WO2017110031A1 - 発光素子および照明装置 - Google Patents

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phosphor
substrate
light
emitting element
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PCT/JP2016/004853
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孝典 明田
展幸 宮川
浩則 上
斉藤　誠
利彦 佐藤
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass

Definitions

  • the present invention relates to a light emitting element in which a phosphor layer is laminated on a substrate and an illumination device including the light emitting element.
  • a phosphor layer is irradiated with a laser beam transmitted by a light guide member as excitation light to a light emitting element in which a phosphor layer is laminated on a substrate, so that the phosphor layer emits light and is converted into a desired light color.
  • a light guide member as excitation light
  • a light emitting element in which a phosphor layer is laminated on a substrate
  • the phosphor layer emits light and is converted into a desired light color.
  • an illuminating device that illuminates (see Patent Document 1, for example).
  • an object of the present invention is to increase the heat radiation efficiency in the light emitting element.
  • a light-emitting element includes a phosphor layer including at least one kind of phosphor and a substrate having higher thermal conductivity than the phosphor layer, and the phosphor layer is disposed on one main surface side. And a bonding portion for metal bonding between the phosphor layer and the substrate interposed between the phosphor layer and the substrate, and the phosphor layer between the bonding portion and the phosphor layer.
  • a translucent adhesion layer laminated on the main surface on the substrate side in the substrate and a reflective layer laminated on the main surface on the substrate side in the adhesion layer are interposed.
  • the heat dissipation efficiency of the light emitting element can be increased.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a lighting apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the light-emitting element according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a state before assembly of the light-emitting element according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light emitting device according to Modification 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light-emitting element according to Modification 2.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light emitting device according to Modification 3.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a lighting apparatus according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the light-emitting element according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional
  • FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light-emitting element according to Modification 4.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light-emitting element according to Modification 5.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a light-emitting element according to Modification 6.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a schematic configuration of a lighting apparatus according to an embodiment.
  • the lighting device 1 includes a light source unit 2, a light guide member 3, and a light emitting element 4.
  • the light source unit 2 is a device that generates laser light and supplies the laser light to the light emitting element 4 via a light guide member 3 such as an optical fiber.
  • the light source unit 2 is a semiconductor laser element that emits laser light having a wavelength of bluish purple to blue (430 to 490 nm).
  • the light emitting element 4 is a light emitting element that emits white light to the surface side using the laser light transmitted from the light guide member 3 and irradiated from the surface side as excitation light.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the light-emitting element 4 according to the embodiment.
  • the light-emitting element 4 includes a substrate 41, a bonding portion 42, a reflective layer 43, an adhesion layer 44, and a phosphor layer 45.
  • the substrate 41 is a substrate whose planar view shape is, for example, a rectangular shape or a circular shape.
  • the substrate 41 is a substrate having higher thermal conductivity than the phosphor layer 45. Thereby, the heat conducted from the phosphor layer 45 can be efficiently radiated from the substrate 41.
  • the substrate 41 is made of a metal material such as Cu or Al.
  • the substrate 41 may be made of a material other than a metal material as long as it has a higher thermal conductivity than the phosphor layer 45. Examples of the material other than the metal material include glass and sapphire.
  • a heat sink such as a mirror surface heat sink may be in contact with and attached to the substrate 41 in order to further improve heat dissipation.
  • the phosphor layer 45 is disposed on one main surface 411 side of the substrate 41 with the joint portion 42, the reflective layer 43, and the adhesion layer 44 interposed therebetween.
  • the phosphor layer 45 is formed in the same shape as the substrate 41 in plan view.
  • the phosphor layer 45 includes, for example, phosphor particles (phosphor particles 451) that are excited by laser light to emit fluorescence in a dispersed state, and the phosphor particles 451 emit fluorescence when irradiated with laser light. . For this reason, the outer main surface of the phosphor layer 45 becomes a light emitting surface.
  • the phosphor layer 45 emits white light, and a first phosphor that emits red light when irradiated with laser light, a second phosphor that emits blue light, and a third phosphor that emits green light.
  • a first phosphor that emits red light when irradiated with laser light a second phosphor that emits blue light
  • a third phosphor that emits green light a third phosphor that emits green light.
  • Three types of phosphor particles of the phosphor are included at an appropriate ratio.
  • the type and characteristics of the phosphor are not particularly limited. However, since a relatively high output laser beam serves as excitation light, it is desirable that the phosphor has high heat resistance.
  • the type of the substrate that holds the phosphor in a dispersed state is not particularly limited, but the substrate should be highly transparent with respect to the wavelength of the excitation light and the wavelength of the light emitted from the phosphor. desirable.
  • the base material which consists of glass or ceramics is mentioned.
  • the phosphor layer 45 may be a polycrystal or a single crystal made of one kind of phosphor.
  • the adhesion layer 44 is laminated on the main surface 452 of the phosphor layer 45 on the substrate 41 side.
  • the adhesion layer 44 is formed from a light-transmitting compound and is in close contact with the phosphor layer 45 and the reflection layer 43.
  • the adhesion layer 44 is formed by depositing a compound on the main surface 452 of the phosphor layer 45 by a known film forming method such as sputtering or plating.
  • examples of the compound forming the adhesion layer 44 include oxides, halides, nitrides, and fluorides.
  • the oxide include metal oxides such as ITO, IZO, and Al 2 O 3 .
  • the reflective layer 43 is laminated on the main surface 441 of the adhesion layer 44 on the substrate 41 side.
  • the reflection layer 43 reflects the laser light and the light emitted from the phosphor particles 451.
  • the reflective layer 43 is formed of a material having a high reflectance with respect to the laser light and the light emitted from the phosphor particles 451.
  • the material having high reflectivity is a metal material such as Ag or Al.
  • the reflective layer 43 is formed by forming a metal material on the main surface 441 of the adhesion layer 44 by a known film forming method such as sputtering or plating. Further, for example, an increased reflection film such as a dielectric multilayer film may be formed on the layer formed of these metal materials.
  • the bonding portion 42 includes a first electrode layer 421, a second electrode layer 422, and a metal bonding layer 423.
  • the first electrode layer 421 is laminated on the main surface 411 of the substrate 41 on the phosphor layer 45 side.
  • the first electrode layer 421 is made of a metal material such as Au, Ag, Ni, Pd, Ti, for example.
  • the first electrode layer 421 is formed by forming a metal material on the main surface 411 of the substrate 41 by a known film forming method such as sputtering or plating.
  • the second electrode layer 422 is laminated on the main surface 431 of the reflective layer 43 on the substrate 41 side.
  • the second electrode layer 422 is made of a metal material such as Au, Ag, Ni, Pd, Ti, for example.
  • the second electrode layer 422 is formed by forming a metal material on the main surface 431 of the reflective layer 43 by a film forming method such as sputtering or plating.
  • the metal bonding layer 423 is laminated on the main surface 4211 on the phosphor layer 45 side in the first electrode layer 421 and the main surface 4221 on the substrate 41 side in the second electrode layer 422.
  • the metal bonding layer 423 is formed of a metal material capable of metal bonding. Examples of metal materials that can be metal-bonded include AuSn-based, AuGe-based, and SnAgCu-based solder materials.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state before assembly of the light-emitting element 4 according to the embodiment.
  • the first electrode layer 421 is integrated with the substrate 41 in advance, and the adhesion layer 44, the reflective layer 43, the first layer with respect to the phosphor layer 45.
  • the two-electrode layer 422 and the solder material 423a are integrated in advance.
  • the solder material 423a is melted by heating, and the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422 are metal-bonded.
  • the solder material is interposed between the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422, thereby forming the metal bonding layer 423 that bonds the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422.
  • solder material 423a may be integrated with the second electrode layer 422 in advance before the light-emitting element 4 is assembled. Further, the solder material 423a may be a separate body from the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422, and may be attached to the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422 at the time of assembly.
  • the phosphor particles 451 generate heat, but the heat is transferred to the substrate through the adhesion layer 44, the reflective layer 43, the second electrode layer 422, the metal bonding layer 423, and the first electrode layer 421. Heat is transmitted to 41.
  • the illumination device 1 includes the light emitting element 4 and the light source unit 2 that emits excitation light for exciting the phosphor particles 451 of the light emitting element 4.
  • the light emitting element 4 has a phosphor layer 45 including at least one kind of phosphor particles 451 and a higher thermal conductivity than the phosphor layer 45, and the phosphor layer 45 is disposed on one main surface 411 side.
  • a substrate 41 and a bonding portion 42 interposed between the phosphor layer 45 and the substrate 41 for metal bonding of the phosphor layer 45 and the substrate 41 are provided.
  • the resin becomes a thermal barrier and the heat dissipation efficiency is lowered.
  • the substrate 41 having a higher thermal conductivity than the phosphor layer 45 and the phosphor layer 45 are metal-bonded by the joint portion 42, the phosphor layer 45 smoothly transfers to the substrate 41. It can heat and can improve heat dissipation efficiency.
  • the reflection layer 43 is laminated
  • a minute gap may be formed between the reflective layer 43 and the phosphor layer 45. If there is such a minute gap, the heat transfer from the phosphor layer 45 to the substrate 41 is weakened. However, since the phosphor layer 45 and the reflective layer 43 are in close contact with the adhesive layer 44, it is possible to suppress a decrease in heat transfer due to the gap. Therefore, heat dissipation efficiency can be increased.
  • each of the first electrode layer 421, the adhesion layer 44, the reflective layer 43, the second electrode layer 422, and the metal bonding layer 423 has a higher thermal conductivity than the phosphor layer 45. May be formed.
  • the bonding portion 42 includes a first electrode layer 421 stacked on the main surface 411 of the substrate 41, a second electrode layer 422 stacked on the main surface 431 of the reflective layer 43 on the substrate 41 side, and a first electrode layer. And a metal bonding layer 423 that is interposed between the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422 and is interposed between the first electrode layer 422 and the second electrode layer 422.
  • the metal bonding layer 423 is sandwiched between the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422, by applying a current to the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422 at the time of manufacture, Metal bonding by the metal bonding layer 423 can be easily realized.
  • the adhesion layer 44 is formed of a metal oxide.
  • the adhesion layer 44 is formed of a metal oxide, the adhesion to both the phosphor layer 45 and the reflection layer 43 can be enhanced.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element 4A according to Modification 1, and specifically corresponds to FIG.
  • the same parts as those of the light-emitting element 4 according to the embodiment are denoted by the same reference numerals, the description thereof is omitted, and only different parts are described.
  • the case where the phosphor particles 451 are dispersed almost uniformly throughout the phosphor layer 45 has been described as an example.
  • the light emitting element 4A in which the phosphor particles 451 are arranged on the substrate 41 side in the phosphor layer 45a will be described.
  • the phosphor layer 45a has a two-layer structure.
  • a second layer 454 is formed by stacking 455. The second layer 454 is disposed on the substrate 41 side, and the first layer 453 is disposed on the side opposite to the substrate 41, whereby the phosphor particles 451 are disposed on the substrate 41 side in the phosphor layer 45a.
  • the phosphor particles 451 are arranged so as to be biased toward the substrate 41 in the phosphor layer 45a, the interval between any of the phosphor particles 451 and the substrate 41 can be reduced. For this reason, heat can be efficiently transferred to the substrate 41 side.
  • the second layer 454 containing the phosphor particles 451 can be protected by the first layer 453.
  • the phosphor particles are aggregated on one main surface side of the phosphor layer so that the main surface is on the substrate 41 side. You may arrange.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 4B according to Modification Example 2, and specifically corresponds to FIG.
  • the bonding portion 42 includes the first electrode layer 421, the second electrode layer 422, and the metal bonding layer 423 has been described as an example.
  • a light-emitting element 4B in which the joint portion 42b is formed from sintered silver nanoparticles will be described.
  • the joint portion 42 b is interposed between the adhesion layer 44 and the substrate 41.
  • the bonding portion 42b is formed by sintering silver nanoparticles, metal bonding can be performed without the first electrode layer 421 and the second electrode layer 422.
  • the reflectance is raised by sintering silver nanoparticle, it can function also as a reflection layer. That is, the reflective layer 43 in the light emitting element 4 according to the embodiment can be omitted, so that the manufacturing efficiency can be increased.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light emitting element 4C according to Modification 3, and specifically corresponds to FIG.
  • the through-hole 5 continuous in the normal direction of the main surface 411 of the substrate 41 is formed in the substrate 41, the bonding portion 42, the reflective layer 43, and the adhesion layer 44. Is formed.
  • the through-hole 5 can be used as an optical path of excitation light (laser light) incident from the substrate 41 side. Thereby, white light can be emitted in the traveling direction of the excitation light.
  • the light source part 2 and the light guide member 3 can be arrange
  • the through-hole 5 is continuous in the normal direction of the main surface 411 of the substrate 41 in the third modification.
  • the through-hole 5 is formed in any direction as long as the direction intersects the main surface 411. May be continuous.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 4D according to Modification Example 4, and specifically corresponds to FIG.
  • the light emitting element 4D according to the modification 4 is different from the light emitting element 4 according to the above embodiment in that the light emitting element 4D includes the diffusion layer 46.
  • a diffusion layer 46 that diffuses light is interposed between the phosphor layer 45 and the adhesion layer 44 in the light emitting element 4 ⁇ / b> D.
  • the diffusion layer 46 diffuses the laser light that is excitation light and the fluorescence emitted by the phosphor particles 451.
  • the diffusion layer 46 is formed, for example, by dispersing diffusion particles such as silica-based particles or titanium-based particles in an inorganic sealing material such as glass.
  • the diffusion layer 46 is interposed between the phosphor layer 45 and the reflection layer 43, the laser light and the fluorescence can be diffused by the diffusion layer 46 and mixed. Therefore, uniform white light can be realized.
  • the diffusion layer 46 is interposed between the phosphor layer 45 and the adhesion layer 44 has been described as an example.
  • the diffusion layer 46 only needs to be interposed between the phosphor layer 45 and the reflection layer 43. That is, the diffusion layer 46 may be interposed between the adhesion layer 44 and the reflection layer 43.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 4E according to Modification Example 5, and specifically corresponds to FIG.
  • the light emitting element 4E according to the modified example 5 is different from the light emitting element 4 according to the above-described embodiment in that the surface of the phosphor layer 45e has an uneven pattern 455. Specifically, as shown in FIG. 8, an uneven pattern in which fine unevenness 454 is repeated in a region R1 irradiated with laser light on a surface 453 of the phosphor layer 45e opposite to the substrate 41. 455 is formed.
  • the concavo-convex pattern 455 is formed by, for example, nanoimprint technology or blasting.
  • the surface roughness due to the uneven pattern 455 may be a surface roughness equal to or greater than the wavelength of the laser beam.
  • the uneven pattern 455 is formed only in the region R1 in the surface 453 of the phosphor layer 45e is illustrated, but the uneven pattern 455 only needs to be formed in at least the region R1. . That is, the uneven pattern 455 may be formed on the entire surface 453 of the phosphor layer 45e.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a light-emitting element 4F according to Modification Example 6, and specifically corresponds to FIG.
  • the light emitting element 4F according to the modified example 6 is different from the light emitting element 4 according to the above-described embodiment in that the main surface 452f of the phosphor layer 45f has an uneven pattern 459.
  • a concavo-convex pattern 459 in which fine concavo-convex 458 is repeated is provided in a region R2 irradiated with laser light. Is formed.
  • the uneven pattern 459 is formed by, for example, nanoimprint technology or blasting.
  • the surface roughness due to the uneven pattern 459 may be a surface roughness equal to or greater than the wavelength of the laser beam.
  • the concave / convex pattern 459 is formed only in the region R2 of the main surface 452f of the phosphor layer 45f is illustrated, but the concave / convex pattern 459 is at least formed in the region R2. Good. That is, the uneven pattern 459 may be formed on the entire main surface 452f of the phosphor layer 45f.
  • the light emitting element 4 is applied to the lighting device 1 as an example, but the light emitting element 4 can also be used for other illumination systems.
  • Examples of other illumination systems include a projector and an in-vehicle headlight.
  • the light emitting element 4 is used as a phosphor wheel.
  • a reflection suppressing layer such as an AR coating layer may be laminated on the surface of the phosphor layer 45 opposite to the main surface 452, that is, the light emitting surface. Thereby, the light extraction efficiency can be increased.

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Abstract

発光素子（４）は、少なくとも一種類の蛍光体（蛍光体粒子（４５１））を含む蛍光体層（４５）と、蛍光体層（４５）よりも熱伝導率の高い基板であって、蛍光体層（４５）が１つの主面（４１１）側に配置された基板（４１）と、蛍光体層（４５）と基板（４１）との間に介在して蛍光体層（４５）と基板（４１）とを金属接合するための接合部（４２）とを備えている。接合部（４２）と蛍光体層（４５）との間には、蛍光体層（４５）における基板（４１）側の主面（４５２）に積層された透光性の密着層（４４）と、密着層（４４）における基板（４１）側の主面（４４１）に積層された反射層（４３）と、が介在している。

Description

発光素子および照明装置
　本発明は、基板上に蛍光体層が積層された発光素子およびこれを備える照明装置に関する。
　従来、基板上に蛍光体層が積層された発光素子に対して、導光部材により伝送されるレーザー光を励起光として照射することにより、蛍光体層を発光させ、所望の光色に変換して照明する照明装置がある（例えば特許文献１参照）。
特開２０１５－６５１４２号公報
　近年、蛍光体層で発生する熱をより効率的に放熱することが望まれている。
　そこで本発明は、発光素子における放熱効率を高めることを目的とする。
　本発明の一態様に係る発光素子は、少なくとも一種類の蛍光体を含む蛍光体層と、蛍光体層よりも熱伝導率の高い基板であって、蛍光体層が１つの主面側に配置された基板と、蛍光体層と基板との間に介在して蛍光体層と基板とを金属接合するための接合部とを備え、接合部と蛍光体層との間には、蛍光体層における基板側の主面に積層された透光性の密着層と、密着層における基板側の主面に積層された反射層と、が介在している。
　本発明によれば、発光素子における放熱効率を高めることができる。
図１は、実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す模式図である。 図２は、実施の形態に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図３は、実施の形態に係る発光素子の組み立て前の状態を示す断面図である。 図４は、変形例１に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図５は、変形例２に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図６は、変形例３に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図７は、変形例４に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図８は、変形例５に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。 図９は、変形例６に係る発光素子の概略構成を示す断面図である。
　以下では、本発明の実施の形態に係る発光素子について、図面を用いて説明する。なお、以下に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る。従って、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置及び接続形態等は、一例であり、本発明を限定する趣旨ではない。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、任意の構成要素として説明される。
　また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。
　以下、実施の形態について説明する。
　［照明装置］
　まず、実施の形態に係る照明装置について説明する。
　図１は、実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す模式図である。
　図１に示すように、照明装置１は、光源部２と、導光部材３と、発光素子４とを備える。
　光源部２は、レーザー光を発生させ、例えば光ファイバーなどの導光部材３を介して発光素子４にレーザー光を供給する装置である。例えば、光源部２は、青紫～青色（４３０～４９０ｎｍ）の波長のレーザー光を放射する半導体レーザー素子である。
　発光素子４は、導光部材３から伝送され、表面側から照射されたレーザー光を励起光として、白色光を表面側に放射する発光素子である。
　［発光素子］
　以下、発光素子４について詳細に説明する。
　図２は、実施の形態に係る発光素子４の概略構成を示す断面図である。
　図２に示すように、発光素子４は、基板４１と、接合部４２と、反射層４３と、密着層４４と、蛍光体層４５とを備えている。
　基板４１は、平面視形状が例えば矩形状或いは円形状の基板である。そして基板４１は、蛍光体層４５よりも熱伝導率の高い基板である。これにより、蛍光体層４５から伝導した熱を基板４１から効率的に放熱できるようになっている。具体的には、基板４１は、Ｃｕ、Ａｌなどの金属材料から形成されている。なお、基板４１は、蛍光体層４５よりも熱伝導率が高いのであれば、金属材料以外から形成されていてもよい。金属材料以外の材料としては、ガラス、サファイアなどが挙げられる。また、より放熱性を高めるべく、基板４１に対して、例えば鏡面ヒートシンクなどのヒートシンクを当接して取り付けていてもよい。
　蛍光体層４５は、接合部４２、反射層４３及び密着層４４を介して基板４１の１つの主面４１１側に配置されている。蛍光体層４５は、平面視形状が基板４１と同じ形状に形成されている。また、蛍光体層４５は、例えば、レーザー光によって励起されて蛍光を発する蛍光体の粒子（蛍光体粒子４５１）を分散状態で備えており、レーザー光の照射により蛍光体粒子４５１が蛍光を発する。このため、蛍光体層４５の外方の主面が発光面となる。
　本実施の形態の場合、蛍光体層４５は白色光を放射するものであり、レーザー光の照射によって赤色を発光する第一蛍光体、青色を発光する第二蛍光体、緑色を発光する第三蛍光体の３種類の蛍光体粒子が適切な割合で含まれている。
　蛍光体の種類および特性は特に限定されるものではないが、比較的高い出力のレーザー光が励起光となるため、熱耐性が高いものが望ましい。また、蛍光体を分散状態で保持する基材の種類は特に限定されるものではないが、励起光の波長および蛍光体から発光する光の波長に対して透明性の高い基材であることが望ましい。具体的には、ガラス又はセラミックなどからなる基材が挙げられる。
　また、蛍光体層４５は、１種類の蛍光体による多結晶体又は単結晶体であってもよい。
　密着層４４は、蛍光体層４５における基板４１側の主面４５２に積層されている。密着層４４は、透光性を有する化合物から形成されており、蛍光体層４５と反射層４３とに密着している。密着層４４は、例えばスパッタリング、メッキなどの周知の製膜方法によって、蛍光体層４５の主面４５２に化合物を製膜することにより形成されている。具体的に、密着層４４をなす化合物としては、酸化物、ハロゲン化物、窒化物、フッ化物などが挙げられる。酸化物としては、例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、Ａｌ２Ｏ３などの金属酸化物が挙げられる。金属酸化物を用いることにより、蛍光体層４５と反射層４３との両者に対する密着性を高めることが可能である。
　反射層４３は、密着層４４における基板４１側の主面４４１に積層されている。反射層４３は、レーザー光と、蛍光体粒子４５１から放射された光とを反射する。このため、反射層４３は、レーザー光と、蛍光体粒子４５１から放射された光とに対して反射率の高い材料により形成されている。具体的に、反射率の高い材料としては、Ａｇ、Ａｌなどの金属材料である。反射層４３は、例えばスパッタリング、メッキなどの周知の製膜方法によって、密着層４４の主面４４１に金属材料を製膜することにより形成されている。また、これらの金属材料から形成された層に対して、例えば誘電体多層膜などの増反射膜を製膜してもよい。
　接合部４２は、第１電極層４２１と、第２電極層４２２と、金属接合層４２３とを備えている。
　第１電極層４２１は、基板４１における蛍光体層４５側の主面４１１に積層されている。第１電極層４２１は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉなどの金属材料から形成されている。第１電極層４２１は、例えばスパッタリング、メッキなどの周知の製膜方法によって、基板４１の主面４１１に金属材料を製膜することにより形成されている。
　第２電極層４２２は、反射層４３における基板４１側の主面４３１に積層されている。第２電極層４２２は、例えばＡｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｔｉなどの金属材料から形成されている。第２電極層４２２は、例えばスパッタリング、メッキなどの製膜方法によって、反射層４３の主面４３１に金属材料を製膜することにより形成されている。
　金属接合層４２３は、第１電極層４２１における蛍光体層４５側の主面４２１１および第２電極層４２２における基板４１側の主面４２２１に積層されている。金属接合層４２３は、金属接合可能な金属材料により形成されている。金属接合可能な金属材料とは、例えばＡｕＳｎ系、ＡｕＧｅ系、ＳｎＡｇＣｕ系のはんだ材料などが挙げられる。
　ここで、発光素子４の組み立て前の状態について説明する。
　図３は、実施の形態に係る発光素子４の組み立て前の状態を示す断面図である。
　図３に示すように、発光素子４の組み立て前においては、基板４１に対して第１電極層４２１が予め一体化されていて、蛍光体層４５に対して密着層４４、反射層４３、第２電極層４２２およびはんだ材料４２３ａが予め一体化されている。そして、はんだ材料４２３ａに対して第１電極層４２１を当接させてから、加熱によりはんだ材料４２３ａを溶かして、第１電極層４２１と第２電極層４２２とを金属接合する。これにより、はんだ材料が、第１電極層４２１と第２電極層４２２との間に介在され、第１電極層４２１と第２電極層４２２とを接合する金属接合層４２３となる。
　なお、発光素子４の組み立て前において、はんだ材料４２３ａは、第２電極層４２２に予め一体化されていてもよい。また、はんだ材料４２３ａは、第１電極層４２１および第２電極層４２２とは別体であって組み立て時に第１電極層４２１および第２電極層４２２に取り付けられてもよい。
　［照明装置の動作］
　次に、照明装置１の動作について説明する。
　光源部２から導光部材３を介してレーザー光が発光素子４の蛍光体層４５に照射されると、一部のレーザー光は直接蛍光体粒子４５１に当たる。また、蛍光体粒子４５１に直接当たらなかった一部のレーザー光は、密着層４４を介して反射層４３で反射され、蛍光体粒子４５１に当たる。蛍光体粒子４５１に到達したレーザー光は、蛍光体粒子４５１によって白色光に変換されて、放射される。蛍光体粒子４５１から放射された白色光の一部は、蛍光体層４５から直接外方に放出される。また、蛍光体粒子４５１から放射された光のその他の一部は、密着層４４を介して反射層４３で反射されることで、蛍光体層４５から外方へ放出される。
　レーザー光の照射中においては、蛍光体粒子４５１は発熱するが、その熱は、密着層４４、反射層４３、第２電極層４２２、金属接合層４２３および第１電極層４２１を介して、基板４１に伝わって放熱される。
　［効果など］
　以上のように、本実施の形態によれば、照明装置１は、発光素子４と、発光素子４の蛍光体粒子４５１を励起するための励起光を照射する光源部２とを備えている。そして、発光素子４は、少なくとも一種類の蛍光体粒子４５１を含む蛍光体層４５と、蛍光体層４５よりも熱伝導率が高く、蛍光体層４５が１つの主面４１１側に配置された基板４１と、蛍光体層４５と基板４１との間に介在して蛍光体層４５と基板４１とを金属接合するための接合部４２とを備えている。接合部４２と蛍光体層４５との間には、蛍光体層４５における基板４１側の主面４５２に積層された透光性の密着層４４と、密着層４４における基板４１側の主面４４１に積層された反射層４３とが介在している。
　ここで、蛍光体層４５と、基板４１とを樹脂によって接着した場合、その樹脂が熱的に障壁となって放熱効率が低下してしまう。しかし、上述したように、蛍光体層４５よりも熱伝導率の高い基板４１と、蛍光体層４５とが接合部４２によって金属接合されているので、蛍光体層４５から基板４１へスムーズに伝熱することができ、放熱効率を高めることができる。
　そして、蛍光体層４５に対しては透光性の密着層４４を介して反射層４３が積層されているので、蛍光体粒子４５１から発せられた白色光を反射層４３で反射させて、蛍光体層４５の外方へと放出することができる。つまり、反射層４３がなければ接合部４２で吸収され得る白色光を、反射層４３によって外方へと放出することができるので、発光効率を高めることができる。また、白色光を吸収することによる発熱も抑制することができる。
　ここで、蛍光体層４５に対して反射層４３を直接積層した場合では、反射層４３と蛍光体層４５との間に微小な隙間が形成される場合がある。このような微小な隙間があると蛍光体層４５から基板４１への伝熱性が弱まってしまう。しかしながら、蛍光体層４５と反射層４３とが密着層４４に密着しているので、隙間を起因とした伝熱性の低下を抑制することができる。したがって、放熱効率を高めることができる。
　なお、放熱効率をより高めるには、第１電極層４２１、密着層４４、反射層４３、第２電極層４２２及び金属接合層４２３のそれぞれを、蛍光体層４５よりも熱伝導率が高い材料で形成すればよい。
　また、接合部４２は、基板４１における主面４１１に積層された第１電極層４２１と、反射層４３における基板４１側の主面４３１に積層された第２電極層４２２と、第１電極層４２１と第２電極層４２２との間に介在され、第１電極層４２１と第２電極層４２２とを接合する金属接合層４２３と、を有する。
　このように、金属接合層４２３が第１電極層４２１と第２電極層４２２とによって挟まれているので、製造時に第１電極層４２１と第２電極層４２２とに電流を印加することで、金属接合層４２３による金属接合を容易に実現することができる。
　また、密着層４４は、金属酸化物から形成されている。
　このように、密着層４４が金属酸化物から形成されているので、蛍光体層４５と反射層４３との両者に対する密着性を高めることができる。
　［変形例１］
　次に、本実施の形態に係る変形例１について説明する。
　図４は、変形例１に係る発光素子４Ａの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。なお、以降の説明においては、実施の形態に係る発光素子４と同等の部分には同じ符号を付してその説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
　上記実施の形態では、蛍光体粒子４５１を蛍光体層４５の全体に概ね均等に分散している場合を例示して説明した。しかし、この変形例１では、蛍光体粒子４５１が蛍光体層４５ａにおける基板４１側に配置された発光素子４Ａについて説明する。
　図４に示すように、蛍光体層４５ａは、二層構造になっており、例えばガラスなどの透過性の板材からなる第１層４５３に対して、多数の蛍光体粒子４５１を含有する無機バインダ４５５を積層することで第２層４５４を形成している。第２層４５４が基板４１側に配置され、第１層４５３が基板４１とは反対側に配置されることにより、蛍光体粒子４５１が蛍光体層４５ａにおける基板４１側に配置されている。
　このように、蛍光体粒子４５１が蛍光体層４５ａにおける基板４１側に偏って配置されているので、いずれの蛍光体粒子４５１と基板４１との間隔を狭めることができる。このため、基板４１側に効率的に伝熱することができる。
　また、蛍光体層４５ａが二層構造であるので、蛍光体粒子４５１を含有する第２層４５４を第１層４５３で保護することも可能である。
　なお、蛍光体層４５ａを二層構造にしなくとも、蛍光体層を形成する際に、当該蛍光体層の一方の主面側に蛍光体粒子を凝集させて、当該主面を基板４１側に配置してもよい。
　［変形例２］
　次に、本実施の形態に係る変形例２について説明する。
　図５は、変形例２に係る発光素子４Ｂの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。
　上記実施の形態では、接合部４２が第１電極層４２１、第２電極層４２２および金属接合層４２３を備えている場合を例示して説明した。この変形例２では、接合部４２ｂが焼結された銀ナノ粒子から形成されている発光素子４Ｂについて説明する。
　図５に示すように、接合部４２ｂは密着層４４と基板４１との間に介在している。前述したように接合部４２ｂは、銀ナノ粒子を焼結して形成されているので、第１電極層４２１と、第２電極層４２２とがなくとも、金属接合することが可能である。また銀ナノ粒子は、焼結されることにより反射率が高められているので、反射層としても機能することができる。つまり、実施の形態に係る発光素子４にあった反射層４３を省略することができるので、製造効率を高めることができる。
　［変形例３］
　次に、本実施の形態に係る変形例３について説明する。
　図６は、変形例３に係る発光素子４Ｃの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。
　図６に示すように、発光素子４Ｃにおいては、基板４１と、接合部４２と、反射層４３と、密着層４４とに、基板４１の主面４１１の法線方向に連続する貫通孔５が形成されている。この貫通孔５には、蛍光体層４５の蛍光体粒子４５１を励起させるため、基板４１側から入射する励起光（レーザー光）の光路とすることができる。これにより、励起光の進行方向に白色光を放出することができる。また、基板４１の背面側に光源部２および導光部材３を配置することができるので、照明装置１全体をコンパクトにすることができる。
　なお、変形例３では、基板４１の主面４１１の法線方向に貫通孔５が連続している場合を例示して説明したが、主面４１１に交差する方向ならば如何なる方向に貫通孔５は連続していてもよい。
　［変形例４］
　次に、本実施の形態に係る変形例４について説明する。
　図７は、変形例４に係る発光素子４Ｄの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。
　この変形例４に係る発光素子４Ｄは拡散層４６を備えている点で、上記実施の形態に係る発光素子４と異なる。具体的には、図７に示すように、発光素子４Ｄには、蛍光体層４５と密着層４４との間に、光を拡散する拡散層４６が介在している。拡散層４６は、励起光であるレーザー光及び蛍光体粒子４５１が発した蛍光を拡散する。拡散層４６は、例えば、例えばガラスなどの無機封止材に対して、シリカ系粒子またはチタン系粒子などの拡散粒子を分散させることで形成されている。このように、拡散層４６が蛍光体層４５と反射層４３との間に介在しているので、レーザー光及び蛍光を拡散層４６で拡散して混色することができる。したがって、均一な白色光を実現することができる。
　なお、この変形例４では、拡散層４６が蛍光体層４５と密着層４４との間に介在している場合を例示して説明した。しかし、拡散層４６は、蛍光体層４５と反射層４３との間に介在していればよい。つまり、拡散層４６は、密着層４４と反射層４３との間に介在していてもよい。
　［変形例５］
　次に、本実施の形態に係る変形例５について説明する。
　図８は、変形例５に係る発光素子４Ｅの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。
　この変形例５に係る発光素子４Ｅは、蛍光体層４５ｅの表面が凹凸パターン４５５を有している点で、上記実施形態に係る発光素子４と異なる。具体的には、図８に示すように、蛍光体層４５ｅにおける基板４１とは反対側の表面４５３のうち、レーザー光が照射される領域Ｒ１には、微細な凹凸４５４が繰り返された凹凸パターン４５５が形成されている。凹凸パターン４５５は、例えばナノインプリント技術またはブラスト加工などによって形成されている。この凹凸パターン４５５による表面粗さは、レーザー光の波長以上の表面粗さとすればよい。これにより、蛍光体層４５ｅの表面４５３の領域Ｒ１では、レーザー光が拡散されるので、均一な白色光を実現することができる。
　なお、変形例５では、蛍光体層４５ｅの表面４５３のうち、領域Ｒ１のみに凹凸パターン４５５が形成されている場合を例示したが、凹凸パターン４５５は、少なくとも領域Ｒ１に形成されていればよい。つまり、蛍光体層４５ｅの表面４５３の全面に凹凸パターン４５５が形成されていてもよい。
　［変形例６］
　次に、本実施の形態に係る変形例６について説明する。
　図９は、変形例６に係る発光素子４Ｆの概略構成を示す断面図であり、具体的には図２に対応した図である。
　この変形例６に係る発光素子４Ｆは、蛍光体層４５ｆの主面４５２ｆが凹凸パターン４５９を有している点で、上記実施形態に係る発光素子４と異なる。具体的には、図９に示すように、蛍光体層４５ｆにおける基板４１側の主面４５２ｆのうち、レーザー光が照射される領域Ｒ２には、微細な凹凸４５８が繰り返された凹凸パターン４５９が形成されている。凹凸パターン４５９は、例えばナノインプリント技術またはブラスト加工などによって形成されている。この凹凸パターン４５９による表面粗さは、レーザー光の波長以上の表面粗さとすればよい。これにより、蛍光体層４５ｆの主面４５２ｆの領域Ｒ２では、レーザー光が拡散されるので、均一な白色光を実現することができる。
　なお、変形例６では、蛍光体層４５ｆの主面４５２ｆのうち、領域Ｒ２のみに凹凸パターン４５９が形成されている場合を例示したが、凹凸パターン４５９は、少なくとも領域Ｒ２に形成されていればよい。つまり、蛍光体層４５ｆの主面４５２ｆの全面に凹凸パターン４５９が形成されていてもよい。
　［その他の実施の形態］
　以上、本発明に係る照明装置について、上記実施の形態および変形例１～６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１～６に限定されるものではない。
　上記実施の形態および変形例１～６では、発光素子４が照明装置１に適用された場合を例示して説明したが、発光素子４は、その他の照明系に用いることも可能である。その他の照明系としては、例えば、プロジェクタ、車載用ヘッドライト等が挙げられる。プロジェクタに適用される場合、発光素子４は蛍光体ホイールとして用いられる。
　また、蛍光体層４５における主面４５２とは反対側の面、つまり光出射側の面に対して、例えばＡＲコート層などの反射抑制層を積層してもよい。これにより、光取り出し効率を高めることが可能である。
　その他、実施の形態に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施の形態および変形例１～６における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。
１　照明装置
２　光源部
４，４Ａ，４Ｂ，４Ｃ　発光素子
５　貫通孔
４１　基板
４２，４２ｂ　接合部
４３　反射層
４４　密着層
４５，４５ａ　蛍光体層
４６　拡散層
４１１，４４１　主面
４２１　第１電極層
４２２　第２電極層
４２３　金属接合層
４５１　蛍光体粒子（蛍光体）
４５２，４５２ｅ　主面
４５３ｅ　表面

Claims (10)

  1. 　少なくとも一種類の蛍光体を含む蛍光体層と、
    　前記蛍光体層よりも熱伝導率の高い基板であって、前記蛍光体層が１つの主面側に配置された基板と、
    　前記蛍光体層と前記基板との間に介在して前記蛍光体層と前記基板とを金属接合するための接合部とを備え、
    　前記接合部と前記蛍光体層との間には、
    　前記蛍光体層における前記基板側の主面に積層された透光性の密着層と、
    　前記密着層における前記基板側の主面に積層された反射層と、が介在している
    　発光素子。
  2. 　前記接合部は、
    　前記基板における前記主面に積層された第１電極層と、
    　前記反射層における前記基板側の主面に積層された第２電極層と、
    　前記第１電極層と前記第２電極層との間に介在され、前記第１電極層と前記第２電極層とを接合する金属接合層と、を有する
    　請求項１に記載の発光素子。
  3. 　前記接合部は、焼結された銀ナノ粒子からなる
    　請求項１に記載の発光素子。
  4. 　前記蛍光体は、前記蛍光体層における前記基板側に配置されている
    　請求項１～３のいずれか一項に記載の発光素子。
  5. 　前記密着層は、金属酸化物から形成されている
    　請求項１～４のいずれか一項に記載の発光素子。
  6. 　前記基板と、前記接合部と、前記反射層と、前記密着層とには、前記基板の前記主面に交差する方向に連続する貫通孔が形成されており、
    　前記貫通孔は、前記蛍光体を励起させるため、前記基板側から入射する励起光の光路となる
    　請求項１～５のいずれか一項に記載の発光素子。
  7. 　前記蛍光体層と前記反射層との間には、光を拡散する拡散層が介在している
    　請求項１～６のいずれか一項に記載の発光素子。
  8. 　前記蛍光体層における前記基板とは反対側の表面のうち、前記蛍光体を励起させるための励起光が照射される領域は、当該励起光の波長以上の表面粗さを有する
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の発光素子。
  9. 　前記蛍光体層における前記基板側の前記主面のうち、前記蛍光体を励起させるための励起光が照射される領域は、当該励起光の波長以上の表面粗さを有する
    　請求項１～７のいずれか一項に記載の発光素子。
  10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の発光素子と、
    　前記発光素子の前記蛍光体を励起するための励起光を照射する光源部と、を備える
    　照明装置。
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