WO2021193773A1 - 光学装置及び光学装置の製造方法 - Google Patents

光学装置及び光学装置の製造方法 Download PDF

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WO2021193773A1
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WO
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transparent
layer
phosphor
optical device
bonding layer
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PCT/JP2021/012409
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English (en)
French (fr)
Inventor
裕介 横林
康之 川上
要介 前村
山本　英明
啓次郎 ▲高▼島
涼介 鎌倉
Original Assignee
スタンレー電気株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
    • H01S5/022—Mountings; Housings

Definitions

  • the present invention relates to an optical device, particularly an optical device including an optical wavelength conversion (fluorescent body) member and having a function of receiving light emitted from a semiconductor light emitting element to illuminate white light or the like.
  • an optical device particularly an optical device including an optical wavelength conversion (fluorescent body) member and having a function of receiving light emitted from a semiconductor light emitting element to illuminate white light or the like.
  • the phosphor receives the incident light and can emit fluorescence with a photon energy (longer wavelength) lower than the photon energy of the incident light.
  • a photon energy longer wavelength
  • blue light can be emitted from a GaN-based semiconductor light emitting element, and this light emission can be projected onto a phosphor to generate fluorescence of yellow light, and white light can be formed from blue light and yellow light.
  • Fluorescent particles are mixed with a transparent binder to form a fluorescent material member.
  • a transparent binder to form a fluorescent material member.
  • an organic resin as the binder
  • an inorganic transparent material such as aluminum oxide
  • a composite ceramic made by mixing a phosphor material such as YAG: Ce, in which Ce is added as an activator to yttrium aluminum garnet (YAG), which is a phosphor, and a transparent material (binder) such as aluminum oxide, and firing the material.
  • YAG yttrium aluminum garnet
  • binder transparent material
  • the composite ceramic phosphor member there is generally a difference in etching rate and polishing rate between the phosphor material and the transparent material (binder).
  • the surface of the composite ceramic phosphor member which is a mixture of these, is polished or chemically mechanically polished (CMP), irregularities are formed on the surface.
  • the phosphor particles 11 and the inorganic transparent material 12 such as aluminum oxide functioning as a binder are mixed to prepare the green sheet 14a as a ceramic raw material
  • a sufficient amount of the inorganic transparent material 12 is fluorescent. It is intended to wrap the body particles 11.
  • the green sheet is fired to form a composite ceramic phosphor member.
  • the composite ceramic phosphor member is excellent as a phosphor used as a high-intensity light source.
  • the phosphor particles 11 are preferentially polished to form gaps 13 and the composite ceramic phosphor. Unevenness appears on the surface of the member 14.
  • the fluorescence emitted from the phosphor travels in all directions. If the fluorescence that advances backward is allowed to advance as it is, it becomes unused light, which reduces the efficiency of light utilization. If the fluorescence traveling backward is reflected forward, the efficiency of light utilization can be improved. If a dichroic mirror (or DBR filter) that transmits blue excitation light and reflects yellow fluorescence is placed on the light source side light receiving surface of the phosphor member, the fluorescence toward the rear can be reflected forward. It is known that a high refractive index layer such as Nb 2 O 5 and a low refractive index layer such as SiO 2 are alternately laminated to form a dichroic mirror.
  • a high refractive index layer such as Nb 2 O 5 and a low refractive index layer such as SiO 2 are alternately laminated to form a dichroic mirror.
  • the phosphor member 114 is arranged at an upper position to receive the blue emitted light from the semiconductor light emitting element 112 arranged on the mounting substrate 120 of metal, ceramic, etc., and the blue light is placed between them.
  • a light emitting module 110 in which a dichroic mirror 142 is formed on the surface of which a dichroic mirror 142 is transmitted and a light emitting member 116 having a high thermal conductivity is arranged (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2016-9761).
  • the phosphor member 114 is fixed to the translucent member 116 via an adhesive 118.
  • the heat sink 122 has a reflective film 124 that dissipates heat from the phosphor member 114 via the translucent member 116 and reflects fluorescence on an inclined surface.
  • the phosphor member 114 may be directly bonded to the translucent member 116 by using plasma bonding, anode bonding, or the like. It is assumed that the translucent member 116 provided with the dichroic mirror 142 is bonded to the surface of the phosphor member 114 without using an adhesive.
  • the dichroic mirror 142 formed on the translucent member 116 is coupled to the lower surface of the phosphor member 114.
  • the phosphor particles in the phosphor member 114 emit fluorescence that can travel in all directions when irradiated with excitation light.
  • the dichroic mirror 142 exhibits high reflectance for fluorescence A having a small incident angle on the dichroic mirror 142.
  • the fluorescence B having a large incident angle on the dichroic mirror 142 has a low reflectance of the dichroic mirror 142 and partially transmits the dichroic mirror 142. That is, the utilization efficiency of fluorescence becomes low.
  • a low-refractive index layer having a refractive index smaller than that of both the phosphor and the binder of the phosphor member travels in the phosphor member in the direction of the dichroic mirror and is an interface.
  • a configuration has also been proposed in which fluorescence incident at a shallow angle (with a large incident angle) is totally reflected at the interface between the phosphor member and the low refractive index layer (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-60871).
  • the phosphor is YAG: Ce and the binder is aluminum oxide, silicon oxide or the like can be a low refractive index material.
  • a substrate provided with a through hole for passing laser light from below to above in a metal member such as copper having good heat dissipation, and a phosphor member provided so as to close the through hole are provided, and an upper portion of the through hole is provided.
  • the side surface is an inclined surface
  • an aluminum reflective film is formed on the inclined surface
  • a filter (dycroic mirror) that reflects fluorescence is arranged below the phosphor member, and further progresses from the phosphor member between the phosphor member and the filter.
  • a configuration in which a low refractive index film that enhances total reflection of fluorescence is arranged has been proposed.
  • specific manufacturing processes such as a substrate, a fluorescent member, an aluminum reflective film, a filter, and a low refractive index film.
  • a light emitting element is formed by forming a semiconductor laminate on a sapphire substrate, and a phosphor containing an activator such as Ce and a matrix such as YAG and a powder such as aluminum oxide are integrally formed by sintering or the like to convert light wavelengths.
  • a (phosphorescent material) member is formed, the surface of the sapphire substrate of the light emitting element and the surface of aluminum oxide of the light wavelength conversion member are facing each other, and the facing surface of the sapphire substrate of the light emitting element and the light wavelength conversion member is surface-activated bonding, etc.
  • There is also a proposal to firmly join the light emitting element and the light wavelength conversion member on a single surface for example, WO2011-126000).
  • the light wavelength conversion member arranged to face the light emitting element is formed by using a composite ceramic phosphor member.
  • polishing the surface of the composite ceramic phosphor member causes high and low steps to appear on the surface of the composite ceramic phosphor member, which deteriorates the characteristics of the dichroic mirror. It is desirable to take some measures.
  • the transparent bonding layer includes a first layer arranged on the phosphor member and a second layer arranged on the dichroic mirror, and the facing surfaces of the first layer and the second layer are directly bonded.
  • Optical equipment is provided.
  • FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing a main part of the optical device according to the embodiment
  • FIG. 1B is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 1A
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view of the entire optical device.
  • 2A is a first manufacturing process diagram
  • FIG. 2B is a sectional view of a first configuration in which a first transparent bonding layer is formed on the surface of a composite ceramic phosphor
  • FIG. 2C is an enlarged sectional view of a part of FIG. 2B.
  • FIG. 3A is a second manufacturing process diagram
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of a second configuration in which a dichroic mirror and a second transparent bonding layer are formed on a transparent support.
  • FIG. 4A is a third manufacturing process diagram
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of a configuration in which the first configuration and the second configuration are joined.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view showing a main part of the optical device according to a modified example of the embodiment, and FIG. 5B is an enlarged cross-sectional view of a part of FIG. 5A.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view showing the structure of the composite ceramic phosphor
  • FIG. 6B is a cross-sectional view showing a state in which one surface of the composite ceramic phosphor is polished.
  • FIG. 7A is a step view showing the configuration of an optical device according to the prior art
  • FIG. 7B is a cross-sectional view schematically showing the operation of fluorescence incident on the dichroic mirror of FIG.
  • Fluorescent particles 12 Binder material, 14 Fluorescent member, 15 transparent bonding layer, 15a first transparent bonding layer, 15b second transparent bonding layer, 16 transparent support, 17 dichroic mirror, 18 joint surface, 19 Embedded layer, 21 housing, 23 light source, 24 floodlight lens, 25 wavelength conversion member, 31 low refractive index film, 32 high refractive index film.
  • the present inventors have studied forming a dichroic mirror on a transparent support having a flat surface and combining it with a phosphor member arranged in front without using an adhesive. Polishing the rear surface of the phosphor member inevitably causes irregularities on the surface.
  • an inorganic transparent bonding layer is formed on the polished surface of the phosphor member and then polished again, a homogeneous material is polished, and at least a first surface having better flatness with reduced unevenness on the surface of the phosphor member is obtained.
  • a dichroic mirror is formed on the transparent support, an inorganic transparent bonding layer is formed on the dichroic mirror, and the second surface is flattened to the same degree or more by polishing. If the first surface and the second surface are formed of the same kind of inorganic transparent material and directly bonded, a strong bond can be obtained.
  • the fluorophore member 14 includes the fluorophore particles 11 dispersed in the binder material 12. It is assumed that the excitation light Ex is emitted from a light source arranged below. It should be noted that, like the blue excitation light, the excitation light also functions as illumination light.
  • the phosphor member 14 is a composite ceramic phosphor member in which phosphor particles 11 such as YAG: Ce are distributed in a binder material 12 such as aluminum oxide, and is fired into a plate-shaped ceramic.
  • the phosphor particles 11 that have received the excitation light generate fluorescence and travel in all directions.
  • the upper surface of the phosphor member 14 is designed to function as an exit surface for excitation light and fluorescence so that fluorescence can be used efficiently. That is, the lower surface of the phosphor member 14 constitutes the excitation light receiving surface, and the upper surface constitutes the emitting surface of the mixed light of the excitation light and the fluorescence. In addition, it is also possible to obtain only fluorescence without emitting excitation light from the upper surface.
  • the fluorescence that progresses from the phosphor member 14 toward the light source side becomes fluorescence that cannot be used as it is. If the fluorescence that returns to the rear is reflected and travels forward, the fluorescence becomes available. In order to form such a reflecting surface, it is conceivable to arrange a dichroic mirror.
  • the dichroic mirror 17 is, for example, a dielectric multilayer filter including an alternating stack of a low refractive index layer formed of SiO 2 and a high refractive index layer formed of Nb 2 O 5 , and is a desired short-wavelength light. It is designed to transmit (eg, blue light) and reflect light of the desired long wavelength (eg, yellow light).
  • the dichroic mirror 17 is formed on the transparent support 16 which is separate from the phosphor member 14, and is bonded to the phosphor member 14. If the transparent support 16 is formed of sapphire or the like and polished flat, a high-performance dichroic mirror 17 can be formed on the transparent support 16.
  • the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b are formed on the facing surfaces of the phosphor member 14 and the dichroic mirror 17, and are directly bonded at the bonding surface 18. ..
  • the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b are also collectively referred to as a transparent bonding layer 15.
  • the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b are made of the same material, for example, SiO 2 . It is also possible to use the same kind of material having similar physical properties, for example, SiON having a slightly different nitrogen component.
  • FIG. 1B shows a dichroic mirror 17 arranged below the phosphor member 14 and formed on the transparent support 16, a first transparent bonding layer 15a formed on the lower surface of the phosphor member 14, and an upper surface of the dichroic mirror 17. It is a partial cross-sectional view which shows the part of the 2nd transparent bonding layer 15b formed in more enlarged.
  • the lower surface of the phosphor member 14 is flattened by, for example, CMP using a slurry in which SiO 2 abrasive grains are mixed with water. Based on the difference in polishing rate between the phosphor particles and the binder material, the phosphor particles 11 are scraped deeper than the binder material 12, and unevenness of about 10 nm is generated on the lower surface of the light skeleton member 14.
  • a first transparent bonding layer 15a of SiO 2 having a sufficient thickness (200 nm) is formed on a vapor phase such as electron beam deposition, sputtering, or chemical vapor deposition (CVD). It is deposited by the deposition method. The unevenness on the surface of the phosphor member 14 is filled with the first transparent bonding layer 15a and is covered.
  • the surface of the deposited first transparent bonding layer 15a is polished by, for example , CMP using a slurry in which SiO 2 abrasive grains are mixed with a potassium hydroxide solution.
  • the first transparent bonding layer 15a is a homogeneous layer, and by polishing the first transparent bonding layer 15a, an extremely flat surface having an arithmetic average roughness Ra of about 0.5 nm can be formed.
  • the first transparent bonding layer 15a is polished to a thickness of 5 times or more the unevenness (for example, 10 nm) on the surface of the phosphor member 14.
  • the first transparent bonding layer 15a is about 10 times the unevenness (for example, 10 nm) on the surface of the phosphor member 14, and is the first transparent bonding. It is preferable that the layer 15a is polished.
  • the first transparent bonding layer 15a of this example is deposited at, for example, 200 nm, and then CMP-processed to have a thickness of about 100 nm.
  • the first transparent bonding layer 15a shown in FIG. 1B has a lower surface flattened in this way, and if it is combined with the second transparent bonding layer having a flat surface, a bonding layer that fills the space without gaps can be formed.
  • the transparent support 16 is formed of, for example, sapphire, has sufficient hardness, can be polished on a flat surface with high precision, and transmits at least the excitation light Ex of blue light.
  • a dichroic mirror 17 including, for example, an alternating stack of a low refractive index layer formed of SiO 2 and a high refractive index layer formed of Nb 2 O 5 is formed.
  • a desired dichroic mirror characteristic can be realized by sequentially laminating the dichroic mirror 17 constituent layers having a flat surface on the surface of the flat transparent support 16 at predetermined thicknesses.
  • the second transparent bonding layer 15b is deposited on the dichroic mirror 17 having a flat surface by a vapor phase deposition method such as electron beam deposition, sputtering, or chemical vapor deposition (CVD).
  • the layer formed on the dichroic mirror 17 having a flat surface has a flat surface as it is. Of course, it may be polished even more flatly.
  • the facing surfaces of the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b before bonding are flattened to the extent that direct bonding is possible.
  • both surfaces have a flatness of Ra 1 nm or less. It is more preferable that the flatness is Ra 0.5 nm or less in order to improve the bonding strength and the yield.
  • the joint surfaces of the first transparent joint layer 15a and the second transparent joint layer 15b are opposed to each other, and the joint surfaces 18 are directly joined.
  • the joint surface is cleaned with aqueous ammonia having a function of removing particles adhering to the joint surface. After cleaning, it is introduced into a plasma treatment chamber, and after irradiating the joint surface with an Ar ion beam under high vacuum to activate (form a dangling bond on the surface), both joint surfaces are brought into contact with each other to perform temporary bonding. Then, while pressurizing in a nitrogen atmosphere, it is annealed at, for example, 250 ° C. Hydrogen bonds via OH groups on the surface of the joint surface undergo a dehydration reaction to chemically bond and increase the bond strength.
  • the direct coupling surface 18 of the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b basically has no gap and has a high bonding force.
  • the unevenness on the surface of the first transparent bonding layer 15a or the second transparent bonding layer 15b could not be completely removed by polishing, and as a result of direct bonding as it was, the bonding surfaces of the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b were formed. Small voids may remain. However, the voids derived from these irregularities can be made larger than the wavelength of fluorescence depending on the polishing conditions, and can be controlled so as not to significantly affect the light transmittance and thermal conductivity of the transparent bonding layer 15.
  • the excitation light Ex which is blue light
  • the phosphor is brought into an excited state, and when transitioning from the excited state to a lower energy level, a longer wavelength, for example, yellow fluorescence is emitted. appear.
  • the direction in which fluorescence travels is not particularly defined, and it proceeds in all directions.
  • the optical device shown in FIG. 1A uses white light in which excitation light is incident from below and excitation light and fluorescence are mixed above.
  • the fluorescence traveling downward (reverse direction) from the phosphor member 14 cannot be used as it is, but the dichroic mirror 17 reflects the fluorescence traveling downward from the phosphor member 14 and advances it upward to make it usable.
  • the fluorescence incident on the dichroic mirror 17 at a small incident angle, which is almost vertical, is reflected with a high reflectance as shown by A in the figure.
  • the direction of travel is transformed upwards into available fluorescence.
  • the incident angle becomes large, when the transparent bonding layer 15 does not exist, as shown by the fluorescence B in FIG. 7B, the dichroic mirror 17 does not reflect the light, advances downward, and becomes unusable fluorescence, which is fluorescent. Utilization efficiency will be reduced.
  • the refractive index of the phosphor member 14 is , Both as a whole and locally, is larger than the refractive index of the transparent bonding layer 15. Therefore, when the incident angle of the light from the phosphor member 14 toward the transparent bonding layer 15 becomes large, total reflection occurs as shown by B'in the figure, and the reflected light travels upward. Total internal reflection fluorescence can be used, and the utilization efficiency of fluorescence can be improved.
  • FIG. 1C is a schematic cross-sectional view showing an optical device in which a light source, a condensing projection optical system, and a wavelength conversion member are incorporated in a housing.
  • the housing 21 includes a light source 23 such as a semiconductor laser.
  • the light emitted from the light source 23 is condensed by an optical system such as a condenser lens 24, irradiates a wavelength conversion member 25 including a transparent support 16, a dichroic mirror 17, a transparent bonding layer 15, and a phosphor member 14, and is forward. Is illuminated with white light.
  • the device including the housing 21 can be used as, for example, a light source mounted on a vehicle.
  • An additional transparent support may be provided at a portion where the transparent support 16 comes into contact with the transparent support 16.
  • the step S11 for preparing the phosphor layer is performed, and then the first transparent bonding layer forming step S12 is performed.
  • a phosphor member 14 in which the inorganic phosphor particles 11 are dispersed in the inorganic transparent material 12 is prepared.
  • the inorganic phosphor particles 11 are, for example, YAG: Ce yellow phosphors
  • the inorganic transparent material 12 is, for example, alumina. Both materials and water are mixed to form a plate-shaped slurry, which is then fired to form a plate-shaped ceramic.
  • Alumina has a higher light refractive index and thermal conductivity than YAG: Ce, dissipates heat generated by phosphor particles, and takes out the heat to the outside without confining the fluorescence.
  • one surface of the phosphor layer 14 is polished to form a flat surface by CMP using a slurry in which SiO 2 abrasive grains are mixed with water.
  • the polished surface has irregularities.
  • a first transparent bonding layer 15a containing a polishing thickness, for example, a SiO 2 layer, is deposited on a polished surface having irregularities by a vapor phase growth method such as electron beam deposition, sputtering, or CVD. The irregularities on the surface of the phosphor layer 14 are filled with the first transparent bonding layer 15a.
  • the surface of the first transparent bonding layer 15a is polished to a high degree by polishing with CMP using , for example, a slurry in which SiO 2 abrasive grains are mixed with a potassium hydroxide solution.
  • the first transparent bonding layer 15a and the second transparent bonding layer 15b described below are highly flattened so that they can be directly bonded.
  • the first transparent bonding layer 15a is a material that is transparent in the visible light region and has a lower refractive index than the phosphor member 14 (its average value), for example, SiO 2 , Al 2 O 3 , MgO, MgF 2 , LiF, LaF 3 Can be formed with. It is more preferable that the refractive index is lower than any component of the phosphor layer.
  • the first transparent bonding layer 15a is preferably SiO 2 , MgF 2 , LiF, LaF 3, or the like.
  • the step S21 for preparing the transparent support for forming the base plane of the dichroic mirror is performed, and the step S22 for forming the optical (dielectric) multilayer film constituting the dichroic mirror is performed on the base plane.
  • the step S23 for forming the second transparent bonding layer on the dichroic mirror formed by the dielectric multilayer film is performed.
  • a dichroic mirror 17 in which low refractive index layers 31 and high refractive index layers 32 are alternately laminated on a transparent support 16 having a highly flattened surface is subjected to electron beam deposition, sputtering, CVD, etc. It is formed by the vapor phase growth method of.
  • the material of the low refractive index layer SiO 2 , MgF 2 , LiF, LaF 3, etc. can be used
  • the material of the high refractive index layer TiO 2 , Ta 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Al 2 and the like can be used.
  • O 3 , HfO 2 , Y 2 O 3, and the like can be used.
  • the second transparent bonding layer 15b is formed on the dichroic mirror 17 by the same material and the same film forming method as, for example, the first transparent bonding layer 15a.
  • the composition of the first transparent bonding layer and the second transparent bonding layer may be slightly different from each other, such as SION, which has a different nitrogen composition.
  • the film forming method can be different.
  • the layer formed on the flattened transparent support tends to be flat and can be used as it is. Of course, after forming the second transparent bonding layer, a flattening treatment may be performed.
  • the first transparent bonding layer and the second transparent bonding layer are directly bonded and integrated.
  • the direct bonding can be performed by, for example, surface activation bonding, atomic diffusion bonding, plasma activation bonding, or the like.
  • FIG. 5A and 5B are cross-sectional views showing a modified example of the embodiment.
  • the embedded layer 19 having a higher refractive index than the transparent bonding layer is inserted between the phosphor member 14 and the transparent bonding layer 15, and the lower surface of the phosphor member 14 is formed.
  • the difference is that the unevenness of the above is embedded in the embedded layer 19, the lower surface of the embedded layer 19 is flattened, and the first transparent bonding layer 15a is formed on the flattened surface.
  • the transparent bonding layer 15 is formed of SiO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 3 , Nb 2 O 5 , Al 2 O 3 , HfO 2 , Y 2 O 3, etc.
  • the embedded layer 19 has a small difference in the refractive index from the phosphor member 14, and the embedded layer 19 is the same material as the inorganic transparent material 12 contained in the phosphor member 14 from the viewpoint of adhesion. Is preferable. That is, in the case of this example in which alumina is used as the inorganic transparent material 12 constituting the phosphor member 14, it is preferable to use alumina for the embedded layer 19.
  • the interface between the embedded layer 19 having a high refractive index and the transparent bonding layer 15 having a relatively low refractive index forms an optically flat interface throughout.
  • incident angle of fluorescence generated from the phosphor particles 11 in the phosphor member 14 and traveling from the embedded layer 19 toward the transparent bonded layer 15 to the transparent bonded layer 15 becomes large, total reflection is performed and the embedded layer 19 is reflected. Will return to.
  • the excitation light (blue light) and the fluorescence (yellow light) are mixed to generate white light, but for example, the thickness of the phosphor layer is changed to convert all the blue light into yellow light. It can also be used as a yellow light source.
  • the optical device according to the embodiment can be applied to lighting of, for example, a projector, a floodlight, a headlight for a vehicle, and the like.

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Abstract

光学装置は、励起光の照射により所定波長の蛍光を発生しうる蛍光体を含み、励起光の受光面と蛍光の出射面とを有する蛍光体部材と、蛍光体部材の励起光受光面に対向する表面を有する透明支持体と、透明支持体の、蛍光体部材に対向する表面上に配置されたダイクロイックミラーと、蛍光体部材とダイクロイックミラーとの間に配置された透明接合層と、を含み、透明接合層は、蛍光体部材上に配置された第１層と、ダイクロイックミラー上に配置された第２層と、を含み、第１層と第２層の対向面が直接接合されている。

Description

[規則37.2に基づきISAが決定した発明の名称]　光学装置及び光学装置の製造方法
　本発明は、光学装置に関し、特に光波長変換（蛍光体）部材を備え、半導体発光素子からの発光を受けて白色光等の照明を行える機能を有する光学装置に関する。
　蛍光体は入射光を受け、入射光の光子エネルギーより低い光子エネルギー（波長としてより長波長）の蛍光を発することができる。例えば、ＧａＮ系半導体発光素子から青色光を発光させ、この発光を蛍光体に投射して黄色光の蛍光を生じさせ、青色光と黄色光から白色光を形成することができる。
　白色光を得るためには、青色光と黄色光のバランスを調整する必要がある。蛍光体粒子を透明バインダと混合して蛍光体部材を形成することが行われている。バインダとして有機樹脂を用いることも可能であるが、耐熱性の高い蛍光体部材を得るにはバインダとして酸化アルミニウム等の無機透明体材料を用いることが望ましい。蛍光体であるイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）に付活剤としてＣｅを添加したＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体材料と酸化アルミニウム等の透明体材料（バインダ）を混合し、焼成してセラミックとした複合セラミック蛍光体部材が用いられている。
　複合セラミック蛍光体部材中において、蛍光体材料と透明体材料（バインダ）とは、一般的にエッチングレートや研磨レートに差が存在する。これらの混合体である複合セラミック蛍光体部材の表面を研磨乃至化学機械研磨（ＣＭＰ）すると、表面に凹凸が形成される。
　図６Ａに示すように、蛍光体粒子１１とバインダとして機能する酸化アルミニウム等の無機透明体材料１２を混合してセラミック原料のグリーンシート１４ａを準備する場合、十分な量の無機透明材料１２が蛍光体粒子１１を包むようにする。グリーンシートを焼成して複合セラミック蛍光体部材を形成する。複合セラミック蛍光体部材は、高強度の光源に用いる蛍光体として優れている。
　図６Ｂに示すように、ＣＭＰにおいて蛍光体粒子１１のエッチングレートが無機透明体材料１２のエッチングレートより速いと、蛍光体粒子１１が優先的に研磨されて隙間１３が形成され、複合セラミック蛍光体部材１４の表面に凹凸が現れる。
　蛍光体部材に半導体発光素子からの青色光を照射し、黄色蛍光を発生させる場合、蛍光体から発する蛍光はあらゆる方向に進行する。後方に進行する蛍光をそのまま進行させると利用されない光となり、光の利用効率を低下させることになってしまう。後方に進行する蛍光を前方に反射すれば、光の利用効率を向上できる。青色励起光は透過し、黄色蛍光は反射するダイクロイックミラー（乃至ＤＢＲフィルタ）を蛍光体部材の光源側受光面に配置すれば、後方に向かう蛍光を前方に反射することができる。Ｎｂ２Ｏ５等の高屈折率層とＳｉＯ２等の低屈折率層とを交互に積層し、ダイクロイックミラーを形成することが知られている。
　ダイクロイックミラーの下地表面となる複合セラミック蛍光体部材表面を研磨すると、図６Ｂの上側表面が示すように、表面に高低の凹凸が形成されてしまう。凹凸のある面上にダイクロイックミラーを形成して、優れた特性を得ることは容易でない。また、凹凸のあるダイクロイックミラーの表面に高熱伝導度の透光性部材を結合し、高い結合力を得ることも容易でない。
　図７Ａに示されるように、金属、セラミック等の実装基板１２０上に配置された半導体発光素子１１２からの青色出射光を受ける上方位置に蛍光体部材１１４を配置し、両者の間に、青色光は透過し、黄色光は反射するダイクロイックミラー１４２が表面に形成された高熱伝導率の透光部材１１６を配置した発光モジュール１１０が提案されている（例えば特開２０１６－９７６１号）。蛍光体部材１１４は、接着剤１１８を介して透光部材１１６に固定されている。ヒートシンク１２２は、蛍光体部材１１４からの熱を透光部材１１６を介して放熱し、傾斜面上に蛍光を反射する反射膜１２４を有する。
　なお、蛍光体部材１１４を、プラズマ接合、陽極接合等を用いて、透光部材１１６に直接接合してもよいと記載されている。接着剤を用いずに、蛍光体部材１１４の表面にダイクロイックミラー１４２を備えた透光部材１１６を結合することを想定してみる。
　図７Ｂに示すように、蛍光体部材１１４の下面上に透光部材１１６上に形成したダイクロイックミラー１４２が結合された構成を想定する。蛍光体部材１１４中の蛍光体粒子は、励起光を照射されるとあらゆる方向に進行し得る蛍光を発する。蛍光体部材１１４からダイクロイックミラー１４２に戻る方向の蛍光の内、ダイクロイックミラー１４２への入射角が小さい蛍光Ａに対しては、ダイクロイックミラー１４２は高い反射率を示す。一方、ダイクロイックミラー１４２への入射角が大きな蛍光Ｂは、ダイクロイックミラー１４２の反射率が低くなり、ダイクロイックミラー１４２を一部透過してしまう。すなわち、蛍光の利用効率が低くなってしまう。
　蛍光体部材とダイクロイックミラーとの間に、蛍光体部材の蛍光体及びバインダのいずれよりも屈折率が小さい低屈折率層を配置することにより、蛍光体部材中をダイクロイックミラー方向に進行し、界面に対して浅い角度で入射する（入射角が大きな）蛍光を、蛍光体部材と低屈折率層の界面で全反射させる構成も提案されている（例えば特開２０１５－６０８７１号）。例えば蛍光体がＹＡＧ：Ｃｅ、バインダが酸化アルミニウムの場合、酸化ケイ素等が低屈折率材料になり得る。実施例として、放熱性の良い銅などの金属部材にレーザ光を下方から上方に通す貫通孔を設けた基体と、貫通孔を塞ぐように設けられた蛍光体部材とを備え、貫通孔上部の側面を傾斜面とし、傾斜面にアルミニウムの反射膜を形成し、蛍光体部材下方に蛍光を反射するフィルタ（ダイクロイックミラー）を配置し、さらに蛍光体部材とフィルタの間に蛍光体部材から進行する蛍光の全反射を増強する低屈折率膜を配置した構成が提案されている。但し、基体、蛍光部材、アルミニウム反射膜、フィルタ、低屈折率膜等の具体的製造工程の説明はない。
　サファイア基板上に半導体積層を形成して発光素子を形成し、Ｃｅ等の付活剤とＹＡＧ等の母体を含む蛍光体と酸化アルミニウム等の粉末を焼結などにより一体に形成して光波長変換（蛍光体）部材を形成し、発光素子のサファイア基板表面と光波長変換部材の酸化アルミニウム表面とを対向面とし、発光素子のサファイア基板と光波長変換部材との対向面を表面活性化接合などにより直接接合して、単一面で発光素子と光波長変換部材とを強固に接合する提案もある（例えばＷＯ２０１１－１２６０００号）。
　発光素子と対向配置される光波長変換部材は、複合セラミック蛍光体部材を用いて形成することが望ましい。
　複合セラミック蛍光体部材表面にダイクロイックミラーを形成する場合、複合セラミック蛍光体部材表面を研磨すると複合セラミック蛍光体部材表面に高低の段差が現れ、ダイクロイックミラーの特性を低下させてしまう。何らかの対策を講じることが望ましい。
　実施例によれば、
　励起光の照射により所定波長の蛍光を発生しうる蛍光体を含み、励起光の受光面と蛍光の出射面とを有する蛍光体部材と、
　前記蛍光体部材の励起光受光面に対向する表面を有する透明支持体と、
　前記透明支持体の、前記蛍光体部材に対向する表面上に配置されたダイクロイックミラーと、
　前記蛍光体部材と前記ダイクロイックミラーとの間に配置された透明接合層と、
を含み、
　前記透明接合層は、前記蛍光体部材上に配置された第１層と、前記ダイクロイックミラー上に配置された第２層と、を含み、前記第１層と第２層の対向面が直接接合されている、光学装置
が提供される。
　図１Ａは実施例による光学装置の主要部を示す概略断面図、図１Ｂは図１Ａの一部を拡大した断面図、図１Ｃは光学装置全体の概略断面図である。
　図２Ａは第１の製造工程図、図２Ｂは複合セラミック蛍光体の表面上に第１透明接合層を形成した第１の構成の断面図、図２Ｃは図２Ｂの一部を拡大した断面図である。
　図３Ａは第２の製造工程図、図３Ｂは透明支持体の上にダイクロイックミラー、第２透明接合層を形成した第２の構成の断面図である。
　図４Ａは第３の製造工程図、図４Ｂは第１の構成と第２の構成を接合した構成の概略断面図である。
　図５Ａは実施例の変形例による光学装置の主要部を示す断面図、図５Ｂは図５Ａの一部を拡大した断面図である。
　図６Ａは複合セラミック蛍光体の構造を示す断面図、図６Ｂは複合セラミック蛍光体の１表面を研磨した状態を示す断面図である。
　図７Ａは従来技術による光学装置の構成を示す段面図、図７Ｂは図７Ａのダイクロイックミラーに入射する蛍光の動作を概略的に示す断面図である。
符号
１１　蛍光体粒子、　１２　バインダ材料、　１４　蛍光体部材、　
１５　透明接合層、　１５ａ　第１透明接合層、　１５ｂ　第２透明接合層、　
１６　透明支持体、　１７　ダイクロイックミラー、　１８　接合面、　
１９　埋込層、　２１　筐体、　２３　光源、　２４　投光レンズ、　
２５　波長変換部材、　３１　低屈折率膜、　３２　高屈折率膜。
　半導体発光素子と蛍光体部材とを用いて、プロジェクタ、投光器、車両前照灯等に適した高輝度の光源を作製する場合、発生した蛍光を前方に投光して有効に利用するには、後方に向かう蛍光をダイクロイックミラーを用いて前方に反射することが望まれる。蛍光体部材の後側表面を研磨等によって平坦化してその上にダイクロイックミラーを形成しようとすると、蛍光体部材表面に形成される凹凸がダイクロイックミラーの面に転写されてしまう。凹凸面上へのダイクロイックミラー形成は、反射率の低下、光利用効率の低下につながる。接着強度にも課題を生じ得る。
　実施例
　本発明者等は、平坦な表面を有する透明支持体上にダイクロイックミラーを形成し、接着剤を用いることなく、前方に配置された蛍光体部材と結合することを検討した。蛍光体部材の後側表面を研磨すると表面に凹凸が生じることは避けがたい。
　蛍光体部材の研磨した表面上に無機透明接合層を形成し、改めて研磨すると、均質材料の研磨となり、少なくとも蛍光体部材表面の凹凸が低下した、より良い平坦性を有する第１の表面を得ることができる。透明支持体上にダイクロイックミラーを形成し、その上に無機透明接合層を形成し、研磨することにより同程度以上に平坦化された第２の表面を得ることができる。第１の表面と第２の表面とを同種の無機透明材料で形成し、直接接合すれば、強固な結合が得られよう。
　図１Ａ，１Ｂは、本発明の基本実施例による光学装置の概略断面図及びその一部拡大図である。図１Ａに示すように、蛍光体部材１４は、バインダ材料１２中に分散した蛍光体粒子１１を含む。励起光Ｅｘが下方に配置された光源から照射されるとする。なお、青色励起光のように、励起光は照明光としても機能するとする。蛍光体部材１４は、ＹＡＧ：Ｃｅ等の蛍光体粒子１１が酸化アルミニウム等のバインダ材料１２中に分布した混合体であり、板状のセラミックに焼成された複合セラミック蛍光体部材である。
　励起光を受光した蛍光体粒子１１は蛍光を発生し、あらゆる方向に進行させる。蛍光を効率的に利用できるよう、蛍光体部材１４の上面が励起光と蛍光との出射面として機能するよう設計されている。つまり、蛍光体部材１４は、下面が励起光受光面を構成し、上面が励起光と蛍光との混合光の出射面を構成する。なお、上面から励起光を出射させず、蛍光のみを得る構成とすることもできる。
　蛍光体部材１４から光源側に戻る方向に進行する蛍光は、そのままでは利用できない蛍光になってしまう。後方に戻る蛍光を反射して前方に進行するようにすれば、利用可能な蛍光となる。このような反射面を形成するために、ダイクロイックミラーを配置することが考えられる。
　ダイクロイックミラー１７は、例えば、ＳｉＯ２で形成された低屈折率層とＮｂ２Ｏ５で形成された高屈折率層との交互積層を含む誘電体多層膜フィルタであり、所望の短波長の光（例えば青色光）を透過し、所望の長波長の光（例えば黄色光）を反射するように設計される。
　まず、蛍光体部材１４の光源側表面にダイクロイックミラーを形成することが考えられる。しかし、ダイクロイックミラーを形成するために、蛍光体部材１４の光源側表面を研磨するとその表面には凹凸が生じる。凹凸面の上にダイクロイックミラーを形成しても、所望の機能を得ることは困難となる。そこで、蛍光体部材１４とは別体の透明支持体１６上にダイクロイックミラー１７を形成し、蛍光体部材１４と結合することが考えられる。サファイア等で透明支持体１６を形成し、平坦に研磨すれば、その上に高性能のダイクロイックミラー１７を形成できる。
　蛍光体部材１４とダイクロイックミラー１７を結合するため、蛍光体部材１４とダイクロイックミラー１７の対向面上に第１透明接合層１５ａと第２透明接合層１５ｂを形成し、接合面１８で直接接合する。第１透明接合層１５ａと第２透明接合層１５ｂとを併せて透明接合層１５とも呼ぶ。直接接合を強い結合とするには、第１透明接合層１５ａと第２透明接合層１５ｂとを同一材料例えば共通にＳｉＯ２とするのが好ましい。物性の似ている同種の材料、例えば窒素成分が多少異なるＳｉＯＮとすることも可能である。
　図１Ｂは、蛍光体部材１４の下部、その下方に配置され、透明支持体１６上に形成されたダイクロイックミラー１７、蛍光体部材１４下面に形成された第１透明接合層１５ａ、ダイクロイックミラー１７上面に形成された第２透明接合層１５ｂの部分をより拡大して示す部分断面図である。
　蛍光体部材１４の下側表面は、例えばＳｉＯ２砥粒を水に混ぜたスラリーを用いたＣＭＰにより平坦化する。蛍光体粒子、バインダ材料の研磨レートの差に基づき、蛍光体粒子１１がバインダ材料１２より深く削られ、軽躯体部材１４の下側表面に１０ｎｍ程度の凹凸が生じる。
　凹凸を有する蛍光体部材１４の表面上に、例えば十分な厚さ（２００ｎｍ）を有するＳｉＯ２の第１透明接合層１５ａを例えば電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）等の気相堆積法により堆積する。蛍光体部材１４表面の凹凸は、第１透明接合層１５ａにより埋められ、覆われた状態になる。
　堆積した第１透明接合層１５ａの表面を、例えばＳｉＯ２砥粒を水酸化カリウム溶液に混ぜたスラリーを用いたＣＭＰにより研磨する。第１透明接合層１５ａは均質な層であり、第１透明接合層１５ａを研磨することにより、算術平均粗さＲａ０．５ｎｍ程度の極めて平坦な表面を形成することができる。ＣＭＰにより平坦な表面を得るため、第１透明接合層１５ａは、蛍光体部材１４の表面の凹凸（例えば１０ｎｍ）の５倍以上の厚みを研磨される。さらには第１透明接合層１５ａの凹凸やＣＭＰの研磨レートのばらつきを考慮すると、第１透明接合層１５ａは、蛍光体部材１４の表面の凹凸（例えば１０ｎｍ）の１０倍程度、第１透明接合層１５ａを研磨されることが好ましい。本実施例の第１透明接合層１５ａは例えば２００ｎｍ堆積し、その後でＣＭＰ加工がなされ、約１００ｎｍの厚みとなる。図１Ｂに示す第１透明接合層１５ａは、このようにして平坦化した下面を有し、平坦な面の第２透明接合層と結合すれば、隙間なく空間を満たす接合層を形成できる。
　透明支持体１６は例えばサファイアで形成され、十分な硬度を有し、高精度の平坦面に研磨可能であり、少なくとも青色光の励起光Ｅｘを透過する。透明支持体１６の平坦化した表面上に、例えばＳｉＯ２で形成された低屈折率層とＮｂ２Ｏ５で形成された高屈折率層との交互積層を含むダイクロイックミラー１７を形成する。平坦な透明支持体１６表面上に平坦面を有するダイクロイックミラー１７構成層を、順次所定厚さ毎、積層することにより、希望のダイクロイックミラー特性を実現できる。平坦な表面を有するダイクロイックミラー１７上に、第２透明接合層１５ｂを例えば電子ビーム蒸着、スパッタリング、化学気相堆積（ＣＶＤ）等の気相堆積法により堆積する。平坦面を有するダイクロイックミラー１７上に形成される層は、そのままでも平坦な表面を持つ。勿論、さらに平坦に研磨してもよい。接合前の第１透明接合層１５ａ、第２透明接合層１５ｂの対向表面は直接接合が可能な程度に平坦化される。
　なお、第１透明接合層１５ａ、第２透明接合層１５ｂを直接接合により接着するには両表面がＲａ１ｎｍ以下の平坦性を有していることが好ましい。接合強度及び歩留まり向上のため平坦性をＲａ０．５ｎｍ以下とすることがさらに好ましい。
　第１透明接合層１５ａ、第２透明接合層１５ｂの接合面を対向させ、接合面１８で直接接合させる。例えば、接合面に付着しているパーティクル除去の機能を有するアンモニア水で接合面を清浄化する。清浄化後プラズマ処理室に導入し、高真空下でＡｒイオンビームを接合面に照射して活性化（表面にダングリングボンドを形成）した後、両接合面を接触させ、仮接合を行う。その後、窒素雰囲気中で加圧しながら、例えば２５０℃でアニールする。接合面表面のＯＨ基を介した水素結合は脱水反応して、化学結合し、結合強度を高める。第１透明接合層１５ａ、第２透明接合層１５ｂの直接接合面１８は、基本的に隙間も持たず高い結合力を有する。
　なお、研磨によって第１透明接合層１５ａまたは第２透明接合層１５ｂ表面の凹凸が除去しきれず、そのまま直接接合を行った結果、第１透明接合層１５ａ及び第２透明接合層１５ｂの接合面に微小なボイドが残る場合がある。しかし、これら凹凸に由来するボイドは研磨の条件によって蛍光の波長以下の大きさとすることができ、透明接合層１５の光透過率と熱伝導性に大きな影響を与えないように制御できる。
　例えば青色光である励起光Ｅｘが蛍光体部材１４に吸収されると蛍光体を励起状態とし、励起状態からよりエネルギーの低い準位へ遷移する際に、より波長の長い、例えば黄色の蛍光を発生する。蛍光の進行する方向は特に定められず、あらゆる方向に進む。図１Ａに示す光学装置は、下方から励起光を入射し、上方で励起光と蛍光が混合した白色光を利用する。蛍光体部材１４から下方（逆方向）に進行する蛍光はそのままでは利用できないが、ダイクロイックミラー１７は蛍光体部材１４から下方に進行する蛍光を反射して上方に進行させ、利用可能とする。
　下方に向かう蛍光の内、ほぼ垂直に近い、小さい入射角でダイクロイックミラー１７に入射する蛍光は、図中Ａで示すように、高い反射率で反射される。進行方向が上方に変換されて、利用可能な蛍光となる。入射角が大きくなると、透明接合層１５が存在しない場合は、図７Ｂの蛍光Ｂで示したように、ダイクロイックミラー１７では反射されず、下方に進行し、利用することはできない蛍光となり、蛍光の利用効率を低下してしまう。
　図１Ａの構成において、第１透明接合層１５ａと第２透明接合層１５ｂが共にＳｉＯ２で形成され、蛍光体部材１４のバインダ材料１２が酸化アルミニウムである場合、蛍光体部材１４の屈折率は、全体の平均としても、局所的にしても、透明接合層１５の屈折率よりも大きい。従って、蛍光体部材１４から透明接合層１５に向かう光の入射角が大きくなると、図中Ｂ‘で示すように全反射が生じ、反射光は上方に進行するようになる。全反射した蛍光は利用可能となり、蛍光の利用効率を向上できる。
　図１Ｃは、筐体に光源、集光投射光学系、波長変換部材を組み込んだ光学装置を示す概略断面図である。筐体２１は、半導体レーザ等の光源２３を備える。光源２３から発せられる光は、集光レンズ２４等の光学系によって集光され、透明支持体１６、ダイクロイックミラー１７、透明接合層１５、蛍光体部材１４を含む波長変換部材２５を照射し、前方を白色光で照明する。筐体２１を含む装置は、例えば車両に搭載される光源として使用できる。透明支持体１６が当接する部分に、追加透明支持体を設けてもよい。
　以下、図１Ａに示した光学装置の製造方法を説明する。まず、図２Ａの工程図に示すように、蛍光体層を準備する工程Ｓ１１を行い、続いて第１透明接合層形成工程Ｓ１２を行う。
　図２Ｂに示すように、無機蛍光体粒子１１が無機透明材料１２中に分散した蛍光体部材１４を準備する。無機蛍光体粒子１１は例えばＹＡＧ：Ｃｅ黄色蛍光体であり、無機透明材料１２は例えばアルミナである。両材料と水を混合して板状スラリーとし、焼成して板状のセラミックとする。
　アルミナは光屈折率、熱伝導度がＹＡＧ：Ｃｅより高く、蛍光体粒子の発する熱を放熱し、蛍光を閉じ込めることなく、外部に取り出す。例えば、ＳｉＯ２砥粒を水に混ぜたスラリーを用いたＣＭＰにより、蛍光体層１４の一方の表面を研磨して平坦面を形成する。研磨面には凹凸が生じる。凹凸が生じた研磨面上に研磨厚分を含む第１透明接合層１５ａ、例えばＳｉＯ２層、を電子ビーム蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の気相成長法で堆積する。蛍光体層１４表面の凹凸は第１透明接合層１５ａで埋められる。
　図２Ｃに示すように、第１透明接合層１５ａの表面を、例えばＳｉＯ２砥粒を水酸化カリウム溶液に混ぜたスラリーを用いたＣＭＰにより研磨して高度に平坦化する。第１透明接合層１５aと以下に説明する第２透明接合層１５ｂとは、直接接合できるように高度に平坦化する。
　第１透明接合層１５ａは、可視光領域で透明で、蛍光体部材１４（その平均値）より屈折率の低い材料、例えば、ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３，ＭｇＯ，ＭｇＦ２，ＬｉＦ，ＬａＦ３で形成することができる。蛍光体層のいずれの成分より屈折率が低いことがさらに好ましい。例えば蛍光体層が、ＹＡＧ：Ｃｅ粒子がアルミナ中に分布する構成である場合、第１透明接合層１５ａは、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＬｉＦ，ＬａＦ３等とすることが好ましい。
　図３Ａに示すように、ダイクロイックミラーの下地平面を形成する透明支持体を準備する工程Ｓ２１を行い、その下地平面上にダイクロイックミラーを構成する光学（誘電体）多層膜を形成する工程Ｓ２２を行い、誘電体多層膜が形成するダイクロイックミラーの上に第２透明接合層を形成する工程Ｓ２３を行う。
　図３Ｂに示すように、表面を高度に平坦化した透明支持体１６の上に低屈折率層３１と高屈折率層３２とを交互に積層したダイクロイックミラー１７を電子ビーム蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ等の気相成長法により形成する。低屈折率層の材料としては、ＳｉＯ２，ＭｇＦ２，ＬｉＦ，ＬａＦ３等を用いることができ、高屈折率層の材料としては、ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＨｆＯ２，Ｙ２Ｏ３等を用いることができる。
　続いて、ダイクロイックミラー１７上に第２透明接合層１５ｂを例えば第１透明接合層１５ａと同一材料、同一成膜方法で形成する。なお、窒素組成の異なるＳｉＯＮのように第１透明接合層と第２透明接合層との組成を若干異ならせてもよい。成膜方法を異ならせることもできる。平坦化した透明支持体上に成膜する層は平坦になり易く、そのまま用いることもできる。勿論、第２透明接合層を成膜後、平坦化処理を行ってもよい。
　図４Ａに示すように、第１透明接合層と第２透明接合層とを直接接合して一体化する。直接接合は、例えば表面活性化接合、原子拡散接合、プラズマ活性化接合等で行うことができる。
　図４Ｂに示すように、第１透明接合層１５ａと第２透明接合層１５ｂとが直接接合されて一体化すると、蛍光体部材１４、ダイクロイックミラー１７、透明支持体１６が全面的に結合する。
　図５Ａ，５Ｂは、実施例の変形例を示す断面図である。図５Ａにおいて、基本実施例を示す図１Ａと比較した時、蛍光体部材１４と透明接合層１５との間に透明接合層より屈折率の高い埋込層１９が挿入され、蛍光体部材１４下面の凹凸が埋込層１９で埋め込まれ、埋込層１９の下面が平坦化され、その平坦化された面上に第１透明接合層１５ａが形成されている点が異なる。透明接合層１５をＳｉＯ２で形成する場合、埋込層１９の材料としては、ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＨｆＯ２，Ｙ２Ｏ３等を用いることができる。他の点は基本的に第１の実施例と同じである。さらに埋込層１９は蛍光体部材１４との光屈折率差は小さいことが望ましく、また密着性の観点からも埋込層１９は蛍光体部材１４に含まれる無機透明材料１２と同じ材料であることが好ましい。すなわち、蛍光体部材１４を構成する無機透明材料１２としてアルミナを用いている本例の場合は埋込層１９にアルミナを用いることが好ましい。
　図５Ｂに示すように、高屈折率の埋込層１９と屈折率が相対的に低い透明接合層１５との界面が全体に亘って光学的に平坦な界面を形成している。蛍光体部材１４中の蛍光体粒子１１から発生し、埋込層１９から透明接合層１５に向かって進行する蛍光の透明接合層１５への入射角が大きくなると、全反射して埋込層１９に戻るようになる。
　以上、実施例に沿って本発明を説明したが、これらは制限的なものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。また、実施例では励起光（青色光）と蛍光（黄色光）を混合させて白色光を生成する構成としたが、例えば蛍光体層の厚みを変更し、全ての青色光を黄色光に変換する黄色光源として利用することもできる。
　実施例による光学装置は、例えばプロジェクタ、投光器、車両用の前照灯等の照明に適用することができる。

Claims (20)

  1. 　励起光の照射により所定波長の蛍光を発生しうる蛍光体を含み、励起光の受光面と蛍光の出射面とを有する蛍光体部材と、
    　前記蛍光体部材の励起光受光面に対向する表面を有する透明支持体と、
    　前記透明支持体の、前記蛍光体部材に対向する表面上に配置されたダイクロイックミラーと、
    　前記蛍光体部材と前記ダイクロイックミラーとの間に配置された透明接合層と、
    を含み、
    　前記透明接合層は、前記蛍光体部材上に配置された第１層と、前記ダイクロイックミラー上に配置された第２層と、を含み、前記第１層と第２層の対向面が直接接合されている、光学装置。
  2. 　前記蛍光体部材が、無機蛍光体粒子と無機透明体との混合体を焼結した複合セラミック蛍光体である、請求項１に記載の光学装置。
  3. 　前記無機透明体が、前記無機蛍光体粒子より高い熱伝導率を有する、請求項２に記載の光学装置。
  4. 　前記無機透明体が、前記無機蛍光体粒子が発する蛍光の波長において、前記無機蛍光体粒子より高い屈折率を有する、請求項３に記載の光学装置。
  5. 　前記透明接合層が、前記無機蛍光体粒子が発する蛍光の波長において、前記蛍光体部材のいずれの領域より低い屈折率を有する、請求項４に記載の光学装置。
  6. 　前記透明接合層の第１層と第２層との接合面がＲａ１ｎｍ以下の平坦性を有する請求項１に記載の光学装置。
  7. 　前記透明接合層の第１層と第２層との接合面がＲａ０．５ｎｍ以下の平坦性を有する請求項６に記載の光学装置。
  8. 　前記透明接合層の第１層と第２層とが同種材料で形成されている請求項６に記載の光学装置。
  9. 　前記蛍光体部材の無機透明体と前記透明支持体が酸化アルミニウムを含み、前記透明接合層が酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含む請求項２に記載の光学装置。
  10. 　前記ダイクロイックミラーは、低屈折率膜と高屈折率膜との交互積層を含む請求項１に記載の光学装置。
  11. 　前記低屈折率膜がＳiＯ２，ＭｇＦ２，ＬｉＦ，ＬａＦ３のいずれかを含み、前記高屈折率膜がＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ３，Ｎｂ２Ｏ５，Ａｌ２Ｏ３，ＨｆＯ２，Ｙ２Ｏ３のいずれかを含む請求項１０に記載の光学装置。
  12. 　さらに、前記蛍光体部材と前記透明接合層との間に配置され、前記透明接合層よりも高い屈折率を有する埋込層を有する請求項２に記載の光学装置。
  13. 　前記蛍光体部材の無機透明体と前記埋込層とが酸化アルミニウムを含む請求項１２に記載の光学装置。
  14. 　さらに、前記蛍光体部材に励起光を照射できる光源を含む、請求項１に記載の光学装置。
  15. 　前記光源が青色光又は紫外光を照射でき、前記蛍光体部材が黄色の蛍光を発生できる、請求項１４に記載の光学装置。
  16. 　励起光の照射により所定波長の蛍光を発生しうる蛍光体を含み、励起光受光面と蛍光出射面とを有する蛍光体部材の励起光受光面上に、第１透明接合層を形成する工程と、
    　受光面と出射面とを有する透明支持体の出射面上に、低屈折率膜と高屈折率膜の積層を含むダイクロイックミラーを形成する工程と、
    　前記ダイクロイックミラーの上に、前記第１透明接合層と同種材料で第２透明接合層を形成する工程と、
    　前記蛍光体部材の励起光受光面に前記ダイクロイックミラーを対向させて、前記透明支持体を配置する工程と、
    　前記第１透明接合層と、前記第２透明接合層とを直接接合する工程と、
    を含む光学装置の製造方法。
  17. 　前記蛍光体部材は無機蛍光体粒子と無機透明粒子との混合体を焼結した複合セラミック蛍光体で形成され、
    　前記第１透明接合層を形成する工程の前に、前記蛍光体部材の励起光受光面を平坦に研磨する工程を含む、請求項１６に記載の光学装置の製造方法。
  18. 　前記第１透明接合層を形成する工程に続き、前記第１透明接合層を研磨する工程を含む請求項１７に記載の光学装置の製造方法。
  19. 　前記直接接合する工程は、前記第１透明接合層と前記第２透明接合層との接合面を活性化処理した後、相互に接触させることを含む、請求項１６に記載の光学装置の製造方法。
  20. 　前記蛍光体部材の励起光受光面を研磨する工程に続き、前記第１透明接合層より屈折率の高い埋め込み層を形成し、表面を平坦に研磨する工程を含む請求項１７に記載の光学装置の製造方法。
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