(57)【要約】波長変換素子（１）と、波長変換素子（１）に励起光（８１）を照射する励起光源（４０）とを備えた発光装置であって、波長変換素子（１）は、支持面（２ｍ）を有する支持部材（２）と、支持部材（２）を支持面（２ｍ）側から見た場合に、支持部材（２）に内包されるように支持面（２ｍ）上に配置された波長変換部材（４）とを備え、支持部材（２）上における、波長変換部材（４）が配置された配置領域（２ｐ）の外周部であって波長変換部材（４）から露出する外周領域（２ｅ）は、励起光（８１）と同一波長の第１の光を吸収できる光吸収部又は第１の光を散乱することができる光散乱部（２ｓ）を備え、配置領域（２ｐ）において、波長変換部材（４）と支持部材（２）との間に支持部材（２）と異なる反射部材（反射膜（３））が配置されている。
2017068765.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面を有する支持部材と、
前記支持面上に配置され、励起光を吸収して蛍光を発生する蛍光材料を含む波長変換部材とを備え、
前記支持面は、前記波長変換部材が配置された配置領域と、前記配置領域の外側であって前記波長変換部材から露出する外周領域とを備え、
前記外周領域には、界面に凹凸を有する光散乱部が形成され、
前記配置領域において、前記波長変換部材と前記支持部材との間に前記支持部材と異なる反射部材が配置されている
波長変換素子。
【請求項２】
前記支持部材は、結晶性基板である
請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記凹凸は、前記支持面に形成された傾斜部を有し、
前記凹凸の凹部の深さは、１μｍ以上、４μｍ以下であり、前記凹部の幅に対する深さの比は０．１以上、１以下である
請求項１又は２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記光散乱部における面粗度は、前記配置領域の面粗度以上である
請求項３に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記凹凸の頂部は曲率を有する
請求項３又は４に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記光散乱部は、前記支持面上に配置された高屈折率粒子及び透明結合材を含む第１の散乱部材である
請求項１又は２に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記反射部材は第２の散乱部材である
請求項６に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記第２の散乱部材は、前記第１の散乱部材とは異なる材料である
請求項７に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記支持部材は、シリコン、炭化シリコン又はダイヤモンドを使用材料として含む
請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に前記励起光を照射する励起光源とを備える
発光装置。
【請求項１１】
前記励起光は前記波長変換部材と前記光散乱部とに照射される
請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記支持面の前記励起光の光軸を含む断面において、前記励起光の光強度が最大値をとる位置から前記励起光の光強度が前記最大値の１／ｅ２となる位置までの距離をω０として、前記断面における前記光散乱部の幅と前記配置領域の幅との和は、２．２×２ω０以上である
請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記光散乱部における前記励起光に対する吸収係数は、前記配置領域における前記励起光に対する吸収係数以上である
請求項１１又は１２に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、車両用前照灯、スポットライト用光源等の各種照明装置に利用することが可能な波長変換素子及びこれを用いる発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両用前照灯、スポットライト用光源等の各種照明装置に利用することが可能な波長変換素子及びこれを用いる発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、特許文献１に開示された発光装置について、図面を用いて説明する。図２８Ａは、特許文献１に開示された発光装置９００を示す側面図である。図２８Ｂは、特許文献１に開示された波長変換素子９１４及び実装基板１０の拡大図である。【０００３】
発光装置９００は、図２８Ａに示すように、配線層９１６ａを備える実装基板９１０、実装基板９１０の配線層９１６上に設けられる発光素子９１２、及び、実装基板９１０上に配置される波長変換素子９１４を備える。波長変換素子９１４は、図２８Ｂに示すように、基板９２０、基板９２０上に、順に形成される高屈折率材料粒子層９２２、蛍光体層９２４、及び、無機透明材料層９２６を備える。【０００４】
発光装置９００においては、発光素子９１２からのレーザ光が蛍光体層９２４に照射される。蛍光体層９２４は、発光素子９１２からのレーザ光の一部を励起光として吸収し、蛍光を出射する。発光素子９１２からのレーザ光の蛍光体層９２４において吸収されなかったレーザ光、及び、蛍光体層９２４から出射された蛍光は、蛍光体層９２４及び高屈折率材料粒子層９２２の少なくとも一方において散乱され、発光装置９００から出射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０５６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された発光装置９００では、出射光が照射される領域の形状が、基板９２０の上面視における蛍光体層９２４の形状に対応する。出射光が照射される領域の形状を、蛍光体層９２４の形状に対応させるためには、蛍光体層９２４の端部を覆うようにレーザ光を照射する必要がある。この場合、発光素子９１２からのレーザ光の一部が蛍光体層９２４の外部に照射され、散乱されることなく迷光として発光装置９００から出射される。当該迷光は、発光装置９００の照度分布特性に悪影響を及ぼす場合がある。【０００７】
そこで本開示は、入射光（すなわち、励起光）が散乱されることなく出射されることを抑制できる波長変換素子、及び、当該波長変換素子を用いる発光装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本開示に係る発光装置の一態様は、波長変換素子と、前記波長変換素子に励起光を照射する励起光源を備えた発光装置であって、波長変換素子は、支持面を有する支持部材と、前記支持部材を上面から見て、前記支持部材の支持面上に前記支持部材に内包されるように、前記支持面上に配置された波長変換部材を備え、前記支持部材上における、前記波長変換部材が配置された配置領域の外周部であって前記波長変換部材から露出する外周領域は、前記励起光と同一波長の第１の光を吸収できる光吸収部又は前記第１の光を散乱することができる光散乱部を備える。【０００９】
この構成により、波長変換部材に入射されない入射光（すなわち、励起光）の少なくとも一部は、外周領域において、吸収又は散乱されるため、励起光源から波長変換素子への入射光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。したがって、良好な照度分布特性を有する発光装置を実現できる。【００１０】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記第１の光は前記励起光であるとよい。【００１１】
この構成により、支持部材上の外周領域に入射される励起光を吸収できるため、外周領域に入射された励起光が発光装置から出射されることを抑制できる。このため、良好な照度分布特性を有する発光装置を実現できる。【００１２】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記配置領域において、前記波長変換部材と前記支持部材との間に反射部材が配置されているとよい。【００１３】
この構成により、波長変換部材に入射した励起光と、波長変換部材によって波長変換された蛍光とを、反射部材によって反射し、出射光として出射することができる。このため、発光装置の出射光の輝度を向上させることができる。【００１４】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記支持部材は、シリコン、炭化シリコン、サファイア又はダイヤモンドを使用材料として含み、前記励起光は、前記支持部材の表面に直接入射されるとよい。【００１５】
この構成により、支持部材における熱伝導率を高めることができるため、支持部材における放熱特性を向上させることができる。【００１６】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記光散乱部は表面に凹凸を有するとよい。【００１７】
この構成により、凹凸において入射光を散乱させることができるため、励起光源から波長変換素子へ入射される励起光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。【００１８】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記凹凸は、前記支持部材に形成された傾斜部を有するとよい。【００１９】
この構成により、傾斜部を有する凹凸において入射光を散乱させることができるため、励起光源から波長変換素子へ入射される励起光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。【００２０】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記傾斜部は、前記配置領域にも形成されているとよい。【００２１】
この構成により、波長変換部材に入射した励起光と、波長変換部材によって波長変換された蛍光とを、傾斜部によって散乱させることができる。このため、散乱されずに出射される励起光の発生を抑制することができる。【００２２】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記凹凸は、前記支持部材上に形成された高屈折率粒子と透明結合材とを含む散乱部材の表面に形成されているとよい。【００２３】
この構成により、支持部材の表面を処理することなく、光散乱部を形成することができる。また、光散乱部の特性調整の自由度を向上させることができる。【００２４】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記光散乱部は前記支持部材上に形成された高屈折率粒子と透明結合材とを含む散乱部材であるとよい。【００２５】
この構成により、支持部材の表面を処理することなく、光散乱部を形成することができる。また、光散乱部の特性調整の自由度を向上させることができる。【００２６】
また、上記目的を達成するために本開示に係る波長変換素子は、支持面を有する支持部材と、前記支持面上に配置され、励起光を吸収して蛍光を発生する蛍光材料を含む波長変換部材とを備え、前記支持面は、前記波長変換部材が配置された配置領域と、前記配置領域の外側であって前記波長変換部材から露出する外周領域とを備え、前記外周領域には、界面に凹凸を有する光散乱部が形成されている。【００２７】
この構成により、波長変換部材に入射されない励起光の少なくとも一部は、光散乱部の凹凸によって散乱されるため、励起光源から波長変換素子へ励起光を入射する場合に励起光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。このため、良好な照度分布特性を有する発光装置を実現できる。【００２８】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記配置領域において、前記波長変換部材と前記支持部材との間に反射部材が配置されているとよい。【００２９】
この構成により、波長変換部材に励起光を入射する場合に、励起光と波長変換部材によって波長変換された蛍光とを、反射部材によって反射することができる。このため、波長変換素子からの出射光の輝度を向上させることができる。【００３０】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記支持部材は、結晶性基板であるとよい。【００３１】
この構成により、支持部材の表面に異方性エッチングを施すことにより、所望の構造を有する凹凸を形成することができる。【００３２】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記凹凸は、前記支持面に形成された傾斜部を有し、前記凹凸の凹部の深さは、１μｍ以上、４μｍ以下であり、前記凹部の幅に対する深さの比は０．１以上、１以下ある。【００３３】
この構成により、光散乱部において十分な散乱効果を得ることができる。【００３４】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記光散乱部における面粗度は、前記配置領域の面粗度以上であるとよい。【００３５】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記凹凸の頂部は曲率を有するとよい。【００３６】
この構成により、凹凸の頂部は平坦でないため、当該頂部において確実に入射光を散乱させることができる。【００３７】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記光散乱部は、前記支持面上に配置された高屈折率粒子及び透明結合材を含む第１の散乱部材であるとよい。【００３８】
この構成により、支持部材の表面を処理することなく、光散乱部を形成することができる。また、光散乱部の特性調整の自由度を向上させることができる。【００３９】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記反射部材は第２の散乱部材であるとよい。【００４０】
この構成により、このため、波長変換部材に入射した入射光の一部を、波長変換部材と外周領域に配置された第１の散乱部材との界面と、波長変換部材と支持部材との間に配置された第２の散乱部材との界面により多重反射させることができるため、波長変換部材から白色光を効率良く出射させることができる。【００４１】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記第２の散乱部材は、前記第１の散乱部材とは異なる材料であるとよい。【００４２】
この構成により、波長変換部材の下面と側面を覆う散乱部材の構成の自由度を向上させることができる。【００４３】
さらに、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記支持部材は、シリコン、炭化シリコン、サファイア又はダイヤモンドを使用材料として含むとよい。【００４４】
この構成により、支持部材における熱伝導率を高めることができるため、支持部材における放熱特性を向上させることができる。【００４５】
また、本開示に係る発光装置の一態様は、上記のいずれかに記載の波長変換素子と、前記波長変換素子に前記励起光を照射する励起光源とを備える。【００４６】
この構成により、励起光源から波長変換素子へ入射される励起光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。このため、良好な照度分布特性を有する発光装置を実現できる。【００４７】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記励起光は前記波長変換部材と前記光散乱部とに照射されるとよい。【００４８】
この構成において、光散乱部に照射された励起光は散乱されるため、励起光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。【００４９】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記支持面の前記励起光の光軸を含む断面において、前記励起光の光強度が最大値をとる位置から前記励起光の光強度が前記最大値の１／ｅ２となる位置までの距離をω０として、前記断面における前記光散乱部の幅と前記配置領域の幅との和は、２．２×２ω０以上であるとよい。【００５０】
この構成により、光散乱部及び波長変換部材の外部に照射される励起光の強度を十分に低減することができる。【００５１】
さらに、本開示に係る発光装置の一態様において、前記光散乱部における前記励起光に対する吸収係数は、前記配置領域における前記励起光に対する吸収係数以上であるとよい。【００５２】
この構成により、光散乱部において、励起光を吸収できるため、光散乱部に入射された励起光が発光装置から出射されることを抑制できる。このため、良好な照度分布特性を有する発光装置を実現できる。
【発明の効果】
【００５３】
本開示によれば、入射光が散乱されることなく出射されることを抑制できる波長変換素子、及び、当該波長変換素子を用いる発光装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は、実施の形態１に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る波長変換素子における光散乱特性を示す模式的な断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る波長変換素子を固定部材に固定するための構成を説明する図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る発光装置及び投光装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係る波長変換素子に、１０Ｗのパワーを有する入射光を照射したときに光散乱部の外側に照射される光量と、光散乱部及び配置領域の幅の和との関係を示すグラフである。
【図６】図６は、実施の形態１に係る波長変換素子の製造方法のうち、支持部材を形成する工程を示す模式的な断面図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る波長変換素子の製造方法のうち、波長変換部材を形成する工程を示す模式的な断面図である。
【図８】図８は、実施の形態１に係る波長変換素子の効果を確認するための実験に用いられる測定系を模式的に示す図である。
【図９】図９は、実施の形態１に係る波長変換素子の効果を確認するための実験の結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施の形態１に係る波長変換素子の他の効果を説明するための模式的な断面図である。
【図１１】図１１は、実施の形態１の変形例１に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１２】図１２は、実施の形態１の変形例２に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１３】図１３は、実施の形態１の変形例３に係る波長変換素子の構成を示す模式的な平面図である。
【図１４】図１４は、実施の形態１の変形例３に係る波長変換素子と入射光との位置関係を示す模式的な断面図である。
【図１５】図１５は、実施の形態１の変形例３に係る波長変換素子を用いた投光装置とその投射光を示す模式的な斜視図である。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１７】図１７は、実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図１８Ａ】図１８Ａは、実施の形態２に係る波長変換素子及び実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子における入射光のパワーの測定値と出射光のピーク輝度の測定値との関係を示すグラフである。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子を用いた場合における、入射光のパワーが３Ｗのときの波長変換素子の出射光の出射位置に対する輝度の測定結果を示す輝度分布図である。
【図１８Ｃ】図１８Ｃは、比較例２の波長変換素子を用いた場合における、波長変換素子の出射光の出射位置に対する輝度の測定結果を示す輝度分布図である。
【図１９】図１９は、実施の形態２変形例１に係る波長変換素子の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【図２０】図２０は、図８に示す測定系を用いて、シリコン基板である支持部材上に光散乱部を配置して、光散乱部における反射光強度の角度依存性を測定した結果を示すグラフである。
【図２１】図２１は、高屈折率粒子の粒子径と散乱程度との関係を示すグラフである。
【図２２】図２２は、実施の形態２の変形例２に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態２の変形例３に係る波長変換素子の構成を示す模式的な断面図である。
【図２４】図２４は、実施の形態２の変形例３に係る支持部材、下地膜及び接合層の構成を示す模式的な平面図である。
【図２５】図２５は、本開示に係る波長変換素子の支持部材用の材料として検討された材料とそれらの特性とを示す図である。
【図２６】図２６は、実施の形態３に係る波長変換素子の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【図２７】図２７は、実施の形態３に係る発光装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図２８Ａ】図２８Ａは、従来の発光装置を示す側面図である。
【図２８Ｂ】図２８Ｂは、従来の波長変換素子及び実装基板の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
本開示の実施の形態について、以下に図面を用いて説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本開示の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、工程（ステップ）及び工程の順序等は、一例であって本開示を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００５６】
（実施の形態１）
以下、実施の形態１に係る波長変換素子について図面を参照しながら説明する。
【００５７】
図１は、本実施の形態に係る波長変換素子１の構成を示す模式的な断面図である。
【００５８】
実施の形態１に係る波長変換素子１は、図１に示すように、支持面２ｍを有する支持部材２と、支持面２ｍ上に配置され、励起光を吸収して蛍光を発生する蛍光材料４ａを含む波長変換部材４とを備える。支持面２ｍは、波長変換部材４が配置された配置領域２ｐと、配置領域２ｐの外側であって波長変換部材４から露出する外周領域２ｅとを備える。このように、波長変換素子１は、支持部材２を支持面２ｍ側から見た場合に、支持部材２に内包されるように支持面２ｍ上に配置された波長変換部材４を備える。
【００５９】
支持面２ｍの外周領域２ｅには、界面に凹凸を有する光散乱部２ｓが形成されている。本実施の形態では、光散乱部２ｓは、支持部材２の表面に凹凸を有する。より具体的には、光散乱部２ｓは、支持面２ｍとその周囲の空気との界面に凹凸を有する。さらに、本実施の形態では、凹凸は、支持部材２に形成された傾斜部２ａを有する。なお、本実施の形態では、傾斜部２ａは、配置領域２ｐにも形成されている。
【００６０】
このような構成とすることにより、波長変換素子１の外部から入射させた入射光８２の一部が波長変換部材４に照射されずに支持部材２の支持面２ｍに照射された場合においても、入射光８２を支持面２ｍの光散乱部２ｓで散乱させることができる。このため、指向性の強い入射光８２を波長変換素子１に入射させる場合においても、入射光８２が支持部材２で指向性を保持したまま反射されることを抑制することができる。これにより波長変換素子１から、指向性の強い不要な出射光を出射させることを抑制できる。
【００６１】
以下、必須ではない任意の構成要素を含め、より具体的に本実施の形態に係る波長変換素子１について図面を用いて説明する。
【００６２】
図２は、本実施の形態に係る波長変換素子１における光散乱特性を示す模式的な断面図である。
【００６３】
図１に示すように、波長変換素子１が備える支持部材２の支持面２ｍのうち、幅Ｗ４の周縁部２ｄを除く内側部分に、微小な傾斜部２ａを有する凹凸が形成される。つまり、支持面２ｍの内側領域は、凹凸構造を有する。さらに支持面２ｍには反射膜３が形成される。本実施の形態では、波長変換部材４は、支持部材２の傾斜部２ａが形成された領域の内側の中央部に設けられる。波長変換素子１においては、支持面２ｍと交差する任意の断面において、傾斜部２ａが形成された領域の幅Ｗ２は支持部材２の幅Ｗ１よりも小さく、波長変換部材４の幅Ｗ３は幅Ｗ２よりも小さい。なお、傾斜部２ａが形成された領域のうち、波長変換部材４の幅Ｗ３以外の部分が光散乱部２ｓである。本実施の形態では、幅Ｗ５の光散乱部２ｓが、波長変換部材４の外周を囲うように設けられる。
【００６４】
このとき、傾斜部２ａを有する凹凸の凹部２ｃの深さは、５０μｍ角の領域におけるＰｅａｋ  Ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙで１μｍ以上、４μｍ以下とする。つまり、支持面２ｍの５０μｍ角の領域における凹凸の頂部と底部との距離（支持部材２の支持面２ｍに垂直な方向における距離）が１μｍ以上、４μｍ以下である。また、凹部２ｃの幅を隣接する頂点間の距離としたときに、幅に対する深さの比は０．１以上、１以下である。本実施の形態では、傾斜部２ａを有する凹凸の形状はランダムに変化する。これにより、凹凸における入射光がランダムに散乱されるため、凹凸における散乱効果を向上させることができる。
【００６５】
波長変換部材４は、例えば、複数の蛍光体粒子である蛍光材料４ａが透明結合材４ｂで結合された部材である。蛍光材料４ａとしては、より具体的には、希土類元素賦活蛍光体からなる蛍光体粒子が用いられる。例えば、セリウム（Ｃｅ）で賦活された（Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１０であるイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体が用いられる。透明結合材４ｂとしては、例えばシリコーンやガラス材料など酸化珪素や、酸化アルミニウム、酸化亜鉛などの透明材料が用いられる。
【００６６】
支持部材２としては、熱伝導率の高い材料で形成された基板、具体的には、結晶性基板、金属基板、セラミック基板などが用いられる。支持部材２が結晶性基板である場合には、具体的には、支持部材２は、シリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）又はダイヤモンドを使用材料として含んでもよい。本実施の形態では、支持部材２として、シリコンからなる結晶性基板が用いられる。支持部材２に形成される傾斜部２ａは、結晶性基板、金属基板、セラミック基板などの表面に、研削、ウエットエッチング、ドライエッチングなどの処理を施すことによって形成される。より好ましくは、支持部材２として結晶性基板が用いられ、微小な傾斜部２ａが、支持部材２の結晶方位を利用して形成される。これにより、傾斜部２ａの形状及び大きさを精度よく制御することができる。
【００６７】
反射膜３は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銀合金、プラチナ（Ｐｔ）などの金属膜と、当該金属膜上に設けられるＳｉＯ２などの保護膜とを備える反射部材である。
【００６８】
このように構成される波長変換素子１において、図１に示すように波長変換部材４の直上又は略斜め方向から入射光８２を照射する。このとき入射光８２として、例えば中心波長が４２０ｎｍから４９０ｎｍの間にあるレーザ光を遠方より照射する。遠方より伝搬したレーザ光は通常、光軸の光強度が強く、光軸から遠ざかるにつれて緩やかに強度が低下する。つまり、遠方より伝搬したレーザ光の強度分布は、図１の光強度分布８３に示すようなガウス分布を示す。このとき、入射光８２のうち、光軸付近の光強度が強く波長変換部材４に照射される光を中心光８２ａ、光軸より離れ、光軸部分よりも光強度が低く、波長変換部材４に照射されない光を周辺光８２ｂとする。
【００６９】
ここで、入射光８２の光軸方向に垂直な断面における２次元強度分布が同心円状で、光強度分布が理想的なガウス分布と仮定する。また、支持面２ｍの入射光８２の光軸を含む断面において、入射光８２の光強度が最大値をとる位置から入射光８２の光強度が最大値の１／ｅ２（約１３．５％）となる位置までの距離をω０とする。また、入射光８２の支持面２ｍにおける径を２ω０とする。つまり、光強度が中心強度（ピーク強度）の１／ｅ２（約１３．５％）以上となる領域の幅を２ω０とする。さらに、波長変換部材４の上面視（支持面２ｍの上面視）における形状が円形で、入射光８２の径２ω０が波長変換部材４の径Ｗ３と同じであると仮定する。この場合、入射光８２のエネルギーの約８６．５％は波長変換部材４に照射されるが、残りの１３．５％は、波長変換部材４の周辺に照射される。
【００７０】
以上の条件のもとで、波長変換素子１に入射光８２として１０Ｗのパワーを有する光を入射した場合、約８．７Ｗのパワーを有する光である中心光８２ａが波長変換部材４に入射される。そして、図２に示すように、波長変換部材４の蛍光材料４ａにおいて、中心光８２ａの少なくとも一部が吸収されて別の波長の光である蛍光９３に変換される。蛍光９３は、波長変換部材４の、入射光８２が入射する面と同じ面から出射される。なお、一部の蛍光９３、及び、入射光８２のうち、波長変換部材４の蛍光材料４ａで吸収されなかった部分は、支持部材２に向かって伝播する。しかしながら、本実施の形態では、配置領域２ｐにおいて、波長変換部材４と支持部材２との間に反射膜３からなる反射部材が配置されているため、それらの支持部材２に向かって伝播する光は反射膜３で反射される。反射膜３によって反射された光は、波長変換部材４から波長変換素子１の外部に散乱光９２ａ又は蛍光９３として出射される。このように、波長変換部材４と支持部材２との間に配置された反射膜３により波長変換素子１からの出射光の輝度を向上させることができる。また、本実施の形態では、配置領域２ｐにも傾斜部２ａを有する凹凸が形成されている。このため、波長変換部材４に入射し、蛍光材料４ａで吸収されずに、支持部材２に到達した入射光８２の一部を散乱させることができるため、励起光源４０から波長変換素子１への入射光が散乱されることなく出射されることを抑制できる。
【００７１】
以上のように、波長変換部材４から蛍光９３、散乱光９２ａが混合された白色光９１として出射される。
【００７２】
一方、光出力１０Ｗの入射光８２のうち、約１．３Ｗのパワーを有する周辺光８２ｂは、波長変換部材４に照射されず迷光となり得る。当該迷光は、波長変換素子１からの投射像に悪影響を及ぼす。このような迷光を抑制するために、径２ω０が波長変換部材４の径Ｗ３より小さい光を入射光とした場合、波長変換部材４の中央に光強度が非常に高い光が照射されるため、波長変換部材４の温度が上昇し、変換効率が低下する。さらに、この場合、波長変換部材４の周縁部には光強度が低い光しか照射されないため、波長変換部材４の上面視における形状に対応する所望の分布形状を有する出射光を得られない。
【００７３】
このような周辺光８２ｂは、本実施の構造においては、図２に示すように、波長変換部材４の周辺の支持部材２上に形成された傾斜部２ａからなる凹凸により乱反射（散乱）される。このとき、反射光は入射光８２の指向性が失われているため、特定の方向に出射される迷光となることが抑制される。さらに、周辺光８２ｂが支持部材２の外周領域２ｅにおいて反射されるため、支持部材２のうち波長変換部材４の周辺部分における周辺光８２ｂの吸収が抑制される。このため、支持部材２で熱が発生することによって波長変換素子１の温度が上昇し、波長変換部材４の変換効率が低下するのを抑制することができる。
【００７４】
次に、本実施の形態に係る波長変換素子１を用いて発光装置を構成する方法を図面を用いて説明する。
【００７５】
まず、本実施の形態に係る波長変換素子１を用いて発光装置を構成するために、波長変換素子１を固定する方法について説明する。
【００７６】
図３は、本実施の形態に係る波長変換素子１を固定部材５０に固定するための構成を説明する図である。
【００７７】
図３に示すように、波長変換素子１は、密着部材１１、押さえ部材１２及びねじ１３を用いて固定部材５０に固定される。
【００７８】
固定部材５０は、波長変換素子１を固定するための部材である。固定部材５０にはねじ穴５０ａが形成されており、波長変換素子１は、密着部材１１を介して、固定部材５０上に配置される。
【００７９】
押さえ部材１２は、波長変換素子１を固定部材５０に押さえつけるための部材である。押さえ部材１２は、支持部材２の支持面２ｍのうち、波長変換部材４が配置されていない幅Ｗ４の周縁部２ｄ（図１参照）の近傍において支持部材２を押さえる。また、押さえ部材１２は、ねじ１３が、押さえ部材１２の貫通孔１２ａを通して、ねじ穴５０ａに螺合されることにより固定部材５０に固定される。このように、波長変換素子１を押さえる押さえ部材１２が固定部材５０に固定されることにより、波長変換素子１が固定部材５０に固定される。以上のような構成によって固定された波長変換素子１に対して、上方から励起光として入射光８２が照射される。入射光８２は、励起光源４０から出射された励起光８１をレンズ３１により略平行光に変換することで生成される。
【００８０】
固定部材５０は、アルミニウム、アルミニウム合金、表面メッキ処理された銅、銅合金などの熱伝導率が高い材料で形成された部材である。密着部材１１は、グラファイトシート、放熱シリコーン樹脂、はんだ材などの熱伝導率が高い材料で形成されたシート状の部材である。
【００８１】
続いて、波長変換素子１を用いて発光装置及び投光装置を構成した例について図面を用いて説明をする。  
【００８２】
図４は、本実施の形態に係る発光装置６０及び投光装置１０１の構成を示す模式的な断面図である。
【００８３】
図４に示すように、発光装置６０は、主に、波長変換素子１、固定部材５０、励起光源４０及びレンズ３１を備える。また、投光装置１０１は、発光装置６０及び投射部材３３を備える。なお、投光装置１０１は、投射部材３３の出射側に、例えば、所定の透過スペクトルを有する光学フィルタ９９をさらに備えてもよい。
【００８４】
発光装置６０においては、励起光８１を出射する励起光源４０、及び、励起光８１が入射されるレンズ３１は、固定部材５０に固定される。図４において波長変換素子１を固定するための構成は簡略化のため図示されていないが、発光装置６０においても、図３に示すような構成を備える。つまり波長変換素子１は押さえ部材１２とねじ１３により固定部材５０に固定される。
【００８５】
励起光源４０は例えば、波長４２０ｎｍから波長４９０ｎｍの間のレーザ光を出射する半導体レーザである。励起光源４０から出射された励起光８１は、固定部材５０に固定されたレンズ３１により指向性の強い略平行光である入射光８２となり、波長変換素子１の波長変換部材４に入射される。
【００８６】
上記構成において、入射光８２は、波長変換部材４で散乱光９２ａと蛍光９３とで構成された白色の出射光９５となる。そして、固定部材５０に取り付けられた透明カバー部材３５を通過し発光装置６０の外部に出射される。そして発光装置６０と、出射光９５の光路上（図４における発光装置６０の上方）に配置された投射レンズなどの投射部材３３とで構成される投光装置１０１においては、投射部材３３により指向性の強い白色光である出射光９５を出射させることができる。この投光装置１０１においては、固定部材５０は、例えばグラファイトシートなどからなる放熱機構７０により外部固定台７５に固定される。これにより、励起光源４０及び波長変換素子１で発生した熱を外部固定台７５に放熱することができる。
【００８７】
以上のように本実施の形態では、波長変換素子１と励起光源４０とを用いて簡単な構成で発光装置６０及び投光装置１０１を構成することができる。また波長変換素子１の支持部材２を固定部材５０に容易に固定することができる。そして、波長変換部材４に入射する入射光８２の照射領域と波長変換部材４の形成領域が同程度であったとしても、波長変換部材４以外で反射される入射光８２の周辺光８２ｂは支持面２ｍ上の光散乱部２ｓにおいて、傾斜部２ａからなる凹凸によって散乱されるため、特定の方向に強い光強度を持った迷光として発光装置から出射されることを抑制することができる。
【００８８】
続いて、波長変換素子１の光散乱部２ｓの寸法の設計方法について図面を用いて説明する。
【００８９】
図５は、本実施の形態に係る波長変換素子１に、１０Ｗのパワーを有する入射光８２を照射したときに光散乱部２ｓの外側に照射される光量と、光散乱部２ｓ及び配置領域２ｐの幅の和Ｗ２との関係を示すグラフである。図５には、計算によって求められた関係が示されている。なお、光散乱部２ｓの外側に照射される光量とは、入射光８２のうち光散乱部２ｓ及び波長変換部材４に照射されない部分の光量を意味する。
【００９０】
ここで、入射光８２の支持面２ｍ上における２次元強度分布は同心円状で、光強度分布は理想的なガウス分布であると仮定する。図５の横軸は、入射光８２の径２ω０に対する光散乱部２ｓ及び配置領域２ｐの幅の和Ｗ２の比率である。図５に示すグラフから、入射光８２のうち、傾斜部２ａが形成された光散乱部２ｓの外側の領域に照射される部分（すなわち、入射光８２のうち迷光となり得る部分）のパワーを、危険性の低いレベルである１ｍＷ以下とするためには、Ｗ２≧２．２×２ω０とする必要があることが分かる。なお、ここで、危険性の低いレベルのパワーを有する光とは、人が当該光を直視した場合において、瞬きの時間の間であれば、目に対する影響を無視できる程度のパワーを有する光を意味する。また、このように、光散乱部２ｓの寸法を定めることにより、波長変換素子１を発光装置に用いた場合に、迷光の影響が抑制された良好な照度分布特性を得ることができる。上記設計方法は、波長変換部材４が任意の形状の場合、及び、入射光８２の光強度分布がガウス分布以外の場合でも適用できる。入射光８２の光強度分布の幅を、光強度がピーク強度Ｉ０の１／ｅ２以上である領域の幅２ω０と定義すると、波長変換素子１の任意の断面において、Ｗ２≧２．２×２ω０となるように設定することが好ましい。
【００９１】
なお、上記において、入射光の照射領域を同心円としたがこの限りではない。例えば、入射光の分布形状や入射光の入射角度に応じて、入射光の照射領域が楕円形状などになる。この場合は、照射領域の任意の断面において、入射光８２の径２ω０に対する光散乱部２ｓ及び配置領域２ｐの幅の和Ｗ２の関係が成り立つことが好ましい。
【００９２】
続いて、波長変換素子１の製造方法について図面を用いて説明する。
【００９３】
図６は、本実施の形態に係る波長変換素子１の製造方法のうち、支持部材２を形成する工程を示す模式的な断面図である。
【００９４】
図７は、本実施の形態に係る波長変換素子１の製造方法のうち、波長変換部材４を形成する工程を示す模式的な断面図である。
【００９５】
まず、結晶性基板２０を用いて、傾斜部２ａからなる凹凸を有する支持部材２を形成する工程について説明する。ここでは、結晶性基板２０としてシリコン基板を用いる例を説明する。
【００９６】
まず、図６の断面図（ａ）に示すように、主面が、第１結晶面２２ａである結晶性基板２０を準備する。このとき第１結晶面２２ａはシリコンの面方位＜１００＞である。
【００９７】
次に、図６の断面図（ｂ）に示すように、主面にシリコン酸化膜であるエッチングマスク２１をパターニングし、異方性エッチングを用いて、結晶性基板２０の主面に複数の第２結晶面２２ｂを露出させる。このとき、結晶性基板２０の主面には、第２結晶面２２ｂを側面とする複数の凹部２３が形成される。異方性エッチングとしては、例えばＴＭＡＨ（水酸化テトラメチルアンモニウム）、ＫＯＨ（水酸化カリウム）などの水溶液を用いたウエットエッチングが好ましい。このようなウエットエッチングにより、第２結晶面２２ｂとしてシリコン基板の面方位＜１１１＞を露出させることができる。このとき、複数の凹部２３の底面には、主面と同じ結晶面の面を形成しないことが好ましい。
【００９８】
続いて、図６の断面図（ｃ）に示すように、エッチングマスク２１をフッ酸等で除去する。ここで、図６の断面図（ｃ）の一部拡大図Ｃ１に示すように、凹部２３は、平面の組み合わせで形成されている。また、凹部２３の間に形成される頂部２２ｔは、第１結晶面２２ａからなる平坦面である。このため、頂部２２ｔに入射光８２が照射される場合には、入射光８２が散乱されることなく反射するため、迷光が生成され得る。このような問題を解消するために、図６の断面図（ｄ）に示すように、結晶性基板２０の複数の凹部２３のエッジ部をエッチングにより除去して、曲面で構成される凹部２ｃを形成する。これにより、図６の断面図（ｄ）の一部拡大図Ｄ１に示すように、曲面で構成される傾斜部２ａからなる凹凸が形成される。また、凹凸は、曲率を有する頂部２ｔと、曲面で構成される凹部２ｃとを備える。ここで、エッチングは等方性エッチングを用いることが好ましい。等方性エッチングは、例えば、フッ酸と硝酸の混合溶液を用いてウエットエッチングで実施する方法、ドライエッチングを実施する方法を用いることができる。なお、本工程の等方性エッチングにより、曲率を有する凹部２ｃを形成してもよい。また頂部２ｔの曲率は、例えば１μｍ以上１０μｍ以下程度であればよい。なお、凹部２ｃの底部２ｂも、頂部２ｔと同様に曲率を有してもよい。
【００９９】
以上のように、本実施の形態に係る支持部材２を形成することができる。
【０１００】
続いて、図６の断面図（ｅ）に示すように、例えば、銀合金、アルミニウムなどを、支持部材２の傾斜部２ａを有する凹凸上に蒸着することにより、反射膜３を形成する。ここで、反射膜３は、銀合金、アルミニウムなどの金属膜と、当該金属膜上に形成されたＳｉＯ２などの酸化保護膜とを備えてもよい。
【０１０１】
次に、支持部材２に波長変換部材４を形成する工程について、図７を用いて説明する。
【０１０２】
まず、図７の断面図（ａ）に示すように、支持部材２の支持面２ｍに、所定の開口部２５ａが形成された開口マスク２５を配置する。このとき開口部２５ａの形状を、波長変換部材４の所望の形状に合わせて形成することで、波長変換部材４を所望の形状に形成することができる。また、開口マスク２５の厚さは、波長変換部材４の所望の厚さに応じて設定することができる。続いて、蛍光材料４ａを液状バインダ部材２４ｂに混合させた蛍光体含有部材２４を開口マスク２５の開口部２５ａに注入する。
【０１０３】
続いて、図７の断面図（ｂ）に示すように、蛍光体含有部材２４が開口部２５ａを十分に満たすように、蛍光体含有部材２４を配置する。つまり、開口部２５ａから蛍光体含有部材２４が溢れるまで、蛍光体含有部材２４を開口部２５ａに注入する。
【０１０４】
続いて、図７の断面図（ｃ）に示すように、開口部２５ａから溢れた蛍光体含有部材２４を除去する。
【０１０５】
続いて、図７の断面図（ｄ）に示すように、蛍光体含有部材２４が支持面２ｍに配置された支持部材２を、高温炉等で加熱することにより蛍光体含有部材２４の液状バインダ部材２４ｂを硬化させる。これにより、波長変換部材４が形成される。本実施の形態では、開口部２５ａの径は支持部材２の幅よりも小さい。これにより、図１に示すように波長変換部材４の幅Ｗ３を支持部材２の幅Ｗ１よりも小さくすることができる。
【０１０６】
本実施の形態において、液状バインダ部材２４ｂとして、例えば、有機溶媒に溶かしたシルセスキオキサンを用いることができる。
【０１０７】
尚、蛍光体含有部材２４の液状バインダ部材２４ｂを硬化させた後、波長変換部材４に対してウエットエッチングを行い、波長変換部材４の表面に蛍光材料で形成される凸部と透明結合材４ｂで形成される凹部を形成してもよい。
【０１０８】
以上に述べた製造方法により支持部材２に傾斜部２ａからなる凹凸が形成された波長変換素子１を容易に製造することができる。また、本実施の形態では、波長変換部材４と支持部材２との間に高屈折率材料粒子層を備えないため、波長変換部材４で発生した熱を支持部材２に効率よく放熱させることが可能となる。
【０１０９】
続いて、本実施の形態に係る波長変換素子１の効果について実験データに基づいて説明する。
【０１１０】
図８は、本実施の形態に係る波長変換素子１の効果を確認するための実験に用いられる測定系を模式的に示す図である。
【０１１１】
図９は、本実施の形態に係る波長変換素子１の効果を確認するための実験の結果を示すグラフである。
【０１１２】
図８に示すように、支持部材２の傾斜部２ａが形成された支持面２ｍに、レーザ光である入射光９６を入射させ、検出器９４によって反射光の出射方向角度依存性を測定した。図８に示すような測定系においては、例えば、入射光９６が入射される入射面が主に平面で構成される場合、入射光９６のうち、入射角度と等しい反射角度で当該入射面において反射される成分（つまり図８に示す反射光９７）が支配的となる。一方、入射面に微小な凹凸がある場合は、図８に示す散乱された反射光である散乱光９８が支配的となる。
【０１１３】
図８に示す測定系において、以下の三つの表面状態（支持面２ｍの状態）を有する支持部材を用いて、測定を行った。
（ａ）処理が施されていないシリコン基板の表面状態（結晶面が維持された表面状態）
（ｂ）シリコン基板の表面に研削で凹凸を形成した表面状態
（ｃ）本実施の形態に係る支持部材２の表面状態（つまり、傾斜部２ａを有する凹凸が形成された表面状態）
【０１１４】
以上の三つの表面状態（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）を有する支持部材を用いて測定した結果を図９のグラフ（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）にそれぞれ示す。図９の各グラフにおいて、横軸は出射方向角度を表し、縦軸は反射光強度を表す。
【０１１５】
図９のグラフ（ａ）に示すように、処理が施されていないシリコン基板の表面状態では、指向性の強い反射光９７のみが観測された。
【０１１６】
また、図９のグラフ（ｂ）に示すように、シリコン基板の表面に研削によって凹凸を形成した表面状態では、散乱光９８が観測されるも、指向性が維持された（つまり、散乱されていない）反射光９７が支配的であることが分かる。つまり、シリコン基板の表面に形成された凹凸による散乱効果が不十分であることが分かる。
【０１１７】
図９のグラフ（ｃ）に示すように、本実施の形態に係る支持部材２の表面状態においては、反射光９７は観測されず、散乱光９８のみが観測された。
【０１１８】
以上のように本実施の形態に係る支持部材２の傾斜部２ａを有する凹凸によって、十分な散乱効果が得られる。また、傾斜部２ａを有する凹凸においては、研削によって形成された凹凸より散乱効果が高い。これは、支持部材２の傾斜部２ａを有する凹凸の形状及び寸法が、研削によって形成される凹凸の形状及び寸法と異なることに起因すると考えられる。つまり、支持部材２の傾斜部２ａを有する凹凸の凹部２ｃの深さは、研削によって形成される凹凸の凹部の深さがナノオーダーであるのに対して、５０μｍ角の領域におけるＰｅａｋ  Ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙで、１μｍ以上、４μｍ以下で、凹部２ｃの幅に対する深さの比は０．１以上、１以下である。
【０１１９】
以上のように本実施の形態に係る製造方法を用いることで、波長変換素子１の支持部材２の支持面２ｍにおいて、波長変換部材４の周辺に、入射光８２を十分に散乱できる凹凸を容易に形成することができる。この結果、波長変換部材４の温度上昇などにより波長変換部材の変換効率が低下することを抑制し、かつ、波長変換部材４に照射されない入射光を効率良く散乱し、波長変換部材４から効率良く出射光を出射させることが可能となる。
【０１２０】
次に、本実施の形態に係る波長変換素子１の他の効果について図面を用いて説明する。
【０１２１】
図１０は、本実施の形態に係る波長変換素子１の他の効果を説明するための模式的な断面図である。
【０１２２】
図１０の断面図（ａ）に示すように、本実施の形態に係る波長変換素子１は支持部材２の光散乱部２ｓだけでなく、配置領域２ｐにも凹凸が形成され、凹凸が形成された配置領域２ｐ上に波長変換部材４が配置される。図１０の断面図（ａ）は、波長変換素子１に、例えば、青色レーザ光である入射光８２を入射している状態を示す断面図である。入射光８２の照射領域は、入射光８２の大部分が波長変換部材４に照射するように定められる。しかしながら、入射光８２を発生する励起光源（不図示）と波長変換素子１との組み立て時の位置ずれや、経時変化による位置ずれが発生し得る。図１０の断面図（ｂ）は、入射光８２と波長変換部材４との相対位置がずれた状態を示す断面図である。この場合、入射光８２は、波長変換素子１の支持部材２の表面（支持面２ｍ）に照射されるが、前述のように、支持部材２には、入射光８２を散乱反射する凹凸が形成されているため、支持部材２において、入射光８２が指向性を維持したまま反射されることがない。この結果、波長変換素子１を用いた発光装置において、図８に示す指向性を維持した反射光９７が出射されることがなく、人を照射する照明装置に用いても安全性を確保することができる。
【０１２３】
また、図１０の断面図（ｃ）に示すように、波長変換素子１において、使用中の振動、衝撃などにより波長変換部材４が支持部材２から脱離することがあり得る。この場合、入射光８２は、支持部材２の表面において、十分に散乱されるため、図１０の断面図（ｂ）の場合と同様に安全性を確保することができる。
【０１２４】
なお、上記の構成において、入射光として、中心波長が波長４２０ｎｍから４９０ｎｍの間にある青色光を用い、蛍光材料としてＹＡＧ系蛍光体を用いたが、この組み合わせに限定されない。例えば入射光として青色光を用いる場合、蛍光材料４ａとして黄色光を出射するＥｕ賦活α―ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２蛍光体等を用いることができる。又は波長３８０ｎｍから４２０ｎｍの近紫外光を入射光として用いる場合には、波長変換部材４は、青色の蛍光を出射する青色蛍光体と、黄色の蛍光を出射する黄色蛍光体とを混合又は積層することにより形成されてもよい。
【０１２５】
なお、本実施の形態に係る波長変換素子１の構成は、上記の構成に限定されない。例えば、反射膜３は、支持面２ｍの全体に形成されなくてもよい。以下に、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子として、支持面２ｍの配置領域２ｐだけに反射膜３が形成される波長変換素子について図面を用いて説明する。
【０１２６】
図１１は、本変形例に係る波長変換素子１ａの構成を示す模式的な断面図である。
【０１２７】
図１１に示すように、本変形例に係る波長変換素子１ａにおいては、支持面２ｍの外周領域２ｅに反射膜を形成せず、波長変換部材４の直下の配置領域２ｐのみに反射膜３を形成している。この場合、入射光８２（励起光８１）の波長４５０ｎｍに対して、反射率が４０％であるシリコンが露出される。このため、入射光８２の一部である周辺光８２ｂが、支持部材２の表面（つまり支持面２ｍ）に直接入射される。この場合に、光散乱部２ｓの傾斜部２ａを有する凹凸で周辺光８２ｂが散乱され、かつ、シリコンからなる支持部材２によって周辺光８２ｂの一部が吸収される。本変形例では、光散乱部２ｓにおける励起光に対する吸収係数は、配置領域２ｐにおける励起光に対する吸収係数より大きい。これにより、光散乱部２ｓは、励起光である周辺光８２ｂを吸収することができる光吸収部として機能する。したがって、本変形例では迷光の発生を、より一層抑制することができる。また、本変形例では、支持部材２は、熱伝導率の高いシリコンを使用部材として含むため、周辺光８２ｂの吸収によって発生する熱を効率的に放熱することができる。
【０１２８】
なお、本変形例では、光散乱部２ｓにおける励起光に対する吸収係数は、配置領域２ｐにおける励起光に対する吸収係数より大きいが、光散乱部２ｓにおける励起光に対する吸収係数は、配置領域２ｐにおける励起光に対する吸収係数以上であればよい。
【０１２９】
続いて、本実施の形態の変形例２に係る波長変換素子について図面を用いて説明する。
【０１３０】
図１２は、本変形例に係る波長変換素子１ｂの構成を示す模式的な断面図である。
【０１３１】
図１２に示すように、本変形例に係る波長変換素子１ｂにおいては、傾斜部２ａを有する凹凸が支持面２ｍの外周領域２ｅにおける光散乱部２ｓだけに形成されており、配置領域２ｐには形成されていない。つまり、本変形例では、光散乱部２ｓにおける面粗度は、配置領域２ｐの面粗度以上である。この場合においても、波長変換部材４に入射した入射光は、蛍光材料４ａによって散乱されるため、入射光が散乱されず出射されることが抑制される。
【０１３２】
また、本変形例では、反射膜３は、上記変形例１に係る波長変換素子１ａと同様に、配置領域２ｐだけに形成されている。したがって、本変形例においても、上記変形例１と同様の効果を奏することができる。
【０１３３】
続いて、本実施の形態の変形例３に係る波長変換素子及びそれを用いた発光装置について図面を用いて説明する。
【０１３４】
図１３は、本変形例に係る波長変換素子１ｃの構成を示す模式的な平面図である。図１３では、波長変換素子１ｃの支持面２ｍの上面視における平面図が示されている。図１３に示される破線の円が入射光８２の照射領域を示す。
【０１３５】
図１４は、本変形例に係る波長変換素子１ｃと入射光８２との位置関係を示す模式的な断面図である。
【０１３６】
図１５は、本変形例に係る波長変換素子１ｃを用いた投光装置２０１とその投射光２９９を示す模式的な斜視図である。
【０１３７】
本変形例に係る波長変換素子１ｃ及びそれを用いた投光装置２０１は、例えば車両用前照灯に用いられる。本変形例において、支持部材２上に配置される波長変換部材４ｃは図１３に示すように鍵型にパターニングされる。このとき、波長変換部材４ｃには車両用前照灯のカットオフ点に対応するパターン２０４ｄが形成される。また、入射光８２の波長変換素子１ｃにおける照射領域は図１３の波線の円で示すように、波長変換部材４ｃのパターン２０４ｄが照射領域の中心付近に位置するように波長変換部材４ｃの一部に照射される。このとき図１４に示すように、波長変換部材４ｃに照射された入射光８２は、波長変換部材４ｃから白色光である出射光９５を出射する。一方、支持部材２の表面（支持面２ｍの光散乱部２ｓ）に照射された入射光８２は、入射光８２と同じスペクトルの散乱光８５を出射する。つまり、支持部材２の表面からは視感度が低く輝度が低い散乱光８５が出射される。
【０１３８】
ここで、本変形例に係る波長変換素子１ｃを用いた発光装置６０ｃと、例えば投射レンズである投射部材３３とを備えた投光装置２０１から出射される投射光２９９について、図１５を用いて説明する。図１５に示すように、投光装置２０１から出射される投射光２９９は、明確なカットオフのパターニングを有する白色光となる。
【０１３９】
このように本変形例に係る波長変換素子１ｃを用いることで、高い輝度で、投射光のパターニングが容易な発光装置６０ｃ及び投光装置２０１を実現することができる。
【０１４０】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２に係る波長変換素子について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子は、光散乱部の構成において、実施の形態１に係る波長変換素子１と相違する。以下、本実施の形態に係る波長変換素子について、実施の形態１に係る波長変換素子１との相違点を中心に、図１６を用いて説明する。
【０１４１】
図１６は、本実施の形態に係る波長変換素子３０１の構成を示す模式的な断面図である。
【０１４２】
図１６に示すように、波長変換素子３０１は、主に、支持部材２、波長変換部材３０４及び散乱部材１０２を備える。波長変換素子３０１において、支持部材２の支持面２ｍには、セラミックである蛍光体板からなる波長変換部材３０４が配置される。波長変換部材３０４は、例えばＡｌ２０３とＣｅ賦活（Ｇａ、Ｙ、Ｇｄ）３Ａｌ５Ｏ１０とを混合して焼結することにより形成される蛍光体板からなる。支持部材２の支持面２ｍの中央部には、例えばＴｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属積層膜からなる下地膜１１１が形成される。そして、波長変換部材３０４の支持部材２側の表面には、例えば、Ｐｔ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどの金属積層膜からなる反射部材である反射膜１１２が形成される。そして、例えば、ＡｕＳｎ合金などの半田材料などからなる接合層１１３により下地膜１１１と反射膜１１２とが接合されることによって、波長変換部材３０４が支持部材２に固着される。
【０１４３】
そして、支持面２ｍの外周領域２ｅに、波長変換部材３０４を囲うように散乱部材１０２が配置される。散乱部材１０２は、例えば、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＢＮ、ＡｌＮなどからなる高屈折率粒子１０２ｂが、例えば、シリコーン、ガラス材料などの高屈折率粒子１０２ｂよりも屈折率の低い材料からなる透明結合材１０２ｃに分散されることにより形成される。そして、散乱部材１０２の表面には、微小な凹凸１０２ａが形成される。本実施の形態では、光散乱部は、支持面２ｍ上に配置された高屈折率粒子１０２ｂ及び透明結合材１０２ｃを含む散乱部材１０２である。つまり、散乱部材１０２は、上述した第１の散乱部材の一例である。このとき、実施の形態１と同様に、散乱部材１０２及び配置領域２ｐの支持面２ｍに平行な方向の長さの和は、入射光８２の径を２ω０として、好ましくは２．２×２ω０以上である。
【０１４４】
本実施の形態において、入射光８２の中心光８２ａは波長変換部材３０４に照射されるが、一部は、波長変換部材３０４の中を伝搬し、波長変換部材３０４の下の反射膜１１２、波長変換部材３０４と散乱部材１０２との界面１０２ｄで多重反射される多重反射光８５ａとなる。これにより、効率良く、散乱光９２ａと蛍光９３とから構成される白色光９１を生成し、波長変換部材３０４から出射することができる。
【０１４５】
さらに入射光８２の周辺光８２ｂは、散乱部材１０２に照射されるが、散乱部材１０２の表面の微小な凹凸１０２ａ及び散乱部材１０２の高屈折率粒子１０２ｂにおいて散乱又は全反射されて散乱光９２ｂとして波長変換素子３０１から出射される。このような構成とすることにより、波長変換素子３０１の外部から入射された入射光８２の一部の光が波長変換部材３０４以外に照射された場合においても、波長変換部材３０４の周辺に配置された散乱部材１０２の表面で、散乱させることができる。このため、指向性の強い励起光である入射光８２を波長変換素子３０１に入射した場合においても、入射光８２が支持部材２において指向性を保持したまま反射されることを抑制することができる。その結果、波長変換素子３０１から、指向性の強い不要な迷光を出射させることを抑制できる。さらに波長変換部材３０４に入射した入射光のうち、波長変換部材３０４の側面に到達した場合においても、波長変換部材３０４の側面に形成された、散乱部材１０２との界面１０２ｄにより、波長変換部材３０４内に再び反射される。そのため、入射光８２を波長変換部材３０４内で効率良く蛍光に変換することができる。その結果、波長変換部材３０４から高輝度の出射光を出射させることができる。
【０１４６】
なお、本変形例においては、散乱部材１０２の表面、すなわち、散乱部材１０２と周囲の空気との界面において凹凸を有するが、散乱部材１０２の表面に凹凸を有さなくてもよい。例えば、散乱部材１０２の内部において、高屈折率粒子１０２ｂと透明結合材１０２ｃとの界面には高屈折率粒子１０２ｂの形状にそって凹凸が形成されることとなる。従って、散乱部材１０２は、高屈折率粒子１０２ｂと透明結合材１０２ｃとの界面において凹凸を有するため、散乱部材１０２の内部に入射した入射光は、当該凹凸において、散乱されることとなる。
【０１４７】
次に、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子について説明する。本変形例に係る波長変換素子は、支持面２ｍの配置領域２ｐにも散乱部材１０２が配置されている点において、実施の形態２に係る波長変換素子３０１と相違する。以下、本変形例に係る波長変換素子と実施の形態２に係る波長変換素子３０１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１４８】
図１７は、本変形例に係る波長変換素子４０１の構成を示す模式的な断面図である。
【０１４９】
図１７に示すように、本変形例に係る波長変換素子４０１においては、配置領域２ｐにも散乱部材１０２が配置されている。つまり、配置領域２ｐに配置された波長変換部材３０４は、入射光８２が入射される面（図１７の上側の面）を除き、側面と支持部材２側の面すべてが散乱部材１０２で覆われる。さらに言い換えると、散乱部材１０２は、波長変換部材３０４と支持部材２との間に配置された支持部材２と異なる反射部材としても機能する。つまり、散乱部材１０２は、上述した第２の散乱部材の一例である。このため、波長変換部材３０４に入射した入射光８２の一部を、波長変換部材３０４と外周領域２ｅに配置された散乱部材１０２との界面１０２ｄと、波長変換部材３０４と支持部材２との間に配置された散乱部材１０２との界面１０２ｅにより多重反射させることができるため、波長変換部材３０４から白色光９１を効率良く出射させることができる。
【０１５０】
続いて、本実施の形態及びその変形例１に係る各波長変換素子の効果について図面を用いて説明する。
【０１５１】
図１８Ａは、本実施の形態に係る波長変換素子３０１及び本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子４０１における入射光のパワーの測定値と出射光のピーク輝度の測定値との関係を示すグラフである。図１８Ａには、比較例１に係る波長変換素子における入射光のパワーの測定値と出射光のピーク輝度の測定値との関係も合わせて示されている。比較例１に係る波長変換素子は、波長変換部材３０４の側面が散乱部材で覆われていない構成を有する。つまり、比較例１に係る波長変換素子は、図１６に示した実施の形態２に係る波長変換素子３０１から散乱部材１０２が除かれた構造を有する。比較例１と実施の形態２との比較により、入射光のパワーがおおよそ２Ｗ以上では、波長変換部材３０４の周辺に散乱部材１０２を配置することでピーク輝度を向上させることができることが分かる。さらに図１７に示す実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子４０１のように、波長変換部材３０４の側面と下面との両方に散乱部材１０２を配置することで、入射光のパワーに関わらずピーク輝度を大幅に改善することができることが分かる。
【０１５２】
図１８Ｂは、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子４０１を用いた場合における、入射光のパワーが３Ｗのときの波長変換素子の出射光の出射位置に対する輝度の測定結果を示す輝度分布図である。図１８Ｃは、比較例２の波長変換素子を用いた場合における、波長変換素子の出射光の出射位置に対する輝度の測定結果を示す輝度分布図である。比較例２に係る波長変換素子の構成では、図２８Ｂに示す波長変換素子と同様の構成の波長変換素子であるが、波長変換部材の幅Ｗ３が本実施の形態の変形例１よりも十分に大きい。つまり、波長変換部材の幅は入射光の径よりも十分に大きい。このとき、図１８Ｂに示す輝度分布は、図１８Ｃに示す輝度分布と比較して、波長変換素子の出射領域の中央付近において広い高輝度領域が形成されており、かつ、高輝度領域からその周辺の低輝度領域にかけて輝度が急峻に減少している。このように、本実施の形態の変形例１においては、波長変換部材の幅と入射光の幅を調整することで、比較例２より良好な輝度分布を実現できる。
【０１５３】
これは、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子４０１を用いた場合、波長変換部材３０４に入射した入射光の中心光８２ａの一部が、波長変換部材３０４と散乱部材１０２との界面１０２ｄや波長変換部材３０４と支持部材２との間に配置された散乱部材１０２との界面１０２ｅにより多重反射され、波長変換部材３０４内で中心光８２ａの光強度分布が均一化されるためである。言い換えると、波長変換部材３０４の上面視における形状に対応する形状を有する高輝度領域が形成されることとなる。
【０１５４】
従って、例えば、図１５に示すような投光装置において、本実施の形態及びその変形例１の波長変換素子を用いた発光装置と投射部材とを用いて投光させた場合、波長変換部材の形状に対応した広い高照度領域を有し、かつ、その周辺領域では照度が低い投光装置を実現できる。つまり良好な照度分布特性を有する投光装置を実現できる。
【０１５５】
次に、本実施の形態の変形例１に係る波長変換素子４０１の製造方法の一例について、図面を用いて説明する。
【０１５６】
図１９は、本変形例に係る波長変換素子４０１の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【０１５７】
まず図１９の断面図（ａ）に示すように、シリコン基板である支持部材２上に、例えば、粒子径が１μｍから４μｍに分布しているＴｉＯ２粒子を透明結合材に混合した散乱部材ペースト１２４を塗布する。ここで、粒子径が１μｍから４μｍに分布しているとは、平均粒子径（メディアン径）Ｄ５０が２μｍ、Ｄ１０が１μｍ、Ｄ９０が４μｍであることを意味する。このとき透明結合材としては、シルセスキオキサンを有機溶媒に溶かしたペースト状の透明結合材を用いる。また、波長変換部材３０４を真空コレット１５０により保持する。
【０１５８】
次に、図１９の断面図（ｂ）に示すように、波長変換部材３０４を散乱部材ペースト１２４上に配置する。このとき、波長変換部材３０４の側面において、波長変換部材３０４と透明結合材との分子間力により散乱部材ペースト１２４が這い上がる。このため、波長変換部材３０４の下面及び側面を、散乱部材ペースト１２４で容易に覆うことができる。
【０１５９】
次に、図１９の断面図（ｃ）に示すように、約１５０℃で、約２時間、加熱することにより、散乱部材ペースト１２４の有機溶媒を揮発させ、かつ、散乱部材ペースト１２４を硬化することで、散乱部材１０２を波長変換部材３０４の下面及び側面に形成することができる。このとき、散乱部材ペースト１２４が収縮するため、散乱部材１０２の表面には、高屈折率粒子１０２ｂの粒子に沿った凹凸を容易に形成することができる。
【０１６０】
次に、本実施の形態に係る散乱部材１０２の好ましい形態について図面を用いて説明する。
【０１６１】
図２０は図８に示す測定系を用いて、シリコン基板である支持部材２上に散乱部材１０２を配置して、散乱部材１０２における反射光強度の角度依存性を測定した結果を示すグラフである。図２０のグラフ（ａ）は支持部材２のみの場合（つまり、散乱部材１０２を配置しない場合）の測定結果を示す。図２０のグラフ（ｂ）は粒子径が０．１μｍから０．７μｍに分布したＴｉＯ２粒子を高屈折率粒子１０２ｂとして用いた散乱部材１０２を支持部材２に配置した場合の測定結果を示す。図２０のグラフ（ｃ）は粒子径が０．２μｍから５μｍのＴｉＯ２粒子を高屈折率粒子１０２ｂとして用いた散乱部材１０２を支持部材２に配置した場合の測定結果を示す。ここで、粒子径が０．１μｍから０．７μｍに分布しているとは、平均粒子径（メディアン径）Ｄ５０が０．３μｍ、Ｄ１０が０．１μｍ、Ｄ９０が０．７μｍであることを意味する。また、粒子径が０．２μｍから５μｍに分布しているとは、平均粒子径（メディアン径）Ｄ５０が１．９μｍ、Ｄ１０が０．２μｍ、Ｄ９０が５μｍであることを意味する。
【０１６２】
図２０のグラフ（ｂ）に示すように、平均粒子径が比較的小さい高屈折率粒子１０２ｂを用いた場合は、散乱部材１０２の表面に微小な凹凸が形成されにくい。そのため、入射光９６のうち、一部の光は散乱されて散乱光９８となるが、指向性を保ったまま反射される反射光９７の光量も大きい。一方、図２０のグラフ（ｃ）に示すように、平均粒子径が比較的大きい高屈折率粒子１０２ｂを用いた場合は、散乱部材１０２の表面に、散乱効果を得るために十分な大きさの凹凸が形成されるため、散乱光９８のみが観測され、放射角度も完全な散乱反射であるＬａｍｂｅｒｔｉａｎ反射に近づく。そして、散乱部材１０２の表面の凹凸の大きさは、具体的には、高屈折率粒子１０２ｂの粒子径が０．１μｍから０．７μｍの場合には、５０μｍ角の領域におけるＰｅａｋ  Ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙで、１μｍ未満であった。一方、高屈折率粒子１０２ｂの粒子径０．２μｍから５μｍの場合には、Ｐｅａｋ  Ｔｏ  Ｖａｌｌｅｙで１μｍ以上あった。さらに高屈折率粒子１０２ｂとして平均粒径Ｄ５０が異なるＴｉＯ２粒子とＺｒＯ２粒子を用いて入射光の散乱程度を比較した。
【０１６３】
図２１は、高屈折率粒子１０２ｂの粒子径と散乱程度との関係を示すグラフである。
【０１６４】
散乱程度の指標としては、−７０°方向から入射する入射光が指向性を保持したまま反射される場合に強いピークが発生する放射角７０°における光強度と、放射角０°における光強度の強度比とした。図２１に示すように、高屈折率粒子１０２ｂの平均粒子径が大きくなるに従い、直線的に強度比が低下する。
【０１６５】
上記の結果から、散乱部材１０２を構成する高屈折率粒子１０２ｂの平均粒子径Ｄ５０は、強度比が２以下となる１〜１０μｍが好ましい。
【０１６６】
次に、本実施の形態の変形例２に係る波長変換素子について説明する。本変形例に係る波長変換素子は、波長変換部材３０４と支持部材２との間に、波長変換部材３０４を囲う散乱部材１０２とは異なる散乱部材を配置する点において、実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子４０１と相違する。以下、本変形例に係る波長変換素子について、実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子４０１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１６７】
図２２は、本変形例に係る波長変換素子５０１の構成を示す模式的な断面図である。
【０１６８】
図２２に示すように、本変形例に係る波長変換素子５０１は、波長変換部材３０４と支持部材２との間に、波長変換部材３０４を囲う散乱部材１０２とは異なる散乱部材２０２を備える。散乱部材２０２は、上述した第２の散乱部材の一例である。散乱部材２０２として、波長変換部材３０４を囲う散乱部材１０２とは異なる材料、平均粒子径の高屈折率粒子を分散した散乱部材を用いてもよい。この構成により、波長変換部材３０４の下面と側面を覆う散乱部材の構成の自由度を向上させることができる。
【０１６９】
また、支持部材２の支持面２ｍに、誘電体多層膜、金属反射膜などから構成される反射膜を形成してもよい。金属膜としては、例えばＡｇなどから構成される膜を用いることができる。この構成により、波長変換部材３０４と支持部材２との間の散乱部材２０２の厚さを薄くしても、散乱部材２０２と反射膜３との二重反射構造により波長変換部材３０４から支持部材２に向かう多重反射光８５ａを効率良く反射することができる。さらに熱伝導率が低い透明結合材を波長変換部材３０４と支持部材２との間の散乱部材の構成材料として用いる場合においても、散乱部材の厚さを薄くすることができるため、波長変換部材３０４で発生した熱を効率良く支持部材２へ排熱させることができる。なお上記の構成において波長変換部材３０４と支持部材２との間の散乱部材の厚さは１μｍ以上５０μｍ以下にすることが好ましい。なお、上記に示す反射膜を用いた構成については図１７に示す実施の形態２の構成に用いてもよい。
【０１７０】
さらに、波長変換部材３０４及び散乱部材１０２の表面に、誘電体多層膜で構成された反射防止膜１６０を形成してもよい。この場合、支持部材２上に、波長変換部材３０４と、表面に微小な凹凸１０２ａを有する散乱部材１０２とを形成した後に、スパッタ等の成膜方法を用いて誘電体多層膜を成膜することができる。本変形例の構成により、入射光８２の波長変換部材３０４の表面における反射を抑制することができるため、入射光８２を効率良く波長変換部材３０４に入射することができる。なお、上記に示す反射防止膜を用いた構成についても図１７に示す実施の形態２の構成に用いてもよい。
【０１７１】
次に、本実施の形態の変形例３に係る波長変換素子について説明する。本変形例に係る波長変換素子は、波長変換部材３０４と支持部材２との間における反射特性と放熱特性とを両立させることができる構成を備える点において、実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子４０１と相違する。以下、本変形例に係る波長変換素子について、実施の形態２の変形例１に係る波長変換素子４０１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１７２】
図２３は、本変形例に係る波長変換素子６０１の構成を示す模式的な断面図である。
【０１７３】
本変形例に係る波長変換素子６０１においては、支持部材２の支持面２ｍ上に、例えばＴｉ，Ｐｔ、Ａｕなどの金属膜からなる下地膜１１１が形成され、波長変換部材３０４の支持部材２側の表面の一部にはＰｔ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕなどからなる反射膜１１２が形成される。そして反射膜１１２と下地膜１１１とを接合するために、例えばＡｕバンプである接合層１１３が下地膜１１１上に配置される。ここで、下地膜１１１及び接合層１１３が設けられた支持部材２について、図面を用いて説明する。
【０１７４】
図２４は、本変形例に係る支持部材２、下地膜１１１及び接合層１１３の構成を示す模式的な平面図である。図２４は、支持部材２の支持面２ｍの上面視における平面図である。
【０１７５】
図２４に示すように、支持部材２の支持面２ｍの中央に下地膜１１１が配置される。さらに、下地膜１１１上に、接合層１１３が配置される。図２４に示される例では、複数の接合層１１３が下地膜１１１上に配置される。接合層１１３の配置位置は、波長変換部材３０４に形成された反射膜１１２の位置に対応する位置である。
【０１７６】
続いて、図２４に示されるような複数の接合層１１３の各々に反射膜１１２が接触するように、波長変換部材３０４が配置される。これにより、反射膜１１２と下地膜１１１とが接合される。そして、波長変換部材３０４と支持部材２との間の、接合層１１３がない部分には散乱部材１０２が配置される。つまり、散乱部材１０２は、上述した第２の散乱部材の一例である。散乱部材１０２の製造方法としては、散乱部材ペースト１２４を波長変換部材３０４と支持部材２との間に毛管現象を用いて配置した後、加熱する方法などを用いることができる。この構成により、波長変換部材３０４の下面における反射のための構成をより自由に設計することができるとともに、接合層１１３を用いて波長変換部材３０４で発生した熱を支持部材２に容易に排熱させることができる。
【０１７７】
続いて、上記各実施の形態及び変形例に係る波長変換素子の支持部材として用いることができる材料について図面を用いて説明する。
【０１７８】
図２５は、本開示に係る波長変換素子の支持部材用の材料として検討された材料とそれらの特性とを示す図である。図２５には、各材料の特性として、熱膨張係数（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）、熱伝導率（Ｔｈｅｒｍａｌ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ）及び反射率（Ｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅ）が示されている。
【０１７９】
例えば、蛍光材料としてＹＡＧを用い、透明結合材としてガラス（Ｇｌａｓｓ）を用いる場合、支持部材として用いられる材料の熱膨張係数はガラスの熱膨張係数に近く、熱伝導率はできるだけ高い方がよい。上述した実施の形態及び変形例に係る波長変換素子においては、上記観点、及び、コストの観点から支持部材としてシリコン（Ｓｉｌｉｃｏｎ）を用いたが、他の材料を用いてもよい。例えば、支持部材として炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いることにより、より波長変換部材の温度上昇を抑制することができるため、励起蛍光体の変換効率を維持することができる。さらに、支持部材における励起光又は蛍光を効率良く散乱反射をさせること、そしてその結果として発光装置の輝度を向上させることができる。
【０１８０】
また、図１１及び図１２に示す実施の形態１の変形例１及び変形例２に係る波長変換素子１ａ及び１ｂのように、支持部材２において、入射光を吸収させる場合には、支持部材２として、励起光の波長の光に対する反射率が低い、つまり、吸収率が高い材料を用いるとよい。
【０１８１】
（実施の形態３）
次に、実施の形態３に係る波長変換素子について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子は、支持部材としてダイヤモンドで形成される基板を用いる点において、上記実施の形態及び変形例に係る波長変換素子と相違する。以下、本実施の形態に係る波長変換素子の支持部材の構成及び製造方法を中心に図面を用いて説明する。
【０１８２】
図２６は、本実施の形態に係る波長変換素子７０１の製造方法の各工程を示す模式的な断面図である。
【０１８３】
図２６の断面図（ａ）に示すように、ダイヤモンドで形成される支持部材７０２を形成するため種基板７２０を準備する。
【０１８４】
続いて、図２６の断面図（ｂ）に示すように種基板７２０の主面上に、ダイヤモンドを成長させ支持部材７０２を形成する。このときダイヤモンドの形成方法として、たとえば、高圧合成法、気相合成法などを用いることができる。気相合成法としては、例えば、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を用いることができる。マイクロ波プラズマＣＶＤ法では、減圧雰囲気下において、水素及びメタンガスを流してマイクロ波放電で形成したプラズマを利用してダイヤモンド結晶を成長させることができる。このとき、ダイヤモンド結晶成長条件を調整し、主面を構成する第１結晶面と異なる第２結晶面を表面に形成する。この結果、支持部材７０２には複数の傾斜部７０２ａが形成される。
【０１８５】
そして図２６の断面図（ｃ）に示すように、支持部材７０２の表面に反射膜３を形成する。
【０１８６】
続いて、図２６の断面図（ｄ）に示すように、図７に示す工程と同様の工程により波長変換部材４を支持部材７０２上に形成する。これにより、波長変換素子７０１を構成することができる。
【０１８７】
本実施の形態に係る波長変換素子７０１においても、実施の形態１に係る波長変換素子１と同様の効果を奏することができる。さらに、波長変換素子７０１においては、支持部材７０２の熱伝導率が高いため、光強度の高い励起光を照射する場合においても、波長変換部材４の温度上昇を抑制することができる。そのため、波長変換部材４内の蛍光材料４ａの変換効率の低下を抑制することができる。したがって、本実施の形態に係る波長変換素子７０１を用いる発光装置の輝度を向上させることができる。
【０１８８】
（実施の形態４）
次に、実施の形態４に係る発光装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置は、励起光の伝播経路として光ファイバを用いる点において、実施の形態１で説明した発光装置６０と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置について、図面を用いて説明する。
【０１８９】
図２７は、本実施の形態に係る発光装置８０１の構成を示す模式的な断面図である。
【０１９０】
図２７に示すように、本実施の形態に係る発光装置８０１は、励起光源４０、レンズ３１、光ファイバ３６及び発光部８６０を備える。
【０１９１】
発光部８６０は、波長変換素子１、固定部材５０及びレンズ３２を備える。
【０１９２】
本実施の形態に係る発光装置８０１において、励起光源４０から出射された励起光８１はレンズ３１により集光される。そして、集光された励起光８１は光ファイバ３６に結合され、光ファイバ３６を伝搬する。光ファイバ３６から出射された伝搬光８８３は発光部８６０のレンズ３２により集束光である入射光８２に変換される。入射光８２は波長変換素子１の波長変換部材４に照射される。そして波長変換部材４及び支持部材２において、散乱光９２ａと蛍光９３とに変換され、波長変換素子１から白色の出射光９５として、透明カバー部材３５から出射される。散乱光９２ａは、蛍光材料４ａ及び支持部材２で散乱反射された光である。蛍光９３は、蛍光材料４ａで波長変換され、蛍光材料４ａ及び支持部材２で散乱された光である。
【０１９３】
このとき、発光装置８０１の波長変換素子１において、高い輝度の出射光９５を発生させることができるため、指向性の強い白色光を出射させることができる。さらに波長変換部材４とは別の発熱体である励起光源４０と波長変換部材４とを熱的に分離することができるため、波長変換部材４から、より高輝度の光を出射させることができる。
【０１９４】
（その他の変形例）
以上、本開示に係る光源装置および投光装置について、実施の形態および変形例に基づいて説明したが、本開示は、上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではない。例えば、各実施の形態及び変形例に対して当業者が思いつく各種変形を施して得られる形態、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で各実施の形態及び変形例における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本開示に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１９５】
本開示に係る波長変換素子及び発光装置は、高輝度で照度分布を容易に制御することができるため、車両用前照灯、スポットライト用光源等の各種照明装置などにおいて有用である。
【符号の説明】
【０１９６】
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、３０１、４０１、５０１、６０１、７０１  波長変換素子
２、７０２  支持部材
２ａ、７０２ａ  傾斜部
２ｂ  底部
２ｃ、２３  凹部
２ｄ  周縁部
２ｍ  支持面
２ｓ  光散乱部
２ｔ  頂部
３    反射膜
４、４ｃ、３０４  波長変換部材
４ａ  蛍光材料
４ｂ  透明結合材
１１  密着部材
１２  押さえ部材
１２ａ  貫通孔
１３  ねじ
２４  蛍光体含有部材
２４ｂ  液状バインダ部材
２５  開口マスク
２５ａ  開口部
３１、３２  レンズ
３３  投射部材
３５  透明カバー部材
３６  光ファイバ
５０  固定部材
５０ａ  ねじ穴
６０、６０ｃ、８０１  発光装置
８１  励起光
８２、９６  入射光（励起光）
８２ａ  中心光
８２ｂ  周辺光
８５、９８  散乱光
８５ａ  多重反射光
９１  白色光
９２ａ、９２ｂ  散乱光
９３  蛍光
９４  検出器
９５  出射光
９９  光学フィルタ
１０１、２０１  投光装置
１０２、２０２  散乱部材
１０２ａ  凹凸
１０２ｂ  高屈折率粒子
１０２ｃ  透明結合材
１０２ｄ、１０２ｅ  界面
１１１  下地膜
１１２  反射膜
１１３  接合層
１２４  散乱部材ペースト
１５０  真空コレット
１６０  反射防止膜
２０４ｄ  パターン
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１８Ｃ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８Ａ】
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【図２８Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年4月4日(2018.4.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面を有する支持部材と、
前記支持面上に配置され、励起光を吸収して蛍光を発生する蛍光材料を含む波長変換部材とを備え、
前記支持面は、前記波長変換部材が配置された配置領域と、前記配置領域の外側であって前記波長変換部材から露出する外周領域とを備え、
前記外周領域には、界面に凹凸を有する光散乱部が形成され、
前記配置領域において、前記波長変換部材と前記支持部材との間に前記支持部材と異なる反射部材が配置されている
波長変換素子。
【請求項２】
前記反射部材は、反射膜であり、
前記支持面の前記配置領域及び前記外周領域に形成されている
請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記支持面は、前記配置領域に前記凹凸を有する
請求項１又は２記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記支持部材は、結晶性基板である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項５】
前記凹凸は、傾斜部を有し、前記傾斜部には結晶面が露出する
請求項４に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記凹凸の凹部の深さは、１μｍ以上、４μｍ以下であり、前記凹部の幅に対する深さの比は０．１以上、１以下である
請求項５に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記光散乱部における面粗度は、前記配置領域の面粗度以上である
請求項６に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記凹凸の頂部は曲率を有する
請求項６又は７に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記光散乱部は、前記支持面上に配置された高屈折率粒子及び透明結合材を含む第１の散乱部材である
請求項１又は２に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
前記第１の散乱部材は、前記波長変換部材と前記支持部材の間に配置されている
請求項９に記載の波長変換素子。
【請求項１１】
前記反射部材は第２の散乱部材である
請求項９に記載の波長変換素子。
【請求項１２】
前記第２の散乱部材は、前記第１の散乱部材とは異なる材料である
請求項１１に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
前記支持部材は、シリコン、炭化シリコン又はダイヤモンドを含む
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に前記励起光を照射する励起光源とを備える
発光装置。
【請求項１５】
前記波長変換素子は固定部材上に配置され、
前記外周領域上に押さえ部材が配置され、
前記押さえ部材は、前記固定部材に固定される
請求項１４に記載の発光装置。
【請求項１６】
前記励起光は前記波長変換部材と前記光散乱部とに照射される
請求項１４又は１５に記載の発光装置。
【請求項１７】
前記支持面の前記励起光の光軸を含む断面において、前記励起光の光強度が最大値をとる位置から前記励起光の光強度が前記最大値の１／ｅ２となる位置までの距離をω０として、前記断面における前記光散乱部の幅と前記配置領域の幅との和は、２．２×２ω０以上である
請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
前記光散乱部における前記励起光に対する吸収係数は、前記配置領域における前記励起光に対する吸収係数以上である
請求項１４〜１７のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項１９】
反射膜が形成された支持面を有する支持部材を準備する工程と、
前記支持面に前記反射膜を介して波長変換部材を配置する工程とを備え、
前記支持面には凹凸が形成されている
波長変換素子の製造方法。
【請求項２０】
支持面を有する支持部材を準備する工程と、
高屈折率粒子及び透明結合材を含む第１の散乱部材を準備する工程と、
前記支持面上に前記第１の散乱部材を配置する工程と、
前記支持面に前記波長変換部材を配置する工程とを備え、
前記波長変換部材を配置する工程において、前記支持面は前記波長変換部材から露出する外周領域とを備える
波長変換素子の製造方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６９】
ここで、入射光８２の光軸方向に垂直な断面における２次元強度分布が同心円状で、光強度分布が理想的なガウス分布と仮定する。また、支持面２ｍの入射光８２の光軸を含む断面において、入射光８２の光強度が最大値をとる位置から入射光８２の光強度が最大値の１／ｅ２（約１３．５％）となる位置までの距離をω０とする。また、入射光８２の支持面２ｍにおける径を２ω０とする。つまり、光強度が中心強度（ピーク強度）の１／ｅ２（約１３．５％）以上となる領域の幅を２ω０とする。さらに、波長変換部材４の上面視（支持面２ｍの上面視）における形状が円形で、入射光８２の径２ω０が波長変換部材４の幅Ｗ３と同じであると仮定する。この場合、入射光８２のエネルギーの約８６．５％は波長変換部材４に照射されるが、残りの１３．５％は、波長変換部材４の周辺に照射される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７２】
一方、光出力１０Ｗの入射光８２のうち、約１．３Ｗのパワーを有する周辺光８２ｂは、波長変換部材４に照射されず迷光となり得る。当該迷光は、波長変換素子１からの投射像に悪影響を及ぼす。このような迷光を抑制するために、径２ω０が波長変換部材４の幅Ｗ３より小さい光を入射光とした場合、波長変換部材４の中央に光強度が非常に高い光が照射されるため、波長変換部材４の温度が上昇し、変換効率が低下する。さらに、この場合、波長変換部材４の周縁部には光強度が低い光しか照射されないため、波長変換部材４の上面視における形状に対応する所望の分布形状を有する出射光を得られない。
【国際調査報告】
2017068765.tif 000034
2017068765.tif 000035
2017068765.tif 000036
2017068765.tif 000037