(57)【要約】【課題】高密度レーザー励起に対応し、励起光の集光効果を高めた発光部材を提供する。【解決手段】発光部材は、板状蛍光体と、互いに対向する２つの円形又は楕円形の開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状又は斜円錐台形状の空間とを有する筒状部材と、板状蛍光体と筒状部材とを接合する接合部材と、を備え、筒状部材は、両端開口部の、それぞれの面積が異なり、面積が大きい方の開口部が、板状蛍光体に接合部材で固定されている。【選択図】図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状蛍光体と、
互いに対向する２つの円形又は楕円形の開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状又は斜円錐台形状の空間とを有する筒状部材と、
前記板状蛍光体と前記筒状部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記両端開口部の、それぞれの面積が異なり、面積が大きい方の開口部が、前記板状蛍光体に前記接合部材で固定されていることを特徴とする発光部材。
【請求項２】
前記板状蛍光体は、蛍光物質である発光材料と金属酸化物である熱伝導材料とが３次元的に複合化されて形成されているＭＧＣ蛍光体、または、蛍光物質である発光材料と金属酸化物である熱伝導材料との焼結セラミクス蛍光体である、請求項１に記載の発光部材。
【請求項３】
前記発光材料、および前記熱伝導材料の少なくとも一方が金属酸化物であり、
前記発光材料においては前記金属酸化物中の金属元素が発光元素に置き換わった構造である、請求項２に記載の発光部材。
【請求項４】
前記発光材料が、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２を母結晶として、前記母結晶中の一部のＹ元素がＣｅ元素に置き換わった発光材料、または、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２を母結晶として、前記母結晶中の一部のＬｕ原子がＣｅ元素に置き換わった発光材料であり、
前記熱伝導材料がＡｌ２Ｏ３またはＺｎＯである、請求項３に記載の発光部材。
【請求項５】
前記筒状部材は、立体から円錐台形状または斜円錐台形状の空間をくり抜いた形状を有しており、前記くり抜かれた空間の底面と天面とを二つの開口部として、前記立体中を円錐台形または斜円錐台形を形成するように貫通している形状である、請求項１から４のいずれか一項に記載の発光部材。
【請求項６】
前記立体は、円錐台形状または角柱形状または円柱形状である、請求項５に記載の発光部材。
【請求項７】
前記筒状部材の少なくとも内壁表面の一部が鏡面加工部分を有する、請求項５または６に記載の発光部材。
【請求項８】
前記立体は、アルミニウム又はＳＵＳからなる、請求項５から７のいずれか一項に記載の発光部材。
【請求項９】
前記接合部材は、液体モノマーを硬化させてなる接合部材、または熱可塑性樹脂である、請求項１から８のいずれか一項に記載の発光部材。
【請求項１０】
前記接合部材は、シリコーン樹脂である請求項９に記載の発光部材。
【請求項１１】
前記接合部材は、高熱伝導性フィラーが配合されている、請求項９または１０に記載の発光部材。
【請求項１２】
発光材料の原料粉末と熱伝導材料の原料粉末とを混合し、坩堝に投入する工程と、
前記坩堝を加熱し、前記発光材料と前記熱伝導材料とを溶融混合させる工程と、
前記溶融混合させた発光材料と熱伝導材料とを、前記坩堝から引き上げまたは引下げて、冷却固化し、前記発光材料と前記熱伝導材料とを３次元的に複合化させてＭＧＣ蛍光体を形成する工程と、
前記ＭＧＣ蛍光体を板状に加工し、板状蛍光体を形成する工程と、
接合部材の液状モノマーまたは熱溶融させた透明部材を、互いに対向する２つの開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状の空間を有し、前記２つの開口部の面積が異なる筒状部材において開口面積の大きい方の開口部の縁部に付着させる工程と、
前記筒状部材の前記縁部と板状蛍光体とを接触させる工程と、
前記液状モノマーを硬化させる、若しくは、熱溶融させた前記透明部材を冷却固化させることにより、前記筒状部材と前記板状蛍光体とを接合する工程と、
を含む、発光部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として発光部材、特に高出力密度を有するレーザー光を用いて励起させ白色光を得るための発光部材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、青色レーザーダイオードを発光源とするレーザー光により蛍光体を励起し、通常のＬＥＤよりもさらなる高輝度な白色光を得るための開発研究が盛んに行われている。このような白色光は、エネルギーの消費量が少なく、高輝度であることから、自動車用のヘッドライトや、内視鏡用の光源、高輝度プロジェクターへの応用が可能であり、大きな需要が見込まれている。しかしながら、レーザー光の出力密度を上げていくと蛍光体上の微小な面積に光エネルギーが集中することになるため発熱量が増加する。そのため、この発熱量増加による温度消光や蛍光体自体の劣化が問題となる。従って、これらのレーザー励起光源に対応した蛍光体としては、出力密度の高いレーザー光照射下においても、その発光量を維持することのできる耐熱性の高い蛍光体が必要とされる。
【０００３】
特許文献１では、ＬＥＤなどでもしばしば使用される、シリコーン樹脂中に蛍光体粉末が分散された蛍光体が開示されている。また、例えば、特許文献２では、発光材料と熱伝導材料が三次元的に複合化されたＭＧＣ（Ｍｅｌｔ  Ｇｒｏｗｔｈ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）蛍光体が提案されている。ＭＧＣ蛍光体によって、出力密度の高いレーザー光照射下において、発光量を維持するという要求特性を満たすことができる。このＭＧＣ蛍光体では、励起光である出力密度の高いレーザー光が照射された際に、ＭＧＣ蛍光体を構成する発光材料からは蛍光を発する。蛍光を発することによる発熱は、発光材料と三次元的に複合化された熱伝導材料により、発光スポット外に伝熱される。結果として、発光材料の温度が上がり過ぎることによる温度消光が抑制されることとなり、出力密度の高いレーザー光照射下においても一定の発光量が維持される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０７４２７３号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０６５３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のシリコーン樹脂中に蛍光体粉末が分散された構成では、出力密度の高いレーザー光照射により、蛍光体の分散媒であるシリコーン樹脂が劣化変色し、発光輝度が低下するという課題がある。また、特許文献２の発光材料と熱伝導材料とが三次元的に複合化されたＭＧＣ蛍光体においては、熱伝導材料は入射レーザー光を蛍光に変換する機能がない。このため、特に出力密度の高いレーザー光である場合、入射されたレーザー光の一部は熱伝導相材料を反射しながら導波され、また乱反射しＭＧＣ蛍光体外に射出する。その結果、蛍光がレーザー光の入射箇所を起点として、発散することとなり集光効率が低下する。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解決するためになされたものであって、板状のＭＧＣ蛍光体などにレーザー光が照射された際、長寿命に蛍光の発散を抑制し、集光効率を高めることができる発光材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る発光部材は、板状蛍光体と、
互いに対向する２つの円形又は楕円形の開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状又は斜円錐台形状の空間とを有する筒状部材と、
前記板状蛍光体と前記筒状部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記両端開口部の、それぞれの面積が異なり、面積が大きい方の開口部が、前記板状蛍光体に前記接合部材で固定されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る発光部材の製造方法は、発光材料の原料粉末と熱伝導材料の原料粉末とを混合し、坩堝に投入する工程と、
前記坩堝を加熱し、前記発光材料と前記熱伝導材料とを溶融混合させる工程と、
前記溶融混合させた発光材料と熱伝導材料とを、前記坩堝から引き上げまたは引下げて、冷却固化し、前記発光材料と前記熱伝導材料とを３次元的に複合化させてＭＧＣ蛍光体を形成する工程と、
前記ＭＧＣ蛍光体を板状に加工し、板状蛍光体を形成する工程と、
接合部材の液状モノマーまたは熱溶融させた透明部材を、互いに対向する２つの開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状の空間を有し、前記２つの開口部の面積が異なる筒状部材において開口面積の大きい方の開口部の縁部に付着させる工程と、
前記筒状部材の前記縁部と板状蛍光体とを接触させる工程と、
前記液状モノマーを硬化させる、若しくは、熱溶融させた前記透明部材を冷却固化させることにより、前記筒状部材と前記板状蛍光体とを接合する工程と、
を含む。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る発光部材の構成によれば、板状蛍光体からの光が、筒状部材の大面積の開口部から筒状部材の円錐台形状の空間部分に入射し、小面積の開口部から出射する。この場合、大面積の開口部から小面積の開口部に至るまでの過程で光が集光される。従来、板状蛍光体への出力密度の高いレーザー光の照射の際、板状蛍光体からの光は、散乱に起因して発光径が広がる。この発光部材によれば、板状蛍光体に接合された筒状部材のより広い方の開口部から入射し、内部を反射しながら進行し、狭い方の開口部から出射する過程で集光され、広がりが抑制される。そこで、集光効果の高い発光部材を得ることができる。さらに、筒状部材と板状蛍光体とを接合している接合部材の耐熱性により、筒状部材と板状蛍光体の接合部分の熱による劣化も抑制され、長寿命であって、高い発光強度と高い集光効果が維持された発光部材とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係る発光部材の構成を示す模式図である。
【図２】板状蛍光体を構成するＭＧＣ蛍光体のミクロ構造の断面模式図である。
【図３Ａ】筒状部材の構成を示す概略斜視図である。
【図３Ｂ】筒状部材の２つの開口部のうち面積の大きい開口部の縁に接合部材を設けた状態を示す概略斜視図である。
【図３Ｃ】図３Ｂの接合部材を設けた筒状部材を板状蛍光体に接合して発光部材を構成する概略斜視図であると共に、実施例１の製造工程の一部を表す模式図である。
【図４】筒状部材の一例を表す模式図である。
【図５】実施例１１に係る発光部材の構成を示す模式図である。
【図６】発光部材にレーザー光を照射する向きを表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の態様に係る発光部材は、板状蛍光体と、
互いに対向する２つの円形又は楕円形の開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状又は斜円錐台形状の空間とを有する筒状部材と、
前記板状蛍光体と前記筒状部材とを接合する接合部材と、
を備え、
前記筒状部材は、前記両端開口部の、それぞれの面積が異なり、面積が大きい方の開口部が、前記板状蛍光体に前記接合部材で固定されている。
【００１２】
第２の態様に係る発光部材は、上記第１の態様において、前記板状蛍光体は、蛍光物質である発光材料と金属酸化物である熱伝導材料とが３次元的に複合化されて形成されているＭＧＣ蛍光体、または、蛍光物質である発光材料と金属酸化物である熱伝導材料との焼結セラミクス蛍光体であってもよい。
【００１３】
第３の態様に係る発光部材は、上記第２の態様において、前記発光材料、および前記熱伝導材料の少なくとも一方が金属酸化物であり、
前記発光材料においては前記金属酸化物中の金属元素が発光元素に置き換わった構造であってもよい。
【００１４】
第４の態様に係る発光部材は、上記第３の態様において、前記発光材料が、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２を母結晶として、前記母結晶中の一部のＹ元素がＣｅ元素に置き換わった発光材料、または、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２を母結晶として、前記母結晶中の一部のＬｕ原子がＣｅ元素に置き換わった発光材料であり、
前記熱伝導材料がＡｌ２Ｏ３またはＺｎＯであってもよい。
【００１５】
第５の態様に係る発光部材は、上記第１から第４のいずれかの態様において、前記筒状部材は、立体から円錐台形状または斜円錐台形状の空間をくり抜いた形状を有しており、前記くり抜かれた空間の底面と天面とを二つの開口部として、前記立体中を円錐台形または斜円錐台形を形成するように貫通している形状であってもよい。
【００１６】
第６の態様に係る発光部材は、上記第５の態様において、前記立体は、円錐台形状または角柱形状または円柱形状であってもよい。
【００１７】
第７の態様に係る発光部材は、上記第５又は第６の態様において、前記筒状部材の少なくとも内壁表面の一部が鏡面加工部分を有してもよい。
【００１８】
第８の態様に係る発光部材は、上記第５から第７のいずれかの態様において、前記立体は、アルミニウム又はＳＵＳからなってもよい。
【００１９】
第９の態様に係る発光部材は、上記第１から第８のいずれかの態様において、前記接合部材は、液体モノマーを硬化させてなる接着剤、または熱可塑性樹脂であってもよい。
【００２０】
第１０の態様に係る発光部材は、上記第９の態様において、前記接合部材は、シリコーン樹脂であってもよい。
【００２１】
第１１の態様に係る発光部材は、上記第９又は第１０の態様において、前記接合部材は、高熱伝導性フィラーが配合されていてもよい。
【００２２】
第１２の態様に係る発光部材の製造方法は、発光材料の原料粉末と熱伝導材料の原料粉末とを混合し、坩堝に投入する工程と、
前記坩堝を加熱し、前記発光材料と前記熱伝導材料とを溶融混合させる工程と、
前記溶融混合させた発光材料と熱伝導材料とを、前記坩堝から引き上げまたは引下げて、冷却固化し、前記発光材料と前記熱伝導材料とを３次元的に複合化させてＭＧＣ蛍光体を形成する工程と、
前記ＭＧＣ蛍光体を板状に加工し、板状蛍光体を形成する工程と、
接合部材の液状モノマーまたは熱溶融させた透明部材を、互いに対向する２つの開口部と前記２つの開口部を両端開口部とする円錐台形状の空間を有し、前記２つの開口部の面積が異なる筒状部材において開口面積の大きい方の開口部の縁部に付着させる工程と、
前記筒状部材の前記縁部と板状蛍光体とを接触させる工程と、
前記液状モノマーを硬化させる、若しくは、熱溶融させた前記透明部材を冷却固化させることにより、前記筒状部材と前記板状蛍光体とを接合する工程と、
を含む。
【００２３】
以下、実施の形態に係る発光部材及びその製造方法について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る発光部材１０の構成を示す模式図である。なお、便宜上、板状蛍光体１１の２辺のそれぞれに平行な方向をｘ方向及びｙ方向とし、板状蛍光体１１に筒状部材１３を接合した面の法線方向をｚ方向としている。
本実施の形態１に係る発光部材１０では、板状蛍光体１１、接合部材１２、筒状部材１３を含み、筒状部材１３は、両端に面積の異なる円形開口部２１、２２を持つ円錐台形状の空間部分１７を有する筒状の物体である。板状蛍光体１１と筒状部材１３とは接合部材１２で接着されている。尚、接合部材１２は、板状蛍光体１１の面と筒状部材１３の面との間で固化した接着剤とすることができる。また、図６は、実施の形態１の発光部材１０にレーザー光１９を照射する向き（矢印）を表す模式図であり、板状蛍光体１１において、筒状部材１３が接合部材１２で固定された面を第１面１、レーザー光１９が照射される面を第２面２、と呼ぶこととする。さらに筒状部材１３において、面積が広く、板状蛍光体１１に接合された開口部を底面開口部２１、反対側の開口部を天面開口部２２と呼ぶ。板状蛍光体１１において、第２面２にレーザー光１９が照射された場合に第１面１から射出された蛍光２０が筒状部材１３の底面開口部２１から入射される。その後、蛍光２０は、天面開口部２２から出射する。つまり、この発光部材１０では、面積の広い底面開口部２１から入射した蛍光２０が筒状部材１３の内壁で反射を繰り返しながら集光され、面積の狭い天面開口部２２から出射するので、集光効果を高めることのできる構成となっている。図１では、筒状部材１３は、円錐形の頂点部分が除かれた円錐台形状の空間部分（貫通部分）１７を有し、外形も円錐台形状である。円錐台形状の空間部分１７は、底面開口部２１と天面開口部２２とを有する。また、発光部材１０は、筒状部材１３の底面開口部２１が板状蛍光体１１の第１面１に接合された配置となっている。
以下、発光部材１０を構成する各部材について詳細に説明する。
【００２５】
（板状蛍光体）
板状蛍光体１１としては、特定の波長の光を入射した際に、より長波長の光を発する蛍光体材料を板状に形成したものであればよい。例えば、後述する発光材料１５と熱伝導材料１４とが３次元的に複合化したＭＧＣ蛍光体を板状に加工したものであってもよい。あるいは、発光材料粉末を焼結することによって製造される焼結セラミクス蛍光体を板状に加工したものであってもよい。なお、焼結セラミクス蛍光体は、熱伝導材料を含んでもよい。実施の形態１における板状蛍光体１１は、第２面からレーザー光を照射し、第１面側における集光効果を高めるという観点から、板状蛍光体１１の厚みとしては、５０μｍ以上、２０００μｍ以下とすることが好ましい。厚みが５０μｍより小さいと、板状蛍光体１１の強度が小さくなり、製造工程における破損が生じやすい。２０００μｍよりも厚い場合には、レーザー光の入射によって生じた蛍光が、板状蛍光体１１自身により吸収されてしまい、第１面（１）側への発光強度が低減してしまうため好ましくない。実施の形態１に係る発光部材の製造工程における取り扱い易さと、発光強度を両立するという観点から、板状蛍光体１１の厚みは、１００μｍ以上、１ｍｍ以下である場合にさらに好ましい。
【００２６】
（発光材料）
発光材料としては、母結晶に金属元素が発光イオンとして賦活した酸化物や窒化物、硫化物などとすることができる。母結晶の組成として、Ｂ、Ｇｄ、Ｏ、Ｓ、Ａｌ、Ｇａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｋ、Ｖ、Ｌａ、Ｃｌ、Ｐ、Ｉｎ、Ｚｎ、Ｙ、Ｌｕ、Ｃａ、Ｍｇ等の原子を１種類以上用い、発光中心原子としてＺｎ、Ｈｏ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｄｙ、Ｔｍ等が１種類以上賦活され用いられている無機発光材料とすることができる。なかでも、ＭＧＣ蛍光体を製造する場合、その製造工程において、坩堝内で溶融させ易く、また後述する熱伝導材料として好適に使用できるＡｌ２Ｏ３と共晶させ易いという観点から、発光材料を選択してもよい。上記観点から、例えば、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２を母結晶とし、母結晶中のＹ原子の一部がＣｅ原子に置き換わった、発光材料（以下、Ｃｅ：ＹＡＧとも記載する。）を好適に使用できる。また、例えば、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２を母結晶とし、母結晶中のＬｕ原子の一部がＣｅ原子に置き換わった、発光材料（以下、Ｃｅ：ＬｕＡＧとも記載する。）を好適に使用できる。
【００２７】
（熱伝導材料）
板状蛍光体としてＭＧＣ蛍光体を製造する場合の熱伝導材料としては、金属酸化物や金属窒化物、金属炭化物などのセラミクス材料とすることができる。金属酸化物としては例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＣａＯ、Ｙ２Ｏ３、ＺｎＯやその他、希土類酸化物などが上げられる。中でも、透明度が高く、先述のＣｅ：ＹＡＧ蛍光体や、Ｃｅ：ＬｕＡＧ蛍光体と共晶しやすいという観点からはＡｌ２Ｏ３が好ましい。また、屈折率が低く、入射レーザー光が導波されることによる散乱を制御しやすいという観点からはＺｎＯが好ましい。
また、板状蛍光体が前述の焼結体セラミクス蛍光体の場合、発光材料の粉末と上記熱伝導材料の粉末とを混合し、混合物を焼結することにより、発光材料と熱伝導材料とが物理的に混在した、放熱効果の高い焼結セラミクス蛍光体とすることもできる。その際、使用する熱伝導材料としては、上記ＭＧＣ蛍光体における熱伝導材料と同様のものを使用することが可能である。
【００２８】
（接合部材）
接合部材１２としては透明な熱可塑性樹脂や、モノマーを重合してポリマーを形成する。例えば、熱硬化性樹脂、光硬化性樹脂、湿気硬化性樹脂とすることができる。硬化前または熱溶融状態の液状の接合部材に、板状蛍光体と筒状部材が共に接触するように配置してから、硬化または冷却固化により、板状蛍光体と筒状部材とは接合される。また、出力密度の高いレーザー光を、板状蛍光体に照射した場合に、板状蛍光体は、１００℃以上の高温になることが想定される。従って、軟化点が１００℃より高く、耐熱性の高い樹脂を使用することができる。例えば、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、スチレン・アクリロニトリル共重合体、スチレン・ブタジエン・アクリロニトリル共重合体、ポリエチレン、エチレン酢酸ビニル共重合体、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート、メタクリルスチレン重合体、酢酸セルロース、ポリカーボネート、ポリエステル、ＰＥＴ、三フッ化ビニリデン、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリエーテルサルフォン、シクロオレフィン、トリアセテート、有機無機ハイブリッド樹脂、ハイブリッドガラスなどを単独で使用することも出来、これらを２種類以上混合して使用することもできる。中でも耐熱性が高いという観点からシリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド樹脂、ハイブリッドガラスを好適に使用することができる。中でも連続耐熱温度が２００℃以上であるハイブリッドガラスは特に好適に使用することができる。ハイブリッドガラスは、シロキサン骨格が主骨格となったシリコーン樹脂の一種であり、この観点から高耐熱シリコーン樹脂ということもできる。連続耐熱温度が２００℃であり、２００℃で１０００時間放置しても、その重量減少は１％以内であるという特徴を有する。
【００２９】
また、接合部材そのものの熱伝導率を高めるという観点から、接合部材には熱伝導性のフィラーを配合することもできる。熱伝導性フィラーとしては限定するものではなく、シリカ粒子、アルミナ、窒化ホウ素、窒化アルミニウムなどを添加することができる。また、配合量としては、１体積％以上、６８体積％以下とすることができる。１体積％より小さいと、接合部材の高熱伝導率化への寄与が少なく、６８体積％を超えると接合物中において熱伝導性フィラーの混錬が難しくなり、空隙などを巻き込む結果、逆に熱伝導率が低くなるので好ましくない。
【００３０】
（筒状部材）
筒状部材１３は、円錐台形状の底面と天面とが開口した貫通部分（空間部分１７）を有し、前述の通り、面積の広い方を底面開口部２１、面積の狭い方を天面開口部２２と呼ぶ。底面開口部２１を板状蛍光体１１の第１面１に配置する。つまり天面開口部２２は、板状蛍光体１１から見て、底面開口部２１よりも遠い方に配置される。底面開口部２１の面積は、限定されるものではないが、照射されるレーザー光の径によって選択することが可能である。例えば、板状蛍光体１１の第２面２に励起レーザー光が照射された際に、第１面１から放射される蛍光部分を覆うことのできる面積であればよい。板状蛍光体１１の第２面２に照射されるレーザー光の照射箇所でのレーザー光の径が１ｍｍであると想定した場合、筒状部材１３の貫通部分の底面開口部２１は、その直径２３が１．５ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることができる。１．５ｍｍよりも小さい場合には、板状蛍光体１１からの蛍光を覆うことができず、十分な量の光を集光することができない。５ｍｍより大きいと、集光するための後述する好ましい頂角とするためには筒状部材１３が大きくなり過ぎるため、設計上好ましくない。筒状部材１３の貫通部分を円錐形の一部であるとみなした場合、その円錐の頂角θは限定するものではなく、頂角θは１０度以上４５度以下とすることができる。１０度より小さいと、筒状部材１３が長くなり過ぎるため、設計上好ましくない。４５度より大きいと、筒状部材１３の内壁で反射し、板状蛍光体１１側に戻る蛍光が増えるため集光効果が十分でなくなる。以下、頂角θとは筒状部材１３の貫通部分を円錐形の一部とみなした場合の、その円錐の頂角を指すものとする。天面開口部２２は、上記の底面開口部２１の直径２３と頂角θとによって決まる円錐形状において、任意の箇所で底面開口部２１に略平行に切断した切断面に一致する。天面開口部２２の直径２４は、底面開口部２１の直径２３の３／４以下とすることができる。３／４より大きい場合には、底面開口部２１の直径２３との差が小さく、十分な集光効果が得られない。
【００３１】
筒状部材１３の貫通部分は、完全な円錐台形状である必要はなく、斜円錐台であってもよい。つまり底面開口部２１の中心と天面開口部２２の中心とを結ぶ直線と、底面開口部２１の中心からの法線とは重なっている必要はない。また、底面開口部２１と天面開口部２２とは、互いに平行である必要はない。このような非対称な形状の場合、集光効率はやや低下するが、板状蛍光体１１からの発光を所望の方向に導光できることとなり、導光の観点からは好ましい。この場合、底面開口部２１の中心と天面開口部２２の中心とを結ぶ直線と、底面開口部２１の中心からの法線（ｚ方向）との成す角は、０度以上３０度以下とすることができる。３０度をこえると、筒状部材１３中における蛍光の反射の仕方の不均一性が高くなり、集光効果が低下する。底面開口部２１の面と天面開口部２２の面との成す角は、０度以上４５度以下とすることができる。４５度をこえると、天面開口部２２から出射する光の不均一性が高くなり、集光効果が低下する。
【００３２】
なお、筒状部材１３の筒部分の肉厚は一定である必要はなく、例えば、図４に示すように、金属の角柱の一部を円錐台形にくり抜き、貫通させたものであってもよい。この場合にくり抜いた円錐台形状の空間部分１７の形状や頂角などは前記と同様とすることができる。角柱や円柱などの一部をくり抜いた形状の場合は、空間部分１７以外の筒状部材１３の体積が大きくなる。つまり、筒状部材１３を介しての板状蛍光体１１からの放熱性が向上することになり、板状蛍光体１１の温度消光を抑制し易くなるという観点から好ましい。また、くり抜く前の金属の形状は限定されるものではないが、角柱の他、円柱など公知の形状とすることができる。板状蛍光体１１からの放熱という観点からは、板状蛍光体１１と接する面の輪郭は、板状蛍光体１１の輪郭と一致していることが好ましい。
【００３３】
筒状部材１３の材質としては、限定するものではなく、光の反射率が高いという観点から、ＳＵＳやアルミニウムなどの金属材料とすることができる。
【００３４】
筒状部材１３の内壁は、光の反射率を高めるために鏡面加工されていることが好ましい。
【００３５】
（発光部材の製造方法）
本実施の形態１に係る発光部材１０の製造プロセスを説明する。
（１）まず、板状蛍光体を用意する。以下は、図２で示すような板状蛍光体がＭＧＣ蛍光体１８である場合の説明となる。ＭＧＣ蛍光体１８の製造プロセスとしては公知の方法により製造することができる。
（ｉ）たとえば坩堝内に発光材料１５および熱伝導材料１４の原料となる粉末をそれぞれ配合する。発光材料１５の原料として、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末と酸化セリウム粉末（ＣｅＯ２）、熱伝導材料の原料として酸化アルミニウム粉末（Ａｌ２Ｏ３）を選ぶことができる。
（ｉｉ）これらの粉末を所定の比率にて混合し、坩堝をこれら原料の融点以上、たとえば約１９００℃に加熱して溶融混合させる。加熱方法としては温度制御し易く、坩堝部分を局所的に加熱することができ、また、引き上げや引下げといった方法で溶融液体を冷却しながら引き出すことが出来るという観点から、誘導加熱や抵抗加熱が好適に使用できる。
（ｉｉｉ−１）予め底部に孔を開けた坩堝を使用する場合には、底部の孔から染み出した溶融液体に種結晶となる結晶を融着させて、一定速度で引きおろしながら、冷却することでロッド状ＭＧＣ蛍光体が得られる。前述の組成の場合には、発光材料１５がＣｅ：ＹＡＧであり、熱伝導材料１４がＡｌ２Ｏ３であり、これらが三次元的に複合化されたＭＧＣ蛍光体を得ることができる。
（ｉｉｉ−２）または、底部に孔の開いていない坩堝から、溶融液面より所謂引き上げ法による一方向凝固によりロッド状ＭＧＣ蛍光体を製造してもよい。このロッド状ＭＧＣ蛍光体を切断、研磨することで、板状蛍光体として所望の厚みを有する板状のＭＧＣ蛍光体、すなわち板状蛍光体１１、１８を得ることができる。
【００３６】
（２）次に、筒状部材１３を、接合部材１２を用いて板状蛍光体１１，１８に接合させる。具体的には、図３Ａ乃至図３Ｃに示すように、以下の手順で行う。図３Ａは、筒状部材１３の構成を示す概略斜視図である。図３Ｂは、筒状部材１３の２つの開口部のうち面積の大きい開口部２１の縁に接合部材１２を設けた状態を示す概略斜視図である。図３Ｃは、図３Ｂの接合部材１２を設けた筒状部材１３を板状蛍光体１１に接合して発光部材１０を構成する製造工程を示す概略斜視図である。
（ｉ）筒状部材１３を用意する（図３Ａ）。
（ｉｉ）次に、接合部材１２が熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂である場合には、それらのモノマー液体１６を筒状部材１３の板状蛍光体側となる底面開口部の輪郭線部分に付着させる（図３Ｂ）。
（ｉｉｉ）次いで、塗布したモノマー液体１６が板状蛍光体１１に接触するように、筒状部材１３を板状蛍光体１１上に設置する（図３Ｃ）。
（ｉｖ）さらに、光照射や加熱などモノマー液体１６の硬化方法に応じた硬化方法でモノマー液体をポリマー化させ、接合部材１２とし、板状蛍光体１１と筒状部材１３とを接着、固定させる。
以上によって、実施の形態１に係る発光部材１０とすることができる。
【００３７】
また、接合部材１２が熱可塑性樹脂である場合には、以下の手順によって筒状部材１３を板状蛍光体１１に接着できる。
（イ）熱可塑性樹脂を軟化点以上の温度に加熱し、液状にしたものを筒状部材１３に付着させる。
（ロ）次に、塗布した熱可塑性樹脂が冷却固化する前に、板状蛍光体１１にも接触するように、筒状部材１３を板状蛍光体１１に設置する。
（ハ）その後、冷却固化による接着で実施の形態１に係る発光部材１０とすることができる。
尚、接合部材１２中に熱伝導性フィラーを配合する場合には、モノマー液体１６中または熱溶融した熱可塑性樹脂中に所定量の熱伝導性フィラーを添加して、攪拌混合や公知の混錬方法によって配合し、塗布、硬化については上記と同様の方法とすることができる。
【００３８】
（実施例）
以下、実施例および比較例について具体的に説明する。
実施例１は、図２に示すように板状蛍光体１１、１８のミクロ構造として熱伝導材料１４と発光材料１５とが３次元的に複合化されている。さらに板状蛍光体１１、１８における発光材料１５としてＣｅ：ＹＡＧ、熱伝導材料１４としてサファイア、接合部材１２としてジメチルシリコーンを主成分とするシリコーン樹脂である。筒状部材１３は、円錐台形状であり、かつアルミニウム製である。
【００３９】
（ａ）まず、イリジウム製の坩堝内に所定の量の、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の粉末を所定量添加する。坩堝の底部には、５ｍｍ角、高さ２ｍｍの突起が設けられており、さらに突起の５ｍｍ角の底面中央には、直系１ｍｍφの貫通孔が設けられている。坩堝の内径は２０ｍｍ、内壁高さは３０ｍｍである。
（ｂ）次に、坩堝を円筒形の断熱材容器内に設置し、断熱材を円筒形の石英管内に設置する。さらに、石英管を誘導加熱用コイルの内側に設置する。石英管の上下にそれぞれ窒素ガスの出口と入り口が設けられた蓋を設置する。
（ｃ）石英管内をフローしながら窒素で充填し、酸化抑制雰囲気とする。この状態で前記コイルに交流電流を通電し、石英管内部を誘導加熱する。断熱材には覗き穴が設けられており、コイルの隙間とこの覗き穴および石英管を通して、放射温度計を使用するなど公知の方法で坩堝側面の温度を測定することが可能である。
【００４０】
（ｄ）坩堝側面の温度が約１９００℃に加熱され、前記坩堝底部の孔から溶融液体が染み出したことを確認した後、この染み出し液体にＡｌ２Ｏ３の５ｍｍ角の結晶を接触させ、表面張力を利用し、例えば３ｍｍ／秒の一定速度で引きおろす。界面張力により、坩堝内部の溶融液体が順次、孔から引き出される。
（ｅ）引き出された溶融液体は坩堝底部にぬれ広がり、坩堝底部の突起の断面形状を維持しつつ引きおろされ、引きおろされながら坩堝底部の突起から距離が離れるに伴い、冷却により固化し、ロッド状のＭＧＣ蛍光体を得ることができる。ロッドの引下げ方向と垂直な方向の断面形状は上述の坩堝底面の突起断面と、同サイズ、同形状となり、５ｍｍ角である。
（ｆ）得られたロッド状のＭＧＣ蛍光体は、公知の方法で切断、研磨などの加工により所望の厚みを有する板状のＭＧＣ蛍光体とすることが可能である。本実施例においては厚みを１００μｍとした。つまり本実施例における板状蛍光体は、サイズが５ｍｍ角、厚み１００μｍである板状のＭＧＣ蛍光体であり、発光材料はＣｅ：ＹＡＧ、熱伝導材料はＡｌ２Ｏ３ということになる。
【００４１】
（ｇ）次に、筒状部材１３および接合部材１２の原料１６を用意し、原料１６を筒状部材の直径が３ｍｍの開口部の縁に塗布し、先述の板状蛍光体に接合する。本実施例において筒状部材の貫通部分は、円錐台形状であり、底面開口部の直径が３ｍｍ、天面開口部の直径が底面開口部の直径の１／４、頂角が１４．６度である。素材は、アルミニウムで内壁が鏡面加工されている。図３Ｂに示したように筒状部材１３の直径３ｍｍの開口部の縁に熱硬化性シリコーン樹脂のモノマー液体１６を塗布する。
（ｈ）次に、図３Ｃに示したように、まず板状蛍光体１１、１８の５ｍｍ角の平面が水平になるように静置し、その略中心箇所と筒状部材１３の略中心箇所とが一致するように、筒状部材１３の３ｍｍ直径の開口部を接触させる。
【００４２】
（ｋ）さらに、使用した熱硬化性のシリコーン樹脂の硬化温度である１５０℃で４時間加熱することにより、シリコーン樹脂を硬化させることで、板状蛍光体１１、１８と筒状部材１３を接合、固定させ、本実施例１に係る蛍光体とした。
【００４３】
実施例２は、筒状部材１３の材質がＳＵＳ製である点を除いて、実施例１と同様である。
実施例３は、接合部材１２がハイブリッドガラスである点を除いて、実施例１と同様である。
実施例４は、板状蛍光体の発光材料がＣｅ：ＬｕＡＧである点を除いて実施例１と同様である。
実施例５は、板状蛍光体の熱伝導材料が酸化亜鉛である点を除き、実施例１と同様である。
【００４４】
実施例６は、筒状部材１３の底面開口部の直径が１．５ｍｍである点を除いて、実施例１と同様である。
実施例７は、筒状部材１３の底面開口部の直径が５ｍｍである点を除いて、実施例１と同様である。
【００４５】
実施例８は、筒状部材１３の貫通部分の頂角が１０度である点を除いて実施例１と同様である。
実施例９は、筒状部材１３の貫通部分の頂角が４５度である点を除いて実施例１と同様である。
【００４６】
実施例１０は、筒状部材１３の天面開口部の直径が底面開口部の直径の３／４である点を除いて実施例１と同様である。
実施例１１は、図５に示すように、筒状部材１３が底面５ｍｍの正方形、高さ１４．８ｍｍの直方体の一部を円錐台形状にくり抜いた形状であり、くり抜いた箇所の形状が円錐台形状であり、くり抜かれた円錐台形状の底面開口部の直径が３ｍｍ、頂角が１４．６度である点を除いて、実施例１と同様である。
実施例１２は、接合部材中に平均粒径２０μｍのアルミナフィラーを５体積％配合している点を除いて実施例２と同様である。アルミナフィラーの配合については、シリコーン樹脂のモノマー１０４ｇにアルミナフィラー２０．５ｇを添加し、減圧脱泡装置で減圧攪拌したものを、実施例２と同様の方法で筒状部材に塗布、硬化した。
【００４７】
実施例１３は、板状蛍光体がＣｅ：ＹＡＧの焼結体である点を除いて実施例１と同様である。本実施例において板状蛍光体は、次の様に製造した。
（ｉ）酸化イットリウム、酸化アルミニウム、酸化セリウムをそれぞれ規定量秤量し、イソプロパノールを加えて混合液体とした。
（ｉｉ）この混合液体をビーズミルで撹拌し、混合してスラリーとした。
（ｉｉｉ）次に、このスラリーを泥しょう鋳込み法（スリップキャスティング）により５ｍｍ角、厚み１００μｍに成形した。
（ｉｖ）この成形物を１２００℃で２時間焼成することにより焼結させ、Ｃｅ：ＹＡＧの焼結体である板状蛍光体を製造した。
【００４８】
比較例１は、筒状部材１３が設置されない点を除いて実施例１と同様である。つまり、実施例１における板状蛍光体のみの場合である。
比較例２は、筒状部材の貫通部分の底面開口部および天面開口部が共に直径３ｍｍの円柱状である点を除いて実施例１と同様である。
比較例３は、接合部材として、連続耐熱温度が７９℃と低いポリ塩化ビニルを用いた点を除いて、実施例１と同様である。
比較例４は、筒状部材の内壁表面が鏡面加工されていない点を除いて実施例１と同様である。
【００４９】
以上の実施例および比較例について、励起レーザー光を、板状蛍光体の第２面に照射させた場合の、筒状部材１３の天面開口部での蛍光の集光効果について評価した。レーザー光の波長は４５０ｎｍであり、板状蛍光体の第１面上において筒状部材が接合された箇所にレンズで直径１ｍｍに集光し、２０Ｗ／ｍｍ２のエネルギー密度が照射されるよう調整した。
【００５０】
それぞれの評価項目の判定基準を下記する。
【００５１】
（集光効果）
実施例、比較例における発光部材に対し、板状蛍光体の第１面側からの発光について相対比較を行った。筒状部材の天面開口部から垂直方向に２０ｍｍ離れた箇所に白紙を設置した。比較例１では、板状蛍光体の平面から２０ｍｍ離れた箇所に白紙を設置した。白紙に照射される発光の直径（以下、「発光径」と称する）について、比較例１の発光径を１とした場合との差分の相対値（以下、「発光径相対値」と記載する）を測定し、下記する判定を行った。
なお、この「発光径相対値」は、
「発光径相対値」＝（「発光径（実施例、比較例）」−「比較例１の発光径」）／「比較例１の発光径」
との関係式で得られる。
判定基準
集光効果が特に優れた範囲として  発光径相対値が−０．３以下を◎とした。
集光効果が優れた範囲として  発光径相対値が−０．３より大きく、−０．１以下を〇とした。
例えばレーザー励起光源を使用した内視鏡に搭載する際、集光するための専用光学系が必要となるため、集光効果が不十分な範囲として  発光径相対値が−０．１より大きいものを△とした。
【００５２】
（発光強度）
実施例、比較例における蛍光体の発光強度を測定するため光出力を測定した。すなわち板状蛍光体から発せられた蛍光は、板状蛍光体の第１面から筒状部材の底面開口部に入射させる。さらに筒状部材の天面開口部からの蛍光をレンズでコリメートし、さらにレンズで光出力検出器に集光した。照射するレーザー光の出力密度を１．５Ｗ／ｍｍ２に調整し、光出力検出器の検出上限を超えない範囲で蛍光成分の光出力を測定した。光出力検出器には、ＭＧＣ蛍光体を抜けてきた青色レーザー光が入射しないよう、蛍光のみの出力を測定するように光出力検出器の手前に青色光カットフィルターを設置し、蛍光成分の光のみ測定できるようにした。
判定基準
光学製品への適用に特に適合している範囲として  蛍光出力が４０ｍＷ以上を◎とした。
光学製品への適用に適合している範囲として  蛍光出力が４０ｍＷより小さく、３０ｍＷ以上を○とした。
例えばレーザー励起光源を使用した内視鏡に搭載する際、十分な光量が得られず、光学製品への適用に適合しない範囲として  蛍光出力が３０ｍＷ未満を△とした。
【００５３】
（耐熱性）
励起レーザー光による昇温に対する耐熱性を評価するという観点から、それぞれの実施例および比較例について、板状蛍光体１１の筒状部材１３が設置されている面（第１面（１））が略垂直となるように設置し、集光効果測定と同条件のレーザー光を連続で１００時間照射した。その後、筒状部材１３の位置変化を観察した。接合部材１２の耐熱性が劣るものは、接合部材１２の熱劣化や熱溶融により、筒状部材１３の自重により、板状蛍光体１１より落下または位置ずれを起こす。そこで、筒状部材１３の元の位置からのずれを測定し、耐熱性の評価を行った。
判定基準
耐熱性が特に優れたものとして、位置ずれが０ｍｍであったものを◎とした。
耐熱性が優れた範囲として、位置ずれが０ｍｍより大きく０．５ｍｍ以下を〇とした。
例えばレーザー励起光源を使用した内視鏡に適用する際、筒状部材の保持が不十分となることから、耐熱性が不十分な範囲として、０．５ｍｍより大きいかまたは落下したものを△とした。
【００５４】
（総合判定）
各実施例および比較例において、集光効果、発光強度、耐熱性ともに◎のものを◎、少なくとも△が１個以上あるものを△、それ以外のものを○とした。
【００５５】
【表１】
2019191505.tif 000003
【００５６】
【表２】
2019191505.tif 000004
【００５７】
表１及び表２に示した結果から次のことが分かる。
すべての実施例では、筒状部材が接合されており、集光効果が確認され、比較例１、比較例２では集光効果が確認されないことから、実施例における筒状部材が集光効果を高めるのに効果的であることがわかる。比較例２では、筒状部材の貫通部分が円柱形であり、底面開口部直径と天面開口部直径が等しいために集光効果が得られない。
【００５８】
実施例１および実施例２により、筒状部材の材質としては限定されず、アルミニウム、ＳＵＳなどの金属が使用できることがわかる。実施例３より、筒状部材の接合部材としてハイブリッドガラスとすると特に耐熱性に優れた蛍光体となることがわかる。
【００５９】
実施例１、実施例４、実施例５より、発光材料、熱伝導材料は限定されるものではなく、発光材料としてはＣｅ：ＹＡＧであっても、Ｃｅ：ＬｕＡＧであってもよく、熱伝導材料としてはサファイアであっても、酸化亜鉛であってもよいことがわかる。
【００６０】
実施例１、実施例６、実施例７、実施例８、実施例９、実施例１０より、筒状部材の底面開口部直径としては、１．５ｍｍより大きく、５ｍｍより小さくてもよく、天面開口部直径は底面開口部直径の３／４以下でもよく、頂角は１０度より大きく、４５度より小さくてもよいことがわかる。
【００６１】
実施例１１より、筒状部材の形状が直方体から円錐台形状の空間をくり抜いた形状であれば、レーザー照射による発熱が筒状部材を介して放熱されるため、耐熱性に優れた蛍光体となることがわかる。
【００６２】
実施例１、比較例３より、接合部材の連続耐熱温度が低い場合には、耐熱性に劣った蛍光体となることが分かる。
【００６３】
実施例１、比較例４より、筒状部材の内壁が鏡面加工されていることにより、集光効果が高くなることがわかる。
【００６４】
実施例２と実施例１２との比較では、実施例１２では接合部材に熱伝導性フィラーを添加することで、位置ずれの大きさが実施例２よりも小さく抑制されており、接合部材に熱伝導性フィラーを配合することが耐熱性向上の観点から好ましいことがわかる。
また、実施例１３より、板状蛍光体が焼結体であっても、本発明の構成は好適に使用できることがわかる。
【００６５】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上説明したように、本発明に係る発光部材は、出力密度の高いレーザー光の照射下において蛍光の集光効果が高蛍光体とすることができる。また、耐熱性に優れているため産業上の利用可能性は高い。
【符号の説明】
【００６７】
１  第１面
２  第２面
１０  発光部材
１１  板状蛍光体
１２  接合部材
１３  筒状部材
１４  熱伝導材料
１５  発光材料
１６  モノマー液体
１７  円錐台形状の空間部分
１８  ＭＧＣ蛍光体
１９  レーザー光（入射光）
２０  蛍光（出射光）
２１  開口部（大面積）
２２  開口部（小面積）
２３  直径
２４  直径
【図１】
2019191505.tif 000005
【図２】
2019191505.tif 000006
【図３Ａ】
2019191505.tif 000007
【図３Ｂ】
2019191505.tif 000008
【図３Ｃ】
2019191505.tif 000009
【図４】
2019191505.tif 000010
【図５】
2019191505.tif 000011
【図６】
2019191505.tif 000012