WO2013024558A1 - 蛍光体光学素子およびそれを用いた発光装置 - Google Patents

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山中　一彦
教夫 池戸
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Definitions

  • the present invention relates to a phosphor optical element and a light emitting device using the same, and more particularly to a phosphor optical element in a light emitting device used as a light source for a projector or a backlight for a liquid crystal display device.
  • a liquid crystal panel is provided in these display devices.
  • a light emitting device that emits white light is provided on the back surface of the liquid crystal panel as a white light source device.
  • the liquid crystal panel is used as a transmissive light modulation element, and forms an image by controlling the transmittance of light emitted from the light emitting device.
  • cold cathode fluorescent lamps CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp
  • UHP ultra high pressure mercury
  • a light-emitting device that combines a semiconductor light-emitting element such as an LED (Light Emitting Diode) as a light source and a phosphor optical element that converts light from the semiconductor light-emitting element with a phosphor to extract fluorescence.
  • LED Light Emitting Diode
  • a phosphor optical element that converts light from the semiconductor light-emitting element with a phosphor to extract fluorescence.
  • the configuration of the light-emitting device includes a phosphor-integrated type in which a semiconductor light-emitting element and a phosphor optical element are arranged on the same package, and a semiconductor light-emitting element and a phosphor optical element are arranged at a remote location in the display device.
  • a phosphor separation type There is a phosphor separation type.
  • the fluorescence emitted from the phosphor is emitted in all directions, so there is a problem in improving the optical system for efficiently capturing the fluorescence and improving the directivity of the fluorescence. It is.
  • a dichroic mirror is disposed between a resin containing a phosphor and an LED element, and light toward the LED element is reflected out of fluorescence emitted in all directions.
  • a technique for improving the utilization efficiency of fluorescence is disclosed.
  • a conventional light emitting device 1000 will be described with reference to FIG.
  • the conventional light emitting device 1000 includes a concave case 1004 having an opening 1042 and an LED element that is a phosphor excitation light source mounted on an element mounting surface 1040 that is a bottom surface of the concave portion of the case 1004. 1002 and a dichroic mirror 1003 provided above the LED element 1002. Above the LED element 1002, a phosphor-containing silicone resin 1008 in which a rare earth activated phosphor such as YAG: Ce having a particle diameter of about 10 to 20 ⁇ m is contained in the silicone resin is formed via the silicone resin 1007. Has been.
  • the side surface of the concave portion of the case 1004 is an inclined surface 1041 formed to be inclined with respect to the light emitting direction of the LED element 1002, and is emitted from the phosphor-containing silicone resin 1008 together with the light from the LED element 1002. It has a function of reflecting fluorescence in the forward direction of the light emitting device 1000.
  • the light emitting device 1000 having such a configuration, light emitted from the LED element 1002 passes through the silicone resin 1007 and enters the phosphor-containing silicone resin 1008.
  • the light incident on the phosphor-containing silicone resin 1008 part of the light is reflected, and the other part of the light is absorbed by the phosphor and emitted as fluorescence.
  • Fluorescence from the phosphor-containing silicone resin 1008 is emitted in all directions, is multiple-reflected by the inclined surface 1041 and the dichroic mirror 1003, and is emitted from the entire surface of the opening 1042 to the outside of the light emitting device 1000.
  • Patent Document 2 discloses a light-emitting device in which light of an excitation light source is incident on a phosphor light-emitting element that is a combination of a dichroic mirror and a phosphor, and the obtained fluorescence is used as a light source of a projector.
  • the conventional phosphor optical element has a problem that it is difficult to efficiently radiate the obtained fluorescence in a predetermined direction with a desired light emitting area. Specifically, it is possible to emit fluorescence in a predetermined direction by combining a phosphor-containing member (phosphor-containing member) and a dichroic mirror, but the plane of the phosphor-containing member layer Since the fluorescence can freely propagate in the direction, there is a problem that the fluorescence is emitted from the entire surface of the phosphor-containing member and the emission area of the fluorescence is increased.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and provides a phosphor optical element and a light-emitting device that can easily reduce the emission area of fluorescence without reducing the area of the phosphor-containing member.
  • the purpose is to provide.
  • one aspect of the phosphor optical element according to the present invention is formed in order on a transparent substrate transparent to the wavelength of incident light emitted from the excitation light source,
  • a phosphor-containing member composed of a transparent member containing phosphor fine particles, and a cover member, wherein the particle diameter of the phosphor fine particles is equal to or less than the wavelength of the incident light, and the transparent of the phosphor-containing member
  • the thickness of the phosphor-containing member in at least one of a direction perpendicular to the main surface of the transparent substrate and a horizontal direction is the incident light. It is characterized by being less than or equal to the wavelength.
  • This configuration can reduce a part of the fluorescence generated by the phosphor fine particles from propagating in a direction parallel to the main surface of the transparent substrate. For this reason, the emission area of the fluorescence can be made to be approximately the same as the incident area of the incident light emitted from the excitation light source.
  • At least one of the base member and the cover member may be formed of a multilayer film laminated in a direction perpendicular to the transparent substrate.
  • the multilayer film is preferably a dielectric multilayer film.
  • the base member transmits the incident light and reflects the fluorescence emitted from the phosphor-containing member.
  • the phosphor-containing member has a refractive index distribution by a two-dimensional periodic structure in a two-dimensional plane direction that is a direction parallel to the main surface of the transparent substrate. You may comprise so that it may have.
  • the two-dimensional periodic structure can be constituted by a photonic crystal.
  • the phosphor-containing member is composed of two types of transparent materials having different refractive indexes, and the phosphor fine particles are two types of transparent having different refractive indexes. It may be included in at least one of the materials.
  • At least one of the two types of transparent materials having different refractive indexes may be composed of ZnO.
  • the element can be easily configured.
  • the uppermost layer of the base member may be composed of a ZnO film.
  • the element can be easily configured.
  • An aspect of the light emitting device is a light emitting device including the phosphor optical element described above and a light emitting element that is an excitation light source, and an optical axis of the light emitting element is the same as that of the phosphor optical element. It is perpendicular to the surface of the transparent substrate.
  • the wavelength of light emitted from the light emitting element can be easily converted with a simple configuration, and the light propagation direction can be maintained.
  • the present invention it is possible to easily reduce the fluorescence emission area without reducing the area of the phosphor-containing member. Thereby, the traveling direction of light can be freely controlled by a subsequent optical system or the like.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram showing calculation parameters for explaining the function of the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3B is a diagram showing the transmittances of the base member and the cover member in the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention obtained by the calculation parameters of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a diagram showing the light intensity of excitation light and fluorescence in the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3A is a diagram showing calculation parameters for explaining the function of the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 3B is a diagram showing the transmittances of the base member and the cover
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration and operation of a light-emitting device using the phosphor optical element according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • 6B is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention taken along the line AA in FIG. 6A.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to a modification of the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor
  • FIG. 8A is a diagram for explaining calculation parameters for explaining the function of the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 8B is a diagram showing the transmittance of the phosphor-containing layer in the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention obtained by the calculation parameters of FIG. 8A.
  • FIG. 8C is a diagram showing the light intensity of excitation light and fluorescence in the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining each step in the method for manufacturing a phosphor optical element according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to Modification 2 of Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to Modification 3 of Embodiment 2 of the present invention.
  • 12B is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Modification 3 of Embodiment 2 of the present invention taken along the line AA in FIG. 12A.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the configuration and operation of a light-emitting device using the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a light emitting device in a conventional example.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • the phosphor optical element 1 in the present embodiment is a light emitting element that emits fluorescence by incident light from an excitation light source, and is formed on a transparent substrate 10 and the transparent substrate 10 in this order. And a laminated structure including the base member 20, the phosphor-containing member 30, and the cover member 40.
  • the transparent substrate 10 is made of a material that is transparent with respect to the wavelength of incident light from the excitation light source.
  • a transparent substrate such as glass or a transparent resin film can be used.
  • the base member 20 includes, for example, a first base layer 21 (first layer) having a configuration in which a second refractive index layer 21b made of TiO 2 is sandwiched between first refractive index layers 21a made of ZnO, for example, It is a dielectric multilayer film formed by a second underlayer 22 (second layer) made of SiO 2 , and each layer is laminated in a direction perpendicular to the main surface (surface) of the transparent substrate 10. ing.
  • the first base layer 21 and the second base layer 22 are alternately stacked, and a plurality of first base layers 21 and a plurality of second base layers 22 are stacked, for example, five or more layers. Multilayer film.
  • the base member 20 in the present embodiment is composed of seven layers of a four-layer first base layer 21 and a three-layer second base layer 22. Note that the lowermost layer and the uppermost layer of the base member 20 are both the first base layer 21 made of a ZnO film.
  • the base member 20 is transparent with respect to the wavelength of incident light (excitation light) from the excitation light source, and is a mirror with respect to the wavelength of fluorescence emitted from the phosphor-containing member 30. That is, the base member 20 functions as a first dichroic mirror that transmits the excitation light and reflects the fluorescence from the phosphor-containing member 30.
  • the phosphor-containing member 30 is a phosphor-containing layer laminated on the base member 20, and is contained in the transparent member 31 made of a transparent material and the transparent member 31, and incident light (excitation) from the excitation light source.
  • Phosphor fine particles 32 that emit fluorescence by light.
  • semiconductor fine particles having a particle diameter of 100 nm or less such as an InP / ZnS core-shell quantum dot phosphor, can be used.
  • Quantum dot phosphors can obtain a fluorescence spectrum in a desired wavelength band in the visible light region by controlling the particle size even if they are fine particles of the same material due to the quantum size effect.
  • a transparent resin material such as a silicone resin having a refractive index of 1.4 can be used.
  • the cover member 40 is formed on the phosphor-containing member 30.
  • a first refractive index layer 41 b made of TiO 2 is sandwiched between third refractive index layers 41 a made of ZnO.
  • the first cover layers 41 and the second cover layers 42 are alternately stacked, and a plurality of first cover layers 41 and a plurality of second cover layers are stacked, for example, five or more layers. It is a multilayer film.
  • the cover member 40 in the present embodiment is configured by eight layers of a four-layer first cover layer 41 and a four-layer second cover layer 42.
  • the cover member 40 is a mirror with respect to the wavelength of incident light (excitation light) from the excitation light source, and with respect to the wavelength of fluorescence emitted from the phosphor-containing member 30. And transparent. That is, the cover member 40 functions as a second dichroic mirror that reflects the excitation light and transmits the fluorescence from the phosphor-containing member 30.
  • the particle diameter of the phosphor fine particles 32 in the phosphor-containing member 30 is configured to be equal to or less than the wavelength of incident light from the excitation light source.
  • the thickness of the phosphor-containing member 30 is also configured to be equal to or less than the wavelength of incident light from the excitation light source.
  • the phosphor fine particles 32 of the phosphor-containing member 30 convert the excitation light (incident light) having a wavelength of 405 nm to a long wavelength, and emit fluorescence having a peak wavelength of 540 nm and a full width at half maximum of 50 nm, for example. .
  • the thickness of the phosphor-containing member 30 in the cross section is not more than the wavelength of the excitation light, that is, not more than 405 nm. More specifically, the thickness of the phosphor-containing member 30 in the cross section is, for example, about 390 nm or less obtained by dividing the fluorescence peak wavelength (540 nm) by the refractive index (1.4) of the transparent member 31.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • the incident light 63 from the excitation light source incident from the transparent substrate 10 side passes through the transparent substrate 10 and the base member 20 and enters the phosphor-containing member 30.
  • a part of the incident light 63 incident on the phosphor-containing member 30 is converted into the fluorescence 65 by the phosphor fine particles 32 and emitted, while the other part of the incident light 63 not absorbed by the phosphor fine particles 32 is fluorescent. It passes through the body-containing member 30.
  • the incident light 63 that has passed through the phosphor-containing member 30 is reflected by the cover member 40 and is incident on the phosphor-containing member 30 again.
  • the light that reenters the phosphor-containing member 30 is converted into fluorescence 65 by the phosphor fine particles 32.
  • the incident light 63 can be efficiently converted into the fluorescence 65.
  • Fluorescence 65 generated in the phosphor-containing member 30 is emitted in all directions. Among these, the fluorescence 65 incident on the cover member 40 passes through the cover member 40 and is emitted in a predetermined emission direction. On the other hand, the fluorescent light 65 traveling to the base member 20 is reflected by the base member 20, passes through the phosphor-containing member 30 and the cover member 40, and is emitted in a predetermined emission direction.
  • the thickness of the phosphor-containing member 30 is configured to be equal to or less than the wavelength of the incident light 63 (excitation light).
  • the film thickness of the body-containing member 30 is sufficiently thin with respect to the fluorescence 65. Thereby, the fluorescence 65 hardly propagates in the planar direction of the phosphor-containing member 30, that is, the two-dimensional direction parallel to the main surface of the transparent substrate 10 (direction perpendicular to the stacking direction).
  • the emission area of the fluorescent light 65 can be set to be approximately equal to the incident area of the incident light 63 (excitation light), the emission area of the fluorescent light 65 can be easily reduced without reducing the area of the phosphor-containing member 30. can do. As a result, the traveling direction of light can be freely controlled by an optical system or the like disposed at the subsequent stage of the phosphor optical element 1.
  • FIG. 3A is a diagram showing calculation parameters for explaining the function of the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • FIG. 3B is a diagram illustrating the transmittance of the base member and the cover member in the phosphor optical element according to the present embodiment, which is obtained from the calculation parameters of FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a diagram showing the light intensity of excitation light and fluorescence in the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • the wavelength of the excitation light (incident light 63) is 405 nm, and the excitation light in the present embodiment is laser light.
  • the fluorescence 65 has a peak wavelength of 540 nm and is light from the phosphor fine particles 32 made of a quantum dot phosphor.
  • the base member 20 transmits incident light 63 having a wavelength of 405 nm, while having a center wavelength of 540 nm. Most of the fluorescence 65 is reflected. It can also be seen that the cover member 40 reflects the incident light 63 having a wavelength of 405 nm, while transmitting the fluorescence 65 having a center wavelength of 540 nm.
  • the phosphor-containing member 30 since the phosphor-containing member 30 is sandwiched between the dichroic mirrors of the base member 20 and the cover member 40, the incident light 63 causes the base member 20 to pass through as described in FIG. Since the light is transmitted and reflected by the cover member 40, the fluorescent material-containing member 30 can efficiently generate the fluorescent light 65. Further, since the fluorescence 65 generated by the phosphor-containing member 30 is transmitted through the cover member 40 and reflected by the base member 20, the obtained fluorescence 65 is efficiently emitted to the outside of the phosphor optical element 1. be able to.
  • the thickness of the phosphor-containing member 30 is configured to be equal to or less than the wavelength of the incident light 63 (excitation light), the fluorescence 65 is almost in the plane direction of the phosphor-containing member 30. Does not propagate. Therefore, the emission area of the fluorescent light 65 can be reduced without reducing the area of the phosphor-containing member 30.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the configuration and operation of a light-emitting device using the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • the light-emitting device 99 in the present embodiment includes a phosphor optical element 1 and a light-emitting element 50 that is an excitation light source constituted by a plurality of semiconductor lasers (semiconductor light-emitting elements).
  • the optical axis of 50 is perpendicular to the surface of the transparent substrate 10 in the phosphor optical element 1.
  • the light emitting device 99 corresponds to each collimating lens 52 disposed at each light emitting position of each of the plurality of light emitting elements 50, and is disposed in front of each collimating lens 52 (light traveling direction).
  • the phosphor optical element 1 is disposed such that the phosphor-containing member 30 of the phosphor optical element 1 is aligned with the condensing position of the condensing lens 56. That is, the phosphor-containing member 30 of the phosphor optical element 1 is disposed at the focal point of the condenser lens 56.
  • a collimating lens 58 is disposed on the light emitting side of the phosphor optical element 1 at a position facing the phosphor optical element 1.
  • each outgoing light 60 (excitation light) emitted from the plurality of light emitting elements 50 becomes parallel light 61 by the corresponding collimator lens 52, and further becomes parallel light 62 whose light propagation area is shaped by the reflection mirror 54.
  • the parallel light 62 becomes condensed light by the condensing lens 56, enters the phosphor optical element 1 as incident light 63, and is condensed on the phosphor-containing member 30.
  • the incident light 63 is converted into fluorescence 65 by the semiconductor fine particles and emitted from the phosphor optical element 1.
  • the fluorescence 65 emitted from the phosphor optical element 1 is converted into parallel light 67 by the collimator lens 58.
  • the light emitting area of the fluorescent light 65 can be reduced by the phosphor optical element 1, so that the light emitted from the phosphor optical element 1 can be easily collimated by the collimator lens 58. Can be converted to As described above, according to the light emitting device 99, the light emission area of the fluorescent light 65 generated by the phosphor optical element 1 can be reduced. It is possible to control the direction of travel.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to a modification of the present embodiment.
  • the configuration of the phosphor optical element 1A according to the present modification is almost the same as the configuration of the phosphor optical element 1 according to the first embodiment.
  • the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.
  • the phosphor optical element 1A according to the present modification is different from the phosphor optical element 1 according to the first embodiment shown in FIG. 30 A of fluorescent substance containing members in this modification are comprised by the some layer which consists of transparent materials.
  • the phosphor-containing member 30A has two phosphor-containing members, the first phosphor-containing member 30a and the second phosphor-containing member 30b. Furthermore, it has the transparent member 35 formed between the 1st fluorescent substance containing member 30a and the 2nd fluorescent substance containing member 30b.
  • Each of the first phosphor-containing member 30a and the second phosphor-containing member 30b is similar to the phosphor-containing member 30 of FIG. 1 and includes a transparent member 31 and phosphor fine particles 32 contained in the transparent member 31. Consists of.
  • the transparent member 31 and the transparent member 35 of the first phosphor-containing member 30a and the second phosphor-containing member 30b are preferably composed of transparent materials having different refractive indexes. Further, the transparent member 35 is formed only of a transparent material and does not contain phosphor fine particles.
  • each of the plurality of phosphor-containing members that is, the first phosphor-containing member 30a and the second phosphor-containing member 30b are the same as those in the first embodiment.
  • the thickness is set below the wavelength of fluorescence and incident light.
  • the phosphor fine particles 32 are contained in both the first phosphor-containing member 30a and the second phosphor-containing member 30b, but the phosphor fine particles 32 are contained only in one of them. It doesn't matter.
  • a semiconductor laser is used as the light emitting element 50, but a superluminescent diode is used as an edge emitting light emitting element in which an optical waveguide is formed. May be.
  • the emission wavelength of the semiconductor laser that is the excitation light source is 405 nm, for example, a semiconductor laser that emits light having a wavelength of 420 nm to 490 nm may be used.
  • the phosphor fine particles 32 of the phosphor-containing member 30 are InP / ZnS core-shell quantum dot phosphors, but this is not restrictive.
  • the material of the quantum dot phosphor is, for example, at least one selected from InN, InP, InAs, InSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, and BN, which are II-V group compound semiconductors.
  • the phosphor fine particles 32 are non-doped quantum dot phosphors, but doped quantum dot phosphors may be used.
  • a material constituting the doped quantum dot phosphor for example, at least one of ZnS: Mn 2+ , CdS: Mn 2+ and YVO 4 : Eu 3+ can be used.
  • the phosphor fine particles 32 may be any phosphor fine particles in which the size of the phosphor is equal to or less than the fluorescence wavelength and the non-radiative recombination loss due to surface defects is reduced.
  • YAG Ce Nanoparticles may be used.
  • the resin material of the transparent member 31 is a silicone resin, but this is not a limitation.
  • a resin material of the transparent member 31 a transparent resin material such as an acrylic resin or an epoxy resin can be used in addition to the silicone resin.
  • the transparent member 31 does not need to be comprised with a resin material, For example, you may comprise with an inorganic transparent material like low melting glass.
  • the phosphor-containing member 30 can be configured by mixing phosphor fine particles 32 having a particle diameter equal to or smaller than the fluorescence wavelength in the inorganic transparent material.
  • the first base layer 21, the second base layer 22, the first cover layer 41, and the second cover layer 42 are formed of a multilayer film made of a combination of ZnO, TiO 2 and SiO 2.
  • the base member 20 and the cover member 40 are preferably a dielectric multilayer film of a low refractive index material and a high refractive index material.
  • Examples of materials having a low refractive index include Bi 2 O 3 , Ta 2 O 5 , La 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO x (x ⁇ 1), LaF 3 , composite oxide of La 2 O 3 and Al 2 O 3 , and composite oxide of Pr 2 O 3 and Al 2 O 3 Any one of the above, or a composite oxide of two or more of these materials, or a dielectric material such as a fluoride such as CaF 2 , MgF 2 , or LiF can be used.
  • the high refractive index material for example, any one of TiO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5 , or, mainly composed of any one of TiO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5
  • the composite oxide etc. which were made can be used.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to the present embodiment taken along line AA in FIG. 6A.
  • FIG. 6A the same components as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the phosphor optical element 100 in the present embodiment is a light emitting element that emits fluorescence by incident light from an excitation light source, and is a transparent substrate made of, for example, glass or a transparent resin film. 10 and a laminated structure composed of the base member 120, the phosphor-containing layer 130, and the cover member 240, which are sequentially formed on the transparent substrate 10.
  • the base member 120 includes, for example, a first base layer 121 in which a second refractive index layer 121b made of TiO 2 is sandwiched between first refractive index layers 121a made of ZnO, and a second base layer made of SiO 2 , for example. 122, and each layer is laminated in a direction perpendicular to the main surface (surface) of the transparent substrate 10.
  • first base layers 121 and second base layers 122 are alternately stacked, and a plurality of first base layers 121 and a plurality of second base layers 122 are stacked, for example, five or more layers. Multilayer film.
  • the base member 120 in the present embodiment is composed of seven layers of a four-layer first base layer 121 and a three-layer second base layer 122.
  • the lowermost layer and the uppermost layer of the base member 120 are both the first base layer 21 made of a ZnO film.
  • the base member 120 is transparent to the wavelength of incident light (excitation light) from the excitation light source, and is a mirror to the wavelength of fluorescence emitted from the phosphor-containing layer 130. That is, the base member 120 functions as a first dichroic mirror that transmits the excitation light and reflects the fluorescence from the phosphor-containing layer 130.
  • the phosphor-containing layer 130 is formed on the base member 120, and includes a phosphor-containing member 133 and a transparent member 135.
  • the phosphor-containing member 133 includes a transparent member 131 made of a transparent material, and phosphor fine particles 132 that are contained in the transparent member 131 and emit fluorescence by incident light (excitation light) from an excitation light source.
  • phosphor fine particles 132 for example, semiconductor fine particles having a particle diameter of 100 nm or less, such as InP quantum dot phosphors, can be used.
  • the transparent member 131 is a first transparent member, and for example, a transparent material such as a silicone resin having a refractive index of 1.4 can be used.
  • the transparent member 135 is a second transparent member made up of a plurality of cylindrical rods made up of a transparent material, and as shown in FIG. 6B, the base member 120 is in a positional relationship with a triangular lattice. It stands on the top.
  • the transparent member 135 is composed only of a transparent material.
  • the phosphor-containing member 133 in the phosphor-containing layer 130 is formed so as to fill a space between the standing columnar transparent members 135.
  • a material having a refractive index different from that of the transparent material in the transparent member 131 in the phosphor-containing member 133 is preferably used.
  • ZnO having a refractive index of 2.0 can be used.
  • the phosphor-containing layer 130 is alternately arranged with the phosphor-containing members 133 and the transparent members 135 in the two-dimensional plane direction that is a direction flat with the main surface of the transparent substrate 10. And has a refractive index distribution by a two-dimensional periodic structure.
  • a two-dimensional periodic structure can also be constituted by, for example, a photonic crystal that is a nanostructure whose refractive index changes periodically.
  • the cover member 240 is a transparent substrate made of a transparent material such as glass, and is formed on the phosphor-containing layer 130. Cover member 240 in the present embodiment is formed of a single glass substrate.
  • the particle diameter of the phosphor fine particles 132 in the phosphor-containing member 133 is configured to be equal to or smaller than the wavelength of incident light from the excitation light source.
  • the thickness of the phosphor-containing member 133 in the direction horizontal to the main surface of the transparent substrate 10, that is, The thickness excluding the thickness of the transparent member 135 in the horizontal thickness of the phosphor-containing layer 130 is also configured to be equal to or less than the wavelength of incident light from the excitation light source.
  • the phosphor fine particles 132 of the phosphor-containing member 133 convert the excitation light (incident light) having a wavelength of 450 nm to a long wavelength, and emit fluorescence having a peak wavelength of, for example, 540 nm.
  • the thickness of the phosphor-containing member 133 in the cross section that is, the pitch of the transparent members 135 formed in a triangular lattice shape is set to 450 nm or less, which is the wavelength of excitation light. More specifically, the thickness of the phosphor-containing member 133 in the cross section is, for example, 380 nm or less obtained by dividing the fluorescence peak wavelength (540 nm) by the refractive index (1.4) of the transparent member 131.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the operation of the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • incident light 163 from the excitation light source incident from the transparent substrate 10 side passes through the transparent substrate 10 and the base member 120 and enters the phosphor-containing layer 130.
  • Part of the incident light 163 incident on the phosphor-containing layer 130 is converted into fluorescence 165 by the phosphor fine particles 132, and another part of the incident light 163 that is not absorbed by the phosphor fine particles 132 passes through the phosphor-containing layer 130. pass.
  • Part of the incident light 163 that has passed through the phosphor-containing layer 130 is reflected by the cover member 240 and is incident on the phosphor-containing layer 130 again.
  • Part of the light re-entering the phosphor-containing layer 130 is converted into fluorescence 165 by the phosphor fine particles 132.
  • Fluorescence 165 converted in the phosphor-containing layer 130 and incident light 163 reflected by the phosphor fine particles 132 are emitted in all directions.
  • the fluorescence 165 incident on the cover member 240 passes through the cover member 240 and is emitted in a predetermined emission direction.
  • the fluorescent light 165 traveling to the base member 120 is reflected by the base member 120 and again passes through the phosphor-containing layer 130 and the cover member 240 and is emitted in a predetermined emission direction.
  • the phosphor-containing layer 130 of the phosphor-containing element 130 according to the present embodiment is such that the thickness of the phosphor-containing member 133 is equal to or less than the wavelength of the incident light 163 (excitation light). Since the periodic structure in which the fluorescence 165 hardly propagates in the planar direction is formed with respect to the fluorescence 165, the fluorescence 165 is a two-dimensional parallel to the planar direction of the phosphor-containing layer 130, that is, the main surface of the transparent substrate 10. It hardly propagates in the direction.
  • the emission area of the fluorescence 165 can be made to be approximately the same as the incidence area of the incident light 163 (excitation light), the emission area of the fluorescence 165 can be easily reduced without reducing the area of the phosphor-containing layer 130. can do. As a result, the traveling direction of light can be freely controlled by an optical system or the like disposed at the subsequent stage of the phosphor optical element 100.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining calculation parameters for explaining the function of the phosphor optical element according to the present embodiment.
  • the left side view of FIG. 8A is a view of the phosphor-containing layer 130 viewed from the cross-sectional direction, as in FIG. 6B, and is defined so that the pitch of the transparent members 135 is P and the diameter is D.
  • the incident light 163 is converted into fluorescence 165 at an arbitrary point, and the fluorescence 165 is incident on the transparent member 135 having a triangular lattice shape at an angle ⁇ and propagates through the distance L.
  • the transmittance of the phosphor-containing layer 130 in the phosphor optical element 100 according to the present embodiment is shown in FIG. 8B based on the calculation parameters in the right diagram of FIG. 8A.
  • FIG. 8B shows the transmittance when the angle ⁇ is 0 degree and 15 degrees.
  • FIG. 8C is a diagram showing the spectra of incident light 163 and fluorescence 165 for explaining the effect of the transmittance characteristic of the phosphor-containing layer 130.
  • the wavelength of the excitation light (incident light 163) is 450 nm, and the excitation light in this embodiment is laser light.
  • the fluorescence 165 has a peak wavelength of 540 nm and is assumed to be light from the phosphor fine particles 132 made of a quantum dot phosphor.
  • the phosphor-containing layer 130 has a propagation distance of light with a wavelength of 520 nm to 580 nm with respect to the plane direction It can be seen that almost no propagation occurs in the range of 3 ⁇ m or less. Since these lights are not absorbed by the phosphor-containing layer 130 and cannot propagate in the direction of the base member 120, the light travels above the phosphor optical element 100, that is, toward the cover member 240. In this way, the fluorescent light 165 can be emitted from the fluorescent optical element 100 in the same direction without increasing the light emitting area of the fluorescent light 165. That is, the light emission area of the fluorescence 165 can be reduced without reducing the area of the phosphor-containing member 30.
  • the incident light 163 having a wavelength of 450 nm is scattered by the phosphor fine particles 132 and propagates in the lateral direction, but is absorbed by the phosphor fine particles 132 in the vicinity of the incident position and converted into fluorescence, so that the light emission area increases. There is nothing.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view for explaining each step in the method for manufacturing a phosphor optical element according to the present embodiment.
  • a first lower layer made of a film in which TiO 2 is sandwiched between ZnO, for example.
  • nine base layers 121 and second base layers 122 made of, for example, SiO 2 are alternately stacked to form the base member 120. At this time, it forms so that the outermost surface of the base member 120 may become the 1st base layer 121 which consists of ZnO.
  • the base member 120 first base layer 121
  • a resist 136 is formed. Note that in this embodiment, the resist 136 has a plurality of openings with a circular shape in plan view.
  • the transparent substrate 10 in which the resist 136 is formed on the base member 120 is about 5 in an aqueous solution for forming a zinc oxide crystal composed of zinc nitrate hexahydrate and hexamethylenetetramine heated to 70 ° C.
  • a columnar transparent member 135 made of ZnO is formed as shown in FIG.
  • 0.1M zinc nitrate hexahydrate (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Wako special grade) and 0.1M hexamethylenetetramine (Wako Pure Chemical Industries, Ltd., reagent special grade)
  • aqueous solution for forming a zinc oxide crystal film is prepared.
  • the temperature of the adjusted aqueous solution is set to 70 ° C., and the transparent substrate 10 is immersed in the aqueous solution.
  • a 500 nm ZnO crystal grows on the base member 120 (first base layer 121) exposed from the opening of the patterned resist 136.
  • the transparent base material 10 is taken out from the aqueous solution, washed with pure water and dried.
  • the resist 136 is removed. Thereby, a plurality of columnar transparent members 135 erected in a triangular lattice shape on the base member 120 can be formed.
  • the phosphor fine particles 132 which are core-shell type quantum dot phosphors made of, for example, InP / ZnS, are contained in a transparent member 131 made of, for example, a silicone resin.
  • the contained resin material is dropped from the upper part of the transparent member 135 arranged in a triangular lattice shape.
  • the phosphor-containing resin material including the phosphor fine particles 132 is filled between the transparent members 135 by being left in a vacuum.
  • the phosphor-containing layer 130 constituted by the containing member 133 and the transparent member 135 can be formed. Thereby, the phosphor optical element 100 according to the present embodiment can be easily manufactured.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Modification 1 of Embodiment 2 of the present invention.
  • the configuration of the phosphor optical element 100A according to the present modification is almost the same as the configuration of the phosphor optical element 100 according to the second embodiment.
  • the same components as those in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals.
  • the phosphor optical element 100A according to this modification is different from the phosphor optical element 100 according to Embodiment 2 shown in FIG. 6A in the configuration of the cover member.
  • the cover member 140 in the present modification is a first member made of, for example, ZnO / TiO 2 / ZnO in which the fourth refractive index layer 141b made of, for example, TiO 2 is sandwiched between the third refractive index layers 141a made of ZnO.
  • the dielectric multilayer film includes a cover layer 141 and a second cover layer 142 made of, for example, SiO 2 .
  • the first cover layer 141 and the second cover layer 142 are alternately stacked in a direction perpendicular to the main surface of the transparent substrate 10.
  • the cover member 140 is a mirror for the wavelength of incident light (excitation light) from the excitation light source, and for the wavelength of fluorescence emitted from the phosphor-containing layer 130. And transparent. That is, the cover member 140 functions as a second dichroic mirror that reflects excitation light and transmits fluorescence from the phosphor-containing layer 130.
  • phosphor optical element 100A according to the present modification as described in the first embodiment, together with the effect in the two-dimensional periodic structure of the phosphor-containing layer 130, the base member 120 and the cover member made of a dielectric multilayer film An effect of sandwiching the phosphor-containing layer 130 by 140 dichroic mirrors can be obtained. That is, phosphor optical element 100A according to the present modified example contains phosphor since incident light is transmitted through base member 120 and reflected by cover member 140, as compared with phosphor optical element 100 according to the second embodiment.
  • the layer 130 can efficiently generate fluorescence, and the fluorescence generated in the phosphor-containing layer 130 transmits through the cover member 140 and is reflected by the base member 120, so that the generated fluorescence is efficiently fluorescent.
  • the light can be emitted outside the body optical element 100A.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to Modification 2 of Embodiment 2 of the present invention.
  • the configuration of the phosphor optical element 100B according to the present modification is almost the same as the configuration of the phosphor optical element 100 according to the second embodiment.
  • the same components as those in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals.
  • the phosphor optical element 100B according to this modification is different from the phosphor optical element 100 according to Embodiment 2 shown in FIG. 6A in the configuration of the columnar transparent member.
  • the transparent member 135B in the present modified example is a taper in which the cross-sectional area gradually decreases from the transparent base material 10 side (the base member 120 side) toward the light emission side surface side (the cover member 140 side). It has a truncated cone shape so as to have a structure.
  • the phosphor optical element 100B according to the present modification can incline the ratio of the phosphor-containing member 133 in the phosphor-containing layer 130 with respect to the traveling direction of incident light.
  • the fluorescence conversion efficiency in the phosphor fine particles 132 can be improved, and the fluorescence emitted from the phosphor fine particles 132 is reflected by the side surface of the transparent member 135B and guided to the emission side of the phosphor optical element 100B. it can. Therefore, the fluorescence generated in the phosphor-containing layer 130 can be efficiently emitted to the outside of the phosphor optical element 100B.
  • FIG. 12A is a cross-sectional view showing a configuration of a phosphor optical element according to Modification 3 of Embodiment 2 of the present invention.
  • 12B is a cross-sectional view showing the configuration of the phosphor optical element according to Modification 3 of Embodiment 2 of the present invention taken along the line AA in FIG. 12A. 12A and 12B, the same components as those in FIGS. 6A and 6B are denoted by the same reference numerals.
  • the phosphor optical element 100C includes the phosphor-containing member 133 and the transparent member 135 of the phosphor-containing layer 130 in the phosphor optical element 100 shown in FIGS. 6A and 6B. It is the structure which reversed.
  • the phosphor-containing member 133 is composed of a plurality of cylindrical rods and is arranged in a triangular lattice shape.
  • a transparent member 135 is formed so as to fill the space between the phosphor-containing members 133.
  • the same effect as that of the phosphor optical element 100 according to Embodiment 2 can be obtained by the configuration of the phosphor optical element 100C according to the present modification. That is, the configurations of the phosphor-containing member 133 and the transparent member 135 can be freely changed according to the design of the two-dimensional periodic structure.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining the configuration and operation of a light-emitting device using the phosphor optical element according to Embodiment 2 of the present invention.
  • a light emitting device 199 in the present embodiment includes a package 151 having a recess, a light emitting element 150 mounted on the bottom surface of the recess, and a phosphor optical element 100 formed on the top of the package 151. And the optical axis of the light emitting element 150 is perpendicular to the surface of the transparent substrate 10 in the phosphor optical element 100.
  • each configuration of the light emitting device 199 will be described.
  • the package 151 is made of, for example, white resin, and the inner side surface of the recess is a reflective surface that is inclined so as to reflect the light emitted from the light emitting element 150 in the light extraction direction (phosphor optical element 100 side). .
  • the concave portion of the package 151 may be filled with a transparent resin in which a scattering material is dispersed.
  • the light emitting element 150 is an excitation light source for the phosphor optical element 100, and is, for example, a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) that emits ultraviolet light to blue light having an emission wavelength of 350 to 500 nm.
  • a semiconductor light emitting element such as a light emitting diode (LED) that emits ultraviolet light to blue light having an emission wavelength of 350 to 500 nm.
  • LED light emitting diode
  • an LED chip having an emission wavelength of 450 nm is used.
  • the light emitting element 150 mounted on the bottom surface of the recess of the package 151 is electrically connected to a lead frame (not shown) embedded in the bottom surface of the recess of the package 151.
  • the phosphor optical element 100 is disposed on the upper surface of the package 151 with a predetermined distance from the light emitting element 150.
  • phosphor optical element 100 is formed so as to cover the opening of the recess of package 151.
  • a collimating lens 158 is disposed on the light emitting side of the light emitting device 199.
  • the incident light 163 (excitation light) emitted from the light emitting element 150 enters the phosphor optical element 100 and is converted into fluorescence 165.
  • the fluorescence 165 is emitted from the phosphor optical element 100 at a light distribution angle narrower than the incident light 163 having a predetermined Lambertian distribution emitted from the light emitting element 150, and is converted into parallel light 167 by the collimator lens 158.
  • the collimating lens 158 can obtain good parallel light with a small oblique light component.
  • a light emitting diode is used as the light emitting element 150, but a semiconductor laser or a super luminescent diode, which is an edge emitting light emitting element in which an optical waveguide is formed, is used. May be.
  • the emitted light of the light emitting element is emitted in parallel to the bottom surface of the recess, it is preferable that the emitted light rises vertically using the inclined surface of the package side surface.
  • the light emitting element 150 has an emission wavelength of 450 nm, for example, a semiconductor laser that emits light with a wavelength of 380 nm to 440 nm may be used.
  • the phosphor fine particles 132 of the phosphor-containing member 133 are InP / ZnS core-shell quantum dot phosphors. This is not the case.
  • the material of the quantum dot phosphor is, for example, at least one selected from InN, InP, InAs, InSb, GaN, GaP, GaAs, GaSb, AlN, AlP, AlAs, AlSb, and BN, which are II-V group compound semiconductors.
  • the phosphor fine particles 132 are non-doped quantum dot phosphors, but doped quantum dot phosphors may be used.
  • the doped quantum dot phosphor for example, at least one of ZnS: Mn 2+ , CdS: Mn 2+ and YVO 4 : Eu 3+ can be used as a constituent material.
  • the phosphor fine particles 132 may be any phosphor fine particles having a phosphor size less than or equal to the fluorescence wavelength and reduced non-radiative recombination loss due to surface defects in a broad sense, for example, YAG: Ce. Nanoparticles may be used.
  • the resin material of the transparent member 131 is a silicone resin, but this is not a limitation.
  • a resin material of the transparent member 131 a transparent resin material such as an acrylic resin or an epoxy resin can be used in addition to the silicone resin.
  • the transparent member 131 does not need to be comprised with a resin material, For example, you may comprise with an inorganic transparent material like low melting glass.
  • the phosphor-containing member 133 can be configured by mixing phosphor fine particles 132 having a wavelength equal to or smaller than the fluorescence wavelength in the inorganic transparent material.
  • the first base layer 121, the second base layer 122, the first cover layer 141, and the second cover layer 142 are formed of a multilayer film of a combination of TiO 2 , ZnO, and SiO 2.
  • the base member 120 and the cover member 140 are preferably a dielectric multilayer film of a low refractive index material and a high refractive index material.
  • the low refractive index material examples include Bi 2 O 3 , Ta 2 O 5 , La 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiOx (x ⁇ 1), LaF 3 , La 2 O 3 and Al 2 O 3 composite oxide, and Pr 2 O 3 and Al 2 O 3 composite oxide Any one or a composite oxide of two or more of these materials, or a dielectric material such as a fluoride such as CaF 2 , MgF 2 , or LiF can be used.
  • the high refractive index material for example, any one of TiO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5 , or, mainly composed of any one of TiO 2, Nb 2 O 5, Ta 2 O 5 The composite oxide etc. which were made can be used.
  • the phosphor optical element and the light-emitting device according to the present invention have been described based on the embodiments and the modifications.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and the present invention is not limited thereto.
  • the present invention includes various modifications that can be conceived by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. Moreover, you may combine each component in several embodiment arbitrarily in the range which does not deviate from the meaning of invention.
  • the phosphor optical element and the light emitting device according to the present invention are useful as a light source of a backlight in a liquid crystal television or a liquid crystal monitor, or a light source of a projection display such as a projector.

Abstract

　本発明に係る蛍光体光学素子は、励起光源からの入射光の波長に対して透明な透明基材（１０）の上に順に形成された、下地部材（２０）と、蛍光体微粒子（３２）を含んだ透明部材（３１）で構成される蛍光体含有部材（３０）と、カバー部材（４０）とを備え、蛍光体微粒子（３２）の粒子径は、入射光の波長以下であり、蛍光体含有部材（３０）の透明基材（１０）の主面に垂直な方向における任意の断面線による断面において、透明基材（１０）の主面に垂直な方向における蛍光体含有部材（３０）の厚みは、入射光の波長以下である。

Description

蛍光体光学素子およびそれを用いた発光装置
　本発明は、蛍光体光学素子およびそれを用いた発光装置に関し、特に、プロジェクタ用光源や液晶表示装置のバックライト用光源として用いられる発光装置における蛍光体光学素子に関する。
　近年、薄型テレビやプロジェクタなどの表示装置の市場が急速に伸びてきている。これらの表示装置内には液晶パネルが備えられている。液晶パネルの裏面には白色の光を放射する発光装置が白色光源装置として備えられている。液晶パネルは、透過型の光変調素子として用いられ、発光装置から照射された光の透過率を制御することにより画像を形成する。これら発光装置として従来は冷陰極蛍光ランプ（ＣＣＦＬ：Ｃｏｌｄ　Ｃａｔｈｏｄｅ　Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｔ　Ｌａｍｐ）や超高圧水銀（ＵＨＰ：Ｕｌｔｒａ　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）ランプが用いられてきたが、近年、省エネ化や環境面からの水銀レス化の流れの中で、このような光源としてＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）などの半導体発光素子と、半導体発光素子からの光を蛍光体により変換して蛍光を取り出す蛍光体光学素子とを組み合わせた発光装置の開発が進んでいる。
　発光装置の構成としては、同一のパッケージ上に半導体発光素子と蛍光体光学素子を配置させた蛍光体一体型のものと、半導体発光素子と蛍光体光学素子を表示装置内の離れた場所に配置する蛍光体分離型のものがある。
　いずれの発光装置においても、蛍光体光学素子では、蛍光体からの発光である蛍光は、全方位方向に放射されるため、蛍光を効率良く取り込む光学系や蛍光の指向性を向上させることが課題である。
　既存技術として、例えば特許文献１には、蛍光体が含有された樹脂とＬＥＤ素子との間にダイクロイックミラーを配置して、全方位に放射される蛍光のうちＬＥＤ素子側への光を反射させることにより、蛍光の利用効率を改善する技術が開示されている。以下、図１４を用いて従来の発光装置１０００について説明する。
　図１４に示すように、従来の発光装置１０００は、開口部１０４２を有する凹型のケース１００４と、ケース１００４の凹部底面である素子搭載面１０４０上に実装された蛍光体励起用光源であるＬＥＤ素子１００２と、ＬＥＤ素子１００２の上部に設けられたダイクロイックミラー１００３とを備える。また、ＬＥＤ素子１００２の上方には、粒子径が１０～２０μｍ程度であるＹＡＧ：Ｃｅなどの希土類賦活蛍光体がシリコーン樹脂に含有されている蛍光体含有シリコーン樹脂１００８がシリコーン樹脂１００７を介して形成されている。ケース１００４の凹部側面は、ＬＥＤ素子１００２の光出射方向に対して斜めに傾斜するように形成された傾斜面１０４１であり、ＬＥＤ素子１００２からの光とともに、蛍光体含有シリコーン樹脂１００８から放射された蛍光を、発光装置１０００の前方向に反射させる機能を有する。
　このような構成の発光装置１０００において、ＬＥＤ素子１００２から放射された光は、シリコーン樹脂１００７を透過し、蛍光体含有シリコーン樹脂１００８に入射する。蛍光体含有シリコーン樹脂１００８に入射した光については、その一部の光は反射し、他の一部の光は蛍光体で吸収されて蛍光として放射される。蛍光体含有シリコーン樹脂１００８による蛍光は、全方位に放射され、傾斜面１０４１およびダイクロイックミラー１００３等で多重反射されて開口部１０４２全面から発光装置１０００の外部に放射される。
　また、特許文献２には、ダイクロイックミラーと蛍光体とを組み合わせた蛍光体発光素子に励起光源の光を入射させ、得られた蛍光をプロジェクタの光源として利用する発光装置が開示されている。
特開２００６－１８６０２２号公報 特開２０１０－１９８８０５号公報
　しかしながら、従来の蛍光体光学素子においては、得られた蛍光を所望の発光面積で所定の方向に効率よく放射させることが難しいという課題を有する。具体的には、蛍光体が含有された部材（蛍光体含有部材）とダイクロイックミラーとを組み合わせることで、蛍光を所定の方向に出射させることは可能であるが、蛍光体含有部材の層の平面方向には蛍光が自由に伝搬することができるため、蛍光体含有部材の全面から蛍光が放射されることになり蛍光の発光面積が大きくなってしまうという課題を有する。この場合、蛍光体光学素子から出射された蛍光をレンズ等を用いて平行光に変換する場合、斜め光成分が増えてしまい、後段の光学系でのロスとなり、結局光学系の効率が低下してしまう。このような課題に対して、例えば蛍光体含有部材の面積を小さくすることも考えられるが、この場合、蛍光体含有部材と発光素子との位置合わせ精度を高くする必要があるため、蛍光体光学素子のコストアップとなってしまう。
　本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、蛍光体含有部材の面積を小さくすることなく、容易に蛍光の発光面積を小さくすることができる蛍光体光学素子および発光装置を提供することを目的とする。
　上記の課題に対して、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様は、励起光源から放射される入射光の波長に対して透明な透明基材の上に順に形成された、下地部材と、蛍光体微粒子を含んだ透明部材で構成される蛍光体含有部材と、カバー部材とを備え、前記蛍光体微粒子の粒子径は、前記入射光の波長以下であり、前記蛍光体含有部材の前記透明基材の主面に垂直な方向における任意の断面線による断面図において、前記透明基材の主面に垂直な方向および水平な方向の少なくとも一方における前記蛍光体含有部材の厚みは、前記入射光の波長以下であることを特徴とする。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減することができる。このため、蛍光の発光面積を励起光源から放射される入射光の入射面積と同程度とすることができる。
　また、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様において、前記下地部材および前記カバー部材の少なくとも一方が、前記透明基材に垂直な方向に積層された多層膜からなる構成としてもよい。この場合、前記多層膜は、誘電体多層膜であることが好ましい。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減し、蛍光を所定の出射方向に誘導させることができる。
　また、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様において、前記下地部材は、前記入射光を透過し、かつ、前記蛍光体含有部材から放射される蛍光を反射することが好ましい。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減し、蛍光を所定の出射方向に誘導させることができる。
　また、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様において、前記蛍光体含有部材は、前記透明基材の主面に平行な方向である二次元平面方向において、二次元周期構造による屈折率分布を有するように構成してもよい。この場合、前記二次元周期構造は、フォトニック結晶によって構成することができる。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減し、蛍光を所定の出射方向に誘導させることができる。
　また、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様において、前記蛍光体含有部材が、屈折率が異なる２種類の透明材料により構成され、前記蛍光体微粒子は、前記屈折率が異なる２種類の透明材料の少なくともいずれか一方に含まれるようにしてもよい。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減し、蛍光を所定の出射方向に誘導させることができる。
　また、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様において、前記屈折率が異なる２種類の透明材料の少なくともいずれか一方は、ＺｎＯによって構成してもよい。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減し、蛍光を所定の出射方向に誘導させることができる蛍光体光学素子を容易に構成することができる。
　また、本発明に係る蛍光体光学素子の一態様において、前記下地部材の最上層は、ＺｎＯ膜によって構成してもよい。
　この構成により、蛍光体微粒子で生成された蛍光の一部が、透明基材の主面に平行な方向に伝搬することを低減し、蛍光を所定の出射方向に誘導させることができる蛍光体光学素子を容易に構成することができる。
　また、本発明に係る発光装置の一態様は、上記の蛍光体光学素子と、励起光源である発光素子とを備える発光装置であって、前記発光素子の光軸は、前記蛍光体光学素子における前記透明基材の表面に対して垂直であること特徴とする。
　この構成により、発光素子から出射した光の波長を簡単な構成で容易に変換することができるとともに、光の伝搬方向を維持させることが可能となる。
　本発明によれば、蛍光体含有部材の面積を小さくすることなく、容易に蛍光の発光面積を小さくすることができる。これにより、後段の光学系等によって自由に光の進行方向を制御することが出来る。
図１は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子の動作を説明するための図である。 図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子の機能を説明するための計算パラメータを示す図である。 図３Ｂは、図３Ａの計算パラメータによって求めた本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子における下地部材およびカバー部材の透過率を示す図である。 図３Ｃは、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子における励起光および蛍光の光強度を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子を用いた発光装置の構成および動作を説明するための図である。 図５は、本発明の実施の形態１の変形例に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図６Ａは、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図６Ｂは、図６ＡのＡ－Ａ線における本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子の動作を説明するための図である。 図８Ａは、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子の機能を説明するための計算パラメータを説明するための図である。 図８Ｂは、図８Ａの計算パラメータによって求めた本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子における蛍光体含有層の透過率を示す図である。 図８Ｃは、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子における励起光および蛍光の光強度を示す図である。 図９は、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子の製造方法における各工程を説明するための断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態２の変形例１に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図１１は、本発明の実施の形態２の変形例２に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図１２Ａは、本発明の実施の形態２の変形例３に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図１２Ｂは、図１２ＡのＡ－Ａ線における本発明の実施の形態２の変形例３に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。 図１３は、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子を用いた発光装置の構成および動作を説明するための図である。 図１４は、従来例における発光装置の構成を示す断面図である。
　以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものであり、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲の記載に基づいて特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面において、実質的に同一の構成、動作、および効果を表す要素については、同一の符号を付す。
　（実施の形態１）
　以下、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子および発光装置について説明する。まず、本発明の実施の形態１に係る蛍光体光学素子について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。
　図１に示すように、本実施の形態における蛍光体光学素子１は、励起光源からの入射光によって蛍光発光する発光素子であって、透明基材１０と、透明基材１０の上に順に形成された、下地部材２０、蛍光体含有部材３０およびカバー部材４０からなる積層構造体とを備える。
　透明基材１０は、励起光源からの入射光の波長に対して透明な材料によって構成されており、例えばガラスや透明樹脂フィルムなどの透明基板を用いることができる。
　下地部材２０は、例えばＴｉＯ２からなる第２の屈折率層２１ｂがＺｎＯからなる第１の屈折率層２１ａで挟み込まれた構成である第１の下地層２１（第１の層）と、例えばＳｉＯ２からなる第２の下地層２２（第２の層）とによって形成された誘電体多層膜であり、各層は、透明基材１０の主面（表面）に対して垂直な方向に積層されている。下地部材２０は、第１の下地層２１と第２の下地層２２とが交互に積層され、複数の第１の下地層２１と複数の第２の下地層２２とが例えば５層以上積層された多層膜である。本実施の形態における下地部材２０は、４層の第１の下地層２１と３層の第２の下地層２２との７層によって構成されている。なお、下地部材２０における最下層と最上層とはいずれもＺｎＯ膜からなる第１の下地層２１となっている。
　また、下地部材２０は、励起光源からの入射光（励起光）の波長に対して透明であり、かつ、蛍光体含有部材３０から放射される蛍光の波長に対してミラーである。すなわち、下地部材２０は、励起光を透過するとともに蛍光体含有部材３０からの蛍光を反射する第１のダイクロイックミラーとして機能する。
　蛍光体含有部材３０は、下地部材２０の上に積層された蛍光体含有層であって、透明材料によって構成される透明部材３１と、透明部材３１に含有され、励起光源からの入射光（励起光）によって蛍光発光する蛍光体微粒子３２とからなる。蛍光体微粒子３２としては、例えば、ＩｎＰ／ＺｎＳのコア・シェル型量子ドット蛍光体のような粒子直径が１００ｎｍ以下の半導体微粒子を用いることができる。量子ドット蛍光体は、量子サイズ効果によって同一材料の微粒子であっても粒径を制御することで可視光領域における所望の波長帯の蛍光スペクトルを得ることができる。また、透明部材３１としては、例えば、屈折率が１．４であるシリコーン樹脂などの透明樹脂材料を用いることができる。
　カバー部材４０は、蛍光体含有部材３０の上に形成されており、例えばＴｉＯ２からなる第４の屈折率層４１ｂがＺｎＯからなる第３の屈折率層４１ａで挟み込まれた構成である第１のカバー層４１（第３の層）と、例えばＳｉＯ２からなる第２のカバー層４２（第４の層）とからなる誘電体多層膜であり、各層は、透明基材１０の主面に対して垂直な方向に交互に積層されている。カバー部材４０は、第１のカバー層４１と第２のカバー層４２とが交互に積層され、複数の第１のカバー層４１と複数の第２のカバー層とが例えば５層以上積層された多層膜である。本実施の形態におけるカバー部材４０は、４層の第１のカバー層４１と４層の第２のカバー層４２との８層によって構成されている。
　また、カバー部材４０は、下地部材２０とは逆に、励起光源からの入射光（励起光）の波長に対してミラーであり、かつ、蛍光体含有部材３０から放射される蛍光の波長に対して透明である。すなわち、カバー部材４０は、励起光を反射するとともに蛍光体含有部材３０からの蛍光を透過する第２のダイクロイックミラーとして機能する。
　このように構成される蛍光体光学素子１において、蛍光体含有部材３０における蛍光体微粒子３２の粒子径は、励起光源からの入射光の波長以下となるように構成されている。また、蛍光体含有部材３０の透明基材１０の主面に垂直な方向における任意の断面線による断面において、透明基材１０の主面に垂直な方向（積層方向）における蛍光体含有部材３０の厚み、すなわち、蛍光体含有部材３０の膜厚も、励起光源からの入射光の波長以下となるように構成されている。
　この構成により、例えば、蛍光体含有部材３０の蛍光体微粒子３２は、波長４０５ｎｍの励起光（入射光）を長波長変換して、例えばピーク波長が５４０ｎｍ、スペクトルの半値全幅が５０ｎｍの蛍光を発する。この場合、蛍光体含有部材３０の上記断面における厚みは、励起光の波長以下、すなわち、４０５ｎｍ以下とする。より具体的には、蛍光体含有部材３０の上記断面における厚みは、例えば蛍光のピーク波長（５４０ｎｍ）を透明部材３１の屈折率（１．４）で割った約３９０ｎｍ以下とする。
　次に、このように構成された本実施の形態に係る蛍光体光学素子１の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の動作を説明するための図である。
　図２に示すように、透明基材１０側から入射した励起光源からの入射光６３は、透明基材１０および下地部材２０を透過し、蛍光体含有部材３０に入射する。蛍光体含有部材３０に入射した入射光６３の一部は、蛍光体微粒子３２によって蛍光６５に変換されて放射され、一方、蛍光体微粒子３２に吸収されない入射光６３の他の一部は、蛍光体含有部材３０を通過する。蛍光体含有部材３０を通過した入射光６３は、カバー部材４０によって反射されて再び蛍光体含有部材３０に入射する。蛍光体含有部材３０に再入射した光は、蛍光体微粒子３２によって蛍光６５に変換される。このように、蛍光体含有部材３０を通過した光はカバー部材４０によって反射して蛍光体含有部材３０に再入射するため、入射光６３を効率よく蛍光６５に変換することができる。
　蛍光体含有部材３０において生成された蛍光６５は、全方位に放射される。このうち、カバー部材４０に入射した蛍光６５は、カバー部材４０を通過して所定の出射方向に放射される。一方、下地部材２０に進行する蛍光６５は、下地部材２０によって反射され、蛍光体含有部材３０およびカバー部材４０を通過して所定の出射方向に放射される。
　この場合、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１では、上述のとおり、蛍光体含有部材３０の膜厚が入射光６３（励起光）の波長以下となるように構成されているので、蛍光体含有部材３０の膜厚は蛍光６５に対して十分薄くなっている。これにより、蛍光６５は、蛍光体含有部材３０の平面方向、すなわち透明基材１０の主面に平行な二次元方向（積層方向に垂直な方向）にはほとんど伝搬しない。従って、蛍光６５の発光面積を入射光６３（励起光）の入射面積と同程度とすることができるので、蛍光体含有部材３０の面積を小さくすることなく、容易に蛍光６５の発光面積を小さくすることができる。この結果、蛍光体光学素子１の後段に配置される光学系等によって自由に光の進行方向を制御することができる。
　次に、図２における本実施の形態に係る蛍光体光学素子１の動作について、図３Ａ、図３Ｂおよび図３Ｃの計算結果に基づいて説明する。図３Ａは、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の機能を説明するための計算パラメータを示す図である。図３Ｂは、図３Ａの計算パラメータによって求めた本実施の形態に係る蛍光体光学素子における下地部材およびカバー部材の透過率を示す図である。図３Ｃは、本実施の形態に係る蛍光体光学素子における励起光および蛍光の光強度を示す図である。
　ここで、図３Ｃに示すように、励起光（入射光６３）の波長は４０５ｎｍであり、本実施の形態における励起光はレーザ光とした。蛍光６５は、ピーク波長が５４０ｎｍであり、量子ドット蛍光体からなる蛍光体微粒子３２からの光であるとした。
　図３Ｂに示すように、図３Ａの計算パラメータによって求められた下地部材２０およびカバー部材４０の透過率によると、下地部材２０は、波長４０５ｎｍの入射光６３を透過する一方で、中心波長５４０ｎｍの蛍光６５のほとんどを反射する。また、カバー部材４０は、波長４０５ｎｍの入射光６３を反射する一方で、中心波長５４０ｎｍの蛍光６５を透過することが分かる。
　このように、本実施の形態において、蛍光体含有部材３０は、下地部材２０およびカバー部材４０によるダイクロイックミラーによって挟まれているので、図２において説明したように、入射光６３は下地部材２０を透過するとともにカバー部材４０によって反射されるので蛍光体含有部材３０において効率良く蛍光６５を生成することができる。また、蛍光体含有部材３０で生成された蛍光６５は、カバー部材４０を透過するとともに下地部材２０によって反射されるので、得られた蛍光６５を、効率良く蛍光体光学素子１の外部に出射させることができる。また、本実施の形態では、蛍光体含有部材３０の厚みが入射光６３（励起光）の波長以下となるように構成されているので、蛍光６５は蛍光体含有部材３０の平面方向にはほとんど伝搬しない。従って、蛍光体含有部材３０の面積を小さくすることなく、蛍光６５の発光面積を小さくすることできる。
　次に、図１に示す蛍光体光学素子１を用いた発光装置９９の構成および動作について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る蛍光体光学素子を用いた発光装置の構成および動作を説明するための図である。
　図４に示すように、本実施の形態における発光装置９９は、蛍光体光学素子１と、複数の半導体レーザ（半導体発光素子）によって構成された励起光源である発光素子５０とを備え、発光素子５０の光軸は、蛍光体光学素子１における透明基材１０の表面に対して垂直である。また、発光装置９９は、複数の発光素子５０のそれぞれの光出射位置に配置された複数のコリメートレンズ５２と、各コリメートレンズ５２に対応し、各コリメートレンズ５２の前方（光進行方向）に配置された複数の反射ミラー５４と、複数の反射ミラー５４によって反射された全ての光を集光するように、反射ミラー５４による反射光の光路に配置された一つの集光レンズ５６とを備える。蛍光体光学素子１は、集光レンズ５６の集光位置に蛍光体光学素子１の蛍光体含有部材３０が位置合わせされるように配置される。すなわち、蛍光体光学素子１の蛍光体含有部材３０は、集光レンズ５６の焦点に配置されている。なお、蛍光体光学素子１の光出射側には、蛍光体光学素子１と対向する位置にコリメートレンズ５８が配置される。
　続いて発光装置９９の動作を説明する。まず、複数の発光素子５０から出射した各出射光６０（励起光）は、対応するコリメートレンズ５２によって平行光６１となり、さらに反射ミラー５４により光伝搬面積が整形された平行光６２となる。平行光６２は集光レンズ５６により集光光となり、入射光６３として蛍光体光学素子１に入射して蛍光体含有部材３０に集光する。蛍光体含有部材３０において、入射光６３は半導体微粒子によって蛍光６５に変換され、蛍光体光学素子１から出射される。蛍光体光学素子１から出射された蛍光６５はコリメートレンズ５８により平行光６７に変換される。
　本実施の形態に係る発光装置９９によれば、蛍光体光学素子１によって蛍光６５の発光面積を小さくすることできるため、蛍光体光学素子１から出射する光を、コリメートレンズ５８によって容易に平行光に変換することが出来る。このように、発光装置９９によれば、蛍光体光学素子１によって生成される蛍光６５の発光面積を小さくすることできるので、蛍光体光学素子１の後段の配置される光学系等によって自由に光の進行方向を制御することができる。
　次に、本発明の実施の形態１の変形例に係る蛍光体光学素子１Ａについて、図５を用いて説明する。図５は、本実施の形態の変形例に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。なお、本変形例に係る蛍光体光学素子１Ａの構成は、実施の形態１に係る蛍光体光学素子１の構成とほとんど同じであるので、本変形例では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明する。なお、図５において、図１における構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
　図５に示すように、本変形例に係る蛍光体光学素子１Ａは、図１に示す実施の形態１に係る蛍光体光学素子１と比較して、蛍光体含有部材の構成が異なっており、本変形例における蛍光体含有部材３０Ａは、透明材料からなる複数の層によって構成されている。
　具体的に、本変形例に係る蛍光体光学素子１Ａでは、蛍光体含有部材３０Ａが、第１の蛍光体含有部材３０ａおよび第２の蛍光体含有部材３０ｂの２つの蛍光体含有部材を有し、さらに、第１の蛍光体含有部材３０ａと第２の蛍光体含有部材３０ｂとの間に形成された透明部材３５を有する。
　第１の蛍光体含有部材３０ａおよび第２の蛍光体含有部材３０ｂのそれぞれは、図１の蛍光体含有部材３０と同様に、透明部材３１と、透明部材３１に含有された蛍光体微粒子３２とからなる。ここで、第１の蛍光体含有部材３０ａおよび第２の蛍光体含有部材３０ｂの透明部材３１と、透明部材３５とは、屈折率の異なる透明材料によって構成されることが好ましい。また、透明部材３５は、透明材料のみによって形成されており、蛍光体微粒子は含有されていない。
　本変形例においても、複数の蛍光体含有部材のそれぞれは、すなわち第１の蛍光体含有部材３０ａおよび第２の蛍光体含有部材３０ｂは、実施の形態１と同様に、各蛍光体含有部材の厚みが蛍光および入射光の波長以下に設定されている。この構成により、各蛍光体含有部材の厚みを増やし、実効的な蛍光体微粒子の量を増やした場合においても、個々の蛍光体含有部材の厚みを蛍光および入射光の波長以下としているので、蛍光の水平方向の伝搬を抑制することができ、蛍光の発光面積を小さくすることができる。
　なお、本変形例において、第１の蛍光体含有部材３０ａおよび第２の蛍光体含有部材３０ｂのいずれにも蛍光体微粒子３２を含有させたが、蛍光体微粒子３２はいずれか一方のみに含有させても構わない。
　以上、実施の形態１に係る蛍光体光学素子および発光装置について説明したが、本発明は、上記の実施の形態や変形例に限られるものではない。
　例えば、図４に示す本実施の形態に係る発光装置９９においては、発光素子５０として、半導体レーザを用いたが、光導波路が形成された端面出射型の発光素子としてスーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。また、励起光源である半導体レーザの発光波長を４０５ｎｍとしたが、例えば４２０ｎｍから４９０ｎｍの波長の光を出射する半導体レーザであってもよい。
　また、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１において、蛍光体含有部材３０の蛍光体微粒子３２は、ＩｎＰ／ＺｎＳのコア・シェル型の量子ドット蛍光体としたが、この限りではない。量子ドット蛍光体の材料としては、例えばＩＩ－Ｖ族化合物半導体である、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂおよびＢＮから選択される少なくとも１つ、ＩＩ－ＶＩ族化合物半導体である、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＺｎＴｅから選択される少なくとも１つ、または、これらの混晶結晶よりなる群から選択される少なくとも１つを用いることができる。
　また、本実施の形態において、蛍光体微粒子３２は、ノンドープ型の量子ドット蛍光体を用いたが、ドープ型の量子ドット蛍光体を用いてもよい。ドープ型の量子ドット蛍光体を構成する材料としては、例えば、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋、ＣｄＳ：Ｍｎ２＋およびＹＶＯ４：Ｅｕ３＋の少なくとも１つを用いることができる。さらに、蛍光体微粒子３２は、より広義には蛍光体の大きさが蛍光の波長以下でありかつ表面欠陥による非発光再結合ロスを低減させた蛍光体微粒子あればよく、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅのナノ粒子を用いてもよい。
　また、本実施の形態において、透明部材３１の樹脂材料はシリコーン樹脂としたが、この限りではない。透明部材３１の樹脂材料としては、シリコーン樹脂のほかに、アクリル樹脂やエポキシ樹脂のような透明な樹脂材料を用いることもできる。また、透明部材３１は、樹脂材料によって構成する必要はなく、例えば、低融点ガラスのような無機透明材料によって構成してもよい。この場合、無機透明材料に蛍光の波長以下の粒子径の蛍光体微粒子３２を混合させることで蛍光体含有部材３０を構成することができる。
　また、本実施の形態において、第１の下地層２１、第２の下地層２２、第１のカバー層４１および第２のカバー層４２は、ＺｎＯ、ＴｉＯ２およびＳｉＯ２の組み合わせによる多層膜としたが、この限りではない。下地部材２０およびカバー部材４０は、低屈折率材料と高屈折率材料との誘電体多層膜であることが好ましく、屈折率の低い材料としては、例えば、Ｂｉ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ（ｘ≦１）、ＬａＦ３、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物、および、Ｐｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物のいずれか１つ、または、これらのうちの２種以上の材料による複合酸化物、あるいは、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ等のフッ化物等の誘電体材料を用いることができる。また、屈折率が高い材料としては、例えば、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５のいずれか１つ、または、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５のいずれかを主成分とした複合酸化物等を用いることができる。
　（実施の形態２）
　次に、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子について、図６Ａおよび図６Ｂを用いて説明する。図６Ａは、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。図６Ｂは、図６ＡのＡ－Ａ線における本実施の形態に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。なお、図６Ａにおいて、図１に示す構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付しており、その説明は省略または簡略化する。
　図６Ａおよび図６Ｂに示すように、本実施の形態における蛍光体光学素子１００は、励起光源からの入射光によって蛍光発光する発光素子であって、例えばガラスや透明樹脂フィルムなどからなる透明基材１０と、透明基材１０の上に順に形成された、下地部材１２０、蛍光体含有層１３０およびカバー部材２４０からなる積層構造体とを備える。
　下地部材１２０は、例えばＴｉＯ２からなる第２の屈折率層１２１ｂがＺｎＯからなる第１の屈折率層１２１ａで挟み込まれた第１の下地層１２１と、例えばＳｉＯ２からなる第２の下地層１２２とによって形成された誘電体多層膜であり、各層は、透明基材１０の主面（表面）に対して垂直な方向に積層されている。下地部材１２０は、第１の下地層１２１と第２の下地層１２２とが交互に積層され、複数の第１の下地層１２１と複数の第２の下地層１２２とが例えば５層以上積層された多層膜である。本実施の形態における下地部材１２０は、４層の第１の下地層１２１と３層の第２の下地層１２２との７層によって構成されている。なお、下地部材１２０における最下層と最上層とはいずれもＺｎＯ膜からなる第１の下地層２１となっている。
　また、下地部材１２０は、励起光源からの入射光（励起光）の波長に対して透明であり、かつ、蛍光体含有層１３０から放射される蛍光の波長に対してミラーである。すなわち、下地部材１２０は、励起光を透過するとともに蛍光体含有層１３０からの蛍光を反射する第１のダイクロイックミラーとして機能する。
　蛍光体含有層１３０は、下地部材１２０の上に形成されており、蛍光体含有部材１３３と、透明部材１３５とによって構成されている。蛍光体含有部材１３３は、透明材料によって構成される透明部材１３１と、透明部材１３１に含有され、励起光源からの入射光（励起光）によって蛍光発光する蛍光体微粒子１３２とからなる。蛍光体微粒子１３２は、例えば、ＩｎＰ量子ドット蛍光体のような粒子直径が１００ｎｍ以下の半導体微粒子を用いることができる。透明部材１３１は、第１の透明部材であって、例えば屈折率が１．４であるシリコーン樹脂などの透明材料を用いることができる。
　透明部材１３５は、透明材料によって構成された複数の円柱状のロッドによって構成された第２の透明部材であって、図６Ｂに示すように、互いに三角格子の位置関係となるように下地部材１２０の上に立設されている。本実施の形態において、透明部材１３５は、透明材料のみによって構成されている。また、同図に示すように、蛍光体含有層１３０における蛍光体含有部材１３３は、立設された柱状の透明部材１３５の間を埋めるように形成されている。透明部材１３５の透明材料としては、蛍光体含有部材１３３における透明部材１３１における透明材料とは異なる屈折率の材料を用いることが好ましく、例えば屈折率が２．０のＺｎＯを用いることができる。
　このように、本実施の形態において、蛍光体含有層１３０は、透明基材１０の主面に平面な方向である二次元平面方向において、蛍光体含有部材１３３と透明部材１３５とが交互に配置され、二次元周期構造による屈折率分布を有するように構成されている。このような二次元周期構造は、例えば、屈折率が周期的に変化するナノ構造体であるフォトニック結晶によっても構成することができる。
　カバー部材２４０は、ガラスなどの透明材料からなる透明基板であり、蛍光体含有層１３０の上に形成される。本実施の形態におけるカバー部材２４０は、一枚のガラス基板によって構成されている。
　このように構成される蛍光体光学素子１００において、蛍光体含有部材１３３における蛍光体微粒子１３２の粒子径は、励起光源からの入射光の波長以下となるように構成されている。また、蛍光体含有層１３０の透明基材１０の主面に垂直な方向における任意の断面線による断面において、透明基材１０の主面に水平な方向における蛍光体含有部材１３３の厚み、すなわち、蛍光体含有層１３０の水平方向の厚みのうち透明部材１３５の厚みを除いた厚みも、励起光源からの入射光の波長以下となるように構成されている。
　この構成により、例えば、蛍光体含有部材１３３の蛍光体微粒子１３２は、波長４５０ｎｍの励起光（入射光）を長波長変換して、例えばピーク波長が５４０ｎｍの蛍光を発する。この場合、蛍光体含有部材１３３の上記断面における厚み、すなわち、三角格子状に形成された透明部材１３５のピッチは、励起光の波長である４５０ｎｍ以下とする。より具体的には、蛍光体含有部材１３３の上記断面における厚みは、例えば蛍光のピーク波長（５４０ｎｍ）を透明部材１３１の屈折率（１．４）で割った３８０ｎｍ以下とする。
　次に、このように構成された本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００の動作について、図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の動作を説明するための図である。
　図７に示すように、透明基材１０側から入射した励起光源からの入射光１６３は、透明基材１０および下地部材１２０を透過し、蛍光体含有層１３０に入射する。蛍光体含有層１３０に入射した入射光１６３の一部は、蛍光体微粒子１３２によって蛍光１６５に変換され、蛍光体微粒子１３２に吸収されない入射光１６３の他の一部は、蛍光体含有層１３０を通過する。蛍光体含有層１３０を通過した入射光１６３の一部は、カバー部材２４０によって反射されて再び蛍光体含有層１３０に入射する。蛍光体含有層１３０に再入射した光の一部は、蛍光体微粒子１３２によって蛍光１６５に変換される。
　蛍光体含有層１３０において変換された蛍光１６５や蛍光体微粒子１３２に反射された入射光１６３は、全方位に放射される。このうち、カバー部材２４０に入射した蛍光１６５は、カバー部材２４０を通過して所定の出射方向に放射される。一方、下地部材１２０に進行する蛍光１６５は、下地部材１２０によっては反射され、再び蛍光体含有層１３０およびカバー部材２４０を通過して所定の出射方向に放射される。
　この場合、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００は、上述のとおり、蛍光体含有部材１３３の厚みが入射光１６３（励起光）の波長以下となるように、蛍光体含有層１３０は、蛍光１６５に対して、平面方向には蛍光１６５が伝搬しにくい周期構造が形成されているので、蛍光１６５は蛍光体含有層１３０の平面方向、すなわち透明基材１０の主面に平行な二次元方向にはほとんど伝搬しない。従って、蛍光１６５の発光面積を入射光１６３（励起光）の入射面積と同程度とすることができるので、蛍光体含有層１３０の面積を小さくすることなく、容易に蛍光１６５の発光面積を小さくすることができる。この結果、蛍光体光学素子１００の後段に配置される光学系等によって自由に光の進行方向を制御することができる。
　次に、図７における本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００の動作について、図８Ａ、図８Ｂおよび図８Ｃの計算結果に基づいて説明する。図８Ａは、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の機能を説明するための計算パラメータを説明するための図である。具体的に図８Ａの左側図は、図６Ｂと同様に、蛍光体含有層１３０を断面方向から見た図であり、透明部材１３５のピッチがＰ、直径がＤとなるように定義される。また、任意の点で入射光１６３が蛍光１６５に変換され、当該蛍光１６５が三角格子状の透明部材１３５へ角度θで入射し、距離Ｌを伝搬したとする。このとき、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００における蛍光体含有層１３０の透過率は、図８Ａの右側図の計算パラメータに基づいて図８Ｂに示される。なお、図８Ｂでは、角度θが０度の場合と１５度の場合における透過率を示している。また、図８Ｃは、蛍光体含有層１３０の透過率の特性の効果を説明するための入射光１６３と蛍光１６５のスペクトルを示す図である。
　ここで、励起光（入射光１６３）の波長は４５０ｎｍであり、本実施の形態における励起光はレーザ光とした。蛍光１６５は、ピーク波長が５４０ｎｍであり、量子ドット蛍光体からなる蛍光体微粒子１３２からの光であると仮定した。
　図８Ｂに示すように、図８Ａの計算パラメータによって求められた蛍光体含有層１３０の透過率によると、蛍光体含有層１３０は、平面方向に対して、波長５２０ｎｍから波長５８０ｎｍの光は伝搬距離３μｍ以下の範囲でほとんど伝搬しないことが分かる。これらの光は蛍光体含有層１３０では吸収されず、また、下地部材１２０の方向へも伝搬できないため、蛍光体光学素子１００の上方、つまりカバー部材２４０の方向へと進む。このように、蛍光１６５の発光面積を大きくさせることなく、蛍光１６５を蛍光体光学素子１００から同一の方向へ放射させることができる。すなわち、蛍光体含有部材３０の面積を小さくすることなく、蛍光１６５の発光面積を小さくすることできる。
　なお、波長４５０ｎｍの入射光１６３は、蛍光体微粒子１３２により散乱されて横方向に伝搬するが、入射位置の近傍の蛍光体微粒子１３２で吸収されて蛍光に変換されるため、発光面積が大きくなることはない。
　次に、図９を用いて、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００の製造方法を説明する。図９は、本実施の形態に係る蛍光体光学素子の製造方法における各工程を説明するための断面図である。
　まず、図９の（ａ）に示すように、例えばガラスや透明樹脂フィルムなどの透明な基材からなる透明基材１０の上に、例えばＴｉＯ２をＺｎＯで挟んだ膜からなる第１の下地層１２１と例えばＳｉＯ２からなる第２の下地層１２２とを交互に例えば９層積層して下地部材１２０を形成する。このとき、下地部材１２０の最表面がＺｎＯからなる第１の下地層１２１となるように形成する。
　続いて、図９の（ｂ）に示すように、下地部材１２０（第１の下地層１２１）の上に、蛍光体含有層１３０の透明部材１３５の三角格子状の配置に対応させてパターニングされたレジスト１３６を形成する。なお、本実施の形態において、レジスト１３６は、平面視形状が円形の複数の開口が形成されている。
　続いて、下地部材１２０上にレジスト１３６が形成された状態の透明基材１０を、７０℃に加熱した硝酸亜鉛六水和物およびヘキサメチレンテトラミンからなる酸化亜鉛結晶成膜用の水溶液におよそ５時間浸漬させることにより、図９の（ｃ）に示すように、ＺｎＯからなる柱状の透明部材１３５を形成する。
　具体的には、０．１Ｍの硝酸亜鉛六水和物（和光純薬工業株式会社製、和光特級）と、０．１Ｍのヘキサメチレンテトラミン（和光純薬工業株式会社製、試薬特級）とを純水に溶解して調整することにより、酸化亜鉛結晶成膜用の水溶液を準備し、その調整した水溶液の溶液温度を７０℃として、上記の透明基材１０を当該水溶液に浸漬させる。これにより、パターニングされたレジスト１３６の開口部から露出する下地部材１２０（第１の下地層１２１）に、例えば５００ｎｍのＺｎＯ結晶が成長する。その後、水溶液から透明基材１０を取り出し、純水洗浄および乾燥を行う。
　次に、図９の（ｄ）に示すように、レジスト１３６を除去する。これにより、下地部材１２０上に三角格子状に複数立設された円柱状の透明部材１３５を形成することができる。
　次に、図９の（ｅ）に示すように、例えばＩｎＰ／ＺｎＳからなるコア・シェル型の量子ドット蛍光体である蛍光体微粒子１３２が例えばシリコーン樹脂からなる透明部材１３１に含有された蛍光体含有樹脂材料を、三角格子状に配置された透明部材１３５の上部から滴下する。その後、真空中に放置することにより、蛍光体微粒子１３２を含む蛍光体含有樹脂材料が透明部材１３５の間に充填される。
　次に、図９の（ｆ）に示すように、例えばガラスからなるカバー部材２４０を透明部材１３５の上部から加圧しながら押し付けることで、蛍光体微粒子１３２が含有された透明部材１３１からなる蛍光体含有部材１３３と透明部材１３５とによって構成された蛍光体含有層１３０を形成することができる。これにより、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００を容易に製造することができる。
　次に、本発明の実施の形態２の変形例１に係る蛍光体光学素子１００Ａについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態２の変形例１に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。なお、本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ａの構成は、実施の形態２に係る蛍光体光学素子１００の構成とほとんど同じであるので、本変形例では、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。なお、図１０において、図６Ａにおける構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
　図１０に示すように、本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ａは、図６Ａに示す実施の形態２に係る蛍光体光学素子１００と比較して、カバー部材の構成が異なる。
　すなわち、本変形例におけるカバー部材１４０は、例えばＴｉＯ２からなる第４の屈折率層１４１ｂがＺｎＯからなる第３の屈折率層１４１ａで挟み込まれた例えばＺｎＯ／ＴｉＯ２／ＺｎＯからなる第１のカバー層１４１と、例えばＳｉＯ２からなる第２のカバー層１４２とで構成される誘電体多層膜である。なお、第１のカバー層１４１と第２のカバー層１４２とは、透明基材１０の主面に対して垂直な方向に交互に積層されている。
　また、カバー部材１４０は、下地部材１２０とは逆に、励起光源からの入射光（励起光）の波長に対してミラーであり、かつ、蛍光体含有層１３０から放射される蛍光の波長に対して透明である。すなわち、カバー部材１４０は、励起光を反射するとともに蛍光体含有層１３０からの蛍光を透過する第２のダイクロイックミラーとして機能する。
　本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ａによれば、蛍光体含有層１３０の二次元周期構造における効果とともに、実施の形態１で説明したように、誘電体多層膜からなる下地部材１２０およびカバー部材１４０のダイクロイックミラーによる蛍光体含有層１３０を挟み込む効果を得ることができる。すなわち、本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ａは、実施の形態２に係る蛍光体光学素子１００と比べて、入射光が下地部材１２０を透過するとともにカバー部材１４０によって反射されるので蛍光体含有層１３０において効率良く蛍光を生成することができ、また、蛍光体含有層１３０で生成された蛍光は、カバー部材１４０を透過するとともに下地部材１２０によって反射するので、生成した蛍光を、効率良く蛍光体光学素子１００Ａの外部に出射させることができる。
　次に、本発明の実施の形態２の変形例２に係る蛍光体光学素子１００Ｂについて、図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の実施の形態２の変形例２に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。なお、本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ｂの構成は、実施の形態２に係る蛍光体光学素子１００の構成とほとんど同じであるので、本変形例では、実施の形態２と異なる部分を中心に説明する。なお、図１１において、図６Ａにおける構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
　図１１に示すように、本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ｂは、図６Ａに示す実施の形態２に係る蛍光体光学素子１００と比較して、柱状の透明部材の構成が異なる。
　すなわち、本変形例における透明部材１３５Ｂは、透明基材１０側（下地部材１２０側）から光出射側である表面側（カバー部材１４０側）に向かって、断面積の大きさが漸次小さくなるテーパー構造を有するように円錐台形状に構成されている。
　本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ｂは、この構成により、蛍光体含有層１３０に占める蛍光体含有部材１３３の比率を、入射光の進行方向に対して傾斜をつけることができる。これにより、蛍光体微粒子１３２における蛍光変換効率を向上させることができるとともに、蛍光体微粒子１３２から放射される蛍光を透明部材１３５Ｂの側面で反射させて蛍光体光学素子１００Ｂの出射側に導くことができる。従って、蛍光体含有層１３０で生成した蛍光を、効率良く蛍光体光学素子１００Ｂの外部に出射させることができる。
　次に、本発明の実施の形態２の変形例３に係る蛍光体光学素子１００Ｃについて、図１２Ａおよび図１２Ｂを用いて説明する。図１２Ａは、本発明の実施の形態２の変形例３に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。図１２Ｂは、図１２ＡのＡ－Ａ線における本発明の実施の形態２の変形例３に係る蛍光体光学素子の構成を示す断面図である。なお、図１２Ａおよび図１２Ｂにおいて、図６Ａおよび図６Ｂにおける構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
　図１２Ａおよび図１２Ｂに示すように、本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ｃは、図６Ａおよび図６Ｂに示す蛍光体光学素子１００における蛍光体含有層１３０の蛍光体含有部材１３３と透明部材１３５とを反転させた構成となっている。
　すなわち、本変形例における蛍光体含有層１３０Ｃでは、蛍光体含有部材１３３が複数の円柱状のロッドからなり、互いに三角格子状に配置されている。また、蛍光体含有部材１３３の間を埋めるように透明部材１３５が形成されている。
　本変形例に係る蛍光体光学素子１００Ｃの構成によっても実施の形態２に係る蛍光体光学素子１００と同様の効果を得ることができる。つまり、二次元周期構造の設計に応じて蛍光体含有部材１３３および透明部材１３５の構成を自由に変更することが出来る。
　続いて、図１３を用いて、本実施の形態に係る蛍光体光学素子を用いた発光装置１９９の構成および動作について説明する。図１３は、本発明の実施の形態２に係る蛍光体光学素子を用いた発光装置の構成および動作を説明するための図である。
　図１３に示すように、本実施の形態における発光装置１９９は、凹部を有するパッケージ１５１と、凹部の底面に実装された発光素子１５０と、パッケージ１５１の上部に形成された蛍光体光学素子１００とを備え、発光素子１５０の光軸は、蛍光体光学素子１００における透明基材１０の表面に対して垂直である。以下、発光装置１９９の各構成について説明する。
　パッケージ１５１は、例えば白色樹脂によって構成されており、凹部の内側面は発光素子１５０が発する光を光取り出し方向（蛍光体光学素子１００側）に反射させるように傾斜された反射面となっている。なお、パッケージ１５１の凹部内には、散乱材が分散された透明樹脂が充填されていてもよい。
　発光素子１５０は、蛍光体光学素子１００に対する励起光源であって、例えば発光波長が３５０～５００ｎｍの紫外光～青色光を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子である。本実施の形態における発光素子１５０は、発光波長が４５０ｎｍのＬＥＤチップを用いた。なお、パッケージ１５１の凹部の底面に実装された発光素子１５０は、パッケージ１５１の凹部底面に埋め込まれたリードフレーム（不図示）と電気的に接続されている。
　蛍光体光学素子１００は、パッケージ１５１の上面に、発光素子１５０と所定の距離をあけて配置される。本実施の形態において、蛍光体光学素子１００は、パッケージ１５１の凹部の開口を覆うように形成されている。なお、発光装置１９９の光出射側には、コリメートレンズ１５８が配置されている。
　このように構成される発光装置１９９によれば、発光素子１５０から出射された入射光１６３（励起光）は蛍光体光学素子１００に入射し、蛍光１６５に変換される。この蛍光１６５は、発光素子１５０から出射した所定のランバーシャン分布の入射光１６３よりも狭い配光角で蛍光体光学素子１００から放射され、コリメートレンズ１５８により平行光１６７に変換される。このとき、蛍光１６５は、発光素子１５０と同程度の面積の小さい発光面積から放射されるため、コリメートレンズ１５８により斜め光成分の小さい良好の平行光を得ることが出来る。
　以上、実施の形態２に係る蛍光体光学素子および発光装置について説明したが、本発明は、上記の実施の形態や変形例に限られるものではない。
　例えば、本実施の形態に係る発光装置１９９においては、発光素子１５０として、発光ダイオードを用いたが、光導波路が形成された端面出射型の発光素子である半導体レーザやスーパールミネッセントダイオードを用いてもよい。この場合、発光素子の出射光は、凹部底面に平行に出射されるので、当該出射光は、パッケージ側面の傾斜面を利用して垂直に立ち上げることが好ましい。また、発光素子１５０の発光波長は４５０ｎｍとしたが、例えば波長３８０ｎｍから４４０ｎｍの波長の光を出射する半導体レーザなどを用いてもよい。
　また、本実施の形態に係る蛍光体光学素子１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃにおいて、蛍光体含有部材１３３の蛍光体微粒子１３２は、ＩｎＰ／ＺｎＳのコア・シェル型の量子ドット蛍光体としたが、この限りではない。量子ドット蛍光体の材料としては、例えばＩＩ－Ｖ族化合物半導体である、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂおよびＢＮから選択される少なくとも１つ、ＩＩ－ＶＩ族化合物半導体である、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅおよびＺｎＴｅから選択される少なくとも１つ、または、これらの混晶結晶よりなる群から選択される少なくとも１つを用いることができる。
　また、本実施の形態において、蛍光体微粒子１３２は、ノンドープ型の量子ドット蛍光体を用いたが、ドープ型の量子ドット蛍光体を用いてもよい。ドープ型の量子ドット蛍光体としては、例えば構成する材料を、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋、ＣｄＳ：Ｍｎ２＋およびＹＶＯ４：Ｅｕ３＋の少なくとも１つを用いることができる。さらに、蛍光体微粒子１３２は、より広義には蛍光体の大きさが蛍光の波長以下でありかつ表面欠陥による非発光再結合ロスを低減させた蛍光体微粒子あればよく、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅのナノ粒子でもよい。
　また、本実施の形態において、透明部材１３１の樹脂材料はシリコーン樹脂としたが、この限りではない。透明部材１３１の樹脂材料としては、シリコーン樹脂のほかに、アクリル樹脂やエポキシ樹脂のような透明な樹脂材料を用いることもできる。また、透明部材１３１は、樹脂材料によって構成する必要はなく、例えば、低融点ガラスのような無機透明材料によって構成してもよい。この場合、無機透明材料に蛍光の波長以下の蛍光体微粒子１３２を混合させることで蛍光体含有部材１３３を構成することができる。
　また、本実施の形態において、第１の下地層１２１、第２の下地層１２２、第１のカバー層１４１および第２のカバー層１４２は、ＴｉＯ２、ＺｎＯおよびＳｉＯ２の組み合わせによる多層膜としたが、この限りではない。下地部材１２０およびカバー部材１４０は、低屈折率材料と高屈折率材料との誘電体多層膜であることが好ましく、屈折率の低い材料としては、例えば、Ｂｉ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、Ｌａ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯｘ（ｘ≦１）、ＬａＦ３、Ｌａ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物、および、Ｐｒ２Ｏ３とＡｌ２Ｏ３の複合酸化物のいずれか１つ、または、これらのうちの２種以上の材料による複合酸化物、あるいは、ＣａＦ２、ＭｇＦ２、ＬｉＦ等のフッ化物等の誘電体材料を用いることができる。また、屈折率が高い材料としては、例えば、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５のいずれか１つ、または、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５のいずれかを主成分とした複合酸化物等を用いることができる。
　以上、本発明に係る蛍光体光学素子および発光装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本発明は、上記の実施の形態および変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、複数の実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　本発明に係る蛍光体光学素子および発光装置は、液晶テレビや液晶モニタなどにおけるバックライトの光源、または、プロジェクタなどの投影型ディスプレイの光源として有用である。
　１、１Ａ、１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ　蛍光体光学素子
　１０　透明基材
　２０、１２０　下地部材
　２１、１２１　第１の下地層
　２１ａ、１２１ａ　第１の屈折率層
　２１ｂ、１２１ｂ　第２の屈折率層
　２２、１２２　第２の下地層
　３０、３０Ａ、１３３　蛍光体含有部材
　３０ａ　第１の蛍光体含有部材
　３０ｂ　第２の蛍光体含有部材
　３１、３５、１３１、１３５、１３５Ｂ　透明部材
　３２、１３２　蛍光体微粒子
　４０、１４０、２４０　カバー部材
　４１、１４１　第１のカバー層
　４１ａ、１４１ａ　第３の屈折率層
　４１ｂ、１４１ｂ　第４の屈折率層
　４２、１４２　第２のカバー層
　５０、１５０　発光素子
　５２、５８、１５８　コリメートレンズ
　５４　反射ミラー
　５６　集光レンズ
　６０　出射光
　６１、６２、６７、１６７　平行光
　６３、１６３　入射光
　６５、１６５　蛍光
　９９、１９９　発光装置
　１３０、１３０Ｃ　蛍光体含有層
　１３６　レジスト
　１５１　パッケージ

Claims (10)

  1. 　励起光源からの入射光の波長に対して透明な透明基材の上に順に形成された、下地部材と、蛍光体微粒子を含んだ透明部材で構成される蛍光体含有部材と、カバー部材とを備え、
    　前記蛍光体微粒子の粒子径は、前記入射光の波長以下であり、
    　前記蛍光体含有部材の前記透明基材の主面に垂直な方向における任意の断面線による断面において、前記透明基材の主面に垂直な方向および水平な方向の少なくとも一方における前記蛍光体含有部材の厚みは、前記入射光の波長以下である
    　蛍光体光学素子。
  2. 　前記下地部材および前記カバー部材の少なくとも一方が、前記透明基材に垂直な方向に積層された多層膜からなる
    　請求項１記載の蛍光体光学素子。
  3. 　前記多層膜は、誘電体多層膜である
    　請求項２記載の蛍光体光学素子。
  4. 　前記下地部材は、前記入射光を透過し、かつ、前記蛍光体含有部材から放射される蛍光を反射する
    　請求項１～３のいずれか１項に記載の蛍光体光学素子。
  5. 　前記蛍光体含有部材は、前記透明基材の主面に平面な方向である二次元平面方向において、二次元周期構造による屈折率分布を有する
    　請求項１～４のいずれか１項に記載の蛍光体光学素子。
  6. 　前記二次元周期構造は、フォトニック結晶によって構成されている
    　請求項５記載の蛍光体光学素子。
  7. 　前記蛍光体含有部材は、屈折率が異なる２種類の透明材料により構成され、
    　前記蛍光体微粒子は、前記屈折率が異なる２種類の透明材料の少なくともいずれか一方に含まれる
    　請求項１～５のいずれか１項に記載の蛍光体光学素子。
  8. 　前記屈折率が異なる２種類の透明材料の少なくともいずれか一方は、ＺｎＯが含まれる
    　請求項７記載の蛍光体光学素子。
  9. 　前記下地部材の最上層は、ＺｎＯ膜である
    　請求項８記載の蛍光体光学素子。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の蛍光体光学素子と、励起光源である発光素子とを備える発光装置であって、
    　前記発光素子の光軸は、前記蛍光体光学素子における前記透明基材の表面に対して垂直である
    　発光装置。
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