(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機材料からなる波長変換部材と、凹部または貫通孔を有し、前記波長変換部材よりも熱伝導率が高い放熱部材とを備え、前記波長変換部材が前記凹部または貫通孔の壁面に接している、波長変換素子の製造方法であって、
無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなり、前記凹部または貫通孔よりも細いプリフォームを前記放熱部材の前記凹部または貫通孔内に挿入する工程と、
前記凹部または貫通孔内に挿入されたプリフォームを加熱プレスすることにより前記プリフォームから前記波長変換部材を作製する工程と、
を備える、波長変換素子の製造方法。
【請求項２】
前記波長変換部材は、前記凹部または貫通孔に嵌合している、請求項１に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記放熱部材の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１または２に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記放熱部材は、金属または合金からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記放熱部材は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた金属またはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金からなる、請求項４に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項６】
前記放熱部材は、第１及び第２の主面を有する板状に形成されており、前記第１及び第２の主面の少なくとも一方には、複数の突起部が形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項７】
前記波長変換部材の熱膨張率と前記放熱部材の熱膨張率との差は、１０×１０−７／℃〜９０×１０−７／℃の範囲内である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項８】
前記放熱部材の熱膨張係数は、前記波長変換部材の熱膨張係数よりも大きい、請求項１
〜７のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【請求項９】
前記波長変換部材は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換素子、それを備える光源及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）を用いた光源などの、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、例えば下記の特許文献１には、青色光を出射するＬＥＤの光出射側にＬＥＤからの光の一部を吸収し、黄色の光を出射する波長変換部材が配置された光源が開示されている。この光源は、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
【０００３】
波長変換部材としては、従来、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させたものが用いられている。しかしながら、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材では、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、光源の輝度が低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤからの光が、青色光などの波長が短く、エネルギーが強い光である場合は、このような問題が生じやすい。
【０００４】
このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献２には、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材が提案されている。特許文献２に記載の波長変換部材は、樹脂を含まず、無機固体のみから構成されるため、優れた耐熱性及び耐候性を有している。従って、この波長変換部材を用いることにより輝度が低下しにくい光源を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２０８８１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
波長変換部材を用いた光源を高輝度化するためには、発光素子から出射する励起光の強度を高める必要がある。しかしながら、高強度の励起光を出射する発光素子を用いた場合は、特許文献２に記載のように、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材を用いたとしても、輝度低下を十分に抑制できないという問題がある。
【０００７】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長変換部材を用いた光源の輝度低下を抑制することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意研究の結果、高強度の励起光を出射する発光素子を用いた場合の輝度低下は、波長変換部材に入射した光のうち、励起に使用されなかった光が熱に変換され、波長変換部材の温度が上昇することによる熱消光が原因であることを見出した。その結果、本発明者らは、本発明を成すに至った。
【０００９】
すなわち、本発明に係る波長変換素子は、波長変換部材と、放熱部材とを備えている。波長変換部材は、無機材料からなる。放熱部材は、凹部または貫通孔を有する。放熱部材の熱伝導率は、波長変換部材の熱伝導率よりも高い。波長変換部材は、凹部または貫通孔の壁面に接している。
【００１０】
本発明では、熱伝導率が高い放熱部材が波長変換部材と接するように設けられている。このため、波長変換部材の熱が効率的に放熱部材に伝導し、放熱部材から放熱される。このため、波長変換部材の温度上昇を抑制することができる。従って、本発明に係る波長変換素子を使用することによって、発光素子からの励起光の強度が高い場合であっても、輝度低下を抑制することができる。
【００１１】
波長変換部材は、放熱部材の凹部または貫通孔に嵌合されていることが好ましい。この構成によれば、波長変換部材と放熱部材との密着度が大きくなり、両部材の接触部における熱伝導率を高めることができる。従って、波長変換部材の放熱を促進することができ、波長変換部材の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００１２】
放熱部材の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。この構成によれば、放熱部材からの放熱をより促進することができる。従って、波長変換部材の温度上昇をより効果的に抑制することができる。このような放熱部材の熱伝導率を実現するために、放熱部材は、熱伝導率の高い金属や合金からなることが好ましい。具体的には、放熱部材は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた金属またはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金からなることが好ましい。
【００１３】
放熱部材は、第１及び第２の主面を有する板状に形成されており、第１及び第２の主面の少なくとも一方には、複数の突起部が形成されていることが好ましい。この構成によれば、放熱部材の表面積を大きくすることができる。このため、放熱部材からの放熱をより効果的に促進させることができる。その結果、波長変換部材の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００１４】
放熱部材の体積は、波長変換部材の体積の１倍以上であることが好ましい。この構成によれば、放熱部材の熱容量を大きくすることができる。従って、波長変換部材の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００１５】
波長変換部材は、直径が２０ｍｍ以下である円柱状であることが好ましい。波長変換部材の直径を２０ｍｍ以下と小さくすることで、波長変換部材の中心部分の熱が放熱部材に伝導しやすくなる。従って、波長変換部材の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００１６】
波長変換部材の長さは、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあることが好ましい。この構成によれば、波長変換部材の長さ方向中央部において生じた熱も効率的に放熱することができる。
【００１７】
波長変換部材の熱膨張率と放熱部材の熱膨張率との差は、９０×１０−７／℃以下であることが好ましい。波長変換部材の熱膨張率と放熱部材の熱膨張率との差を９０×１０−７／℃以下と小さくすることで、波長変換素子の温度が上昇した際に、波長変換部材に大きな応力が加わったり、波長変換部材が放熱部材から脱落したりすることを効果的に抑制することができる。
【００１８】
放熱部材の熱膨張係数は、波長変換部材の熱膨張係数よりも大きいことが好ましい。この構成によれば、波長変換素子の温度が上昇したときにおいても、波長変換部材が放熱部材から脱落することを抑制することができる。
【００１９】
波長変換部材は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなるものであってもよい。その場合、ガラスの軟化温度は、６００℃以下であることが好ましい。この場合、波長変換素子を加熱プレスにより好適に形成することができる。また、加熱プレスにより波長変換素子を作製する場合において、放熱部材に要求される耐熱性が低くなる。従って、放熱部材の選択自由度が向上する。また、加熱プレス時における無機蛍光体粉末の劣化を抑制できる。
【００２０】
軟化温度が低いガラスとしては、例えば、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスや、ＳｎＯ２−Ｐ２Ｏ５系ガラスなどのスズとリン酸とを必須成分として含むスズ含有リン酸塩系ガラスが挙げられる。
【００２１】
なお、本発明において、「軟化温度」は、ガラス粉末のＤＴＡ（示差熱分析）により測定した温度である。
【００２２】
本発明に係る光源は、上記本発明に係る波長変換素子と、発光素子とを備えている。発光素子は、波長変換素子に対して励起光を出射する。
【００２３】
上述のように、本発明に係る波長変換素子では、波長変換部材の温度が上昇しにくく、熱消光しにくい。従って、本発明に係る光源は、レーザー素子等の高出力の発光素子を使用した場合であっても、使用に際して、輝度低下しにくい。
【００２４】
本発明に係る波長変換素子の製造方法は、上記本発明に係る波長変換素子を製造するための方法である。本発明に係る波長変換素子の製造方法は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなり、凹部または貫通孔よりも細いプリフォームを放熱部材の凹部または貫通孔内に挿入する工程と、凹部または貫通孔内に挿入されたプリフォームを加熱プレスすることによりプリフォームから波長変換部材を作製する工程とを備えている。この方法により、上記本発明に係る波長変換素子を容易かつ安価に製造することができる。
【００２５】
加熱プレスは、６００℃以下で行うことが好ましい。そうすることにより、無機蛍光体粉末や放熱部材の劣化を抑制することができる。
【００２６】
放熱部材として、波長変換部材よりも熱膨張係数が大きな部材を用いることが好ましい。この場合、加熱プレスにより波長変換部材を放熱部材に焼き嵌め、強固に固定することができる。波長変換部材をより強固に固定する観点からは、波長変換部材の熱膨張率と放熱部材の熱膨張率との差が１０×１０−７／℃以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、波長変換部材を用いた光源の輝度低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】第１の実施形態に係る光源の模式図である。
【図２】第１の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。
【図３】図２の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。
【図４】波長変換素子の製造工程を説明するための略図的断面図である。
【図５】第２の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。
【図６】第３の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。
【図７】第４の実施形態における波長変換素子の略図的断面図である。
【図８】第４の実施形態に係る光源の模式図である。
【図９】第５の実施形態における波長変換素子の略図的断面図である。
【図１０】第６の実施形態における波長変換素子の略図的断面図である。
【図１１】第６の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
【００３０】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光源の模式図である。図１に示すように、光源２は、波長変換素子１と、発光素子３とを備えている。波長変換素子１は、発光素子３から出射された光Ｌ０が照射された際に、光Ｌ０よりも波長の長い光Ｌ２を出射する。また、光Ｌ０の一部は、波長変換素子１を透過する。このため、波長変換素子１からは、透過光Ｌ１と光Ｌ２との合成光である光Ｌ３が出射する。このため、光源２から出射する光Ｌ３は、発光素子３から出射する光Ｌ０の波長及び強度と、波長変換素子１から出射する光Ｌ２の波長及び強度とによって決まる。例えば、光Ｌ０が青色光であり、光Ｌ２が黄色光である場合は、白色の光Ｌ３を得ることができる。
【００３１】
発光素子３は、波長変換素子１に対して励起光を出射する素子である。発光素子３の種類は特に限定されない。発光素子３は、例えば、ＬＥＤ、ＬＤ、エレクトロルミネッセンス発光素子、プラズマ発光素子により構成することができる。光源２の輝度を高める観点からは、発光素子３は、高強度の光を出射するものであることが好ましい。この観点からは、発光素子３は、ＬＥＤやＬＤにより構成されていることが好ましい。
【００３２】
図２は、波長変換素子１の略図的斜視図である。図３は、波長変換素子１の略図的断面図である。図２及び図３に示すように、波長変換素子１は、波長変換部材１０と、放熱部材１１とを備えている。
【００３３】
波長変換部材１０は、発光素子３から出射された光Ｌ０の一部を透過する一方、一部を吸収し、光Ｌ０よりも波長の長い光Ｌ２を出射する部材である。波長変換部材１０は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなる。このように、波長変換部材１０を構成している蛍光体粉末とガラスとの両方が無機材料である。このため、波長変換部材１０は、高い耐熱性を有する。
【００３４】
無機蛍光体粉末は、光源２から出射させようとする光Ｌ３の波長、発光素子３から出射させる光Ｌ０の波長等に応じて適宜選択することができる。
【００３５】
無機蛍光体粉末は、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなるものとすることができる。
【００３６】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３７】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３８】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３９】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体の具体例としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００４０】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋などが挙げられる。
【００４１】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００４２】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋などが挙げられる。
【００４３】
無機蛍光体粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は、特に限定されない。無機蛍光体粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましく、５μｍ〜２５μｍ程度であることがより好ましい。無機蛍光体粉末の平均粒子径（Ｄ５０）が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。一方、無機蛍光体粉末の平均粒子径（Ｄ５０）が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。
【００４４】
波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量は、特に限定されない。波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量は、発光素子３から出射される光の強度、無機蛍光体粉末の発光特性、得ようとする光の色度などに応じて適宜設定することができる。波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量は、一般的には、例えば、０．０１質量％〜３０重量％程度とすることができ、０．０５質量％〜２０質量％であることが好ましく、０．０８質量％〜１５質量％であることがさらに好ましい。波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量が多すぎると、波長変換部材１０における気孔率が高くなり、光源２の発光強度が低下してしまう場合がある。一方、波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、十分に強い蛍光が得られなくなる場合がある。
【００４５】
波長変換部材１０に含まれる分散媒としてのガラスは、無機蛍光体粉末を好適に分散できるものであれば特に限定されない。波長変換部材１０に含まれるガラスは、例えば、珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどであってもよい。なかでも、軟化温度が６００℃以下のガラスが好ましく用いられる。軟化温度が６００℃以下のガラスとしては、例えばＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスやＳｎＯ２−Ｐ２Ｏ５系ガラスなどのスズ含有リン酸塩系ガラスが挙げられる。その中でも、ガラス組成として、モル％表示で、ＳｎＯ：３５〜８０％、Ｐ２Ｏ５：５〜４０％及びＢ２Ｏ３：０〜３０％を含有するスズ含有硼リン酸塩系ガラスがより好適に用いられる。また、スズ含有硼リン酸塩系ガラスは、上記成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲で、例えばＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３及びＬａ２Ｏ３の少なくとも一つの成分を、合量で１０モル％まで含有していてもよい。
【００４６】
図２及び図３に示すように、本実施形態では、放熱部材１１は、板状に形成されている。もっとも、本発明において、放熱部材１１は、板状でなくてもよい。放熱部材１１は、例えば棒状に形成されていてもよいし、直方体状に形成されていてもよい。
【００４７】
放熱部材１１には、貫通孔１１ａが形成されている。上記波長変換部材１０は、この貫通孔１１ａ内に収納されている。波長変換部材１０は、貫通孔１１ａの壁面に接している。具体的には、本実施形態では、波長変換部材１０は、貫通孔１１ａに嵌合している。放熱部材１１は、波長変換部材１０よりも高い熱伝導率を有する。放熱部材１１の熱伝導率は、１５０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましく、２００Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましく、２５０Ｗ／ｍＫ以上であることがさらに好ましい。
【００４８】
波長変換部材１０の形状寸法は、特に限定されない。本実施形態では、具体的には、波長変換部材１０は、直径が２０ｍｍ以下である円柱状である。波長変換部材１０の直径は、０．３ｍｍ〜１５ｍｍであることが好ましく、０．５ｍｍ〜３ｍｍであることがより好ましい。波長変換部材１０の長さは、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にある。なお、貫通孔１１ａの長さは、波長変換部材１０の長さと等しくてもよいし、異なっていてもよい。もっとも、波長変換部材１０の熱の放熱性をより高める観点からは、波長変換部材１０は、貫通孔１１ａの長さ以下の長さを有しており、波長変換部材１０の全体が貫通孔１１ａの内部に位置していることが好ましい。
【００４９】
放熱部材１１の材質は、特に限定されない。放熱部材１１は、例えば、金属や合金により形成することができる。具体的には、放熱部材１１は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた金属またはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金により形成することができる。なかでも、放熱部材１１の材質は、熱伝導率が高く、安価であるＣｕまたはＣｕを含む合金により形成されていることが好ましい。
【００５０】
なお、放熱部材１１が、貫通孔１１ａの表面に反射膜が形成されたものであってもよい。特に、放熱部材１１が反射率の低い材料で形成されている場合や、酸化など変性しやすく、変性により反射率が低下しやすい場合には、反射膜が形成されていることが好ましい。反射膜は、例えば、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｐｔ及びＴｉからなる群から選ばれた金属や、それらの金属の一種以上を含む合金により形成することができる。
【００５１】
放熱部材１１の熱膨張率と、波長変換部材１０の熱膨張率との差は、１０×１０−７／℃〜９０×１０−７／℃の範囲内にあることが好ましい。また、放熱部材１１の熱膨張率は、波長変換部材１０の熱膨張率よりも大きいことが好ましい。
【００５２】
放熱部材１１の大きさは特に限定されないが、放熱部材１１は、波長変換部材１０に対して十分に大きく、大きな熱容量を有することが好ましい。具体的には、本実施形態では、放熱部材１１の体積は、波長変換部材１０の体積の１倍〜１０００倍であることが好ましく、１倍〜９００倍であることがより好ましい。
【００５３】
次に、波長変換素子１の製造方法の一例について説明する。具体的には、ここでは、加熱プレス法を用いた波長変換素子１の製造方法について説明する。
【００５４】
まず、放熱部材１１と、プリフォーム１２とを用意する。このプリフォーム１２は、波長変換部材１０を作製するためのプリフォームである。このため、プリフォーム１２は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなる。プリフォーム１２の形状は、特に限定されない。プリフォーム１２は、例えば円柱状であってもよいし、角柱状、球状などであってもよい。本実施形態では、プリフォーム１２は、角柱状に形成されている。また、本実施形態では、波長変換部材１０と貫通孔１１ａとの体積が等しいため、プリフォーム１２の体積も貫通孔１１ａとほぼ等しい。よって、プリフォーム１２は、貫通孔１１ａよりも長い。
【００５５】
なお、プリフォーム１２の作製方法は、特に限定されない。プリフォーム１２は、例えば、ガラス粉末と無機蛍光体粉末との混合粉末をプレス成形した成形体を焼成することにより作製することができる。成形体の焼成は、減圧雰囲気中で行うことが好ましい。具体的には、成形体の焼成は、１．０１３×１０５Ｐａ未満で行うことが好ましく、１０００Ｐａ以下で行うことがより好ましく、４００Ｐａ以下で行うことがさらに好ましい。そうすることによって、波長変換部材１０に残存する気泡の量を少なくすることができる。その結果、波長変換部材１０を用いた光源の輝度をより高めることができる。なお、焼成工程全体を減圧雰囲気中で行ってもよいし、例えば焼成工程のみを減圧雰囲気中で行い、その前後の昇温工程や降温工程を減圧雰囲気ではない雰囲気で行ってもよい。
【００５６】
次に、図４に示すように、プリフォーム１２を貫通孔１１ａ内に挿入する。その状態で、プリフォーム１２を加熱することにより軟化させ、一対の成形型１３，１４でプレスする。その後冷却することにより波長変換素子１を完成させることができる。
【００５７】
ここで、放熱部材１１の熱膨張率が波長変換部材１０の熱膨張率よりも大きい場合は、冷却工程において放熱部材１１が波長変換部材１０よりも大きく収縮する。このため、波長変換部材１０が、放熱部材１１に焼き嵌めされる。このようにすることによって、樹脂や低融点ガラスなどの熱伝導率の低い接着用材料を用いずとも波長変換部材１０を放熱部材１１に強固に固定することができる。従って、波長変換部材１０と放熱部材１１との間の熱伝導率を高めることができる。
【００５８】
プリフォーム１２の加熱プレスは、６００℃以下で行うことが好ましく、５００℃以下で行うことがより好ましく、４００℃以下で行うことがさらに好ましい。そうすることにより、無機蛍光体粉末の劣化や放熱部材１１の損傷を抑制することができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態では、熱伝導率が高い放熱部材１１が波長変換部材１０と接するように設けられている。このため、波長変換部材１０の熱が効率的に放熱部材１１に伝導し、放熱部材１１から放熱される。よって、波長変換部材１０の温度上昇を抑制することができる。従って、波長変換素子１を備える光源２では、発光素子３からの励起光の強度が高い場合であっても、輝度が低下しにくい。
【００６０】
また、本実施形態では、放熱部材１１の貫通孔１１ａに波長変換部材１０が嵌合している。このため、波長変換部材１０と放熱部材１１との接触部における熱伝導率を高めることができる。従って、波長変換部材１０の放熱を促進することができ、波長変換部材１０の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、放熱部材１１の熱伝導率が１５０Ｗ／ｍＫ以上と高い。このため、放熱部材１１からの放熱をより促進することができる。従って、波長変換部材１０の放熱をより促進することができる。波長変換部材１０の放熱をさらに促進する観点からは、放熱部材１１の熱伝導率は、２００Ｗ／ｍＫ以上であることがより好ましく、２５０Ｗ／ｍＫ以上であることがさらに好ましい。
【００６２】
このような高い熱伝導率を実現する観点からは、放熱部材１１は、熱伝導率の高い金属や合金からなることが好ましい。具体的には、放熱部材１１は、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた金属またはＣｕ、Ａｌ、Ａｇ及びＡｕからなる群から選ばれた一種以上の金属を含む合金からなることが好ましい。
【００６３】
また、波長変換部材１０の温度上昇を抑制する観点からは、波長変換部材１０が小さく、内部の熱が放熱しやすいことが好ましい。このため、波長変換部材１０の直径は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、長さは、２ｍｍ以下であることが好ましい。但し、波長変換部材１０の大きさが小さすぎると、剛性が低くなりすぎたり、製造が困難となったりする。このため、波長変換部材１０の直径は、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、長さは、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。
【００６４】
また、波長変換部材１０の温度上昇を抑制する効果をさらに高める観点から、放熱部材１１の熱容量が大きいことが好ましい。従って、放熱部材１１の体積は、波長変換部材１０の体積の１倍以上であることが好ましい。但し、放熱部材１１の体積が大きすぎると、波長変換素子１が大型化しすぎる場合がある。従って、放熱部材１１の体積は、波長変換部材１０の体積の１０００倍以下であることが好ましく、９００倍以下であることがより好ましい。
【００６５】
本実施形態では、波長変換部材１０の熱膨張率と放熱部材１１の熱膨張率との差が、９０×１０−７／℃以下である。このため、波長変換素子１の温度が上昇した際に、波長変換部材１０に大きな応力が加わったり、波長変換部材１０が放熱部材１１から脱落したりすることを効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、本実施形態では、放熱部材１１の熱膨張係数は、波長変換部材１０の熱膨張係数よりも大きい。このため、波長変換素子１の温度が上昇したときにおいても、波長変換部材１０が放熱部材１１から脱落することを抑制することができる。
【００６７】
本実施形態では、プリフォーム１２の加熱プレスにより波長変換部材１０を作製する。このため、波長変換部材１０を容易かつ安価に作製することができる。また、加熱プレスを６００℃以下で行うため、無機蛍光体粉末や放熱部材１１の劣化を抑制することができる。無機蛍光体粉末や放熱部材１１の劣化をより効果的に抑制する観点からは、加熱プレスを５００℃以下で行うことがより好ましく、４００℃以下で行うことがさらに好ましい。
【００６８】
また、放熱部材１１として、波長変換部材１０よりも熱膨張係数が大きな部材を用いるため、加熱プレスにより波長変換部材１０を放熱部材１１に焼き嵌め、強固に固定することができる。波長変換部材１０をより強固に固定する観点からは、波長変換部材１０の熱膨張率と放熱部材１１の熱膨張率との差が５×１０−７／℃以上であることが好ましい。
【００６９】
また、加熱プレスは、中性雰囲気または還元雰囲気中で行うことが好ましい。そうすることにより、無機蛍光体粉末の劣化をより効果的に抑制することができる。中性雰囲気の具体例としては、例えば、アルゴンガス雰囲気などの不活性ガス雰囲気や窒素ガス雰囲気などが挙げられる。還元雰囲気の具体例としては、例えば、水素ガス雰囲気や一酸化炭素ガス雰囲気などが挙げられる。
【００７０】
以下、本発明実施した好ましい形態の他の例及び変形例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
【００７１】
（第２及び第３の実施形態）
図５は、第２の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。図６は、第３の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。
【００７２】
上記第１の実施形態では、波長変換部材１０が円柱状であり、放熱部材１１が矩形状である例について説明した。但し、本発明において、波長変換部材及び放熱部材のそれぞれの形状は特に限定されない。例えば、図５に示すように、波長変換部材１０は、角柱状であってもよい。また、図６に示すように、放熱部材１１は、円板状であってもよい。
【００７３】
（第４の実施形態）
図７は、第４の実施形態における波長変換素子の略図的断面図である。図８は、第４の実施形態に係る光源の模式図である。
【００７４】
上記第１の実施形態では、貫通孔１１ａ内に波長変換部材１０が配置されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図７に示すように、放熱部材１１の凹部１１ｂに波長変換部材１０が嵌合していてもよい。その場合は、図８に示すように、発光素子３を凹部１１ｂの開口側に配置し、反射光を取り出すようにしてもよい。
【００７５】
（第５の実施形態）
図９は、第５の実施形態における波長変換素子の略図的断面図である。
【００７６】
図９に示すように、本実施形態では、波長変換部材１０がドーム状に形成されている。このようにすることによって、波長変換部材１０にレンズとしての機能を付与することもできる。なお、本実施形態のドーム状の波長変換部材１０は、突部を有する成形型と、その突部に対応した形状の凹部を有する成形型とを用いてプレスすることにより作製することができる。
【００７７】
（第６の実施形態）
図１０は、第６の実施形態における波長変換素子の略図的断面図である。図１１は、第６の実施形態における波長変換素子の略図的斜視図である。
【００７８】
図１０及び図１１に示すように、本実施形態では、放熱部材１１の第１及び第２の主面１１ｃ、１１ｄの少なくとも一方に突部１１ｅが形成されている。具体的には、第１及び第２の主面１１ｃ、１１ｄのそれぞれに複数の線状の突部１１ｅが形成されている。このため、放熱部材１１の表面積が大きい。従って、放熱部材１１からの放熱をより効果的に促進することができる。その結果、波長変換部材１０の温度上昇をより効果的に抑制することができる。
【００７９】
（変形例）
上記第１の実施形態では、無機波長変換部材として、無機蛍光体粉末が分散したガラスからなるものを用いる場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。無機波長変換部材として、例えば、透光性ＹＡＧ多結晶体や、透光性ＹＡＧ単結晶を用いてもよい。
【００８０】
上記第６の実施形態では、線状の突部１１ｅを第１及び第２の主面１１ｃ、１１ｄに形成する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。第１及び第２の主面の少なくとも一方に複数の突起部を設けてもよい。
【００８１】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００８２】
（実施例１）
モル％で、ＳｎＯ：６２％、Ｐ２Ｏ５：２２％、Ｂ２Ｏ３：１１％、Ａｌ２Ｏ３：２％及びＭｇＯ：３％のガラス組成を有するバッチを坩堝内で１０００℃で２時間加熱した。その後、得られた溶融ガラスの一部をロール成形することにより、ガラスフィルムを作製した。また、溶融ガラスの残りの一部をカーボン枠内に鋳込むことにより、ガラスブロックを作製した。
【００８３】
得られたガラスブロックを、所定の大きさに切り出し、３０℃〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数を、ディラトメーターを用いて測定した。その結果、ガラスの熱膨張係数は１４０×１０−７／℃であった。
【００８４】
次に、上記作製のガラスフィルムを、らいかい機を用いて１５分間粉砕した後に、１００μｍのふるいに通してガラス粉末（Ｄ５０：１４μｍ、Ｄｍａｘ：１４５μｍ）を得た。得られたガラス粉末に対して、バリウムシリケート系黄色蛍光体粉末を添加して混合粉末を作製した。この混合粉末をプレス成形することにより、成形体を作製した。なお、この成形体における無機蛍光体粉末の含有量は、５質量％とした。
【００８５】
次に、成形体を、２００Ｐａの減圧雰囲気中において４００℃で３０分間焼結し、その後、切断加工を行うことにより、０．７ｍｍ角、高さ１．８ｍｍの角柱状の波長変換材料プリフォームを作製した。
【００８６】
次に、Ｃｕ製の放熱部材を１０ｍｍ角、厚み１ｍｍの板形状に切り出した。その銅板の略中央部に、直径１ｍｍの貫通孔を形成した。次に、放熱部材の貫通孔に波長変換材料プリフォームを挿入した状態で、ＳＹＳ製の精密ガラスプレス装置を用いて窒素雰囲気中、３６０℃で加熱プレス成形した。これにより、上記第１の実施形態に係る波長変換素子１と実質的に同様の構成を有する波長変換素子を作製した。なお、加熱プレス成形には、ＳＴＡＶＡＸ製の平型を用いた。
【００８７】
（比較例１）
上記実施例１と実質的に同様の組成を有し、かつ同様の寸法を有する波長変換部材を作製した。この比較例１では、この波長変換部材単体を波長変換素子として用いた。
【００８８】
（比較例２）
上記実施例１と実質的に同様の組成を有し、かつ同様の寸法を有する波長変換部材を作製した。この比較例２では、この波長変換部材を、上記実施例１で用いた放熱部材と実質的に同様の放熱部材の貫通孔に、樹脂（信越化学工業社製ＬＰＳ−５５１０）を用いて固定することにより、波長変換素子を作製した。
【００８９】
（評価）
上記実施例１及び比較例１，２のそれぞれにおいて作製した波長変換素子に対して、波長４６０ｎｍの光を出射するＬＤからの光を５分間照射した。そのときの波長変換部材の温度を測定した。なお、ＬＤに供給した電流は、４００ｍＡとした。
【００９０】
その結果、放熱部材を設けなかった比較例１では、波長変換部材の温度が１２３．６℃まで上昇し、樹脂接着剤を用いて波長変換部材を放熱部材に固定した比較例２では、波長変換部材の温度が６５．５℃℃まで上昇した。それに対して、実施例１では、波長変換部材の温度は、６２．６℃までしか上昇しなかった。
【００９１】
この結果から、波長変換部材を、放熱部材に直接接触するように固定することによって波長変換部材の温度上昇を抑制できることが分かる。
【符号の説明】
【００９２】
１…波長変換素子
２…光源
３…発光素子
１０…波長変換部材
１１…放熱部材
１１ａ…貫通孔
１１ｂ…凹部
１１ｃ…第１の主面
１１ｄ…第２の主面
１１ｅ…突部
１２…プリフォーム
１３，１４…成形型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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