(57)【要約】【課題】熱伝導率および発光特性が高い蛍光体を提供することを目的とする。【解決手段】高濃度領域と、高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、高濃度領域が１以上の低濃度領域を囲んでいる蛍光体。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高濃度領域と、前記高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を囲んでいる蛍光体。
【請求項２】
前記蛍光体は柱状であり、
前記蛍光体の長手方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を囲んでいる請求項１に記載の蛍光体。
【請求項３】
前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記高濃度領域が前記低濃度領域を囲んでいる請求項１または２に記載の蛍光体。
【請求項４】
１以上の前記低濃度領域が、前記光路の垂直方向に沿って前記蛍光体を貫通している請求項３に記載の蛍光体。
【請求項５】
高濃度領域と、前記高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を挟んでいる蛍光体。
【請求項６】
前記蛍光体は柱状であり、
前記蛍光体の長手方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を挟むように積層されている請求項５に記載の蛍光体。
【請求項７】
前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記光路の方向に沿って前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を挟むように積層されている請求項５または６に記載の蛍光体。
【請求項８】
１以上の前記低濃度領域が、前記光路の垂直方向に沿って前記蛍光体を貫通している請求項７に記載の蛍光体。
【請求項９】
前記蛍光体は柱状であり、
前記蛍光体の短手方向に平行な前記蛍光体の短手断面において、 
前記短手断面の断面積に対する前記低濃度領域の断面積の割合が１０％以上９０％以下である請求項１〜８のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項１０】
前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の光路断面において、
前記光路断面の断面積に対する前記低濃度領域の断面積の割合が１０％以上９０％以下である請求項１〜９のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項１１】
蛍光体が、高濃度領域と、前記高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、
前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の光路断面において、
前記光路断面の断面積に対する前記低濃度領域の断面積の割合が１０％以上９０％以下である蛍光体。
【請求項１２】
１以上の前記低濃度領域が、前記光路の垂直方向に沿って前記蛍光体を貫通している請求項１１に記載の蛍光体。
【請求項１３】
前記蛍光体の表面において前記低濃度領域が露出している請求項１〜１２のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項１４】
前記蛍光体は柱状であり、
１以上の前記低濃度領域が前記蛍光体の長手方向を貫通している請求項１〜１３のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項１５】
前記蛍光体は元素αと、前記添加物である元素βと、を有し、
前記元素αは少なくともＹおよびＬｕのいずれか一方を含み、
前記元素βはＣｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む請求項１〜１４のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項１６】
前記元素αは少なくともＹを含む請求項１５に記載の蛍光体。
【請求項１７】
前記元素βは少なくともＣｅを含む請求項１５または１６に記載の蛍光体。
【請求項１８】
前記元素αと前記元素βの合計含有量に対する前記元素βの含有量の割合を元素β割合としたとき、
前記低濃度領域における前記元素β割合は０．５０モル％以下である請求項１５〜１７のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項１９】
前記高濃度領域における前記元素β割合と前記低濃度領域における前記元素β割合の差が０．２０モル％以上である請求項１５〜１８のいずれかに記載の蛍光体。
【請求項２０】
請求項１〜１９のいずれかに記載の蛍光体であって、前記蛍光体はマイクロ引き下げ法によって生成される蛍光体。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかに記載の蛍光体と、青色発光素子と、を有し、
前記青色発光素子は、青色発光ダイオードおよび青色半導体レーザーから選ばれる少なくともいずれか一方である光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蛍光体およびその蛍光体を用いた光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体は、車用照明や、高出力プロジェクターといった高輝度照明の色調変換材料としての用途が検討されている。
【０００３】
これらの用途においては、励起光源に高出力のＬＥＤやレーザーが用いられるため、受光部である蛍光体の表面温度が高くなり易い。
【０００４】
特許文献１に記載の透明多結晶セラミックは、高温で発光効率が低下する「温度消光」現象が発生するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこれらの課題を鑑み、熱伝導率および発光特性が高い蛍光体、およびその蛍光体を有する光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の第１の観点に係る蛍光体は、以下の通りである。
【０００８】
［１］高濃度領域と、前記高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を囲んでいる蛍光体。
【０００９】
上記［１］の具体的態様として、下記の態様が例示される。
【００１０】
［２］前記蛍光体は柱状であり、
前記蛍光体の長手方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を囲んでいる前記［１］に記載の蛍光体。
【００１１】
［３］前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記高濃度領域が前記低濃度領域を囲んでいる前記［１］または［２］に記載の蛍光体。
【００１２】
［４］１以上の前記低濃度領域が、前記光路の垂直方向に沿って前記蛍光体を貫通している前記［３］に記載の蛍光体。
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の第２の観点に係る蛍光体は、以下の通りである。
【００１４】
［５］高濃度領域と、前記高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を挟んでいる蛍光体。
【００１５】
上記［５］の具体的態様として、下記の態様が例示される。
【００１６】
［６］前記蛍光体は柱状であり、
前記蛍光体の長手方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を挟むように積層されている前記［５］に記載の蛍光体。
【００１７】
［７］前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の断面において、
前記光路の方向に沿って前記高濃度領域が１以上の前記低濃度領域を挟むように積層されている前記［５］または［６］に記載の蛍光体。
【００１８】
［８］１以上の前記低濃度領域が、前記光路の垂直方向に沿って前記蛍光体を貫通している前記［７］に記載の蛍光体。
【００１９】
［９］前記蛍光体は柱状であり、
前記蛍光体の短手方向に平行な前記蛍光体の短手断面において、
前記短手断面の断面積に対する前記低濃度領域の断面積の割合が１０％以上９０％以下である前記［１］〜［８］のいずれかに記載の蛍光体。
【００２０】
［１０］前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の光路断面において、
前記光路断面の断面積に対する前記低濃度領域の断面積の割合が１０％以上９０％以下である前記［１］〜［９］のいずれかに記載の蛍光体。
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明の第３の観点に係る蛍光体は、以下の通りである。
【００２２】
［１１］蛍光体が、高濃度領域と、前記高濃度領域よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域と、を有し、
前記蛍光体を透過する光の光路の方向に平行な前記蛍光体の光路断面において、
前記光路断面の断面積に対する前記低濃度領域の断面積の割合が１０％以上９０％以下である蛍光体。
【００２３】
［１２］１以上の前記低濃度領域が、前記光路の垂直方向に沿って前記蛍光体を貫通している前記［１１］に記載の蛍光体。
【００２４】
［１３］前記蛍光体の表面において前記低濃度領域が露出している前記［１］〜［１２］のいずれかに記載の蛍光体。
【００２５】
［１４］前記蛍光体は柱状であり、
１以上の前記低濃度領域が前記蛍光体の長手方向を貫通している前記［１］〜［１３］のいずれかに記載の蛍光体。
【００２６】
［１５］前記蛍光体は元素αと、前記添加物である元素βと、を有し、
前記元素αは少なくともＹおよびＬｕのいずれか一方を含み、
前記元素βはＣｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる少なくとも１種を含む前記［１］〜［１４］のいずれかに記載の蛍光体。
【００２７】
［１６］前記元素αは少なくともＹを含む前記［１５］に記載の蛍光体。
【００２８】
［１７］前記元素βは少なくともＣｅを含む前記［１５］または［１６］に記載の蛍光体。
【００２９】
［１８］前記元素αと前記元素βの合計含有量に対する前記元素βの含有量の割合を元素β割合としたとき、
前記低濃度領域における前記元素β割合は０．５０モル％以下である前記［１５］〜［１７］のいずれかに記載の蛍光体。
【００３０】
［１９］前記高濃度領域における前記元素β割合と前記低濃度領域における前記元素β割合の差が０．２０モル％以上である前記［１５］〜［１８］のいずれかに記載の蛍光体。
【００３１】
［２０］前記［１］〜［１９］のいずれかに記載の蛍光体であって、前記蛍光体はマイクロ引き下げ法によって生成される蛍光体。
【００３２】
［２１］前記［１］〜［２０］のいずれかに記載の蛍光体と、青色発光素子と、を有し、
前記青色発光素子は、青色発光ダイオードおよび青色半導体レーザーから選ばれる少なくともいずれか一方である光源装置。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係る蛍光体の斜視図である。
【図２】図２は図１に示すII−II線に沿う蛍光体の断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは図１に示すIIIA−IIIA線に沿う蛍光体の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは図３Ａに示す蛍光体の断面図の変形例である。
【図４】図４は本発明の一実施形態に係る蛍光体を製造するための単結晶製造装置の概略断面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施形態に係る蛍光体の斜視図である。
【図６】図６は図５に示すVI−VI線に沿う蛍光体の断面図である。
【図７】図７は図５に示すVII−VII線に沿う蛍光体の断面図である。
【図８】図８は本発明の他の実施形態に係る蛍光体の斜視図である。
【図９】図９は図２に示す蛍光体の断面図の変形例である。
【図１０】図１０は図３Ａに示す蛍光体の断面図の変形例であり、図９に示す蛍光体の他の断面図である。
【図１１】図１１は図２に示す蛍光体の断面図の変形例である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明を、具体的な実施形態に基づき、以下の順序で詳細に説明する。
１．    第１実施形態
１−１．光源装置
１−１−１．青色発光素子
１−１−２．蛍光体
１−２．蛍光体の製造方法
１−３．本実施形態の効果
２．    第２実施形態
３．    第３実施形態
４．    第４実施形態
【００３５】
１．第１実施形態
１−１．光源装置
本実施形態に係る光源装置２を図２に示す。本実施形態に係る光源装置２は、少なくとも本実施形態に係る蛍光体４と、青色発光素子１０とを有する。図２に示すように本実施形態では、蛍光体４と青色発光素子１０の間に空隙が備えられている。
【００３６】
１−１−１．青色発光素子
図２に示すように青色発光素子１０は、蛍光体４を励起するための励起光である青色光Ｌ１を発する。青色発光素子１０の青色光Ｌ１は通常ピーク波長が４２５ｎｍ〜４７５ｎｍである。蛍光体４の第１面４１に入射した青色光Ｌ１のうちの一部は蛍光体４に吸収されて波長変換され、蛍光を発する。このようにして発せられた蛍光と青色光Ｌ１が混合して蛍光体４の第２面４２から白色光Ｌ２を発する。
【００３７】
青色発光素子１０としては、蛍光と混合することにより白色光Ｌ２を発し、なおかつ蛍光体４により蛍光に波長変換されることができる青色光Ｌ１を発することができれば特に限定されないが、たとえば青色発光ダイオード（青色ＬＥＤ）または青色半導体レーザー（青色ＬＤ）が挙げられる。
【００３８】
１−１−２．蛍光体
図１に本実施形態に係る蛍光体４を示す。図１に示す蛍光体４は直方体の柱状であり、単結晶である。蛍光体４が単結晶であることは、たとえばＸＲＤにより、αＡＧ単結晶（αは、下記元素αを示す）の結晶ピークを確認することにより確認できる。
【００３９】
蛍光体４が単結晶であることにより、透明セラミックスや共晶体に比べて青色光Ｌ１の透過率を向上させることができる。なぜならば、透明セラミックスは結晶粒界での光散乱により、透過率が低下する傾向となり、共晶体は相境界での光散乱により、透過率が低下する傾向となるからである。したがって、単結晶の蛍光体４は、透明セラミックスや共晶体に比べて発光特性が高い。
【００４０】
蛍光体４の組成は特に限定されないが、少なくともＹおよびＬｕのいずれか一方を含む元素αと、添加物である元素βを有し、（α１−ｘβｘ）３＋ａＡｌ５−ａＯ１２（０．０００１≦ｘ≦０．００７、−０．０１６≦ａ≦０．３１５）で表される。
【００４１】
ここで、元素αとしては他にＧｄ、ＴｂまたはＬａを含んでいてもよい。また、元素αは少なくともＹを含むことが好ましい。元素αが少なくともＹを含むことにより、発光特性をより向上させることができる。
【００４２】
また、添加物である元素βはたとえばＣｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｄｙ、ＴｍおよびＹｂからなる群から選ばれる少なくとも１種である。これにより、発光特性を付与することができる。上記の観点から、元素βは好ましくはＣｅ、Ｅｕであり、より好ましくはＣｅである。
【００４３】
図２に示すように、本実施形態では、蛍光体４は添加物の濃度の高い高濃度領域６と、高濃度領域６よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域８と、を有している。
【００４４】
低濃度領域８は高濃度領域６に比べて熱伝導率が高い、すなわち放熱性が高い。一方、高濃度領域６は低濃度領域８に比べて、青色光Ｌ１から蛍光への変換効率が高い。このため、蛍光体４が高濃度領域６を有することにより、蛍光体４の第１面４１から入射した青色光Ｌ１が良く吸収され、なおかつ適度に蛍光に変換されるため、発光特性が高くなる傾向となる。
【００４５】
以上のことから、蛍光体４が添加物の濃度の高い高濃度領域６と、高濃度領域６よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域８と、を有することで、低濃度領域８による熱伝導率の向上と、高濃度領域６による発光特性の向上の両方の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、本実施形態における蛍光体４の発光特性は、励起光吸収率と内部量子収率の値を掛け合わせた値で評価される。本実施形態の蛍光体４は、好ましくは励起光波長が４５０ｎｍの場合の発光特性の値が６０％以上である。
【００４７】
また、本実施形態の蛍光体４は熱伝導率が高いことにより、高温環境下において蛍光体４から熱が放出され易い。その結果、高温環境下で発光特性が低下する温度消光現象を抑制することができる。
【００４８】
また、本実施形態の蛍光体４を光源装置２に用いた場合、蛍光体４の熱伝導率が高いため、蛍光体４から熱が放出され易く、光源装置２の熱損傷を防ぐことができる。
【００４９】
さらに、温度上昇により、蛍光体の蛍光波長が変化することがあるが、本実施形態の蛍光体４は熱伝導率が高いため、蛍光体４から熱が放出され易く、温度上昇による蛍光体４の波長変化を防ぐことができる。
【００５０】
本実施形態では、元素αと元素βの合計含有量に対する元素βの含有量の割合（以下では「元素β割合」とする）が０．５０モル％以下である領域を低濃度領域８とすることが好ましい。これにより、低濃度領域８による熱伝導率の向上の効果を高めることができる。上記の観点から、低濃度領域８における元素β割合は０．０１モル％以上０．５０モル％以下であることがより好ましく、０．０１モル％以上０．３０モル％以下であることがさらに好ましい。
【００５１】
なお、たとえば低濃度領域８の元素β割合を０．０１モル％以上とすると、蛍光体４において、低濃度領域８にも高濃度領域６にも含まれない、元素β割合が０．０１モル％未満の超低濃度領域が存在することになる。このように、本実施形態では、蛍光体４に超低濃度領域が存在してもよい。
【００５２】
本実施形態では、低濃度領域８より添加物の濃度が高く、かつ低濃度領域８以外の領域が高濃度領域６である。また、高濃度領域６での元素β割合が０．２０モル％以上であることが好ましい。これにより、高濃度領域６による発光特性の向上の効果を高めることができる。上記の観点から高濃度領域６での元素β割合が０．３０モル％以上であることがより好ましい。
【００５３】
また、本実施形態では、高濃度領域６における元素β割合と低濃度領域８における元素β割合の差が０．２０モル％以上であることが好ましい。これにより、蛍光体４の熱伝導率をより高めると共に、発光特性をより高めることができる。上記の観点から、高濃度領域６における元素β割合と低濃度領域８における元素β割合の差が０．３０モル％以上であることがより好ましい。
【００５４】
なお、たとえば、低濃度領域８の元素β割合を０．１０モル％以下として、高濃度領域６での元素β割合を０．３０モル％以上とした場合、元素β割合が０．１０モル％を超えて、０．３０モル％未満の範囲は、低濃度領域８よりも元素β割合が高く、高濃度領域６よりも元素β割合が低い中濃度領域になる。このように、本実施形態では、蛍光体４に中濃度領域が存在してもよい。
【００５５】
本実施形態では図２に示すように蛍光体４の長手方向に平行な蛍光体４の断面において、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる。また、本実施形態では図２に示す蛍光体４の断面は、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行である。本実施形態では、このように、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な断面において、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる。
【００５６】
なお、図２では、蛍光体４の長手方向に平行な蛍光体４の断面が蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な断面と同じであるが、異なっていてもよい。
【００５７】
ここで、「高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる」とは、１以上の低濃度領域８の周囲全てが高濃度領域６に囲まれている必要はなく、少なくとも図２に示すように高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を挟むように位置していればよい。このため、図２に示すように、長手方向の端部において低濃度領域８が蛍光体４の表面に露出し、部分的に低濃度領域８が高濃度領域６に囲まれていない部分があってもよい。
【００５８】
なお、低濃度領域８が高濃度領域６を囲んでいる状態では、結晶内部に相対的に熱伝導率の低い高濃度領域６が存在することとなるため、熱が結晶内部に内在し、蓄積することがありうる。
【００５９】
一方で、高濃度領域６が低濃度領域８を囲んでいる状態では、結晶内部に相対的に熱伝導率の高い低濃度領域８が存在することとなるため、熱が結晶内部に内在し、蓄積しにくいことから、結晶全体で見た場合に放熱性に優れた構成となる。
【００６０】
本実施形態における蛍光体４のサイズは特に限定されないが、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な縦方向Ｙ０の長さは入射光のスポット径と同径以下であることが好ましい。これにより、局所加熱により生じた応力による蛍光体の損傷することができる。また、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に垂直な横方向Ｘ０の長さは１００μｍ以上である。これにより、励起光を効率よく吸収することができる。
【００６１】
なお、図２では長手方向の端部において低濃度領域８が蛍光体４の表面に露出しているが、蛍光体４において低濃度領域８が露出している箇所は限定されず、短手方向の端部において低濃度領域８が蛍光体４の表面に露出していてもよい。低濃度領域８が蛍光体４の表面に露出することにより、放熱性がより向上し、蛍光体４の温度上昇をより抑制できる。このように、蛍光体４の温度上昇をより抑制できることにより、耐温度消光特性がより向上すると共に、光源装置２の熱損傷をより防ぎ、さらに蛍光体４の波長変化をより防ぐことができる。
【００６２】
また、本実施形態では、蛍光体４が超低濃度領域を有する場合、高濃度領域６が超低濃度領域を介して１以上の低濃度領域８を囲んでいたとしても、「高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる」ということになる。
【００６３】
同様に、本実施形態では、蛍光体４が中濃度領域を有する場合、高濃度領域６が中濃度領域を介して１以上の低濃度領域８を囲んでいたとしても、「高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる」ということになる。
【００６４】
本実施形態では図２に示すように、蛍光体４の長手方向に平行な蛍光体４の断面において、１以上の低濃度領域８が蛍光体４の長手方向を貫通していてもよい。または、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４の断面において、１以上の低濃度領域８が蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路の垂直方向に沿って蛍光体４を貫通していてもよい。
【００６５】
蛍光体４の第１面４１は受光部であり、温度が高くなる傾向がある。このため、蛍光体４を低濃度領域８が貫通する構成であることにより、第１面４１の熱が第２面４２へ効率よく熱伝導し、放熱でき、蛍光体４の温度上昇をより抑制できる。このように、蛍光体４の温度上昇をより抑制できることにより、耐温度消光特性がより向上すると共に、光源装置２の熱損傷をより防ぎ、さらに蛍光体４の波長変化をより防ぐことができる。
【００６６】
本実施形態では、「蛍光体４の長手方向に平行な蛍光体４の断面」または「蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４の断面」において、２個以上の低濃度領域８が分割して存在していてもよく、２個〜１０個の低濃度領域８が分割して存在していてもよい。なお、分割されている低濃度領域８の１個あたりの断面積は、「蛍光体４の長手方向に平行な蛍光体４の断面」または「蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４の断面」の断面積の０．５％以上９０％以下であることが好ましい。
【００６７】
蛍光体４の内部において低濃度領域８が分割して存在することにより、放熱性がより向上し、蛍光体４の温度上昇をより抑制できる。このように、蛍光体４の温度上昇をより抑制できることにより、耐温度消光特性がより向上すると共に、光源装置２の熱損傷をより防ぎ、さらに蛍光体４の波長変化をより防ぐことができる。
【００６８】
本実施形態では、蛍光体４の長手方向に平行な蛍光体４の断面における低濃度領域８の形状は特に限定されず、四角形等の多角形でもよいし、円形でもよい。また、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４の断面における低濃度領域８の形状も特に限定されず、四角形等の多角形でもよいし、円形でもよい。
【００６９】
本実施形態の蛍光体４の短手方向に平行な蛍光体４の短手断面における低濃度領域８と高濃度領域６の分布は特に限定されず、図３Ａに示すように低濃度領域８の周囲全てが高濃度領域６に囲まれていてもよいし、図３Ｂに示すように蛍光体４の短手方向の端部において低濃度領域８が高濃度領域６に囲まれていない部分があってもよい。
【００７０】
本実施形態では、短手断面において、２個以上の低濃度領域８が分割して存在していてもよく、２個〜１０個の低濃度領域８が分割して存在していてもよい。なお、分割されている低濃度領域８の１個あたりの断面積は、短手断面の断面積の０．５％以上９０％以下であることが好ましい。
【００７１】
本実施形態では、図３Ａまたは図３Ｂに示す短手断面の断面積に対する、短手断面における低濃度領域８の断面積の割合（以下では「低濃度面積割合」とする）が１０％以上９０％以下であることが好ましい。これにより、低濃度領域８による熱伝導率の向上の効果と高濃度領域６による発光特性の向上の効果をバランスよく得ることができる。上記の観点から、低濃度面積割合は、１０％以上８０％以下であることがより好ましい。
【００７２】
なお、上記のように低濃度領域８が分割されている場合は、短手断面の断面積に対する、「短手断面における各低濃度領域８の断面積の合計」の割合を「低濃度面積割合」とする。
【００７３】
本実施形態の短手断面における低濃度領域８の形状は特に限定されず、四角形等の多角形でもよいし、円形でもよい。
【００７４】
なお、蛍光体４の添加物濃度は、ＬＡ−ＩＣＰ−ＭＳ、ＥＰＭＡ、ＥＤＸ等で測定できる。
【００７５】
１−２．蛍光体の製造方法
図４に、本実施形態の蛍光体４の製造装置であるμ−ＰＤ法（マイクロ引き下げ法）による単結晶製造装置２２の概略断面図を示す。μ−ＰＤ法は、試料を入れた坩堝２４を直接または間接的に加熱することにより坩堝２４内に対象物質の融液を得て、坩堝２４の下方に設置した種結晶３４を坩堝２４下端の開口部へ接触させ、そこで固液界面を形成しつつ種結晶３４を引き下げることにより単結晶を成長させる溶融凝固法である。
【００７６】
溶融凝固法においては、温度の低い箇所に添加物が移動しつつ単結晶が成長していく。生成した単結晶から個々の部分を切り出す際に、各切り出し位置において、添加物の所定の濃度分布を有する蛍光体４が得られる。特にμ−ＰＤ法では、種結晶３４の引き下げ方向が、蛍光体４の横方向（Ｘ０方向）に一致する。言い換えると、種結晶３４の引き下げ方向が蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路の垂直方向と一致する。
【００７７】
本実施形態に係る蛍光体４は、μ−ＰＤ法により生成されることにより、従来のＣＺ法（Ｃｚｏｃｈｒａｌｓｋｉ  Ｍｅｔｈｏｄ）により生成される蛍光体に比べて、添加物の所定の濃度分布を有し易い、具体的には高濃度領域６が低濃度領域８を囲み易い傾向となる。このため、本実施形態に係る蛍光体４はμ−ＰＤ法により生成されることが好ましい。
【００７８】
図４に示すように、本実施形態に係る蛍光体４を製造するための単結晶製造装置２２は、開口部が下向きになるように設置してある坩堝２４とその周りを覆う耐火材炉２６とを備える。耐火材炉２６はさらに石英管２８により覆われており、石英管２８の縦方向の中央部付近には、坩堝２４の加熱のための誘導加熱コイル３０が設置されている。
【００７９】
坩堝２４の開口部には種結晶保持治具３２により保持された種結晶３４が設置されている。また、坩堝４の開口部付近にはアフターヒーター３６が設置されている。
【００８０】
なお、図示しないが、単結晶製造装置２２には、耐火材炉２６の内部を減圧する減圧手段、減圧をモニターする圧力測定手段、耐火材炉２６の温度を測定する温度測定手段および耐火材炉２６の内部に不活性ガスを供給するガス供給手段が設けられている。
【００８１】
種結晶３４は単結晶を棒状に切り出した物を使用する。種結晶３４は、添加物を含まないαＡＧ単結晶（αはα元素を示す）が好ましい。
【００８２】
種結晶保持治具３２の素材は特に限定されないが、使用温度である１９００℃付近において影響の少ない緻密アルミナ等が好ましい。種結晶保持治具３２の形状と大きさも特に限定されないが、耐火材炉２６に接触しない程度の径である棒状の形状であることが好ましい。
【００８３】
単結晶の融点が高いため、坩堝２４およびアフターヒーター３６の材質はＩｒ、Ｍｏ等が好ましい。また、坩堝２４の材質の酸化による単結晶への異物混入を防止するために、坩堝２４の材質としてはＩｒを用いることがより好ましい。なお、１５００℃以下の融点の物質を対象とする場合は坩堝２４の材質としてＰｔを使用することが可能である。また、坩堝２４の材質としてＰｔを使用する場合には、大気中での結晶成長が可能である。１５００℃を超える高融点物質を対象とする場合は、坩堝２４およびアフターヒーター３６の材質として、Ｉｒ等を用いるため、結晶成長はＡｒ等の不活性ガス雰囲気下でのみ行われる。
【００８４】
坩堝２４の開口部の径は単結晶の融液の粘度が低い事や坩堝２４との濡れ性の点から、２００μｍ〜４００μｍ程度で平らな形状が好ましい。
【００８５】
耐火材炉２６の材質は特に限定されないが、保温性や使用温度、結晶への不純物混入防止の観点からアルミナであることが好ましい。
【００８６】
次に、本実施形態に係る蛍光体４（単結晶）の製造方法について具体的に説明する。
【００８７】
まず、耐火材炉２６内部の坩堝２４に単結晶の原料であるαＡＧ原料（αはα元素を示す）とＣｅ等の添加物である元素βを入れ、炉内をＮ２やＡｒなどの不活性ガスで置換する。
【００８８】
次に、不活性ガスを１０〜１００ｃｍ３／ｍｉｎで流入させながら誘導加熱コイル（加熱用高周波コイル）３０で坩堝２４を加熱し、原料を溶融して融液を得る。
【００８９】
原料を十分溶融したところで種結晶３４を坩堝下部から徐々に近づけ、坩堝２４下端の開口部に種結晶３４を接触させる。融液が坩堝２４下端の開口部から出た所で種結晶３４を下降させ、結晶成長を開始させる。
【００９０】
結晶成長速度は固液界面の様子をＣＣＤカメラ、またはサーモカメラで観察しながらマニュアルで温度と共にコントロールする。
【００９１】
誘導加熱コイル３０の移動により、温度勾配は１０℃／ｍｍ〜１００℃／ｍｍの範囲で選択可能である。また、単結晶の成長速度も０．０１ｍｍ／ｍｉｎ〜３０ｍｍ／ｍｉｎの範囲で選択可能である。
【００９２】
坩堝２４内の融液が出なくなるまで種結晶３４を下降させ、坩堝２４から種結晶３４が離れた後、単結晶にクラックが入らない様に冷却を行う。このように坩堝２４とアフターヒーター３６以下にかけて急峻な温度勾配とする事で融液の引き出し速度を上げる事が可能となる。
【００９３】
また、本実施形態では、アフターヒーター３６により坩堝２４以下での温度を制御することにより、添加物の所定の濃度分布を有する蛍光体４を得ることができる。上記の観点から、坩堝２４以下での冷却速度は、５０℃／時間〜９００℃／時間であることが好ましい。
【００９４】
耐火材炉２６内部には、上記の結晶成長および冷却の間も、加熱時と同条件で不活性ガスを流入したままにする。炉内雰囲気はＮ２やＡｒ等の不活性ガスを使用する事が好ましい。
【００９５】
１−３．本実施形態のまとめ
本実施形態では、蛍光体４が添加物の濃度の高い高濃度領域６と、高濃度領域６よりも添加物の濃度の低い１以上の低濃度領域８と、を有する。これにより、低濃度領域８による熱伝導率の向上と、高濃度領域６による発光特性の向上の両方の効果を得ることができる。
【００９６】
特に、本実施形態では、蛍光体４の熱伝導率が向上することにより、放熱性が向上し、蛍光体４の温度上昇を抑制できる。このように、蛍光体４の温度上昇を抑制できることにより、耐温度消光特性が向上すると共に、光源装置２の熱損傷を防ぎ、さらに蛍光体４の波長変化を防ぐことができる。
【００９７】
さらに、本実施形態では、蛍光体４が単結晶であり、蛍光体４に所定の量の元素αおよび添加物としての元素βが含まれ、高濃度領域６および低濃度領域８の添加物の濃度が所定の範囲であり、なおかつ低濃度面積割合が所定の範囲であることにより、低濃度領域８による熱伝導率の向上と高濃度領域６による発光特性の向上の効果をよりバランスよく得ることができる。
【００９８】
このような蛍光体４における添加物の所定の濃度分布は、蛍光体４となる単結晶をμ−ＰＤ法により生成することにより得ることができ、特に、アフターヒーター３６により坩堝２４以下での温度を制御することにより得ることができる。
【００９９】
２．第２実施形態
図５に示すように、本実施形態に係る蛍光体４ｂは、以下に示す以外は、第１実施形態の蛍光体４と同様である。本実施形態に係る蛍光体４ｂは円柱状である。
【０１００】
本実施形態では図６に示すように蛍光体４ｂの長手方向に平行な蛍光体４ｂの断面において、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる。また、本実施形態では図６に示す蛍光体４ｂの断面は、蛍光体４ｂを透過する青色光Ｌ１の光路に平行である。本実施形態では、このように、蛍光体４ｂを透過する青色光Ｌ１の光路に平行な断面において、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる。
【０１０１】
本実施形態の蛍光体４ｂの短手方向の断面における低濃度領域８と高濃度領域６の分布は特に限定されず、たとえば図７に示すように２つの低濃度領域８の周囲全てが高濃度領域６に囲まれていてもよいし、蛍光体の短手方向の端部において低濃度領域８が高濃度領域６に囲まれていない部分があってもよい。
【０１０２】
３．    第３実施形態
図８に示すように、本実施形態に係る蛍光体４ｃは、以下に示す以外は、第１実施形態の蛍光体４と同様である。本実施形態に係る蛍光体４ｃは円盤状である。
【０１０３】
本実施形態の蛍光体４ｃのII‐II線に沿う断面図は、図２と同じである。本実施形態の蛍光体４ｃは、蛍光体４ｃを透過する青色光Ｌ１の光路に平行な断面において、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいる。
【０１０４】
蛍光体４ｃを透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４ｃの断面において、２個以上の低濃度領域８が分割して存在していてもよく、２個〜１０個の低濃度領域８が分割して存在していてもよい。なお、分割されている低濃度領域８の１個あたりの断面積は、「蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４の断面」の断面積の０．５％以上９０％以下であることが好ましい。
【０１０５】
本実施形態の蛍光体４ｃを透過する青色光Ｌ１の光路の方向に平行な蛍光体４ｃの光路断面において、光路断面の断面積に対する低濃度領域８の断面積の割合が１０％以上９０％以下であることが好ましく、１０％以上８０％以下であることがより好ましい。これは、第１実施形態において、低濃度面積割合が所定の範囲であることが好ましい理由と同じ理由である。
【０１０６】
なお、上記のように低濃度領域８が分割されている場合は、光路断面の断面積に対する、「光路断面における各低濃度領域８の断面積の合計」の割合が１０％以上９０％以下であることが好ましく、１０％以上８０％以下であることがより好ましい。
【０１０７】
４．    第４実施形態
【０１０８】
図９に示すように、本実施形態に係る蛍光体４ｄは、以下に示す以外は、第１実施形態の蛍光体４および第３実施形態の蛍光体４ｃと同様である。
【０１０９】
本実施形態の蛍光体４ｄは、図９に示すように蛍光体４ｄの長手方向に平行な蛍光体４ｄの断面または蛍光体４ｄを透過する青色光Ｌ１の光路に平行な蛍光体４ｄの断面において、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいない。
【０１１０】
また、本実施形態の蛍光体４ｄは、図１０に示すように蛍光体４ｄの短手方向の断面においても、高濃度領域６が１以上の低濃度領域８を囲んでいない。
【０１１１】
本実施形態の蛍光体４ｄを透過する青色光Ｌ１の光路の方向に平行な蛍光体４ｄの光路断面において、光路断面の断面積に対する低濃度領域８の断面積の割合が１０％以上９０％以下であることが好ましく、１０％以上８０％以下であることがより好ましい。これは、第１実施形態において、低濃度面積割合が所定の範囲であることが好ましい理由と同じ理由である。
【０１１２】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々に改変することができる。
【０１１３】
たとえば、蛍光体の形状は、断面が四角形の柱状、円柱状または円盤状に限られず、断面が四角形以外の多角形の柱状、または球状でもよく、特に限定されない。
【０１１４】
また、蛍光体４における添加物の所定の濃度分布は、蛍光体４となる単結晶をμ−ＰＤ法により生成したり、アフターヒーター３６により坩堝２４以下での温度を制御する以外にも、ＥＦＧ法により育成することによっても得ることができる。なお、ＥＦＧ法とは、坩堝に原料を投入し加熱することで融解した原料を坩堝に直立設置されたスリットダイの開口部に原料を導き、この開口部にて原料に種結晶を接触させた状態で種結晶を引き上げることにより、結晶を育成させる方法である。
【０１１５】
さらに、上記では、蛍光体４と青色発光素子１０の間には空隙が備えられているが、図１１に示すように、蛍光体４と青色発光素子１０は密着していてもよい。また、蛍光体４と青色発光素子１０との間には透明樹脂が備えられていてもよい。
【実施例】
【０１１６】
以下、本発明を、さらに詳細な実施例に基づき説明するが、本発明は、これら実施例に限定されない。
【０１１７】
（試料番号１〜７、１２〜１６）
図４に示す単結晶製造装置２２を用いてμ−ＰＤ法によりＣｅ：ＹＡＧ単結晶を生成した。
【０１１８】
出発原料としてＹ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３およびＣｅＯ２を準備し、内径１６ｍｍのＩｒ製の坩堝２４にＣｅが０．１モル％になるように、Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３およびＣｅＯ２を２ｇ投入した。すなわち、試料番号１〜７、１２〜１６の元素αの種類はＹであり、元素βの種類はＣｅであった。この際、試料番号１〜７は融液漏出口が融液滲出面内中央に配置された坩堝を用い、試料番号１２〜１６は融液漏出口が片側一方にスリット上に配置された坩堝を用いた。これらの原料を投入した坩堝２４を耐火材炉２６に投入し、耐火材炉２６内の雰囲気をＮ２に置換し、常圧に維持したままＮ２ガスを５０ｃｍ３／ｍｉｎの流量でフローを行った。
【０１１９】
その後、坩堝２４の加熱を開始しＹＡＧ単結晶の融点に達するまで１時間かけて徐々に加熱した。
【０１２０】
ＹＡＧ単結晶を種結晶３４として用い、種結晶３４の先端を坩堝２４下端の開口部に接触させて、開口部から融液が出たことを確認したのち、種結晶３４を降下させながら結晶育成を開始した。ここでの種結晶３４の降下速度を「育成速度」という。この際、サンプル毎に育成速度を０．０１ｍｍ／ｍｉｎ〜０．２０ｍｍ／ｍｉｎの範囲で変化させて結晶成長を行った。各サンプルの育成速度を表１に示す。なお、結晶中の高濃度領域と低濃度領域の分布は、この育成速度の調整により調整することができる。育成速度が低い場合は低濃度面積が大きくなる傾向であり、育成速度が高い場合は低濃度面積割合が低くなる。
【０１２１】
上記育成の際、急冷を防ぐ目的で、坩堝下部にアフターヒーター３６を設置した。結晶の冷却速度は結晶育成速度に応じて変化し、本実験においては７０℃／時間〜３００℃／時間となるように調整した。
【０１２２】
その結果、２ｍｍ角、長さ９３ｍｍの柱状のＣｅ：ＹＡＧ単結晶（蛍光体４）が得られた。また、熱伝導率と発光特性の評価のために、φ１０ｍｍ×ｔ２ｍｍの円柱状のＣｅ：ＹＡＧ単結晶（蛍光体４）も得た。
【０１２３】
なお、ＸＲＤにより蛍光体４の結晶ピークを確認して、異相成分が含まない場合は、単結晶であると判断した。この方法により、試料番号１〜７、１２〜１６は単結晶であることを確認した。
【０１２４】
得られた柱状の蛍光体４の長手方向の厚みが１ｍｍになるように長手方向に平行な断面を得た。また、得られた柱状の蛍光体４の短手方向の厚みが２ｍｍになるように短手断面を得た。得られた蛍光体４または得られた蛍光体４の各断面に関して、下記の通り観察すると共に、測定した。
【０１２５】
・高濃度領域６と低濃度領域８の分布
得られた蛍光体４の長手方向の断面をＥＤＸ分析して、高濃度領域６が低濃度領域８を囲んでいるか否か、および低濃度領域８が長手方向に貫通しているか否かを確認した。さらに、得られた蛍光体４の短手断面をＥＤＸ分析して、低濃度面積割合を算出した。結果を表１に示す。なお、元素β割合が０．５０モル％以下である領域を低濃度領域８とし、元素β割合が０．５０モル％を超える領域を高濃度領域６とした。
【０１２６】
・熱伝導率
円柱状のＣｅ：ＹＡＧ単結晶（蛍光体４）について、アルキメデス法を用いて室温における蛍光体４の嵩密度を計測した。また、キセノンフラッシュ法熱拡散率測定装置ＴＤ−１（アドバンス理工株式会社製）を用いて、蛍光体４の熱拡散率および比熱を測定した。測定の条件は下記の通りであった。
温度（ｄｅｇＣ）：室温
Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ：Ｌｏｎｇ
Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ：Ｌｏｗ
ＤＡＱ  ｖｏｌｔａｇｅ：５
Ｓａｍｐｌｉｎｇ  Ｐｅｒｉｏｄ（ｍｓ）：０．０５
上記で得られた測定結果から熱伝導率を算出した。結果を表１に示す。表１には、試料番号７の熱伝導率を１００％とした場合の相対値（熱伝導率比）を示している。試料番号７の熱伝導率は９．５Ｗ／（ｍ・ｋ）〜１０．０Ｗ／（ｍ・ｋ）であった。
【０１２７】
・発光特性
円柱状のＣｅ：ＹＡＧ単結晶（蛍光体４）について、Ｆ−７０００形分光蛍光光度計（日立ハイテク株式会社製）を用いて、蛍光体４の励起光吸収率および内部量子収率を下記の条件で測定した。
励起光吸収率
雰囲気温度：２５℃
測定モード：励起スペクトル
測定範囲：励起波長２００〜８００ｎｍ
ホトマル電圧：４００Ｖ
内部量子収率
雰囲気温度：２５℃
測定モード：蛍光スペクトル
励起波長：４６０ｎｍ
ホトマル電圧：４００Ｖ
なお、各特性は、励起光を蛍光体４の短手方向の端面の高濃度領域が露出している面から照射して測定した。測定で得られた励起光吸収率と内部量子収率の値を掛け合わせたものを「発光特性」と定義した。結果を表１に示す。表１には、試料番号７の発光特性を１００％とした場合の相対値（発光特性比）を示している。試料番号７の発光特性は６０％〜７０％であった。
【０１２８】
【表１】
2020132675.tif 000003
【０１２９】
育成速度を調整することにより低濃度面積比率の異なる試料番号１〜７を得た。試料番号７における熱伝導率および発光特性を１００％とし、試料番号１〜６についての熱伝導率および発光特性の値を相対値として記入した。表１の評価結果は、発光特性比が１００％である場合をＡとし、発光特性比が１００％未満の場合をＢとし、発光特性比が７０％未満である場合をＣとした。
【０１３０】
試料番号１は低濃度面積比率が１００％となる。この場合、低濃度領域のみで構成されるため、熱伝導比は良好ではあるものの、高濃度領域が存在しないこととなるため、高濃度領域が低濃度領域を囲んでいる構造をとらない。そのため、試料番号７に比べ発光特性比は著しく劣る。
【０１３１】
試料番号２〜６は高濃度領域が低濃度領域を囲んでいる構造をとる。このため、熱伝導率が試料番号７よりも大きくなる。発光特性については、試料番号２においては低濃度面積割合が大きい、つまり高濃度面積割合が小さいため、試料番号７よりも劣るが製品として使用可能な範囲ではある。
【０１３２】
試料番号３〜６に示すように、低濃度面積割合をより低くする、つまり高濃度面積割合が大きくなることで試料番号７と同等の発光特性を得ることが可能となる。
【０１３３】
表１より、高濃度領域が低濃度領域を囲んでいる配置をとり、かつ、低濃度領域が長手方向に貫通し、低濃度面積割合が８０％以下の構造とすることによって、熱伝導率および発光特性の観点で特に優れた蛍光体となることが確認された。
【０１３４】
試料番号１２〜１６の場合、励起光の照射方向によっては、励起光の一部は蛍光変換効率の低い低濃度領域のみを通過する場合がある。このため、試料番号１２〜１６は高濃度領域が低濃度領域を囲んでいる試料番号１〜７と比較して変換効率が劣り、発光特性比も劣ることが確認された。
【符号の説明】
【０１３５】
２  光源装置
４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ  蛍光体
４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ  第１面
４２，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ  第２面
６  高濃度領域
８  低濃度領域
１０  青色発光素子
２２  単結晶製造装置
２４  坩堝
２６  耐火材炉
２８  石英管
３０  誘導加熱コイル
３２  種結晶保持治具
３４  種結晶
３６  アフターヒーター
Ｌ１  青色光
Ｌ２  白色光
【図１】
2020132675.tif 000004
【図２】
2020132675.tif 000005
【図３Ａ】
2020132675.tif 000006
【図３Ｂ】
2020132675.tif 000007
【図４】
2020132675.tif 000008
【図５】
2020132675.tif 000009
【図６】
2020132675.tif 000010
【図７】
2020132675.tif 000011
【図８】
2020132675.tif 000012
【図９】
2020132675.tif 000013
【図１０】
2020132675.tif 000014
【図１１】
2020132675.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月22日(2020.1.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
本実施形態における蛍光体４のサイズは特に限定されないが、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に平行な縦方向Ｙ０の長さは入射光のスポット径と同径以下であることが好ましい。これにより、局所加熱により生じた応力による蛍光体の損傷を防ぐことができる。また、蛍光体４を透過する青色光Ｌ１の光路に垂直な横方向Ｘ０の長さは１００μｍ以上である。これにより、励起光を効率よく吸収することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１４】
また、蛍光体４における添加物の所定の濃度分布は、蛍光体４となる単結晶をμ−ＰＤ法により生成したり、アフターヒーター３６により坩堝２４以下での温度を制御する以外にも、ＥＦＧ法により育成することによっても得ることができる。なお、ＥＦＧ法とは、坩堝に原料を投入し加熱することで融解し、この原料を坩堝に直立設置されたスリットダイの開口部に導き、この開口部にて原料に種結晶を接触させた状態で種結晶を引き上げることにより、結晶を育成させる方法である。