いたプロジェクタの概略構成図である。 図４は、本開示の光源を用いた照明装置の概略構成図である。 図５は、入射されたレーザー光の出力と放射された蛍光の光の強さとの関係を示すグラフである。 図６は、基板の厚さに対する蛍光体層の表面温度の変化を示すグラフである。 図７は、基板の厚さに対する蛍光体層の表面温度の変化を示す別のグラフである。

（本開示の基礎となった知見）
波長変換部材の温度上昇は、励起光の出力が高ければ高いほど顕著である。例えば、近年普及しつつあるレーザープロジェクタには、大出力の青色半導体レーザーが使用されている。青色半導体レーザーと黄色の光を放射可能な波長変換部材との組み合わせによって、レーザープロジェクタの光源が構成されうる。波長変換部材は、通常、回転ホイール基板と、回転ホイール基板の上に配置された円環状の蛍光体層とを備えている。回転ホイール基板によれば、レーザー光が蛍光体層の特定の位置に集中して照射されることを回避できる。これにより、蛍光体層の温度上昇が抑制される。

レーザープロジェクタの利点は、小型であること、軽量であること、及び、光源の寿命が長いことにある。回転ホイール基板を省略できれば、モータなどの駆動装置を省略できるため、レーザープロジェクタの更なる小型化、軽量化及び低コスト化を期待できる。駆動装置を省略できれば、外的振動に強く、回転軸の摩耗に起因する不具合も発生しえない、高い信頼性のレーザープロジェクタを提供できる可能性がある。

しかし、回転ホイール基板を省略すると、蛍光体層の温度上昇の問題が顕在化する。波長変換部材の温度上昇を抑制するために、回転ホイール基板に代えて、固定のヒートシンクを使用することが考えられるものの、固定のヒートシンクによる冷却効果は必ずしも十分でない。そのため、蛍光体層の温度が過度に上昇したり、冷熱サイクルによって蛍光体層が基板から剥離したりすることを防止できる構成をより綿密に検討する必要がある。

（本開示に係る一態様の概要）
本開示の第１態様に係る波長変換部材は、蛍光体を含む蛍光体層と、蛍光体層を支持する基板と、基板に接合されたヒートシンクと、を備える。基板の熱伝導率が蛍光体層の熱伝導率よりも大きく、ヒートシンクの熱伝導率と、基板の熱伝導率とは異なる。

上記の構成によれば、蛍光体層からヒートシンクへの放熱性を十分に確保できるとともに、蛍光体層からヒートシンクまでの間の接合部における熱伝導率の変化を小さくすることができる。これにより、熱膨張差に起因する波長変換部材の破損を防止できる。

本開示の第２態様において、例えば、第１態様に係る波長変換部材では、ヒートシンクの熱伝導率が基板の熱伝導率よりも大きくてもよい。第２態様によれば、上記の効果を十分に得ることができる。

本開示の第３態様において、例えば、第２態様に係る波長変換部材では、基板の厚さが１００μｍ以上、１０００μｍ以下であれば好ましい。第３態様によれば、波長変換部材の熱による破損を防止できる。

本開示の第４態様において、例えば、第２又は第３態様に係る波長変換部材は、蛍光体層と基板との間に配置された第１接着層をさらに備えていてもよく、第１接着層の厚さは、蛍光体層の厚さの１／１０００以上、１／１０以下であれば好ましく、第１接着層の熱伝導率が蛍光体層の熱伝導率よりも小さければ好ましい。第４態様によれば、熱膨張差に起因する波長変換部材の破損を防止できる。

本開示の第５態様において、例えば、第２から第４態様のいずれか１つに係る波長変換部材は、基板とヒートシンクとの間に配置された第２接着層をさらに備えていてもよく、第２接着層の厚さは、基板の厚さの１／１０００以上、１／１０以下であれば好ましく、第２接着層の熱伝導率が前記基板の熱伝導率よりも小さければ好ましい。第５態様によれば、熱膨張差に起因する波長変換部材の破損を防止できる。

本開示の第６態様において、例えば、第２から第５態様のいずれか１つに係る波長変換部材では、基板がシリコンによって構成されていてもよい。基板がシリコンで構成されている場合、上記した熱伝導率の関係を容易に満たすことができる。

本開示の第７態様において、例えば、第１態様に係る波長変換部材では、ヒートシンクの熱伝導率が基板の熱伝導率よりも小さくてもよい。第７態様によれば、第１の態様で示した効果を十分に得ることができる。

本開示の第８態様において、例えば、第７態様に係る波長変換部材では、基板の厚さが１００μｍ以上であれば好ましい。第８態様によれば、波長変換部材の熱による破損を防止できる。

本開示の第９態様において、例えば、第７又は第８態様に係る波長変換部材は、蛍光体層と基板との間に配置された第１接着層をさらに備えていてもよく、第１接着層の厚さは、蛍光体層の厚さの１／５００以上、３／２０以下であれば好ましく、第１接着層の熱伝導率が前記蛍光体層の熱伝導率よりも小さければ好ましい。第９態様によれば、熱膨張差に起因する波長変換部材の破損を防止できる。

本開示の第１０態様において、例えば、第７から第９態様のいずれか１つに係る波長変換部材は、基板とヒートシンクとの間に配置された第２接着層をさらに備えていてもよく、第２接着層の厚さは、基板の厚さの１／１０００以上、１／２以下であれば好ましく、第２接着層の熱伝導率が基板の熱伝導率よりも小さければ好ましい。第１０態様によれば、熱膨張差に起因する波長変換部材の破損を防止できる。

本開示の第１１態様において、例えば、第７から第１０態様のいずれか１つに係る波長変換部材では、基板がＳｉＣによって構成されていれば好ましい。基板がＳｉＣで構成されている場合、上記した熱伝導率の関係を容易に満たすことができる。

本開示の第１２態様において、例えば、第１から第１０態様のいずれか１つに係る波長変換部材では、蛍光体層が無機材料によって構成されていれば好ましい。第１２態様によれば、波長変換部材の耐熱性を十分に確保することができる。

本開示の第１３態様において、例えば、第１から第１２態様のいずれか１つに係る波長変換部材では、蛍光体層は、複数の蛍光体粒子と、複数の蛍光体粒子が埋め込まれた酸化亜鉛マトリクスと、を有していてもよい。第１３態様によれば、蛍光体層の熱を外部（主に基板）に逃がしやすい。

本開示の第１４態様に係るプロジェクタは、発光素子と、発光素子から放射された光の光路上に配置された第１から第１３態様のいずれか１つに係る波長変換部材と、を備えている。

第１４態様によれば、モータなどの駆動部を有さないプロジェクタを提供できる。

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。

（波長変換部材の実施形態）
図１Ａは、本開示の一実施形態に係る波長変換部材１０の断面を示している。図１Ｂは、蛍光体層２０の断面を拡大して示している。波長変換部材１０は、蛍光体層２０、基板３０及びヒートシンク４０を備えている。蛍光体層２０、基板３０及びヒートシンク４０は、この順番で積層されている。蛍光体層２０は、蛍光体を含む。基板３０は、蛍光体層２０を支持している。ヒートシンク４０は、基板３０に接合されている。詳細には、ヒートシンク４０は、基板３０の裏面に接合されている。

第１の波長帯域を有する励起光が波長変換部材１０に照射されたとき、波長変換部材１０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１０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１０から放射される光には、蛍光体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。

本実施形態において、基板３０の熱伝導率は、蛍光体層２０の熱伝導率よりも大きい。ヒートシンク４０の熱伝導率は、基板３０の熱伝導率よりも大きい。蛍光体層２０の熱伝導率がκ１で表され、基板３０の熱伝導率がκ２で表され、ヒートシンク４０の熱伝導率がκ３で表されるとき、波長変換部材１０は、κ３＞κ２＞κ１の関係を満たす。熱伝導率の単位は、（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。このような構成によれば、蛍光体層２０からヒートシンク４０への放熱性を十分に確保できるとともに、蛍光体層２０からヒートシンク４０までの間の接合部における熱伝導率の変化を小さくすることができる。これにより、熱膨張差に起因する波長変換部材１０の破損を防止できる。

基板３０の厚さは、例えば、１００μｍ以上１０００μｍ以下である。κ３＞κ２＞κ１の熱伝導率の関係を満たしつつ、基板３０の厚さが適切に調整されている場合、波長変換部材１０の優れた放熱特性を維持しつつ、蛍光体層２０と基板３０との間の熱膨張差及び基板３０とヒートシンク４０との間の熱膨張差を抑制できる。これにより、波長変換部材１０の熱による破損を防止できる。

基板３０の厚さは、典型的には、蛍光体層２０の厚さよりも大きい。蛍光体層２０の厚さがＴ１（μｍ）で表され、基板３０の厚さがＴ２（μｍ）で表されるとき、これらの厚さの比率（Ｔ２／Ｔ１）は、例えば、１より大きく３３以下である。比率（Ｔ２／Ｔ１）は、２以上１７以下であれば好ましい。ただし、基板３０の厚さは、蛍光体層２０の厚さを下回ってもよい。

基板３０は、蛍光体層２０を支持することに加え、蛍光体層２０の熱をヒートシンク４０に伝達する役割を担っている。上記した熱伝導率の関係を満たす限り、基板３０の材料は特に限定されない。基板３０は、例えば、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、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）、アルミニウム合金、銅（Ｃｕ）、銅合金、ガラス、石英（ＳｉＯ₂）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）によって作られている。基板３０は、鏡面研磨された表面を有していてもよい。

一例において、基板３０は、シリコン基板である。基板３０がシリコンで構成されている場合、κ３＞κ２＞κ１の熱伝導率の関係を容易に満たすことができる。

シリコンは、シリコン単結晶であってもよく、多結晶シリコンであってもよい。シリコン単結晶の熱伝導率は、多結晶シリコンの熱伝導率よりも高い。蛍光体層２０からヒートシンク４０への良好な熱伝導の観点から、基板３０は、シリコン単結晶によって構成されていれば好ましい。言い換えれば、基板３０は、シリコン単結晶基板でありうる。シリコン単結晶基板は、チョクラルスキー法、浮遊帯法などの単結晶育成方法によって作製されうる。また、シリコン単結晶の熱膨張係数は小さい。シリコン単結晶を使用すれば高品質な平滑面も得やすい。基板３０の材料がシリコン単結晶である場合、基板３０は、高い熱伝導率及び高い平滑性を兼ね備える。そのため、蛍光体層２０と基板３０との間の温度差、及び、基板３０とヒートシンク４０との間の温度差が拡大しにくいだけでなく、破損及び剥離の起点も減少する。結果として、基板３０から蛍光体層２０が剥離することを防止できるとともに、蛍光体層２０及び基板３０が破損することも防止できる。

基板３０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構成されていてもよい。言い換えれば、基板３０の表層部がこれらの機能膜によって構成されていてもよい。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。

誘電体多層膜などの薄膜は非常に薄い。そのため、これらの薄膜を除いたバルク部分の構成材料の熱伝導率を基板３０の熱伝導率とみなすことができる。

図１Ａに示す例において、蛍光体層２０及び基板３０は共に板状の形状を有する。基板３０の上面の面積は、蛍光体層２０の下面の面積よりも広い。波長変換部材１０を平面視したとき、蛍光体層２０の外縁は、基板３０の外縁の内側に収まっている。ただし、基板３０の上面の面積は、蛍光体層２０の下面の面積に一致していてもよい。言い換えれば、波長変換部材１０を平面視したとき、基板３０の上面の外縁が蛍光体層２０の下面の外縁に一致していてもよい。「上面の面積」及び「下面の面積」は、それぞれ、波長変換部材１０を平面視したときの面積である。

同様に、ヒートシンク４０の上面の面積は、基板３０の下面の面積よりも広い。波長変換部材１０を平面視したとき、基板３０の外縁は、ヒートシンク４０の外縁の内側に収まっている。ただし、ヒートシンク４０の上面の面積は、基板３０の下面の面積に一致していてもよい。言い換えれば、波長変換部材１０を平面視したとき、ヒートシンク４０の上面の外縁が基板３０の下面の外縁に一致していてもよい。

図１Ｂに示すように、蛍光体層２０は、マトリクス２２及び蛍光体粒子２３を有する。マトリクス２２は、粒子間に存在している。各粒子は、マトリクス２２に埋め込まれている。言い換えれば、粒子は、マトリクス２２に分散されている。

蛍光体粒子２３の材料は特に限定されない。種々の蛍光体が蛍光体粒子２３の材料として使用されうる。具体的には、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＹＡＧ）、（Ｙ，Ｇｄ）₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＹＧＡＧ）、Ｙ₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＹＡＧＧ）、（Ｙ，Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＧＹＡＧＧ）、Ｌｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＬｕＡＧ）、（Ｓｉ，Ａｌ）₆（Ｏ，Ｎ）₈：Ｅｕ（β−ＳｉＡｌＯＮ）、（Ｌａ，Ｙ）₃Ｓｉ₆Ｎ₁₁：Ｃｅ（ＬＹＳＮ）、Ｌｕ₂ＣａＭｇ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ（ＬＣＭＳ）などの蛍光体が使用されうる。蛍光体粒子２３は、互いに異なる組成を有する複数の種類の蛍光体粒子を含んでいてもよい。蛍光体粒子２３に照射されるべき励起光の波長、及び、蛍光体粒子２３から放射されるべき光（蛍光の光）の波長は、波長変換部材１０の用途に応じて選択される。例えば、波長変換部材１０がレーザープロジェクタの光源に使用される場合、蛍光体は、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅなどの黄色蛍光体でありうる。

蛍光体粒子２３の平均粒径は、例えば、０．１μｍ以上５０μｍ以下の範囲にある。蛍光体粒子２３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１０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、特定の蛍光体粒子２３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粒子２３の粒径（粒子の直径）とみなす。任意の個数（例えば５０個）の蛍光体粒子２３の粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値を蛍光体粒子２３の平均粒径とみなす。本開示において、蛍光体粒子２３の形状は限定されない。蛍光体粒子２３の形状は、球状であってもよく、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。

マトリクス２２は、例えば、樹脂、ガラス又は他の無機材料によって構成されている。樹脂の例には、シリコーン樹脂及びアクリル樹脂が含まれる。他の無機材料の例には、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｎＯ及びＳｉＯ₂が含まれる。他の無機材料は、結晶質であってもよい。マトリクス２２は、励起光及び蛍光体粒子２３から放射された光に対して透光性を有することが望ましい。マトリクス２２は、蛍光体粒子２３の屈折率よりも高い屈折率を有していてもよいし、蛍光体粒子２３の屈折率よりも低い屈折率を有していてもよい。

蛍光体層２０が無機材料によって構成されている場合、言い換えれば、マトリクス２２が無機材料によって構成されている場合、波長変換部材１０の耐熱性を十分に確保することができる。

透明性及び熱伝導性の観点から、マトリクス２２の材料として、ＺｎＯが適している。ＺｎＯは高い熱伝導性を有するので、マトリクス２２がＺｎＯによって構成されていると、蛍光体層２０の熱を外部（主に基板３０）に逃がしやすい。このことは、波長変換部材１０の優れた放熱特性に寄与する。

マトリクス２２の材料としてのＺｎＯは、詳細には、ＺｎＯ単結晶又はｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶である。ＺｎＯは、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。「ｃ軸に配向したＺｎＯ」とは、基板３０の主面に平行な面がｃ面であることを意味する。「主面」は、最も広い面積を有する面を意味する。

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軸方向の結晶粒界は少ない。「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３０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３０の法線方向に平行である。あるいは、基板３０の法線方向に対するＺｎＯ結晶粒のｃ軸の傾きが４°以下である。ここで、「ｃ軸の傾きが４°以下」とは、ｃ軸の傾きの分布が４°以下という意味であって、全ての結晶粒のｃ軸の傾きが４°以下であることを必ずしも意味しない。「ｃ軸の傾き」は、ｃ軸のＸ線ロッキングカーブ法による半値幅で評価できる。詳細には、ｃ軸のＸ線ロッキングカーブ法による半値幅が４°以下である。特許文献２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。

蛍光体層２０は、マトリクス２２に分散されたフィラー粒子を含んでいてもよい。フィラー粒子の材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、有機無機ハイブリッド材料であってもよい。有機材料としては、アクリル樹脂が挙げられる。無機材料としては、金属酸化物が挙げられる。有機無機ハイブリッド材料としては、シリコーン樹脂が挙げられる。

一例において、フィラー粒子は、ＳｉＯ₂粒子、Ａｌ₂Ｏ₃及びＴｉＯ₂粒子から選ばれる少なくとも１つを含む。これらの粒子は、化学的に安定であり、安価である。フィラー粒子の形状も限定されない。フィラー粒子の形状は、球状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。

蛍光体層２０は、蛍光体セラミックで構成されていてもよく、蛍光体の単結晶で構成されていてもよい。これらの場合において、蛍光体層２０は、マトリクスを有さない。

ヒートシンク４０は、基板３０の裏面に接合されており、基板３０を介して蛍光体層２０から熱を奪って周囲空気などの冷却源に熱を放出する役割を担う。ヒートシンク４０は、典型的には、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、ステンレス鋼などの金属材料によって作られている。ヒートシンク４０は、基板３０を支持する平坦な上面を有する。ヒートシンク４０は、裏面から延びる複数の放熱フィンを有していてもよい。

波長変換部材１０は、蛍光体層２０と基板３０との間に配置された第１接着層２５をさらに備えている。第１接着層２５は、蛍光体層２０及び基板３０の両者に接している。第１接着層２５の厚さは、蛍光体層２０の厚さの１／１０００以上、１／１０以下でありうる。第１接着層２５の厚さは、蛍光体層２０の厚さと比較して十分に小さい。第１接着層２５の熱伝導率は、例えば、蛍光体層２０の熱伝導率よりも小さい。蛍光体層２０の熱伝導率がκ１で表され、第１接着層２５の熱伝導率がκ４で表されるとき、波長変換部材１０は、κ１＞κ４の関係を満たす。第１接着層２５を設けることによって、波長変換部材１０の優れた放熱特性を維持しつつ、蛍光体層２０から基板３０への急激な熱伝導を抑制できる。これにより、熱膨張差に起因する波長変換部材１０の破損を防止できる。

第１接着層２５は、蛍光体層２０と基板３０との接合を強化する役割を担う。上記の関係を満たす限り、第１接着層２５の材料は特に限定されない。第１接着層２５の材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、有機材料と無機材料との混合物であってもよい。有機材料としては、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などが挙げられる。無機材料としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、ダイヤモンド、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕなどが挙げられる。有機材料と無機材料との混合物としては、放熱グリース、放熱接着剤などが挙げられる。放熱グリースは、例えば、樹脂及びフィラー粒子の混合物である。樹脂は、例えば、シリコーン樹脂である。フィラー粒子は、金属又は金属酸化物の粒子でありうる。放熱接着剤も、樹脂及びフィラー粒子の混合物でありうる。放熱グリースに使用された樹脂が粘着性を示すものであるのに対し、放熱接着剤に使用された樹脂は接着性を示すものである。

波長変換部材１０は、基板３０とヒートシンク４０との間に配置された第２接着層３５をさらに備えている。第２接着層３５は、基板３０及びヒートシンク４０の両者に接している。第２接着層３５の厚さは、基板３０の厚さの１／１０００以上、１／１０以下でありうる。第２接着層３５の厚さは、基板３０の厚さと比較して十分に小さい。第２接着層３５の熱伝導率は、例えば、基板３０の熱伝導率よりも小さい。基板３０の熱伝導率がκ２で表され、第２接着層３５の熱伝導率がκ５で表されるとき、波長変換部材１０は、κ２＞κ５の関係を満たす。第２接着層３５を設けることによって、波長変換部材１０の優れた放熱特性を維持しつつ、基板３０からヒートシンク４０への急激な熱伝導を抑制できる。これにより、熱膨張差に起因する波長変換部材１０の破損を防止できる。

第２接着層３５は、基板３０とヒートシンク４０の接合を強化する役割を担う。上記の関係を満たす限り、第２接着層３５の材料は特に限定されない。第２接着層３５の材料は、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、有機材料と無機材料との混合物であってもよい。有機材料としては、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、アクリル系接着剤、シアノアクリレート系接着剤などが挙げられる。無機材料としては、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＴｉＯ₂、Ｎｂ₂Ｏ₅、Ｔａ₂Ｏ₅、ＭｇＯ、ＺｎＯ、Ｂ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、ＳｉＣ、ダイヤモンド、Ａｇ、Ｃｕ、Ａｕ、ガラス、Ａｕ−Ｓｎ合金、Ｉｎ−Ｇａ合金、Ｓｎ半田、Ｐｂ半田などが挙げられる。有機材料と無機材料との混合物としては、放熱グリース、放熱接着剤などが挙げられる。放熱グリースは、例えば、樹脂及びフィラー粒子の混合物である。樹脂は、例えば、シリコーン樹脂である。フィラー粒子は、金属又は金属酸化物の粒子でありうる。

本明細書において、熱伝導率は、０℃における熱伝導率を意味する。蛍光体層２０、第１接着層２５、基板３０、第２接着層３５及びヒートシンク４０の熱伝導率は、これらを構成する材料の熱伝導率でありうる。例えば、基板３０がシリコン単結晶で構成されているとき、０℃におけるシリコン単結晶の熱伝導率が基板３０の熱伝導率とみなされる。

蛍光体層２０のように複数の材料を含む混合物の熱伝導率は、以下のBruggemanの式によって算出することができる。
１−Φ＝［（λｃ−λｆ）／（λｍ−λｆ）］×（λｍ／λｃ）^1/3
Φ：フィラー（蛍光体粒子、無機粒子など）の体積充填率
λｃ：混合物（蛍光体層又は接着層）の熱伝導率
λｆ：フィラー（蛍光体粒子、無機粒子など）の熱伝導率
λｍ：マトリクスの熱伝導率
本明細書において、蛍光体層２０、第１接着層２５、基板３０及び第２接着層３５の厚さは、次の方法によって測定されうる。波長変換部材１０を厚さ方向に切断し、断面を光学顕微鏡又は電子顕微鏡で観察する。任意の複数の点（例えば５点）における厚さを画像処理によって測定する。測定された値の平均値を厚さとみなすことができる。

次に、波長変換部材１０の製造方法を説明する。

まず、基板３０を準備する。基板３０は、例えば、シリコン単結晶ウェーハなどの原料基板を所定の大きさに切断することによって得られる。必要に応じて、金属反射膜、誘電体多層膜などの機能膜を原料基板上に形成してもよい。

次に、基板３０の上に第１接着層２５を形成する。第１接着層２５が放熱グリースのような有機材料で構成される場合、有機材料を基板３０に塗布することによって第１接着層２５を形成することができる。第１接着層２５がＳｉＯ₂などの無機材料で構成される場合、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法などの堆積方法によってＳｉＯ₂などの無機材料を基板３０の上に堆積させることによって第１接着層２５を形成することができる。第１接着層２５の原料を含む溶液を基板３０に塗布することによって、第１接着層２５を形成してもよい。そのような溶液として、水ガラスが挙げられる。

第１接着層２５は、省略されることもある。

次に、蛍光体層２０を形成する。マトリクス２２が樹脂で構成される場合、樹脂及び溶媒を含む溶液に蛍光体粒子２３を混合し、塗布液を調製する。基板３０又は第１接着層２５の上に塗膜が形成されるように基板３０又は第１接着層２５に塗布液を塗布する。塗膜を乾燥させる又は塗膜を硬化させることによって、蛍光体層２０が形成される。

マトリクス２２がＺｎＯで構成される場合、例えば、ゾルゲル法によってマトリクス２２を形成することができる。まず、亜鉛アルコキシドなどの前駆体及び蛍光体粒子２３を含む混合ゾルを調製する。基板３０又は第１接着層２５の上に塗膜が形成されるように基板３０又は第１接着層２５に混合ゾルを塗布する。塗膜をゲル化させ、焼成することによって、波長変換部材１０が得られる。

マトリクス２２がＺｎＯ単結晶又はｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶である場合、溶液成長法によって基板３０又は第１接着層２５の上にマトリクス２２を形成することができる。まず、基板３０又は第１接着層２５の上に種層としての結晶質のＺｎＯ薄膜を形成する。ＺｎＯ薄膜を形成する方法としては、電子ビーム蒸着法、反応性プラズマ蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ蓄積法などの真空成膜法が用いられる。次に、基板３０又は第１接着層２５の上に蛍光体粒子２３を含む層を形成する。例えば、蛍光体粒子２３を含む分散液を調製する。基板３０を分散液中に配置し、電気泳動法を用いて蛍光体粒子２３を基板３０又は第１接着層２５の上に堆積させる。これにより、蛍光体粒子２３を含む層を基板３０又は第１接着層２５の上に形成することができる。基板３０を分散液中に配置し、蛍光体粒子２３を沈降させることによって基板３０又は第１接着層２５の上に蛍光体粒子２３を含む層を形成することもできる。蛍光体粒子２３を含む塗布液を用い、印刷法などの薄膜形成方法によって蛍光体粒子２３を含む層を基板３０又は第１接着層２５の上に形成することもできる。

次に、Ｚｎを含有する溶液を使用した溶液成長法によって、粒子間にマトリクス２２を形成する。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）等が用いられる。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を含有する硝酸亜鉛の水溶液が用いられる。結晶質のマトリクス２２は、種層としての結晶質のＺｎＯ薄膜の上にエピタキシャル成長する。

なお、蛍光体層２０が蛍光体セラミック又は蛍光体の単結晶である場合、第１接着層２５としての放熱グリース又は放熱接着剤を蛍光体セラミック又は蛍光体の単結晶に塗布し、蛍光体セラミック又は蛍光体の単結晶を基板３０に貼り合わせる。

次に、基板３０の裏面及びヒートシンク４０の上面の少なくとも一方に第２接着層３５を形成する。第２接着層３５が放熱グリース又は放熱性接着剤で構成される場合、これらの材料を基板３０の裏面及びヒートシンク４０の上面の少なくとも一方に塗布することによって第２接着層３５を形成することができる。

その後、第２接着層３５を介して基板３０にヒートシンク４０を接合する。これにより、波長変換部材１０が得られる。

（変形例）
波長変換部材１０において、ヒートシンク４０の熱伝導率は、基板３０の熱伝導率よりも小さくてもよい。基板３０の熱伝導率は蛍光体層２０の熱伝導率よりも大きい。蛍光体層２０の熱伝導率がκ１で表され、基板３０の熱伝導率がκ２で表され、ヒートシンク４０の熱伝導率がκ３で表されるとき、波長変換部材１０は、κ２＞κ３＞κ１の関係を満たしてもよい。つまり、蛍光体層２０とヒートシンク４０との間に蛍光体層２０及びヒートシンク４０よりも高い熱伝導率を有する基板３０が設けられている。このような構成によれば、蛍光体層２０の熱が基板３０の内部に拡がりやすい。基板３０に拡がった熱をヒートシンク４０に伝達することによって、より高い放熱性を確保できる。基板３０の主面の面積が蛍光体層２０の主面の面積よりも大きい場合、上記の効果をより十分に得ることができる。

本変形例において、基板３０の厚さは、例えば、１００μｍ以上である。κ２＞κ３＞κ１の熱伝導率の関係を満たしつつ、基板３０の厚さが適切に調整されている場合、波長変換部材１０の優れた放熱特性を維持しつつ、蛍光体層２０と基板３０との間の熱膨張差及び基板３０とヒートシンク４０との間の熱膨張差を抑制できる。これにより、波長変換部材１０の熱による破損を防止できる。

κ２＞κ３＞κ１の熱伝導率の関係が成立している場合、基板３０の厚さの望ましい上限値は特に存在しない。コスト、重さなどを考慮すると、基板３０の厚さは、例えば１０００μｍ以下である。

蛍光体層２０、基板３０及びヒートシンク４０の材料は、κ２＞κ３＞κ１の熱伝導率の関係が満たされるように適切に選択されうる。蛍光体層２０、基板３０及びヒートシンク４０の材料の例は、先に説明した通りである。

一例において、基板３０は、ＳｉＣ基板である。ＳｉＣは、優れた熱伝導率を有する非金属材料であることが知られている。基板３０がＳｉＣで構成されている場合、κ２＞κ３＞κ１の熱伝導率の関係を容易に満たすことができる。ＳｉＣは、ＳｉＣ単結晶であってもよく、多結晶ＳｉＣであってもよい。ＳｉＣ単結晶の熱伝導率は、多結晶ＳｉＣの熱伝導率よりも高い。蛍光体層２０からヒートシンク４０への良好な熱伝導の観点から、基板３０は、ＳｉＣ単結晶によって構成されているとが好ましい。

本変形例において、第１接着層２５の厚さは、蛍光体層２０の厚さの１／５００以上、３／２０以下でありうる。第１接着層２５の厚さは、蛍光体層２０の厚さと比較して十分に小さい。第１接着層２５の熱伝導率は、例えば、蛍光体層２０の熱伝導率よりも小さい。蛍光体層２０の熱伝導率がκ１で表され、第１接着層２５の熱伝導率がκ４で表されるとき、波長変換部材１０は、κ１＞κ４の関係を満たす。第１接着層２５を設けることによって、波長変換部材１０の優れた放熱特性を維持しつつ、蛍光体層２０から基板３０への急激な熱伝導を抑制できる。これにより、熱膨張差に起因する波長変換部材１０の破損を防止できる。

本変形例において、第２接着層３５の厚さは、基板３０の厚さの１／１０００以上、１／２以下でありうる。第２接着層３５の厚さは、基板３０の厚さと比較して十分に小さい。第２接着層３５の熱伝導率は、例えば、基板３０の熱伝導率よりも小さい。基板３０の熱伝導率がκ２で表され、第２接着層３５の熱伝導率がκ５で表されるとき、波長変換部材１０は、κ２＞κ５の関係を満たす。第２接着層３５を設けることによって、波長変換部材１０の優れた放熱特性を維持しつつ、基板３０からヒートシンク４０への急激な熱伝導を抑制できる。これにより、熱膨張差に起因する波長変換部材１０の破損を防止できる。

第１接着層２５及び第２接着層３５の材料の例は、先に説明した通りである。

（光源の実施形態）
図２は、本開示の波長変換部材１０を用いた光源１００の断面を示している。光源１００は、波長変換部材１０及び発光素子５０を備えている。発光素子５０と波長変換部材１０の基板３０との間に波長変換部材１０の蛍光体層２０が位置している。光源１００は、反射型光源である。

発光素子５０は、励起光を放射する。発光素子５０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。発光素子５０としてＬＤを使用したとき、本開示の波長変換部材１０が特に高い効果を発揮する。

発光素子５０は、単一のＬＤによって構成されていてもよく、光学的に結合された複数のＬＤによって構成されていてもよい。発光素子５０は、例えば、青色光を放射する。本開示において、青色光は、４２０〜４７０ｎｍの範囲のピーク波長を有する光である。

光源１００は、光学系５１をさらに備えている。発光素子５０から放射された励起光の光路上に光学系５１が位置していてもよい。光学系５１は、レンズ、ミラー、光ファイバーなどの光学部品を含む。

（プロジェクタの実施形態）
図３は、波長変換部材１０を用いたプロジェクタ２００の構成を概略的に示している。プロジェクタ２００は、波長変換部材１０及び発光素子５４を備えている。波長変換部材１０は、発光素子５４から放射された光の光路上に配置されている。発光素子５４は、青色光を放射可能なレーザーダイオードでありうる。プロジェクタ２００は、回転ホイール基板を有さず、回転ホイール基板を駆動するための駆動装置も有していない。波長変換部材１０は、例えば、プロジェクタ２００の筐体に固定されている。発光素子５４から放射された光は、波長変換部材１０の一定の位置に照射され続ける。

図３に示す例において、プロジェクタ２００は、３板式のプロジェクタである。ただし、本開示の波長変換部材１００が適用されるプロジェクタの型式は特に限定されない。本開示の波長変換部材１００は、例えば、１板式のプロジェクタにも使用されうる。

プロジェクタ２００は、偏光ビームスプリッタ５６、ダイクロイックミラー５７、集光レンズ５８、ダイクロイックミラー５９、ミラー６０、ミラー６１、表示素子６２ａ、表示素子６２ｂ、表示素子６２ｃ、プリズム６３及び投影レンズ６４をさらに備えている。表示素子６２ａ，６２ｂ及び６２ｃの各々は、デジタルミラーデバイスであってもよく、液晶パネルであってもよい。

発光素子５４から放射された青色光は、偏光ビームスプリッタ５６によってｐ偏光の光とｓ偏光の光とに分離される。例えば、ｐ偏光の光が青色用の表示素子６２ａに入射され、ｓ偏光の光がダイクロイックミラー５７及び集光レンズ５８を通じて波長変換部材１０に照射される。波長変換部材１０から放射された蛍光は、赤色光及び緑色光を含み、ダイクロイックミラー５７によって反射され、ダイクロイックミラー５９に向かって進む。赤色光は、ダイクロイックミラー５９によって反射され、赤色用の表示素子６２ｂに入射される。緑色光は、ダイクロイックミラー５９を透過し、ミラー６０及び６１で反射され、緑色用の表示素子６２ｃに入射される。表示素子６２ａ，６２ｂ及び６２ｃを通過した光は、プリズム６３によって重ね合わされる。これにより、プロジェクタ２００の外部のスクリーン６５に投影されるべき画像又は映像が生成される。投影レンズ６４は、画像又は映像をプロジェクタ２００の外部のスクリーン６５に投影する。

（照明装置の実施形態）
図４は、光源１００を用いた照明装置３００の構成を概略的に示している。照明装置３００は、光源１００及び光学部品７４を備えている。光学部品７４は、光源１００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７４は、例えば、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜又は表面に保護膜が形成されたＡｌ膜を有する。光源１００の前方には、フィルタ７５が設けられていてもよい。フィルタ７５は、光源１００の発光素子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３００は、例えば、車両用ヘッドランプである。

（サンプル１）
図１Ａ及び図１Ｂを参照して説明した構造を有する波長変換部材を作製した。

原料基板として、０．２μｍの厚さの銀反射膜を有するシリコン単結晶ウェーハを準備した。シリコン単結晶ウェーハを５ｍｍ×５ｍｍの寸法の正方形の形状に切断し、銀反射膜を有する厚さ３８０μｍのシリコン単結晶基板を得た。基板の熱伝導率は１６８Ｗ／ｍ・Ｋであった。

次に、スパッタリング法によって、ＳｉＯ₂からなる厚さ０．４μｍの第１接着層を基板の上面の全体に形成した。第１接着層の熱伝導率は１．４Ｗ／ｍ・Ｋであった。

次に、第１接着層の上に蛍光体層を形成した。まず、スパッタリング法によって第１接着層の上に種層としてのＺｎＯ薄膜を形成した。Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅの蛍光体粒子を電気泳動法によってＺｎＯ薄膜の上に堆積させた。溶液成長法によって結晶質のＺｎＯを成長させ、厚さ６０μｍ、直径３ｍｍの円形の蛍光体層を形成した。蛍光体層の熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋであった。

次に、基板の裏面の全体に不透明放熱グリースを塗布して厚さ５μｍの第２接着層を形成した。第２接着層の熱伝導率は８．５Ｗ／ｍ・Ｋであった。不透明放熱グリースは、シリコーン樹脂及び金属粒子を含む接着剤である。

第２接着層を介してヒートシンクの上面に基板を取り付けた。これにより、サンプル１の波長変換部材を得た。ヒートシンクとして、２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍ（縦×横×厚さ）の寸法を有する正方形のアルミニウムブロックを用いた。ヒートシンクの熱伝導率は２３６Ｗ／ｍ・Ｋであった。

サンプル１において、蛍光体層の熱伝導率κ１、基板の熱伝導率κ２及びヒートシンクの熱伝導率κ３は、κ３＞κ２＞κ１の関係を満たしていた。

（サンプル２）
ヒートシンクの上面にシリコーン樹脂のマトリクスを有する蛍光体層を直接形成し、サンプル２の波長変換部材を得た。蛍光体層は、厚さ６０μｍ、直径３ｍｍの円形の形状を有していた。蛍光体層の熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋであった。サンプル２におけるヒートシンク及び蛍光体粒子は、サンプル１におけるそれらと同一であった。

（サンプル３）
蛍光体層として、厚さ１５０μｍ、直径３ｍｍの寸法を有する円形の蛍光体セラミックを準備した。蛍光体として、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅを用いた。蛍光体セラミックの熱伝導率は１０Ｗ／ｍ・Ｋであった。

次に、蛍光体セラミックの裏面の全体に透明放熱グリースを塗布して厚さ１５μｍの第２接着層を形成した。第２接着層の熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋであった。透明放熱グリースは、シリコーン樹脂及びアルミナ粒子を含む接着剤である。

第２接着層を介して蛍光体セラミックをヒートシンクの上面に取り付けた。これにより、サンプル３の波長変換部材を得た。サンプル３におけるヒートシンクは、サンプル１におけるヒートシンクと同一であった。

［蛍光強度測定］
サンプル１、サンプル２及びサンプル３の波長変換部材の蛍光体層の上面にφ２ｍｍの直径のレーザー光を照射し、放射された蛍光の強度を測定した。レーザー光の強度は徐々に増加させた。レーザー光は、波長４５５ｎｍの青色レーザーであった。結果を図５に示す。

サンプル１の波長変換部材の蛍光強度は、６０Ｗ超の強度のレーザー光を入射するまで増加し続けた。サンプル１の波長変換部材の蛍光出力の最大値は、３１．８Ｗであった。

サンプル２の波長変換部材の蛍光強度は、１４Ｗの強度のレーザー光を入射させた時点で低下に転じた。サンプル２の波長変換部材の蛍光出力の最大値は、７．５Ｗであった。サンプル３の波長変換部材の蛍光強度は、３５Ｗの強度のレーザー光を入射させた時点で低下に転じた。サンプル３の波長変換部材の蛍光出力の最大値は、１８．１Ｗであった。

蛍光強度が低下に転じた原因は、蛍光体の温度消光にあると考えられる。図５に示す結果は、サンプル１の波長変換部材の放熱性がサンプル２及びサンプル３の波長変換部材の放熱性よりも遥かに優れていることを示している。

［蛍光体層の表面温度のシミュレーション］
サンプル１、サンプル２及びサンプル３の構成を有する波長変換部材の蛍光体層の上面に直径２ｍｍ、出力６０Ｗのレーザー光を照射したときの蛍光体層の表面温度（上面の温度）をコンピュータシミュレーションによって調べた。ヒートシンクの側面及び底面は室温（２５℃）に維持され、その他の面は輻射放熱によって冷却されるものと仮定した。レーザー光の強度分布は正規分布と仮定した。レーザー光は、波長４５５ｎｍの青色レーザーであった。結果を表１に示す。

サンプル１の波長変換部材の蛍光体層の表面温度は、サンプル２及びサンプル３の波長変換部材の蛍光体層の表面温度よりも十分に低かった。ＹＡＧ系蛍光体の温度消光は約２５０℃で顕在化することが知られている。６０Ｗのレーザー光照射時におけるサンプル１の波長変換部材の蛍光体層の表面温度は１７８℃と低く、６０Ｗのレーザー光を使用しても温度消光の影響は殆ど無いと考えられる。６０Ｗのレーザー光照射時におけるサンプル２及びサンプル３の波長変換部材の蛍光体層の表面温度は２５０℃以上であるから、蛍光体層の内部の温度は２５０℃以上であり、６０Ｗのレーザー光を使用したときの温度消光の影響は顕著であると考えられる。

次に、サンプル１の波長変換部材の基板の厚さを変化させることによって得られるサンプル４からサンプル７の波長変換部材の蛍光体層の表面温度をコンピュータシミュレーションによって調べた。サンプル４、サンプル５、サンプル６及びサンプル７の波長変換部材の基板の厚さは、それぞれ、１００μｍ、２００μｍ、１０００μｍ及び１５００μｍであった。結果を表２及び図６に示す。

蛍光体層の表面温度はいずれも１８５℃以下であった。サンプル１、サンプル４、サンプル５、サンプル６及びサンプル７の全ての波長変換部材は、６０Ｗのレーザー光の使用に耐えられる。

表２に示すように、基板が薄ければ薄いほど、蛍光体層の表面温度は低かった。コストの観点からも、基板は薄ければ薄いほど望ましい。ただし、基板が薄ければ薄いほど基板のハンドリングが難しくなり、波長変換部材の製造時における歩留まりが低下する可能性がある。したがって、コスト及び生産性の観点から、基板の厚さは１００μｍ以上であることが望ましい。

基板が１００μｍの厚さを有するときの蛍光体層の表面温度は１７２℃であった。基板の厚さの望ましい上限値の１つの基準として、蛍光体層の表面温度が１７２℃＋１０℃に達するときの基板の厚さが挙げられる。この観点から、基板の厚さの望ましい上限値として、１０００μｍを選択することが妥当である。

（サンプル８からサンプル１５）
第１接着層及び第２接着層の厚さが異なることを除き、サンプル１と同じ方法によってサンプル８からサンプル１５の波長変換部材を作製した。サンプル８からサンプル１５の波長変換部材の第１接着層及び第２接着層の厚さは、表３に示す通りである。

［ヒートショック試験］
サンプル１、８から１５の波長変換部材にヒートショックを加え、剥離の有無を調べた。ヒートショックは、次の手順で波長変換部材に加えた。サンプル１，８から１５の波長変換部材を−４０℃の環境に３０分間静置した後、３０秒の移動時間で２００℃の環境に移動させて３０分間静置し、さらに３０秒の移動時間で−４０℃の環境に移動させた。この動作を１サイクルとし、この動作を５００サイクル繰り返した。

［蛍光体層の表面温度のシミュレーション］
サンプル８からサンプル１５の波長変換部材の蛍光体層の表面温度を先に説明したコンピュータシミュレーションによって調べた。

表３に示す温度判定の項目の判定基準は以下の通りである。

蛍光体層の表面温度が２５０℃未満：〇
蛍光体層の表面温度が２５０℃以上：△
ヒートショック試験において、サンプル８及びサンプル１２の波長変換部材に剥離が確認された。剥離の有無は、目視及び光学顕微鏡観察によって確認した。サンプル８の波長変換部材では、第１接着層において剥離が確認された。蛍光体層と基板との両方に第１接着層の残渣が残存したため、第１接着層と蛍光体層との間で剥離が生じたのか、第１接着層と基板との間で剥離が生じたのか、判断できなかった。サンプル１２の波長変換部材では、第２接着層において剥離が確認された。基板とヒートシンクとの両方に第２接着層の残渣が残存したため、第２接着層と基板との間で剥離が生じたのか、第２接着層とヒートシンクとの間で剥離が生じたのか、判断できなかった。

サンプル１１及びサンプル１５の蛍光体層の表面温度のシミュレーション結果から理解できるように、第１接着層及び第２接着層が厚すぎると放熱性が悪化して蛍光体層の表面温度が高くなりがちである。サンプル８及びサンプル１２のヒートショック試験の結果から理解できるように、第１接着層及び第２接着層が薄すぎると、加熱と冷却とを繰り返したときに剥離が生じやすい。つまり、放熱性と耐剥離性との間にはトレードオフの関係があり、これらを同時に向上させることは容易ではない。しかし、本開示の技術によれば、放熱性と耐剥離性とを上手く両立させることができる。

表３に示す結果から、第１接着層の厚さの望ましい範囲は、サンプル９及びサンプル１０より、蛍光体層の厚さ（６０μｍ）の１／１０００以上、１／１０以下である。第２接着層の厚さの望ましい範囲は、サンプル１３及びサンプル１４より、基板の厚さ（３８０μｍ）の１／１０００以上、１／１０以下である。このとき、放熱性と耐剥離性とを両立できると言える。

（サンプル１６）
シリコン単結晶基板に代えて、厚さ３８０μｍのＳｉＣ単結晶基板を使用したことを除き、サンプル１と同じ方法でサンプル１６の波長変換部材を作製した。サンプル１６において、基板の熱伝導率は４００Ｗ／ｍ・Ｋであった。

サンプル１６において、蛍光体層の熱伝導率κ１、基板の熱伝導率κ２及びヒートシンクの熱伝導率κ３は、κ２＞κ３＞κ１の関係を満たしていた。

［蛍光体層の表面温度のシミュレーション］
サンプル１６の構成を有する波長変換部材の蛍光体層の上面に直径２ｍｍ、出力６０Ｗのレーザー光を照射したときの蛍光体層の表面温度をコンピュータシミュレーションによって調べた。ヒートシンクの側面及び底面は室温（２５℃）に維持され、その他の面は輻射放熱によって冷却されるものと仮定した。レーザー光の強度分布は正規分布と仮定した。レーザー光は、波長４５５ｎｍの青色レーザーであった。結果を表４に示す。

また、サンプル１６の波長変換部材の基板の厚さを変化させることによって得られるサンプル１７からサンプル２０の波長変換部材の蛍光体層の表面温度もコンピュータシミュレーションによって調べた。サンプル１７、サンプル１８、サンプル１９及びサンプル２０の波長変換部材の基板の厚さは、それぞれ、１００μｍ、２００μｍ、１０００μｍ及び１５００μｍであった。結果を表４及び図７に示す。

蛍光体層の表面温度はいずれも１６６℃以下であった。サンプル１６から２０の全ての波長変換部材は、６０Ｗのレーザー光の使用に耐えられる。

表４に示すように、基板が厚ければ厚いほど、蛍光体層の表面温度は低かった。つまり、基板が１００μｍ以上の厚さを有するとき、蛍光体層の表面温度を十分に低い温度に維持できた。コストの観点から、基板は薄ければ薄いほど望ましい。基板が薄ければ薄いほど基板のハンドリングが難しくなり、波長変換部材の製造時における歩留まりが低下する可能性がある。これらを総合的に考慮すれば、基板の厚さは１００μｍ以上であることが望ましい。

（サンプル２１からサンプル２８）
第１接着層又は第２接着層の厚さが異なることを除き、サンプル１６と同じ方法によってサンプル２１からサンプル２８の波長変換部材を作製した。サンプル２１からサンプル２８の波長変換部材の第１接着層及び第２接着層の厚さは、表５に示す通りである。

［ヒートショック試験］
先に説明した手順でサンプル１６、２１から２８の波長変換部材にヒートショックを加え、剥離の有無を調べた。結果を表５に示す。

［蛍光体層の表面温度のシミュレーション］
サンプル２１からサンプル２８の波長変換部材の蛍光体層の表面温度を先に説明したコンピュータシミュレーションによって調べた。表５に示す温度判定の項目の判定基準は表３における判定基準と同一である。

ヒートショック試験において、サンプル２１、サンプル２５及びサンプル２８の波長変換部材に剥離が確認された。サンプル２１の波長変換部材では、第１接着層において剥離が確認された。蛍光体層と基板との両方に第１接着層の残渣が残存したため、第１接着層と蛍光体層との間で剥離が生じたのか、第１接着層と基板との間で剥離が生じたのか、判断できなかった。サンプル２５の波長変換部材では、第２接着層において剥離が確認された。サンプル２８の波長変換部材では、第２接着層において剥離が確認された。サンプル２５及びサンプル２８のいずれにおいても、基板とヒートシンクとの両方に第２接着層の残渣が残存したため、第２接着層と基板との間で剥離が生じたのか、第２接着層とヒートシンクとの間で剥離が生じたのか、判断できなかった。

サンプル２８の波長変換部材は、十分な厚さの第２接着層を有していた。しかし、第２接着層が厚いため、第２接着層の上面と下面との間の温度差が拡大し、剥離が生じたと考えられる。

サンプル２４の蛍光体層の表面温度のシミュレーション結果から理解できるように、接着層が厚すぎると放熱性が悪化して蛍光体層の表面温度が高くなりがちである。サンプル２１及びサンプル２５のヒートショック試験の結果から理解できるように、第１接着層及び第２接着層が薄すぎると、加熱と冷却とを繰り返したときに剥離が生じやすい。つまり、放熱性と耐剥離性との間にはトレードオフの関係があり、これらを同時に向上させることは容易ではない。しかし、本開示の技術によれば、放熱性と耐剥離性とを上手く両立させることができる。

表５に示す結果から、第１接着層の厚さの望ましい範囲は、サンプル２２及びサンプル２３より、蛍光体層の厚さ（６０μｍ）の１／５００以上、３／２０以下である。第２接着層の厚さの望ましい範囲は、サンプル２６及びサンプル２７より、基板の厚さ（３８０μｍ）の１／１０００以上、１／２以下である。このとき、放熱性と耐剥離性とを両立できると言える。

本開示の波長変換部材は、シーリングライトなどの一般照明装置に使用されうる。また、本開示の波長変換部材は、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に使用されうる。また、本開示の波長変換部材は、ヘッドランプなどの車両用照明装置に使用されうる。また、本開示の波長変換部材は、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に使用されうる。また、本開示の波長変換部材は、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に使用されうる。また、本開示の波長変換部材は、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、携帯電話などの情報機器に使用されうる。

１０ 波長変換部材
２０ 蛍光体層
２２ マトリクス
２３ 蛍光体粒子
２５ 第１接着層
３０ 基板
３５ 第２接着層
４０ ヒートシンク
１００ 光源
２００ プロジェクタ
３００ 照明装置

Claims (14)

1. 蛍光体を含む蛍光体層と、
   前記蛍光体層を支持する基板と、
   前記基板に接合されたヒートシンクと、
   を備え、
   前記基板の熱伝導率が前記蛍光体層の熱伝導率よりも大きく、
   前記ヒートシンクの熱伝導率と前記基板の熱伝導率とは異なる、
   波長変換部材。
2. 前記ヒートシンクの熱伝導率が前記基板の熱伝導率よりも大きい、
   請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記基板の厚さが１００μｍ以上、１０００μｍ以下である、
   請求項２に記載の波長変換部材。
4. 前記蛍光体層と前記基板との間に配置された第１接着層をさらに備え、
   前記第１接着層の厚さは、前記蛍光体層の厚さの１／１０００以上、１／１０以下であり、
   前記第１接着層の熱伝導率が前記蛍光体層の熱伝導率よりも小さい、
   請求項２又は３に記載の波長変換部材。
5. 前記基板と前記ヒートシンクとの間に配置された第２接着層をさらに備え、
   前記第２接着層の厚さは、前記基板の厚さの１／１０００以上、１／１０以下であり、
   前記第２接着層の熱伝導率が前記基板の熱伝導率よりも小さい、
   請求項２から４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
6. 前記基板がシリコンによって構成されている、
   請求項２から５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
7. 前記ヒートシンクの熱伝導率が前記基板の熱伝導率よりも小さい、
   請求項１に記載の波長変換部材。
8. 前記基板の厚さが１００μｍ以上である、
   請求項７に記載の波長変換部材。
9. 前記蛍光体層と前記基板との間に配置された第１接着層をさらに備え、
   前記第１接着層の厚さは、前記蛍光体層の厚さの１／５００以上、３／２０以下であり、
   前記第１接着層の熱伝導率が前記蛍光体層の熱伝導率よりも小さい、
   請求項７又は８に記載の波長変換部材。
10. 前記基板と前記ヒートシンクとの間に配置された第２接着層をさらに備え、
    前記第２接着層の厚さは、前記基板の厚さの１／１０００以上、１／２以下であり、
    前記第２接着層の熱伝導率が前記基板の熱伝導率よりも小さい、
    請求項７から９のいずれか１項に記載の波長変換部材。
11. 前記基板がＳｉＣによって構成されている、
    請求項７から１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
12. 前記蛍光体層が無機材料によって構成されている、
    請求項１から１０のいずれか１項に記載の波長変換部材。
13. 前記蛍光体層は、複数の蛍光体粒子と、前記複数の蛍光体粒子が埋め込まれた酸化亜鉛マトリクスと、を有する、
    請求項１から１２のいずれか１項に記載の波長変換部材。
14. 発光素子と、
    前記発光素子から放射された光の光路上に配置された請求項１から１３のいずれか１項に記載の波長変換部材と、
    を備えた、プロジェクタ。

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