(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タイプの照明装置において、出射する白色光の色ムラを抑制する。【解決手段】蛍光体素子は、蛍光体板、前記蛍光体板に対して接合されている第一の放熱基板および前記蛍光体板に対して接合されている第二の放熱基板を備える。蛍光体板が、励起光の入射面、入射面に対向する出射面、第一の放熱基板に対向する第一の端面、第二の放熱基板に対向する第二の端面および一対の側面を備える。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出射面から出射させる。入射面と出射面との間隔Ｌphが０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、第一の端面と第二の端面との間隔Ｔphが２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であり、一対の側面の間隔Ｗphが２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下である。【選択図】            図１
2018163816.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体板、前記蛍光体板に対して接合されている第一の放熱基板および前記蛍光体板に対して接合されている第二の放熱基板を備えている蛍光体素子であって、
前記蛍光体板が、励起光の入射面、前記入射面に対向する出射面、前記第一の放熱基板に対向する第一の端面、前記第二の放熱基板に対向する第二の端面および一対の側面を備えており、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出射面から出射させ、前記入射面と前記出射面との間隔Ｌphが０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、前記第一の端面と前記第二の端面との間隔Ｔphが２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であり、前記一対の側面の間隔Ｗphが２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であ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第一の端面と前記第一の放熱基板との間に第一の接合層が設けられており、前記蛍光体板の前記第二の端面と前記第二の放熱基板との間に第二の接合層が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の蛍光体素子。
【請求項３】
前記蛍光体板と前記第一の放熱基板との間に前記第一の接合層が複数層設けられており、前記蛍光体板と前記第二の放熱基板との間に前記第二の接合層が複数層設けられていることを特徴とする、請求項２記載の蛍光体素子。
【請求項４】
前記蛍光体板と前記第一の放熱基板との間に第一の反射膜が設けられており、前記蛍光体板と前記第二の放熱基板との間に第二の反射膜が設けられていることを特徴とする、請求項２記載の蛍光体素子。
【請求項５】
レーザー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、レーザー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、青色レーザーあるいは紫外レーザーと蛍光体を組み合わせた白色光源がある。レーザー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、複数のレーザー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、半導体レーザー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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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。
【００１１】
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が、この場合、出射する蛍光に色ムラが生ずることが判明してきた。色ムラが生ずると出射光の品質が低下するために色ムラを防止することが必要であるが、励起光強度を上げるのにつれて色ムラは顕著となる傾向があり、解決が困難であった。
【００１２】
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タイプの照明装置において、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】
【００１３】
本発明は、蛍光体板、前記蛍光体板に対して接合されている第一の放熱基板および前記蛍光体板に対して接合されている第二の放熱基板を備えている蛍光体素子であって、
前記蛍光体板が、励起光の入射面、前記入射面に対向する出射面、前記第一の放熱基板に対向する第一の端面、前記第二の放熱基板に対向する第二の端面および一対の側面を備えており、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出射面から出射させ、前記入射面と前記出射面との間隔Ｌphが０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下であり、前記第一の端面と前記第二の端面との間隔Ｔphが２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であり、前記一対の側面の間隔Ｗphが２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、レーザー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であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
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られた。
【００１６】
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端面と第二の端面の方向に各放熱基板を配置して接合するとともに、蛍光および励起光を出射面から出射させる形態において、入射面と出射面との間隔Ｌphを０．１ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下とし、第一の端面と第二の端面との間隔Ｔphおよび一対の側面の間隔Ｗphをそれぞれ２．５ｍｍ以上、５．０ｍｍ以下とした。このように蛍光体板および放熱基板を設計することによって、蛍光体板から出射する白色光の色ムラが顕著に抑制されることを見いだし、本発明に到達した。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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】比較例の蛍光体素子１０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】（ａ）、（ｂ）は、実施例３における温度分布の計算値を示す。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、比較例４における温度分布の計算値を示す。
【図１０】比較例５における温度分布を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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３Ａおよび第二の放熱基板３Ｂとを接合し、一体化したものである。
【００１９】
蛍光体板２は、励起光Ａの入射面２ａ、入射面２ａに対向する出射面２ｂ、一対の相対向する側面２ｃ、２ｄ、第一の端面２ｅおよびこれと対向する第二の端面２ｆを有する。そして、第一の端面２ｅに対して第一の接合層４Ａを介して第一の放熱基板３Ａが接合されており、第二の端面２ｆに対して第二の接合層４Ｂを介して第一の放熱基板３Ｂが接合されている。
【００２０】
各放熱基板３Ａ、３Ｂは、それぞれ、六個の表面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅおよび３ｆ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のように第一の対向面２ｂから出射する。
【００２１】
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３Ａの端面３ｅが、蛍光体板２の第一の端面２ｅに対して、複数層の接合層４Ｃおよび４Ａを介して接合されている。また、第二の放熱基板３Ｂの端面３ｅが、蛍光体板２の第二の端面２ｆに対して、複数層の接合層４Ｂおよび４Ｄを介して接合されている。
【００２２】
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、第一の放熱基板３Ａの表面３ｅ上に反射膜５Ａが形成されており、放熱基板３Ａが、蛍光体板２の第一の端面２ｅに対して、反射膜５Ａおよび接合層４Ａを介して接合されている。また、第二の放熱基板３Ｂの表面３ｅ上に反射膜５Ｂが形成されており、放熱基板３Ｂが、蛍光体板２の第二の端面２ｆに対して、反射膜５Ｂおよび接合層４Ｂを介して接合されている。
【００２３】
このように蛍光体板と各放熱基板との間に反射膜５Ａ、５Ｂ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５Ａ、５Ｂと蛍光体板２との間にそれぞれ接合層ないし低屈折率層を設けることによって、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ることから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。
【００２４】
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、第一の放熱基板３Ａの表面３ｅ上にバッファ層２１を介して反射膜５Ａが形成されており、放熱基板３Ａが、蛍光体板２の第一の端面２ｅに対して、バッファ層２１、反射膜５Ａおよび接合層４Ａを介して接合されている。また、第二の放熱基板３Ｂの表面３ｅ上にバッファ層２１を介して反射膜５Ｂが形成されており、放熱基板３Ｂが、蛍光体板２の第二の端面２ｆに対して、バッファ層２１、反射膜５Ｂおよび接合層４Ｂを介して接合されている。
この場合、接合層４Ａと４Ｂは、低屈折率層を兼ねている。
【００２５】
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、第一の放熱基板３Ａの表面３ｅから順に、接合層２２、バッファ層２３、反射膜５Ａ、低屈折率層２４が設けられており、低屈折率層２４が蛍光体板の端面２ｅに接している。また、第二の放熱基板３Ｂの表面３ｅから順に、接合層２２、バッファ層２３、反射膜５Ｂ、低屈折率層２４が設けられており、低屈折率層２４が蛍光体板の端面２ｆに接している。
【００２６】
上記の各例においては、蛍光体板と各放熱基板との間に接合層を設けたが、蛍光体板と各放熱基板とを接合層を介さずに直接接合することも可能である。
【００２７】
本発明においては、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より小さいと蛍光体と放熱基板との接合面積が小さくなり、放熱特性が悪くなることから、出射光の色ムラが生じやすいので、０．１ｍｍ以上とするが、０．２ｍｍ以上が更に好ましい。また、Ｌphが１．０ｍｍより大きいと、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、０．８ｍｍ以下が更に好ましい。
【００２８】
本発明においては、蛍光体板の第一の端面と第二の端面との間隔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、かつ温度分布をもつことから出射光に色ムラが生じやすいので、２．５〜５．０ｍｍとするが、３．０〜４．５ｍｍとすることが更に好ましい。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
以下、本発明の蛍光体素子の各構成要素について更に述べる。
蛍光体層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。
【００３６】
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。
【００３７】
放熱基板の熱伝導率（２５℃）は２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とする。この観点からは、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。
【００３８】
蛍光体板と放熱基板とは、直接接合することができるが、接合層を介して接合することもできる。この場合、接合層は蛍光体板と放熱基板の双方に接合層を形成して直接接合することができる。また、蛍光体板と放熱基板との間には反射膜を介在させることもできる。接合層の膜条件は、蛍光体、あるいは放熱基板や反射膜に成膜して膜はがれが起きないこと、直接接合できること、長期信頼性を確保できることである。このため接合層は同じ材料であっても、異なる材料であってもよく、複数層設けられていてよい。
【００３９】
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。
【００４０】
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出す。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。また、接合界面がアモルファス層となる場合がある。
【００４１】
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が、結晶化した金属酸化物が残留し、アモルファス層は生じない。
【００４２】
また、接合層、バッファ層の材質としては、高熱伝導率であって、熱膨張係数が蛍光体や放熱基板に近く、蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、等の成膜にて形成できる材料が好ましい。この観点から、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、炭化珪素、等が例示できる。しかし、接合層の厚みは１μｍ以下が好ましく、この膜厚の範囲であれば放熱の影響も少なく、接合のしやすさという観点から酸化珪素、窒化珪素、酸化タンタルも使用できる。
【００４３】
低屈折率層は、透明で、かつ蛍光体板よりも屈折率の低い材質からなる層である。このような層の材質としては、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、等が例示できる。しかし、蛍光体よりも熱伝導率が大きい方が好ましく、この観点から、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが最も好ましい。
【００４４】
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。
【００４５】
好適な実施形態においては、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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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
反射膜と蛍光体板との密着性、剥がれ防止、イオンマイグレーション防止のために、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｐｔなどからなるバッファ層を金属膜と蛍光体層の間に設けても良い。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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ーが好適である。また、一次元状に配列したレーザー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。
【００５４】
半導体レーザー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。
青色レーザーと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザー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
また青色レーザーや紫外レーザー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
青色レーザーや紫外レーザー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】
【００５５】
（実施例１〜４および比較例１〜３）
図２および表１に示すような各蛍光体素子を作製した。
具体的には、窒化アルミニウムからなる基板上にスパッタリング法にて、Ａｌ２Ｏ３からなる接合層４Ｃ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）多結晶からなる蛍光体板上に、Ａｌ２Ｏ３からなる接合層４Ａ、４Ｂ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。
【００５６】
その後、別の窒化アルミニウム基板上にスパッタリング法にて、Ａｌ２Ｏ３からなる接合層４Ｄを０．２μｍ成膜した。また上の複合基板の蛍光体板面上にＡｌ２Ｏ３からなる接合層４Ｂ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い、３層構造の複合を得た。
【００５７】
次いで、３層構造に接合した複合基板をスライサーにて、表１に示す所望の寸法に切断し、各例のサンプルを作製した。
【００５８】
チップ化した蛍光体素子のサンプルに、出力３ＷのＧａＮ系青色レーザー光源を光学的に結合し、モジュールを作製した。蛍光体に照射するスポットサイズは半径１ｍｍとし、このときパワー密度は０．９５Ｗ/ｍｍ２であった。各例の評価を表１に示す。ただし、各項目は以下のようにして測定した。
【００５９】
（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。
【００６０】
（色ムラ）
出射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。
また、実施例３における温度分布の計算値を図８（ａ）、（ｂ）に示す。
【００６１】
【表１】
2018163816.tif 000003
【００６２】
実施例１〜４によれば、出射光の色ムラが生じなかった。蛍光体のどの場所においても３００℃以下となっていたので、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、色ムラが無くなったものと考えられる。
【００６３】
一方、比較例１、２では、出射光に色ムラが発生していた。これは、蛍光体の温度が熱劣化が起こるしきい値以上となり、かつ温度分布ができていることによって、各部分の量子効率が変化し、特に高温部分で量子効率が劣化するために、色温度の分布が面内で大きくなったためと考えられる。
【００６４】
比較例３においても色ムラが発生した。蛍光体の温度は低いため、量子効率の局所的な劣化は生じないはずであるが、しかし、蛍光体板の面積が大きくなるために，励起光と蛍光の散乱具合が異なる結果、面内の色温度の分布が大きくなったものと考えられる。
【００６５】
（比較例４）
図６に示すような蛍光体素子１０を作製した。
具体的には、厚みが１ｍｍの窒化アルミニウムからなる基板上にスパッタリンク法にて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）多結晶蛍光体からなる基板上に、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った。
【００６６】
その後、蛍光体板１２を３００μｍの厚みまで薄板研磨を行った。薄板研磨は、グラインダー研削、ラップを行い、最後にＣＭＰ研磨を行った。最後に、ダイシングにて所望の寸法にチップ切断を行った。
【００６７】
得られた素子１０においては、蛍光体板１２の主面１２ｂと窒化アルミニウムからなる放熱基板１３の主面１３ａとが接合されている。１２ｃ、１２ｄは側面である。ここで、蛍光体板１２の入射面１２ａから矢印Ａのように励起光を入射させ、放熱基板１３の出射面１３ｂから矢印Ｂのように蛍光および励起光を出射させる。なお、各部分の寸法は図６および表２に示す。
【００６８】
【表２】
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【００６９】
また、比較例４における温度分布の計算値を図９（ａ）、（ｂ）に示す。
この場合、励起光のスポットサイズが半径１ｍｍ、パワー密度０．９５Ｗ／ｍｍ２において、蛍光体のサイズをＷphを３ｍｍ、Ｔphを３ｍｍとしても、蛍光体板の温度は３００℃以上となり、蛍光体の熱劣化が起こるしきい値以上の温度となり、かつ温度分布をもつことから色温度の面内分布により色ムラが発生したものと考えられる。
【００７０】
（比較例５）
図７に示すような蛍光体素子２０を作製した。
ただし、図７の蛍光体素子２０は、蛍光体板２と放熱基板３とを接合し、一体化したものである。
【００７１】
蛍光体板２は、励起光Ａの入射面２ａ、入射面２ａに対向する出射面２ｂ、一対の相対向する側面２ｃ、２ｄ、接合面２ｅおよびこれと対向する対向向２ｆを有する。そして、接合面２ｅに対して接合層５、６を介して放熱基板３が接合されている。
【００７２】
放熱基板３は、六個の表面３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ、３ｅおよび３ｆを備える。蛍光体板２の接合面２ｅを放熱基板３の表面３ｅに対して接合する。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第一の対向面２ｂから出射する。
【００７３】
本例では、図７に示す各部分の寸法を表３に示す。また、接合層６の材質はＡｌ２Ｏ３とし、その厚さは０．２μｍとした。接合層５の材質はＡｌ２Ｏ３とし、その厚さは０．５μｍとした。放熱基板３の材質は窒化アルミニウムとし、蛍光体板２の材質は、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）多結晶蛍光体とした。
【００７４】
【表３】
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【００７５】
比較例５における温度分布を図１０に示す。比較例５は、励起光のスポットサイズが半径１ｍｍ以上、パワー密度０．９５Ｗ／ｍｍ２以上の場合には、蛍光体の温度が３００℃以上となり、温度依存して量子効率が変化するために場所に応じて色温度が面内で異なり、色ムラが発生した。
【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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