(57)【要約】【課題】蛍光体板に対して励起光を入射させて蛍光を発生させるのに際して、継続使用時に、出射する白色光の色ムラを抑制する。【解決手段】蛍光体素子１Ａは、第一の放熱基板６Ａ、第二の放熱基板６Ｂ、励起光Ａの入射面２ａ、入射面に対向する対向面２ｂ、第一の放熱基板６Ａに対向する第一の接合面２ｃ、第二の放熱基板６Ｂに対向する第二の接合面２ｄおよび一対の側面２ｅ、２ｆを備えている蛍光体板２であって、蛍光体板に入射する励起光Ａを蛍光に変換し、蛍光および励起光を対向面または入射面から出射させる蛍光体板２、第一の接合面２ｃに接し、金属酸化物からなる第一の接合層３Ａ、第二の接合面２ｄに接し、金属酸化物からなる第二の接合層３Ｂ、第一の接合層と第一の放熱基板との間に設けられた第一の反射膜４Ａ、および第二の接合層と第二の放熱基板との間に設けられた第二の反射膜４Ｂを備える。【選択図】                図１
2018163828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の放熱基板、
第二の放熱基板、
励起光の入射面、前記入射面に対向する対向面、前記第一の放熱基板に対向する第一の接合面、前記第二の放熱基板に対向する第二の接合面および一対の側面を備えている蛍光体板であって、前記蛍光体板に入射する前記励起光を蛍光に変換し、前記蛍光および前記励起光を前記対向面または前記入射面から出射させる蛍光体板、
前記第一の接合面に接し、金属酸化物からなる第一の接合層、
前記第二の接合面に接し、金属酸化物からなる第二の接合層、
前記第一の接合層と前記第一の放熱基板との間に設けられた第一の反射膜、および
前記第二の接合層と前記第二の放熱基板との間に設けられた第二の反射膜を備えていることを特徴とする、蛍光体素子。
【請求項２】
前記蛍光体板の前記各側面上にそれぞれ側面反射膜が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の素子。
【請求項３】
前記第一の反射膜と前記第一の放熱基板との間に、金属酸化物からなる第一のバッファ層が設けられており、前記第二の反射膜と前記第二の放熱基板との間に、金属酸化物からなる第二のバッファ層が設けられていることを特徴とする、請求項１または２記載の素子。
【請求項４】
前記蛍光および前記励起光を前記対向面から出射させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の素子。
【請求項５】
レーザ光を発振する光源、および請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の蛍光体素子を備えることを特徴とする、照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体素子および蛍光を発光する照明装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、レーザ光源を用いた自動車用ヘッドライトの研究が盛んに行われており、その内の一つに、青色レーザあるいは紫外レーザと蛍光体を組み合わせた白色光源がある。レーザ光を集光することにより、励起光の光密度を高めることができる上に、複数のレーザ光を蛍光体上に重ねて集光することで、励起光の光強度も高めることができる。これによって、発光面積を変えずに光束と輝度とを同時に大きくすることができる。このため、半導体レーザと蛍光体とを組み合わせた白色光源が、ＬＥＤに替わる光源として注目されている。例えば、自動車用ヘッドライトに使用する蛍光体ガラスは、日本電気硝子株式会社の蛍光体ガラス「ルミファス」や国立研究開発法人物質・材料研究機構と株式会社タムラ製作所、株式会社光波のＹＡＧ単結晶蛍光体が考えられている。
【０００３】
特許文献１によると、ＹＡＧを単結晶化することにより、温度が上昇しても変換効率が劣化せず高効率の蛍光特性を示し、ハイパワー分野での応用が可能となった。この材料は、４５０ｎｍ青色励起光によって補色である黄色光を発することによって白色光を得ることができ、プロジェクタやヘッドライトへ適用するための開発が進められている。
【０００４】
照明用蛍光体については、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：ＹＡＧ）にＣｅをドープしたＣｅ :ＹＡＧ単結晶蛍光体も開発されている。従来、Ｃｅ :ＹＡＧ蛍光体は、焼結合成したり、ガラスに分散させるなどして実現されてきたが、励起光のパワー密度が上がると放熱が困難になり、効率が低下するという問題があった。
【０００５】
Ｃｅをドープした単結晶ＹＡＧは、結晶自体の発熱があっても変換効率が劣化しないという特性を有しており、ヘッドライトやプロジェクタなどの光源用として利用が期待されている。
【０００６】
特許文献２、３、４には、反射型蛍光体素子を用いた照明装置が開示されている。これは、蛍光体層のうち励起光が入射する入射面と反対側の表面に金属膜を形成し、金属膜と放熱基板（支持基板）とを接合したものである。蛍光体層の材質としては、ガラス中に蛍光体を分散しているものや、蛍光体多結晶、単結晶を例示している。
【０００７】
特許文献５には、反射型蛍光体素子を用いた照明装置が開示されている。これは、蛍光体層のうち励起光が入射する入射面と反対側の表面に誘電体多層膜を形成し、誘電体多層膜と放熱基板（支持基板）とを接合したものである。誘電体多層膜は、励起光を透過すると共に、蛍光体層が発する蛍光を反射するものである。この誘電体多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されて構成されている。
【０００８】
また、特許文献６、７には、蛍光体を放熱基板に対して接合した蛍光体板が記載されている。
【０００９】
更に、特許文献８によれば、円柱状の蛍光体の外周にバッファ層が設けられており、更にバッファ層の外周に金属反射膜が設けられている。そして、蛍光体の一端に対して平板状の放熱基板が接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許5620562
【特許文献２】特許5530165
【特許文献３】特開2012-129135
【特許文献４】特開2013ー120713
【特許文献５】ＷＯ  2015-45976
【特許文献６】ＷＯ  2013/175706 A1
【特許文献７】特開2014-060164
【特許文献８】特許5995541
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の照明用の蛍光体素子では、放熱性の高い材質からなる放熱基板を蛍光体板に対して接合一体化することによって、蛍光体板内に発生する熱を可能な限り放熱しようとするものである。
【００１２】
しかし、本発明者が検討を進めるうちに、次の問題が明らかになってきた。すなわち、蛍光強度を高くするためには、励起光の光強度を高くする必要がある。しかし、励起光強度を上げると、使用時に時間が経過すると色ムラが発生し、出射光の品質が低下してくることがあった。このため、継続使用時の出射光の色ムラを抑制し、出射光の品質を保持することが必要である。
【００１３】
本発明の課題は、蛍光体板に対して励起光を入射させて蛍光を発生させるのに際して、継続使用時に、出射する白色光の色ムラを抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の蛍光体素子は、
第一の放熱基板、
第二の放熱基板、
励起光の入射面、入射面に対向する対向面、第一の放熱基板に対向する第一の接合面、第二の放熱基板に対向する第二の接合面および一対の側面を備えている蛍光体板であって、蛍光体板に入射する励起光を蛍光に変換し、蛍光および励起光を対向面または入射面から出射させる蛍光体板、
第一の接合面に接し、金属酸化物からなる第一の接合層、
第二の接合面に接し、金属酸化物からなる第二の接合層、
第一の接合層と前記第一の放熱基板との間に設けられた第一の反射膜、および
第二の接合層と前記第二の放熱基板との間に設けられた第二の反射膜を備えていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、レーザ光を発振する光源および前記蛍光体素子を備える照明装置に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明者は、蛍光体板に対して放熱基板を接合し、蛍光体板に対して励起光を入射させることで白色光を出射させることを試みていたが、出射光の色ムラを抑制することが困難であった。そこで、色ムラの原因を検討したところ、蛍光体板内の温度分布が大きい傾向が観察された。そこで、蛍光体板内の温度のムラによって、各部分での蛍光変換効率にバラツキが生じ、これが出力光の波長分布の偏差となって現れるものと考えた。
【００１７】
このため、本発明者は、蛍光体板の入射面および出射面と異なる第一の接合面と第二の接合面とをそれぞれ別体の放熱基板に対して接合することによって、蛍光体素子の両側へと熱を逃がすことを想到した。しかし、この場合には、たとえ初期には色ムラが生じなくとも、時間経過につれて色ムラが発生してくることがあった。
【００１８】
本発明者がこの原因を更に検討した結果、蛍光体板の接合面に反射膜が直接形成されている場合に、経時的に色ムラが発生してくることを見いだした。そして、色ムラの発生してきた素子を更に観察すると、反射膜と蛍光体板の接合層との界面に微視的に剥離が観られることがあった。こうした微細な剥離によって局所的に熱伝導が抑制され、得られる蛍光の波長と強度が変動し、色ムラの原因となることがわかった。
【００１９】
そこで、本発明者は、蛍光体板の両側にそれぞれ放熱基板を接合するのとともに、蛍光体板の接合面上にまず金属酸化物の接合層を設け、各接合層と放熱基板との間に反射膜を形成する構造を想到した。これによって、初期において出射光の色ムラを抑制できるだけでなく、経時的にも色ムラの発生を抑制できることを見いだし、本発明に到達した。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る蛍光体素子１Ａを模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る蛍光体素子１Ｂを模式的に示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態に係る蛍光体素子１Ｃを模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の他の実施形態に係る蛍光体素子１Ｄを模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態に係る蛍光体素子１Ｅを模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係る蛍光体素子１Ｆを模式的に示す斜視図である。
【図７】比較例の蛍光体素子２０を模式的に示す斜視図である。
【図８】比較例の蛍光体素子２１を模式的に示す斜視図である。
【図９】実施例１における温度分布の計算値を示す。
【図１０】比較例１における温度分布の計算値を示す。
【図１１】実施例１における温度分布のシミュレーション結果を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は、本発明の実施形態に係る蛍光体素子１Ａを模式的に示す斜
視図である。
蛍光体素子１Ａは、蛍光体板２と第一の放熱基板６Ａおよび第二の放熱基板６Ｂとを接合し、一体化したものである。
【００２２】
蛍光体板２は、励起光Ａの入射面２ａ、入射面２ａに対向する対向面２ｂ、一対の相対向する側面２ｅ、２ｆ、第一の接合面２ｃおよびこれと対向する第二の接合面２ｄを有する。そして、第一の接合面２ｃに対して、第一の接合層３Ａ、第一の反射膜４Ａ、第一のバッファ層５Ａを介して第一の放熱基板６Ａが接合されており、第二の接合面２ｄに対して第二の接合層３Ｂ、第二の反射膜４Ｂ、第二のバッファ層５Ｂを介して第二の放熱基板６Ｂが接合されている。
【００２３】
各放熱基板６Ａ、６Ｂは、それぞれ、六個の表面６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅおよび６ｆを備える。入射面２ａから矢印Ａのように励起光を入射させると、励起光の一部が蛍光に変換され、蛍光と残りの励起光とが矢印Ｂのように対向面２ｂから出射する。
【００２４】
また、本例では、蛍光体板２の側面２ｅ、２ｆ上および各放熱基板の側面６ｅ、６ｆ上に、バッファ層８および反射膜７がそれぞれ形成されている。
【００２５】
図２の蛍光体素子１Ｂは、図１の蛍光体素子１Ａと同様のものである。ただし、蛍光体素子１Ｂにおいては、第一の放熱基板６Ａの接合面６ｅと第一の反射膜４Ａとが直接接触しており、両者の間にバッファ層が設けられていない。また、第二の放熱基板６Ｂの接合面６ｅと第二の反射膜４Ｂとが直接接触しており、両者の間にバッファ層が設けられていない。
【００２６】
図３の蛍光体素子１Ｃは、図１の蛍光体素子１Ａと同様のものである。ただし、蛍光体素子１Ｃにおいては、更に、蛍光体板２の対向面２ｂ上および各放熱基板６Ａ、６Ｂの表面６ｂ上に、反射膜９を設けている。矢印Ａのように励起光が蛍光体板２の入射面２ａに入射すると、蛍光体板２の内部で一部が蛍光に変化する。そして、励起光と蛍光とが反射膜９で反射され、入射面２ａから矢印Ｂのように出射光として出射する。
【００２７】
図４の蛍光体素子１Ｄは、図３の蛍光体素子１Ｃと同様のものである。ただし、蛍光体素子１Ｄにおいては、蛍光体板２の対向面２ｂおよび放熱基板６Ａ、６Ｂの表面６ｂ上に、金属酸化物からなるバッファ層１０、反射膜１１がこの順で積層されている。
【００２８】
図５の蛍光体素子１Ｅは、図１の蛍光体素子１Ａと同様のものである。ただし、蛍光体素子１Ｅにおいては、放熱基板６Ａと反射膜４Ａとの間に、複数層のバッファ層５Ａ、５Ｃが設けられており、放熱基板６Ｂと反射膜４Ｂとの間に、複数層のバッファ層５Ｂ、５Ｄが設けられている。
【００２９】
図６の蛍光体素子１Ｆは、図３の蛍光体素子１Ｃと同様のものである。ただし、蛍光体素子１Ｅにおいては、放熱基板６Ａと反射膜４Ａとの間に、複数層のバッファ層５Ａ、５Ｃが設けられており、放熱基板６Ｂと反射膜４Ｂとの間に、複数層のバッファ層５Ｂ、５Ｄが設けられている。
【００３０】
本発明においては、蛍光体板と各放熱基板との間にそれぞれ反射膜４Ａ、４Ｂを介在させることによって、蛍光体板から放熱基板のほうへと散乱する励起光および蛍光を蛍光体板内へと反射させることができるので、蛍光強度を一層向上させることができる。更に、各反射膜４Ａ、４Ｂと蛍光体板２との間にそれぞれ金属酸化物からなる接合層３Ａ、３Ｂを設けることによって、経時による色ムラの発生を抑制できる。
【００３１】
蛍光体板を構成する蛍光体は、励起光を蛍光に変換できるものであれば限定されないが、蛍光体ガラス、蛍光体単結晶または蛍光体多結晶であってよい。
【００３２】
蛍光体ガラスは、ベースとなるガラス中に希土類元素イオンを分散したものである。
ベースとなるガラスとしては、シリカ、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化リン、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、塩化バリウムを含む酸化ガラスが例示できる。
【００３３】
蛍光体ガラス中に分散される希土類元素イオンとしては、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄ、が好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
【００３４】
蛍光体単結晶としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｂａ５Ｓｉ１１Ａｌ７Ｎ２５、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２が好ましい。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２のＹ（イットリウム）の一部がＬｕに置換されていてもよい。また、蛍光体単結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
【００３５】
また、蛍光体多結晶としては、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系、サイアロン系、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が例示できる。ＹＡＧのＹ（イットリウム）の一部がＬｕに置換されていてもよい。
蛍光体多結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。
【００３６】
なお、本発明の蛍光体素子は、グレーティング（回折格子）を蛍光体板内に含んでいない無グレーティング型蛍光体素子である。
【００３７】
接合層の材質は金属酸化物とする。これは酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素を例示できる。
【００３８】
接合層が蛍光体と反射膜の間にある場合、接合層は蛍光体よりも低屈折率の材料からなることが好ましい。このようにすると、蛍光体と接合層の屈折率差による全反射を利用することができ、反射膜での反射する光成分を少なくすることができ、反射膜による反射で光が吸収されることを抑制することができる。さらに、放熱性という観点から
酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが最も良い。
【００３９】
接合層の厚みは１μｍ以下が好ましく、これによって放熱に対する影響を少なくできる。また、接合力の観点からは、接合層の厚みは０．０５μｍ以上が好ましい。
【００４０】
蛍光体板と放熱基板との間の反射膜、蛍光体板の側面上の反射膜、蛍光体板の対向面上の反射膜の材質は、蛍光体層を通過してきた蛍光を反射するものであれば特に制限されない。反射膜は、励起光を全反射する必要はなく、励起光の一部を透過させても良いし、全部を透過するものであっても良い。
【００４１】
好適な実施形態においては、各反射膜が、金属膜または誘電体多層膜である。
反射膜を金属膜とした場合は、広い波長域で反射することができ、入射角度依存性も小さくすることができ、温度に対する耐久性、耐候性が優れている。一方、反射膜を誘電体多層膜とした場合には、吸収がないため、入射した光は損失なく１００％反射光とすることが可能であるし、酸化膜から構成できるので、接合層との密着性を上げることができ、はがれを防止できる。
【００４２】
反射膜による励起光の反射率は、８０％以上とするが、９５％以上であることが好ましく、また全反射してもよい。
【００４３】
誘電体多層膜は、高屈折材料と低屈折材料とを交互に積層した膜である。高屈折材料率としては、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ３、ＺｎＯ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｎｂ２Ｏ５を例示できる。また、低屈折材料としては、ＳｉＯ２、ＭｇＦ２、ＣａＦ２を例示できる。
誘電体多層膜の積層数や合計厚さは、反射させるべき蛍光の波長によって適宜選択する。
【００４４】
また、金属膜の材質としては、以下が好ましい。
（１）  Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの単層膜
（２）  Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの多層膜
【００４５】
金属膜の厚さは、蛍光を反射できれば特に限定されないが、０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上が更に好ましい。また金属膜と基材との密着性を上げるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、等の金属膜を介して形成することもできる。
【００４６】
誘電体多層膜、金属膜の成膜方法は特に限定されないが、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法が好ましい。蒸着法の場合、イオンアシストを付加して成膜することもできる。
【００４７】
バッファ層の材質は金属酸化物とする。これは酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素を例示できるが、放熱性という観点で酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが最も良く、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素であっても良い。また、反射膜と放熱基板との間に複数層のバッファ層を設けることができる。この場合にも、各バッファ層の材質として、上述の金属酸化物を例示できる。特に好ましくは、反射膜と接するバッファ層の材質を酸化アルミニウムとし、放熱基板と接するバッファ層の材質を酸化タンタルとする。
【００４８】
放熱基板の熱伝導率（２５℃）は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましく、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが更に好ましく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが最も好ましい。また、放熱基板の熱伝導率の上限は特にないが、実際的な入手の観点からは、３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることができる。
【００４９】
放熱基板の材質としては、酸化アルミニウム、サファイア、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化ホウ素、シリコン、炭化珪素、グラファイトを例示できる。
【００５０】
また、蛍光体板の入射面上に更に部分透過膜を設けることができる。部分透過膜は、励起光の一部を反射し、残りを透過する膜である。具体的には、部分透過膜の励起光に対する反射率は、９％以上であり、５０％以下が好ましい。こうした部分透過膜の材質としては、前記した反射膜用の金属膜や誘電体多層膜を挙げることができる。
【００５１】
蛍光体板と放熱基板とを接合するのに際しては、接合層と反射膜とを直接接合することができる。直接接合は、一般的に金属／共有結合と拡散結合に分別されるが、高真空中での表面活性化処理を行う金属／共有結合を対象とする。
【００５２】
表面活性化接合について述べる。高平坦な基板にアルゴンイオンを照射することにより表面の不純物原子を除去し、ダングリングボンドを残す。この状態は非常に活性化した表面状態であり、接合する相手と常温にて結合し、異種材料を接合することができる。
【００５３】
これに対して、原子間拡散接合法は、Ｔｉなどの金属層を例えば支持基板に成膜した後に接合するものである。表面活性化接合と同じように、常温から４００℃以下の低温で接合が可能である。
【００５４】
好適な実施形態においては、蛍光体板の入射面と出射面との間隔Ｌphを０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下とする。Ｌphが０．１ｍｍより小さいと蛍光が蛍光体中を伝搬する距離が短く、励起光とうまく混ざり合うことができないので、出射光の色ムラが生じやすい。このためＬphは０．１ｍｍ以上とするが、０．１５ｍｍ以上が更に好ましい。また、Ｌphが１．０ｍｍより大きいと、蛍光の損失が大きくなり、やはり出射光に色ムラが生じやすいので、１．０ｍｍ以下とするが、０．９ｍｍ以下が更に好ましい。
【００５５】
好適な実施形態においては、蛍光体板の第一の接合面と第二の接合面との間隔Ｔph、一対の側面の間隔Ｗphを２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下とする。これらが２．５ｍｍ未満であったり、５．０ｍｍを超えると放熱基板への放熱特性が悪くなり、蛍光体の温度が上昇し、温度分布を持つために出射光に色ムラが生じやすく、２．５〜５．０ｍｍとするが、３．０〜４．５ｍｍとすることが更に好ましい。
【００５６】
また、放熱基板の寸法Ｗｓ、Ｌｓは、製造プロセスから蛍光体基板のＷph、Ｌphと同じ値とすることができる。しかし、Ｔｓについては、放熱性の観点から独自に設計することができ、５００μｍ以上が好ましいが、１．０ｍｍ以上が一層好ましい。しかし、小型化という観点から３．０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５７】
光源としては、照明用蛍光体の励起用として高い信頼性を有するＧａＮ材料による半導体レーザが好適である。また、一次元状に配列したレーザアレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオードや半導体光アンプ（ＳＯＡ）であってもよい。更に、ＬＥＤを利用でき、あるいは光源からの励起光を光ファイバーを通して蛍光体素子に対して入射させることもできる。
【００５８】
半導体レーザと蛍光体から白色光を発生する方法は、特には限定されないが、以下の方法が考えられる。
青色レーザと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザと蛍光体により赤色と緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
また青色レーザや紫外レーザから蛍光体により赤色、青色、緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
青色レーザや紫外レーザから蛍光体により青色と黄色の蛍光を発生し白色光を得る方法
【実施例】
【００５９】
（実施例１、２）
図１に示すような蛍光体素子１Ａを作製した。
具体的には、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム基板上にスパッタにてＡｌ２Ｏ３からなるバッファ層５Ａを０．２μｍ、アルミニウム膜４Ａを０．４μｍ、さらにＡｌ２Ｏ３からなる接合層を０．２μｍ成膜した。次に、ＣｅをドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶蛍光体板２上に、Ａｌ２Ｏ３からなる接合層を厚さ０．５μｍ成膜した。さらに、両者をＡｌ２Ｏ３層同士でイオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせを行い、複合基板を得た。
【００６０】
その後、別の窒化アルミニウム基板上にスパッタにてＡｌ２Ｏ３からなるバッファ層５Ｂを０．２μｍ、反射膜としてアルミニウム膜４Ｂを０．４μｍ、さらにＡｌ２Ｏ３からなる接合層を０．２μｍ成膜した。また先の複合基板の多結晶蛍光体面にＡｌ２Ｏ３からなる接合層を０．５μｍ成膜して、両者をＡｌ２Ｏ３層同士でイオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせを行った。
【００６１】
得られた複合基板をスライサーにて所望の寸法にチップ切断を行った。切断後に、入射面、出射面となる切断面の双方を端面研磨して鏡面としたサンプルを、実施例１のサンプルとした。また、出射面のみ鏡面加工して、入射面は切断のまま粗面としたサンプルを実施例２のサンプルとした。実施例１、２のサンプルともに、切断した側面の双方にスパッタにてＡｌ２Ｏ３からなるバッファ層８を０．２μｍ、反射膜７としてアルミニウム膜を０．４μｍ成膜した。
【００６２】
（比較例１）
図７に示すような蛍光体素子２０を作製した。
蛍光体素子２０は、図１の蛍光体素子１Ａと同様のものであるが、しかし、反射膜４Ａ、４Ｂがそれぞれ蛍光体板２の接合面２ｃ、２ｄに接しており、反射膜４Ａ、４Ｂと各放熱基板６Ａ、６Ｂとの間にそれぞれバッファ層５Ａ、５Ｂが設けられている。
【００６３】
具体的には、厚み３ｍｍの窒化アルミニウム基板上にスパッタにてＡｌ２Ｏ３からなるバッファ層５Ａを０．２μｍ成膜した。次に、ＣｅをドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の多結晶蛍光体板上に反射膜４Ａとしてアルミニウム膜を０．４μｍ、さらにＡｌ２Ｏ３からなる接合層を０．２μｍ成膜した。さらに、両者をＡｌ２Ｏ３層同士でイオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせを行い、複合基板を得た。
【００６４】
その後、接合した複合基板の蛍光体板２の接合面２ｄにスパッタにて反射膜４Ｂとしてアルミニウム膜を０．４μｍ、Ａｌ２Ｏ３からなる接合層を０．２μｍ成膜した。次いで別の窒化アルミニウム基板に同様にＡｌ２Ｏ３からなるバッファ層５Ｂを０．２μｍ成膜して、双方の基板をイオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせした。
【００６５】
次いで、接合した複合基板をスライサーにて所望の寸法にチップ切断を行った。切断後に、入射面、出射面となる切断面の双方を端面研磨して鏡面とした。さらに、切断した側面の双方にスパッタにてＡｌ２Ｏ３からなるバッファ層８を０．２μｍ、反射膜７としてアルミニウム膜を０．４μｍ成膜した。
【００６６】
（比較例２）
図８に示すような蛍光体素子２１を作製した。
具体的には、幅３ｍｍ、高さ３ｍｍ、厚み０．３ｍｍのＣｅをドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の多結晶蛍光体板１２を用意した。また、外形寸法が幅３．２ｍｍ、高さ３．２ｍｍ、厚み０．３ｍｍかつ内形寸法が幅３ｍｍ、高さ３ｍｍ、厚み０．３ｍｍの筒状に加工したアルミナ基板１３と、外形寸法が幅３．４ｍｍ、高さ３．４ｍｍ、厚み０．３ｍｍかつ内形寸法が幅３．２ｍｍ、高さ３．２ｍｍ、厚み０．３ｍｍの筒状に加工したアルミニウム基板１４を準備した。これら基板をそれぞれが面で接するように配置した。
【００６７】
この状態では、蛍光体板１２の入射面１２ａと出射面１２ｂとの間にある各側面１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆが、それぞれ外側のアルミナ基板１３の内周面に接しており、アルミナ基板１３の外周面が、外側のアルミニウム基板１４の内周面に接している。アルミニウム基板１４は反射膜として作用し、アルミナ基板１３はバッファ層として機能する。
【００６８】
次いで、放熱基板１５として幅３ｍｍ、高さ３ｍｍ、厚み０．３ｍｍの窒化アルミニウムを、反射膜１４の表面に接するように実装し、モジュールを得た。
【００６９】
（測定）
各蛍光体素子に対して、出力３ＷのＧａＮ系青色レーザ光源を光学的に結合し、モジュールを作製した。蛍光体素子に照射するスポットサイズは半径１ｍｍ、このときパワー密度は０．９５Ｗ/ｍｍ２であった。初期の特性結果を表１に示す。また、温度サイクル試験として、−１０℃と８５℃で５００サイクル実施した後で再び特性を評価した結果を表２に示す。ただし、各項目は以下のようにして測定した。
【００７０】
（輝度）
輝度測定は全光束測定方法を用い、ｌａｂｓｈｅｒｅ社製１０インチ積分球（ＤＡＳ−２１００）を用いて測定した。
【００７１】
（色ムラ）
出力した光を輝度分布測定装置を用いて色度図で評価を行った。そして、色度図において、中央値ｘ：０．３４４７±０．００５、ｙ：０．３５５３±０．００５の範囲にある場合は「色ムラなし」とし、この範囲外の場合には「色ムラあり」とした。
【００７２】
【表１】
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【００７３】
【表２】
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【００７４】
実施例１、実施例２においては、初期および温度サイクル試験後の両方において、色ムラが見られなかった。
すなわち、実施例１における５００サイクル試験後の蛍光体の温度分布の計算値を図９のグラフおよび図１１のシミュレーション図に示す。この場合、温度サイクル試験前後でどの場所においても温度は蛍光体の熱劣化しきい値以下となり、蛍光の内部量子効率の低下がなく、色むらがない。
【００７５】
実施例２の場合においても、５００サイクル試験後の蛍光体の温度分布は、どの場所においても蛍光体の熱劣化しきい値以下となり、蛍光の内部量子効率の低下がなく、色ムラが見られなかった。
【００７６】
比較例１における５００サイクル試験後の蛍光体の温度分布の計算値を図１０に示す。この場合、温度サイクル試験前には、どの場所においても３００℃以下となり、また実施例１と同様に色ムラの発生はなかった。しかし、温度サイクル試験後には、温度は全体に３００℃以下であるにも関わらず、色ムラが発生した。これについて、サンプルを破壊試験にて調べたところ、反射膜が蛍光体板から剥がれており、励起光と蛍光の反射率が低下して輝度が小さくなると同時に、色分布ができて色ムラが発生することがわかった。
【００７７】
比較例２の場合には、色ムラが発生していた。この理由であるが、放熱効果が十分でなく、温度サイクル前後に依らず、最高温度が熱劣化のしきい値以上になり、かつ蛍光体内の温度分布が非対称になることから蛍光体の熱劣化により、蛍光の内部量子効率の低下が起こり、励起光の照射分布に対して温度分布が異なるために色ムラが発生したと考えられる。
【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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