(57)【要約】【課題】蛍光体部と透光性部とを含む波長変換部材に任意形状の凹部を形成可能な製造方法を提供する。【解決手段】上面を有する波長変換部材を準備する工程と、上方から波長変換部材にパルスレーザ光を照射することにより、上面に対して傾斜した傾斜面を有する凹部を形成する工程であって、パルスレーザ光を一定の加工深さで照射しながら上面視において第１方向に走査する工程を走査工程とし、上面視において第１方向と垂直をなす第２方向に照射位置をずらせて走査工程を複数回行う工程を走査工程群としたときに、走査工程群を上面視で重なる領域において加工深さを異ならせて 複数回行うことにより、傾斜面を有する凹部を形成する工程と、を備える、凹部を有する波長変換部材の製造方法。【選択図】図１Ｂ
2018013669.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体部と、前記蛍光体部からの蛍光を透過する透光性部と、を含む、上面を有する波長変換部材を準備する工程と、
上方から前記波長変換部材にパルスレーザ光を照射することにより、前記上面に対して傾斜した傾斜面を有する凹部を形成する工程であって、前記パルスレーザ光を一定の加工深さで照射しながら上面視において第１方向に走査する工程を走査工程とし、上面視において前記第１方向と垂直をなす第２方向に照射位置をずらせて前記走査工程を複数回行う工程を走査工程群としたときに、前記走査工程群を上面視で重なる領域において加工深さを異ならせて複数回行うことにより、前記傾斜面を有する凹部を形成する工程と、
を備える、凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項２】
前記凹部を形成する工程において、加工深さが上方から下方に向かうように、前記走査工程群を複数回行うことを特徴とする請求項１に記載の凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項３】
前記凹部を形成する工程において、複数回の前記走査工程群それぞれにおける前記走査工程の回数を、前記上面から離れるに従って減少させることを特徴とする請求項１又は２に記載の凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項４】
前記パルスレーザ光を、１００〜１０，０００フェムト秒のパルス幅で照射することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項５】
前記パルスレーザ光を、１００ｍＷ以下の出力で照射することを特徴とする請求項４に記載の凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項６】
蛍光体部と、前記蛍光体部からの蛍光を透過する透光性部と、を含む、上面を有する波長変換部材を準備する工程と、
上方から前記波長変換部材にパルスレーザ光を複数回照射して、加工深さが異なる複数の加工痕を連ならせることにより、又は加工深さが一定の複数の加工痕を連ならせつつ加工深さが異なる複数の加工痕を連ならせることにより、前記上面に対して傾斜した傾斜面を有する凹部を形成する工程と、
を備える、凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項７】
前記凹部を形成する工程において、前記凹部を複数形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の凹部を有する波長変換部材の製造方法により得られる波長変換部材と、前記波長変換部材に含まれる前記蛍光体部を励起して第２光を発光させる第１光を出射するレーザ光源とを、前記凹部に前記第１光が照射される位置関係で固定する工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。
【請求項９】
前記凹部の傾斜面は、前記第１光の光軸に沿って直接入射される光が上方に正反射されるように前記上面に対して傾斜した第１面を有することを特徴とする請求項８に記載の発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凹部を有する波長変換部材及びそれを用いた発光装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体レーザ素子と、半導体レーザ素子から離間して配置され、その表面に複数の斜面構造が形成された蛍光体層と、を有する光源装置が知られている（特許文献１参照）。蛍光体層の形態としては、蛍光体粉末をガラスや樹脂中に分散させたもの、蛍光体セラミックスなどが挙げられる。また、斜面構造の形成方法としては、例えばマイクロリソグラフィーが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−４１４７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、リソグラフィー技術を用いてエッチングを行うと、材料によってエッチングレートの差が生じる。このため、蛍光体とそれ以外の材料とが混在する蛍光体層を用いる場合に、エッチングによる加工では意図どおりの形状を形成することは難しい。また、蛍光体層に凹部を形成する他の方法として、ブレード等を用いた機械的な加工が挙げられる。しかし、ブレード等は加工により摩耗するため、加工を行うに従って得られる凹部の形状が変化する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の発明を含む。
蛍光体部と、前記蛍光体部からの蛍光を透過する透光性部と、を含む、上面を有する波長変換部材を準備する工程と、
上方から前記波長変換部材にパルスレーザ光を照射することにより、前記上面に対して傾斜した傾斜面を有する凹部を形成する工程であって、前記パルスレーザ光を一定の加工深さで照射しながら上面視において第１方向に走査する工程を走査工程とし、上面視において前記第１方向と垂直をなす第２方向に照射位置をずらせて前記走査工程を複数回行う工程を走査工程群としたときに、前記走査工程群を上面視で重なる領域において加工深さを異ならせて 複数回行うことにより、前記傾斜面を有する凹部を形成する工程と、
を備える、凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【０００６】
蛍光体部と、前記蛍光体部からの蛍光を透過する透光性部と、を含む、上面を有する波長変換部材を準備する工程と、
上方から前記波長変換部材にパルスレーザ光を複数回照射して、加工深さが異なる複数の加工痕を連ならせることにより 、又は加工深さが一定の複数の加工痕を連ならせつつ加工深さが異なる複数の加工痕を連ならせることにより、前記上面に対して傾斜した傾斜面を有する凹部を形成する工程と、
を備える、凹部を有する波長変換部材の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
これにより、蛍光体部と透光性部とを含む波長変換部材に任意形状の凹部を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１Ａ】実施形態１に係る凹部を有する波長変換部材の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図１Ｂ】実施形態１に係る凹部を有する波長変換部材の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図１Ｃ】実施形態１に係る凹部を有する波長変換部材の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図２Ａ】凹部形成工程の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｂ】凹部形成工程の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｃ】凹部形成工程の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｄ】凹部形成工程の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｅ】凹部形成工程の一例を示す模式的な斜視図である。
【図２Ｆ】凹部形成工程の一例を示す模式的な斜視図である。
【図３Ａ】実施形態１に係る発光装置を示す模式的な上面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線における模式的な断面図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの部分拡大図である。
【図３Ｄ】図３Ｂの部分拡大図である。
【図４】実施形態２に係る凹部を有する波長変換部材の製造方法を示す模式的な断面図である。
【図５】実施例１の波長変換部材の断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。
【図６】実施例２の波長変換部材の断面のＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する波長変換部材及び発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
【００１０】
［実施形態１］
図１Ａ〜１Ｃは、実施形態１に係る凹部１３を有する波長変換部材１０の製造方法を示す模式的な断面図である。なお、図１Ａ〜１Ｃは、波長変換部材１０の一部を拡大して示す図である。
【００１１】
まず、図１Ａに示すように、上面１０ａを有する波長変換部材１０を準備する。波長変換部材１０は、蛍光体部と、蛍光体部からの蛍光を透過する透光性部と、を含む。
【００１２】
次に、図１Ｂに示すように、上方から波長変換部材１０にパルスレーザ光Ｌを複数回照射して複数の加工痕Ａを連ならせる。これにより、図１Ｃに示すように、上面１０ａに対して傾斜した傾斜面１３ａ、１３ｂを有する凹部１３を波長変換部材１０に形成する。
【００１３】
このような工程を有することにより、蛍光体部と透光性部とを含む波長変換部材１０に所望形状の凹部１３を形成することができる。すなわち、パルスレーザ光Ｌによる加工であれば、エッチングと比較して材料の違いによる加工レートの差が小さいため、意図どおりの形状を容易に得ることができる。
【００１４】
凹部１０形成工程について、より詳細な手順を図２Ａ〜２Ｆを用いて説明する。図２Ａ〜２Ｆは、凹部１３形成工程を示す模式的な斜視図である。
【００１５】
図２Ａに示すように、上面視において所定の方向を第１方向Ｂ１とし、第１方向Ｂ１と垂直をなす方向を第２方向Ｂ２とする。このとき、パルスレーザ光Ｌを一定の加工深さで第１方向Ｂ１に走査する工程を走査工程Ｃとする。ここで、加工深さが一定であるとは、加工深さが完全に同じ場合だけでなく、加工深さが実質的に同じ場合も含むものとする。そして、走査工程Ｃを第２方向Ｂ２に照射位置をずらせて複数回行う工程を走査工程群Ｄとする。図２Ａ〜２Ｆに示すように、このような走査工程群Ｄを上面視において重なる領域において加工深さを異ならせて複数回行うことにより、凹部１３を形成する。なお、加工深さとは、凹部１３形成前の波長変換部材１０の上面１０ａを基準とした深さを指す。例えば、図１Ｂに示す波長変換部材１０では、図中左右方向に並ぶ加工痕Ａの加工深さは一定であり、図中上下方向に並ぶ加工痕Ａの加工深さは相違している。パルスレーザ光Ｌを一定の加工深さで照射するには、出力等の加工痕Ａのサイズに関わる条件と焦点の深さとを一定に設定してパルスレーザ光Ｌを照射すればよい。
【００１６】
凹部１３を形成する工程において、複数回の走査工程群Ｄは、加工深さが上方から下方に向かうように行うことが好ましい。すなわち、凹部１３の形成に必要な走査工程群Ｄのうち加工深さの最も浅い走査工程群Ｄを最初に行い、加工深さを徐々に深めていくことが好ましい。さらには、パルスレーザ光Ｌの照射によって形成される加工痕Ａのそれぞれは上方に開口した凹形状であることが好ましい。波長変換部材１０の内部に加工痕Ａを形成すると、加工痕Ａを起点として亀裂が発生し波長変換部材１０が割断される虞がある。よって、波長変換部材１０の割断の可能性を低減するためには、内部加工ではなく加工痕Ａが上方に開口した凹形状となるような表面加工が好ましく、加工深さが上方から下方に向かう順序であればそのように加工することが可能である。なお、下方とは上面１０ａから上面１０ａの反対側の面である下面１０ｂに向かう方向である。
【００１７】
まず、１回の走査工程Ｃにより、実質的に同じ深さの加工痕Ａが第１方向Ｂ１に直線状に連なった溝部が形成される。そして、このような走査工程Ｃを複数回行う走査工程群Ｄにより、図２Ｂに示すように浅溝部１３１が形成される。浅溝部１３１は上面１０ａと略平行な底面を有する。複数回の走査工程Ｃは、すべて同じ方向に走査してもよいが、折り返して行う、すなわち走査方向を交互に逆転させて行うことが好ましい。これにより、加工時間を短縮することができる。なお、走査工程群Ｄに含まれる走査工程Ｃ同士の第２方向Ｂ２における焦点位置は、互いの加工痕Ａが繋がる程度とする。
【００１８】
このような走査工程群Ｄを上面視において重なる位置で下方に向かって順に複数回行うことにより、凹部１３を形成する。すなわち、図２Ｃ〜２Ｆに示すように、浅溝部１３１の底面に対して走査工程群Ｄを再び行うことにより、新しい浅溝部１３１を形成する。このように徐々に深く掘り下げていくことにより、凹部１３をより深く形成することができる。また、連続して形成する複数の浅溝部１３１それぞれにおける端部位置の加工痕を連ならせることで、凹部１３の傾斜面１３ａ、１３ｂを平坦面に近づけることができる。また、浅溝部１３１の形成位置及び第２方向Ｂ２における長さを調整することにより任意形状の凹部１３を形成することができる。複数回の走査工程群Ｄそれぞれにおける走査工程Ｃの回数は、上面１０ａから離れるに従って減少させることが好ましい。これにより、上面１０ａから遠ざかるに従って第２方向Ｂ２における長さが小さくなる凹部１３を形成することができる。
【００１９】
例えば、パルスレーザ光を用いるレーザ加工であっても実質的に同じ深さの加工痕のみを連続させる加工であれば、得られる凹部の形状はパルスレーザ光の照射方向やスポット径等のレーザ照射条件をそのまま反映した形状になる。しかし、本実施形態では、図２Ｃ及〜２Ｆに示すように走査工程群Ｄを下方に向かって順に複数回行うことにより加工痕Ａを連ならせて凹部１３を形成する。この方法であれば、走査工程群Ｄを行う回数及び上面視における位置を組み合わせることで任意の形状を得ることができる。以下、各工程について詳述する。
【００２０】
（波長変換部材１０準備工程）
まず、蛍光体部と透光性部とを含む波長変換部材１０を準備する。波長変換部材１０は典型的には蛍光体とセラミックスの焼結体である。透光性部は蛍光体部と異なる材料からなる。透光性部の屈折率は蛍光体部の屈折率と異なることが好ましい。これにより、互いの屈折率差によって波長変換部材１０の内部において光を散乱させて上面１０ａから光を取り出すことができる。
【００２１】
蛍光体部は、第１光（励起光）によって励起されて蛍光としての第２光を発する。第１光と第２光の混合により、例えば白色光を得る。蛍光体部は例えば一種類の蛍光体からなる。第１光が青色光である場合には、第２光として黄色光を選択することにより、これらの混合光として白色光を得ることができる。波長変換部材１０は二種以上の蛍光体を有してもよく、例えば第２光として黄色光に加えて赤色光を追加してもよい。黄色光を発する蛍光体としては、ＹＡＧ蛍光体、ＬＡＧ蛍光体等が挙げられる。赤色光を発する蛍光体としては、ＣＡＳＮ蛍光体等が挙げられる。透光性部を構成する材料は、蛍光体部と屈折率の異なる材料として、例えばＡｌ２Ｏ３が挙げられる。
【００２２】
波長変換部材１０に占める蛍光体部の割合は、例えば６０〜９０ｖｏｌ％程度が挙げられる。このように蛍光体部が大部分を占める波長変換部材１０は、後述する図３Ａ及び３Ｂに示すように第１光の照射面と光取り出し面とが同じ面である反射型の発光装置２０に用いることが適している。このような波長変換部材１０であれば、下面１０ｂにまで光が到達し難く、上面１０ａ側から光を取り出し易い。波長変換部材１０の蛍光体部以外の部分は実質的に透光性部とすることができる。波長変換部材１０は、散乱剤等の蛍光体部及び透光性部以外の材料を含んでもよい。
【００２３】
波長変換部材１０の厚みは、例えば８０〜２５０μｍ程度とすることができる。波長変換部材１０の上面視における外縁の形状は、円形状、楕円形状、矩形状、又はその他の多角形状が挙げられる。例えば上面視形状が矩形状である波長変換部材１０の場合、１辺の長さを０．２〜２．０ｍｍ程度、さらには０．３〜１．０ｍｍ程度とすることができる。
【００２４】
（凹部形成工程）
次に、上方から波長変換部材１０にパルスレーザ光Ｌを複数回照射して加工痕Ａを連ならせることにより、凹部１３を形成する。例えば図１Ｂに示すような加工痕Ａを１つずつ順に形成することにより、任意形状の凹部１３を形成することができる。あるいは、パルスレーザ光Ｌの出射部を複数設ければ、複数の加工痕Ａを同時に形成することも可能である。
【００２５】
加工痕Ａそれぞれのサイズが小さいほど、傾斜面１３ａ、１３ｂを平坦面に近づけることができる。得る凹部１３のサイズを同じとしたときに、加工痕Ａそれぞれのサイズが小さいほど、１つの凹部１３を得るために必要な加工痕Ａの数が増加する。このため、１つの凹部１３の形成に要する走査工程群Ｄの回数が多いほど、傾斜面１３ａ、１３ｂが平坦面に近づく傾向にある。したがって、１つの凹部１３の形成における走査工程群Ｄの回数は３回以上であることが好ましい。一方で走査工程群Ｄの回数が増加するほど加工時間は増大する。したがって、１つの凹部１３における走査工程群Ｄの回数は３０回以下とすることが好ましく、１５回以下とすることがさらに好ましい。
【００２６】
例えば、第２方向Ｂ２に平行であって上面１０ａに垂直な断面視において、２つの傾斜面１３ａ、１３ｂからなる凹部１３を形成することができる。このように底面が実質的に存在しない凹部１３を形成する場合、最も深い加工深さで行うパルスレーザ光Ｌの照射は、すなわち最後に行うパルスレーザ光Ｌの照射は、１つの走査工程Ｃであってもよく、複数の走査工程Ｃを含む走査工程群Ｄであってもよい。最後に行うパルスレーザ光Ｌの照射が走査工程群Ｄである場合は、走査工程群Ｄを構成する走査工程Ｃを例えば２以上５以下とする。
【００２７】
パルスレーザ光Ｌの照射には、例えばレーザスクライブ装置を用いる。パルスレーザ光Ｌを出射するレーザ光源としては、例えば、Ｔｉ：サファイアレーザ、Ｙｂ：ＫＧＷレーザ、又はＮｄ：ＹＶＯ４レーザが挙げられる。
【００２８】
パルスレーザ光Ｌとしては、ナノ秒帯又はフェムト秒帯のパルス幅を有するレーザ光が挙げられる。本実施形態ではフェムト秒帯のパルス幅を有するレーザ光を用いることが好ましい。フェムト秒帯としては、具体的には１００〜１０，０００フェムト秒が挙げられる。ナノ秒帯のパルスレーザ光Ｌであれば加工痕Ａの形成に伴って暗色系の変質層が生成されるが、フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌであれば、暗色系の変質層は生成され難い。したがって、暗色系の変質層を除去するための洗浄工程を省略することができる。フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌの加工により凹部１３及びその付近に削り屑（デブリ）が付着する場合には、それを除去するために簡易な洗浄を行うことが好ましい。また、フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌを用いることで、ナノ秒帯のパルスレーザ光Ｌと比較して、表面が滑らかな加工痕Ａやサイズの小さな加工痕Ａを形成することができる。したがって、より平坦面に近い傾斜面１３ａ、１３ｂを有する凹部１３や、より微細な凹部１３を形成することができる。
【００２９】
パルスレーザ光Ｌの出力は、波長変換部材１０を割断しない程度に低出力とする。具体的には、フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌにおいて出力を１００ｍＷ以下とすることが好ましい。これにより、波長変換部材１０が割断され難い。また、１つの加工痕Ａの上面視における最大幅を数μｍ以下とすることができるので、より平坦面に近い傾斜面１３ａ、１３ｂを有する凹部１３を形成することができる。一方で出力が低すぎると加工が困難であるため、フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌは３０ｍＷ以上の出力であることが好ましい。フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌにおいて、１つの加工痕Ａの第１方向Ｂ１における最大長さ及び第２方向Ｂ２における最大長さはそれぞれ、例えば１〜３μｍ程度とする。また、１つの加工痕Ａの波長変換部材１０の厚み方向の長さは、例えば１〜３μｍ程度とする。
【００３０】
深さ方向におけるパルスレーザ光Ｌの焦点位置は、波長変換部材１０の表面又はその付近とする。フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌであれば波長変換部材１０の表面だけでなく内部にも加工痕Ａを形成することが可能であるが、内部加工を行うと波長変換部材１０が厚み方向に割断される可能性がある。このため、フェムト秒帯のパルスレーザ光Ｌの焦点は、深さ方向において波長変換部材１０の表面から５μｍの範囲内に位置することが好ましい。なお、波長変換部材１０の表面とは、パルスレーザ光Ｌを照射する部分における最上面を指す。例えば１回目の走査工程群Ｄの場合は上面１０ａであり、１回目の走査工程群Ｄにより形成された浅溝部１３１に行う２回目の走査工程群Ｄの場合はその浅溝部１３１の底面である。
【００３１】
走査工程Ｃそれぞれにおける第１方向Ｂ１の焦点間距離、すなわちパルスレーザ光Ｌのピッチは、パルスレーザ光Ｌの１度の照射によって形成される加工痕Ａの第１方向Ｂ１における最大長さよりも小さくする。これにより、加工痕Ａ同士を繋げることができる。例えば、パルスレーザ光Ｌのピッチを５〜２５ｎｍ程度とする。パルスレーザ光Ｌのピッチを狭くするほど得られる凹部の表面が平坦面に近づき、パルスレーザ光Ｌのピッチを広くするほど粗面に近づく。パルスレーザ光Ｌのピッチは、波長変換部材１０を載置するトレイの送り速度や、パルスレーザ光Ｌの繰り返し周波数等で調整することができる。
【００３２】
複数の走査工程Ｃの第２方向Ｂ２における焦点間の最短距離は、パルスレーザ光Ｌの１度の照射によって形成される加工痕Ａの第２方向Ｂ２における最大長さよりも小さくする。これにより、加工痕Ａ同士を繋げることができる。例えば、１つの走査工程群Ｄにおいて、１つの走査工程Ｃは、その直前の走査工程Ｃから第２方向Ｂ２に１〜３μｍ程度ずらして行う。
【００３３】
このような走査工程Ｃ及び走査工程群Ｄによって形成される凹部１３の上面視形状は例えば矩形状である。走査工程Ｃ及び走査工程群Ｄを行う位置や回数等を調整することにより、任意形状の凹部１３を形成することができる。例えば、第１方向Ｂ１において離間した複数の凹部１３を形成することもできる。このような複数の凹部１３は、波長変換部材１０を載置したトレイを第１方向Ｂ１に沿って移動させる際に、凹部１３を形成する領域ではレーザを照射し、凹部１３の非形成領域ではレーザを照射しないことにより形成可能である。このような方法により、上面視形状が円形状の凹部１３を形成することも可能である。
【００３４】
波長変換部材１０には、凹部１３を複数形成することができる。この場合、上述の凹部１３形成工程を繰り返せばよい。パルスレーザ光Ｌの出射部を複数設ければ、複数の凹部１３を同時に形成することも可能である。パルスレーザ光Ｌの出射部が１つのみであれば、複数の凹部１３を形成する場合には、凹部１３を１つずつ形成するよりも、一定の加工深さの走査工程Ｃを波長変換部材１０の全域にわたって行うことが好ましい。例えば、１つの凹部１３の形成領域において最も加工深さが浅い走査工程Ｃを行った後、連続して、隣接する別の凹部１３の形成領域に移動して実質的に同じ加工深さの走査工程Ｃを行う。これにより、凹部１３を１つずつ形成する場合と比較して加工深さの変更回数を減らすことができるため、複数の凹部１３の形成が完了するまでの加工時間を短縮することができる。
【００３５】
（発光装置２０の製造方法）
さらに、凹部１３を有する波長変換部材１０を用いて発光装置２０を製造することができる。図３Ａは得られる発光装置２０を示す模式的な上面図であり、図３Ｂは図３Ａの３Ｂ−３Ｂ線における模式的な断面図である。図３Ｃ及び図３Ｄは図３Ｂの部分拡大図である。発光装置２０の製造方法は、凹部１３を有する波長変換部材１０と、レーザ光源２１とを、所定の位置関係で固定する工程を有する。レーザ光源２１は、波長変換部材１０に含まれる蛍光体を励起して第２光を発光させる第１光を出射する。そして所定の位置関係とは、凹部１３に第１光が照射される位置関係を指す。
【００３６】
このような発光装置２０によれば、レーザ光源２１からの第１光が波長変換部材１０の凹部１３を有する側の面に照射されるため、凹部１３の形状によって波長変換部材１０の表面における光の反射等を制御することができる。また、波長変換部材１０の第１光の照射面と同じ側から第１光と第２光とを取り出すことができる。この場合、レーザ光源２１は、波長変換部材からの第１光及び第２光の進路を塞がないように、波長変換部材１０の直上を避けて配置することが好ましい。
【００３７】
図３Ｃに示すように、凹部１３の傾斜面は、第１面１３Ａを有することが好ましい。第１面１３Ａは、第１光の光軸Ｌ１に沿って直接入射される光が上方に正反射されるように上面１０ａに対して傾斜した面である。このような第１面１３Ａを有することにより、波長変換部材１０は、基準面Ｅに対して斜め方向から照射される第１光を上方に反射しやすい。また、波長変換部材１０に含まれる蛍光体は第１光によって励起されて第２光（蛍光）を主として上方に発する。したがって、この第２光の最大強度の方向に波長変換部材１０によって反射された第１光の最大強度の方向を近づけることができるので、光取り出し効率の向上した発光装置２０を得ることができる。第１面１３Ａの具体的な形状についてさらに述べると、第１面１３Ａは、複数の凹部１３の底部を含む面を基準面Ｅとしたときに、基準面Ｅが第１光の光軸Ｌ１に対して斜めに配置されている。加えて、第１面１３Ａは、複数の凹部１３それぞれが第１光の光軸Ｌ１に沿って直接入射される光が上方に正反射されるように基準面Ｅに対して傾斜している。これによって、基準面Ｅに対して斜め方向から照射される第１光をより確実に上方に反射することができる。
【００３８】
複数の凹部１３は、上方から視て、それぞれが第１方向Ｂ１に延伸していることが好ましい。これにより、波長変換部材１０の上面１０ａが単に荒れている場合と比較して、第１光を比較的広い平面で上方に反射させることができるので、光取り出し効率に優れた発光装置２０を得ることができる。
【００３９】
また、凹部１３は、第２面１３Ｂ（傾斜面１３ｂ）を有するように形成することができる。第２面１３Ｂは、基準面Ｅに対する傾斜角度が、第１面１３Ａとは異なる。すなわち、図３Ｃに示すような断面視において、第１面１３Ａと第２面１３Ｂとは、第１面１３Ａと第２面１３Ｂとの交点から基準面Ｅと垂直に伸びる線を対称軸としたときに非対称である。上述の凹部１３の形成方法であれば、加工痕Ａの形成位置を調整することで任意の傾きの第１面１３Ａ及び第２面１３Ｂを形成可能である。したがって、このように非対称な第１面１３Ａ及び第２面を形成することができる。
【００４０】
図３Ｄに示すように、第１面１３Ａと交わる第２面１３Ｂの基準面Ｅに対する傾斜角度を、第１面１３Ａの基準面Ｅに対する傾斜角度よりも大きくすることが好ましい。第１光は基準面Ｅに対して斜め方向から照射されるため、第２面１３Ｂには第１光が直接照射されにくい。そこで、第２面１３Ｂの傾斜角度を大きくすることで、上面視における第２面１３Ｂの第２方向Ｂ２における長さを低減する。これにより、第１光が直接照射される領域同士の間隔を小さくすることができるため、輝度分布を均一に近づけることが可能である。なお、傾斜角度とは基準面Ｅに対する角度のうち９０°以下の角度を指す。また、本明細書において光が「直接入射」するとは、波長変換部材１０の被照射面で反射等されていない光が波長変換部材１０のある面に入射することを意味しており、光がレンズ等を通って波長変換部材のある面に入射することを除外するものではない。
【００４１】
凹部１３の第１面１３Ａは、第１光の光軸Ｌ１と平行な直線（図３Ｄ中の線ＬＡ）に対して以下の関係を有する面であるということができる。まず、第１面１３Ａは第１光の光軸Ｌ１と平行な線ＬＡに対して非垂直な面である。次に、線ＬＡは一の凹部１３の第１面１３Ａと直接交わる。このような関係により、第１面１３Ａの少なくとも一部において第１光を直接入射させることが可能である。さらに、図３Ｄに示すように、第１面１３Ａに垂直な直線を対称軸として線ＬＡに対して線対称である直線（図３Ｄ中の線ＬＢ）が、波長変換部材１０から上方へ向かう光を示す線である。線ＬＡに対してこのような関係を有する第１面１３Ａとすることにより、第１面１３Ａに照射される第１光を上方に反射させることが可能となる。
【００４２】
なお、上方とは、光取り出し方向と換言することができる。例えば、基準面Ｅに対して垂直な方向から−３０°〜＋３０°程度の範囲内を上方とすることができる。また、発光装置２０が光取り出し用の開口を有する場合には、その開口が存在する方向が上方であるといえる。
【００４３】
波長変換部材１０において、レーザ光源２１からの第１光が一度に照射される範囲内に複数の凹部１３が存在することが好ましい。これにより、上面視における第１光の発光強度分布の偏りを低減することができる。具体的には、複数の凹部１３それぞれの幅は５μｍ以上８０μｍ以下とすることができる。また、複数の凹部１３それぞれの深さは３μｍ以上３５μｍ以下とすることができる。図３Ｃ及び図３Ｄに示す凹部１３のように、凹部１３の底部およびその付近にレーザ光源２１からの第１光が直接照射されない形状である場合は、凹部１３の幅を小さくすることが好ましい。これにより、第１光が直接照射される領域同士の間隔を小さくすることができるため、輝度分布を均一に近づけることが可能である。具体的には、複数の凹部１３それぞれの幅を５μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。この場合、複数の凹部それぞれの深さを例えば３μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。また、別の観点として、凹部１３の深さは波長変換部材１０の厚みの３０％以下であることが好ましい。これにより、波長変換部材１０が割断され難い。なお、凹部１３の幅とは、上面視において、第２方向Ｂ２における凹部１３の一端から他端までの最短距離を指す。凹部１３の深さとは、基準面Ｅから凹部１３の上端までの最短距離を指す。
【００４４】
また、上面視において、凹部１３の第１方向Ｂ１における長さは、第１面１３Ａが反射面として機能する程度に長いことが好ましい。具体的には、凹部１３の第１方向Ｂ１における長さを幅よりも大きくすることができる。例えば、凹部１３の第１方向Ｂ１における長さを波長変換部材１０の第１方向Ｂ１における長さと等しくする。
【００４５】
レーザ光源２１は、波長変換部材１０に含まれる蛍光体部を励起する第１光を出射する。レーザ光源２１としては、例えば半導体レーザ素子を用いることができる。半導体レーザ素子と、レンズのような光学部材、ファイバ、及び反射ミラー等の１以上の部材とを組み合わせて、これらを総称してレーザ光源２１としてもよい。レーザ光源２１が出射する第１光は、レーザ光源２１から出射して波長変換部材１０に到達するまではレーザ光（コヒーレンス光）であるが、波長変換部材１０の被照射面で反射された後の第１光や波長変換部材１０に進入してから外部に取り出される第１光は非レーザ光（インコヒーレンス光）となる場合がある。本実施形態ではレーザ光であるか否かを問わず、レーザ光源２１を起点とする光であって波長変換されていない光（例えば青色光）を第１光とする。
【００４６】
第１光は、例えば３５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内にピーク波長を有する光とすることができる。ＹＡＧ蛍光体のような黄色蛍光体と組み合わせて白色光を得る場合、４３０ｎｍ〜４６０ｎｍの範囲内にピーク波長を有する第１光とすることが好ましい。このようなピーク波長のレーザ光を出射する光源としてはＧａＮ系半導体レーザ素子が挙げられる。ＧａＮ系半導体レーザ素子は例えばＩｎＧａＮの井戸層を含む量子井戸構造を有する。
【００４７】
［実施形態２］
図４は、実施形態２に係る凹部１３を有する波長変換部材１０の製造方法を示す模式的な断面図である。なお、図４は、波長変換部材１０の一部を拡大して示す図である。実施形態２に係る凹部１３を有する波長変換部材１０の製造方法は、凹部１３を形成する工程が実施形態１の製造方法と異なる。その他は実施形態１の製造方法と同様である。また、特に言及がない部材や工程等については、実施形態１に記載した材料や条件等を採用することができる。
【００４８】
図４に示すように、実施形態２に係る製造方法における凹部１３を形成する工程では、上方から波長変換部材１０にパルスレーザ光Ｌを複数回照射して、加工深さの異なる複数の加工痕Ａを連ならせる、又は加工深さが一定の複数の加工痕Ａを連ならせつつ加工深さが異なる複数の加工痕Ａを連ならせる。これにより、上面１０ａに対して傾斜した傾斜面１３ａ、１３ｂを有する凹部１３を形成する。すなわち実施形態２の凹部１３形成工程では、走査工程Ｃを、第２方向Ｂ２に照射位置をずらせて且つ加工深さを異ならせて複数回行う。走査工程Ｃは、上述のとおり、パルスレーザ光Ｌを一定の加工深さで照射して第１方向Ｂ１に走査する工程である。この工程であれば加工痕Ａを深さ方向に重ねる必要がないため、実施形態１と比較して、１つの凹部１３の形成に要する時間を短縮することができる。
【００４９】
図４に示すように、加工深さが一定の複数の加工痕Ａを連ならせつつ加工深さが異なる複数の加工痕Ａを連ならせることが好ましい。すなわち、実質的に同じ加工深さの走査工程Ｃを連続して複数回行うことが好ましい。これにより、得られる傾斜面１３ａを平坦面に近づけつつ、１回の走査工程Ｃごとに加工深さを変化させる場合より、加工深さを調整する回数が減るので、レーザ照射に要する時間を短縮することができる。一定の加工深さの走査工程Ｃを連ならせる数は、２以上５以下とすることができる。５以下とすることで、傾斜面１３ａを形成しやすい。走査工程Ｃは、例えば加工深さが深い順に行う。複数の凹部１３を形成する場合は、凹部１３を１つずつ形成するよりも、一定の加工深さの走査工程Ｃを波長変換部材１０の全域にわたって行うことが好ましい。これにより、凹部１３を１つずつ形成する場合と比較して、加工深さの変更回数を低減することができるため、複数の凹部１３の形成が完了するまでの加工時間を短縮することができる。なお、傾斜面１３ａと交わる面である傾斜面１３ｂは、１つの加工痕Ａによって形成してよい。
【００５０】
このような工程は、パルスレーザ光Ｌとしてナノ秒帯のパルス幅のレーザ光を用いる場合に適している。この場合、パルスレーザ光Ｌの焦点の深さを一定として出力を変化させることで加工深さを変化させることができる。具体的には、出力を大きくするほど加工深さを深くすることができる。ナノ秒帯のパルス幅とは、例えば１〜２５ナノ秒である。
【００５１】
ナノ秒帯のパルスレーザ光Ｌにおいて、パルスレーザ光Ｌの出力が低すぎると加工が困難であるため、複数の走査工程Ｃのうちの最小出力は３０ｍＷ以上、さらには５０ｍＷ以上が好ましい。一方で加工深さが深くなりすぎると波長変換部材１０が割断される可能性があるため、複数の走査工程Ｃのうちの最大出力は５００ｍＷ以下とすることが好ましい。加工深さを変化させるための出力の変化量は、例えば３０ｍＷ以上とする。これにより、傾斜面１３ａを形成しやすい。また、滑らかな傾斜面１３ａを形成するために、出力の変化量は２００ｍＷ以下であることが好ましい。パルスレーザ光Ｌの焦点は、波長変換部材１０の表面又はその付近とする。具体的には、パルスレーザ光Ｌの焦点は波長変換部材１０の表面から２０μｍの範囲内に位置することが好ましい。走査工程Ｃそれぞれにおける第１方向Ｂ１の焦点間距離、すなわちパルスレーザ光Ｌのピッチは、５００ｎｍ以上であることが好ましい。これは、ナノ秒帯のパルス幅のパルスレーザ光Ｌを用いる場合、送り速度を遅くしてピッチを狭くすると個々の加工痕の加工深さが焦点位置から想定されるよりも深くなる傾向があるためである。パルスレーザ光Ｌのピッチは例えば５００〜８００ｎｍ程度とする。複数の走査工程Ｃの第２方向Ｂ２における焦点間の最短距離は、例えば１〜５μｍ程度とする。
【００５２】
このような走査工程Ｃによって形成される凹部１３の上面視形状は例えば矩形状である。走査工程Ｃ及び走査工程群Ｄを行う位置や回数等を調整することにより、例えば上面視形状が円形状等の任意形状の凹部１３を形成することができる。
【実施例】
【００５３】
（実施例１）
実施例１として、以下の製造方法によって図１Ｃに示す形状の凹部１３を有する波長変換部材１０を作製した。まず、ＹＡＧ蛍光体からなる蛍光体部と、Ａｌ２Ｏ３からなる透光性部とを含む波長変換部材１０を準備した。波長変換部材１０全体に占める蛍光体部の割合は約７５ｖｏｌ％であり、透光性部の割合は約２５ｖｏｌ％であり、蛍光体部中に複数の透光性部が分散されていた。波長変換部材１０は、上面視形状が１辺が約１ｍｍの略正方形状であり、その厚みは約１００μｍであった。
【００５４】
次に、波長変換部材１０にパルスレーザ光Ｌを照射して凹部１３を形成した。パルスレーザ光Ｌとして、波長約１０３０ｎｍ、パルス幅約２５０フェムト秒のレーザ光を用いた。レーザ光の出力は約５０ｍＷで一定とした。図２Ａ〜図２Ｆに示すように、走査工程Ｃを複数回行う走査工程群Ｄを加工深さを変えて複数回行った。走査工程Ｃそれぞれにおいて、波長変換部材１０の送り速度は約２ｍｍ／ｓｅｃとし、パルスレーザ光の繰り返し周波数は２００ｋＨｚとした。１つの走査工程群Ｄにおける走査工程Ｃ同士の第２方向Ｂ２における焦点位置の差は約１μｍとし、走査工程群Ｄ同士の深さ方向における焦点位置の差は約１μｍとした。走査工程Ｃ及び走査工程群Ｄの位置や回数は、以下の形状及び寸法の凹部１３が得られるように設定した。すなわち、凹部１３の形状は、上面視において第１方向Ｂ１に長い矩形状であって、面積の異なる２つの傾斜面１３ａ、１３ｂからなり、これら２つの傾斜面１３ａ、１３ｂがなす角度が直角であるとして設定した。さらに凹部１３の寸法は、深さ１０μｍ、幅１４μｍとして設定した。このような凹部１３の設定に対して行われる走査工程群Ｄは１０回程度、走査工程Ｃは合計９５回程度である。波長変換部材１０に凹部１３を形成した後、デブリ除去のために水による洗浄を行った。
【００５５】
これにより得られた凹部１３を有する波長変換部材１０の、上面１０ａに垂直であって第２方向Ｂ２に沿った断面を図５に示す。図５は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）像である。図５に示すように、波長変換部材１０は蛍光体部１１と透光性部１２とを有する。面積の多い部分が蛍光体部１１であり、蛍光体部１１よりも濃い色で蛍光体部１１中に囲まれて存在する複数の部分が透光性部１２である。得られた凹部１３の幅は約１２μｍであり、凹部１３の深さは約６μｍであった。凹部１３を構成する２つの傾斜面１３ａ、１３ｂがなす角度は約７０°であった。走査工程Ｃを複数回行う走査工程群Ｄを上面視において重なる位置で下方に向かって順に複数回行うことで、図５に示すように平坦面に近い傾斜面１３ａ、１３ｂを有する凹部１３を形成することができた。
【００５６】
（実施例２）
【００５７】
実施例２の凹部１３を有する波長変換部材１０の製造方法は、図４に示すように、走査工程Ｃを加工深さを変えて複数回行うことにより凹部１３を形成した点で実施例１と異なる。実施例２で準備した波長変換部材１０は、波長変換部材１０全体に占める蛍光体部の割合が約９０ｖｏｌ％であり透光性部の割合が約１０ｖｏｌ％である以外は実施例１の波長変換部材１０と同様である。実施例２では、パルスレーザ光Ｌとして、波長約３５０ｎｍ、パルス幅約２５ナノ秒のレーザ光を用いた。走査工程Ｃそれぞれにおいて、パルスレーザ光Ｌの照射部と波長変換部材１０との相対位置の移動速度は約３０ｎｍ／ｓｅｃとし、パルスレーザ光の繰り返し周波数は６０ｋＨｚとした。走査工程Ｃ同士の第２方向Ｂ２における焦点位置の差は約２μｍとした。レーザ光の出力は約５００ｍＷ、約４００ｍＷ、約３００ｍＷ、約２００ｍＷ、約１００ｍＷ、約５０ｍＷの順に変化させ、各出力で５回ずつ走査工程Ｃを行った。加工後の凹部１３の表面には暗色系の変質層が付着していたため、約１００〜１５０℃のリン酸と硫酸との混合液に約４０分浸漬することで変質層を除去した。
【００５８】
これにより得られた凹部１３を有する波長変換部材１０の、上面１０ａに垂直であって第２方向Ｂ２に沿った断面を図６に示す。図６はＳＥＭ像である。図６において、面積の多い部分が蛍光体部１１であり、蛍光体部１１よりも濃い色で蛍光体部１１中に囲まれて存在する複数の部分が透光性部１２である。凹部１３の幅は約６０μｍであり、凹部１３の深さは約３０μｍであった。凹部１３を構成する２つの傾斜面１３ａ、１３ｂがなす角度は約７０°であった。図６に示すように、走査工程Ｃを加工深さを変えて複数回行うことにより傾斜面１３ａ、１３ｂを有する凹部１３を形成することができた。また、上面視における１ｍｍ２あたりの加工時間を比較すると、実施例２の加工時間は実施例１の加工時間の６分の１程度であった。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本開示の製造方法によって得られる凹部を有する波長変換部材及びそれを用いた発光装置は、波長変換した光が求められる種々の用途、特に高出力の白色光が求められる用途において利用することができる。例えば、屋内外で用いられる照明装置の光源や、車輌用の照明装置（例えば、ヘッドライトなど）の光源として利用することができる。
【符号の説明】
【００６０】
１０  波長変換部材
１０ａ  上面
１０ｂ  下面
１１  蛍光体部
１２  透光性部
１３  凹部
１３ａ、１３ｂ  傾斜面
１３Ａ  第１面
１３Ｂ  第２面
１３１  浅溝部
２０  発光装置
２１  レーザ光源
Ｌ  パルスレーザ光
Ｌ１  第１光の光軸
ＬＡ  第１光の光軸と平行な直線
ＬＢ  線ＬＡに対して線対称である直線
Ａ  加工痕
Ｂ１  第１方向
Ｂ２  第２方向
Ｃ  走査工程
Ｄ  走査工程群
Ｅ  基準面
【図１Ａ】
2018013669.tif 000003
【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３Ａ】
2018013669.tif 000012
【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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