(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に銀からなる光反射膜を介して蛍光部材が設けられ、この蛍光部材上に、励起光受光面を形成する、当該蛍光部材の屈折率の値以上の屈折率を有する金属酸化物からなる周期構造体層が設けられてなり、
前記周期構造体層は、蛍光部材の表面を覆う平板状の薄膜部と、この薄膜部上に設けられた複数の凸部とにより構成されたものであり、
前記薄膜部の厚みは、０．４μｍ以下であり、
前記蛍光部材が単結晶または多結晶よりなる蛍光体によるものであり、
前記蛍光部材の熱が前記光反射膜、および、前記基板を介して排熱されることを特徴とする蛍光発光部材。
【請求項２】
前記周期構造体層は、前記蛍光部材から遠ざかる方向に伸びる複数の柱状単位を有する柱状組織により構成されているものであることを特徴とする請求項１に記載の蛍光発光部材。
【請求項３】
前記周期構造体層がジルコニアよりなるものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の蛍光発光部材。
【請求項４】
前記蛍光部材の裏面の表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の蛍光発光部材。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蛍光発光部材を備え、当該蛍光発光部材に対向配置されたレーザダイオードを備えたことを特徴とする蛍光光源装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の蛍光発光部材を製造するための蛍光発光部材の製造方法であって、
単結晶または多結晶からなる蛍光体による蛍光部材上に、当該蛍光部材の屈折率の値以上の屈折率を有する金属酸化物よりなる金属酸化物層をスパッタ法で形成し、この金属酸化物層の表面をプラズマエッチング処理することによって周期構造を形成する工程を有することを特徴とする蛍光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、励起光によって蛍光体を励起することにより、当該蛍光体から蛍光を放射する蛍光光源装置、並びに当該蛍光光源装置に備えられる蛍光発光部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばプロジェクターに用いられる緑色光源としては、従来、レーザ光を励起光として蛍光体に照射することによって、当該蛍光体から蛍光として緑色光を放射する蛍光光源装置が知られている。このような蛍光光源装置の一例としては、回転ホイールの表面に蛍光体が塗布されてなる波長変換部材を備えてなり、この波長変換部材に青色領域のレーザ光を照射することによって、当該波長変換部材における蛍光体において緑色領域の光を生成する蛍光光源装置が知られている（特許文献１参照。）。
しかしながら、回転ホイールを備えた波長変換部材を利用した蛍光光源装置においては、回転ホイールを回転駆動するモーターの部品に劣化が生じて故障が生じやすく、また、駆動系自体の構成が複雑である、という問題がある。
【０００３】
また、蛍光光源装置の他の例としては、図１１に示すように、基板４２の表面に、硫酸バリウム層４３を介してＹＡＧ焼結体よりなる蛍光部材４１が配置されてなる波長変換部材を備えてなる蛍光光源装置が知られている（特許文献２参照）。この蛍光光源装置において、基板４２はＭｏ−Ｃｕ基板からなるものであり、当該基板４２の裏面には放熱用フィン４５が設けられている。そして、蛍光光源装置は、波長変換部材における蛍光部材４１に、励起光として青色領域のレーザ光が照射されることによって、当該蛍光部材４１において緑色領域の光を生成する。
しかしながら、このような蛍光光源装置においては、励起光が蛍光部材４１に照射されたときに、当該蛍光部材４１の表面において励起光が反射されるため、励起光が蛍光部材４１内に十分に取り込まれず、その結果、高い発光効率が得られない、という問題がある。
【０００４】
而して、蛍光光源装置においては、波長変換部材における励起光受光面とされる表面に、凹凸構造を形成し、この凹凸構造によって励起光受光面における励起光の反射を抑制することが提案されている（例えば、特許文献３参照。）。
具体的に、特許文献３には、矩形平板状の蛍光部材を有し、当該蛍光部材上に、表面に凸部が配列された凹凸構造を有する、略矩形平板状の透光性基板が配設されてなる波長変換部材を備えており、透光性基板の表面が励起光受光面とされてなる蛍光光源装置が開示されている。この蛍光部材は、無機ガラス等のガラス材料またはシリコーン樹脂等の樹脂材料などの封止材に蛍光体が分散されてなるものであり、また透光性基板は、例えばサファイアなどの高い熱伝導率を有する材料よりなるものである。
しかしながら、この蛍光光源装置においては、波長変換部材が温度上昇することに起因して高い発光効率が得られない、という問題があることが明らかとなった。
具体的に説明すると、蛍光部材が、熱伝導率の低いシリコーン樹脂（熱伝導率０．１Ｗ/ｍＫ）などの封止材に蛍光体が分散されたものであることから、励起光が照射されることによって蛍光体で発生した熱が伝導されにくく、蛍光体自体が高温となる。そして、蛍光体が高温となれば、温度消光が生じることによって励起光を蛍光に変換する変換効率（外部量子効率）が低下して、輝度飽和、あるいは輝度低下が発生し、十分な蛍光光束が得られなくなる。また、透光性基板には、その裏面の蛍光部材が位置されていない部分、具体的には周縁部分にしか放熱用部材を設けることができず、よって蛍光部材から透光性基板に伝導された熱を、透光性基板の厚み方向に垂直な方向に向かって伝導する必要がある。このように、透光性基板と放熱用部材との接触面積が小さく、蛍光部材から放熱用部材に至るまでの熱の伝導距離が長いことから、十分な排熱を行うことができない。
【０００５】
更に、特許文献３の蛍光光源装置においては、波長変換部材の内部において生じた蛍光を有効に利用することができないため、高い発光効率が得られないことが明らかとなった。
具体的に説明すると、波長変換部材の内部において蛍光体から放射され、透光性基板に入射した蛍光は、その一部が、透光性基板の表面、または蛍光部材の表面および側面によって構成される蛍光出射面から出射されず、当該透光性基板内において繰り返し反射されて、その透光性基板の側面から外部に出射される。このように、波長変換部材の内部において生じた蛍光を高い効率で蛍光出射面から出射させることができないため、蛍光を有効に利用することができない。また、透光性基板の縦横寸法が、蛍光部材の縦横寸法に比して大きくなっていることから、蛍光の光源サイズは、透光性基板の縦横寸法に応じて定められる。そのため、蛍光部材の縦横寸法との関係において蛍光の光源サイズが過度に大きいものとなり、しかも波長変換部材から出射される蛍光を、反射鏡などの光学部材を用いて導光していることから、エタンデュが制限される。その結果、波長変換部材から出射された蛍光を有効に利用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１３３１６号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９８５６０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１０９４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、表面に周期構造体層が形成された蛍光部材に励起光が照射されたときに、当該蛍光部材の温度上昇が抑制され、また当該励起光の反射が抑制されると共に、当該蛍光部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができ、従って、高い発光効率が得られる蛍光発光部材および蛍光光源装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、表面に周期構造体層が形成された蛍光部材に励起光が照射されたときに、当該蛍光部材の温度上昇が抑制され、また当該励起光の反射が抑制されると共に、当該蛍光部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができて高い発光効率の得られる蛍光発光部材を容易に製造することのできる蛍光発光部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の蛍光発光部材は、基板上に銀からなる光反射膜を介して蛍光部材が設けられ、この蛍光部材上に、励起光受光面を形成する、当該蛍光部材の屈折率の値以上の屈折率を有する金属酸化物からなる周期構造体層が設けられてなり、
前記周期構造体層は、蛍光部材の表面を覆う平板状の薄膜部と、この薄膜部上に設けられた複数の凸部とにより構成されたものであり、
前記薄膜部の厚みは、０．４μｍ以下であり、
前記蛍光部材が単結晶または多結晶よりなる蛍光体によるものであり、
前記蛍光部材の熱が前記光反射膜、および、前記基板を介して排熱されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の蛍光発光部材においては、前記周期構造体層は、前記蛍光部材から遠ざかる方向に伸びる複数の柱状単位を有する柱状組織により構成されているものであることが好ましい。
このような構成の本発明の蛍光発光部材においては、前記周期構造体層がジルコニアよりなるものであることが好ましい。
また、本発明の蛍光発光部材においては、前記蛍光部材の裏面の表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明の蛍光光源装置は、前記の蛍光発光部材を備え、当該蛍光発光部材に対向配置されたレーザダイオードを備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の蛍光発光部材の製造方法は、前記の蛍光発光部材を製造するための蛍光発光部材の製造方法であって、
単結晶または多結晶からなる蛍光体による蛍光部材上に、当該蛍光部材の屈折率の値以上の屈折率を有する金属酸化物よりなる金属酸化物層をスパッタ法で形成し、この金属酸化物層の表面をプラズマエッチング処理することによって周期構造を形成する工程を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の蛍光発光部材および蛍光光源装置においては、単結晶または多結晶からなる蛍光体による蛍光部材の表面に、高屈折率材料よりなる周期構造体層が形成されており、当該周期構造体層が、略錐形状の凸部が周期的に配列され、特定のアスペクト比を有する周期構造がエッチング処理によって形成されているものである。そのため、表面に周期構造体層が形成された蛍光部材に励起光が照射されたときに、当該蛍光部材の温度上昇が抑制され、また当該励起光の反射が抑制されると共に、当該蛍光部材に高い光効率が得られ、その上、その蛍光部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができることから、高い発光効率が得られる。
【００１４】
本発明の蛍光発光部材の製造方法においては、蛍光部材上に、当該蛍光部材の屈折率の値以上の屈折率を有する高屈折率材料よりなる高屈折率材料層を形成し、この高屈折率材料層の表面をエッチング処理することによって周期構造を形成する工程を有する。このように、蛍光部材に周期構造を形成する必要がなく、しかも、当該高屈折率材料層がエッチング処理によって周期構造を形成することのできる優れた加工性（加工容易性）を有するものであるため、この高屈折率材料層の表面に所期の周期構造を容易に形成することができる。そのため、得られる周期構造体層は、所期の周期構造を有するものとなる。
従って、本発明の蛍光発光部材の製造方法によれば、表面に周期構造体層が形成された蛍光部材に励起光が照射されたときに、当該蛍光部材の温度上昇が抑制され、また当該励起光の反射が抑制されると共に、当該蛍光部材に高い光効率が得られ、その上、その蛍光部材の内部において生じる蛍光を有効に利用して高い効率で外部に出射することができて高い発光効率が得られる蛍光発光部材を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図である。
【図２】図１の蛍光光源装置における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。
【図３】波長変換部材における周期構造の変形例を模式的に示す説明図である。
【図４】励起光が波長変換部材の表面に垂直な方向に入射した場合において、当該励起光が伝播する媒体の屈折率の変化をマクロ的に示した図であり、（ａ）は波長変換部材の一部を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は波長変換部材の表面に対して垂直な方向における位置と屈折率とのマクロ的な関係を示すグラフである。
【図５】波長変換部材の表面において蛍光に生ずる反射および回折を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明の蛍光光源装置の製造方法によって作製された波長変換部材の一例におけるＳＥＭ写真である。
【図７】実験例１において得られた、波長変換部材の表面の周期構造を構成する凸部の高さ（周期構造におけるアスペクト比）と、当該波長変換部材の表面における光の反射率および光の取出し効率との関係を示すグラフである。
【図８】実験例２において得られた、波長変換部材の表面の周期構造を構成する凸部の高さ（周期構造におけるアスペクト比）と、当該波長変換部材の表面における光の反射率および光の取出し効率との関係を示すグラフである。
【図９】実験例３において得られた、波長変換部材の表面の周期構造を構成する凸部の高さ（周期構造におけるアスペクト比）と、当該波長変換部材の表面における光の反射率および光の取出し効率との関係を示すグラフである。
【図１０】実験例１〜実験例３の結果に基づいて得られた、波長変換部材の表面の周期構造を構成する凸部の高さ（周期構造におけるアスペクト比）と、当該波長変換部材の光効率との関係を示すグラフである。
【図１１】従来の蛍光光源装置における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の蛍光光源装置の一例における構成の概略を示す説明図であり、図２は、図１の蛍光光源装置における波長変換部材の構成を示す説明用断面図である。
この蛍光光源装置は、青色領域の光を出射するレーザダイオード１０と、このレーザダイオード１０に対向して配置された、当該レーザダイオード１０から出射されるレーザ光である励起光Ｌによって励起されて緑色領域の蛍光Ｌ１を出射する波長変換部材２１を有する蛍光発光部材２０とを備えてなる。
レーザダイオード１０と蛍光発光部材２０との間における当該レーザダイオード１０に接近した位置には、レーザダイオード１０から入射された励起光Ｌを平行光線として出射するコリメータレンズ１５が配置されている。また、コリメータレンズ１５と蛍光発光部材２０との間には、レーザダイオード１０からの励起光Ｌを透過すると共に波長変換部材２１からの蛍光Ｌ１を反射するダイクロイックミラー１６が、コリメータレンズ１５の光軸に対して例えば４５°の角度で傾斜した姿勢で配置されている。
【００１７】
蛍光発光部材２０は、図２に示すように、矩形板状の基板３１の表面（図２における上面）上に、略矩形板状の波長変換部材２１が設けられたものである。
この蛍光発光部材２０は、波長変換部材２１の表面（図２における上面）がレーザダイオード１０に対向するように配置されており、当該表面が励起光受光面とされていると共に、蛍光出射面とされている。
また、波長変換部材２１の裏面（図２における下面）には、光反射膜３３が設けられており、また側面には、環状の光拡散層３４が、当該側面に密着した状態で設けられている。このように、波長変換部材２１の裏面および側面に光反射膜３３および光拡散層３４が設けられることにより、波長変換部材２１は、裏面および側面に反射機能を有するものとされている。波長変換部材２１の裏面に設けられた光反射膜３３と基板３１との間には、接合材よりなる接合層（図示省略）が介在されており、当該接合材によって波長変換部材２１が基板３１上に接合されている。接合材としては、排熱性の観点から、半田、銀焼結材などの熱伝導率が４０Ｗ／ｍＫ以上のものが用いられる。また、基板３１の裏面には、例えば放熱用フィン（図示省略）が配置されている。
この図の例において、接合材としては、波長変換部材２１の裏面の縦横寸法より大きな縦横寸法を有するリボン半田がプリフォームとして用いられている。また、光拡散層３４は、波長変換部材２１の側面と接合層の側面とに当接して形成されている。この光拡散層３４による波長５５０ｎｍの光の反射率は９５．７％であり、そのため、蛍光光源装置においては、光拡散層３４が設けられていない場合に比して、蛍光出射面における光の取り出し効率が１．２８倍となる。
【００１８】
光反射膜３３としては、例えば銀反射膜が用いられる。
そして、この光反射膜３３が配設される波長変換部材２１の裏面は、研磨されており、当該裏面における、レーザ干渉計によって測定される表面粗さＲａが１００ｎｍ以下であることが好ましい。
波長変換部材２１の裏面の表面粗さＲａが上記の範囲とされることにより、当該裏面に銀反射膜よりなる光反射膜３３を設けることによって、当該裏面において、励起光Ｌおよび蛍光Ｌ１を鏡面反射することができる。そのため、波長変換部材２１の裏面における反射率を９７％以上とすることができる。
一方、波長変換部材２１の裏面の表面粗さＲａが１００ｎｍを超える場合には、当該裏面において十分な反射機能を得ることができない。具体的に説明すると、波長変換部材２１の裏面に到達した励起光Ｌおよび蛍光Ｌ１が、波長変換部材２１の裏面と銀反射膜よりなる光反射膜３３との間において繰り返し反射し、その繰り返し反射の過程において吸収されてしまう。そして、繰り返し反射の回数が多くなるに従って吸収される光量が大きくなることから、波長変換部材２１の裏面において、十分な反射率が得られなくなる。
【００１９】
光拡散層３４は、無機拡散材、具体的には、無機化合物からなる光拡散微小粒子よりなるものである。この光拡散層３４は、アルカリ性水溶液中に光拡散微小粒子が均一に分散されてなる混濁液を、基板３１上に接合された波長変換部材２１の周囲に塗布し、その塗布層を、例えば温度１５０℃の条件で例えば３０分間かけて乾燥することによって得られたものであることが好ましい。
光拡散層３４が前記混濁液を乾燥したものとされることにより、混濁液を波長変換部材２１の周囲に塗布した際に光拡散微小粒子が凝集しやすく、また当該混濁液が、波長変換部材２１の表面に浸みることがない。そのため、光拡散層３４の製造過程において、波長変換部材２１の表面の形状（周期構造２４の形状）に変化が生じることがない。ここに、光拡散層３４の製造過程において、アルカリ性水溶液に代えて、シリコーンなどの有機溶剤を用いた場合には、光散乱微小粒子は当該有機溶剤に溶解した状態とされ、その光散乱微小粒子が溶解した有機溶剤が波長変換部材の表面に浸みてしまう。そのため、光拡散層の製造過程において、波長変換部材の表面の形状（周期構造の形状）に変化が生じ、その波長変換部材の表面が所期の形状を有するものでなくなる。すなわち、波長変換部材の表面が、空気との屈折率差が急激に変化する表面となる。そのため、波長変換部材の表面における、励起光の反射抑制効果、および回折による蛍光の取り出し効率向上効果が得られなくなる。
【００２０】
光拡散微小粒子においては、平均一次粒子径が０．１μｍ以下であって２ｎｍ以上であることが好ましい。
光拡散微小粒子の粒径が上記の範囲とされることにより、光拡散層３４によって蛍光を容易に全方方向に拡散させることができる。そのため、光拡散層３４において、一部の蛍光の進行方向を、蛍光出射面、すなわち波長変換部材２１の表面に向かう方向に確実に変更することができる。そのため、波長変換部材２１が外部に高い効率で蛍光を出射できるものとなる。
【００２１】
光拡散微小粒子を構成する無機化合物としては、例えばシリカ（ＳｉＯ2 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）等の金属酸化物、および硫酸バリウム等の金属硫酸塩などが挙げられる。
ここに、光拡散層３４において、光散乱微小粒子は、１種類の材質のものであってもよく、２種類以上の異なる材質の微小粒子を組み合わせたものであってもよい。
【００２２】
波長変換部材２１は、矩形板状の蛍光部材２２と、この蛍光部材２２の表面（図２における上面）上に形成された、表面（図２において上面）に周期構造２４が形成された周期構造体層２３を有している。
この波長変換部材２１において、周期構造体層２３は、蛍光部材２２の縦横寸法以下の縦横寸法を有するものであり、蛍光部材２２の表面の少なくとも一部を覆うように配設される。
この図の例において、周期構造体層２３は、蛍光部材２２と同等の縦横寸法を有するものであり、蛍光部材２２の表面全面を覆うように配設されている。
【００２３】
蛍光部材２２は、単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されている。また、蛍光部材２２の厚みは、励起光Ｌを蛍光Ｌ１に変換する変換効率（外部量子効率）および排熱性の観点から、例えば０．０５〜２．０ｍｍである。
蛍光部材２２が単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されることにより、蛍光部材２２は熱伝導率が１１Ｗ／ｍＫ以上の高い熱伝導性を有するものとなる。
蛍光部材２２の熱伝導率が１１Ｗ／ｍＫ以上であることにより、蛍光部材２２において励起光Ｌの照射によって発生した熱を効率よく排熱することができるため、蛍光部材２２が高温となることが抑制される。その結果、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。
【００２４】
蛍光部材２２を構成する単結晶の蛍光体は、例えば、チョクラルスキー法によって得ることができる。具体的には、坩堝内において種子結晶を溶融された原料に接触させ、この状態で、種子結晶を回転させながら鉛直方向に引き上げて当該種子結晶に単結晶を成長させることにより、単結晶の蛍光体が得られる。
また、蛍光部材２２を構成する多結晶の蛍光体は、例えば以下のようにして得ることができる。先ず、母材、賦活材および焼成助剤などの原材料をボールミルなどによって粉砕処理することによって、サブミクロン以下の原材料微粒子を得る。次いで、この原材料微粒子を例えばスリップキャスト法によって成形して焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が例えば０．５％以下の多結晶の蛍光体が得られる。
【００２５】
蛍光部材２２を構成する蛍光体の具体例としては、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｐｒ、ＹＡＧ：Ｓｍ、ＬｕＡＧ：Ｃｅなどが挙げられる。このような蛍光体において、希土類元素（賦活材）のドープ量は、０．５ｍｏｌ％程度である。
【００２６】
周期構造体層２３は、波長変換部材２１の励起光受光面とされる表面に、周期構造２４が形成されたものである。また、周期構造体層２３の厚み（最大厚み）は、例えば１．０μｍ以下である。
この図の例において、周期構造体層２３の厚みは、薄膜部２６の厚みと凸部２５の高さｈとの合計である。
【００２７】
そして、周期構造体層２３は、図２に示されているように、蛍光部材２２の表面を覆う、平板状の薄膜部２６と、この薄膜部２６上に設けられた複数の凸部２５とにより構成されていることが好ましい。
周期構造体層２３が薄膜部２６を有するものとされることにより、当該周期構造体層２３が、蛍光部材２２の保護機能を有するものとなり、また波長変換部材２１が高い取扱い性を有するものとなる。
具体的に説明すると、周期構造体層２３が薄膜部２６を有するものであることにより、耐湿性の低い蛍光部材２１を湿気から保護することができるため、蛍光部材２１が湿気によって変質することを抑制または防止することができる。また、周期構造体層２３が薄膜部２６を有するものであることによれば、波長変換部材２１を基板３１上に接合する製造過程などにおいて凸部２５に外力が加えられた場合に、その凸部２５が脱落することを防止することができる。そのため、波長変換部材２１が高い取扱い性を有するものとなる。ここに、周期構造体層２３が薄膜部２６を有するものでなく、蛍光部材２２の表面に複数の凸部２５が個別に直接的に配設されたものである場合には、各凸部２５と蛍光部材２２との間において、接触面積が小さいことに起因して十分な接着性が得られないため、小さな外力によっても凸部２５が脱落してしまうおそれがある。また、周期構造体層２３の最小厚み、具体的には互いに隣接する凸部２５の間の部分の厚みが極めて小さくなるため、蛍光部材２１を湿気から十分に保護することができなくなるおそれがある。
【００２８】
薄膜部２６においては、蛍光Ｌ１の有効利用性の観点から、その厚みが小さいことが好ましい。具体的には、薄膜部２６の厚みは、０．４μｍ以下であることが好ましい。
薄膜部２６の厚みが過大である場合には、当該薄膜部２６の側面から蛍光部材２２の内部において生じた蛍光のうちの当該側面に向かう蛍光が出射されてしまうことに起因して、波長変換部材２１の外部に十分に高い効率で蛍光Ｌ１を出射することができなくなるおそれがある。
【００２９】
周期構造２４を構成する複数の凸部２５は、図２に示されているように、裏面から表面に向かう方向に従って小径となる略錐形状とされており、薄膜部２６上において周期的に配列されている。
具体的に、凸部２５に係る略錐形状は、図２に示されているような錘状（図２においては円錐状）、または図３に示すような錐台状である。
ここに、凸部２５の形状が錐台状である場合には、上底部２５ａの寸法（最大寸法）ａは、励起光Ｌの波長未満とされる。例えば凸部２５の形状が円錐台状であり、励起光Ｌの波長が４４５ｎｍである場合には、円錐台状の凸部２５の上底部２５ａの寸法（外径）は１００ｎｍである。
この図の例において、周期構造２４は、円錐状の凸部２５が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。
【００３０】
凸部２５の形状が錘状または錐台状とされることにより、蛍光部材２２の表面において励起光Ｌが反射することを防止または抑制することができる。このような作用が生じるのは、以下の理由による。
図４は、励起光Ｌが波長変換部材２１の表面に垂直な方向に入射した場合において、当該励起光Ｌが伝播する媒体の屈折率の変化をマクロ的に示した図であり、（ａ）は波長変換部材２１の一部を拡大して模式的に示す断面図であり、（ｂ）は波長変換部材２１の表面に対して垂直な方向における位置と屈折率とのマクロ的な関係を示すグラフである。この図４に示すように、励起光Ｌが、空気（屈折率が１）中から波長変換部材２１、具体的には周期構造体層２３（屈折率がＮ1 ）の表面に照射されたときには、周期構造２４を構成する凸部２５のテーパ面に対して傾斜した方向から入射される。このため、マクロ的に見ると、励起光Ｌが伝播する媒体の屈折率は、波長変換部材２１の表面に垂直な方向に向かって１からＮ1 に緩やかに変化することとなる。従って、波長変換部材２１の表面に、屈折率が急激に変化する界面が実質的にないため、波長変換部材２１の表面において励起光Ｌが反射することを防止または抑制することができる。
【００３１】
また、凸部２５において、テーパ面（側面）の傾斜角度（側面と底面とのなす角度）は、１１°以上であることが好ましい。
テーパ面の傾斜角度が１１°未満である場合には、テーパ面を屈折率の異なる２つの媒体の境界面とみなすようになるため、その屈折率差に従った反射光が生じてしまうおそれがある。
【００３２】
また、周期構造２４において、周期ｄに対する凸部２５の高さｈの比（ｈ／ｄ）であるアスペクト比は、０．５〜０．９の範囲とされる。
周期構造２４のアスペクト比が０．５〜０．９の範囲とされることにより、後述の実験から明らかなように、周期構造２４の形成が容易となると共に、周期構造体層２３の表面に励起光Ｌが照射されたときに、当該励起光Ｌの反射が抑制され、その結果、励起光Ｌを波長変換部材２１の内部に十分に取り込むことができる。また、波長変換部材２１に高い光効率が得られる。更に、図２に示されているように、周期構造体層２３の表面が蛍光出射面とされる場合には、周期構造２４によって蛍光Ｌ１の回折が生じることから、周期構造体層２３の表面において高い光の取り出し効率が得られる。
【００３３】
ここに、波長変換部材に得られる光効率とは、波長変換部材の蛍光変換能、具体的には、波長変換部材が励起光を蛍光に変換する性能を示し、励起光受光面における励起光の透過率と蛍光出射面における光の取り出し効率との積、すなわち、励起光の反射率と蛍光出射面における光の取り出し効率とに基づいて、下記数式（１）によって算出される値である。この励起光の透過率と光の取り出し効率との積は、蛍光部材の蛍光効率に比例するものであるため、当該積を、波長変換部材が励起光を蛍光に変換する割合とみなすことができる。この光効率が高い波長変換部材ほど高い蛍光変換能を有するものである。
【００３４】
数式（１）：
波長変換部材の光効率＝（１−励起光受光面における励起光の反射率）×（蛍光出射面における光の取り出し効率）
【００３５】
一方、アスペクト比（ｈ／ｄ）が上記の範囲外である場合には、波長変換部材２１の表面が平面に近くなるため、励起光Ｌの反射抑制効果および回折による蛍光Ｌ１の取り出し効果が十分に得られなくなり、また高い光効率が得られなくなる。また、所期の形状、すなわち略錐形状を有する凸部２５を形成することができなくなる。このような問題は、アスペクト比（ｈ／ｄ）が０．９を超える場合に顕著となる。
具体的に説明すると、アスペクト比（ｈ／ｄ）が０．９を超える場合には、凸部に高さが必要となるため、周期構造を形成するための処理時間が長くなり加工効率が著しく低下する。しかも、後述の蛍光光源装置の製造方法（波長変換部材形成工程）において説明するようにエッチングプロセスによって周期構造を形成する場合には、得られる凸部の形状が、ピラー形状、すなわち垂立した柱形状となってしまう。その理由は、エッチングプロセスにおいては、エッチングガスのラジカルによる等方性エッチングとイオンによる異方性エッチングとによって周期構造を形成することになるため、凸部を高くするための処理時間を考慮すると、等方性エッチングが主体となるためである。しかも、形成される周期構造においては、各ピラー形状の凸部の下底部の間に平面部（蛍光部材または薄膜部が露出された状態部分）が形成される。そのため、励起光の反射率が大きくなる共に、回折による蛍光の取り出し効果が十分に得られなくなってしまう。
【００３６】
また、周期構造２４において、周期ｄは、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光Ｌ１の回折が発生する範囲（ブラッグの条件）の大きさであることが好ましい。
具体的には、周期構造２４の周期ｄは、蛍光体から放射される蛍光Ｌ１のピーク波長を、周期構造２４を構成する材料（周期構造体層２３を構成する高屈折率材料）の屈折率で割った値（以下、「光学長さ」という。）または光学長さの数倍程度の値である。
ここに、本発明において、周期構造の周期とは、周期構造において互いに隣接する凸部間の距離（中心間距離）（ｎｍ）を意味する。
【００３７】
周期構造２４の周期ｄが波長変換部材２１内で生じる蛍光Ｌ１の回折が発生する範囲の大きさとされることにより、波長変換部材２１の表面から蛍光Ｌ１を高い効率で外部に出射することができる。
具体的に説明すると、図５に示すように、波長変換部材２１内、具体的には、蛍光部材２２内で生じた蛍光Ｌ１は、波長変換部材２１の表面（波長変換部材２１と空気との界面）に対する入射角θＩが臨界角未満である場合には、波長変換部材２１の表面を透過する透過光Ｌ２として無反射で波長変換部材２１の表面から外部に取り出される。また、蛍光Ｌ１の波長変換部材２１の表面に対する入射角θＩが臨界角以上である場合には、例えば波長変換部材２１の表面が平坦面であるときには、蛍光Ｌ１は、波長変換部材２１の表面において全反射して反射光Ｌ３として波長変換部材２１の内部に向かうため、波長変換部材２１の表面から外部に取り出されることがない。しかしながら、波長変換部材２１の表面に上記の条件を満足する周期ｄを有する周期構造２４が形成されることにより、蛍光Ｌ１は、波長変換部材２１の表面において周期構造２４によって回折が生じることとなる。その結果、−１次回折光Ｌ４として波長変換部材２１の表面から出射角θｍ（θｍ＜θＩ）で出射されて外部に取り出される。
【００３８】
周期構造体層２３を構成する材料としては、屈折率が蛍光部材２２の屈折率の値以上の高屈折率材料が用いられる。
周期構造体層２３が高屈折率材料よりなるものとされることにより、蛍光部材２２と周期構造体層２３と界面に入射した蛍光Ｌ１は、当該界面を透過することによって屈折が生じる。そのため、蛍光Ｌ１の進行方向が蛍光部材２２と周期構造体層２３との界面において変更されることから、蛍光Ｌ１が波長変換部材２１の内部に閉じ込められることが抑制され、その結果、蛍光Ｌ１を周期構造体層２３の表面から外部に高い効率で出射することができる。
また、高屈折率材料として蛍光部材２２より高い屈折率のものを用いることによれば、周期ｄが小さい周期構造２４を形成することが可能となる。従って、周期構造２４を構成する凸部２５としてアスペクト比（ｈ／ｄ）が大きくても高さが小さいものを設計することができるので、周期構造２４の形成が容易となる。例えば、ナノプリント法を利用する場合には、モールドの作製やインプリント作業を容易に行うことができる。このとき、当該周期構造２４が形成されている波長変換部材２１における蛍光体を励起するエネルギーは、約５Ｗ／ｍｍ2 以上の励起密度を持つため、周期構造体層２３を構成する高屈折率材料は無機化合物（以下、「高屈折率無機化合物」ともいう。）よりなるものであることが望ましい。
【００３９】
そして、周期構造体層２３は、高屈折率無機化合物よりなり、蛍光部材２２から遠ざかる方向（図２における上方）に伸びる複数の柱状単位（無機化合物柱状単位）を有する柱状組織により構成されてなるものであることが好ましい。すなわち、周期構造体層２３は、蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有するものであることが好ましい。
この柱状構造は、具体的には、複数の柱状単位（無機化合物柱状単位）よりなり、これらの複数の柱状単位の各々が蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸び、また互いに隣接する柱状単位間に微小空間が形成された多孔性のものである。
【００４０】
周期構造体層２３が柱状組織により構成されてなるものとされることにより、当該周期構造体層２３を形成するための材料が、優れた加工性（加工容易性）を有するものとなるため、周期構造２４を、所期の形状を有するものとすることができる。
【００４１】
また、周期構造体層２３においては、周期構造２４を構成する複数の凸部２５の各々が柱状単位により構成されていることが好ましい。
凸部２５を柱状単位により構成することにより、後述の蛍光光源装置の製造方法（波長変換部材形成工程）によって当該凸部２５を確実に所期の形状を有するものとすることができる。
【００４２】
周期構造体層２３を構成する高屈折率材料の具体例としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ2 ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2 ）、酸化タングステン（ＷＯ3 ）、酸化イットリウム（Ｙ2 Ｏ3 ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ジルコニア（ＺｒＯ2 ）、酸化タンタル（Ｔａ2 Ｏ5 ）、酸化チタン（ＴｉＯ2 ）、酸化ニオブ（Ｎｂ2 Ｏ5 ）などの金属酸化物、およびジルコニア（ＺｒＯ2 ）と酸化チタン（ＴｉＯ2 ）との混合物などが挙げられる。これらのうちでは、蛍光体（ＬｕＡＧ、ＹＡＧ）の熱膨張係数（６×１０-6〜８×１０-6／Ｋ）に近似した熱膨張係数を有するものであることから、ジルコニア（熱膨張係数１０．５×１０-6／Ｋ）、酸化インジウムスズ（熱膨張係数６．８×１０-6／Ｋ）および酸化チタン（熱膨張係数７．９×１０-6／Ｋ）が好ましい。また、高い耐湿性を有するものであることからは、ジルコニアおよび酸化ハフニウムが好ましい。特に、ジルコニアは、吸収係数が小さい（具体的には、１３ｃｍ-1（波長５５０ｎｍの光に関する吸収係数））ことから更に好ましい。
【００４３】
基板３１を構成する材料としては、樹脂に金属微粉末を混入させた放熱接着剤を介したアルミ基板などを用いることができる。また、基板３１の厚みは、例えば０．５〜１．０ｍｍである。また、このアルミ基板は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。
【００４４】
以上のような構成の蛍光光源装置１０は、例えば、波長変換部材２１を、以下に説明する特定の工程を経ることによって得ることにより、製造することができる。
具体的に、波長変換部材２１は、蛍光部材２２上に、高屈折率材料よりなる高屈折率材料層を形成し、この高屈折率材料層の表面をエッチング処理する工程（以下、「波長変換部材形成工程」ともいう。）を経ることによって得られる。
【００４５】
波長変換部材形成工程を、具体的な一例によって説明する。この具体的な一例において、得られる波長変換部材２１の周期構造体層２３は、高屈折率無機化合物よりなり、蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸びる複数の柱状単位（無機化合物柱状単位）を有する柱状組織により構成されてなるものである。
【００４６】
先ず、蛍光部材２２の表面全面に、周期構造体層２３を形成するための高屈折率材料層（以下、「周期構造体層形成用層」ともいう。）を形成する。この周期構造体層形成用層は、高屈折率無機化合物よりなり、蛍光部材２２から遠ざかる方向に伸びる柱状構造を有するものであり、表面が略平坦なものである。
周期構造体層形成用層の形成方法としては、スパッタ法が好適に用いられる。
スパッタ法によれば、スパッタ条件を調整することにより、得られるスパッタ膜の形態を制御することができるため、所期の柱状構造を有する周期構造体層形成用層を容易に得ることができる。
ここに、本発明において、スパッタ法とは、反応性スパッタ法を含む概念である。反応性スパッタ法によってスパッタ膜を形成する場合においては、反応性スパッタ装置が用いられる。
【００４７】
そして、得られる周期構造体層形成用層においては、当該周期構造体層形成用層を形成する柱状単位が、横幅に対する縦幅の比（以下、「柱状単位アスペクト比」ともいう。）が、１．３以上であることが好ましい。
周期構造体層形成用層における柱状単位アスペクト比が上記の範囲とされることにより、当該周期構造体層形成用層がエッチング法による加工性がより一層優れたものとなるため、周期構造体層２３を所期の形状を有するものとすることができる。
【００４８】
スパッタ法によって周期構造体層形成用層を形成するためには、スパッタ条件を制御することが必要とされる。
具体的には、蛍光部材２２とターゲット物質との間に印加される高周波電力を低くすると共に、不活性ガスの流量を小さくすることが好ましい。
印加する高周波電力を小さくすることによれば、スパッタ膜の形成時における蛍光部材２２の温度を低くすることができる。そのため、蛍光部材２２上に形成されるスパッタ膜における再結晶化を抑制し、よって得られるスパッタ膜を、所期の柱状構造を有するものとすることができる。
不活性ガスの流量を比較的小さくすることによれば、蛍光部材２２上に形成されるスパッタ膜を緻密なもの、具体的には柱状単位アスペクト比が大きくて、柱状単位間に微細空間が形成された多孔性のものとすることができると共に、高屈折率のものとすることができる。
また、スパッタ膜を高屈折率のものとするためには、不活性ガスと共に酸素ガスを導入することが好ましい。
具体的に、スパッタ装置を用い、周期構造体層形成用層としてジルコニアのスパッタ膜を形成する場合においては、蛍光部材２２とターゲット物質（ジルコニア）との間に印加される高周波電力は、４５０Ｗ以下であることが好ましく、更に好ましくは２５０Ｗ以下である。
また、例えばアルゴンガスなどの不活性ガスの流量は、１〜２０ｓｃｃｍであることが好ましい。また、必要に応じて不活性ガスと共に導入される酸素ガスの流量は、０．１〜３ｓｃｃｍであることが好ましい。
この例において、周期構造体層形成用層は、ジルコニアのスパッタ膜よりなり、厚みが６００ｎｍ程度（具体的には５５０ｎｍ）のものである。また、この周期構造体層形成用層は、スパッタ装置を用い、ジルコニアをターゲット物質とし、高周波電力が２５０Ｗ、不活性ガスとしてのアルゴンガスの流量が２０ｓｃｃｍ、酸素ガスの流量が０．５ｓｃｃｍの形成条件により、４時間かけて形成されたものである。このスパッタ膜の成膜中において、蛍光部材２２の温度（表面温度）は１００℃以下である。
【００４９】
その後、蛍光部材２２上に形成された周期構造体層形成用層の表面に、例えばスピンコート法によってレジスト膜を得、このレジスト膜をナノインプリント法によりパターニングする。
【００５０】
そして、表面にレジストパターン膜が形成された周期構造体層形成用層に対して、ドライエッチング処理を施すことにより、表面に凸部２５が周期的に形成されてなる周期構造２４を有する周期構造体層２３を得る。
ドライエッチング処理の手法の具体例としては、ＩＣＰ（Inductive Coupling Plasma：誘電結合方式）エッチング法が挙げられる。
このＩＣＰエッチング法によって周期構造２４を形成するための形成条件としては、当該周期構造２４の形状（具体的には、例えば凸部２５の形状および周期構造２４のアスペクト比（ｈ／ｄ）等）などに応じ、また必要に応じて周期構造体層形成用層の材質および柱状単位アスペクト比などを考慮して適宜に定められる。
具体的には、エッチングガスとしては、例えばシランガス（ＳｉＨ4 ）、四フッ化ケイ素ガス（ＳｉＦ4 ）、ジボランガス（Ｂ2 Ｈ6 ）および三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ3 ）などが用いられる。また、高周波電力は、１００〜７００Ｗとされ、バイアス電力は、１〜３０Ｗとされる。
この例において、周期構造体層２３の周期構造２４は、ＩＣＰエッチング法により、エッチングガスとして三塩化ホウ素ガス（ＢＣｌ3 ）を用い、高周波電力が２２５Ｗ、バイアス電力が６Ｗの形成条件によって、処理時間１０１６ｓｅｃで形成されたものである。
【００５１】
その後、形成された周期構造体層２３上に残されたレジストパターン膜の残膜を、有機溶剤にて除去することにより、図２に示されているような構成の波長変換部材２１を得る。
以上のような波長変換部材形成工程を経ることによって得られた波長変換部材２１について、その一例におけるＳＥＭ写真を図６に示す。この波長変換部材２１の柱状単位アスペクト比は、３．０である。
【００５２】
そして、このようにして得られた波長変換部材２１を、必要に応じて光反射膜３３を設けた状態で基板３１上に接合し、必要に応じて光拡散層３４を設けることによって蛍光発光部材２０を得、この蛍光発光部材２０、レーザダイオード１１およびその他の構成部材を適宜の位置に配設することによって蛍光光源装置が製造される。
【００５３】
上記の蛍光光源装置において、レーザダイオードから出射された青色領域のレーザ光である励起光Ｌは、コリメータレンズ１５によって平行光線とされる。その後、この励起光Ｌは、ダイクロイックミラー１６を透過して蛍光発光部材２０における波長変換部材２１の励起光受光面すなわち周期構造体層２３の表面に対して略垂直に照射され、当該周期構造体層２３を介して蛍光部材２２に入射される。そして、蛍光部材２２においては、当該蛍光部材２２を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光部材２２において蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光出射面すなわち周期構造体層２３の表面から出射され、ダイクロイックミラーによって垂直方向に反射された後、蛍光光源装置の外部に出射される。
【００５４】
この蛍光光源装置においては、蛍光部材２２の表面に周期構造体層２３が設けられており、この周期構造体層２３の表面によって励起光受光面および蛍光出射面が構成されている。そして、周期構造体層２３の表面には、略錐形状の凸部２５が周期的に配列され、アスペクト比（ｈ／ｄ）が０．２〜０．９の範囲である周期構造２４が形成されている。そのため、波長変換部材２１の励起光受光面である周期構造体層２３の表面に励起光Ｌが照射されたときには、当該励起光Ｌの反射が抑制され、その結果、励起光Ｌを波長変換部材２１における蛍光部材２２内に十分に取り込むことができる。また、周期構造２４においては、蛍光部材２２を構成する蛍光体から放射される蛍光Ｌ１の回折が発生するため、蛍光Ｌ１を高い効率によって波長変換部材２１の蛍光出射面である周期構造体層２３の表面から外部に取り出すことができる。その上、波長変換部材２１に高い光効率が得られる。
また、蛍光部材２２が、単結晶または多結晶の蛍光体によって構成されている。そのため、波長変換部材２１における蛍光部材２２で発生した熱を、基板３１および放熱用フィンに効率よく伝導することができ、よって波長変換部材２１の裏面方向に向かって排熱することができる。その結果、波長変換部材２１における蛍光部材２２の温度上昇が抑制されるため、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減を抑制することができる。
また、周期構造体層２３を構成する材料として、屈折率が蛍光部材２２の屈折率の値以上の高屈折率材料が用いられている。そのため、蛍光部材２２と周期構造体層２３との界面において、蛍光Ｌ１が反射することが回避されるので、蛍光部材２２からの蛍光Ｌ１の発光効率を維持することができる。しかも、蛍光部材２２と周期構造体層２３との界面においては、蛍光Ｌ１の進行方向が変更されるため、蛍光Ｌ１が波長変換部材２１の内部に閉じ込められることが抑制され、よって蛍光Ｌ１を周期構造体層２３の表面から外部に高い効率で出射することができる。
また、周期構造体層２３が蛍光部材２２の表面に配設されたものであることから、当該周期構造体層２３の縦横寸法が必然的に当該蛍光部材２２の縦横寸法以下の大きさとなるため、蛍光部材２２の縦横寸法との関係において、蛍光Ｌ１の光源サイズが過度に大きくなることがない。そのため、波長変換部材２１から出射される蛍光Ｌ１を、光学部材を用いて導光する場合であっても、エタンデュが大きく制限されることがない。その結果、波長変換部材２１から出射される蛍光Ｌ１を有効に利用することができる。
従って、この蛍光光源装置によれば、波長変換部材２１に励起光Ｌが照射されたときに、当該波長変換部材２１の温度上昇が抑制され、また当該励起光Ｌの反射が抑制されると共に、波長変換部材２１に高い光効率が得られ、その上、その波長変換部材２１の内部において生じた蛍光Ｌ１を有効に利用して高い効率で外部に出射することができるため、高い発光効率が得られる。
【００５５】
この蛍光光源装置においては、波長変換部材２１が、蛍光部材２２と周期構造体層２３とを備えたものであることから、蛍光部材２２を周期構造が形成されたものとする必要がないため、周期構造２４の形成が容易となる。しかも、周期構造体層２３は、この周期構造体層２３を構成する材料が、周期構造２４をエッチング処理によって形成することのできる優れた加工性（加工容易性）を有するものである。そのため、波長変換部材形成工程を経ることにより、所期の形状を有する周期構造２４を容易に形成することができる。
【００５６】
また、この蛍光光源装置においては、波長変換部材２１が、裏面および側面に反射機能を有するものとされることにより、波長変換部材２１における励起光受光面と蛍光出射面とが同一面、具体的には、周期構造体層２３の表面によって構成されている。そのため、周期構造体層２３の表面以外から蛍光が外部に出射されることが抑制されており、よって波長変換部材２１における励起光Ｌを受光する面の面積と蛍光Ｌ１を出射する面の面積とが略同一となることから、蛍光出射面における輝度を最大にすることができる。また、波長変換部材２１の裏面全面が基板３１を介して放熱用フィンと接触した状態とされていることから、高い排熱性を得ることができるため、蛍光体において温度消光が生じることに起因する蛍光光量の低減をより一層抑制することができる。その結果、一層高い発光効率が得られる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることが可能である。
例えば、波長変換部材は、内部において生じた蛍光が側面から出射されることを防止することができるため、図２に示すように、側面が光反射機能を有するものであることが好ましいが、裏面および側面の一方が光反射機能を有するものであってもよい。具体的には、例えば波長変換部材の側面のみに光反射膜が形成されており、波長変換部材の表面および裏面が蛍光出射面とされていてもよい。
【００５８】
また、蛍光光源装置全体の構造は、図１に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。例えば、図１に係る蛍光光源装置では、１つの励起用レーザ光光源（例えば、レーザダイオード）の光を用いているが、励起用レーザ光光源が複数あり、波長変換部材の前に集光レンズを配置して、集光光を波長変換部材に照射する形態であってもよい。また、励起光はレーザダイオードによる光に限るものではなく、波長変換部材における蛍光体を励起することができるものであれば、ＬＥＤによる光を集光したものでもよく、更には、水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。尚、ランプやＬＥＤのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。
【００５９】
以下、本発明の実験例について説明する。
【００６０】
（実験例１）
図２に示す構成に基づいて、蛍光部材よりなり、当該蛍光部材の表面に、凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成された、波長変換部材を備えた蛍光発光部材を複数作製した。
ここに、この実験例１においては、周期構造自体による効果（具体的には、励起光の反射抑制効果および回折による蛍光の取り出し効率向上効果）を確認するため、波長変換部材として、蛍光部材の表面に周期構造が形成されたものを用い、また当該周期部材の裏面には銀反射膜よりなる光反射膜を設け、側面には無機拡散材よりなる光拡散層を設けた。すなわち、作製した波長変換部材は、波長変換部材が蛍光部材よりなり、当該蛍光部材の表面に周期構造が形成されていること以外は、図２に係る波長変換部材と基本的に同様の構成を有するものである。
作製した複数の蛍光発光部材は、波長変換部材の周期構造におけるアスペクト比が異なるものである。それらの複数の波長変換部材は、凸部の高さを１００〜１１００ｎｍの範囲で変更することによってアスペクト比が調節されており、各々、円錐状の凸部を有し、周期が６００ｎｍであり、下記の仕様を有するものである。
ここに、また、周期構造の周期は、蛍光部材を構成する蛍光体から放射される蛍光の回折が発生する範囲の大きさである。
【００６１】
［基板］
材質：アルミ基板，寸法：２５ｍｍ（縦）×２５ｍｍ（横）×１ｍｍ（厚み）
［蛍光部材］
材質：ＬｕＡＧ：Ｃｅの単結晶（組成＝Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ（Ｃｅのドープ量０．５ｍｏｌ％），屈折率＝１．８３，励起波長＝４５５ｎｍ，蛍光波長＝５３５ｎｍ），寸法：１．７ｍｍ（縦）×３．０ｍｍ（横）×１３０μｍ（厚み）
［光反射膜］
材質：銀，厚み：１１０ｎｍ
［光拡散層］
材質：無機拡散材（アルカリ性水溶液とシリカおよび酸化チタンの微小粒子との混濁液を乾燥したもの），厚み：１３０μｍ
【００６２】
また、周期構造を形成しなかったこと以外は、上記の表面に周期構造を有する波長変換部材と同様の構成および仕様の波長変換部材を作製した。
【００６３】
作製した複数の波長変換部材の表面（蛍光部材の表面）の各々に、ピーク波長が４４５ｎｍの励起光を照射し、当表面における光の反射率（ＬＤ反射率）および光の取出し効率を測定した。結果を図７に示す。この図７において、光の反射率（ＬＤ反射率）の測定結果を破線で示し、光の取出し効率の測定結果を実線で示す。
その結果、波長変換部材として、略錐形状の凸部が配列されてなる周期構造が形成された表面を有するものを用い、当該周期構造のアスペクト比を０．５〜０．９の範囲とすることにより、励起光の波長変換部材の表面における反射が抑制されると共に、波長変換部材の内部において生成された蛍光を高い効率で外部に出射することができることが確認された。
【００６４】
（実験例２）
実験例１において、波長変換部材における蛍光部材として屈折率が２のものを用いて複数の波長変換部材を作製し、また作製した複数の波長変換部材に対して励起光としてピーク波長が４６５ｎｍの光を照射したこと以外は、当該実験例１と同様の手法により、波長変換部材の表面における光の反射率（ＬＤ反射率）および光の取出し効率を測定した。結果を図８に示す。この図８において、光の反射率（ＬＤ反射率）の測定結果を破線で示し、光の取出し効率の測定結果を実線で示す。
その結果、波長変換部材として、略錐形状の凸部が配列されてなる周期構造が形成された表面を有するものを用い、当該周期構造のアスペクト比を０．５〜０．９の範囲とすることにより、励起光を波長変換部材の表面における反射が抑制されると共に、波長変換部材の内部において生成された蛍光を高い効率で外部に出射することができることが確認された。
【００６５】
（実験例３）
実験例１において、波長変換部材における蛍光部材として屈折率が２．１５のものを用いて複数の波長変換部材を作製したこと以外は、当該実験例１と同様の手法により、波長変換部材の表面における光の反射率（ＬＤ反射率）および光の取出し効率を測定した。結果を図９に示す。この図９において、光の反射率（ＬＤ反射率）の測定結果を破線で示し、光の取出し効率の測定結果を実線で示す。
その結果、波長変換部材として、略錐形状の凸部が配列されてなる周期構造が形成された表面を有するものを用い、当該周期構造のアスペクト比を０．５〜０．９の範囲とすることにより、励起光を波長変換部材の表面における反射が抑制されると共に、波長変換部材の内部において生成された蛍光を高い効率で外部に出射することができることが確認された。
【００６６】
また、実験例１〜実験例３の結果に基づいて、前記数式（１）によって算出される波長変換部材の光効率と周期構造におけるアスペクト比との関係を確認した。結果を図１０に示す。この図１０においては、実験例１に係る蛍光部材として屈折率が１．８３のものを用いた場合の値を四角プロット（□）、実験例２に係る蛍光部材として屈折率が２のものを用いた場合の値を菱形プロット（◇）および実験例３に係る蛍光部材として屈折率が２．１５のものを用いた場合の値を三角プロット（△）示す。また、同図においては、異なる屈折率を有する蛍光部材を用いた実験例１〜実験例３の各々に係る波長変換部材の光効率を、その最大値（アスペクト比が０．８３である場合）を基準として規格化して示しており、またグラフ上の破線の直線は、光効率が０．９８の基準線である。
この結果から、波長変換部材の光効率は、蛍光部材の屈折率によらず、周期構造におけるアスペクト比が０．８３である場合に最も高くなっており、また０．５〜０．９の範囲において安定して０．９８以上と高くなることが明らかである。従って、周期構造のアスペクト比を０．５〜０．９の範囲とすることにより、波長変換部材に高い光効率が得られることが確認された。
【００６７】
（実験例４）
図２に示す構成に基づいて、下記表１に示すように、周期構造（２４）におけるアスペクト比（ｈ／ｄ）が異なる複数の波長変換部材（２１）を作製した。これらの複数の波長変換部材（２１）は、各々、蛍光部材（２２）上に、スパッタ法によって高屈折材料層を形成し、この高屈折率材料層の表面をＩＣＰエッチング法によってドライエッチング処理することによって周期構造(２４)を形成したものである。そして、周期構造の形成過程において、周期構造（２４）の加工容易性を、エッチング処理に要する時間、および各凸部（２５）の下底部の間における平面部（薄膜部が露出された状態部分）の有無に基づいて評価した。結果を表１に示す。
作製した複数の波長変換部材(２１)は、凸部の高さ（ｈ）を変更することによってアスペクト比が調節されており、各々、円錐状の凸部（２５）を有し、周期（ｄ）が６００ｎｍであり、下記の仕様を有するものである。
ここに、周期構造体層（２３）は、蛍光部材（２２）から遠ざかる方向に伸びる複数の柱状単位を有する柱状組織により構成されているものであり、柱状単位アスペクト比が３．０のものである。
【００６８】
［蛍光部材（２２）］
材質：ＬｕＡＧ：Ｃｅの単結晶（組成＝Ｌｕ3 Ａｌ5 Ｏ12：Ｃｅ，励起波長＝４５５ｎｍ，蛍光波長＝５３５ｎｍ），屈折率＝１．８３，寸法：１．７ｍｍ（縦）×３．０ｍｍ（横）×１３０μｍ（厚み）
［周期構造体層（２３）］
材質：ジルコニア，屈折率＝２．１，薄膜部（２６）の厚み３００ｎｍ
【００６９】
【表１】
0006356522.tif 000002
【００７０】
その結果、波長変換部材においては、蛍光部材の表面に高屈折率材料よりなる周期構造体層を形成し、その周期構造体層の表面において、周期構造のアスペクト比を０．５〜０．９の範囲とすることにより、当該周期構造において、周期に対して高さが相対的に低くなる。そのため、ＩＣＰエッチング法によるドライエッチング処理に要する時間が短くなると共に、凸部の下底部の幅が大きくなることから、錐状または錐台状の凸部が配列されてなる所期の周期構造を容易に得ることができることが確認された。
【００７１】
以上の実験例１〜実験例４に係る図７〜図１０および表１から、周期構造のアスペクト比を０．５〜０．９の範囲とすることにより、錐状または錐台状の凸部が配列されてなる所期の周期構造をエッチング処理によって容易に得ることができ、しかも波長変換部材に所期の光学特性を得ることができることが確認された。
【符号の説明】
【００７２】
１０  レーザダイオード
１５  コリメータレンズ
１６  ダイクロイックミラー
２０  蛍光発光部材
２１  波長変換部材
２２  蛍光部材
２３  周期構造体層
２４  周期構造
２５  凸部
２５ａ  上底部
２６  薄膜部
３１  基板
３３  光反射膜
３４  光拡散層
４１  蛍光部材
４２  基板
４３  硫酸バリウム層
４５    放熱用フィン
Ｌ    励起光
Ｌ１  蛍光
Ｌ２  透過光
Ｌ３  反射光
Ｌ４  −１次回折光
【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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