(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、蛍光体板の熱を放熱基板に対して逃がす蛍光体素子において、出射する白色光の色ムラを抑制できるような製法を提供する。【解決手段】蛍光体板２Ａの接合面２ｃ上に、金属酸化物からなる低屈折率層５Ａを設け、低屈折率層上に反射膜３を設け、反射膜３上に、五酸化タンタルからなる第一の接合層４Ａを設ける。放熱基板６上に、五酸化タンタルからなる第二の接合層４Ｂを設ける。第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。【選択図】          図６
2019003090.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放熱基板および蛍光体部を備える蛍光体素子を製造する方法であって、
蛍光体板上に、前記蛍光体板の材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる低屈折率層を設ける工程、
前記低屈折率層上に反射膜を設ける工程、
前記反射膜上に、五酸化タンタルからなる第一の接合層を設ける工程、
前記放熱基板上に、五酸化タンタルからなる第二の接合層を設ける工程、および
前記第一の接合層と前記第二の接合層とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、蛍光体素子の製造方法。
【請求項２】
前記反射膜上に、金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群より選ばれた材質からなる反射膜側セラミックス層を設ける工程を有しており、前記反射膜側セラミックス層上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記放熱基板上に、金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群より選ばれた材質からなる放熱基板側セラミックス層を設ける工程を有しており、前記放熱基板側セラミックス層上に前記第二の接合層を設けることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記第一の接合層の表面および前記第二の接合層の表面をそれぞれ中性化ビームによる表面活性化に供し、次いで前記第一の接合層と第二の接合層とを直接接合す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方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体素子の製造方法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
【特許文献９】特開２０１４−０８６４００
【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、出射光に色ムラが発生し、出射光の品質が低下してくることがあった。このため、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、蛍光体部に対して励起光を入射させて蛍光を発生させ、蛍光体部の熱を放熱基板に対して逃がす蛍光体素子において、出射する白色光の色ムラを抑制できるような製法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、放熱基板および蛍光体部を備える蛍光体素子を製造する方法であって、
蛍光体板上に、前記蛍光体板の材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる低屈折率層を設ける工程、
前記低屈折率層上に反射膜を設ける工程、
前記反射膜上に、五酸化タンタルからなる第一の接合層を設ける工程、
前記放熱基板上に、五酸化タンタルからなる第二の接合層を設ける工程、および
前記第一の接合層と前記第二の接合層とを直接接合する工程
を有す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、得られた蛍光体部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、蛍光体部内の温度分布が大きい傾向が観察された。そこで、蛍光体部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。
【００１６】
このため、本発明者は、蛍光体部と放熱基板との接合状態を詳細に検討してみた。この結果、蛍光体部と放熱基板との接合界面で微細な剥離が生じており、接合不良や、蛍光体部中の温度ムラの原因となっていることがわかった。
【００１７】
本発明者がこの原因を更に検討した結果、色ムラの発生してきた素子を更に観察すると、反射膜と蛍光体部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。
【００１８】
このため、本発明者は、更に強固に蛍光体部と放熱基板とを接合する方法を検討した。この結果、蛍光体板上に反射膜を形成し、かつ反射膜上に五酸化タンタルからなる第一の接合層を形成するとともに、放熱基板上に五酸化タンタルからなる第二の接合層を形成し、接合層同士を直接接合することで、接合不良がなく、蛍光体部中での温度ムラによる色ムラも防止できることを見いだした。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】参考形態に係る蛍光体素子１１を模式的に示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、蛍光体板２Ａ上に低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、および第一の接合層４Ａを設けた状態を示し、（ｂ）は、放熱基板６上に放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設けた状態を示す。
【図５】（ａ）は、蛍光体板２Ａと放熱基板６とを接合した状態を示し、（ｂ）は、本発明の蛍光体素子２１を示す。
【図６】（ａ）、（ｃ）は、それぞれ、放熱基板６上に低屈折率層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設けた状態を示し、（ｂ）は、蛍光体板２Ａ上に低屈折率層５Ａ、反射膜３、低屈折率層５Ｂ、および第一の接合層４Ａを設けた状態を示す。
【図７】一枚の蛍光体板と二枚の放熱基板とを接合して得られた接合体を示す。
【図８】図７の接合体を分割して得られた本発明の蛍光体素子１Ａを示す。
【図９】他の実施形態に係る蛍光体素子２１を模式的に示す斜視図である。
【図１０】更に他の実施形態に係る蛍光体素子３３を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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、板状の蛍光体部２、第一の放熱基板６Ａおよび第二の放熱基板６Ｂを接合し、一体化したものである。
【００２１】
蛍光体部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、一対の相対向する第一の接合面２ｃ、２ｄを有する。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矢印Ｂのように対向面２ｂから出射する。また、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。
【００２２】
そして、蛍光体部２の第一の接合面２ｃ、２ｄに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａ、６Ｂが接合されている。ここで、本発明方法では、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。この接合方法については後述する。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、低屈折率層および反射膜をそれぞれ形成することも可能である。
【００２３】
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、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、低屈折率層９および反射膜１０を設けている。矢印Ａのように励起光が蛍光体部２の入射面２ａに入射すると、蛍光体部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１０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。
【００２４】
図３は、参考例の蛍光体素子１１を示す。蛍光体素子１１においては、蛍光体部２の第一の接合面２ｃ、２ｄに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂ、セラミックス層５Ｂ、反射膜３およびセラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａ、６Ｂが接合されている。第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。
【００２５】
以下、本発明の製法について更に述べる。
図４、図５は、一つの蛍光体板と一つの放熱基板とを接合する例である。
【００２６】
まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すような接合前の部品を準備する。すなわち、図４（ａ）の例に示すように、蛍光体板２Ａの接合面２ｃ上に、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂおよび第一の接合層４Ａを設ける。第一の接合層４Ａの表面１３Ａを加工によって平滑化しておく。また、図４（ｂ）の例に示すように、放熱基板６の接合面６ｃ上に、放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設ける。第二の接合層４Ｂの表面１３Ｂを加工によって平滑化しておく。
【００２７】
次いで、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合し、図５（ａ）に示す接合体を得る。図５（ａ）の例では、一つの蛍光体基板２Ａと一つの放熱基板６とが接合されている。
【００２８】
次いで、図５（ａ）の接合体を所定寸法に切断することによって、図５（ｂ）に示すような蛍光体素子２１を得ることができる。蛍光体素子２１においては、蛍光体部２の第一の接合面２ｃに対して、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａが接合されている。本例では、蛍光体板２の対向面２ｄには放熱基板が接合されていない。
【００２９】
図６〜図８は、一つの蛍光体板と二つの放熱基板とを接合する例である。
まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すような接合前の部品を準備する。すなわち、図６（ａ）（ｃ）の例に示すように、放熱基板６の接合面６ｃ上に、放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設ける。第二の接合層４Ｂの表面１３Ｂを加工によって平滑化しておく。
【００３０】
また、図６（ｂ）の例に示すように、蛍光体基板２Ａの接合面２ｃ、２ｄ上に、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、蛍光体板側セラミックス層５Ｂおよび第一の接合層４Ａを設ける。第一の接合層４Ａの表面１３Ａを加工によって平滑化しておく。
【００３１】
次いで、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合し、図７に示す接合体を得る。図７の例では、一つの蛍光体板２Ａと二つの放熱基板６とが接合されている。
【００３２】
次いで、図７の接合体を所定寸法に切断することによって、図８に示すような蛍光体素子１Ａを得ることができる。蛍光体素子１Ａにおいては、蛍光体部２の第一の接合面２ｃ、２ｄに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａ、６Ｂが接合されている。
【００３３】
図９は、他の実施形態に係る蛍光体素子２１を示すものである。
蛍光体素子２１を作製するためには、蛍光体板１２の接合面１２ｃ上に、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂおよび第一の接合層４Ａを設ける。第一の接合層４Ａの表面１３Ａを加工によって平滑化しておく。また、放熱基板６の接合面６ｃ上に、放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設ける。第二の接合層４Ｂの表面１３Ｂを加工によって平滑化しておく。
【００３４】
次いで、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合し、接合体を得る。図９の例では、一つの蛍光体基板１２と一つの放熱基板６とが接合されている。
【００３５】
蛍光体板１２は、接合面１２ｃに対向する入射面１２ｄ、一対の相対向する側面１２ｅ、１２ｆおよび１２ａ、１２ｂを有する。入射面１２ｄ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のように同じ入射面１２ｄから出射する。
【００３６】
図９に示すような接合体をいったん製造した後に、更に加工することによって、図１０に示すような蛍光体素子３３を製造することができる。
【００３７】
蛍光体素子３３においては、放熱基板６Ａ上に、複数列の蛍光体部２２が形成されており、蛍光体部２２がそれぞれリッジ型導波路として機能している。隣接する蛍光体部２２の間にはリッジ溝２３が形成されている。
【００３８】
各蛍光体部２２の接合面２２ｃに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａの接合面６ｃが接合されている。ここで、本発明方法では、前述したように、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。
【００３９】
また、本例では、放熱基板６Ａ上には、蛍光体部２２の材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる低屈折率層３１と、低屈折率層３１上の反射膜３２とが設けられている。これら低屈折率層３１および反射膜３２は、蛍光体部２２の上面２２ｄおよび一対の側面２２ｅ、２２ｆ上にも形成されている。２２ａは励起光の入射面である。
【００４０】
以下、本発明の各構成要素について更に述べる。
蛍光体板、蛍光体部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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
蛍光体単結晶としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、Ｂａ５Ｓｉ１１Ａｌ７Ｎ２５、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２、水晶が好ましい。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。
【００４４】
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）、水晶が例示できる。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。
【００４５】
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ことが好ましい。
【００４６】
また、蛍光体部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。
さらに、蛍光体部の入射面上に、蛍光に対して反射し、励起光に対して透過する膜を形成することができる。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
蛍光体部上には、反射膜の接合力向上の観点から、金属酸化物からなる低屈折率層５Ａを設けることが好ましい。低屈折率層の材質は、蛍光体部を構成する蛍光体の屈折率よりも低い屈折率を有する材質とするが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素が特に好ましい。
【００５０】
低屈折率層の材質の屈折率は、蛍光体の屈折率よりも低い。このようにすると、蛍光体と低屈折率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。また、低屈折率層の屈折率は、１．７８以下が好ましい。また、低屈折率層の材質の屈折率と蛍光体の屈折率との差は、０．０５以上であることが好ましい。
【００５１】
低屈折率層の厚さは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、低屈折率層の厚さは、０．０５μｍ以上が好ましく、また、励起光波長λの半分の波長λ／２以上が一層好ましい。
【００５２】
反射膜３の材質は、蛍光体板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。
【００５３】
好適な実施形態においては、反射膜３が、金属膜または誘電体多層膜である。
反射膜３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３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、蛍光体板との密着性を上げることができる。
【００５４】
反射膜３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。
【００５５】
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、Ｔａ２Ｏ５、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。
【００５６】
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
【００５７】
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。
【００５８】
反射膜側セラミックス層、放熱基板側セラミックス層の材質は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物とする。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、炭化ケイ素といった窒化物、炭化物であっても良い。また、複数層のセラミックス層を積層して設けることができる。この場合にも、各セラミックス層の材質として、上述の金属酸化物、窒化物、炭化物を例示できる。
ただし、蛍光体と放熱基板との密着性が高い場合は、これらのセラミックス層がなくてもよい。
【００５９】
本発明では、蛍光体板上の第一の接合層と、放熱基板上の第二の接合層とを直接接合する。ここで、各接合層の材質は五酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）とする。また、接合力の観点からは、各接合層の厚さは、０．００５μｍ以上とすることが好ましく、０．０５μｍ以上とすることが更に好ましい。また、熱伝導性の観点からは、各接合層の厚さは、１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．５μｍ以下とすることが更に好ましい。
【００６０】
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。
【００６１】
表面活性化接合について述べる。高平坦な表面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。
【００６２】
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。
【００６３】
各接合面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、算術閉鎖菌粗さRaが１ｎｍ以下であることが好ましく、０．３ｎｍ以下であることが更に好ましい。
【００６４】
次いで、各接合層を活性化する方法としては、好ましくは、各接合面に対して中性化ビームを照射する。
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献９に記載のような装置を使用して中性化ビームを発生させ、照射することが好ましい。すなわち、ビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源を使用する。そして、チャンバーに不活性ガスを導入し、電極へ直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極（正極）と筺体（負極）との間に生じるサドルフィールド型の電界により、電子ｅが運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）が好ましい。
【００６５】
ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。
【００６６】
次いで、真空雰囲気で、活性化面同士を接触させ、接合する。この際の温度は常温であるが、具体的には40℃以下が好ましく、30℃以下が更に好ましい。また、接合時の温度は20℃以上、25℃以下が特に好ましい。接合時の圧力は、100〜20000Nが好ましい。
【００６７】
あるいは、各接合面を平坦化加工した後、プラズマ照射法によって表面活性化することができる。好適な実施形態においては、低真空中(〜10Pa)で接合面にプラズマ(N2、NH3、O2、Arなど)を照射し、表面を活性化させる。照射後、大気中に出し接合面同士を接触させ、接合する。接合後に、200〜300℃で加熱をし、接合強度を向上させる。
【００６８】
低屈折率層、反射膜、反射膜側セラミックス層、放熱基板側セラミックス層、各接合層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。
【００６９】
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。
【００７０】
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】
【００７１】
（実施例１〜４）
図６〜図８を参照しつつ説明した方法に従い、図１に示すような蛍光体素子１Ａを作製した。
まず、窒化アルミニウムからなる放熱基板６の接合面６ｃ上に、スパッタリング法にて、Ａｌ２Ｏ３からなる反射膜側セラミックス層５Ｃを２μｍ、Ｔａ２Ｏ５からなる第二の接合層４Ｂを０．１μｍ成膜した。このような部品を、図６（ａ）、（ｃ）に示すように２枚用意した。
【００７２】
一方、図６（ｂ）に示すように、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２Ａの接合面２ｃ上に、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層５Ａを厚さ０．３μｍ、アルミニウム合金膜からなる反射膜３を０．３μｍ、Ａｌ２Ｏ３からなる反射膜側セラミックス層５Ｂを厚さ０．２μｍ、Ｔａ２Ｏ５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。蛍光体板２Ａの他方の接合面２ｄ上にも、Ａｌ２Ｏ３からなる低屈折率層５Ａを厚さ０．３μｍ、アルミニウム合金膜からなる反射膜３を０．３μｍ、Ａｌ２Ｏ３からなる反射膜側セラミックス層５Ｂを厚さ０．２μｍ、Ｔａ２Ｏ５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。
【００７３】
次に、放熱基板６の第二の接合層４Ｂと蛍光体基板２上の第一の接合層４Ａとを、イオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせ、図７に示す接合体を得た。
具体的には、各接合層の接合面１３Ａ、１３Ｂを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。各接合面をプラズマ活性化法で活性化した後、互いに接合した。チャンバーの圧力は10Pa、プラズマはO2プラズマを60s照射し、接合荷重は1000N、100sとした。
【００７４】
次いで、３層構造に接合された図７の接合体をスライサーにてバー切断し、切断面を研磨した。最後に、研磨後のバーをチップに切断し、各例のサンプルを作製した。
【００７５】
チップ化した蛍光体素子サンプルに、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。各例の寸法および評価を表１に示す。ただし、各項目は以下のようにして測定した。
【００７６】
（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。
【００７７】
（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。
【００７８】
【表１】
2019003090.tif 000003
【００７９】
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。
【００８０】
（参考例１）
図３に示すような蛍光体素子１１を作製した。
具体的には、まず、窒化アルミニウムからなる放熱基板６にスパッタリング法にて、Ａｌ２Ｏ３からなる放熱基板側セラミックス層５Ｃを０．２μｍ、アルミニウム合金膜からなる反射膜３を０．３μｍ、Ａｌ２Ｏ３からなる反射膜側セラミックス層５Ｂを厚さ０．２μｍ、Ｔａ２Ｏ５からなる第二の接合層４Ｂを０．１μｍ成膜した。こうした部品を２枚用意した。
【００８１】
一方、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２Ａ上に、Ａｌ２Ｏ３からなる反射膜側セラミックス層５Ａを厚さ０．３μｍ、Ｔａ２Ｏ５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。さらに、蛍光体基板の反対側の面に同様に、Ａｌ２Ｏ３からなる反射膜側セラミックス層５Ａを厚さ０．３μｍ、Ｔａ２Ｏ５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。
【００８２】
次に、各放熱基板上の第二の接合層と蛍光体板上の第一の接合層とをイオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせをした。接合は、実施例１と同様にして実施した。得られた接合体を、実施例１と同様にして切断し、サンプルを作製した。得られたサンプルについて、実施例１と同様にして評価した。結果を表２に示す。
【００８３】
【表２】
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【００８４】
参考例１では、出射光に色ムラが発生していた。五酸化タンタルからなる接合層で直接接合したことから、接合面における微細な剥離は生じず、これによる色ムラは生じなかったものと考えられる。しかし、五酸化タンタルの屈折率が、蛍光体の屈折率や低屈折率層の屈折率よりも大きいため、反射膜で反射した光が、接合層と低屈折率層との界面で全反射する成分の光があるために、蛍光体に戻らない蛍光が存在し、輝度が下がり、色ムラが発生することがわかった。
【００８５】
（参考例２）
実施例３において、第一の接合層および第二の接合層の材質を、五酸化タンタルから酸化ケイ素に変更した。その他は実施例１と同様にして蛍光体素子を作製し、評価した。この結果を表２に示す。
【００８６】
表２からわかるように、出射光に色ムラが発生していた。五酸化タンタルからなる接合層で直接接合した場合と異なり、接合面における微細な剥離があり、輝度が下がり、色ムラが生じたものと考えられる。
【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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