WO2018124082A1 - 蛍光光源装置およびその製造方法 - Google Patents

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fluorescent
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井上　正樹
蕪木　清幸
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ウシオ電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent light source device including a fluorescent plate that emits fluorescence by excitation light and a method for manufacturing the same.
  • a fluorescent light source device one having a configuration in which a phosphor is irradiated with laser light as excitation light and fluorescence is emitted from the phosphor is known.
  • a certain type of such a fluorescent light source device includes a flat fluorescent plate 51 made of a phosphor and an excitation light source 11 that irradiates the fluorescent plate 51 with excitation light.
  • the fluorescent plate 51 is disposed on the heat dissipation substrate 31 via a joint portion 52 made of an organic adhesive, an inorganic adhesive, a low-melting glass, a metal braze, or the like.
  • the heat dissipation substrate 31 has a function of dissipating heat from the fluorescent plate 51 to the outside, a function as a reflecting surface, and a function of holding the fluorescent plate 51.
  • a surface facing the bonding surface with the heat dissipation substrate 31 is an excitation light incident surface and a fluorescence emission surface, and a part of the excitation light incident surface (specifically, The central region) is an excitation light irradiation region, and the excitation light irradiation region and its peripheral region are fluorescence emission regions.
  • a portion immediately below the excitation light irradiation region on the excitation light incident surface that is, a surface layer portion related to the excitation light irradiation region on the excitation light incident surface side becomes extremely high.
  • the heat dissipation substrate is disposed on the side facing the excitation light incident surface, the heat generated in the fluorescent plate cannot be sufficiently exhausted by the heat dissipation substrate, and thus the temperature quenching is not performed in the fluorescent plate. Will occur.
  • a flat fluorescent plate made of a phosphor is bonded to a light transmissive substrate with an adhesive or the like, and the fluorescent plate is bonded to the light transmissive substrate.
  • one surface which is a surface is an excitation light incident surface
  • the other surface which is a surface facing a bonding surface with a light-transmitting substrate is a fluorescence emission surface. That is, in the fluorescent plate, excitation light is irradiated on one surface via the light-transmitting substrate, and fluorescence is emitted from the other surface.
  • the light-transmitting substrate has thermal conductivity, and the light-transmitting substrate is connected to a cooling block made of metal.
  • a sufficient fluorescent light beam cannot be obtained due to the temperature of the fluorescent plate becoming high.
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is to provide a fluorescent light source device capable of stably obtaining high luminous efficiency and a method for manufacturing the same.
  • the fluorescent light source device of the present invention has a fluorescent light emitting layer made of a polycrystalline body, and includes a fluorescent plate having a periodic structure formed on the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer,
  • the fluorescent plate includes a thermal diffusion layer having a thermal conductivity larger than that of the fluorescent light emitting layer, which is directly bonded on the surface on the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer, and excitation light incident on the fluorescent light emitting layer.
  • a high thermal conductive layer provided on the back side opposite to the side,
  • the high thermal conductive layer comprises a light reflecting layer and a bonding layer made of metal,
  • the fluorescent plate is provided so as to cover a part of the surface of the heat dissipation substrate disposed on the high thermal conductive layer side.
  • the fluorescent light emitting layer forming material and the thermal diffusion layer forming material include Al 2 O 3 , and the fluorescent light emitting layer forming material and the thermal diffusion layer forming material
  • the difference in coefficient of linear thermal expansion is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less.
  • the material for forming the fluorescent light emitting layer is preferably made of a polycrystal of Al 2 O 3 and an inorganic fluorescent material.
  • the fluorescent light-emitting layer preferably has an exposed area ratio of Al 2 O 3 of 50% or more at the joint surface with the thermal diffusion layer.
  • the material for forming the thermal diffusion layer is sapphire.
  • the material for forming the high thermal conductive layer has a higher thermal conductivity than the material for forming the fluorescent light emitting layer.
  • the material for forming the high thermal conductive layer has a higher thermal conductivity than the material for forming the thermal diffusion layer.
  • the thermal diffusion layer has a thickness of the thermal diffusion layer t [m], and a thermal conductivity of the material forming the thermal diffusion layer ⁇ [W / (m ⁇ K). ],
  • the value of the reciprocal (1 / (t ⁇ ⁇ )) of the product of the thickness and the thermal conductivity of the forming material preferably satisfies 10 to 350 (K / W).
  • the method for producing a fluorescent light source device of the present invention is a method for producing the above-described fluorescent light source device in which the material for forming the fluorescent light emitting layer and the material for forming the thermal diffusion layer contain Al 2 O 3 , A fluorescent light emitting layer material having a surface roughness of 0.01 nm or more and 1 nm or less, and a surface roughness of a surface bonded to the fluorescent light emitting layer of 0.01 nm or more and 1 nm or less.
  • Prepare a thermal diffusion layer material The fluorescent light emitting layer material and the heat diffusion layer material are joined by heating to 800 to 1200 ° C. in a state where the surfaces thereof are in close contact with each other.
  • the fluorescent plate has a thermal diffusion layer on the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer, and has a high thermal conductive layer on the side opposite to the excitation light incident side, and the high thermal conductive layer side It is provided so as to cover a part of the surface of the heat dissipation board disposed in the. Therefore, even if heat is generated locally in the vicinity of the part of the fluorescent light emitting layer on the excitation light incident side of the surface of the fluorescent light emitting layer, Is diffused by being transmitted to the thermal diffusion layer, and is efficiently transmitted to the heat radiating substrate through the peripheral portion in the vicinity immediately below and the high thermal conductive layer.
  • an exhaust heat path extending from the thermal diffusion layer toward the high thermal conductive layer is formed in the peripheral portion of the portion where heat is generated by the incidence of excitation light. Therefore, even if the heat dissipation substrate is disposed on the side opposite to the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer, the heat generated in the fluorescent light emitting layer when irradiated with the excitation light is efficiently transferred to the heat dissipation substrate. Can be exhausted. As a result, occurrence of temperature quenching in the fluorescent light emitting layer can be suppressed.
  • the fluorescent light source device of the present invention even when the incident power of excitation light (excitation energy of excitation light) is large, it is possible to suppress the occurrence of temperature quenching in the fluorescent light emitting layer. A luminous flux (fluorescent light amount) is obtained, and as a result, high luminous efficiency can be stably obtained. Further, according to the configuration in which the material for forming the fluorescent light emitting layer and the material for forming the thermal diffusion layer contain Al 2 O 3 and the difference in linear thermal expansion coefficient between them is 1 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less, for example, 800 to By the heat treatment at 1200 ° C., a fluorescent plate having a high bonding strength between the fluorescent light emitting layer and the thermal diffusion layer is obtained.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration in an example of the fluorescent light source device of the present invention.
  • the fluorescent light source device 10 has a substantially flat plate shape having an excitation light source 11 made of, for example, a laser diode, and a fluorescent plate 21 that is excited by excitation light L emitted from the excitation light source 11 to emit fluorescence.
  • the fluorescent light emitting member 15 is provided, and these are disposed apart from each other.
  • the fluorescent light emitting member 15 is arranged in an inclined posture with respect to the optical axis of the excitation light source 11 so as to face the excitation light source 11.
  • a collimator lens 18 that emits incident excitation light L as parallel light is disposed between the excitation light source 11 and the fluorescent light emitting member 15 at a position close to the excitation light source 11.
  • the fluorescent light emitting member 15 has a substantially flat fluorescent plate 21 disposed on the surface (upper surface in FIG. 2) of a flat heat dissipation substrate 31.
  • the fluorescent light emitting member 15 is provided with a heat radiating member (not shown) made of a metal such as copper on the back surface of the heat radiating substrate 31.
  • the fluorescent plate 21 is laminated on a flat fluorescent light emitting layer 22, a flat heat diffusion layer 23 bonded directly on the surface (upper surface in FIG. 2) of the fluorescent light emitting layer 22, and the thermal diffusion layer 23.
  • a substantially flat periodic structure layer 25 The surface (upper surface in FIG. 2) of the periodic structure layer 25 is an excitation light incident surface and a fluorescence emission surface.
  • a periodic structure 27 in which a plurality of convex portions 28 are periodically arranged is formed on the surface of the periodic structure layer 25, a periodic structure 27 in which a plurality of convex portions 28 are periodically arranged is formed.
  • a light reflecting layer 33 made of a light reflecting film is provided on the back surface (the lower surface in FIG. 2) of the fluorescent light emitting layer 22.
  • a bonding layer 35 made of metal is provided on the back surface (the lower surface in FIG.
  • the high thermal conductive layer 32 is configured by a laminate of the light reflecting layer 33 and the bonding layer 35 in contact with the fluorescent light emitting layer 22. That is, the fluorescent plate 21 has a high thermal conductive layer 32 composed of the light reflecting layer 33 and the bonding layer 35 on the side opposite to the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer 22.
  • the excitation light incident surface (the surface of the periodic structure layer 25) of the fluorescent plate 21 is separated from the excitation light source 11 by a partial region (specifically, the central region) of the excitation light incident surface.
  • An excitation light irradiation region to which the excitation light L (laser light) emitted and collimated by the collimator lens 18 is irradiated is formed.
  • a fluorescence emission region is formed on the fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21 (the surface of the periodic structure layer 25) by the excitation light irradiation region and its peripheral region.
  • the fluorescent plate 21 it is preferable to use a material containing Al 2 O 3 as the material for forming the fluorescent light emitting layer 22, and in particular, a material made of a polycrystal of Al 2 O 3 and an inorganic fluorescent material is preferable.
  • a material containing Al 2 O 3 As the material for forming the fluorescent light emitting layer 22, and in particular, a material made of a polycrystal of Al 2 O 3 and an inorganic fluorescent material is preferable.
  • the thermal conductivity of the fluorescent light emitting layer 22 itself can be improved. Therefore, in the fluorescent light emitting layer 22, the heat generated by the irradiation of the excitation light is efficiently exhausted, so that the fluorescent light emitting layer 22 is further suppressed from becoming high temperature. Further, in terms of the bonding strength between the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23, the degree of freedom in selecting the type of inorganic phosphor in the fluorescent light emitting layer 22 is increased.
  • YAG phosphors such as YAG: Ce, YAG: Pr, YAG: Sm, (Y, Gd) AG: Ce, LuAG: Ce, CASN: Eu, sialon : Eu or the like can be used.
  • the activator dope amount is preferably 0.5 mol% or less.
  • the fluorescence generated in the fluorescent light emitting layer 22 is, for example, light having a peak wavelength of 520 to 650 nm.
  • the polycrystalline body constituting the fluorescent light emitting layer 22 for example, a mixed sintered body of YAG phosphor and Al 2 O 3 in which the doping amount of the activator is 0.5 mol% or less is used. ing.
  • the proportion of Al 2 O 3 contained in the fluorescent light emitting layer 22 is preferably 50 to 75%. By containing Al 2 O 3 at such a ratio, the heat generated in the fluorescent light emitting layer 22 is efficiently exhausted, and the fluorescent plate 21 having high bonding strength between the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23 is provided. It is definitely obtained.
  • the proportion of Al 2 O 3 is less than 50%, the inorganic phosphor is polished when the surface of the fluorescent light emitting layer material is polished before bonding the fluorescent light emitting layer material to the heat diffusion layer material. Therefore, a concave portion is formed on the surface, and it may be difficult to obtain a sufficient bonding area.
  • the obtained fluorescent plate 21 there is a possibility that peeling or pores may occur between the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23.
  • the proportion of Al 2 O 3 exceeds 75%, the excitation light L is hardly absorbed in the fluorescent light emitting layer 22, and the fluorescent output may be reduced.
  • the material for forming the fluorescent light emitting layer 22 has a thermal conductivity of 10 to 13 W / (m ⁇ K) and a linear thermal expansion coefficient of 5.8 ⁇ 10 ⁇ 6 to 6.3 ⁇ 10 ⁇ 6 / K. preferable.
  • the thermal conductivity and linear thermal expansion coefficient of the forming material of the fluorescent light emitting layer 22 can be controlled by the type of the inorganic phosphor and the ratio of the inorganic phosphor to Al 2 O 3 .
  • the phosphor layer 22 preferably has an Al 2 O 3 exposed area ratio of 50% or more at the joint surface with the thermal diffusion layer 23, more preferably 50 to 75%.
  • the exposed area ratio of Al 2 O 3 is 50% or more, the fluorescent plate 21 having a high bonding strength between the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23 can be obtained more reliably.
  • the exposed area ratio of Al 2 O 3 on the joint surface with the thermal diffusion layer 23 can be measured by cross-sectional composition analysis and SEM image.
  • the thickness of the fluorescent light emitting layer 22 is preferably 0.05 to 2.0 mm from the viewpoint of effective use of excitation light and exhaust heat.
  • the material for forming the thermal diffusion layer 23 has a thermal conductivity larger than that of the material for forming the fluorescent light emitting layer 22, and transmits light with respect to the excitation light L and fluorescence (fluorescence emitted from the phosphor constituting the fluorescent light emitting layer 22). It has sex.
  • a material for forming the thermal diffusion layer 23 a material containing Al 2 O 3 is preferably used.
  • the material for forming the thermal diffusion layer 23 is preferably such that the difference between the linear thermal expansion coefficient and the linear thermal expansion coefficient of the fluorescent light emitting layer 22 is 1 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less.
  • a fluorescent plate 21 having no bonding between the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23 and having a high bonding strength can be obtained by a heat treatment described later. Therefore, it is possible to prevent or sufficiently suppress the occurrence of peeling between the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23 due to the excitation light being applied to the fluorescent light emitting member 15.
  • the thermal diffusion layer 23 has a thickness t when the thickness of the thermal diffusion layer 23 is t [m] and the thermal conductivity of the material for forming the thermal diffusion layer 23 is ⁇ [W / (m ⁇ K)].
  • the reciprocal (1 / (t ⁇ ⁇ )) of the product of the thermal conductivity ⁇ is preferably 10 to 350 K / W.
  • “the reciprocal of the product of the thickness t and the thermal conductivity ⁇ (1 / (t ⁇ ⁇ ))” relating to the thermal diffusion layer 23 indicates an index of the thermal resistance of the thermal diffusion layer 23, that is, the thermal diffusivity. The smaller the value, the easier it is to conduct heat.
  • thermal diffusion layer 23 When the value of the inverse of the product of the thickness t and the thermal conductivity ⁇ (1 / (t ⁇ ⁇ )) is excessive, sufficient thermal diffusivity (thermal conductivity) cannot be obtained in the thermal diffusion layer 23. Therefore, temperature quenching occurs in the phosphor in the fluorescent light emitting layer 22, and there is a possibility that a sufficient fluorescent light flux (fluorescent light amount) cannot be obtained.
  • a case where the value of the reciprocal (1 / (t ⁇ ⁇ )) of the product of the thickness t and the thermal conductivity ⁇ is excessively small may be a case where the thickness t of the thermal diffusion layer 23 is large.
  • the fluorescence radiated from the phosphor is guided through the thermal diffusion layer 23 in the creeping direction (left-right direction in FIG. 2). Since the light is emitted from the peripheral side surface of the thermal diffusion layer 23, there is a possibility that sufficient fluorescent output cannot be obtained in the light emitted from the fluorescent light emitting surface of the fluorescent plate 21. That is, there is a possibility that the fluorescence cannot be emitted with sufficiently high efficiency on the fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21.
  • the thickness (maximum thickness) of the thermal diffusion layer 23 is determined according to the thermal conductivity of the material for forming the thermal diffusion layer 23 as described above. It is preferably from 03 to 0.6 mm.
  • the area of the thermal diffusion layer 23 (specifically, the area of the back surface of the thermal diffusion layer 23) is the thermal diffusibility of the thermal diffusion layer 23 and the effective utilization of the fluorescent light emitting layer 22 (specifically, the fluorescence From the viewpoint of the utility of the light emitting layer 22 as a heat exhaust path, etc., the area of the fluorescent light emitting layer 22 (specifically, the area of the surface of the fluorescent light emitting layer 22) is preferably the same.
  • the thermal diffusion layer 23 has an area on the back surface (lower surface in FIG.
  • the back surface of the thermal diffusion layer 23 has vertical and horizontal dimensions equivalent to the vertical and horizontal dimensions of the surface of the fluorescent light emitting layer 22, and there is no step between the peripheral side surface of the thermal diffusion layer 23 and the peripheral side surface of the fluorescent light emitting layer 22. It constitutes a continuous surface.
  • the periodic structure layer 25 has optical transparency with respect to the excitation light L and fluorescence (fluorescence emitted from the inorganic phosphor constituting the fluorescence emission layer 22), and the excitation light incident surface and the fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21.
  • the periodic structure 27 in which a plurality of convex portions 28 are periodically arranged is provided on the surface.
  • the periodic structure layer 25 is composed of a thin plate-like base portion 26 and a periodic structure 27 formed on the base portion 26 and including a plurality of conical convex portions 28. Is.
  • the periodic structure 27 is in a state where the frustoconical convex portions 28 are densely packed on the thin plate-like base portion 26 disposed so as to cover the entire surface of the thermal diffusion layer 23. Two-dimensionally arranged.
  • the phosphor 21 is provided with the periodic structure 27 on the excitation light incident side, reflection of the excitation light L on the surface of the periodic structure layer 25, that is, the surface of the fluorescent plate 21 can be suppressed. Therefore, when the surface of the periodic structure layer 25 is irradiated with the excitation light L, the excitation light L can be sufficiently taken into the fluorescent plate 21. In addition, local excitation light L can be prevented from entering the fluorescent light emitting layer 22. Therefore, it can suppress that the fluorescent light emitting layer 22 becomes high temperature locally.
  • the periodic structure 27 has an aspect ratio (h / d) that is a ratio of the height h of the projection 28 to the period d of 0.2 or more, preferably 0.2 to 1.5. Particularly preferred is 0.5 to 1.0.
  • the period of the periodic structure means a center-to-center distance (nm) between adjacent convex portions in the periodic structure.
  • the aspect ratio in the periodic structure of the periodic structure 27 By setting the aspect ratio in the periodic structure of the periodic structure 27 to 0.2 or more, reflection of the excitation light L on the surface of the periodic structure layer 25, that is, the surface of the fluorescent plate 21 can be further suppressed. Therefore, when the surface of the periodic structure layer 25 is irradiated with the excitation light L, the excitation light L can be sufficiently taken into the fluorescent plate 21.
  • the aspect ratio of the periodic structure being 0.2 or more, the periodic structure layer that is the fluorescence emission surface of the fluorescent plate 21 with high efficiency for the fluorescence emitted from the phosphor constituting the fluorescent light emitting layer 22. It can be taken out from the surface of 25.
  • the material for forming the periodic structure layer 25 is preferably an inorganic material because the energy for exciting the inorganic phosphor in the fluorescent light emitting layer 22 has an excitation density of about 5 W / mm 2 or more.
  • the periodic structure layer 25 As a specific example of a material for forming the periodic structure layer 25, sapphire, silica, titania, zirconia, silicon nitride, or the like can be used.
  • the thickness (maximum thickness) of the periodic structure layer 25 is, for example, 0.1 to 1.0 ⁇ m.
  • the high thermal conductive layer 32 is formed of a laminate of the light reflecting layer 33 and the bonding layer 35, and the thermal conductivity of the material for forming the high thermal conductive layer 32 is the formation of the fluorescent light emitting layer 22 from the viewpoint of exhaust heat. It is preferable that it is larger than the thermal conductivity of the material (polycrystal). Specifically, the thermal conductivity of the material for forming the light reflecting layer 33 is larger than the thermal conductivity of the material for forming the fluorescent light emitting layer 22 (polycrystal), and the thermal conductivity of the material for forming the bonding layer 35. However, it is preferable that it is larger than the thermal conductivity of the formation material (polycrystal) of the fluorescent light emitting layer 22.
  • the thermal conductivity of the material for forming the high thermal conductive layer 32 is larger than the thermal conductivity of the material for forming the thermal diffusion layer 23 from the viewpoint of exhaust heat.
  • the thermal conductivity of the material for forming the light reflecting layer 33 is larger than the thermal conductivity of the material for forming the thermal diffusion layer 23, and the thermal conductivity of the material for forming the bonding layer 35 is the thermal diffusion layer. It is preferable that the thermal conductivity of the forming material 23 is larger.
  • the thermal conductivity of the forming material of the light reflecting layer 33 depends on the thermal conductivity of the forming material of the fluorescent light emitting layer 22, the thermal conductivity of the forming material in the high thermal diffusion layer 23, the thickness of the light reflecting layer 33, and the like. Although it is determined in consideration of the thermal conductivity of the forming material 35, it is preferably 226 to 429 W / (m ⁇ K).
  • the thermal conductivity of the forming material of the bonding layer 35 depends on the thermal conductivity of the forming material of the fluorescent light emitting layer 22, the thermal conductivity of the forming material in the high thermal diffusion layer 23, the thickness of the bonding layer 35, and the like. Although it is determined in consideration of the thermal conductivity of the material for forming the layer 33, it is preferably 40 to 60 W / (m ⁇ K).
  • silver thermal conductivity 429 W / (m ⁇ K)
  • silver thermal conductivity 429 W / (m ⁇ K)
  • solder specifically, for example, a gold tin (AuSn) alloy (Sn content 20 mass%, thermal conductivity 60 W / (m ⁇ K )), Lead (Pb, thermal conductivity 49 W / (m ⁇ K)), gold germanium (AuGe) alloy (thermal conductivity 44 W / (m ⁇ K)), etc.
  • silver sintered material thermal conductivity
  • a metal such as 429 W / (m ⁇ K)
  • an increased reflection silver film is used as the light reflecting film.
  • gold tin (AuSn) solder is used as the bonding layer 35.
  • the thickness of the light reflecting layer 33 in the high thermal conductive layer 32 is preferably 100 to 200 nm.
  • the thickness of the bonding layer 35 is preferably 5 to 30 ⁇ m.
  • the heat dissipation substrate 31 a metal substrate made of a material such as copper, an alloy of molybdenum and copper (Mo—Cu) is used.
  • the thickness of the heat dissipation substrate 31 is, for example, 0.5 to 5.0 mm.
  • the aluminum substrate and the metal substrate constituting the heat dissipation substrate 31 may have a function of a heat dissipation fin.
  • the area of the heat dissipation substrate 31 is the area of the fluorescent plate 21 (specifically, the back surface of the fluorescent plate 21) from the viewpoint of exhaust heat. It is preferable that it is the same.
  • the heat dissipation substrate 31 has a surface area larger than the area of the back surface of the fluorescent screen 21. That is, the surface of the heat dissipation substrate 31 has a vertical and horizontal dimension larger than the vertical and horizontal dimensions of the back surface of the fluorescent plate 21.
  • the fluorescent plate 21 is disposed on the surface of the heat dissipation substrate 31 so as to cover a part of the surface from the viewpoint of exhaust heat. That is, the fluorescent plate 21 is provided so as to cover a part of the surface of the heat dissipation substrate.
  • the entire rear surface of the fluorescent plate 21 is in opposed contact with the central region of the surface of the heat dissipation substrate 31. That is, the surface of the heat dissipation substrate 31 is in a state where the central region is covered with the fluorescent plate 21.
  • Such a fluorescent light emitting member 15 can be manufactured as follows, for example. First, a fluorescent light emitting layer material for obtaining the fluorescent light emitting layer 22 and a heat diffusion layer material for obtaining the heat diffusion layer 23 are manufactured.
  • the fluorescent light emitting layer material includes Al 2 O 3 , for example, a polycrystalline body of Al 2 O 3 and an inorganic phosphor.
  • the thermal diffusion layer material includes Al 2 O 3 such as sapphire.
  • the polycrystalline body constituting the fluorescent light emitting layer material can be obtained, for example, by the following method.
  • raw materials specifically, base material, activator, firing aid (specifically, for example, silica (SiO 2 )) and Al 2 O 3 using a ball mill or the like, submicron or less
  • a raw material fine powder is obtained, and a slurry in which the raw material fine powder is uniformly dispersed in the organic solvent is prepared from the obtained raw material fine powder and the organic solvent.
  • a molded body is produced from the obtained slurry by a doctor blade method, and the molded body is fired to obtain a sintered body.
  • a polycrystalline body with a porosity of 0.5% or less is obtained by subjecting the obtained sintered body to hot isostatic pressing.
  • the proportion of Al 2 O 3 in the polycrystal is preferably 50% or more, particularly 50 to 75%.
  • the surfaces bonded to each other in each of the fluorescent light emitting layer material and the thermal diffusion layer material are smoothed by being polished by chemical mechanical polishing (CMP).
  • the surface roughness Ra (arithmetic mean roughness) of each surface of the fluorescent light emitting layer material and the thermal diffusion layer material is preferably 0.01 nm or more and 1 nm or less, more preferably 0.01 nm or more and 0. 0.5 nm or less, particularly preferably 0.01 nm or more and 0.3 nm or less. Since the surface roughness Ra of the smooth surface of each of the fluorescent light emitting layer material and the thermal diffusion layer material is within the above range, the fluorescent plate 21 having a larger bonding strength between the thermal diffusion layer 23 and the fluorescent light emitting layer 22 is obtained. can get. When the surface roughness Ra is excessive, there is a possibility that sufficient bonding strength cannot be obtained between the thermal diffusion layer 23 and the fluorescent light emitting layer 22.
  • the fluorescent light emitting layer material and the heat diffusion layer material are heated to 800 to 1200 ° C. in an atmospheric pressure environment with their smooth surfaces in close contact with each other.
  • a laminate in which the thermal diffusion layer 23 is directly bonded to the surface of the fluorescent light emitting layer 22 by optical contact is obtained by the interaction of the surface molecules of each smooth surface.
  • the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer are bonded by the surface intermolecular force regardless of the bonding member such as an adhesive. In the meantime, high bonding strength can be obtained.
  • each smooth surface has a hydroxyl group (OH group). Therefore, annealing treatment is performed under the above heating temperature conditions. When performed, the hydroxyl group contributes to the bonding between the smooth surfaces of the thermal diffusion layer material and the fluorescent light emitting layer material. Then, in the process of joining the fluorescent light emitting layer material and the thermal diffusion layer material each having a smooth surface by optical contact, after temporarily joining the fluorescent light emitting layer material and the thermal diffusion layer material by superposition, annealing is performed. Process.
  • the difference in thermal expansion coefficient between the fluorescent light emitting layer material and the thermal diffusion layer material is 1 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less, even if the annealing treatment is performed in the above temperature range, the thermal expansion difference at the bonding interface. There is little exfoliation and bubble generation. As a result, the heat diffusion layer material and the fluorescent light emitting layer material are bonded with high strength.
  • the heating temperature is less than 800 ° C., since the bonding is only partially performed, the void generation region is large.
  • the heating temperature exceeds 1200 ° C., the phosphor is deteriorated and sufficient brightness cannot be obtained.
  • the periodic structure layer 25 is formed on the thermal diffusion layer 23.
  • a method of forming the periodic structure layer 25 a method combining the sol-gel method and the nanoimprint method can be used. More specifically, a sol-like material containing an alkoxide such as aluminum, silicon, titanium, or zirconium is applied to the surface of the thermal diffusion layer 23 by, eg, spin coating. Next, heat treatment is performed in a state in which a mold is pressed against the obtained coating film, and after heat release, heat treatment is performed. By this heat treatment, the reaction (hydrolysis and condensation polymerization) proceeds, and the periodic structure layer 25 made of an inorganic material is formed.
  • the periodic structure layer 25 can also be formed using a nanoimprint method and a dry etching process.
  • a resist is applied to the surface of the flat inorganic material layer by, for example, spin coating, and then the resist coating film is patterned by, for example, nanoimprinting. Thereafter, by performing a dry etching process, the periodic structure layer 25 made of an inorganic material having the periodic structure 27 provided on the surface is formed.
  • the periodic structure may be formed directly on the thermal diffusion layer 23.
  • a high thermal conductive layer 32 made of a laminate of the light reflecting layer 33 and the bonding layer 35 is formed on the back surface of the fluorescent light emitting layer 22.
  • a reflective metal film is formed by vapor-depositing Ag or Al to be the light reflecting layer 33 on the fluorescent light emitting layer 22.
  • a light reflection layer 33 is formed by forming a protective film by depositing or plating Cr, Ni or the like.
  • the bonding layer 35 made of solder is formed on the protective film in the light reflecting layer 33, thereby bonding to the heat dissipation substrate 31.
  • the high heat conductive layer 32 which consists of a laminated body of the light reflection layer 33 and the joining layer 35 is obtained.
  • the excitation light L emitted from the excitation light source 11 is collimated by the collimator lens 18. Thereafter, the parallelized excitation light L is irradiated to the excitation light incident area of the excitation light incident surface (surface of the periodic structure layer 25) of the fluorescent plate 21 in the fluorescent light emitting member 15, and the periodic structure layer 25 and the heat.
  • the light is incident on the fluorescent light-emitting layer 22 via the diffusion layer 23 directly below the excitation light incident region and the peripheral region (hereinafter, collectively referred to as “light incident central region”).
  • the phosphor is excited, and thereby fluorescence is emitted from the phosphor.
  • the fluorescence is emitted from the fluorescence emission region of the fluorescence emission surface (surface of the periodic structure layer 25) of the fluorescent plate 21 together with the excitation light L reflected by the light reflection layer 33 without being absorbed by the phosphor, and the fluorescence light source device 10 To the outside.
  • the portion near the light incident central region in the fluorescent light emitting layer 22 that is, the surface layer portion (hereinafter referred to as “the light incident central region on the excitation light incident side”). It is also referred to as “the central surface layer portion”), which generates heat locally and becomes high temperature.
  • the heat generated in the central surface layer portion is transmitted to the central portion of the thermal diffusion layer 23 (specifically, the portion directly above the central surface layer portion (light incident central region) in the thermal diffusion layer 23).
  • the heat diffusion layer 23 is conducted outward in the creeping direction, that is, toward the peripheral side surface of the heat diffusion layer 23.
  • the heat conducted to the peripheral portion of the central portion in the thermal diffusion layer 23 in this way is transmitted to the heat dissipation substrate 31 via the peripheral portion (non-high temperature portion) of the central surface layer portion of the fluorescent light emitting layer 22 and the high thermal conductive layer 32.
  • the heat is transmitted and exhausted at the heat dissipation substrate 31.
  • the fluorescent light emitting layer 22 is sandwiched between the thermal diffusion layer 23 and the high thermal conductive layer 32. Therefore, even when heat is generated locally in the vicinity of the part of the fluorescent light-emitting layer 22 in the vicinity of the part of the part of the fluorescent light emitting layer 22 on one side of the excitation light incident side, The heat is diffused by being transmitted to the thermal diffusion layer 23, and is efficiently transmitted to the heat dissipation substrate 31 through the peripheral portion of the immediate vicinity and the high thermal conductive layer 23. That is, in the fluorescent light emitting layer 22, an exhaust heat path extending from the thermal diffusion layer 23 toward the high thermal conductive layer 32 is formed around the portion where heat is generated by the incidence of excitation light.
  • the substrate 31 is disposed on the side opposite to the excitation light incident side of the fluorescent light emitting layer 22, the heat generated in the fluorescent light emitting layer 22 when irradiated with the excitation light is efficiently transmitted to the heat dissipation substrate 31. And can be exhausted. As a result, the occurrence of temperature quenching in the fluorescent light emitting layer 22 can be suppressed.
  • the fluorescent light source device 10 of the present invention it is possible to suppress the occurrence of temperature quenching in the fluorescent light emitting layer 22 even when the incident power of excitation light (excitation energy of excitation light) is large.
  • a high fluorescent luminous flux (fluorescent light amount) is obtained, and as a result, high luminous efficiency can be stably obtained.
  • the amount of fluorescent light can be obtained by 1.2 times or more as compared with a configuration in which the thermal diffusion layer 23 is not provided on the fluorescent plate 21.
  • the material for forming the fluorescent light emitting layer and the material for forming the thermal diffusion layer contain Al 2 O 3 and the difference in linear thermal expansion coefficient between them is 1 ⁇ 10 ⁇ 6 / K or less, for example, 800 to By the heat treatment at 1200 ° C., the fluorescent light emitting layer 22 and the thermal diffusion layer 23 can be bonded by optical contact, so that a fluorescent plate with high bonding strength between the fluorescent light emitting layer and the thermal diffusion layer can be obtained.
  • the thermal diffusion layer 23 does not have to be formed with the periodic structure. Therefore, the formation of the periodic structure 27 on the excitation light receiving surface of the phosphor 21 is facilitated.
  • the phosphor plate preferably has a periodic structure layer from the viewpoint of manufacturability, but the periodic structure layer is not provided, and the periodic structure is formed on the surface of the thermal diffusion layer. It may be a thing. That is, the periodic structure may be configured in the thermal diffusion layer. In the thermal diffusion layer provided with the periodic structure, the periodic structure is formed by an etching process. Specifically, as shown in FIG. 3, the fluorescent plate is not provided with a periodic structure layer in the fluorescent plate 21 constituting the fluorescent light source device 10 according to FIG. 1, and the surface of the thermal diffusion layer 43 is exposed to excitation light. 1 except that the periodic structure 47 is provided on the surface of the thermal diffusion layer 43, and the fluorescent plate 21 constituting the fluorescent light source device 10 according to FIG. Good.
  • the periodic structure is not limited to a structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged, and may be a structure in which a plurality of columnar holes are periodically arranged, It may have a configuration in which a plurality of columnar holes are periodically arranged and a plurality of convex portions are periodically arranged.
  • the overall structure of the fluorescent light source device is not limited to that shown in FIG. 1, and various configurations can be employed.
  • the light of one excitation light source for example, a laser diode
  • a condensing lens is arranged in front of the fluorescent plate to collect the condensed light. May be applied to the fluorescent screen.
  • the excitation light is not limited to the laser light of the laser diode, and various kinds of light can be used as long as it emits light that can excite the fluorescent plate (specifically, the phosphor constituting the fluorescent plate).
  • the excitation light source one that emits light of an appropriate wavelength according to the type of phosphor constituting the fluorescent plate (fluorescent light emitting layer) is used, for example, one that emits light having a wavelength of 445 to 465 nm. Is used.
  • fluorescent light emitting member (1) A fluorescent light emitting member (hereinafter, also referred to as “fluorescent light emitting member (1)”) having the configuration of FIG. 1 was produced as follows. The following fluorescent light emitting layer material and thermal diffusion layer material were prepared.
  • Fluorescent layer material Material: Polycrystal of Al 2 O 3 (50%) / YAG (Doping amount of activator (Ce) related to YAG: 0.5 mol%, porosity 0.5% or less, thermal conductivity: 20 W / ( m ⁇ K), linear thermal expansion coefficient: 8.6 ⁇ 10 ⁇ 6 / K, refractive index: 1.83), thickness: 0.10 mm, surface (smooth surface) surface roughness Ra: 0.3 nm, surface Al 2 O 3 exposed area ratio on (smooth surface): 63% [Heat diffusion layer material] Material: Sapphire (single crystal, thermal conductivity: 42 W / (m ⁇ K), linear thermal expansion coefficient: 7.7 ⁇ 10 ⁇ 6 / K, refractive index:
  • the fluorescent light emitting layer material and the heat diffusion layer material are stacked so that their smooth surfaces are in close contact with each other, and the stack is heat-treated under conditions of a temperature of 1000 ° C. or higher in an atmospheric pressure environment.
  • a periodic structure layer was formed by forming a sputtered film made of zirconia on the surface of the thermal diffusion layer and forming a concavo-convex structure on the surface of the sputtered film using a nanoimprint method and a dry etching process. .
  • the specifications of the obtained periodic structure layer are as follows.
  • a high thermal conductive layer composed of a light reflection layer and a bonding layer was formed on the back surface of the fluorescent light emitting layer, and a heat dissipation substrate was bonded to the obtained bonding layer.
  • a light reflecting layer is formed by depositing Ag or Al as a light reflecting layer on the fluorescent light emitting layer and forming a protective film by depositing or plating Cr or Ni in order to prevent oxidation or sulfuration of the deposited film. Formed.
  • a bonding layer was formed by solder on the protective film in the light reflection layer and bonded to the heat dissipation substrate.
  • the specifications of the obtained high thermal conductive layer and heat dissipation substrate are as follows.
  • Light reflecting film increased reflection silver film (thermal conductivity 429 W / (m ⁇ K)), thickness 150 nm
  • Heat dissipation board Material: Cu, thickness: 2mm
  • a comparative fluorescent light emitting member (hereinafter referred to as “comparative fluorescent light emitting member (hereinafter referred to as“ comparative fluorescent light emitting member ”)” having the same configuration as that of the fluorescent light emitting member (1) except that no heat diffusion layer is provided. 1) ”) was produced.
  • the produced fluorescent light-emitting member (1) and the comparative fluorescent light-emitting member (1) are each irradiated with excitation laser light on the central region of the surface of the fluorescent plate (the surface of the periodic structure layer).
  • the amount of fluorescence output was measured.
  • the ratio of the fluorescence output amount of the fluorescent light emitting member (1) when the fluorescent output amount of the comparative fluorescent light emitting member (1) is set to 1 (hereinafter referred to as the fluorescent output amount).
  • fluorescent output amount also referred to as “fluorescence output improvement ratio”
  • fluorescent light emitting member (hereinafter referred to as “fluorescent light emitting member”) having the same configuration as that of the fluorescent light emitting member (1) except that the thickness of the heat diffusion layer is 0.33 mm. (Also referred to as “(2)”).
  • the reciprocal (1 / (t ⁇ ⁇ )) of the product of the thickness (t) and the thermal conductivity ( ⁇ ) related to the thermal diffusion layer is 72 K / W. there were.
  • the fluorescent light emitting member (2) when the fluorescent output amount of the comparative fluorescent light emitting member (1) is set to 1 by the same method as in Experimental Example 1 is used.
  • the ratio of the fluorescence output amount (fluorescence output improvement ratio) was calculated to be 1.62.
  • fluorescent light emitting member (3) a fluorescent light emitting member having the same configuration as that of the fluorescent light emitting member (1) except that the thickness of the heat diffusion layer is 0.60 mm. (3) ") was prepared.
  • the value of the reciprocal (1 / (t ⁇ ⁇ )) of the product of the thickness (t) and the thermal conductivity ( ⁇ ) related to the thermal diffusion layer is 40 K / W. there were.
  • the fluorescent emission of the fluorescent light emitting member (3) is obtained by the same method as in Experimental Example 1 when the fluorescent output amount of the comparative fluorescent light emitting member (1) is set to 1.
  • the ratio of competence (fluorescence output improvement ratio) was calculated, it was 1.74.
  • the fluorescent plate provided with the periodic structure on the excitation light incident side, and the heat dissipation substrate disposed on the other surface side facing the one surface of the fluorescent light on the excitation light incident side.
  • a high fluorescence output fluorescent light amount
  • the thermal diffusion layer is It was confirmed that a higher fluorescent output (fluorescent light amount) of 1.2 times or more was obtained compared to a fluorescent light source device that was not provided.

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Abstract

本発明は、高い発光効率を安定的に得ることのできる蛍光光源装置およびその製造方法を提供することを目的とする。　本発明の蛍光光源装置は、多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられていることを特徴とする。

Description

蛍光光源装置およびその製造方法
　本発明は、励起光によって蛍光を出射する蛍光板を備えた蛍光光源装置およびその製造方法に関する。
　従来、蛍光光源装置としては、レーザ光を励起光として蛍光体に照射し、当該蛍光体から蛍光を放射する構成のものが知られている。
　このような蛍光光源装置の或る種のものは、図４に示すように、蛍光体によって構成された平板状の蛍光板５１と、当該蛍光板５１に励起光を照射する励起光源１１とを備えている（例えば、特許文献１参照。）。この蛍光板５１は、有機接着剤、無機接着剤、低融点ガラス、金属ろうなどよりなる接合部５２を介して放熱基板３１上に配設されている。この放熱基板３１は、蛍光板５１からの熱を外部へ放散させる機能と共に、反射面としての機能および蛍光板５１を保持する機能を有するものである。そして、蛍光板５１においては、放熱基板３１との接合面に対向する面が、励起光入射面とされていると共に蛍光出射面とされており、励起光入射面の一部の領域（具体的には、中央領域）が励起光照射領域とされ、また、励起光照射領域およびその周辺領域が蛍光出射領域とされている。
　しかしながら、このような反射型の蛍光光源装置においては、励起光が照射されることによって蛍光板が発熱して当該蛍光板の温度が高くなり、その結果、蛍光板において蛍光体に温度消光が生じ、十分な蛍光光束（蛍光光量）が得られなくなる、という問題がある。
　蛍光板の温度が高くなる理由について説明する。蛍光板においては、蛍光体が、励起光を受光したときにその光エネルギーの一部を熱エネルギーに変換するものであるため、励起光が照射されることにより、熱が生じることとなる。そして、蛍光板においては、特に、励起光入射面における励起光照射領域の直下近傍部分、すなわち励起光入射面側の励起光照射領域に係る表層部分が極めて高温となる。然るに、放熱基板は、励起光入射面に対向する面側に配設されていることから、蛍光板において生じた熱を、放熱基板によって十分に排熱することができず、よって蛍光板において温度消光が生じることとなる。
　このような問題は、励起光の入射パワー（励起光の励起エネルギー）が大きい場合に顕著となる。すなわち、励起光の入射パワーに比して十分な蛍光光束が得られなくなる。
　また、蛍光光源装置の他の構成のものとしては、蛍光体によって構成された平板状の蛍光板が光透過性基板に接着剤などによって接合されており、当該蛍光板において、光透過性基板との接合面である一面が励起光入射面とされ、光透過性基板との接合面に対向する面である他面が蛍光出射面とされたものがある。すなわち、蛍光板においては、光透過性基板を介して一面に励起光が照射され、蛍光が他面から出射される。このような透過型の蛍光光源装置においては、光透過性基板が熱伝導性を有するものとされており、当該光透過性基板は、金属よりなる冷却用ブロックに接続されている。
　しかしながら、このような蛍光光源装置においても、蛍光板の温度が高くなることに起因して十分な蛍光光束を得ることができない、という問題がある。
特開２０１１－１２９３５４号公報
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高い発光効率を安定的に得ることのできる蛍光光源装置およびその製造方法を提供することにある。
　本発明の蛍光光源装置は、多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、
　前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、
　前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、
　前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられていることを特徴とする。
　本発明の蛍光光源装置においては、前記蛍光発光層の形成材料および前記熱拡散層の形成材料は、Ａｌ2 Ｏ3 を含み、前記蛍光発光層の形成材料と前記熱拡散層の形成材料との線熱膨張率の差が１×１０-6／Ｋ以下であることが好ましい。
　このような蛍光光源装置においては、前記蛍光発光層の形成材料は、Ａｌ2 Ｏ3 と無機蛍光体との多結晶体よりなることが好ましい。
　また、前記蛍光発光層は、前記熱拡散層との接合面におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率が５０％以上であることが好ましい。
　また、前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることが好ましい。
　また、本発明の蛍光光源装置においては、前記高熱伝導層の形成材料は、前記蛍光発光層の形成材料よりも熱伝導率が大きいことが好ましい。
　また、本発明の蛍光光源装置においては、前記高熱伝導層の形成材料は、前記熱拡散層の形成材料よりも熱伝導率が大きいことが好ましい。
　また、本発明の蛍光光源装置においては、前記熱拡散層は、当該熱拡散層の厚みをｔ〔ｍ〕、当該熱拡散層の形成材料の熱伝導率をλ〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕とするとき、厚みと形成材料の熱伝導率との積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が、１０～３５０（Ｋ／Ｗ）を満たすものであることが好ましい。
　本発明の蛍光光源装置の製造方法は、前記蛍光発光層の形成材料および前記熱拡散層の形成材料がＡｌ2 Ｏ3 を含む上記の蛍光光源装置を製造する方法であって、
　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする。
　本発明の蛍光光源装置においては、蛍光板は、蛍光発光層の励起光入射側に熱拡散層を有し、励起光入射側とは反対側に高熱伝導層を有しており、高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられている。そのため、蛍光発光層の励起光入射側の一面における一部の領域に励起光が入射することによって当該一部の領域の直下近傍部分に局所的に熱が発生した場合であっても、その熱が、熱拡散層に伝達されることによって拡散され、当該直下近傍部分の周囲部分および高熱伝導層を介して放熱基板に効率的に伝達される。すなわち、蛍光発光層には、励起光が入射することによって熱が発生した部分の周囲部分において、熱拡散層から高熱伝導層に向かって伸びる排熱路が形成されている。そのため、放熱基板が蛍光発光層の励起光入射側とは反対側に配設されていても、励起光が照射されることによって蛍光発光層に生じた熱を、放熱基板に効率的に伝達して排熱することができる。その結果、蛍光発光層における温度消光の発生を抑制することができる。
　従って、本発明の蛍光光源装置によれば、励起光の入射パワー（励起光の励起エネルギー）が大きい場合であっても、蛍光発光層における温度消光の発生を抑制することができるので、高い蛍光光束（蛍光光量）が得られ、その結果、高い発光効率を安定的に得ることができる。
　また、蛍光発光層の形成材料および熱拡散層の形成材料がＡｌ2 Ｏ3 を含み、それらの線熱膨張率の差が１×１０-6／Ｋ以下である構成によれば、例えば８００～１２００℃の加熱処理によって、蛍光発光層と熱拡散層との接合強度が高い蛍光板が得られる。
本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。 図１の蛍光光源装置における蛍光発光部材の構成を示す説明図である。 本発明の蛍光光源装置の他の例における蛍光発光部材の構成を示す説明図である。 従来の蛍光光源装置の構成を示す説明図である。
　以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
　図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
　この蛍光光源装置１０は、図１に示すように、例えばレーザダイオードよりなる励起光源１１と、励起光源１１から出射される励起光Ｌによって励起されて蛍光を放射する蛍光板２１を有する略平板状の蛍光発光部材１５とを備え、これらが互いに離間して配設されたものである。蛍光発光部材１５は、励起光源１１に対向するよう、当該励起光源１１の光軸に対して、例えば、傾斜した姿勢で配置されている。また、励起光源１１と蛍光発光部材１５との間における当該励起光源１１に接近した位置には、入射された励起光Ｌを平行光として出射するコリメータレンズ１８が配置されている。
　蛍光発光部材１５は、図２に示すように、略平板状の蛍光板２１が、平板状の放熱基板３１の表面（図２における上面）に配設されたものである。
　この蛍光発光部材１５には、放熱基板３１の裏面に、例えば銅などの金属よりなる放熱部材（図示省略）が設けられている。
　蛍光板２１は、平板状の蛍光発光層２２と、この蛍光発光層２２の表面（図２において上面）上に直接接合された平板状の熱拡散層２３と、この熱拡散層２３に積層された略平板状の周期構造体層２５とを有する。周期構造体層２５の表面（図２における上面）は、励起光入射面とされていると共に、蛍光出射面とされている。この周期構造体層２５の表面には、複数の凸部２８が周期的に配列されてなる周期構造体２７が形成されている。
　また、蛍光板２１においては、蛍光発光層２２の裏面（図２における下面）に、光反射膜よりなる光反射層３３が設けられている。さらに、光反射層３３の裏面（図２における下面）には、金属よりなる接合層３５が設けられており、当該接合層３５によって蛍光板２１が放熱基板３１上に接合されている。そして、蛍光発光層２２に接する光反射層３３と接合層３５との積層体により、高熱伝導層３２が構成されている。すなわち、蛍光板２１は、蛍光発光層２２の励起光入射側とは反対側に、光反射層３３と接合層３５とからなる高熱伝導層３２を有している。
　この図の例において、蛍光板２１の励起光入射面（周期構造体層２５の表面）には、当該励起光入射面の一部の領域（具体的には、中央領域）によって、励起光源１１から出射されてコリメータレンズ１８によって平行光化された励起光Ｌ（レーザ光）が照射される励起光照射領域が形成されている。また、蛍光板２１の蛍光出射面（周期構造体層２５の表面）には、励起光照射領域およびその周辺領域によって蛍光出射領域が形成されている。
　蛍光板２１において、蛍光発光層２２の形成材料としては、Ａｌ2 Ｏ3 を含むものを用いることが好ましく、特にＡｌ2 Ｏ3 と無機蛍光体との多結晶体よりなるものが好ましい。
　このような材料によって蛍光発光層２２を形成することにより、蛍光発光層２２自体の熱伝導性を向上させることができる。そのため、蛍光発光層２２においては励起光の照射によって発生した熱が効率よく排熱されることから、蛍光発光層２２が高温となることが一層抑制される。また、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との接合強度などの観点において、蛍光発光層２２における無機蛍光体の種類の選択の自由度が大きくなる。
　蛍光発光層２２の形成材料において、無機蛍光体としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｐｒ、ＹＡＧ：Ｓｍ等のＹＡＧ蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＣＡＳＮ：Ｅｕ、サイアロン：Ｅｕなどを用いることができる。このような無機蛍光体において、賦活材のドープ量は、０．５ｍｏｌ％以下であることが好ましい。
　ここに、蛍光発光層２２において生じる蛍光は、例えばピーク波長が５２０～６５０ｎｍの光である。
　この図の例において、蛍光発光層２２を構成する多結晶体としては、例えば賦活材のドープ量が０．５ｍｏｌ％以下であるＹＡＧ蛍光体とＡｌ2 Ｏ3 との混合焼結体が用いられている。
　蛍光発光層２２に含有されるＡｌ2 Ｏ3 の割合は５０～７５％であることが好ましい。このような割合でＡｌ2 Ｏ3 が含有されることにより、蛍光発光層２２に生じた熱が効率よく排熱されると共に、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との接合強度が高い蛍光板２１が確実に得られる。
　Ａｌ2 Ｏ3 の割合が５０％未満である場合には、蛍光発光層材を熱拡散層材に接合する前に、当該蛍光発光層材の表面を研磨したときに、無機蛍光体が研磨されやすいため、表面に凹部が形成され、十分な接合面積を得ることが困難となることがある。その結果、得られる蛍光板２１には、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間に剥離や気孔が生じるおそれがある。一方、Ａｌ2 Ｏ3 の割合が７５％を超える場合には、蛍光発光層２２において励起光Ｌが吸収されにくくなるため、蛍光出力が低下するおそれがある。
　蛍光発光層２２の形成材料は、熱伝導率が１０～１３Ｗ／（ｍ・Ｋ）で、線熱膨張率が５．８×１０-6～６．３×１０-6／Ｋであることが好ましい。
　蛍光発光層２２の形成材料の熱伝導率および線熱膨張率は、無機蛍光体の種類、および無機蛍光体とＡｌ2 Ｏ3 との割合などによって制御することができる。
　また、蛍光体層２２は、熱拡散層２３との接合面におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率が５０％以上であることが好ましく、より好ましくは５０～７５％である。Ａｌ2 Ｏ3 の露出面積率が５０％以上であれば、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との接合強度が高い蛍光板２１が更に確実に得られる。
　熱拡散層２３との接合面におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率は、断面の組成分析、ＳＥＭ画像によって測定することができる。
　また、蛍光発光層２２の厚みは、励起光有効利用性および排熱性の観点から、０．０５～２．０ｍｍであることが好ましい。
　熱拡散層２３の形成材料は、蛍光発光層２２の形成材料よりも大きい熱伝導率を有すると共に、励起光Ｌおよび蛍光（蛍光発光層２２を構成する蛍光体から放射される蛍光）に対する光透過性を有するものである。
　熱拡散層２３の形成材料としては、Ａｌ2 Ｏ3 を含むものを用いることが好ましい。また、熱拡散層２３の形成材料は、その線熱膨張率と蛍光発光層２２の線熱膨張率との差が１×１０-6／Ｋ以下のものであることが好ましい。このような熱拡散層２３の形成材料を用いることにより、後述する加熱処理によって、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間にボイドが無くて高い接合強度を有する蛍光板２１が得られる。そのため、蛍光発光層２２と熱拡散層２３との間において、蛍光発光部材１５に励起光が照射されることに起因する剥離の発生を防止または十分に抑制することができる。
　熱拡散層２３の形成材料の好ましい具体例としては、サファイア（熱伝導率＝４２Ｗ／（ｍ・Ｋ））が挙げられる。
　また、熱拡散層２３は、当該熱拡散層２３の厚みをｔ〔ｍ〕、当該熱拡散層２３の形成材料の熱伝導率をλ〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕とするとき、厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が、１０～３５０Ｋ／Ｗであることが好ましい。ここに、熱拡散層２３に係る「厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））」は、熱拡散層２３の熱抵抗、すなわち熱拡散能の指標を示すものであり、値が小さいほど熱を伝導しやすいことを示している。
　厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が過大である場合には、熱拡散層２３に十分な熱拡散性（熱伝導性）が得られず、よって蛍光発光層２２において蛍光体に温度消光が生じることとなり、十分な蛍光光束（蛍光光量）が得られなくなるおそれがある。
　厚みｔと熱伝導率λとの積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が過小である場合としては、熱拡散層２３の厚みｔが大きい場合が考えられる。そのような場合、特に厚みｔが０．６ｍｍ以上である場合には、蛍光体から放射された蛍光が、熱拡散層２３内を沿層方向（図２における左右方向）に導光して当該熱拡散層２３の周側面から出射されるため、蛍光板２１の蛍光出射面からの出射光において十分な蛍光出力が得られなくなるおそれがある。すなわち、蛍光板２１の蛍光出射面において十分に高い効率で蛍光を出射することができなくなるおそれがある。
　また、熱拡散層２３の厚み（最大厚み）は、前述したように熱拡散層２３の形成材料の熱伝導率に応じて定められるが、励起光有効利用性および排熱性の観点から、０．０３～０．６ｍｍであることが好ましい。
　また、熱拡散層２３の面積（具体的には、熱拡散層２３の裏面の面積）は、当該熱拡散層２３の熱拡散性および蛍光発光層２２の有効利用性（具体的には、蛍光発光層２２の排熱路としての利用性）などの観点から、蛍光発光層２２の面積（具体的には、蛍光発光層２２の表面の面積）と同じであることが好ましい。
　この図の例において、熱拡散層２３は、裏面（図２における下面）の面積が蛍光発光層２２の表面の面積と同等の面積とされている。すなわち、熱拡散層２３の裏面は、蛍光発光層２２の表面の縦横寸法と同等の縦横寸法を有しており、熱拡散層２３の周側面と蛍光発光層２２の周側面とが段差のない連続面を構成している。
　周期構造体層２５は、励起光Ｌおよび蛍光（蛍光発光層２２を構成する無機蛍光体から放射される蛍光）に対する光透過性を有しており、蛍光板２１の励起光入射面および蛍光出射面とされる表面に、複数の凸部２８が周期的に配列されてなる周期構造体２７が設けられたものである。
　具体的には、周期構造体層２５は、薄平板状の土台部２６と、この土台部２６上に形成された、複数の錐状の凸部２８よりなる周期構造体２７とにより構成されたものである。　この図の例において、周期構造体２７は、熱拡散層２３の表面の全面を覆うように配設された薄平板状の土台部２６上に、円錐台状の凸部２８が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。
　蛍光体２１が励起光入射側に周期構造体２７が設けられたものであることにより、周期構造体層２５の表面、すなわち蛍光板２１の表面における励起光Ｌの反射を抑制することができる。そのため、周期構造体層２５の表面に励起光Ｌが照射されたときに、励起光Ｌを蛍光板２１内に十分に取り込むことができる。また、蛍光発光層２２に対して励起光Ｌが局所的に入射されることを抑制することができる。そのため、蛍光発光層２２が局所的に極めて高温となることを抑制することができる。
　周期構造体２７の周期構造は、周期ｄに対する凸部２８の高さｈの比であるアスペクト比（ｈ／ｄ）が０．２以上とされ、好ましくは０．２～１．５であり、特に好ましくは０．５～１．０である。
　ここに、本発明において、周期構造の周期とは、周期構造において互いに隣接する凸部間の中心間距離（ｎｍ）を意味する。
　周期構造体２７の周期構造におけるアスペクト比が０．２以上とされることにより、周期構造体層２５の表面、すなわち蛍光板２１の表面における励起光Ｌの反射をより一層抑制することができる。そのため、周期構造体層２５の表面に励起光Ｌが照射されたときに、励起光Ｌを蛍光板２１内に十分に取り込むことができる。
　また、周期構造におけるアスペクト比が０．２以上とされることによれば、蛍光発光層２２を構成する蛍光体から放射される蛍光を高い効率によって蛍光板２１の蛍光出射面である周期構造体層２５の表面から外部に取り出すことができる。
　周期構造体層２５の形成材料は、蛍光発光層２２における無機蛍光体を励起するエネルギーが約５Ｗ／ｍｍ2 以上の励起密度を有することから、無機材料であることが好ましい。
　周期構造体層２５の形成材料の具体例としては、サファイア、シリカ、チタニア、ジルコニア、窒化珪素などを用いることができる。
　また、周期構造体層２５の厚み（最大厚み）は、例えば０．１～１．０μｍである。
　高熱伝導層３２は、光反射層３３と接合層３５との積層体からなるものであり、当該高熱伝導層３２の形成材料の熱伝導率が、排熱性の観点から、蛍光発光層２２の形成材料（多結晶体）の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。具体的には、光反射層３３の形成材料の熱伝導率が、蛍光発光層２２の形成材料（多結晶体）の熱伝導率よりも大きく、かつ、接合層３５の形成材料の熱伝導率が、蛍光発光層２２の形成材料（多結晶体）の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。
　また、高熱伝導層３２の形成材料の熱伝導率は、排熱性の観点から、熱拡散層２３の形成材料の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。具体的には、光反射層３３の形成材料の熱伝導率が、熱拡散層２３の形成材料の熱伝導率よりも大きく、かつ、接合層３５の形成材料の熱伝導率が、熱拡散層２３の形成材料の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。
　光反射層３３の形成材料の熱伝導率は、蛍光発光層２２の形成材料の熱伝導率、高熱拡散層２３に形成材料の熱伝導率、光反射層３３の厚みなどに応じて、接合層３５の形成材料の熱伝導率を考慮して定められるが、２２６～４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。
　また、接合層３５の形成材料の熱伝導率は、蛍光発光層２２の形成材料の熱伝導率、高熱拡散層２３に形成材料の熱伝導率、接合層３５の厚みなどに応じて、光反射層３３の形成材料の熱伝導率を考慮して定められるが、４０～６０Ｗ／（ｍ・Ｋ）であることが好ましい。
　光反射層３３の形成材料としては、熱伝導性および反射性の観点から、銀（熱伝導率４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））を用いることが好ましい。
　また、接合層３５の形成材料としては、熱伝導性の観点から、半田（具体的には、例えば金錫（ＡｕＳｎ）合金（Ｓｎの含有割合２０質量％，熱伝導率６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、鉛（Ｐｂ，熱伝導率４９Ｗ／（ｍ・Ｋ））および金ゲルマニウム（ＡｕＧｅ）合金（熱伝導率４４Ｗ／（ｍ・Ｋ））などよりなるもの、銀焼結材（熱伝導率４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））などの金属を用いることができる。
　この図の例において、光反射膜としては、増反射銀膜が用いられている。また、接合層３５としては、金錫（ＡｕＳｎ）半田が用いられている。
　高熱伝導層３２における光反射層３３の厚みは、１００～２００ｎｍであることが好ましい。
　また、接合層３５の厚みは、５～３０μｍであることが好ましい。
　放熱基板３１としては、銅、モリブデンと銅の合金（Ｍｏ－Ｃｕ）などの材料よりなる金属基板が用いられる。また、放熱基板３１の厚みは、例えば０．５～５．０ｍｍである。また、放熱基板３１を構成するアルミニウム基板および金属基板は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。
　また、放熱基板３１においては、当該放熱基板３１の面積（具体的には、放熱基板３１の表面の面積）が、排熱性の観点から、蛍光板２１の面積（具体的には、蛍光板２１の裏面の面積）と同じであることが好ましい。
　この図の例において、放熱基板３１は、表面の面積が、蛍光板２１の裏面の面積より大面積とされている。すなわち、放熱基板３１の表面は、蛍光板２１の裏面の縦横寸法よりも大きな縦横寸法を有している。
　そして、放熱基板３１の表面には、排熱性の観点から、当該表面の一部を覆うようにして蛍光板２１が配設されている。すなわち、蛍光板２１は、放熱基板の表面の一部を覆うように設けられている。
　この図の例において、蛍光板２１の裏面は、その全面が放熱基板３１の表面の中央領域に対向接触している。すなわち、放熱基板３１の表面は、当該中央領域が蛍光板２１に覆われた状態とされている。
　このような蛍光発光部材１５は、例えば以下のようにして製造することができる。
　先ず、蛍光発光層２２を得るための蛍光発光層材および熱拡散層２３を得るための熱拡散層材を製造する。蛍光発光層材は、Ａｌ2 Ｏ3 を含むもの、例えばＡｌ2 Ｏ3 と無機蛍光体との多結晶体よりなるものである。また、熱拡散層材は、Ａｌ2 Ｏ3 を含むもの、例えばサファイアよりなるものである。
　蛍光発光層材を構成する多結晶体は、例えば下記の手法によって得ることができる。
　原材料（具体的には母材、賦活材、焼成助剤（具体的には、例えばシリカ（ＳｉＯ2 ））およびＡｌ2 Ｏ3 を、ボールミルなどを用いて粉砕処理することにより、サブミクロン以下の原材料微粉末を得る。そして、得られた原材料微粉末と、有機溶剤とにより、原材料微粉末が有機溶剤中において均一に分散されてなるスラリーを調製する。
　次いで、得られたスラリーからドクターブレード法によって成形体を作製し、その成形体を焼成処理することにより、焼結体が得られる。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が０．５％以下の多結晶体が得られる。この多結晶体におけるＡｌ2 Ｏ3 の割合は５０％以上、特に５０～７５％であることが好ましい。
　蛍光発光層材および熱拡散層材の各々における互いに接合される表面は、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって研磨されることにより平滑面とされる。具体的には、蛍光発光層材および熱拡散層材の各々の表面の表面粗さＲａ（算術平均粗さ）が０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好ましくは０．０１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下、特に好ましくは０．０１ｎｍ以上０．３ｎｍ以下である。
　蛍光発光層材および熱拡散層材の各々の平滑面の表面粗さＲａが上記の範囲内にあることにより、熱拡散層２３と蛍光発光層２２との間により大きな接合強度を有する蛍光板２１が得られる。この表面粗さＲａが過大である場合には、熱拡散層２３と蛍光発光層２２との間に十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。
　そして、蛍光発光層材および熱拡散層材を、それぞれの平滑面を密着させた状態で、大気圧環境下において８００～１２００℃に加熱する。その結果、それぞれの平滑面の表面分子の相互作用によって、蛍光発光層２２の表面上に熱拡散層２３がオプティカルコンタクトによって直接接合された積層体が得られる。このような方法によれば、接着剤などの接合部材によらず、蛍光発光層２２と熱拡散層が表面分子間力によって接合されることから、当該蛍光発光層２２と当該熱拡散層２３との間に高い接合強度を得ることができる。
　蛍光発光層材および熱拡散層材が接合される理由は、以下のように推測される。
　熱拡散層材および蛍光発光層材には、Ａｌ2 Ｏ3 が含まれているため、それぞれの平滑面には、水酸基（ＯＨ基）が存在することから、上記の加熱温度条件でアニール処理を行った際に、水酸基が熱拡散層材および蛍光発光層材の各々の平滑面同士の接合に寄与することになる。そして、それぞれ平滑面が形成された蛍光発光層材と熱拡散層材とをオプティカルコンタクトによって接合する過程においては、蛍光発光層材と熱拡散層材とを重ね合わせることによって仮接合した後、アニール処理を行う。このとき、蛍光発光層材と熱拡散層材との熱膨張係数差が１×１０-6／Ｋ以下であるため、上記の温度範囲でアニール処理を行っても、接合界面において、熱膨張差による剥離、気泡の発生が少ない。その結果、熱拡散層材と蛍光発光層材との間において高い強度で接合される。
　以上において、加熱温度が８００℃未満である場合には、部分的にしか接合しないため、ボイドの発生領域が大きい。一方、加熱温度が１２００℃を超える場合には、蛍光体の劣化が発生し充分な明るさを得ることができない。
　次いで、熱拡散層２３上に周期構造体層２５を形成する。
　周期構造体層２５を形成する方法としては、ゾルゲル法およびナノインプリント法を組み合わせた方法を利用することができる。具体的に説明すると、アルミニウム、珪素、チタン、ジルコニウム等のアルコキシドを含むゾル状の材料を、例えばスピンコート法によって熱拡散層２３の表面に塗布する。次いで、得られた塗布膜にモールド型を押付しつけた状態で加熱処理を行い、離型した後、熱処理を行う。この熱処理によって、反応（加水分解および縮重合）が進み、無機材料からなる周期構造体層２５が形成される。
　また、周期構造体層２５は、ナノインプリント法とドライエッチング処理とを用いても形成することができる。具体的には、平板状の無機材料層の表面に、例えばスピンコート法によってレジストを塗布し、次いで、レジストの塗布膜を例えばナノインプリント法によりパターニングする。その後、ドライエッチング処理を施すことにより、表面に周期構造体２７が設けられた、無機材料からなる周期構造体層２５が形成される。
　上記周期構造は熱拡散層２３に直接形成してもよい。
　次いで、蛍光発光層２２の裏面に、光反射層３３と接合層３５との積層体よりなる高熱伝導層３２を形成する。
　光反射層３３および接合層３５の形成においては、まず、蛍光発光層２２に光反射層３３となるＡｇまたはＡｌを蒸着させることにより反射金属膜を形成する。そして、この反射金属膜の酸化または硫化を防止するために、Ｃｒ、Ｎｉ等を蒸着または鍍金することにより保護膜を形成することにより、光反射層３３を形成する。次いで、光反射層３３における保護膜上に半田よりなる接合層３５を形成することにより、放熱基板３１と接合させる。これにより、光反射層３３と接合層３５との積層体よりなる高熱伝導層３２が得られる。
　上記の蛍光光源装置１０においては、励起光源１１から出射された励起光Ｌは、コリメータレンズ１８によって平行光線とされる。その後、平行光化された励起光Ｌは、蛍光発光部材１５における蛍光板２１の励起光入射面（周期構造体層２５の表面）の励起光入射領域に照射され、当該周期構造体層２５および熱拡散層２３を介して蛍光発光層２２における、励起光入射領域の直下領域および当該直下領域の周辺領域（以下、これらをまとめて「光入射中央領域」ともいう。）に入射される。そして、蛍光発光層２２においては、蛍光体が励起され、これにより、蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに光反射層３３によって反射された励起光Ｌと共に蛍光板２１における蛍光出射面（周期構造体層２５の表面）の蛍光出射領域から出射され、蛍光光源装置１０の外部に出射される。
　以上において、蛍光発光層２２における光入射中央領域に入射されると、蛍光発光層２２における光入射中央領域の直下近傍部分、すなわち励起光入射側の光入射中央領域に係る表層部分（以下、「中央表層部分」ともいう。）が局所的に発熱して高温となる。そして、この中央表層部分において生じた熱は、熱拡散層２３の中央部分（具体的には、熱拡散層２３における中央表層部分（光入射中央領域）の直上部分）に伝達される。この熱拡散層２３においては、当該熱拡散層２３の沿層方向外方、すなわち当該熱拡散層２３の周側面に向かって伝導される。このようにして熱拡散層２３における中央部分の周囲部分に伝導された熱は、蛍光発光層２２における中央表層部分の周囲部分（高温ではない部分）および高熱伝導層３２を介して放熱基板３１に伝達され、当該放熱基板３１において排熱される。
　以上のように、本発明の蛍光光源装置１０においては、蛍光発光層２２が熱拡散層２３と高熱伝導層３２とに挟み込まれた状態とされている。そのため、蛍光発光層２２の励起光入射側の一面における一部の領域に励起光が入射することによって当該一部の領域の直下近傍部分に局所的に熱が発生した場合であっても、その熱が、熱拡散層２３に伝達されることによって拡散され、当該直下近傍部分の周囲部分および高熱伝導層２３を介して放熱基板３１に効率的に伝達される。すなわち、蛍光発光層２２には、励起光が入射することによって熱が発生した部分の周囲部分において、熱拡散層２３から高熱伝導層３２に向かって伸びる排熱路が形成されているため、放熱基板３１が蛍光発光層２２の励起光入射側とは反対側に配設されていても、励起光が照射されることによって蛍光発光層２２に生じた熱を、放熱基板３１に効率的に伝達して排熱することができる。その結果、蛍光発光層２２における温度消光の発生を抑制することができる。
　従って、本発明の蛍光光源装置１０によれば、励起光の入射パワー（励起光の励起エネルギー）が大きい場合であっても、蛍光発光層２２における温度消光の発生を抑制することができるので、高い蛍光光束（蛍光光量）が得られ、その結果、高い発光効率を安定的に得ることができる。具体的には、後述する実験例から明らかなように、蛍光板２１に熱拡散層２３が設けられていない構成に比して、１．２倍以上の蛍光光量を得ることができる。
　また、蛍光発光層の形成材料および熱拡散層の形成材料がＡｌ2 Ｏ3 を含み、それらの線熱膨張率の差が１×１０-6／Ｋ以下である構成によれば、例えば８００～１２００℃の加熱処理によって、蛍光発光層２２と熱拡散層２３とをオプティカルコンタクトによって接合することができるので、蛍光発光層と熱拡散層との接合強度が高い蛍光板が得られる。
　また、蛍光光源装置１０は、蛍光体２１が、周期構造体層２５が設けられたものであることから、熱拡散層２３を周期構造体が形成されたものとする必要がない。そのため、蛍光体２１の励起光受光面における周期構造体２７の形成が容易となる。
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
　例えば、蛍光板は、製造容易性の観点からは、周期構造体層を有するものであることが好ましいが、周期構造体層が設けられておらず、熱拡散層の表面に周期構造が形成されたものであってもよい。すなわち、周期構造体が熱拡散層において構成されたものであってもよい。周期構造体が設けられてなる熱拡散層において、周期構造体はエッチング処理によって形成される。
　具体的に、蛍光板は、図３に示すように、図１に係る蛍光光源装置１０を構成する蛍光板２１において、周期構造体層が設けられておらず、熱拡散層４３の表面が励起光入射面とされ、その熱拡散層４３の表面に周期構造体４７が設けられていること以外は、当該図１に係る蛍光光源装置１０を構成する蛍光板２１と同様の構成を有するものであってもよい。
　また、周期構造体は、複数の凸部が周期的に配列されてなる構成のものに限定されず、複数の柱状孔が周期的に配列されてなる構成のものであってもよく、また、複数の柱状孔が周期的に配列されていると共に複数の凸部が周期的に配列されてなる構成のものであってもよい。
　また、蛍光光源装置全体の構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。例えば、図１に係る蛍光光源装置では、１つの励起光源（例えば、レーザダイオード）の光を用いているが、励起光源が複数あり、蛍光板の前に集光レンズを配置して、集光光を蛍光板に照射する形態であってもよい。また、励起光はレーザダイオードのレーザ光に限るものではなく、蛍光板（具体的には、蛍光板を構成する蛍光体）を励起できる光を放射するものであれば種々のものを用いることができる。ここに、励起光源としては、蛍光板（蛍光発光層）を構成する蛍光体の種類などに応じて適宜の波長の光を放射するものが用いられるが、例えば波長４４５～４６５ｎｍの光を放射するものが用いられる。
　以下、本発明の作用効果を確認するために行った実験例について説明する。
〔実験例１〕
　図１の構成を有する蛍光発光部材（以下、「蛍光発光部材（１）」ともいう。）を、以下のようにして作製した。
　下記の蛍光発光層材および熱拡散層材を作製した。
［蛍光発光層材］
　材質：Ａｌ2 Ｏ3 （５０％）／ＹＡＧよりなる多結晶体（ＹＡＧに係る賦活材（Ｃｅ）のドープ量：０．５ｍｏｌ％，気孔率０．５％以下，熱伝導率：２０Ｗ／（ｍ・Ｋ），線熱膨張率：８．６×１０-6／Ｋ，屈折率：１．８３）、厚み：０．１０ｍｍ、表面（平滑面）の表面粗さＲａ：０．３ｎｍ、表面（平滑面）におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率：６３％
［熱拡散層材］
　材質：サファイア（単結晶体，熱伝導率：４２Ｗ／（ｍ・Ｋ），線熱膨張率：７．７×１０-6／Ｋ，屈折率：１．７６）、厚み：０．１ｍｍ、表面（平滑面）の表面粗さＲａ：０．３ｎｍ、厚み（ｔ）と熱伝導率（λ）との積の逆数（１／（ｔ×λ））の値：１１９Ｋ／Ｗ
　上記の蛍光発光層材および熱拡散層材を、それぞれの平滑面が密着した状態となるように積重し、その積重体を、大気圧環境下において、温度１０００℃以上の条件で加熱処理することにより、蛍光発光層の表面上に熱拡散層が直接接合されてなる積層体を作製した。得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離は認められなかった。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、下記の方法によって測定したところ、１．７Ｊ／ｍ2 であった。
　また、熱拡散層の表面に、ジルコニアよりなるスパッタ膜を形成し、そのスパッタ膜の表面に、ナノインプリント法およびドライエッチング処理を利用して凹凸構造を形成することによって、周期構造体層を形成した。得られた周期構造体層の仕様は、下記の通りである。
［周期構造体層］
　材質：ジルコニア、周期構造体の形状：凸部の高さ（ｈ）＝３６０ｎｍ，周期（ｄ）＝４６０ｎｍ，アスペクト比（ｈ／ｄ）＝０．６，土台部の厚み（凸部以外の厚み）：３６０ｎｍ
　以下のようにして、蛍光発光層の裏面に光反射層および接合層よりなる高熱伝導層を形成し、得られた接合層に放熱基板を接合した。
　蛍光発光層に光反射層となるＡｇまたはＡｌを蒸着させ、この蒸着膜の酸化または硫化を防止するために、Ｃｒ、Ｎｉを蒸着または鍍金することにより保護膜を形成することにより光反射層を形成した。この光反射層における保護膜上に、半田によって接合層を形成して放熱基板に接合した。
　得られた高熱伝導層および放熱基板の仕様は、下記のとおりである。
［高熱伝導層］
　光反射膜：増反射銀膜（熱伝導率４２９Ｗ／（ｍ・Ｋ））、厚み１５０ｎｍ
　接合部材：ＡｕＳｎ半田（熱伝導率６０Ｗ／（ｍ・Ｋ））、厚み１５μｍ
［放熱基板］
　材質：Ｃｕ、厚み：２ｍｍ
　また、蛍光発光部材（１）において、熱拡散層が設けられていないこと以外は当該蛍光発光部材（１）と同様の構成を有する比較用の蛍光発光部材（以下、「比較用蛍光発光部材（１）」ともいう。）を作製した。
　作製した蛍光発光部材（１）および比較用蛍光発光部材（１）に対して、各々、蛍光板の表面（周期構造体層の表面）の中央領域に、励起用レーザ光を照射し、当該表面における蛍光出力量を測定した。そして、得られた蛍光出力量の測定値に基づいて、比較用蛍光発光部材（１）の蛍光出力量を基準として１とした場合の、蛍光発光部材（１）の蛍光出力量の割合（以下、「蛍光出力改善割合」ともいう。）を算出したところ、１．５６であった。
〔実験例２〕
　実験例１の蛍光発光部材（１）において、熱拡散層の厚みを０．３３ｍｍとしたこと以外は、当該蛍光発光部材（１）と同様の構成を有する蛍光発光部材（以下、「蛍光発光部材（２）」ともいう。）を作製した。得られた蛍光発光部材（２）において、熱拡散層に係る、厚み（ｔ）と熱伝導率（λ）との積の逆数（１／（ｔ×λ））の値は、７２Ｋ／Ｗであった。
　そして、得られた蛍光発光部材（２）について、実験例１と同様の手法によって、比較用蛍光発光部材（１）の蛍光出力量を基準として１とした場合の、蛍光発光部材（２）の蛍光出力量の割合（蛍光出力改善割合）を算出したところ、１．６２であった。
〔実験例３〕
　実験例１の蛍光発光部材（１）において、熱拡散層の厚みを０．６０ｍｍとしたこと以外は、当該蛍光発光部材（１）と同様の構成を有する蛍光発光部材（以下、「蛍光発光部材（３）」ともいう。）を作製した。得られた蛍光発光部材（３）において、熱拡散層に係る、厚み（ｔ）と熱伝導率（λ）との積の逆数（１／（ｔ×λ））の値は、４０Ｋ／Ｗであった。
　得られた蛍光発光部材（３）について、実験例１と同様の手法によって、比較用蛍光発光部材（１）の蛍光出力量を基準として１とした場合の、蛍光発光部材（３）の蛍光出力量の割合（蛍光出力改善割合）を算出したところ、１．７４であった。
　これらの実験例１～実験例３の結果から、励起光入射側に周期構造体が設けられた蛍光板と、当該蛍光板の励起光入射側の一面に対向する他面側に配設された放熱基板とを備えた蛍光光源装置においては、当該蛍光板の励起光入射側に熱拡散層を設けることにより、高い蛍光出力（蛍光光量）が得られることが確認された。すなわち、本発明の蛍光光源装置によれば、高い発光効率が得られることが確認された。また、特に、厚み（ｔ）と熱伝導率（λ）との積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が１０～３５０Ｋ／Ｗの範囲内にある場合には、熱拡散層が設けられていない蛍光光源装置に比して、１．２倍以上のより高い蛍光出力（蛍光光量）が得られることが確認された。
〔実験例４〕
　実験例１において、蛍光発光層材を下記の仕様のものに変更したこと以外は同様にして、蛍光発光層材と熱拡散層材との積層体を作製した。
［蛍光発光層材］
　材質：Ａｌ2 Ｏ3 （６０％）／ＹＡＧよりなる多結晶体（ＹＡＧに係る賦活材（Ｃｅ）のドープ量：０．５ｍｏｌ％，気孔率０．５％以下，熱伝導率：２２Ｗ／（ｍ・Ｋ），線熱膨張率：６．２×１０-6／Ｋ，屈折率：１．７８）、厚み：０．１０ｍｍ、表面（平滑面）の表面粗さＲａ：０．３ｎｍ、表面（平滑面）におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率：７７％
　得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離は認められなかった。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、実験例１と同様の方法によって測定したところ、１．８３Ｊ／ｍ2 であった。
〔実験例５〕
　実験例１において、蛍光発光層材を下記の仕様のものに変更したこと以外は同様にして、蛍光発光層材と熱拡散層材との積層体を作製した。
［蛍光発光層材］
　材質：Ａｌ2 Ｏ3 （７５％）／ＹＡＧよりなる多結晶体（ＹＡＧに係る賦活材（Ｃｅ）のドープ量：０．５ｍｏｌ％，気孔率０．５％以下，熱伝導率：２５Ｗ／（ｍ・Ｋ），線熱膨張率：６．０５×１０-6／Ｋ，屈折率：１．７６）、厚み：０．１０ｍｍ、表面（平滑面）の表面粗さＲａ：０．３ｎｍ、表面（平滑面）におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率：９８％
　得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離は認められなかった。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、実験例１と同様の方法によって測定したところ、２．０１Ｊ／ｍ2 であった。
［比較実験例］
　実験例１において、蛍光発光層材を下記の仕様のものに変更したこと以外は同様にして、蛍光発光層材と熱拡散層材との積層体を作製した。
［蛍光発光層材］
　材質：Ａｌ2 Ｏ3 （４０％）／ＹＡＧよりなる多結晶体（ＹＡＧに係る賦活材（Ｃｅ）のドープ量：０．５ｍｏｌ％，気孔率０．５％以下，熱伝導率：１７Ｗ／（ｍ・Ｋ），線熱膨張率：６．４×１０-6／Ｋ，屈折率：１．７９）、厚み：０．１０ｍｍ、表面（平滑面）の表面粗さＲａ：０．３ｎｍ、表面（平滑面）におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率：４９％
　得られた積層体を観察したところ、蛍光発光層と熱拡散層との間に剥離が認められた。また、得られた積層体における蛍光発光層と熱拡散層との接合強度を、実験例１と同様の方法によって測定したところ、１．５８Ｊ／ｍ2 であった。
１０　　蛍光光源装置
１１　　励起光源
１５　　蛍光発光部材
１８　　コリメータレンズ
２１　　蛍光板
２２　　蛍光発光層
２３　　熱拡散層
２５　　周期構造体層
２６　　土台部
２７　　周期構造体
２８　　凸部
３１　　放熱基板
３２　　高熱伝導層
３３　　光反射層
３５　　接合層
４３　　熱拡散層
４７　　周期構造体
５１　　蛍光板
５２　　接合部

Claims (20)

  1. 　多結晶体からなる蛍光発光層を有し、この蛍光発光層の励起光入射側に周期構造体が形成された蛍光板を備え、
    　前記蛍光板は、前記蛍光発光層における励起光入射側の表面上に直接接合して設けられた、前記蛍光発光層よりも大きい熱伝導率を有する熱拡散層と、前記蛍光発光層における励起光入射側とは反対側の裏面に設けられた高熱伝導層とを有しており、
    　前記高熱伝導層は、光反射層、および、金属よりなる接合層からなり、
    　前記蛍光板は、前記高熱伝導層側に配置された放熱基板の表面の一部を覆うよう設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。
  2. 　前記蛍光発光層の形成材料および前記熱拡散層の形成材料は、Ａｌ2 Ｏ3 を含み、前記蛍光発光層の形成材料と前記熱拡散層の形成材料との線熱膨張率の差が１×１０-6／Ｋ以下であることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
  3. 　前記蛍光発光層の形成材料は、Ａｌ2 Ｏ3 と無機蛍光体との多結晶体よりなることを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。
  4. 　前記蛍光発光層は、前記熱拡散層との接合面におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率が５０％以上であることを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。
  5. 　前記蛍光発光層は、前記熱拡散層との接合面におけるＡｌ2 Ｏ3 の露出面積率が５０％以上であることを特徴とする請求項３に記載の蛍光光源装置。
  6. 　前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることを特徴とする請求項２に記載の蛍光光源装置。
  7. 　前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることを特徴とする請求項３に記載の蛍光光源装置。
  8. 　前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることを特徴とする請求項４に記載の蛍光光源装置。
  9. 　前記熱拡散層の形成材料がサファイアであることを特徴とする請求項５に記載の蛍光光源装置。
  10. 　前記熱拡散層および前記高熱伝導層の形成材料は、前記蛍光発光層の形成材料よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
  11. 　前記高熱伝導層の形成材料は、前記熱拡散層の形成材料よりも熱伝導率が大きいことを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
  12. 　前記熱拡散層は、当該熱拡散層の厚みをｔ〔ｍ〕、当該熱拡散層の形成材料の熱伝導率をλ〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕とするとき、厚みと形成材料の熱伝導率との積の逆数（１／（ｔ×λ））の値が、１０～３５０（Ｋ／Ｗ）を満たすものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光光源装置。
  13. 　請求項２に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  14. 　請求項３に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  15. 　請求項４に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  16. 　請求項５に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  17. 　請求項６に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  18. 　請求項７に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  19. 　請求項８に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
  20. 　請求項９に記載の蛍光光源装置を製造する方法であって、
    　前記熱拡散層と接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である蛍光発光層材と、前記蛍光発光層に接合される表面の表面粗さが０．０１ｎｍ以上１ｎｍ以下である熱拡散層材とを用意し、
    　前記蛍光発光層材および前記熱拡散層材を、それぞれの表面を密着させた状態で８００～１２００℃に加熱することによって接合する工程を有することを特徴とする蛍光光源装置の製造方法。
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