(57)【要約】  波長変換素子（１）は、支持面（２ａ）を有する支持部材（２）と、支持面（２ａ）の上方に配置される波長変換部材（４０）とを備え、波長変換部材（４０）は、支持面（２ａ）の反対側に位置する放射面（６）を有し、放射面（６）は、放射面（６）の周縁を含む周縁領域（６ａ）と、周縁領域（６ａ）に囲まれる中央領域（６ｂ）とを含み、周縁領域（６ａ）の少なくとも一部は、支持面（２ａ）から遠ざかる向きに中央領域（６ｂ）より突出している第１頂部（Ｐ１）を有し、放射面（６）は、第１頂部（Ｐ１）から中央領域（６ｂ）に向かって支持面（２ａ）側に傾斜している第１傾斜部（Ｓ１）を有する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持面を有する支持部材と、
前記支持面の上方に配置される波長変換部材とを備え、
前記波長変換部材は、前記支持面の反対側に位置する放射面を有し、
前記放射面は、前記放射面の周縁を含む周縁領域と、前記周縁領域に囲まれる中央領域とを含み、
前記周縁領域の少なくとも一部は、前記支持面から遠ざかる向きに前記中央領域より突出している第１頂部を有し、
前記放射面は、前記第１頂部から前記中央領域に向かって前記支持面側に傾斜している第１傾斜部を有する
波長変換素子。
【請求項２】
前記中央領域は、前記第１傾斜部より傾斜が緩やかな平坦部を含む
請求項１に記載の波長変換素子。
【請求項３】
前記第１傾斜部における前記放射面には、複数の微小凸部が形成されている
請求項１又は２に記載の波長変換素子。
【請求項４】
前記支持面の前記波長変換部材が配置される配置領域は平面である
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】
前記波長変換部材の前記第１頂部における膜厚は、前記中央領域における膜厚よりも厚い
請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項６】
前記中央領域における前記波長変換部材の膜厚は、１５μｍ以上３５μｍ以下である
請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項７】
前記波長変換部材は、前記中央領域と前記第１頂部とにおいて、同一材料からなる複数の第１蛍光体粒子を含む
請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項８】
前記波長変換部材は、前記複数の第１蛍光体粒子を結合する透明結合材を含む
請求項７に記載の波長変換素子。
【請求項９】
前記波長変換部材は、前記透明結合材と結合する複数の散乱粒子を含む
請求項８に記載の波長変換素子。
【請求項１０】
前記波長変換部材の体積に対して、前記複数の第１蛍光体粒子の総体積は３５％以上６２％以下である
請求項７〜９のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１１】
前記波長変換部材の断面において、前記波長変換部材の断面積に対して、前記複数の第１蛍光体粒子の断面積の合計は４０％以上８０％以下である
請求項７〜９のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１２】
前記第１傾斜部における前記放射面には、複数の微小凸部が形成されており、
前記複数の微小凸部の少なくとも一部は、前記複数の第１蛍光体粒子のうちの一部が前記放射面において突出することにより形成されている
請求項７〜１１のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
前記波長変換部材は、前記複数の第１蛍光体粒子とは異なる第２蛍光体粒子を含み、
前記複数の第１蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）、又はＣｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ１，Ｙｘ１）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ１≦１）を含み、
前記第２蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ２，Ｙｘ２）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ２≦１、ｘ１≠ｘ２）を含む
請求項７〜１２のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１４】
前記周縁領域は、
前記第１頂部とは前記中央領域に対して反対側の位置に配置され、前記支持面から遠ざかる向きに前記中央領域よりも突出している第２頂部を有し、
前記放射面は、前記第２頂部から前記中央領域に向かって前記支持面側に傾斜している第２傾斜部を有する
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１５】
前記第１頂部は、前記第２頂部より前記支持面からの高さが高い
請求項１４に記載の波長変換素子。
【請求項１６】
前記支持面の上面視において、前記波長変換部材は、長尺状の形状を有し、
前記第１頂部は、前記波長変換部材の長手方向に垂直な方向の端部に配置される
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１７】
前記波長変換部材と前記支持部材との間に配置される反射部材をさらに備える
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１８】
前記支持部材は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はダイヤモンドを含む
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項１９】
支持面を有する支持部材と、
前記支持面の上方に配置される波長変換部材とを備え、
前記波長変換部材は、
第１蛍光を発生する複数の第１蛍光体粒子と、
前記第１蛍光と異なるスペクトルの第２蛍光を発生する複数の第２蛍光体粒子と、
前記複数の第１蛍光体粒子と前記複数の第２蛍光体粒子とを結合する透明結合材と、
前記透明結合材と結合し、かつ、前記複数の第１蛍光体粒子及び前記複数の第２蛍光体粒子とは異なる散乱粒子とを含み、
前記複数の第１蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ１，Ｙｘ１）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ１≦１）を含み、
前記複数の第２蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ２，Ｙｘ２）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ２≦１、ｘ１≠ｘ２）を含む
波長変換素子。
【請求項２０】
前記散乱粒子は、金属の酸化物又は窒化物を含む
請求項１９に記載の波長変換素子。
【請求項２１】
前記複数の第１蛍光体粒子及び前記複数の第２蛍光体粒子のメジアン径は、２μｍ以上３０μｍ以下である
請求項１９又は２０に記載の波長変換素子。
【請求項２２】
前記複数の第１蛍光体粒子及び前記複数の第２蛍光体粒子のメジアン径は、３μｍ以上９μｍ以下である
請求項１９〜２１のいずれか１項に記載の波長変換素子。
【請求項２３】
請求項１〜２２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励起光を照射する励起光源とを備える発光装置であって、
前記発光装置からの出射光の輝度は１０００ｃｄ／ｍｍ２以上である
発光装置。
【請求項２４】
請求項１５に記載の波長変換素子と、
前記波長変換素子に励起光を照射する励起光源とを備える発光装置であって、
前記励起光は、前記第２頂部側から前記放射面に対して斜めに入射し、
前記波長変換部材は、前記励起光を波長変換する
発光装置。
【請求項２５】
請求項２３又は２４に記載の発光装置と、
前記発光装置からの出射光が入射され、投影光を出射する投光部材とを備える
照明装置。
【請求項２６】
前記励起光が前記波長変換部材に入射する位置において前記励起光の光軸に直交する直線であって、前記支持面と平行な直線を含み、前記支持面と垂直な平面に対して、前記投影光は、前記平面より前記励起光源側に出射される
請求項２５に記載の照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換素子、並びに、これを備える発光装置及び照明装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、励起光源及び波長変換素子を用いた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種の発光装置として、特許文献１に開示された発光装置について、図２５を用いて説明する。図２５は、従来の発光装置の概略図である。【０００３】
特許文献１に開示された発光装置１０６３は、励起光源１０７０と、励起光集光レンズ１１３９と、蛍光体の層１１３１が取り付けられた波長変換素子（蛍光体ホイール１０７１）と導光装置１０７５とで構成される。【０００４】
蛍光体ホイール１０７１において、蛍光体の層１１３１は反射層１１３８を介して基材１１３０に取り付けられる。基材１１３０は、銅板などの伝熱部材で形成され、その上に銀蒸着などにより構成される反射層１１３８が設けられる。反射層１１３８は、励起光及び蛍光体で生成される光を反射する。【０００５】
励起光源１０７０から射出された励起光は、励起光集光レンズにより集光され、蛍光体の層１１３１に照射される。そして、励起光は、蛍光体の層１１３１の蛍光体によって吸収される。これに伴い蛍光体は蛍光を出射する。この蛍光は導光装置１０７５に導かれる。【０００６】
このとき、基材１１３０として銅板等の伝熱部材を用いることで、蛍光体の層で発した熱を伝熱部材全体に熱を分散して効果的に放熱を行うことが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−８５７４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１に開示されている励起光を蛍光体の層に照射して出射光を得る発光装置１０６３において、より高輝度な出射光を出射させるため、高光密度の光を波長変換素子に照射させた場合、蛍光体の層１１３１の励起光が照射される領域において、局所的に温度が上昇する。このような蛍光体の層の温度の上昇は、蛍光体の変換効率の急激な低下、及び、波長変換素子の破損の原因となる。【０００９】
そこで本開示は、励起光を十分に蛍光に変換でき、かつ、機械的強度が高められた波長変換素子、並びに、当該波長変換素子を備える発光装置及び照明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】
【００１０】
上記課題を解決するために、本開示に係る波長変換素子の一態様は、支持面を有する支持部材と、前記支持面の上方に配置される波長変換部材とを備え、前記波長変換部材は、前記支持面の反対側に位置する放射面を有し、前記放射面は、前記放射面の周縁を含む周縁領域と、前記周縁領域に囲まれる中央領域とを含み、前記周縁領域の少なくとも一部は、前記支持面から遠ざかる向きに前記中央領域より突出している第１頂部を有し、前記放射面は、前記第１頂部から前記中央領域に向かって前記支持面側に傾斜している第１傾斜部を有する。【００１１】
このように、支持部材上に波長変換部材を固着させた波長変換素子において、支持部材と波長変換部材との線膨張係数が異なり得る。このような場合、波長変換部材の膜厚が厚い方が、波長変換素子の温度変化に伴って波長変換部材に加わる応力が緩和され、波長変換部材が支持部材から剥がれることを抑制することができる。【００１２】
一方、波長変換部材の膜厚が薄い方が波長変換部材の温度上昇を抑制できる。したがって、本開示の波長変換素子においては、波長変換部材の膜厚が薄い中央領域に励起光を照射すれば、波長変換部材の温度上昇を抑制することで励起光を十分に蛍光に変換できる。【００１３】
また中央領域の周辺に波長変換部材の膜厚が厚い周辺部を設けることで、波長変換素子の環境温度変化や、波長変換素子を発光させたときの温度変化に対して、波長変換部材の支持部材からの剥がれなどを抑制することができる。つまり、本実施の形態に係る波長変換素子においては、機械的強度を高めることができる。【００１４】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記中央領域は、前記第１傾斜部より傾斜が緩やかな平坦部を含んでもよい。【００１５】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記第１傾斜部における前記放射面には、複数の微小凸部が形成されていてもよい。【００１６】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記支持面の前記波長変換部材が配置される配置領域は平面であってもよい。【００１７】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材の前記第１頂部における膜厚は、前記中央領域における膜厚よりも厚くてもよい。【００１８】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記中央領域における前記波長変換部材の膜厚は、１５μｍ以上３５μｍ以下であってもよい。【００１９】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材は、前記中央領域と前記第１頂部とにおいて、同一材料からなる複数の第１蛍光体粒子を含んでもよい。【００２０】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材は、前記複数の第１蛍光体粒子を結合する透明結合材を含んでもよい。【００２１】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材は、前記透明結合材と結合する複数の散乱粒子を含んでもよい。【００２２】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材の体積に対して、前記複数の第１蛍光体粒子の総体積は３５％以上６２％以下であってもよい。【００２３】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材の断面において、前記波長変換部材の断面積に対して、前記複数の第１蛍光体粒子の断面積の合計は４０％以上８０％以下であってもよい。【００２４】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記第１傾斜部における前記放射面には、複数の微小凸部が形成されており、前記複数の微小凸部の少なくとも一部は、前記複数の第１蛍光体粒子のうちの一部が前記放射面において突出することにより形成されていてもよい。【００２５】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材は、前記複数の第１蛍光体粒子とは異なる第２蛍光体粒子を含み、前記複数の第１蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）、又はＣｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ１，Ｙｘ１）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ１≦１）を含み、前記第２蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ２，Ｙｘ２）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ２≦１、ｘ１≠ｘ２）を含んでもよい。【００２６】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記周縁領域は、前記第１頂部とは前記中央領域に対して反対側の位置に配置され、前記支持面から遠ざかる向きに前記中央領域よりも突出している第２頂部を有し、前記放射面は、前記第２頂部から前記中央領域に向かって前記支持面側に傾斜している第２傾斜部を有してもよい。【００２７】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記第１頂部は、前記第２頂部より前記支持面からの高さが高くてもよい。【００２８】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記支持面の上面視において、前記波長変換部材は、長尺状の形状を有し、前記第１頂部は、前記波長変換部材の長手方向に垂直な方向の端部に配置されてもよい。【００２９】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記波長変換部材と前記支持部材との間に配置される反射部材をさらに備えてもよい。【００３０】
また、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（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はダイヤモンドを含んでもよい。【００３１】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様は、支持面を有する支持部材と、前記支持面の上方に配置される波長変換部材とを備え、前記波長変換部材は、第１蛍光を発生する複数の第１蛍光体粒子と、前記第１蛍光と異なるスペクトルの第２蛍光を発生する複数の第２蛍光体粒子と、前記複数の第１蛍光体粒子と前記複数の第２蛍光体粒子とを結合する透明結合材と、前記透明結合材と結合し、かつ、前記複数の第１蛍光体粒子及び前記複数の第２蛍光体粒子とは異なる散乱粒子とを含み、前記複数の第１蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ１，Ｙｘ１）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ１≦１）を含み、前記複数の第２蛍光体粒子は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ２，Ｙｘ２）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ２≦１、ｘ１≠ｘ２）を含む。【００３２】
このように、波長変換部材が、互いに異なるスペクトルの蛍光を出射する第１蛍光体粒子と第２蛍光体粒子とを含むため、各粒子の混合比を調整することで、より自由に出射光の色度座標を調整することができる。【００３３】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記散乱粒子は、金属の酸化物又は窒化物を含んでもよい。【００３４】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記複数の第１蛍光体粒子及び前記複数の第２蛍光体粒子のメジアン径は、２μｍ以上３０μｍ以下であってもよい。【００３５】
また、本開示に係る波長変換素子の一態様において、前記複数の第１蛍光体粒子及び前記複数の第２蛍光体粒子のメジアン径は、３μｍ以上９μｍ以下であってもよい。【００３６】
また、本開示に係る発光装置の一態様は、前記波長変換素子と、前記波長変換素子に励起光を照射する励起光源とを備える発光装置であって、前記発光装置からの出射光の輝度は１０００ｃｄ／ｍｍ２以上である。【００３７】
また、本開示に係る発光装置の一態様は、前記波長変換素子と、前記波長変換素子に励起光を照射する励起光源とを備える発光装置であって、前記励起光は、前記第２頂部側から前記放射面に対して斜めに入射し、前記波長変換部材は、前記励起光を波長変換する。【００３８】
また、本開示に係る照明装置の一態様は、前記発光装置と、前記発光装置からの出射光が入射され、投影光を出射する投光部材とを備えてもよい。【００３９】
また、本開示に係る照明装置の一態様において、前記励起光が前記波長変換部材に入射する位置において前記励起光の光軸に直交する直線であって、前記支持面と平行な直線を含み、前記支持面と垂直な平面に対して、前記投影光は、前記平面より前記励起光源側に出射されてもよい。
【発明の効果】
【００４０】
本開示によれば、励起光を十分に蛍光に変換でき、かつ、機械的強度が高められた波長変換素子、並びに、当該波長変換素子を備える発光装置及び照明装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】図１は、実施の形態１の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の支持面の上面視における形状を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係る波長変換素子の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る照明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に係る発光装置の波長変換素子近傍の拡大図である。
【図６】図６は、実施の形態１に係る波長変換素子の光学特性を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係る波長変換部材から出射される出射光の輝度の測定結果を示すグラフである。
【図８】図８は、実施の形態１に係る波長変換素子の波長変換部材を三つの異なる方法によって製造した場合の各表面形状の測定結果を示すグラフである。
【図９】図９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１０】図１０は、実施の形態１の変形例２に係る発光装置と照明装置の構成を説明する模式的な図である。
【図１１】図１１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上面図である。
【図１２】図１２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１３】図１３は、実施の形態２に係る波長変換素子の断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。
【図１４】図１４は、実施の形態２に係る波長変換素子にピーク波長が４４７ｎｍの励起光を照射した場合の出射光のスペクトルを示すグラフである。
【図１５】図１５は、実施の形態２に係る波長変換素子において、第１蛍光体粒子と散乱粒子との比率を変化させた場合の出射光の色度座標の変化を示したグラフである。
【図１６】図１６は、実施の形態２に係る波長変換素子において、出射光の色度座標の励起光のピーク波長依存性を測定した結果を示すグラフである。
【図１７】図１７は、波長変換部材を構成し得る材料の屈折率及び熱伝導率を示す図である。
【図１８】図１８は、実施の形態３に係る波長変換部材で用いるＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体と、実施の形態１で用いたＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体との量子効率の温度依存性を示す図である。
【図１９】図１９は、実施の形態３に係る波長変換素子を搭載した発光装置の特性を示す図である。
【図２０】図２０は、実施の形態３に係る発光装置の半導体発光装置の駆動電流が２．３アンペアであるときの、蛍光体表面の発光領域の輝度分布を測定した結果を示すグラフである。
【図２１】図２１は、実施の形態４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２２】図２２は、実施の形態４に係る波長変換素子を用いた発光装置の出射光のスペクトル特性を示すグラフである。
【図２３】図２３は、実施の形態４に係る波長変換素子を搭載した発光装置において、波長変換素子の構成を変化させた場合の出射光の色度座標の変化を示す図である。
【図２４Ａ】図２４Ａは、実施の形態５に係る照明装置の構成を示す模式的な断面図である。
【図２４Ｂ】図２４Ｂは、実施の形態５に係る波長変換素子及びその周辺の拡大断面図である。
【図２４Ｃ】図２４Ｃは、実施の形態５に係る照明装置、及び、照明装置から投影される投影像を示す模式的な斜視図である。
【図２４Ｄ】図２４Ｄは、実施の形態５に係る波長変換部材の形状を示す写真である。
【図２４Ｅ】図２４Ｅは、実施の形態５に係る波長変換素子の膜厚の第１の測定結果を示すグラフである。
【図２４Ｆ】図２４Ｆは、実施の形態５に係る波長変換素子の膜厚の第２の測定結果を示すグラフである。
【図２４Ｇ】図２４Ｇは、実施の形態５に係る波長変換素子の膜厚の第３の測定結果を示すグラフである。
【図２４Ｈ】図２４Ｈは、実施の形態５に係る波長変換素子の発光領域における色分布を示したグラフである。
【図２５Ａ】図２５Ａは、実施の形態６に係る発光装置における波長変換素子及び励起光の照射方向を示す模式的な断面図である。
【図２５Ｂ】図２５Ｂは、実施の形態６に係る発光装置の波長変換素子の輝度分布を示すグラフである。
【図２５Ｃ】図２５Ｃは、実施の形態６に係る発光装置の実験結果の概要を示す表である。
【図２６】図２６は、従来の発光装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、各実施の形態について図面を参照して説明する。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、形状、材料、構成要素、及び、構成要素の配置位置や接続形態などは、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。図面は、模式的又は概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。実質的に同じ部分を表す場合であっても、図面により寸法や比率が異なって表される場合もある。実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。
【００４３】
また、本明細書において、「上方」という用語は、絶対的な空間認識における上方向（鉛直上方）を指すものではなく、積層構成における積層順を基に相対的な位置関係により規定される用語として用いる。また、「上方」という用語は、２つの構成要素が互いに間隔をあけて配置されて２つの構成要素の間に別の構成要素が存在する場合のみならず、２つの構成要素が互いに密着して配置されて２つの構成要素が接する場合にも適用される。
【００４４】
（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。
【００４５】
［基本構成］
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。本実施の形態に係る波長変換素子１は、図１に示すように、支持面２ａを有する支持部材２と、支持面２ａの上方に配置される波長変換部材４０とを備える素子である。
【００４６】
支持部材２は、波長変換部材４０を支持する部材である。本実施の形態では、支持部材２は、板状の形状を有し、平面状の支持面２ａに配置された反射部材３を介して波長変換部材４０を支持する。支持部材２は、波長変換部材４０で発生した熱を放散するヒートシンクとして機能する。
【００４７】
波長変換部材４０は、励起光８４を吸収して蛍光を放射する複数の第１蛍光体粒子４１と、複数の第１蛍光体粒子４１を結合する透明結合材４２とを含む。波長変換部材４０は、支持面２ａ側に位置する接合面７と、支持面の反対側に位置する放射面６とを有する。放射面６は、接合面７と対向し、励起光８４が入射され、出射光９５を放射する放射面６を備える。支持面２ａのうち、接合面７と対向する領域が、波長変換部材４０が配置される配置領域２ｄである。本実施の形態では、配置領域２ｄは、平面である。
【００４８】
波長変換部材４０の放射面６から第１出射光８５と第２出射光９１とを含む出射光９５が放射される。第１出射光８５は、散乱された励起光８４である。第２出射光９１は、励起光８４が波長変換された蛍光である。また、波長変換部材４０の放射面６は、複数の微小凸部５ａ及び複数の微小凹部５ｂを備える。
【００４９】
放射面６は、放射面６の周縁Ｅ１及びＥ２を含む周縁領域６ａと、周縁領域６ａに囲まれる中央領域６ｂとを含む。周縁領域６ａの少なくとも一部は、支持面２ａから遠ざかる向きに中央領域６ｂより突出している第１頂部Ｐ１を有する。放射面６は、第１頂部Ｐ１から中央領域６ｂに向かって支持面２ａ側に傾斜している第１傾斜部Ｓ１を有する。なお、放射面６は、微視的には微小な多数の凹凸が形成されているが、巨視的に見れば第１頂部Ｐ１から中央領域６ｂに向かって支持面２ａ側に傾斜している第１傾斜部Ｓ１を有する。波長変換部材４０は、中央領域６ｂと第１頂部Ｐ１とにおいて、同一材料からなる複数の第１蛍光体粒子４１を含む。
【００５０】
本実施の形態では、第１傾斜部Ｓ１における放射面６には、複数の微小凸部５ａが形成されている。なお、ここでいう微小凸部５ａは、放射面６を微視的に見た場合に多数検知される凸部である。微小凸部５ａの支持面２ａに平行な方向の寸法は、波長変換部材４０の膜厚の５０％以下である。また、中央領域６ｂは、第１傾斜部Ｓ１より傾斜が緩やかな平坦部Ｆ１を含む。なお、図１に示す例では、平坦部Ｆ１は、中央領域６ｂの一部であるが、中央領域６ｂ全体が平坦部Ｆ１であってもよい。また、周縁領域６ａが平坦部Ｆ１を含んでもよい。また、ここでいう平坦部Ｆ１には、微小な凹凸が形成されていてもよく、巨視的に平坦であればよい。例えば、平坦部Ｆ１は、支持面２ａに平行な方向の寸法が波長変換部材４０の膜厚の５０％以下程度の凹凸を含んでもよい。
【００５１】
また、本実施の形態では、周縁領域６ａは、第１頂部Ｐ１とは中央領域６ｂに対して反対側の位置に配置され、支持面２ａから遠ざかる向きに中央領域６ｂよりも突出している第２頂部Ｐ２を有する。放射面６は、第２頂部Ｐ２から中央領域６ｂに向かって支持面２ａ側に傾斜している第２傾斜部Ｓ２を有する。
【００５２】
以上のように、本実施の形態では、波長変換部材４０の膜厚は、周縁領域６ａの第１頂部Ｐ１及び第２頂部Ｐ２付近において中央領域６ｂよりも厚い。つまり、第１頂部Ｐ１から第２頂部Ｐ２にかけて凹状の形状が形成されている。図１に示すように、波長変換部材４０の第１頂部Ｐ１における膜厚ｄｅは、中央領域６ｂにおける膜厚ｄｃよりも厚い（ｄｅ＞ｄｃ）。
【００５３】
本実施の形態では、支持面２ａから第１頂部Ｐ１までの高さが、支持面２ａから第２頂部Ｐ２までの高さより高い。ここで、後述するように、励起光８４は、波長変換部材４０の中央領域６ｂに斜めに入射される。このため、本実施の形態のように、支持面２ａから第１頂部Ｐ１までの高さが、支持面２ａから第２頂部Ｐ２までの高さより高い場合、励起光８４を第２頂部Ｐ２側から第１頂部Ｐ１に向かう方向に入射することで、励起光８４が波長変換部材４０の周縁領域６ａによって遮られることを軽減できる。したがって、励起光８４のうち、中央領域６ｂに入射される成分の割合を高めることができる。つまり、励起光８４の利用効率を高めることができる。
【００５４】
図１に示す波長変換部材４０においては、中央領域６ｂを通る断面において、上述のとおり、一方の周縁領域６ａ（図１の右側の周縁領域６ａ）に中央領域６ｂより突出する第１頂部Ｐ１が形成される。放射面６は、第１頂部Ｐ１から放射面６の周縁Ｅ１に向かって、支持面２ａ側に急激に傾斜する第３傾斜部Ｓ３を有する。他方の周縁領域６ａ（図１の左側の周縁領域６ａ）には、同様に第２頂部Ｐ２が形成される。放射面６は、第２頂部Ｐ２から放射面６の周縁Ｅ２に向かって、支持面２ａ側に急激に傾斜する第４傾斜部Ｓ４を有する。
【００５５】
反射部材３は、波長変換部材４０と支持部材２との間に配置され、励起光及び蛍光の少なくとも一方を反射する部材である。本実施の形態では、反射部材３は、支持部材２の支持面２ａに形成された反射膜である。
【００５６】
以上に述べた構成を備える波長変換素子１の機能について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子１では、波長変換部材４０の放射面６に、図示しない励起光源より出射された励起光８４が入射する。本実施の形態では、励起光８４としてレーザ光を用いる。このとき励起光８４は所定の小さい領域に強い光強度の光が収束された光密度の高い光である。図１においては、波長変換素子１に入射される励起光８４のうち、放射面６の中央領域６ｂの一部である励起領域１５０に大部分が入射される。
【００５７】
励起領域１５０に入射した励起光８４は、波長変換部材４０の第１蛍光体粒子４１又は透明結合材４２に入射する。なお、波長変換部材４０の放射面６及び内部には、屈折率の異なる媒体の界面、つまり、空気と波長変換部材４０との界面及び第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との界面が存在する。このため、波長変換部材４０に入射した励起光８４は、波長変換部材４０の放射面６及び内部で乱反射又は多重反射されて、一部の励起光８４は第１出射光８５（図１に示す実線の矢印）として波長変換部材４０から放射される。このとき第１出射光８５は、波長変換部材４０の放射面６及び内部に存在する界面により乱反射又は多重反射されている。そのため、第１出射光８５は、レーザ光からなる励起光８４の指向性が低減されている。したがって、波長変換素子１は第１出射光８５を出射方向が全方位となる光として放射させることができる。つまり、本実施の形態に係る波長変換素子１においては、十分な散乱作用を確保できる。
【００５８】
一方、励起光８４の一部は、第１蛍光体粒子４１によって吸収され、波長変換された蛍光となり放射される。この蛍光は、直接、又は、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との界面等に乱反射又は多重反射された後、波長変換部材４０の放射面６から第２出射光９１（図１に示す破線の矢印）として放射される。
【００５９】
したがって、波長変換素子１の放射面６からは、第１出射光８５と第２出射光９１が混合した混合光である出射光９５が出射される。このとき出射光９５が出射する領域は、第１出射光８５及び第２出射光９１のいずれも波長変換部材４０内で多重反射されるため、励起領域１５０よりも大きい領域である発光領域１５１から出射される。
【００６０】
以下、必須ではない任意の構成要素を含め、より具体的な実施の形態について説明を行う。
【００６１】
図１に示すように、波長変換素子１において、支持部材２の支持面２ａには反射部材３が配置されており、反射部材３の表面に波長変換部材４０が配置されている。反射部材３は、主に金属からなる第１反射膜３ｂと、主に誘電体多層膜からなる第２反射膜３ｃと、支持部材２と第１反射膜３ｂを密着させるための密着層３ａとを含む。
【００６２】
波長変換部材４０は、複数の第１蛍光体粒子４１と、複数の第１蛍光体粒子４１とを結合する透明結合材４２とを含む。複数の第１蛍光体粒子４１は透明結合材４２中に分散されていてもよい。
【００６３】
第１蛍光体粒子４１として、励起光の波長が、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の青色光である場合は、セリウム（Ｃｅ）が賦活された（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）などのイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系の蛍光体を用いることができる。そして、波長変換部材に含まれる第１蛍光体粒子４１のメジアン径Ｄ５０は、例えば２μｍ以上３０μｍ以下である。またこのような第１蛍光体粒子４１を用いる場合、波長変換部材４０の膜厚は、例えば、励起領域１５０において、２μｍ以上５０μｍ以下である。
【００６４】
第１蛍光体粒子４１を構成する材料としては、その他、蛍光体から放射させる光の波長に応じて、ユーロピウム（Ｅｕ）賦活α―ＳｉＡｌＯＮ、Ｅｕ賦活（Ｂａ、Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２等を用いることができる。このとき、第１蛍光体粒子４１は、励起光８４を第２出射光９１に変換する際に、第１蛍光体粒子４１で発生する熱を速やかに支持部材２に排熱するため、熱伝導率の高い材料、例えば５Ｗ／ｍＫ以上である材料で構成される。
【００６５】
透明結合材４２は、第１蛍光体粒子４１との屈折率差が大きい透明材料で形成されてもよい。これにより、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との界面における光の散乱効果を高めることができる。透明結合材４２を形成する材料は、例えば、シリコン（Ｓｉ）と酸素（Ｏ）を主成分とした透明材料であり、ガラス、シルセスキオキサン、シリコーンなどが例として挙げられる。
【００６６】
波長変換部材４０の中において、複数の第１蛍光体粒子４１は、励起光８４を第２出射光９１に変換する際に、第１蛍光体粒子４１で発生する熱を速やかに支持部材２に排熱できる構成を有してもよい。具体的には、透明結合材４２よりも熱伝導率の高い複数の第１蛍光体粒子４１は互いに近接して配置される。そして、複数の第１蛍光体粒子４１の間に透明結合材４２が充填されている。このとき、励起光８４を第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との界面で散乱させるため、界面の面積は大きいほどよい。したがって、隣り合う第１蛍光体粒子４１は、近接しながらも励起光８４の波長以上に離れており、その間に透明結合材４２が充填される構成であってもよい。このとき、隣り合う第１蛍光体粒子４１は一部が接触しても問題はない。
【００６７】
支持部材２を形成する材料は、波長変換素子１で発生した熱をより効率的に吸収するために、熱伝導率が高く、かつ、透明結合材４２と熱膨張係数差が小さい材料であってもよい。例えば、支持部材２を形成する材料は、熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ以上で、熱膨張係数が１×１０−５／Ｋ以下の材料であってもよい。具体的には、支持部材２は、シリコン（Ｓｉ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）又はダイヤモンドなど含んでもよい。また、支持部材２は、これらの材料からなる半導体結晶基板又はセラミック基板などであってもよい。
【００６８】
反射部材３は、例えば、励起光８４のスペクトル及び第１蛍光体粒子４１で発生する蛍光のスペクトルに高い反射率を有する。つまり、波長変換部材４０に入射した励起光８４や、波長変換部材４０で生成された第１出射光８５及び第２出射光９１のうち、反射部材３に到達した光を効率良く波長変換部材４０側に反射させる機能を有する。したがって、第１反射膜３ｂは、具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、銀合金、プラチナ（Ｐｔ）などの金属膜を用いて形成される。また、第２反射膜３ｃは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２などの誘電体膜を用いて多層膜として形成される。
【００６９】
そして、反射部材３が形成される支持部材２の支持面２ａは、平面でかつ鏡面に加工されていてもよい。これにより支持面２ａ上に形成される反射部材３を平坦な膜で構成することができる。したがって、反射部材３に到達した第１出射光８５及び第２出射光９１を効率よく反射させることができる。
【００７０】
［詳細構成及び製造方法］
続いて、波長変換素子１の具体的な形状及び寸法について製造方法も加えて説明する。なお、波長変換素子１の製造方法については、必須ではない方法も含めて、具体的に説明する。
【００７１】
まず、支持部材２の元となるウエハ状の部材を準備する。本実施の形態では、支持部材２として直径が３インチで厚さが０．３８ｍｍのシリコン基板であるウエハを準備する。シリコン基板として、支持面２ａ側が、メカノケミカルポリッシングにより鏡面でかつ平面に加工されたものを用いる。
【００７２】
続いて、支持部材２の一方の主面である支持面２ａに、蒸着方法などにより、密着層３ａ、第１反射膜３ｂ及び第２反射膜３ｃを順に成膜することによって反射部材３を形成する。より具体的には、反射部材３は、支持部材２側から順に、厚さが１２７ｎｍのＡｌ２Ｏ３と厚さが２７ｎｍのＮｉとからなる密着層３ａ、厚さが１５０ｎｍのＡｇである第１反射膜３ｂ、及び、厚さが７５ｎｍのＡｌ２Ｏ３と厚さが２５ｎｍのＳｉＯ２と厚さが２８ｎｍのＴｉＯ２とからなる第２反射膜３ｃを含む。第２反射膜３ｃは、第１反射膜３ｂを保護するための表面保護層と、金属で構成される第１反射膜３ｂでの光吸収を抑制するための反射層との両方の機能を有する。また密着層３ａは、後述に記載するウエハを個片の波長変換素子１に分割する際のダイシング工程において、支持部材２から反射部材３が剥離するのを抑制する。
【００７３】
続いて、支持部材２の支持面２ａの上方に、所定の開口部が複数形成されたスクリーンメッシュ印刷マスクを配置する。このとき開口部は、面内に２ｍｍ以上１０ｍｍ以下のピッチで２次元に形成される。本実施の形態においては、３．５ｍｍのピッチのものと、５ｍｍのピッチのものとを作製した。例えば、５ｍｍのピッチでは、直径３インチの範囲内に１００個程度の開口部が形成される。スクリーンメッシュ印刷マスクは、例えば、ステンレスなどの金属繊維、又は、ポリエステルなどの合成繊維を織って形成されている。メッシュの網目を通過させて印刷することで、メタルなどの開口マスクに比べて通過するペーストの体積が小さくなるので、印刷で薄膜を形成することできる。また、開口部の形状として、所望の波長変換部材４０の形状に合わせたものを用いることで、波長変換部材４０の形状を自由に形成することができる。また、スクリーンメッシュ印刷マスクの厚さは、波長変換素子１の波長変換部材４０の所望の膜厚に応じて設定することができる。
【００７４】
続いて、透明結合材４２を構成する原材料を有機溶媒に溶かしたものに第１蛍光体粒子４１を混合させた蛍光体ペーストを作製する。このとき、メジアン径Ｄ５０がそれぞれ３、４、６、９μｍのＣｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体を用いて、第１蛍光体粒子４１のメジアン径をパラメーターとして変化させて、蛍光体ペーストを作製する。また、本実施の形態に係る波長変換部材４０では、透明結合材４２として、主成分がポリメチルシルセスキオキサンである透明材料を用いた。したがって、蛍光体ペーストとしては、有機溶媒にシルセスキオキサンを溶かした透明結合材に、上記の第１蛍光体粒子４１を複数、分散させたものを用いた。このとき有機溶媒は、後述の高温硬化工程における温度に対して沸点が低いものを選択する。そして、高温硬化工程後に、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２の比率が所望の値になるように混合比が決定される。また、有機溶媒の分量は、前述の蛍光体ペーストが所望の粘度になるように決定される。
【００７５】
続いて、上記の工程において製造した蛍光体ペーストを、ウエハの上方のスクリーンメッシュ印刷マスクの開口部に注入する。このとき、蛍光体ペーストは開口部を十分に満たすように配置する。
【００７６】
続いて、スキージで開口部から溢れた不要な蛍光体ペーストを除去するとともに、スクリーンメッシュ印刷マスクをウエハの支持面２ａに押し付けて離すことで、開口部に充填された蛍光体ペーストを支持面２ａに転写する。
【００７７】
続いて、印刷マスクを取り外し、所定のパターンで複数の蛍光体ペーストが表面に形成されたウエハを、高温炉等によって、例えば、約２００℃の温度下で、約２時間、加熱する。この高温硬化工程により、蛍光体ペースト中の透明結合材の原材料が縮合し、透明結合材４２内に複数の第１蛍光体粒子４１が固着されたウエハ状の波長変換素子が形成される。このようにして製造された波長変換素子１について図２を用いて説明する。
【００７８】
図２は、本実施の形態に係る波長変換素子１の支持面２ａの上面視における形状を示す図である。図２には、上記の製造工程を用いて製造した波長変換素子１の一部の上面視における写真（ａ）と、写真（ａ）に示される一つの波長変換素子１を拡大した平面図（ｂ）とが示される。平面図（ｂ）には、波長変換素子１における波長変換部材４０及び支持部材２の形状が模式的に示されている。なお、写真（ａ）及び平面図（ｂ）において破線で示される枠は、後述するように個片化された後の支持部材２の輪郭を示す。
【００７９】
本実施の形態では、スクリーンメッシュ印刷マスクとしては、直径２．６ｍｍの円形の開口部が３．７ｍｍのピッチで形成されたものを用いて、ウエハ上に波長変換部材４０を複数形成した。
【００８０】
次に、上記工程により作製した膜厚が２μｍ以上５０μｍ以下の波長変換部材４０が複数個固着されたウエハは、ダイシングにより分割される。具体的にはブレード幅０．２ｍｍのダイシングブレードを用いて、３．７ｍｍピッチで分割する。このときダイシングブレードの厚さに対応する幅０．２ｍｍの分割部分が、ダイシングブレードによって削られるため、図２の平面図（ｂ）に示すような３．５ｍｍ角の波長変換素子１が製造される。
【００８１】
上記の製造方法により支持部材２上に、膜厚が２μｍ以上５０μｍ以下の波長変換部材４０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。
【００８２】
このようにして製造された波長変換素子１の特徴について図２及び図３を用いてより詳しく説明する。図３は、本実施の形態に係る波長変換素子１の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した写真である。図３においては、図２に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面が示されている。なお、図３には、断面写真（ａ）とその一部を拡大した拡大写真（ｂ）とが示されている。拡大写真（ｂ）は、断面写真（ａ）の破線枠部を拡大した写真である。なお、図３に示す包埋樹脂は、走査型電子顕微鏡での観察のために用いられる樹脂であり、波長変換素子１の構成要素ではない。
【００８３】
図２に示すように、支持面２ａの上面視において、支持部材２の周縁部は波長変換部材４０から露出している。つまり、波長変換素子１において、波長変換部材４０の配置領域は支持部材２の外形よりも小さくなるように形成される。このように波長変換素子１が形成されることにより、波長変換素子１を例えば発光装置の部品として用いる場合に、波長変換素子１の周辺の波長変換部材４０が形成されていない領域をコレットなどでチャックし、搬送することで、発光装置の基台等の、波長変換素子１を配置する場所に容易に固定できる。
【００８４】
また、図３に示すように波長変換素子１は、シリコン基板である支持部材２と、支持部材２上に配置される銀膜、誘電体多層膜などで構成される反射部材３と、反射部材３上に配置される波長変換部材４０とを備える。波長変換部材４０は、複数の第１蛍光体粒子４１と、シルセスキオキサンで構成される透明結合材４２とからなる。図３に示す例では、波長変換部材４０の膜厚は約２０μｍであった。また、第１蛍光体粒子４１は透明結合材４２内に分散されているが、隣り合う第１蛍光体粒子４１同士は近接する。このように配置することで、第１蛍光体粒子４１で発生した熱を隣り合う第１蛍光体粒子４１を介して効率良く支持部材２に伝導させることができる。つまり、主に、透明結合材４２より熱伝導率が高い第１蛍光体粒子４１を介して、第１蛍光体粒子４１で発生した熱を支持部材２に伝導させることができる。また、波長変換部材４０の表面（放射面６）には複数の微小凸部５ａが形成されている。複数の微小凸部５ａの少なくとも一部は、複数の第１蛍光体粒子４１のうちの一部が放射面６において突出することにより形成されている。つまり、第１蛍光体粒子４１の表面に沿った微小凸部５ａが形成される。微小凸部５ａの横に微小凹部５ｂが形成される。このように波長変換部材４０の表面に微小な凹凸を形成することで、励起光８４を効率良く散乱させることができる。さらに、図３の断面写真（ａ）に示すように、粒子数５個から１０個分程度の間隔でなだらかな凹凸も形成される。このなだらかな凹凸の周期、つまり、隣り合う凸部間の間隔又は隣り合う凹部間の間隔は、波長変換部材４０の当該凹凸部の平均膜厚の５０％より大きく、５倍以下程度である。このように、微小な凹凸と比較的なだらかな凹凸を波長変換部材表面に形成することで、励起光８４をより効率良く散乱させることができる。
【００８５】
［発光装置及び照明装置］
続いて実施の形態１に係る波長変換素子を用いた発光装置及び照明装置について図４を用いて詳細に説明する。図４は、本実施の形態に係る照明装置２０１の構成を示す模式的な断面図である。
【００８６】
図４に示すように、本実施の形態に係る照明装置２０１は、発光装置１０１と、投光部材２２０とを備える。
【００８７】
投光部材２２０は、発光装置１０１からの出射光９５が入射され投影光９６を出射する光学部材である。本実施の形態では、投光部材２２０は、パラボリックミラーなどの曲面ミラーである。
【００８８】
本実施の形態に係る発光装置１０１は、主に、上述の波長変換素子１と、半導体発光装置１１０と、集光光学部材１２０とを備える。
【００８９】
発光装置１０１において、半導体発光装置１１０と、波長変換素子１とは基台５０に固定される。基台５０は、アルミニウム合金などの金属で構成される筐体である。
【００９０】
半導体発光装置１１０は、波長変換素子に励起光を照射する励起光源である。本実施の形態において、半導体発光装置１１０は、例えば、ＴＯ−ＣＡＮタイプの半導体レーザであり、プリント回路板１６０に接続される。半導体発光装置１１０には、半導体発光素子１１１が実装される。半導体発光装置１１０は、基台５０の底面に形成された開口部に挿入される。半導体発光素子１１１から出射される出射光８１は、図４の上方に出射される。
【００９１】
集光光学部材１２０は、レンズ１２０ａと、反射面を有する反射光学素子１２０ｂとで構成される。そして、レンズ１２０ａと反射光学素子１２０ｂとは、半導体発光装置１１０の上方に配置される。
【００９２】
発光装置１０１は、さらに光検出器１３０が実装されたプリント回路板１６０を備える。プリント回路板１６０は基台５０の底面側に配置され、プリント回路板１６０には外部回路との接続用のコネクタ１７０が接続される。
【００９３】
半導体発光素子１１１は、光導波路の幅が１０μｍ以上のマルチモードレーザである。反射光学素子１２０ｂは、例えば、複数の凹型ミラー面が形成された反射ミラーである。この構成により半導体発光素子１１１から図４における上向きに出射した出射光８１は、レンズ１２０ａより平行光となり、反射光学素子１２０ｂに入射する。反射光学素子１２０ｂに入射した出射光８１は、反射光学素子１２０ｂの凹型ミラー面で図４における下向きに反射し、波長変換素子１に斜め上方から照射する励起光８４となる。つまり、波長変換素子１に照射された励起光８４は、波長変換素子１の波長変換部材４０で一部の光が変換され、散乱光からなる第１出射光８５と、蛍光からなる第２出射光９１とで構成される出射光９５となり発光装置１０１から出射される。
【００９４】
発光装置１０１から出射された出射光９５は、投光部材２２０で、ほぼ平行光である投影光９６となり照明装置２０１から出射される。
【００９５】
上記の発光装置１０１は、コネクタ１７０を備える。コネクタ１７０は、外部回路との接続が可能なコネクタである。これにより半導体発光装置１１０及びプリント回路板１６０に外部から電力を印加することができる。発光装置１０１はさらにフォトダイオードなどの光検出器１３０を備える。光検出器１３０は、プリント回路板１６０上に実装される。これにより波長変換素子１からの光を受光して、発光装置１０１の発光状態を示す検出信号を外部へ出力できる。また、波長変換素子１の上部に、例えばカバーガラスである透光部材１４０が配置される。透光部材１４０は、基台５０と同様にアルミニウムなどの金属で形成されたホルダ５３に取り付けられ、基台５０に固定された波長変換素子１や集光光学部材１２０を覆うように固定される。これにより、発光装置１０１を構成する集光光学部材１２０及び波長変換素子１を保護することができる。本実施の形態に係る発光装置１０１は、半導体発光装置１１０と集光光学部材１２０とを、電気配線に用いるプリント回路板１６０の上方に配置し、下方に配置された波長変換素子１に斜め上方から励起光８４を入射することができる。このため発光装置１０１を、薄型化できる。
【００９６】
また、励起光８４は、第２頂部Ｐ２側から放射面６に対して斜めに入射し、波長変換部材４０は、励起光８４を波長変換する。このように、励起光８４を第２頂部Ｐ２側から第１頂部Ｐ１に向かう方向に入射することで、励起光８４が波長変換部材４０の周縁領域６ａによって遮られることを軽減できる。したがって、励起光８４のうち、中央領域６ｂに入射される成分の割合を高めることができる。つまり、励起光８４の利用効率を高めることができる。
【００９７】
また、上記構成において、反射光学素子１２０ｂを用いて、励起光８４のビーム形状を整形する。この構成により、波長変換素子１に照射される励起光８４の光強度分布を均一にすることができる。
【００９８】
また、本実施の形態では、図４に示すように、励起光８４が、波長変換部材４０に入射する向きに対して、ほぼ逆向きに投影光９６が出射される。言い換えると、励起光８４が波長変換部材４０に入射する位置において励起光８４の光軸に直交する直線であって、支持面と平行な直線を含み、支持面２ａと垂直な平面ＰＶに対して、投影光９６は、平面ＰＶより励起光源（半導体発光装置１１０）側に出射される。
【００９９】
さらに、発光装置１０１は半導体レーザ装置である半導体発光装置１１０と蛍光体を含む波長変換素子１を用いて発光させる。このため、発光ダイオードなどを用いる場合より、波長変換素子１から輝度が高い光を出射することができる。そして投光部材２２０を用いて、発光装置１０１からの出射光を遠方に照射できる。
【０１００】
［波長変換素子の固定］
本実施の形態に係る発光装置１０１において、波長変換素子１の固定部付近の詳細な構成を、図面を用いて説明する。図５は、図４に示す発光装置１０１の波長変換素子１近傍の拡大図である。
【０１０１】
波長変換素子１は、支持面２ａの上面視において矩形の支持部材２を有する。そして波長変換部材４０が、支持面２ａの反射部材３上に形成される。
【０１０２】
発光装置１０１の基台５０には、上面視で矩形の形状であり、支持部材２の外形よりも一回り大きい凹形状の格納部５０ａが形成される。そして、格納部５０ａの底面に波長変換素子１が固定される。
【０１０３】
波長変換素子１は基台５０に接着部材５５により固着される。接着部材５５は、例えば、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などを主に含む接着樹脂、ＡｕＳｎ、ＳｎＡｇＣｕなどを主に含む半田を用いることができる。
【０１０４】
さらに本実施の形態に係る発光装置１０１においては、基台５０における波長変換素子１を格納した格納部５０ａの上部に遮光カバー５１が配置される。遮光カバー５１は励起光８４及び出射光９５を通過させるための開口部が形成され、表面が黒色の金属の板で構成される。具体的には、黒塗装したステンレス板、又は、表面に黒色アルマイト加工したアルミ合金板である。遮光カバー５１は、波長変換素子１の波長変換部材４０における周縁領域６ａの少なくとも一部を覆うように配置される。遮光カバー５１は、例えばネジ５２で基台５０に強固に固定される。これにより励起光８４が波長変換素子１の支持面２ａにおける波長変換部材４０が形成されていない領域に照射され、迷光が発生するのを抑制する。
【０１０５】
また、波長変換部材４０から格納部５０ａの側壁５０ｂの方向に出射した出射光９５は、格納部５０ａと遮光カバー５１との間の空間を多重反射して、減衰する。この結果、照明装置の投影光９６に迷光が含まれるのを抑制することができる。
【０１０６】
さらに波長変換素子１の波長変換部材４０は、中央領域６ｂの厚さが薄く、周縁領域６ａの厚さが中央領域６ｂよりも厚い凹形状を有する。このため発光装置１０１を製造する際に、遮光カバー５１が波長変換部材４０の中央領域６ｂに位置する発光領域に接触することを抑制することができる。つまり、遮光カバー５１が波長変換部材４０に近づいても、波長変換部材４０の中央領域６ｂよりも先に周縁領域６ａに接触するため、波長変換部材４０の中央領域６ｂの平坦部Ｆ１にある発光領域１５１に接触しにくい。このため、波長変換素子１の出射光９５の光学特性が低下することを抑制できる。
【０１０７】
また、本実施の形態においては支持部材２の側面と格納部５０ａとの間の一部又は全部を、接着部材５５で埋めてもよい。これにより波長変換部材４０から支持部材２に伝わる熱をより効果的に基台５０に伝導させることができる。
【０１０８】
上記のような構成により本実施の形態に係る波長変換素子１及びそれを用いた発光装置１０１において、高い輝度の出射光を出射させることができる。このような発光装置１０１は、小型の投光部材２２０を用いて照明装置２０１を構成した場合、高い光度の照明装置２０１を実現できる。したがって、本実施の形態に係る発光装置１０１は、車両の前照灯などに用いる光源として適している。
【０１０９】
［動作及び効果］
続いて、図面を用いて本実施の形態に係る波長変換素子１の動作及び効果について実験データに基づき説明する。
【０１１０】
本実験データについては、図４に示される発光装置１０１に波長変換素子１を搭載して評価を行った。発光装置１０１からの出射光９５の輝度、及び、波長変換素子１の表面温度については、図４に示す照明装置２０１から投光部材２２０を取り除いた状態で図４の上方からサーモグラフィーを用いて測定した。なお、表面温度の測定方法は、サーモグラフィーに限定されず、他の方法であってもよい。
【０１１１】
発光装置１０１は、波長変換素子１に励起光８４を照射するための半導体発光装置１１０を備える。また波長変換素子１に照射される励起光８４のビームを整形するための反射光学素子１２０ｂを備える。波長変換素子１及び半導体発光装置１１０は、それぞれ発生する熱を外部に放熱させるため基台５０に熱伝導率の高い材料で強固に固定される。
【０１１２】
基台５０に固定された波長変換素子１には、図１に示すように、励起光８４が放射面６に対して斜め方向に照射される。励起光８４は、ピーク波長が４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下のレーザ光である。放射面６に照射された励起光８４の一部は、波長変換部材４０の第１蛍光体粒子４１に吸収され、別の波長の光である蛍光に変換され、放射面６から全方位に放射される第２出射光９１として放射される。
【０１１３】
一方、波長変換部材４０に入射した光のうち、第１蛍光体粒子４１に吸収されなかった光は、波長変換部材４０の表面又は内部で反射されて、波長変換部材４０から第１出射光８５として放射される。このとき、波長変換部材４０の内部で反射される光は、複数の第１蛍光体粒子４１で多重反射して、波長変換部材４０の放射面６から放射される。このため、波長変換部材４０の内部で反射される光は、波長変換部材４０の放射面６から全方位に放射される第１出射光８５として放射される。一方、波長変換部材４０の放射面６、又は、放射面６付近で反射され、第１出射光８５として放射される光についても、波長変換部材４０の放射面６の微小凸部、微小凹部、又は、放射面６の近傍に存在する第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との界面で乱反射されて放射される。このため、放射面６、又は、放射面６付近で反射され、第１出射光８５として放射される光も波長変換部材４０の放射面６から全方位に放射される。
【０１１４】
上記の結果、波長変換部材４０の放射面６からは、全方位に放射される第１出射光８５と第２出射光９１とが混合された混合光である出射光９５が放射される。このとき、波長変換部材４０は、例えば、図１に示すように、中央領域６ｂの厚さが周縁領域６ａの最大膜厚と比較して薄くなる凹形状を有する。そして凹形状の底面である中央領域６ｂは、厚さの変化が小さい平坦部Ｆ１を有する。また、凹形状の底面部付近の平坦部Ｆ１は、励起光８４の励起領域１５０及び出射光９５の発光領域１５１よりも大きくなるように設定されてもよい。これにより、波長変換部材４０から放射される出射光９５の色度分布を均一化できる。
【０１１５】
この結果、第１出射光８５を青色光、第２出射光９１を黄色光とすると、波長変換部材４０から、色度分布の偏りの小さい白色光からなる出射光９５を放出させることができる。
【０１１６】
続いて図６を用いて、本実施の形態の波長変換素子１に、所定の光密度の励起光８４を照射した場合の光学特性を説明する。図６は、本実施の形態に係る波長変換素子１の光学特性を示す図である。
【０１１７】
まず、図６のグラフ（ａ）は、第１蛍光体粒子４１として用いたＣｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粒子の量子効率の温度依存性を示す図である。Ｃｅ賦活Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粒子の量子効率は温度が上昇するに従い低下し、１５０℃を超えると急激に量子効率が低下し始める。
【０１１８】
図６のグラフ（ｂ）は、励起光８４を波長変換部材４０に照射し、波長変換部材４０で散乱反射された励起光と、波長変換部材４０で励起光８４が吸収及び変換されて出射される蛍光とが混合されてなる混色光である出射光９５（白色光）の色度座標を説明するための図である。本実施の形態において、色度座標が（０．１６１，０．０１４）の青色レーザ光である出射光を出射する励起光源と，色度座標が（０．４２６，０．５４７）の蛍光を発する蛍光体粒子（ＹＡＧ）を用いて実験した。したがって、図３のグラフ（ｂ）において、色度座標が（０．１６１，０．０１４）と（０．４２６，０．５４７）とを結ぶ直線（混合光の軌跡）と、黒体輻射軌跡とが交差する色度座標である（０．３１７，０．３２７）を色度座標のターゲットとした。
【０１１９】
図６のグラフ（ｃ）及び（ｅ）は、本実施の形態に係る波長変換素子１に、光出力が約３．２ワットで、照射範囲が一辺約０．７ｍｍの正方形状に整形した励起光８４を入射させた場合の、波長変換部材４０の発光領域部分の厚さと、波長変換部材４０の表面のピーク温度との関係を測定した結果である。図６のグラフ（ｃ）においては、第１蛍光体粒子のメジアン径Ｄ５０が３μｍ、４μｍ、６μｍ、９μｍのときを比較した結果が示される。ここで第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との体積比率は、４５：６５とした。また図６のグラフ（ｅ）においては、第１蛍光体粒子４１のメジアン径Ｄ５０を６μｍとし、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２の体積比率を変化させて測定した。図中に記載している３８％、４５％、５５％、６５％は波長変換部材４０に対する透明結合材４２の比率である。つまり、透明結合材の体積Ｖｂ及び第１蛍光体粒子の体積Ｖｆを用いると、Ｖｂ／（Ｖｆ＋Ｖｂ）で表される比率である。
【０１２０】
つまり、これらの比率を、波長変換部材４０に対する第１蛍光体粒子４１の比率Ｖｆ／（Ｖｆ＋Ｖｂ）に変換すると、それぞれ６２％、５５％、４５％、３５％となる。
【０１２１】
前述のように、蛍光体粒子の温度が上昇すると蛍光体の変換効率が低下する。特に１５０℃以上になると、変換効率が急激に低下する。このような場合、波長変換部材４０における発熱量が急激に増加し、蛍光体変換におけるクエンチを起こし、発光装置がほとんど発光しなくなる。例えば、外部環境が変化して蛍光体粒子の温度が大幅に上昇する場合、発光装置が発光しなくなるおそれがある。図６のグラフ（ｃ）及び（ｅ）において、波長変換部材４０の厚さが３５μｍ以下の場合は、波長変換部材４０の表面温度のピーク温度は１５０℃以下である。したがって、本実施の形態に係る発光装置１０１において、波長変換素子１で安定的に高輝度の白色光を放射させるために、波長変換部材４０の厚さは３５μｍ以下であってもよい。
【０１２２】
一方、図６のグラフ（ｄ）及び（ｆ）については、図６のグラフ（ｃ）及び（ｅ）と同様に、波長変換部材４０の構成を変化させた場合の、出射光９５の光度の色度変化を示した図である。
【０１２３】
前述のように、白色光の色度座標のターゲットは（０．３１７，０．３２７）である。そこで、ターゲットの白色光と近い相関色温度となる、色度座標のｘ値が０．３０以上０．３５以下の範囲をターゲット範囲とした。ｘ値に関して、波長変換部材４０の厚さが薄くなると色度座標のｘ値が低くなり、厚くなるとｘ値が高くなる。つまり波長変換部材４０の厚さが薄くなるにしたがって、白色光がより青白くなり、厚くなるにしたがって、白色光がより黄色っぽくなる。これは、波長変換部材４０の厚さが薄くなると励起光８４が波長変換部材４０で十分に蛍光に変換されずに放射されることにより、出射光９５のうち、第１出射光８５の比率が第２出射光９１の比率より高くなるためである。一方で、波長変換部材４０の厚さが厚くなると、励起光８４が波長変換部材４０で大部分が蛍光に変換されることにより、出射光９５のうち、第２出射光９１の比率が第１出射光８５の比率より高くなるためである。
【０１２４】
波長変換部材４０から出射される第１出射光８５は、励起光８４が第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２の界面で乱反射又は多重反射されて出射する光である。また、第１出射光８５の一部は、乱反射又は多重反射の過程で反射部材３に到達し反射された励起光８４も含まれる。図６のグラフ（ｄ）及び（ｆ）に示すように、波長変換部材４０の厚さが１５μｍを超えると、波長変換部材４０の膜厚に対する出射光９５の色度座標の色度ｘの増加率は緩やかになる。これは、第１出射光８５が、乱反射又は多重反射の過程で反射部材３に到達しない励起光８４の割合が支配的になるためと推察される。
【０１２５】
一方で波長変換部材４０の厚さが１５μｍより小さい場合、出射光９５の色度座標の色度ｘが厚さの減少に伴い急激に低下する。これは、励起光８４が波長変換部材４０の内部をほとんど乱反射及び多重反射せずに発光領域１５１から出射されるためである。したがって、出射光９５の色度座標を安定的に調整するために、波長変換部材４０の厚さは１５μｍ以上であってもよい。
【０１２６】
上述したように、色度座標のｘ値が０．３０以上０．３５以下の範囲をターゲット範囲としている。このターゲット範囲を実現するために、図６のグラフ（ｄ）及び（ｆ）に示すように、波長変換部材４０の厚さは１５μｍ以上であってもよい。
【０１２７】
上記の検討の結果から、波長変換部材４０の中央領域６ｂにおける膜厚は、波長変換部材４０の表面温度の観点と、出射光９５の色度の観点とから、１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲であってもよい。また、図６のグラフ（ｃ）〜（ｆ）に示すように第１蛍光体粒子４１のメジアン径Ｄ５０を３μｍ以上９μｍ以下とする場合、波長変換部材４０の膜厚は、１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲で設定することができる。また、波長変換部材４０の体積に対して、第１蛍光体粒子４１の総体積（つまり、体積比率）は３８％以上６２％以下で設定することができる。このとき、図３に示すような波長変換部材４０の断面において、波長変換部材４０の断面積に対して、第１蛍光体粒子４１の断面積の合計は４０％以上８０％以下程度となる。
【０１２８】
上記実施の形態の効果を図７を用いて説明する。図７は、本実施の形態に係る波長変換部材４０から出射される出射光９５の輝度の測定結果を示すグラフである。図７のグラフ（ａ）は、励起光８４を出射させるために用いた半導体発光装置１１０に印加した駆動電流と、出射光９５の出射領域における輝度ピーク値の関係を測定した結果を示す。また、図７のグラフ（ａ）には、本実施の形態に係る膜厚が２０μｍの波長変換部材４０を用いた発光装置の結果と併せて、膜厚が４２μｍの波長変換部材４０を用いた比較例の発光装置の結果を示している。本測定では、環境温度（Ｔａ）２５℃のときピーク波長が４４６ｎｍで、駆動電流（Ｉｆ）２．３Ａのとき光出力が約３．２ワットの励起光８４を、波長変換素子１に照射した。
【０１２９】
比較例の発光装置においては、駆動電流２アンペア程度で、輝度ピーク値が飽和する。つまり、駆動電流２アンペア程度以上においては、駆動電流を増加させても輝度ピーク値はほぼ増加しなくなる。これは上述したように、比較例の発光装置では、駆動電流に伴って励起光８４のパワーが増大すると、波長変換部材４０の表面温度とともに、波長変換部材４０の第１蛍光体粒子４１の温度が上昇し、第１蛍光体粒子４１の変換効率が急激に低下しているためと考えられる。一方で、本実施の形態の波長変換素子１においては、駆動電流２アンペア以上でも駆動電流の増加とともに出射光９５の輝度ピークが増加し、ピーク輝度１０００ｃｄ／ｍｍ２を超える発光装置を実現できた。図７のグラフ（ｂ）は駆動電流２．３アンペアのときの波長変換素子１の発光領域１５１における輝度分布を示す。図７のグラフ（ｂ）に示すように、発光領域１５１の幅は約０．８ｍｍで、輝度分布の高輝度領域では、出射光９５の輝度が１０００ｃｄ／ｍｍ２以上である。しかも輝度が、１０００ｃｄ／ｍｍ２以上で、かつ、平坦な領域が、０．２ｍｍ以上の幅において得られる。つまり、輝度分布が平坦で、かつ、高輝度な発光領域１５１を有する発光装置を実現できた。
【０１３０】
続いて、波長変換素子１の表面形状の形態例について図８を用いて詳細に説明する。図８は、実施の形態１に係る波長変換素子１の波長変換部材４０を三つの異なる方法によって製造した場合の各表面形状の測定結果を示すグラフである。図８のグラフ（ａ１）は、スクリーンメッシュ印刷マスクの開口部が直径２．６ｍｍの円開口で、厚さを６２μｍとし、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との体積比率が６０％：４０％となるような蛍光体ペーストを印刷したものである。図８のグラフ（ｂ１）は、スクリーンメッシュ印刷マスクの開口部が直径２．６ｍｍの円開口で、厚さを４１μｍとし、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との体積比率が６０％：４０％となる蛍光体ペーストを印刷したものである。図８のグラフ（Ｃ１）は、スクリーンメッシュ印刷マスクの開口部が幅３．４ｍｍの矩形開口で、厚さを６２μｍとし、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との体積比率を４０％：６０％として印刷したものである。図８のグラフ（ａ２）、（ｂ２）及び（ｃ２）は、それぞれ、グラフ（ａ１）、（ｂ１）及び（ｃ１）のサイズを示すために目盛を追加し、トレースしたグラフである。
【０１３１】
なお、ここで用いられるメッシュは、例えば、Ｆｅを含まない材料で形成されたメッシュであってもよい。Ｆｅを含む材料で形成されたメッシュで印刷した場合、Ｆｅの微粉が波長変換部材中に混入し、第１出射光もしくは第２出射光の一部が吸収され効率が低下する。Ｆｅを含まない材料で形成されたメッシュを用いることで上記の効率の低下を抑制することができる。
【０１３２】
図８のグラフ（ａ１）及び（ａ２）に示す結果において、波長変換部材４０の中央領域の膜厚が４４μｍであり、波長変換部材４０は中央領域が周縁領域よりも厚い凸形状を有する。この場合、前述のように発光領域付近における波長変換部材４０の膜厚変化は小さいが、膜厚が厚いため波長変換部材４０の温度が上昇し、発光装置の高輝度化が難しかった。
【０１３３】
図８のグラフ（ｂ１）及び（ｂ２）に示す結果においては、波長変換部材４０は中央領域の膜厚が２０μｍ以上２４μｍ以下程度であり、波長変換部材４０の温度上昇を抑制できる。しかしながら、発光領域内において、膜厚が２０μｍから２４μｍの範囲で変化する可能性があるため、出射光の発光領域の色度ムラが発生する可能性がある。
【０１３４】
一方で、図８のグラフ（ｃ１）及び（ｃ２）に示す結果においては、波長変換部材４０の中央領域の膜厚が１８μｍであり、周縁領域の膜厚が２４μｍとなる。このように、波長変換部材４０は、凹形状を有する。このため、波長変換部材４０の中央領域の膜厚を３５μｍ以下とするとともに、中央領域の膜厚の変化を抑制できる。したがって、発光領域における波長変換部材４０の温度上昇を抑制することで励起光を十分に蛍光に変換でき、かつ、発光領域内における出射光の色度ムラを抑制できる。
【０１３５】
さらに本実施の形態においては、支持部材２上に波長変換部材４０を固着させた波長変換素子１において、支持部材２と波長変換部材４０との線膨張係数が異なる。このような場合、波長変換部材４０の膜厚が厚い方が、波長変換素子１の温度変化に伴って波長変換部材４０に加わる応力が緩和され、波長変換部材が支持部材から剥がれることを抑制することができる。図８のグラフ（ｂ１）、（ｂ２）、（ｃ１）及び（ｃ２）においては、蛍光を放射し、波長変換部材４０の膜厚が薄い中央領域の周辺に波長変換部材４０の膜厚が厚い周辺部を設けている。このため、波長変換素子１の環境温度変化や、波長変換素子１を発光させたときの温度変化に対して、波長変換部材４０の支持部材２からの剥がれなどを抑制することができる。つまり、本実施の形態に係る波長変換素子１においては、機械的強度高めることができる。また、周縁領域６ａの膜厚を厚くすることで、比較的高温となる中央領域６ｂから周縁領域６ａへの放熱効率を高めることもできる。
【０１３６】
したがって、波長変換部材４０の形状としては、図８のグラフ（ｃ１）及び（ｃ２）に示すような中央領域において膜厚が薄い凹形状が最適である。そして、さらに図８のグラフ（ｃ１）及び（ｃ２）に示す波長変換素子１においては、周縁領域も含めて、波長変換部材４０の膜厚が３５μｍ以下である。したがって、励起光８４が波長変換部材４０のいずれの場所に照射されても、波長変換部材４０の温度上昇を抑制することができる。このため、発光装置の製造時に、励起光８４が照射される励起領域の位置を調整する場合などに、励起光８４が波長変換部材４０の中央領域以外のところに照射されても、波長変換部材４０の温度上昇に起因する劣化を抑制することができる。
【０１３７】
なお、図８のグラフ（ｃ１）及び（ｃ２）に示すような波長変換部材４０は、第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２との体積比率などを波長変換部材の寸法などに応じて適宜調整することによって実現できる。また、蛍光ペースト印刷工程におけるスキージの走査の向きも波長変換部材４０の形状に影響を与える。例えば、図８のグラフ（ｂ１）及び（ｂ２）に示す波長変換部材４０においては、波長変換部材４０を形成する蛍光ペースト印刷工程においてスキージが図中の左側から右側へ走査される。このため、蛍光ペースト印刷工程の走査終了点側の印刷マスク開口部端部において、蛍光体ペーストの量が多くなることで、波長変換部材４０の右端の膜厚が最も厚くなったと考えられる。
【０１３８】
（実施の形態１の変形例１）
続いて、実施の形態１の変形例１に係る波長変換素子について図面を用いて説明する。図９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。
【０１３９】
本変形例に係る波長変換素子１Ｂにおいては、波長変換部材４０Ｂの中央領域６ｂの膜厚ｄｃが、実施の形態１と同様に１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲である。一方、本変形例においては、波長変換部材４０Ｂの周縁領域６ａの一部の膜厚だけが中央領域６ｂの膜厚と比較して厚い。具体的には、図９において、図９に示す右側の周縁領域６ａの最大膜厚ｄｅ２が中央領域の膜厚ｄｃよりも大きく（ｄｅ２＞ｄｃ）、左側の周縁領域６ａの最大膜厚は、中央領域６ｂの膜厚ｄｃと同程度である。
【０１４０】
この構成により、波長変換素子１Ｂを図５に示すような発光装置１０１の格納部５０ａに固定し、遮光カバー５１を配置する場合に、遮光カバー５１が波長変換部材４０の中央領域６ｂ（又は平坦部Ｆ１）に接触するのを抑制することができる。
【０１４１】
このような構成の波長変換素子１Ｂは、図８のグラフ（ｂ１）及び（ｂ２）に示すように、スクリーンメッシュ印刷マスクの形状と、スキージの走査条件とを調整することにより製造することができる。
【０１４２】
（実施の形態１の変形例２）
続いて、実施の形態１の変形例２に係る波長変換素子、発光装置及び照明装置について図面を用いて説明する。本変形例に係る波長変換素子、発光装置及び照明装置は、それぞれ図４に示す波長変換素子１、発光装置１０１及び照明装置２０１と構成が異なる。図１０は、本変形例に係る発光装置１０１Ｂと照明装置２０１Ｂの構成を説明する模式的な図である。図１１は、本変形例の波長変換素子１Ｃの構成を示す上面図である。
【０１４３】
照明装置２０１Ｂは、主に、白色光である出射光９５を放射する発光装置１０１Ｂと、投光部材２２０と、ダイクロイックミラー３１４Ｂ及び３１４Ｒと、３枚の画像表示素子３５０Ｂ、３５０Ｇ及び３５０Ｒと、投影レンズ３６５とを備える。照明装置２０１Ｂは、さらに、反射ミラー３３１Ｒ、３３２Ｒ、３３１Ｂ及び３３２Ｂと、ダイクロイックプリズム３６０とを備える。
【０１４４】
投光部材２２０は、出射光９５を平行光である投影光９６に変換する。ダイクロイックミラー３１４Ｂは、白色光である投影光９６のうち青色光だけを反射し、緑色光及び赤色光を透過させるミラーである。ダイクロイックミラー３１４Ｂは、ダイクロイックミラー３１４Ｂを透過した緑色光及び赤色光のうち、赤色光だけを反射し、緑色光を透過させるミラーである。
【０１４５】
画像表示素子３５０Ｂ、３５０Ｇ及び３５０Ｒは、それぞれ青色、緑色及び赤色の映像情報を重畳する光学素子である。本実施の形態では、各画像表示素子は、液晶パネル素子を備える。
【０１４６】
反射ミラー３３１Ｒ及び３３２Ｒは、赤色光を反射するミラーである。反射ミラー３３１Ｂ及び３３２Ｂは、青色光を反射するミラーである。ダイクロイックプリズム３６０は、入射される青色光、緑色光及び赤色光を合波して出力する光学素子である。
【０１４７】
投影レンズ３６５は、ダイクロイックプリズム３６０から入射される合成光３８５を投影するレンズである。
【０１４８】
発光装置１０１Ｂは、主に光源ユニット３２０と、集光光学部材１２０と、波長変換素子１Ｃとを備える。光源ユニット３２０は、ヒートシンク３２５と、ヒートシンク上に配置される複数の励起光源とを備える。本変形例においては、光源ユニット３２０は、例えば、図１０に示すように、複数の励起光源として三個の半導体発光装置１１０を備える。三個の半導体発光装置１１０の各々は、例えば、光出力が４ワットで、発光波長の中心波長が４４５ｎｍ付近にある窒化物半導体レーザ装置である。また半導体発光装置１１０は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージに窒化物半導体レーザ素子が実装された装置である。半導体発光装置１１０は、さらに、ＴＯ−ＣＡＮパッケージに固定されたコリメートレンズであるレンズ１２０ａを備える。
【０１４９】
半導体発光装置１１０の窒化物半導体レーザ素子から出射した出射光は、レンズ１２０ａによりコリメート光となり、集光レンズ１２０ｃに入射する。そして、集光レンズ１２０ｃに集められた合計１２ワットの光出力の励起光８４が、波長変換素子１Ｃに向かう。以上のように、集光光学部材１２０は、レンズ１２０ａと、集光レンズ１２０ｃとで構成される。
【０１５０】
波長変換素子１Ｃは、本変形例では蛍光体ホイールであり、例えば、図１１に示すように、アルミ合金板で構成された、円板状の支持部材２を有する。そして支持部材２の支持面２ａの外周領域に、リング状に波長変換部材４０Ｃが形成される。
【０１５１】
波長変換部材４０Ｃは、例えば、Ｃｅ賦活Ｙ３（Ａｌ、Ｇａ）５Ｏ１２蛍光体からなる第１蛍光体粒子が、シルセスキオキサンなどの透明結合材４２に混合され、固着されている。なお、図１０に示す波長変換素子１Ｃは、図１１のＸ−Ｘ線における波長変換素子１Ｃの断面が示されている。
【０１５２】
このとき、波長変換素子１Ｃの波長変換部材４０Ｃの厚さは、実施の形態１で示したように励起光８４が照射される励起領域１５０において、１５μｍ以上３５μｍ以下の厚さで構成される。そして、波長変換部材４０Ｃの周縁領域の最大膜厚が中央領域の膜厚と比較して厚い。ここで波長変換部材４０Ｃの周縁領域は、図１１に示すリング状の波長変換部材４０Ｃの内周縁４０ｉを含むリング状の領域と、外周縁４０ｅを含むリング状の領域とを含む。また、中央領域とは、内周縁４０ｉを含む周縁領域と、外周縁４０ｅを含む周縁領域との間の領域である。
【０１５３】
なお、本変形例でも、波長変換部材４０Ｃは、全領域の膜厚が１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲にあって、波長変換部材４０Ｃの中央領域が周縁領域に対して薄い構成であってもよい。
【０１５４】
このような構成を有する波長変換素子１Ｃの支持部材２の中心には、回転機構１９０の回転軸１９１が接続されている。発光装置１０１Ｂの動作中には、波長変換素子１Ｃは、回転機構１９０の回転に伴って回転する。そして、励起光８４は、集光レンズ１２０ｃにより波長変換部材４０Ｃの励起領域１５０に集光される。このとき波長変換部材４０Ｃに集光された励起光８４は、波長変換部材４０Ｃに含まれる第１蛍光体粒子４１と透明結合材４２とにより、散乱した励起光８４である第１出射光８５と、第１蛍光体粒子４１で波長変換された蛍光である第２出射光９１が混合された白色光である出射光９５として発光装置１０１Ｂから出射される。
【０１５５】
この構成において、波長変換素子１Ｃは、回転機構１９０により波長変換部材４０Ｃの特定の位置に励起光８４を照射し続けることを防止する。この結果、波長変換部材４０Ｃにより強い励起光８４が照射された場合においても、発光領域の温度上昇を抑制することができるため、より高い輝度の出射光９５を出射することができる。
【０１５６】
出射光９５は、集光レンズである投光部材２２０により平行光である投影光９６となり、照明装置２０１Ｂの内部で以下の動作により映像光である投射光３８９へと変換される。まず、投影光９６はダイクロイックミラー３１４Ｂで、主な波長帯域が４３０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である青色光３７９Ｂと、その残りの光である黄色光３７９Ｙとに分離される。青色光３７９Ｂは反射ミラー３３１Ｂ及び３３２Ｂで反射して、図示しない偏光素子を透過することで偏光となり画像表示素子３５０Ｂに入射する。一方、黄色光３７９Ｙは、ダイクロイックミラー３１４Ｒにて主な波長帯域が５００ｎｍ以上５８０ｎｍ以下である緑色光３７９Ｇと、主な波長帯域が５８０ｎｍ以上６６０ｎｍ以下である赤色光３７９Ｒとに分離される。赤色光３７９Ｒは反射ミラー３３１Ｒ及び３３２Ｒで反射され、図示しない偏光素子を透過することで偏光となり画像表示素子３５０Ｒに入射する。緑色光３７９Ｇは図示しない偏光素子を透過することで偏光となり画像表示素子３５０Ｇに入射する。画像表示素子３５０Ｂ、３５０Ｇ及び３５０Ｒにそれぞれ入射した青色光３７９Ｂ、緑色光３７９Ｇ及び赤色光３７９Ｒは、各画像表示素子とその出射側にある図示しない偏光素子により、それぞれ映像情報が重畳された信号光３８０Ｂ、３８０Ｇ及び３８０Ｒとなる。信号光３８０Ｂ、３８０Ｇ及び３８０Ｒは、ダイクロイックプリズム３６０に照射され合波されることで合成光３８５なる。その合成光３８５を、投影レンズに通すことで映像光である投射光３８９を得ることができる。
【０１５７】
上記構成において、半導体発光装置１１０から出射され、波長変換部材４０Ｃに照射される励起光８４は光出力が１０Ｗ以上であり、励起領域１５０において面積１ｍｍ２以下の領域に照射される。このとき、励起領域１５０における励起光の光密度は、光密度ピークが少なくとも１７Ｗ／ｍｍ２以上になるように設定される。ここで、発光領域１５１における波長変換部材４０Ｃの膜厚は１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲にある。上述のとおり、このような波長変換部材４０Ｃによれば、温度上昇を抑制しながら励起光８４を出射光９５に変換させることができるため、例えば、変換効率２００ｌｍ／Ｗで変換することができる。したがって、輝度ピーク１０００ｃｄ／ｍｍ２以上の出射光９５を出射する発光装置を容易に実現することができる。
【０１５８】
以上のように、半導体レーザ装置などの半導体発光装置から出射される光を、蛍光体を用いて変換して放射する発光装置において、蛍光体における変換効率の飽和を抑制し、高輝度の発光装置を提供することができる。
【０１５９】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２に係る波長変換素子につい説明する。本実施の形態に係る波長変換素子は、波長変換部材に第１蛍光体粒子以外の散乱粒子を含む点において、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面を用いて説明する。
【０１６０】
図１２は、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｄの構成を示す模式的な断面図である。本実施の形態に係る波長変換素子１Ｄの波長変換部材４０Ｄは、第１蛍光体粒子４１及び透明結合材４２に加えて、透明結合材４２と結合する複数の散乱粒子を含む。
【０１６１】
波長変換部材４０Ｄにおいて、第１蛍光体粒子４１として、メジアン径Ｄ５０が２μｍ以上３０μｍ以下の、例えば（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）などの蛍光体を用いる。第１蛍光体粒子４１を結合する透明結合材４２として、例えば、ジメチルシリコーン、シルセスキオキサン、低融点ガラスなどの透明材料を用いることができる。シルセスキオキサンとしては、例えば、ポリメチルシルセスキオキサンなどを用いることができる。さらに散乱粒子４３として、メジアン径Ｄ５０が０．３μｍ以上１８μｍ以下の励起光及び蛍光に対する吸収が少ない材料で構成される非発光粒子を混合させる。
【０１６２】
散乱粒子４３として、例えば、熱伝導率が高く、透明結合材４２との屈折率差が大きい透明材料を用いる。散乱粒子は、金属の酸化物又は窒化物を含んでもよい。具体的には、散乱粒子４３は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＺｎＯ、ＢＮなどで形成される。散乱粒子４３の第１蛍光体粒子４１に対する体積比率は、例えば、１０ｖｏｌ％以上、９０ｖｏｌ％以下である。
【０１６３】
波長変換部材４０Ｄの膜厚について、実施の形態１と同様に、中央領域の膜厚ｄｃが周縁領域の最大膜厚ｄｅよりも薄く、波長変換部材４０Ｄは、全領域の膜厚が１５μｍ以上３５μｍ以下の範囲にある。
【０１６４】
さらに、波長変換部材４０Ｄの内部に、ボイド４５を設けてもよい。本実施の形態においては、波長変換部材４０Ｄの内部、及び、波長変換部材４０Ｄと反射部材３との界面付近にボイド４５が形成される。
【０１６５】
このように構成された波長変換素子１Ｄでは、励起光８４のスペクトルに応じて、出射光９５の色度座標を自由に設計できる。具体的には、励起光８４のスペクトルに応じて、波長変換部材４０Ｄの第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３との比率を変えることで、波長変換素子１Ｄを用いた発光装置ごとに色度座標を調整することができる。つまり、励起光８４を出射する半導体発光装置の構造ばらつきにより半導体発光装置ごとに励起光８４のスペクトルのばらつきが生じても、励起光８４のスペクトルに応じて第１蛍光体粒子４１に含まれる散乱粒子の比率を調整することで色度座標を調整することができる。以下、図１２〜図１６を用いて本実施の形態の波長変換素子１Ｄについて詳細に説明する。
【０１６６】
本実施の形態に係る波長変換素子１Ｄの波長変換部材４０Ｄにおいて、第１蛍光体粒子４１としてメジアン径Ｄ５０が６μｍのＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体が用いられる。そして、第１蛍光体粒子４１を固定する透明結合材４２として、ポリメチルシルセスキオキサンが用いられる。非発光粒子である散乱粒子４３として、メジアン径Ｄ５０が３μｍであるＡｌ２Ｏ３粒子が混合される。Ａｌ２Ｏ３の屈折率は１．７７であり、屈折率１．５のシルセスキオキサンとの屈折率差が大きい。また、Ａｌ２Ｏ３の熱伝導率は３０Ｗ／ｍＫと高い。この構成により、波長変換部材４０Ｄの内部での光散乱性を向上するとともに、波長変換部材４０Ｄの熱伝導率を高くすることができる。
【０１６７】
本実施の形態においては、さらに、波長変換部材４０Ｄの内部にボイド４５を形成してもよい。このようなボイド４５は、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅからなる第１蛍光体粒子４１と、ポリシルセスキオキサンからなる透明結合材４２とを混合して蛍光体ペーストを構成する際に、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３と比較し、透明結合材４２の比率を少なくして高温硬化することで容易に構成できる。
【０１６８】
具体的には、第１蛍光体粒子４１の体積Ｖｆと散乱粒子４３の体積Ｖｓとの合計の体積（Ｖｆ＋Ｖｓ）に対するシルセスキオキサンである透明結合材４２の体積Ｖｂの比率Ｖｂ／（Ｖｆ＋Ｖｓ）を４０％以下とする。そして、有機溶媒に溶かした透明結合材４２と第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３とを混合した構成した蛍光体ペーストを支持部材２上に成膜した後、２００℃程度の高温アニールを行うことで、ペースト中の有機溶媒を気化させる。
【０１６９】
上記の方法により作製した波長変換素子１Ｄの断面構造について図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｄの断面を走査型電子顕微鏡で観察した写真である。図３には、断面写真（ａ）とその一部を拡大した拡大写真（ｂ）とが示されている。拡大写真（ｂ）は、断面写真（ａ）の破線枠部を拡大した写真である。
【０１７０】
図１３に示すように、シリコン基板である支持部材２上に反射部材３が形成され、その上に波長変換部材４０Ｄが固着されている。波長変換部材４０Ｄの膜厚は２４μｍであり、波長変換部材４０Ｄの内部では、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３とが、透明結合材４２の中に分散されている。さらに波長変換部材４０Ｄの内部及び反射部材３との界面にはボイド４５が点在している。このように本実施の形態の製造方法により、透明結合材４２内部に、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３とを分散させ、かつ、ボイド４５を点在させた波長変換部材４０Ｄを容易に実現できる。
【０１７１】
波長変換素子１Ｄによれば、波長変換部材４０Ｄの内部に侵入した励起光８４をより効率的に散乱させて、波長変換部材４０Ｄから取り出すことができる。また、ボイド４５の一部は、誘電体である反射部材３の第２反射膜３ｃと接するため、金属表面に励起光及び蛍光が入射することによるエネルギーロスを低減しつつ、効果的に励起光、蛍光を散乱させることができる。
【０１７２】
さらに本実施の形態の波長変換部材４０Ｄには非発光粒子である散乱粒子４３が含まれる。この散乱粒子４３の、波長変換部材４０Ｄにおける体積比率を変化させることで、容易に出射光９５の色度座標を調整することができる。
【０１７３】
窒化物半導体で構成される半導体レーザ装置である半導体発光装置には、出射光の波長にわずかながら個体差があるため、半導体発光装置を用いた発光装置において、出射光の色度に個体差が発生し得る。そこで、散乱粒子４３を混合した波長変換部材４０Ｄにおいて、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３との比率を変化させることで出射光の色度を調整する方法について図１４及び図１５を用いて説明する。
【０１７４】
図１４は、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｄにピーク波長が４４７ｎｍの励起光８４を照射した場合の出射光９５のスペクトルを示すグラフである。波長４４７ｎｍに鋭いピークを有する第１出射光８５と、波長５００ｎｍから７００ｎｍまでのブロードなピークを有する第２出射光９１とで構成されている。なお、図１４には、第２出射光９１のスペクトル特性を示すために、第２出射光９１の強度の１０倍のスペクトルを破線で示している。
【０１７５】
図１５は、本実施の形態に係る波長変換素子１において、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３との比率を変化させた場合の出射光９５の色度座標の変化を示したグラフである。このとき、第１蛍光体粒子４１としてメジアン径Ｄ５０が６μｍであるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粒子を用い、散乱粒子はメジアン径Ｄ５０が３μｍであるＡｌ２Ｏ３粒子を用いた。透明結合材４２としては、シルセスキオキサンを用いた。また、透明結合材４２の体積Ｖｂの、第１蛍光体粒子４１の体積Ｖｆと散乱粒子４３の体積Ｖｓと透明結合材４２の体積Ｖｂとの和に対する比率Ｖｂ／（Ｖｆ＋Ｖｓ＋Ｖｂ）を３５％とした。そして、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３との体積比率Ｖｆ／（Ｖｆ＋Ｖｓ）が、それぞれ７６％、７３％、６９％、６５％、６１％及び５１％である６種類の波長変換素子１Ｄを作製した。そして、ピーク波長が４４７ｎｍのレーザ光を励起光８４として、それぞれの波長変換素子１Ｄに照射し、出射光９５の色度座標を図１５にプロットした。なお、図１５に示す実線は、黒体輻射の軌跡を示す。
【０１７６】
この結果、第１蛍光体粒子４１の比率を高くすることで色度座標ｘ及びｙを大きく、つまり黄色に近い白色光にシフトさせることができる。また散乱粒子４３を多くすることで色度座標ｘ及びｙを小さく、つまり青色に近い白色光にシフトさせることができる。今、色度座標（０．３１７，０．３２７）を色度座標のターゲットとした場合、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３の体積比率を６１％とすることで所望の色度座標の出射光を得ることができる。したがって、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３との体積比率を変化させることで容易に、出射光の色度座標を所定の色度座標に設定することができる。
【０１７７】
さらに本実施の形態の波長変換素子１Ｄでは、励起光８４のピーク波長に応じて構造を調整することで、発光装置からの出射光の色度座標を調整することができる。この調整方法について、図１６を用いて説明する。
【０１７８】
図１６は、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｄにおいて、出射光９５の色度座標の励起光のピーク波長依存性を測定した結果を示すグラフである。このとき波長変換素子１Ｄは図１５で示したものと同じ、第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３の体積比率Ｖｆ／（Ｖｆ＋Ｖｓ）が、７６％、７３％、６９％、６５％、６１％、５１％ものを用いて、励起光８４のピーク波長が、４３８ｎｍ、４４１ｎｍ、４４４ｎｍ、４４７ｎｍ、４５１ｎｍであるものを用いて色度座標ｙの変化をプロットした。
【０１７９】
図１６に示すように、例えば、色度座標の色度ｙを０．３２７をターゲットとした場合、励起光のピーク波長が、凡そ４４０ｎｍから凡そ４４７ｎｍまで変化しても、散乱粒子４３の比率を変化させることで出射光の色度座標を所定の色度座標に設定することできる。
【０１８０】
さらに、本実施の形態においては、透明結合材と第１蛍光体粒子及び散乱粒子との屈折率差を大きくすることで、光を散乱する効果を高めることができる。これにより、光の波長変換部材４０Ｄ内部での伝搬を抑制することができる。この結果、励起領域１５０とほぼ同じ面積の発光領域１５１から出射光９５を放射させることができる。本実施の形態においては、さらに波長変換部材４０Ｄにボイド４５を形成することで、光の散乱を増強させている。この結果、さらに発光領域１５１の面積を励起領域１５０の面積に近づけることができる。
【０１８１】
本実施の形態において、実施の形態１と同様に、放射面６における出射光９５の輝度分布において、輝度が２００ｃｄ／ｍｍ２以上の発光領域１５１が、幅０．７ｍｍ程度にわたって存在する。つまり、励起領域１５０と同一の発光領域１５１を実現できる。そして、ピーク付近において、輝度は１０００ｃｄ／ｍｍ２以上で、かつ、０．２ｍｍ以上の幅にわたって均一な領域を実現できる。
【０１８２】
（実施の形態３）
続いて、実施の形態３に係る波長変換素子及び発光装置について説明する。本実施の形態に係る波長変換素子及び発光装置は、波長変換部材を構成する材料において、実施の形態１及び２と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る波長変換素子及び発光装置について、実施の形態１及び２との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０１８３】
本実施の形態においては、波長変換部材４０に含まれる第１蛍光体粒子４１を構成する材料として、（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１）で表される蛍光体材料を用いる。図１７は、波長変換部材４０を構成し得る材料の屈折率及び熱伝導率を示す図である。なお、図１７には、波長が５５０ｎｍの光に対する屈折率が示されている。図１７に示す材料のうち、蛍光体材料としては、波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下程度の青色光を吸収して、波長範囲が５２０ｎｍ以上６５０ｎｍ以下程度の黄色の蛍光を出射する蛍光体を検討した。具体的には、（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）で示される蛍光体と、（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１）で示される蛍光体と、（ＢａｘＳｒ１−ｘ）ＳｉＯ４：Ｅｕ（０≦ｘ≦１）で示される蛍光体と、（ＢａｘＳｒ１−ｘ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ（０≦ｘ≦１）で示される蛍光体とを比較した。図１７にはこれらの蛍光体のうち、（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）で示される蛍光体材料の中心母材であるＹ３Ａｌ５Ｏ１２と、（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１）で示される蛍光体材料の中心母材であるＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１とが示されている。散乱粒子４３として用いる材料としては、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＺｎＯ及びＢＮが示されている。透明結合材４２として用いる材料としてはシルセスキオキサン、ジメチルシリコーン及び低融点ガラスが示されている。波長変換部材を構成する材料としては、熱伝導率が高い材料であってもよい。また、波長変換部材４０に入射した励起光が、波長変換部材４０内を横方向に伝搬するのを抑制するために、蛍光体粒子と透明結合材との屈折率差、散乱粒子と透明結合材との屈折率差は大きくてもよい。この観点から蛍光体材料としてはＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体又はＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体のいずれかであってもよい。散乱粒子としてはＡｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、ＢＮのいずれかであってもよい。
【０１８４】
以下、本実施の形態に係る波長変換部材の特性について、図１８及び図１９を用いて説明する。図１８は、本実施の形態に係る波長変換部材で用いるＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ蛍光体と、実施の形態１で用いたＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体との量子効率の温度依存性を示す図である。図１８に示す量子効率は、波長４５０ｎｍの励起波長を蛍光体に照射し、蛍光に変換する効率である。なお、図１８には、量子効率として、環境温度（Ｔａ）が２５℃ときの量子効率を１００％とした場合の相対的な値が示されている。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と比較して、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの方が高い温度における量子効率の低下率が小さい。したがって、本実施の形態に係る波長変換部材において用いるＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅの方が、励起光の光密度が高い発光装置の波長変換部材を構成する材料として適している。
【０１８５】
図１９は、本実施の形態に係る波長変換素子を搭載した発光装置の特性を示す図である。本実施の形態に係る波長変換素子において、メジアン径Ｄ５０が９μｍの（Ｌａ０．８４Ｙ０．１６）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅを第１蛍光体粒子４１として用い、メジアン径Ｄ５０が３μｍのＡｌ２Ｏ３粒子を散乱粒子４３として用いた。これらの第１蛍光体粒子４１及び散乱粒子４３を、主成分がシルセスキオキサンである透明結合材４２に分散させた波長変換部材４０を用いた。第１蛍光体粒子と散乱粒子と透明結合材との構成比率は、波長変換部材を構成する工程において、体積比率で、第１蛍光体粒子：散乱粒子：透明結合材の比率が１８％：２２％：６０％となるように設定した。また、特性を測定する際に用いた波長変換素子１及び発光装置１０１の構成としては図４及び図５に示す実施の形態１と同じ構成を用いた。波長変換素子１の波長変換部材４０の膜厚は、発光領域１５１付近において約２５μｍであった。
【０１８６】
図１９は、上述した発光装置１０１において、半導体発光装置１１０に印加する電流に対する、波長変換部材の発光領域１５１の輝度のピーク値をプロットしたグラフである。このとき発光装置１０１の環境温度（Ｔａ）を８５℃とした。
【０１８７】
図１９においては、図７で示した第１蛍光体粒子としてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用い、膜厚が４２μｍの波長変換部材を用いた比較例の発光装置を環境温度（Ｔａ）８５℃で動作させた場合の特性も併せて示されている。同じく第１蛍光体粒子としてＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体を用い、膜厚が２０μｍの波長変換部材４０を用いた実施の形態１に係る発光装置を環境温度８５℃で動作させた場合の特性も併せて示されている。比較例と比較して実施の形態１の発光装置は、駆動電流２Ａ以上でも、駆動電流の増加に対する輝度の上昇率が高く輝度のピーク値は８００ｃｄ／ｍｍ２以上に達する。しかしながら、さらに駆動電流を増加させても輝度の上昇率が低下し、９００ｃｄ／ｍｍ２未満で飽和した。これは波長変換部材４０が環境から受ける熱と、励起光８４を第２出射光９１に変換する際に発生する熱とによって、波長変換部材４０の温度が上昇することで、量子効率が急激に低下するためと考えられる。一方で、本実施の形態に係る波長変換素子においては、第１蛍光体粒子として、温度上昇に対して量子効率の低下が少ない（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０≦ｘ≦１）蛍光体を用いている。したがって、環境温度８５℃、駆動電流２アンペアで８００ｃｄ／ｍｍ２以上に達し、さらに、それ以上の駆動電流でも輝度の飽和がなく、駆動電流２．３アンペアで９００ｃｄ／ｍｍ２以上に達した。図２０は、図１９の輝度測定において、発光装置１０１の半導体発光装置１１０の駆動電流が２．３アンペアであるときの、蛍光体表面の発光領域１５１の輝度分布を測定した結果を示すグラフである。図２０において、環境温度が２５℃のときの輝度分布も点線で合わせて示されている。図２０に示すように、環境温度２５℃の輝度分布に対して、環境温度８５℃の輝度分布においては、２０％程度輝度が低い。これは半導体発光装置の温度依存性が主原因であり、波長変換素子の量子効率の低下が原因ではないため、半導体発光装置の温度を適切に制御することでさらに輝度を高めることが可能である。
【０１８８】
以上のように、本実施の形態においては、環境温度が８５℃でも輝度のピーク値が９００ｃｄ／ｍｍ２以上の高輝度で高温動作が可能な発光装置を実現できる。このような発光装置は、高温動作が必要な照明装置、例えば、車両の前照灯などに最適である。
【０１８９】
（実施の形態４）
続いて、実施の形態４に係る波長変換素子について説明する。特許文献１に記載された発光装置のような従来の発光装置においては、出射光の色度座標は蛍光体層に含まれる蛍光体の種類によって規制されるため、出射光の色度座標を調整することが難しい。そこで、本実施の形態では、出射光の色度座標の調整自由度を高めることができる波長変換素子及び発光装置について説明する。
【０１９０】
本実施の形態に係る波長変換素子は、波長変換部材が第１蛍光体粒子に加えて、第２蛍光体粒子を含む点において、実施の形態３に係る波長変換素子と相違し、その他の点において一致する。以下、本実施の形態に係る波長変換素子について、図２１〜図２３を用いて説明する。
【０１９１】
図２１は、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｆの構成を示す模式的な断面図である。図２１に示すように、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｆは、支持面２ａを有する支持部材２と、支持面２ａの上方に配置される波長変換部材４０Ｆとを備え、波長変換部材４０Ｆは、第１蛍光を発生する複数の第１蛍光体粒子４１と、第１蛍光と異なるスペクトルの第２蛍光を発生する複数の第２蛍光体粒子４４とを備える。波長変換部材４０Ｆは、さらに、複数の第１蛍光体粒子４１と複数の第２蛍光体粒子４４とを結合する透明結合材４２と、透明結合材４２と結合し、かつ、複数の第１蛍光体粒子４１及び複数の第２蛍光体粒子４４とは異なる散乱粒子４３とを含む。
【０１９２】
本実施の形態では、第１蛍光体粒子４１及び第２蛍光体粒子４４のいずれの蛍光体粒子も、メジアン径Ｄ５０が２μｍ以上３０μｍ以下で、同一の基本組成式を有し（つまり、同一の構成元素を有し）、異なる組成比の蛍光体材料を用いる。なお、実施の形態１に係る第１蛍光体粒子４１と同様に、第１蛍光体粒子４１及び第２蛍光体粒子４４のメジアン径Ｄ５０を３μｍ以上９μｍ以下としてもよい。第１蛍光体粒子４１及び第２蛍光体粒子４４を表わす具体的な基本組成式は、例えば、（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１）である。つまり、複数の第１蛍光体粒子４１は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ１，Ｙｘ１）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ１≦１）を含み、複数の第２蛍光体粒子４４は、Ｃｅが賦活された（Ｌａ１−ｘ２，Ｙｘ２）３Ｓｉ６Ｎ１１（０≦ｘ２≦１、ｘ１≠ｘ２）を含む。
【０１９３】
さらに波長変換部材４０Ｆは、励起光を吸収しない非発光粒子である散乱粒子４３を含む。散乱粒子４３のメジアン径Ｄ５０が各蛍光体粒子のメジアン径と近い方が散乱粒子４３の散乱効率が高い。このため、散乱粒子４３のメジアン径Ｄ５０を、例えば０．３μｍ以上１８μｍ以下とする。
【０１９４】
本実施の形態に係る波長変換素子１Ｆのように、波長変換部材４０Ｆに、第１蛍光体粒子４１と、散乱粒子４３と、第１蛍光体粒子４１と異なる組成の第２蛍光体粒子４４とを分散させる。このような波長変換部材４０Ｆによれば、各粒子の混合比を調整することで、より自由に出射光の色度座標を調整することができる。
【０１９５】
以下、本実施の形態の波長変換素子１Ｆの具体的な構成について説明する。本実施の形態においては、波長変換部材４０Ｆにおいて、第１蛍光体粒子４１としてメジアン径が１２μｍのＬａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅを用い、第２蛍光体粒子４４としてメジアン径が９μｍの（Ｌａ０．８４Ｙ０．１６）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅを用いた。そして、散乱粒子４３としてはメジアン径Ｄ５０が３μｍのＡｌ２Ｏ３を用いた。第１蛍光体粒子４１、第２蛍光体粒子４４、散乱粒子４３を固定する透明結合材４２として、ポリメチルシルセスキオキサンを主に含む透明材料を用いた。
【０１９６】
このとき、第１蛍光体粒子４１の体積Ｖｆと第２蛍光体粒子４４の体積Ｖｆ２との比率Ｖｆ／（Ｖｆ＋Ｖｆ２）は、０％より大きく、１００％より小さい。また、散乱粒子４３の体積Ｖｓの蛍光体粒子の体積に対する比率Ｖｓ／（Ｖｆ＋Ｖｆ２＋Ｖｓ）は、１０％以上、９０％以下である。
【０１９７】
図２２は、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｆを用いた発光装置の出射光のスペクトル特性を示すグラフである。本実施の形態に係る波長変換素子１Ｆの第１蛍光体粒子４１及び第２蛍光体粒子４４として、同一の基本組成式（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１）である蛍光体を用いている。このため、第１蛍光体粒子４１及び第２蛍光体粒子４４のそれぞれ単体のスペクトル形状とほぼ同じスペクトル形状を有する蛍光である第２出射光９１が、波長変換素子１Ｆから出射される。また、半導体発光装置の駆動電流（Ｉｆ）と輝度との関係についても、図１９に白丸で示す実施の形態３に係る発光装置における関係とほぼ同じであった。
【０１９８】
図２３は、実施の形態４に係る波長変換素子１Ｆを搭載した発光装置において、波長変換素子１Ｆの構成を変化させた場合の出射光の色度座標の変化を示す図である。図２３の左側の色度図において、ピーク波長４４５ｎｍの励起光の散乱光である第１出射光８５の色度座標を、符号８５で示す。また、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅで構成される第１蛍光体粒子４１から出射される蛍光の色度座標を符号９１ａで示す。そして、（Ｌａ０．８４Ｙ０．１６）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅで構成される第２蛍光体粒子４４から出射される蛍光の色度座標を符号９１ｂで示す。したがって、波長変換部材を第１蛍光体粒子４１と散乱粒子４３と透明結合材４２とで構成する場合の出射光９５は、軌跡１９５ａ上のいずれかの座標にプロットされる。また、波長変換部材を第２蛍光体粒子４４と散乱粒子４３と透明結合材４２とで構成する場合の出射光９５は、軌跡１９５ｂ上のいずれかの座標にプロットされる。
【０１９９】
図２３の右側の図は、左側の色度図の色度座標（０．３３，０．３３）付近を拡大したものである。
【０２００】
ここで、波長変換素子の波長変換部材の構成として、第１蛍光体粒子、第２蛍光体粒子、散乱粒子及び透明結合材の体積比率が以下の三種類である波長変換素子（ａ）〜（ｃ）を作成し、図２３の右側の拡大図に示した。
【０２０１】
（ａ）１８：０：２２：６０
（ｂ）０：１８：２２：６０
（ｃ）９：９：２２：６０
【０２０２】
このとき、波長変換部材の発光領域１５１における膜厚はいずれも２５μｍ程度であった。また、出射光９５の色度座標は、図４に示した発光装置１０１に波長変換素子を搭載して測定した。
【０２０３】
図２３の右側の拡大図の色度座標９５ａ、９５ｂ及び９５ｃがそれぞれ上記の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に相当する波長変換素子から出射される出射光の色度座標である。このように、組成比が異なる同じ基本色の蛍光体を用いて、その混合比率を変えることで、励起光と蛍光とを結ぶ軌跡以外の方向に色度座標を調整することができる。つまり、第１蛍光体粒子、第２蛍光体粒子、散乱粒子の３種類の粒子の比率を変えることで、色度図上の色度座標をｘ軸、ｙ軸方向に自由に調整することができる。つまり、発光装置を大量に生産する場合においても、所望の色度座標を得るために、第１蛍光体粒子、第２蛍光体粒子、散乱粒子の３種類の粒子のみ準備しておけばよい。
【０２０４】
より具体的には、図２３に示す領域Ａは、日本工業規格ＪＩＳ  Ｄ  ５５００で定められた車両用の前照灯の色度の領域である。この用途の発光装置を製造する場合には、第１蛍光体粒子、第２蛍光体粒子及び散乱粒子を準備し、それらの比率を調整して波長変換部材及び波長変換素子を作製する。これにより、前述の規格で定められた色度の領域内のうち、斜線領域部分の色度を自由に得ることができる。
【０２０５】
また、波長変換部材４０に含まれる散乱粒子４３には発光領域における出射光の色度の均一性を向上させるという効果もある。つまり、散乱粒子４３が存在することで第１蛍光体粒子４１から出射される第１蛍光と、第２蛍光体粒子４４から出射される第２蛍光とを散乱することで混合することができる。したがって、波長変換部材４０の発光領域から均一な色度の出射光を放射することができる。
【０２０６】
上記のような構成により、出射光の輝度が高く、発光領域における色度の均一性が高く、さらに色度の調整を容易に行うことができる発光装置を提供することができる。
【０２０７】
なお、本実施の形態に係る波長変換部材４０Ｆにおいて、第１蛍光体粒子４１及び第２蛍光体粒子４４としてメジアン径Ｄ５０が２μｍ以上３０μｍ以下の（ＬａｘＹ１−ｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１）を用いて説明したがこの限りではない。使用する発光装置に必要とされる出射光の輝度やスペクトルに応じて、（ＹｘＧｄ１−ｘ）３（ＡｌｙＧａ１−ｙ）５Ｏ１２：Ｃｅ（０．５≦ｘ≦１、０．５≦ｙ≦１）などを用いることができる。この場合、透明結合材としてシルセスキオキサン以外の材料を用いてもよい。例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＴｉＯ２、ＡｌＮ、ＢＮ、ＢａＯなどの無機物を主に構成する材料で透明結合材４２を構成することでより高い信頼性を有する波長変換素子１を実現できる。また、波長変換部材４０Ｆに含まれる散乱粒子４３は、発光装置の用途に応じて、Ａｌ２Ｏ３に限らず、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯなどの微粒子を用いることができる。特に、熱伝導率の高い窒化ホウ素（ＢＮ）やダイヤモンドの微粒子を混合させることで、波長変換部材４０Ｆの光散乱性を強めるとともに、蛍光体材料からの熱を効率よく支持部材に伝熱させることができる。
【０２０８】
（実施の形態５）
続いて実施の形態５に係る発光装置及び照明装置について説明する。本実施の形態に係る発光装置及び照明装置は、半導体発光装置１１０と波長変換素子１との間において、可動ミラーユニットを用いて励起光を波長変換部材の表面に対して走査しつつ照射する点が、実施の形態１に係る発光装置１０１及び照明装置２０１と相違する。以下、本実施の形態に係る発光装置及び照明装置について、実施の形態１に係る発光装置１０１及び照明装置２０１との相違点を中心に図面を用いて説明する。
【０２０９】
図２４Ａは、本実施の形態に係る照明装置２０１Ｃの構成を示す模式的な断面図である。
【０２１０】
図２４Ａに示すように、照明装置２０１Ｃは、発光装置１０１Ｃと、投光部材２２０と、第４基台２２１とを備える。発光装置１０１Ｃは、波長変換素子１から出射光９５を出射させる光源である。照明装置２０１Ｃは、投光部材２２０により出射光９５を指向性の強い光である投影光９６に変換して出射する。
【０２１１】
発光装置１０１Ｃは、実施の形態１と同様に波長変換素子１と、半導体発光装置１１０と、レンズ１２０ａとを備える。本実施の形態においては、発光装置１０１Ｃは、レンズ１２０ａと波長変換素子１との間の光路に、可動ミラーユニット５２０を備える。
【０２１２】
可動ミラーユニット５２０は、位置及び姿勢の少なくとも一方を変動させ得るミラーである可動ミラー５２０ａと、可動ミラー５２０ａを図示しない支持部により保持するホルダ５２０ｂとで構成される。可動ミラー５２０ａは、図２４Ａに示されるＤｙ方向に対して、Ｄｚ方向に傾斜したＤｙ１方向に対してミラー面が平行になるように固定される。支持部は、例えばトーションバーなどの、図２４Ａ中のＤｙ１方向に伸びる支持部材であり、可動ミラー５２０ａをＤｙ１方向を中心軸として回転する方向に傾斜させることが可能である。可動ミラー５２０ａのホルダ５２０ｂに対する傾斜角度は、ホルダ５２０ｂとの間の静電力又は電磁力を用いて変えられる。
【０２１３】
半導体発光装置１１０は、第２基台５５０に固定され、第２基台５５０は基台５０に固定される。可動ミラーユニット５２０は、第３基台５４０に固定され、第３基台５４０は基台５０に固定される。
【０２１４】
発光装置１０１Ｃには、プリント回路板１６０が基台５０の底面側に配置される。また、プリント回路板１６０には、半導体発光装置１１０が接続された第２プリント回路板１６０ｂ、可動ミラーユニット５２０の配線、及び、外部回路との接続用のコネクタ１７０が接続される。
【０２１５】
半導体発光装置１１０から出射された出射光は、レンズ１２０ａで集光され出射光８３となる。出射光８３は、可動ミラー５２０ａで反射された後、励起光８４として、波長変換素子１に照射される。
【０２１６】
波長変換素子１に照射された励起光８４は、波長変換素子１の波長変換部材４０で一部が蛍光に波長変換され、蛍光からなる第２出射光９１及び励起光８４の散乱光からなる第１出射光８５で構成される出射光９５となり発光装置１０１Ｃから出射される。
【０２１７】
上記の発光装置１０１Ｃは、コネクタ１７０を備える。コネクタ１７０は、外部回路との接続が可能なコネクタである。コネクタ１７０を介して可動ミラーユニット５２０と半導体発光装置１１０とに接続されるプリント回路板１６０に外部から電力を印加することができる。これにより半導体発光装置１１０と可動ミラーユニット５２０とに印加する電力調整することで、波長変換素子１から出射される出射光９５の発光パターンをより自由に設定することができる。
【０２１８】
照明装置２０１Ｃを構成する投光部材２２０は、本実施の形態においては、レンズである。投光部材２２０は第４基台２２１に保持され、発光装置１０１Ｃの波長変換素子１側の基台５０に取り付けられる。
【０２１９】
続いて、波長変換素子１への励起光８４の照射領域について図２４Ｂを用いて説明する。図２４Ｂは、本実施の形態に係る波長変換素子１及びその周辺の拡大断面図である。図２４Ｂには、本実施の形態に係る波長変換素子１の波長変換部材４０に対する上面図も併せて示されている。なお、図２４Ｂの拡大断面図は、図２４Ｂの上面図に示されるＸＸＩＶＢ−ＸＸＩＶＢ線における断面に相当する。
【０２２０】
図２４Ｂの上面図には、ある時点における励起光８４の照射領域８４ａを示す。本実施の形態において照射領域８４ａは、可動ミラー５２０ａの傾斜方向を変化させることで、照射領域８４ａをＳｘ１方向又はＳｘ２方向に移動、つまり走査させることができる。この照射領域８４ａを、人間の目の残像時間よりも十分短い時間で周期的に走査させることで、走査範囲である走査領域８４ｗを見かけ上の発光領域として波長変換素子１を発光させることができる。
【０２２１】
このとき、走査領域８４ｗの一部において、励起光８４が照射されないように、半導体発光装置１１０と可動ミラーユニット５２０とに印加する電力とタイミングとを調整することで、走査領域８４ｗにおいて、任意の時間において、励起光８４を照射する領域と照射しない領域を設定することができる。つまり、可動ミラー５２０ａの任意の傾斜方向において半導体発光装置１１０に印可する電力をオフにすることで、非照射領域を作ることができる。
【０２２２】
図２４Ｃは、本実施の形態に係る照明装置２０１Ｃ、及び、照明装置２０１Ｃから投影される投影像９９を示す模式的な斜視図である。図２４Ｃに示すように、照明装置２０１Ｃは、投影対象物１９９に形成される投影像９９の任意の場所に非照射領域５９９を形成することができる。非照射領域５９９は、投影範囲中に自由に配置することできる。このため本実施の形態の照明装置２０１Ｃを車両の前照灯に用いた場合には、アダプティブ・ドライビング・ビーム（Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｂｅａｍ）に適用することが可能になる。
【０２２３】
続いて、本実施の形態に用いる波長変換素子１の製造方法を、図２４Ｄを用いて説明する。図２４Ｄは、本実施の形態に係る波長変換部材４０の形状を示す写真である。より詳しくは、図２４Ｄは、例えばシリコン基板であるウエハ状の支持部材２の支持面２ａに反射部材３を形成し、さらに、その上に、実施の形態１と同様にスクリーン印刷を用いて複数の波長変換部材４０を形成したものの一部の写真である。なお、図２４Ｄには、波長変換部材４０を拡大した模式的な上面図も併せて示されている。
【０２２４】
図２４Ｄに示すように、本実施の形態に係る波長変換部材４０は、支持面２ａの上面視において、図２４Ｄにおける横方向（つまり、長手方向）の長さが１０ｍｍで縦方向（つまり、幅方向）の長さが３ｍｍの矩形形状を有し、横方向に１５ｍｍピッチ、縦方向に４ｍｍピッチで形成されている。したがって、波長変換部材４０を形成した後、ウエハ状の支持部材２を所定のピッチで切断することにより波長変換素子１が製造される。
【０２２５】
続いて以上のような方法で製造された波長変換素子１の断面形状について図２４Ｅ〜図２４Ｇを用いて説明する。図２４Ｅ〜図２４Ｇは、本実施の形態に係る波長変換素子１の膜厚の測定結果を示すグラフである。図２４Ｅ〜図２４Ｇには、それぞれ、図２４Ｄに示されるＸＸＩＶＥ−ＸＸＩＶＥ線、ＸＸＩＶＦ−ＸＸＩＶＦ線及びＸＸＩＶＧ−ＸＸＩＶＧ線における断面の膜厚が示される。ＸＸＩＶＦ−ＸＸＩＶＦ線、ＸＸＩＶＧ−ＸＸＩＶＧ線においては、実施の形態１と同様に中央領域の膜厚が２０μｍ程度であり、周縁領域の膜厚は中央領域よりも少し厚い。つまり、波長変換部材４０は、凹形状を有する。また、ＸＸＩＶＥ−ＸＸＩＶＥ線においては、波長変換部材４０の膜厚は２０μｍ程度でほど一定である。したがって、本実施の形態に係る波長変換部材４０は、支持面２ａの上面視において、長尺状の形状を有し、実施の形態１で述べた第１頂部は、波長変換部材４０の長手方向に垂直な方向の端部に配置される。
【０２２６】
このような構成の波長変換部材４０においては、図２４Ｂに示す走査領域８４ｗの長軸方向に対して波長変換部材４０の膜厚を一定とすることができる。一方で、走査領域８４ｗの短軸方向に対しては、凹形状とすることで、色度変化が小さく、かつ、波長変換素子の温度変化に対して、波長変換部材４０が支持部材２から剥離するのを抑制することができる。図２４Ｈは、上記の波長変換部材４０の膜厚分布に基づき波長変換素子１の発光領域における色分布のシミュレーション結果を示したグラフである。横軸が位置を示し、縦軸が色度ｘを示す。図２４Ｈに示すように、広い発光領域において、色分布が小さい発光装置を実現できていることがわかる。
【０２２７】
以上のような構成を有する発光装置１０１Ｃ及び照明装置２０１Ｃにおいても、実施の形態１に係る発光装置１０１及び照明装置２０１と同様の効果を奏することができる。また、本実施の形態では、可動ミラーユニットを用いて励起光を波長変換素子１上で走査するため、投影像９９のパターンの自由度を高めることができる。
【０２２８】
（実施の形態６）
続いて実施の形態６に係る発光装置について図２５Ａ〜図２５Ｃを用いて説明する。上記の実施の形態において、発光装置の構成として、励起光は、波長変換素子の一方の斜め上方から照射される構成を示した。しかしながら、本実施の形態に係る発光装置においては、励起光を、複数の方向から照射することで、より光量の大きい光を波長変換素子から放射させることができる。図２５Ａは、本実施の形態に係る発光装置における波長変換素子１Ｆ及び励起光８４の照射方向を示す模式的な断面図である。図２５Ａに示すように、本実施の形態では、励起光８４を、実施の形態４に係る波長変換素子１Ｆの一方の斜め上方及び他方の斜め上方の二つの方向から照射する。図２５Ａに示す構成例では、励起光８４の励起領域を通り支持面２ａと直交する平面に対して対称な二つの光路に沿った二つの方向から励起光を波長変換素子１Ｆに照射している。
【０２２９】
本構成例を用いて実施した実験結果について図２５Ｂ及び図２５Ｃを用いて説明する。図２５Ｂは、本実施の形態に係る波長変換素子１Ｆの発光領域における輝度分布を示すグラフである。図２５Ｃは、本実施の形態に係る発光装置の実験結果の概要を示す表である。図２５Ｂ及び図２５Ｃには、二つの方向からそれぞれ光出力３．５Ｗの励起光８４を波長変換素子１Ｆに照射した場合の実験結果を示している。つまり、本実験では、合計７Ｗの光出力の励起光８４を波長変換素子１Ｆに照射した。このとき、発光領域の直径が凡そ１ｍｍとなるように調整した。この場合においても上記実施の形態１などと同様に、図２５Ｂの発光領域の輝度分布に示すように、１０００ｃｄ／ｍｍ２を超えるピーク輝度と、１２５℃という１５０℃以下の発光領域における波長変換部材４０の表面温度とを実現できた。このとき、図２５Ｃに示すように、ピーク輝度の１／ｅ２以上の輝度の領域を発光領域サイズとすると、図２５Ａの紙面に平行な方向（励起光が含まれる平面に平行な方向）における発光領域の幅が０．９ｍｍで、図２５Ａの紙面に垂直な方向（励起光が含まれる平面に垂直な方向）における発光領域の幅が１．１ｍｍであった。この発光領域から、１０００ｌｍ以上の光束を放射させることができた。この光束は、上述したような微小な発光領域から光束としては非常に高い。
【０２３０】
以上のように、波長変換素子１Ｆに複数の励起光を照射する発光装置によれば、波長変換素子１Ｆの表面温度を所定の温度以下に維持しつつ、大きい光量の放射光を放射させることができる。また、本実施の形態においては、波長変換素子１Ｆ周辺の頂部について、図２５Ａの紙面に平行な平面内に形成される頂部を第２頂部、励起領域を通り紙面に垂直な方向に形成される頂部を第１頂部とし、第２頂部の支持面２ａからの高さを、第１頂部の支持面２ａからの高さより低くしてもよい。言い換えると、励起光８４が含まれる平面内に配置される第２頂部の支持面２ａからの高さを、励起領域を通り当該平面に垂直な平面内に配置される第１頂部の支持面２ａからの高さより低くしてもよい。この構成により、励起光８４の一部が第２頂部において蹴られることを抑制することができる。
【０２３１】
上記の構成において、複数の励起光として２つの場合について説明したが、この限りではない。３以上の励起光を用いる場合においても同様の応用を実施することが可能である。
【０２３２】
（その他の変形例など）
以上、本開示について、各実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。
【０２３３】
例えば、実施の形態２などでは、散乱粒子４３として、透明材料を用いる例を示したが、散乱粒子４３として透明材料以外の材料を用いてもよい。散乱粒子４３を形成する材料は、励起光及び蛍光に対する吸収が少なく、かつ、励起光を散乱する材料であればよく、例えば、白色樹脂などであってもよい。
【０２３４】
また、実施の形態４に係る波長変換部材４０Ｆでは、実施の形態１に係る波長変換部材４０の形状的な特徴を備えるが、実施の形態４に係る波長変換部材４０Ｆの構成はこれに限定されない。つまり、実施の形態４に係る波長変換部材４０Ｆは、実施の形態１に係る波長変換部材４０のような形状を有していなくてもよい。例えば、波長変換部材４０Ｆの膜厚は、全領域にわたってほぼ一定であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０２３５】
本開示の波長変換素子は、上述のとおり光密度の高い励起光に対して、波長変換部材の温度上昇を抑制するとともに、出射光の色度座標を容易に調整することができ、当該波長変換素子を用いた発光装置は、容易に高輝度の出射光を出射させることができる。そのため、本開示の波長変換素子及びそれを用いる発光装置は、車両や船舶、列車の前照灯、プロジェクタ用光源、スポットライト用光源、医療用光源などの各種照明装置などにおいて有用である。
【符号の説明】
【０２３６】
１、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｆ  波長変換素子
２  支持部材
２ａ  支持面
２ｄ  配置領域
３  反射部材
３ａ  密着層
３ｂ  第１反射膜
３ｃ  第２反射膜
５ａ  微小凸部
５ｂ  微小凹部
６  放射面
６ａ  周縁領域
６ｂ  中央領域
７  接合面
４０、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｆ  波長変換部材
４１  第１蛍光体粒子
４２  透明結合材
４３  散乱粒子
４４  第２蛍光体粒子
４５  ボイド
５０  基台
５０ａ  格納部
５０ｂ  側壁
５１  遮光カバー
５２  ネジ
５３、５２０ｂ  ホルダ
５５  接着部材
８１、８３、９５  出射光
８４  励起光
８５  第１出射光
９１  第２出射光
９６  投影光
９９  投影像
１０１、１０１Ｂ、１０１Ｃ  発光装置
１１０  半導体発光装置
１１１  半導体発光素子
１２０  集光光学部材
１２０ａ  レンズ
１２０ｂ  反射光学素子
１２０ｃ  集光レンズ
１３０  光検出器
１４０  透光部材
１５０  励起領域
１５１  発光領域
１６０  プリント回路板
１６０ｂ  第２プリント回路板
１７０  コネクタ
１９０  回転機構
１９１  回転軸
１９９  投影対象物
２０１、２０１Ｂ、２０１Ｃ  照明装置
２２０  投光部材
２２１  第４基台
３１４Ｂ、３１４Ｒ  ダイクロイックミラー
３２０  光源ユニット
３２５  ヒートシンク
３３１Ｂ、３３２Ｂ、３３１Ｒ、３３２Ｒ  反射ミラー
３５０Ｂ、３５０Ｇ、３５０Ｒ  画像表示素子
３６０  ダイクロイックプリズム
３６５  投影レンズ
３７９Ｂ  青色光
３７９Ｙ  黄色光
３７９Ｇ  緑色光
３７９Ｒ  赤色光
３８０Ｂ、３８０Ｇ、３８０Ｒ  信号光
３８９  投射光
５２０  可動ミラーユニット
５２０ａ  可動ミラー
５４０  第３基台
５５０  第２基台
５９９  非照射領域
１０６３  発光装置  （光源装置）
１０７０  励起光源
１０７１  蛍光体ホイール
１０７５  導光装置
１１３０  基材
１１３１  蛍光体の層
１１３８  反射層
１１３９  励起光集光レンズ
Ｐ１  第１頂部
Ｓ１  第１傾斜部
【図１】
2018198949.tif 000003
【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】
2018198949.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2018198949.tif 000018
【図１７】
2018198949.tif 000019
【図１８】
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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】
2018198949.tif 000025
【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２４Ｃ】
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【図２４Ｄ】
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【図２４Ｅ】
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【図２４Ｆ】
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【図２４Ｇ】
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【図２４Ｈ】
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【図２５Ａ】
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【図２５Ｂ】
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【図２５Ｃ】
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【図２６】
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【国際調査報告】
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