(57)【要約】  蛍光部材は、光源の光が入射する入射部１２ａと、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部１２ｂとを有する波長変換部１２と、波長変換部の表面の少なくとも一部に設けられた反射部１６と、を備える。波長変換部１２は、入射部１２ａから入射した光源の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。
2017159696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源の光が入射する入射部と、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部とを有する波長変換部と、
前記波長変換部の表面の少なくとも一部に設けられた反射部と、を備え、
前記波長変換部は、前記入射部から入射した光源の光が前記出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている、
ことを特徴とする蛍光部材。
【請求項２】
前記波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の両端に前記入射部および前記出射部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の蛍光部材。
【請求項３】
前記波長変換部は、アスペクト比が１０〜１００であることを特徴とする請求項２に記載の蛍光部材。
【請求項４】
前記波長変換部は、多角柱または円柱であり、前記入射部および前記出射部とは異なる側面に前記反射部が設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の蛍光部材。
【請求項５】
前記波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、前記単結晶材料または前記セラミックス材料の主軸と、前記入射部および前記出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の蛍光部材。
【請求項６】
光源と、
前記光源の光が入射する入射部と、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部とを有する波長変換部と、を備え、
前記波長変換部は、前記入射部から入射した光源の光が前記出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている、
ことを特徴とする発光モジュール。
【請求項７】
前記波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の両端に前記入射部および前記出射部が形成されていることを特徴とする請求項６に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記波長変換部は、アスペクト比が１０〜１００であることを特徴とする請求項７に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記波長変換部の表面の少なくとも一部に設けられた反射部を更に備え、
前記波長変換部は、多角柱または円柱であり、前記入射部および前記出射部とは異なる側面に前記反射部が設けられていることを特徴とする請求項７または８に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
前記波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、前記単結晶材料または前記セラミックス材料の主軸と、前記光源の光軸との成す角が±５°以内であることを特徴とする請求項６乃至９のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１１】
光源と、
光源の光が入射する入射部と、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部と、前記入射部および前記出射部とは異なる側面と、を有する波長変換部と、
前記側面の少なくとも一部を覆うように設けられた放熱部と、を備え、
前記波長変換部は、前記入射部から入射した光源の光に対して指向性を有するように構成されていることを特徴とする発光モジュール。
【請求項１２】
前記放熱部は、熱伝導率が５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の材料が用いられていることを特徴とする請求項１１に記載の発光モジュール。
【請求項１３】
前記側面と前記放熱部との間に設けられた反射部を更に備え、
前記反射部は、前記波長変換部に入射した光源の光を内面反射するように構成されており、可視光反射率が８０％以上の材料が用いられていることを特徴とする請求項１１または１２に記載の発光モジュール。
【請求項１４】
前記波長変換部は、前記入射部から入射した光源の光が前記出射部へ向かう際に散乱する程度が、前記入射部から入射した光源の光が前記側面へ向かう際に散乱する程度と比較して小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１５】
前記波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の両端に前記入射部および前記出射部が形成されていることを特徴とする請求項１１乃至１４のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１６】
前記波長変換部は、アスペクト比が１０〜１００であることを特徴とする請求項１１乃至１５のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１７】
前記波長変換部は、多角柱または円柱であることを特徴とする請求項１１乃至１６のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１８】
前記波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、前記単結晶材料または前記セラミックス材料の主軸と、前記入射部および前記出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であることを特徴とする請求項１１乃至１７のいずれか１項に記載の発光モジュール。
【請求項１９】
光源の光が入射する第１の入射部と、入射した光により励起され、波長変換された第１の色の変換光が出射する第１の出射部とを有する第１の波長変換部と、
光源の光が入射する第２の入射部と、入射した光により励起され、波長変換された第２の色の変換光が出射する第２の出射部とを有する第２の波長変換部と、を備え、
前記第１の波長変換部は、前記第１の入射部から入射した光源の光が前記第１の出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されており、
前記第２の波長変換部は、前記第２の入射部から入射した光源の光が前記第２の出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されていることを特徴とする蛍光部材。
【請求項２０】
前記第１の波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に前記第１の入射部が形成されており、該部材の長手方向の他端に前記第１の出射部が形成されており、
前記第２の波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に前記第２の入射部が形成されており、該部材の長手方向の他端に前記第２の出射部が形成されていることを特徴とする請求項１９に記載の蛍光部材。
【請求項２１】
前記第１の波長変換部は、筒状部材であり、
前記第２の波長変換部は、前記第１の波長変換部の孔の内部に設けられていることを特徴とする請求項２０に記載の蛍光部材。
【請求項２２】
前記第１の波長変換部は、アスペクト比が１０以上であり、
前記第２の波長変換部は、アスペクト比が１０以上であることを特徴とする請求項２０または２１に記載の蛍光部材。
【請求項２３】
前記第１の波長変換部は、柱状部材であり、
前記第２の波長変換部は、柱状部材であり、
前記第１の波長変換部および前記第２の波長変換部は、前記第１の出射部と前記第２の入射部とが対向するように配置されていることを特徴とする請求項１９に記載の蛍光部材。
【請求項２４】
前記第１の波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、前記単結晶材料または前記セラミックス材料の主軸と、前記第１の入射部および前記第１の出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であることを特徴とする請求項１９乃至２３のいずれか１項に記載の蛍光部材。
【請求項２５】
前記第２の波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、前記単結晶材料または前記セラミックス材料の主軸と、前記第２の入射部および前記第２の出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であることを特徴とする請求項１９乃至２４のいずれか１項に記載の蛍光部材。
【請求項２６】
光源と、
請求項１９乃至２５のいずれか１項に記載の蛍光部材と、を備え、
前記第１の入射部および前記第２の入射部は、互いに隣接しており、前記光源の発光面と対向するように配置されていることを特徴とする発光モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光部材および発光モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）従来、半導体レーザ光源と蛍光体とを組み合わせた構造の発光モジュールが考案されている（特許文献１参照）。また、上述の蛍光体は多結晶のものが多く、その場合、半導体発光素子の出射光が蛍光体内で散乱、遮蔽されるとともに、蛍光体が励起されて波長変換された光もランバーシアンに発光するため、発光モジュールから出射する光の指向性が低下してしまう。その結果、光学系で利用される光が少なくなり、発光モジュールを含むシステム全体での光の利用効率が低下する。【０００３】
そこで、蛍光体内に入射した光の散乱、遮蔽による損失を低減すべく、透光性セラミックス蛍光体や単結晶蛍光体が考案されている（特許文献２、３参照）。【０００４】
また、紫外線又は短波長可視光を発する発光素子と、発光素子を封止するモールド部材と、発光素子が発する紫外線又は短波長可視光によって励起されて青、黄等の色の可視光をそれぞれ発光する蛍光体と、を備えた発光モジュールが考案されており、この発光モジュールのモールド部材は、少なくとも蛍光体が混入されるとともに蛍光体からの光を高拡散させる層と、高拡散層よりも光の拡散程度が低い低拡散層と、を有する（特許文献４参照）。【０００５】
（２）また、従来、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode)等の発光素子と、発光素子から出射した光により励起され、波長変換された光を出射する蛍光体と、を組み合わせることで、所望の発光色が得られる車両用灯具が考案されている（特許文献５）。【０００６】
蛍光体は、ストークスロスによる発熱を回避することが困難である。特に、高出力の発光素子を用いる場合、発熱量が増大することが明らかであり、何らかの放熱対策が必要となる。例えば、上述の車両用灯具では、蛍光体を含む発光部材が、アルミニウム等の材料で構成された支持部材の一部に収容されており、蛍光体が発する熱が支持部材を介して外部へ放熱される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１４−０６７９６１号公報
【特許文献２】特開２０１２−０６２４５９号公報
【特許文献３】特開２０１５−０８１３１３号公報
【特許文献４】特開２０１３−３８３５３号公報
【特許文献５】国際公開第１４／１２５７８２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（１）ところで、蛍光体自体が発する変換光は、前述のように指向性のないランバーシアンな配光を示すため、そのままでは指向性の強い光が得られない。【０００９】
（２）また、蛍光体の粒子が樹脂に分散された発光部材は、指向性がなく全方位に均等に光を発するため、周囲に放熱部材があると発光面の一部が覆われる。その結果、光の利用効率が低下する。また、蛍光体の温度が上昇すると、蛍光体内部のフォノン振動を大きくする。その結果、蛍光体内で吸収された励起エネルギが発光に変化せず、フォノン振動により緩和されるため、発光効率の低下が生じる。【００１０】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、指向性の強い発光を示す蛍光部材を提供することにある。また、他の例示的な目的の一つは、発光モジュールの発光効率の低下を抑制する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の蛍光部材は、光源の光が入射する入射部と、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部とを有する波長変換部と、波長変換部の表面の少なくとも一部に設けられた反射部と、を備える。波長変換部は、入射部から入射した光源の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。【００１２】
この態様によると、波長変換部は、入射部から入射した光源の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、入射部から出射部へ向かう光の割合が多くなり、出射部から出射する光の指向性が強くなる。また、それまでは一部の表面から外部へ漏れていた光が反射部で内面反射され、出射部から出射することとなり、光の利用効率を向上できる。【００１３】
波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の両端に入射部および出射部が形成されていてもよい。これにより、入射部から入射した光がロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、出射部から出射する光の指向性が強くなる。【００１４】
波長変換部は、アスペクト比が１０〜１００であってもよい。【００１５】
波長変換部は、多角柱または円柱であり、入射部および出射部とは異なる側面に反射部が設けられていてもよい。これにより、それまでは側面から外部へ漏れていた光が、側面で内面反射されることとなり、光の利用効率を向上できる。【００１６】
波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、入射部および出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であってもよい。これにより、出射部から出射する光の指向性を更に強めることができる。【００１７】
本発明の別の態様は、発光モジュールである。この発光モジュールは、光源と、光源の光が入射する入射部と、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部とを有する波長変換部と、を備える。波長変換部は、入射部から入射した光源の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。【００１８】
この態様によると、波長変換部は、入射部から入射した光源の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、入射部から出射部へ向かう光の割合が多くなり、出射部から出射する光の指向性が強くなる。【００１９】
波長変換部は、ロッド状の部材であり、部材の長手方向の両端に入射部および出射部が形成されていてもよい。これにより、入射部から入射した光がロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、出射部から出射する光の指向性が強くなる。【００２０】
波長変換部は、アスペクト比が１０〜１００であってもよい。【００２１】
波長変換部の表面の少なくとも一部に設けられた反射部を更に備えてもよい。波長変換部は、多角柱または円柱であり、入射部および出射部とは異なる側面に反射部が設けられていてもよい。これにより、光の利用効率を更に向上できる。【００２２】
波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、光源の光軸との成す角が±５°以内であってもよい。これにより、出射部から出射する光の指向性を更に強めることができる。【００２３】
本発明の更に別の態様もまた発光モジュールである。この発光モジュールは、光源と、光源の光が入射する入射部と、入射した光により励起され、波長変換された変換光が出射する出射部と、入射部および出射部とは異なる側面と、を有する波長変換部と、側面の少なくとも一部を覆うように設けられた放熱部と、を備える。波長変換部は、入射部から入射した光源の光に対して指向性を有するように構成されている。【００２４】
この態様によると、波長変換部の側面から出射する光の割合が少なくなるため、放熱部で遮光される光の量も減り、発光モジュールの配光に寄与する光の割合が多くなる。【００２５】
放熱部は、熱伝導率が５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の材料が用いられていてもよい。これにより、放熱部の放熱性能が向上する。【００２６】
側面と放熱部との間に設けられた反射部を更に備えてもよい。反射部は、波長変換部に入射した光源の光を内面反射するように構成されており、可視光反射率が８０％以上の材料が用いられていてもよい。これにより、一部の側面から外部へ漏れていた光が反射部で内面反射され、出射部から出射することとなり、光の利用効率を向上できる。【００２７】
波長変換部は、入射部から入射した光源の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、入射部から入射した光源の光が側面へ向かう際に散乱する程度と比較して小さくなるように構成されていてもよい。【００２８】
波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の両端に入射部および出射部が形成されていてもよい。これにより、入射部から入射した光がロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、出射部から出射する光の指向性が強くなる。【００２９】
波長変換部は、アスペクト比が１０〜１００であってもよい。【００３０】
波長変換部は、多角柱または円柱であってもよい。【００３１】
波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、入射部および出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であってもよい。これにより、出射部から出射する光の指向性を更に強めることができる。【００３２】
本発明の更に別の態様の蛍光部材は、光源の光が入射する第１の入射部と、入射した光により励起され、波長変換された第１の色の変換光が出射する第１の出射部とを有する第１の波長変換部と、光源の光が入射する第２の入射部と、入射した光により励起され、波長変換された第２の色の変換光が出射する第２の出射部とを有する第２の波長変換部と、を備える。第１の波長変換部は、第１の入射部から入射した光源の光が第１の出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されており、第２の波長変換部は、第２の入射部から入射した光源の光が第２の出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。【００３３】
この態様によると、第１の波長変換部は、第１の入射部から入射した光源の光が第１の出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、第１の入射部から第１の出射部へ向かう光の割合が多くなり、第１の出射部から出射する第１の色の変換光の指向性が強くなる。また、第２の波長変換部は、第２の入射部から入射した光源の光が第２の出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、第２の入射部から第２の出射部へ向かう光の割合が多くなり、第２の出射部から出射する第２の色の変換光の指向性が強くなる。そして、第１の色の変換光と、第１の色と異なる第２の色の変換光とを混色することで、指向性の強い、単色では実現できない多様な色の発光が可能となる。【００３４】
第１の波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に第１の入射部が形成されており、該部材の長手方向の他端に第１の出射部が形成されており、第２の波長変換部は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に第２の入射部が形成されており、該部材の長手方向の他端に第２の出射部が形成されていてもよい。これにより、各入射部から入射した光が各ロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、各出射部から出射する光の指向性が強くなる。【００３５】
第１の波長変換部は、筒状部材であり、第２の波長変換部は、第１の波長変換部の孔の内部に設けられていてもよい。これにより、２種類の波長変換部を備えたコンパクトな蛍光部材を実現できる。【００３６】
第１の波長変換部は、アスペクト比が１０以上であり、第２の波長変換部は、アスペクト比が１０以上であってもよい。これにより、細長く指向性の強い蛍光部材を実現できる。【００３７】
第１の波長変換部は、柱状部材であり、第２の波長変換部は、柱状部材であり、第１の波長変換部および第２の波長変換部は、第１の出射部と第２の入射部とが対向するように配置されていてもよい。【００３８】
第１の波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、第１の入射部および第１の出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であってもよい。これにより、第１の出射部から出射する光の指向性を更に強めることができる。【００３９】
第２の波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されており、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、第２の入射部および第２の出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内であってもよい。これにより、第２の出射部から出射する光の指向性を更に強めることができる。【００４０】
本発明の更に別の態様は、発光モジュールである。発光モジュールは、上述の光源と、蛍光部材と、を備えてもよい。第１の入射部および第２の入射部は、互いに隣接しており、光源の発光面と対向するように配置されていてもよい。【００４１】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を方法、装置、システム、などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００４２】
本発明のある態様によれば、指向性の強い発光を示す蛍光部材を提供することができる。また、本発明の他の態様によれば、発光モジュールの発光効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】第１の実施の形態に係る発光モジュールの模式図である。
【図２】蛍光体１の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。
【図３】実施例１に係る蛍光体ロッドを有する発光モジュールの模式図である。
【図４】蛍光体２の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。
【図５】蛍光体３の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。
【図６】ナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスの発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。
【図７】透光性セラミックスの発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。
【図８】比較例１に係る蛍光体ロッドの内部における光の進行状態を示す模式図である。
【図９】比較例２に係る蛍光体の内部における波長変換光を示す模式図である。
【図１０】比較例３に係る蛍光体の内部における波長変換光を示す模式図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る発光モジュールの模式図である。
【図１２】第２の実施の形態の変形例に係る放熱部の模式図である。
【図１３】第２の実施の形態の他の変形例に係る放熱部の模式図である。
【図１４】実施例６に係る蛍光部材の模式図である。
【図１５】実施例６に係るクロロアパタイト単結晶蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図１６】実施例６に係る蛍光部材を有する発光モジュールの模式図である。
【図１７】発光モジュールの発光スペクトルを示す図である。
【図１８】実施例７に係る蛍光部材の模式図である。
【図１９】実施例８に係る蛍光部材の模式図である。
【図２０】実施例８に係るクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図２１】実施例１０に係る蛍光部材の模式図である。
【図２２】実施例１０に係るナノコンポジット蛍光体の発光スペクトルを示す図である。
【図２３】実施例１１に係る蛍光部材の模式図である。
【図２４】実施例１２に係る蛍光部材の模式図である。
【図２５】実施例１３に係る蛍光部材の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面等を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００４５】
一般的な蛍光体は、数十ｎｍ程度のごく小さな単結晶（結晶子）の集合体である粉末状の多結晶からなり、蛍光体による蛍光は指向性のない発光である。結晶子間には結晶粒界と呼ばれる界面が存在し、その界面において光の散乱、遮蔽が起こる。そのため、半導体発光素子の光をロスなく出射できない。
【００４６】
また、蛍光体の発光は、発光中心元素内の電子遷移によって起こるため、その発光は指向性がないランバーシアンな発光となるため、光学系に取り込まれる光（利用効率）が下がり、システム効率が低下する。
【００４７】
そこで、本発明者らは以下の点に着目することで、所望の方向に強指向性を示す蛍光部材を実現することに想到した。
【００４８】
（１：光の直進性を遮らない透明なマトリックスで波長変換部を形成する。）
前述のように多結晶の蛍光体は、結晶子間に結晶粒界と呼ばれる界面が存在する。この界面により、多結晶の蛍光体において光の直進性を確保することは困難である。そこで、光の直線性を確保するため、波長変換部として以下の素材が好適である。
【００４９】
［単結晶蛍光体］
単結晶蛍光体は、全体が結晶格子および結晶軸を揃えた構造からなる。このような単結晶蛍光体は、気相成長、蛍光体融液成長、溶媒（フラックス）での溶液成長、または、水熱成長により得ることができる。
【００５０】
［ナノコンポジット材料］
ナノコンポジット材料は、蛍光発光波長の１／４以下のサイズ（φ約１００ｎｍ以下）の蛍光成分を分散したガラスセラミックスである。
【００５１】
［透光性セラミックス蛍光体］
透光性セラミックス蛍光体は、一次粒子５００ｎｍ以下の粗原料を緻密に成形、焼結することで得られる。透明なマトリックスだけでは、原子内の電子遷移によって発せられる無指向性の蛍光体発光に指向性を与えることは困難である。そこで、後述に規定するように、形状、表面性状を工夫することで指向性のある波長変換部を実現できる。
【００５２】
（２：照射方向に光を誘導するアスペクト比の高いロッド構造にする。）
蛍光体の形状は、発光に指向性を付与するために、照射方向に沿った辺を長辺とした高いアスペクト比を持つロッド状が好ましい。以下では、ロッド径（短辺）、ロッド長（長辺）、アスペクト比（長辺／短辺）の好ましい範囲について説明する。
【００５３】
ロッド径は、拡散方向に発せられた光を閉じ込め、ロッド長手方向に誘導するため、３〜５００μｍであることが好ましく、更に好ましくは、５〜２００μｍである。このように細いロッド形状にすることで、光をロッド長手方向に導くことができる。なお、ロッド径が３μｍ以下であると、光をロッド長手方向に導く際にロッド側面で起こる反射回数が多くなる傾向にあるため、光の減衰が生じやすくなる。一方、ロッド径が５００μｍ以上になると光の閉じ込め効果が十分得られず、ロッド内の光拡散を抑えきれないため、十分に強い指向性が得られない。
【００５４】
ロッドの長さは、蛍光体の賦活剤濃度にもよるが、指向性を強める観点から、１〜１００ｍｍ程度であり、１〜６０ｍｍの長さが好ましい。更に好ましくは、１〜１０ｍｍ、あるいは、１〜５ｍｍであるとよい。長さが１ｍｍ以下になると、光路長が短く、十分な指向性が得られない。また、波長変換するために十分な励起光の吸収、変換を起こす光路長が不足する。一方、１０ｍｍ以上、特に１００ｍｍ以上になると、ロッド内を導波する光の減衰が大きくなることと、ロッドが折れやすく強度的な問題が発生する。
【００５５】
ロッドのアスペクト比は、強い指向性を得るためには１０〜１００が好ましい。アスペクト比が１０以下であると、ロッド長手方向に光を誘導できず、所望の指向性が得られない。アスペクト比が１００以上になると、ロッド内で光の減衰が生じ、発光効率の低下が発生する。
【００５６】
（３：ロッド表面に各種反射膜を設ける（照射方向以外の光をロッド内に閉じ込める）。）
ロッドの側面は、励起光（素子光）や蛍光（波長変換光）が外部へ露光することを防ぐため、反射膜で覆われている。反射膜は、誘電体からなる全反射膜、可視光に吸収を示さない金属反射膜、又は、誘電体層と金属反射層のハイブリッドからなる増反射膜で構成される。
【００５７】
ロッドの入射面は、半導体発光素子からの励起光は透過するが、励起光より波長の長い光を透過させないショートパスフィルタを設置する。または、励起光の反射率が５０％以上の半透過反射膜を施してもよい。入射面の面精度（例えば算術平均粗さＲａ）は、蛍光の１／４波長以下が好ましい。
【００５８】
ロッドの出射面は、指向性を強めるために、ロッド内における光閉じ込め性を向上させる半透過反射膜を設けてもよい。出射面の面精度（例えば算術平均粗さＲａ）は、蛍光のピーク波長の１／８波長以下が好ましい。なお、出射面の他の形態として、モスアイ構造（サブ波長格子）により界面屈折率を緩和した形態であってもよい。
【００５９】
＜第１の実施の形態＞
（発光モジュール）
以上の観点を考慮した好ましい形態の発光モジュールについて以下に説明する。図１は、第１の実施の形態に係る発光モジュールの模式図である。発光モジュール１００は、光源としての発光素子１０と、波長変換部１２と、を備えている。発光素子１０は、ＬＥＤ（Light emitting diode）素子、ＬＤ（Laser diode）素子、ＥＬ（Electro Luminescence）素子等の半導体発光素子が好適であるが、指向性の強い発光が可能な光源であれば前述以外の素子であってもよい。
【００６０】
波長変換部１２は、発光素子１０が発した光（励起光）Ｌ１が入射する入射部１２ａと、入射した光Ｌ１により励起され、波長変換された変換光Ｌ２が出射する出射部１２ｂと、を有する。
【００６１】
波長変換部１２の表面の少なくとも一部には、波長変換部１２の内部で波長変換された変換光Ｌ２や、波長変換部１２の入射部１２ａから入射した光Ｌ１の一部の光を内面反射する反射部１６が設けられている。本実施の形態に係る反射部１６は、波長変換部１２の入射部１２ａと出射部１２ｂとを連結する側面１２ｃに設けられている反射膜１６ａと、入射部１２ａの表面に設けられているショートパスフィルタ１６ｂと、出射部１２ｂの表面に設けられている反射膜１６ｃと、を有する。
【００６２】
ショートパスフィルタ１６ｂは、所定の波長未満の光のほとんどを透過させるが、所定の波長以上の光のほとんどを透過させない（反射する）フィルタである。また、反射膜１６ｃは、波長変換された変換光Ｌ２の全部を反射するのではなく、少なくとも一部を透過させるように構成されている。なお、反射部１６は、入射部１２ａ、出射部１２ｂおよび側面１２ｃのすべてに設けられている必要はなく、反射膜１６ａ、ショートパスフィルタ１６ｂおよび反射膜１６ｃの組合せや有無についても適宜選択すればよい。例えば、側面１２ｃにのみ反射膜を設け、入射部１２ａや出射部１２ｂには何も設けない構成であってもよい。
【００６３】
前述のように、多結晶の蛍光体は、数十ｎｍ程度のごく小さな単結晶（結晶子）の集合体であり、結晶子間には結晶粒界と呼ばれる界面が存在するため、その界面により、光の散乱、遮蔽が多く起こる。そこで、本実施の形態に係る波長変換部１２は、入射部１２ａから入射した発光素子の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。ここで、散乱の程度とは、入射部から入射した発光素子の光が屈折、反射する割合と捉えることができ、その割合が低ければ散乱の程度が小さいことになる。あるいは、入射部から入射した発光素子の光が出射部へ向かう際に散乱した際にどの程度方向が変わるかで程度を判断することもできる。例えば、散乱の際に光の進行方向が３０°変わる場合よりも、光の進行方向が１０°しか変わらない場合の方が、散乱の程度は小さいことになる。
【００６４】
本実施の形態に係る波長変換部１２は、入射部１２ａから入射した発光素子の光Ｌ１が出射部１２ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、入射部１２ａから出射部１２ｂへ向かう光の割合が多くなり、出射部１２ｂから出射する光の指向性が強くなる。また、それまでは一部の表面から外部へ漏れていた光が反射部１６で内面反射され、出射部１２ｂから出射することとなり、光の利用効率を向上できる。
【００６５】
また、波長変換部１２は、ロッド状の部材であり、部材の長手方向の一端に入射部１２ａ、他端に出射部１２ｂが形成されている。これにより、入射部１２ａから入射した光がロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、出射部１２ｂから出射する光の指向性が強くなる。このように、波長変換部１２は、入射部１２ａから入射した発光素子１０の光に対して指向性を有するように構成されている。
【００６６】
また、波長変換部１２は、六角柱であり、入射部１２ａおよび出射部１２ｂとは異なる側面１２ｃに反射膜１６ｃが設けられている。なお、波長変換部１２の形状は、多角柱や円柱であってもよい。これにより、それまでは側面１２ｃから外部へ漏れていた光が、側面１２ｃで内面反射されることとなり、光の利用効率を向上できる。
【００６７】
波長変換部１２は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されている場合、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、入射部１２ａおよび出射部１２ｂを結ぶ直線との成す角が±５°以内であるとよい。より好ましくは、±３°以内であるとよい。ここで、入射部１２ａおよび出射部１２ｂを結ぶ直線とは、例えば、入射部１および出射部と交差する直線であって、長さが最も短いものと言うことができる。あるいは、入射部と出射部の少なくとも一方の面の法線であって、他方の面と交差する直線であってもよい。また、主軸とは、光学異方性である複屈折結晶において、光を入射しても光が分かれない方向のことであり、光軸と換言することもできる。１軸性の結晶は六方晶系・正方晶系に属し、２軸性の結晶は斜方晶系・単斜晶系・三斜晶系に属する。なお、等方性の結晶、例えば、立方晶系の結晶には主軸はないことになる。これにより、主軸に平行な光ほど出射部１２ｂへ到達しやすくなり、出射部１２ｂから出射する光の指向性を更に強めることができる。
【００６８】
以下、各実施例や比較例を参照しながら本実施の形態に係る各構成について更に詳述する。
【００６９】
（実施例１：蛍光体にクロロアパタイト単結晶ロッドを用いた場合）
はじめにアパタイト蛍光体からなる単結晶ロッドの製造方法について説明する。出発原料として、ＣａＣＯ３、ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ、ＣａＣｌ２の各原料を、これらのモル比がＣａＣＯ３：ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３：ＮＨ４Ｃｌ：ＣａＣｌ２＝１．８：３．０：０．１０：１．０：５．０となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１２００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１２００℃で１０時間焼成（合成）し、次に、８００℃まで５℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、蛍光体１を得た。
【００７０】
蛍光体１は、組成がＣａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋であり、φ２００μｍ、長さ１０ｍｍのｃ軸方向に成長した六角柱の単結晶である。図２は、蛍光体１の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。図２に示すように、蛍光体１は、発光スペクトルＳ１のピーク波長が４５０ｎｍ前後の青色蛍光体である。実施例１に係る青色蛍光体は、励起スペクトルＳ２に示すように、主として波長が４００ｎｍ以下の紫外線領域の光によって励起され、青色発光する。
【００７１】
得られたロッド状のアパタイト結晶を、スライサーで厚さ（ｃ軸方向）６ｍｍに切断し、切断面および側面を研磨し、形状を整える。
【００７２】
次に、側面に金属反射膜を設ける。具体的には、イオンアシスト蒸着装置を用いて、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜（例えばＴａ２Ｏ５（６０ｎｍ）／ＳｉＯ２（３０ｎｍ)）の組合せを繰り返し積層し成膜する。その上に、銀（２００ｎｍ）を成膜し、更にその上に、保護用のＳｉＯ２（５０ｎｍ）を成膜する。
【００７３】
入射面は、精密研磨加工により算術平均粗さＲａが５０ｎｍ程度になるように研磨される。その後、イオンアシスト蒸着装置を用い、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を組み合わせて積層し、成膜する。この多層膜は、４２０ｎｍ未満の波長の透過率は９６％以上あるが、４２０ｎｍ以上の波長に対する透過率は１％未満である、ショートパスフィルタの光学性能を示す。
【００７４】
出射面は、精密研磨加工により算術平均粗さＲａが３０ｎｍ程度になるように研磨される。その後、イオンアシスト蒸着装置を用い、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を組み合わせて積層し、成膜する。この多層膜は、反射率９０％の反射性能を示す。
【００７５】
図３は、実施例１に係る蛍光体ロッドを有する発光モジュールの模式図である。発光モジュール１１０は、上述の蛍光体ロッド１８を透明のシリコーン樹脂でφ２００μｍ（円柱状のコアの直径５０μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み７５μｍ）の光ファイバ２０の先に取り付けることで構成されている。なお、光ファイバ２０の他端（入射側）には、集光・導入用の球レンズ、ロッドレンズを介して、ピーク波長が４０５ｎｍの光を発するＩｎＧａＮ系のレーザダイオード２２が設置され、紫光が光ファイバ２０内に入射される。光ファイバ２０を通して単結晶の蛍光体ロッド１８に入射された紫光は、蛍光体ロッド１８の内部で強い指向性を示す青色光（λｐ＝４６０ｎｍ）に変換される。
【００７６】
（実施例２：蛍光体にクロロメタ珪酸塩単結晶ロッドを用いた場合）
はじめにクロロメタ珪酸塩からなる単結晶ロッドの製造方法について説明する。出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３：ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３：ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：１０．０となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で３０時間焼成（合成）し、次に、７００℃まで３０℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、蛍光体２を得た。
【００７７】
蛍光体２は、組成が(Ｃａ，Ｓｒ，Ｅｕ）７（ＳｉＯ３）６Ｃｌ２であり、粒径が４ｍｍに成長した球状の単結晶である。図４は、蛍光体２の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。図４に示すように、蛍光体２は、発光スペクトルＳ３のピーク波長が５８０ｎｍ前後の黄色蛍光体である。実施例２に係る黄色蛍光体は、励起スペクトルＳ４に示すように、主として波長が４００ｎｍ以下または４１０ｎｍ以下の紫外線領域の光によって励起され、黄色発光する。
【００７８】
得られたクロロメタ珪酸塩の単結晶は単斜晶であり、この単結晶をＸ線回折で確認しながら複屈折を示さない光軸方向に沿ってスライサーで切断し、太さ１００μｍ□の四角柱形状に研削し、表面を研磨し、再度スライサーで長さ３ｍｍに切断し、ロッド形状に整えた。
【００７９】
次に、側面に金属反射膜を設ける。具体的には実施例１と同様である。入射面の構成も実施例１と同様である。
【００８０】
出射面は、精密研磨加工により算術平均粗さＲａが３０ｎｍ程度になるように研磨される。その後、イオンアシスト蒸着装置を用い、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を組み合わせて積層し、成膜する。この多層膜は、反射率５０％の反射性能を示す。
【００８１】
実施例２に係る蛍光体ロッドを有する発光モジュールの構成は、実施例１に係る発光モジュール１１０の構成とほぼ同様であるが、φ１００μｍ（円柱状のコアの直径２５μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み３７．５μｍ）の光ファイバを用いている点が異なる。光ファイバを通して単結晶の蛍光体ロッドに入射された紫光は、蛍光体ロッドの内部で強い指向性を示す黄色光（λｐ＝５８０ｎｍ）に変換される。
【００８２】
（実施例３：蛍光体にＳｉＯ２と（Ｃａ，Ｅｕ）Ｉ２からなるナノコンポジット蛍光）
ナノ蛍光成分を分散させたナノコンポジット蛍光体からなるロッドの製造方法について説明する。出発原料として、ＳｉＯ２ファイバ、ＣａＩ２、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｉの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２ファイバ：ＣａＩ２：Ｅｕ２Ｏ３：ＮＨ４Ｉ＝１．０：０．１：０．００４：０．１となるように秤量し、秤量した各原料をドライ窒素雰囲気のグローブボックス中でアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で１５時間焼成（合成）し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、蛍光体３を得た。
【００８３】
蛍光体３は、φ２００μｍ、長さ１０ｍｍのＳｉＯ２ファイバの中に直径約５０ｎｍの青色発光する蛍光性単結晶（Ｃａ，Ｅｕ）Ｉ２が分散したナノコンポジット蛍光体である。図５は、蛍光体３の発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。図５に示すように、蛍光体３は、発光スペクトルＳ５のピーク波長が４６５ｎｍ前後の青色蛍光体である。実施例３に係る青色蛍光体は、励起スペクトルＳ６に示すように、主として波長が３２０〜４５０ｎｍの範囲の紫外線や青色光の領域の光によって励起され、青色発光する。
【００８４】
得られたナノコンポジット蛍光体ロッドは、スライサーで６ｍｍに切断され、切断面を研磨し、形状を整える。
【００８５】
次に、側面に金属反射膜を設ける。具体的には実施例１と同様である。入射面の構成も実施例１と同様である。出射面は、平坦研磨後、ナノインプリントを用いマスクを形成し、ドライエッチすることでピッチ１００ｎｍ、高さ５０ｎｍのピラミッド状の凹凸形状を作製した。
【００８６】
実施例３に係る蛍光体ロッドを有する発光モジュールの構成は、実施例１に係る発光モジュール１１０の構成とほぼ同様であるが、φ２００μｍ（円柱状のコアの直径１００μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み５０μｍ）の光ファイバを用いている点が異なる。光ファイバを通して単結晶の蛍光体ロッドに入射された紫光は、蛍光体ロッドの内部で強い指向性を示す青色光（λｐ＝４６５ｎｍ）に変換される。
【００８７】
（実施例４：フッ化物ガラスに希土類Ｅｕ３＋を分散したナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスロッドを用いた場合）
ナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスからなるロッドの製造方法について説明する。出発原料として、ＳｉＯ２、ＢａＦ２、ＡｌＦ３、ＥｕＦ３の各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２、ＢａＦ２、ＡｌＦ３、ＥｕＦ３＝６０：１０：１０：２０となるように秤量し、アルミナ乳鉢に入れ粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１３００℃まで加熱し、窒素雰囲気の電気炉で５時間焼成（合成）し、その後自然冷却をすることで、溶融したガラス質を得た。
【００８８】
得られたガラスを６００℃（ガラス転移温度以上）でアニールすることで、ガラス中に希土類由来のＸ線回折で回折ピークが確認できる微結晶が生じ、ナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスを得ることができる。図６は、ナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスの発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。図６に示すように、ナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスは、発光スペクトルＳ７のピーク波長が６１４ｎｍ前後の赤色蛍光体である。実施例４に係る赤色蛍光体は、励起スペクトルＳ８に示すように、主として波長が４００ｎｍ未満の紫外線の領域の光によって励起され、赤色発光する。
【００８９】
得られたナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスは、スライサーで６ｍｍに切断され、切断面を研磨し、形状を整える。
【００９０】
次に、側面に金属反射膜を設ける。具体的には実施例３と同様である。入射面および出射面の構成も実施例３と同様である。
【００９１】
上述のように作成したナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスロッドを４本用意し、大きさが５００μｍ□のフリップチップタイプのＬＥＤ（発光ピーク波長λｐ＝３９５ｎｍ）の発光面上に、各ロッドの長手方向が素子光の照射方向に沿うように並べて載置し、シリコーン樹脂で封止し、実装した。ＬＥＤチップから出射した光がナノコンポジット蛍光ガラスセラミックスロッドに入射した紫光は、蛍光体ロッドの内部で強い指向性を示す赤色光（λｐ＝６１４ｎｍ）に変換される。
【００９２】
（実施例５：Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ透光性セラミックスを用いた場合）
透光性セラミックスの製造方法について説明する。Ｙ２Ｏ３、ＣｅＯ２を硝酸で溶解した水溶液、Ａｌ２（ＮＯ３）３を純粋で溶解した水溶液を準備し、この水溶液を濃度調整し、化学量論比に混合し、炭酸水素アンモニウムでｐＨ７〜９に調整し、炭酸塩として沈殿させ、混合原料粉末を得た。
【００９３】
この混合原料粉末をアルミナ坩堝に入れ、１２００℃で３時間焼成し、組成がＹ２．９９５Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．００５の微粉末を得た。その微粉末を用い、３〜１５重量％のスラリーを調整した。その後、鋳込み成形によりタブレットを成形した。成形したタブレットを乾燥後、１５００℃で１０時間加熱して一次焼結し、一次焼結品を熱間等方圧加圧法(HIP:Hot Isostatic Pressing）で２０００℃、２０００気圧の条件下で５時間で緻密化し、透光性セラミックスを得た。
【００９４】
図７は、透光性セラミックスの発光スペクトル及び励起スペクトルを示した図である。図７に示すように、透光性セラミックスは、発光スペクトルＳ９のピーク波長が５４０ｎｍ前後の黄色蛍光体である。実施例５に係る黄色蛍光体は、励起スペクトルＳ１０に示すように、主として波長が４３０〜４８０ｎｍの範囲の青色領域の光によって励起され、黄色発光する。
【００９５】
得られた透光性セラミックス蛍光体を、スライサーで厚さ２００μｍにスライスし、切断面を研磨した後、更に幅２００μｍ、長さ３ｍｍに切断し、切断面を研磨し、形状を整えた。
【００９６】
次に、側面に金属反射膜を設ける。具体的には、イオンアシスト蒸着装置を用いて、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜（例えばＴａ２Ｏ５（６０ｎｍ）／ＳｉＯ２（３０ｎｍ)）の組合せを繰り返し積層し成膜する。その上に、銀（２００ｎｍ）を成膜した。
【００９７】
入射面は、精密研磨加工により算術平均粗さＲａが５０ｎｍ程度になるように研磨される。その後、イオンアシスト蒸着装置を用い、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を組み合わせて積層し、成膜する。この多層膜は、４８０ｎｍ未満の波長の透過率は９６％以上あるが、４８０ｎｍ以上の波長に対する透過率は１％未満である、ショートパスフィルタの光学性能を示す。
【００９８】
出射面は、精密研磨加工により算術平均粗さＲａが３０ｎｍ程度になるように研磨される。その後、イオンアシスト蒸着装置を用い、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を組み合わせて積層し、成膜する。この多層膜は、反射率９５％の反射性能を示す。
【００９９】
発光モジュールは、上述の蛍光体ロッドを透明のシリコーン樹脂でφ２００μｍ（円柱状のコアの直径５０μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み７５μｍ）の光ファイバの先に取り付けることで構成されている。なお、光ファイバの他端（入射側）には、集光・導入用の球レンズ、ロッドレンズを介して、ピーク波長が４５５ｎｍの光を発するＩｎＧａＮ系のレーザダイオードが設置され、青色光が光ファイバ内に入射される。光ファイバを通して単結晶の蛍光体ロッドに入射された青色光は、一部の光が蛍光体ロッドの内部で黄色光（λｐ＝５４０ｎｍ）に変換され、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光が得られる。
【０１００】
（比較例１：透明なマトリックスではない場合）
はじめにクロロメタ珪酸塩蛍光体からなる焼結体ロッドの製造方法について説明する。出発原料として、ＳｒＣＯ３、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３の各原料を、これらのモル比がＳｒＣＯ３：ＳｉＯ２：ＣａＣＯ３：ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３＝０．３：１．０：０．７：１．０：０．０１となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合し、原料混合物を得た。この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で３時間焼成（合成）し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、合成物を得た。
【０１０１】
合成物は、組成が(Ｃａ，Ｓｒ，Ｅｕ）７（ＳｉＯ３）６Ｃｌ２であり、粒径が０．５μｍの微粒子である。得られた微粒子を鋳込み成形で成形し、還元雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）で９００℃、１００時間加熱し焼結することで、クロロメタ珪酸塩蛍光体の焼結体を得た。焼結体をスライサーで切断し、太さ１００μｍ□の四角柱形状に研削し、表面を研磨し、再度スライサーで長さ３ｍｍに切断し、ロッド形状に整えた。このロッドの直線透過率は８％と低い。
【０１０２】
次に、側面に金属反射膜を設ける。具体的には実施例１と同様である。入射面の構成も実施例１と同様である。
【０１０３】
出射面は、精密研磨加工により算術平均粗さＲａが３０ｎｍ程度になるように研磨される。その後、イオンアシスト蒸着装置を用い、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を組み合わせて積層し、成膜する。この多層膜は、反射率５０％の反射性能を示す。
【０１０４】
比較例１に係る蛍光体ロッドを有する発光モジュールの構成は、実施例１に係る発光モジュールの構成とほぼ同様であるが、φ１００μｍ（円柱状のコアの直径２５μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み３７．５μｍ）の光ファイバを用いている点が異なる。光ファイバを通して焼結体の蛍光体ロッドに入射された紫光は、蛍光体ロッドの内部で指向性が余りない黄色光（λｐ＝５８０ｎｍ）に変換される。
【０１０５】
（比較例２：蛍光体にロッド構造でないクロロメタ珪酸塩単結晶を用いた場合）
比較例２に係るクロロメタ珪酸塩単結晶を実施例２と同様の方法で得た。得られた単斜晶のクロロメタ珪酸塩単結晶を、スライサー、研削機および研磨機を用いて、一辺３１０μｍの立方体形状に加工した。これは、実施例２の蛍光体単結晶ロッドとほぼ同体積に当たる。
【０１０６】
側面、入射面、出射面は、実施例２と同様の表面処理を施した。また、上述の単結晶蛍光体を実施例２と同様な手法で光ファイバ先端に設置し、発光モジュールを構成した。
【０１０７】
（比較例３：ロッド表面に反射膜を施していない場合）
比較例３に係る蛍光体は、実施例１と同様のアパタイト蛍光体単結晶ロッドを実施例１と同形状に加工したものである。しかしながら、本実施の形態に係る蛍光体ロッドは、何も表面処理を施していないことが実施例１と異なる。そして、上記蛍光体を用い、実施例１と同様の構成の発光モジュールを組み立てた
【０１０８】
（性能評価）
上述の各実施例および各比較例に係る発光モジュールにおいて出射面から出射する光の出射角を測定した。各実施例および各比較例の蛍光体における発光出射立体角および発光色を表１に示す。
【０１０９】
【表１】
2017159696.tif 000003
【０１１０】
表１に示すように、各実施例に係る蛍光体は、出射光の立体角が１．４７ｓｒ（半頂角４０°）未満であり、蛍光体から出射する出射光が強い指向性を有することがわかる。一方、各比較例に係る蛍光体は、出射光の立体角が１１．１０ｓｒ（半頂角１４０°）以上であり、蛍光体から出射する出射光はほとんど指向性がないことがわかる。
【０１１１】
図８は、比較例１に係る蛍光体ロッドの内部における光の進行状態を示す模式図である。比較例１に係るクロロメタ珪酸塩蛍光体は、単斜晶であるため、結晶方位によって屈折率が変わる。そのため、結晶子２３の向きが揃ってない多結晶焼結体では、結晶粒界での屈折率変動に起因して直進性が失われ、指向性の向上は困難である。
【０１１２】
（励起光の吸収）
粒界による散乱を生じない単結晶では、励起光の透過性も高く、励起光の吸収率が著しく低下する。そこで、本実施の形態に示す発光モジュールのように、波長変換部のロッド形状や反射膜の構成を適宜選択することで、出射光の指向性を高めるだけでなく、励起光の吸収率を高めることもできる。
【０１１３】
ロッド形状は、励起光の指向性を整え、ロッド長手方向で何度も励起光が往復し、吸収をさせる。図９は、比較例２に係る蛍光体の内部における波長変換光を示す模式図である。比較例２のように蛍光体２４がキュービック型（立方体）であると、波長変換光の向きが整わず、蛍光体２４の表面２４ａに当たる臨界角が大きくなり、蛍光体内に十分な閉じ込め効果が得られず、効率低下をもたらす。
【０１１４】
表面の反射膜は、励起光を蛍光体内に閉じ込め吸収率を確保するためには、重要である。図１０は、比較例３に係る蛍光体の内部における波長変換光を示す模式図である。図１０に示すように、波長変換された光の一部は、側面１２ｃを透過し外方へ向かってしまうため、励起光の利用効率が著しく低下する。
【０１１５】
実施例１、実施例２、比較例２および比較例３における、蛍光体組成、蛍光体形状、反射膜の有無および励起光の吸収率を表２に示す。
【０１１６】
【表２】
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【０１１７】
＜第２の実施の形態＞
図１１は、第２の実施の形態に係る発光モジュールの模式図である。発光モジュール１１１は、光源としての発光素子１０と、波長変換部１２（図１参照）と、光ファイバ１４と、放熱部としてのヒートシンク１５と、を備える。また、発光モジュール１１１は、波長変換部１２として柱状の蛍光体ロッド１８を有する。蛍光体ロッド１８の材質の詳細については後述する。
【０１１８】
蛍光体ロッド１８は、透明のシリコーン樹脂でφ２００μｍ（円柱状のコアの直径５０μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み７５μｍ）の光ファイバ１４の先に取り付けられている。光ファイバ１４の他端（入射側）の近傍には、集光・導入用の球レンズ、ロッドレンズを介して、発光素子１０が設置されている。これにより、発熱体である発光素子１０と波長変換部１２とを、光ファイバ１４を介して離間できるので、放熱性が向上する。なお、光ファイバを用いずに、発光素子１０から出射した光を、コリメートレンズを介して、直接蛍光体ロッド１８の入射部１２ａに集光する構成であってもよい。このように熱源を離すことで、発光モジュール全体として効率的な冷却、放熱が可能となる。
【０１１９】
第２の実施の形態に係る発光素子１０では、ワイドバンドギャップ半導体の一つであり、ピーク波長が４０５ｎｍの光を発するＩｎＧａＮ系のレーザダイオードが用いられており、紫光が光ファイバ１４内に入射される。光ファイバ１４を通して単結晶の蛍光体ロッド１８に入射された紫光は、蛍光体ロッド１８の内部で強い指向性を示す青色光（λｐ＝４６０ｎｍ）に変換される。これにより、波長変換部１２の側面から出射する光の割合が少なくなるため、ヒートシンク１５で遮光される光の量も減り、発光モジュール１１１の配光に寄与する光の割合が多くなる。
【０１２０】
ヒートシンク１５は、波長変換部１２の少なくとも一部を覆うように設けられている。第２の実施の形態に係るヒートシンク１５は、半円筒状の２つの部材１５ａ，１５ｂに分割されており、熱伝導率の高い材料で構成されている。熱伝導率の高い材料としては、例えば、カーボン、銅、金、銀、アルミニウム、マグネシウム、亜鉛、黄銅、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等が挙げられる。また、各部材１５ａ，１５ｂは、内周形状が波長変換部１２の外周形状に対応した形状となっており、波長変換部１２を挟むように連結され、ヒートシンク１５を構成する。ヒートシンク１５は、熱伝導率が５０［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］以上の材料が用いられているとよい。これにより、ヒートシンク１５の放熱性能が向上する。
【０１２１】
第２の実施の形態に係る波長変換部１２は、入射部１２ａから入射した発光素子の光Ｌ１が出射部１２ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。また、波長変換部１２は、入射部１２ａから入射した発光素子１０の光が出射部１２ｂへ向かう際に散乱する程度が、入射部１２ａから入射した発光素子１０の光が側面１２ｃへ向かう際に散乱する程度と比較して小さくなるように構成されている。そのため、入射部１２ａから出射部１２ｂへ向かう光の割合が多くなり、出射部１２ｂから出射する光の指向性が強くなる。また、それまでは一部の表面から外部へ漏れていた光が反射部１６で内面反射され、出射部１２ｂから出射することとなり、光の利用効率を向上できる。
【０１２２】
このように、波長変換部１２の側面１２ｃから出射する光の割合が少なくなるため、ヒートシンク１５で遮光される光の量も減り、発光モジュール１１１の配光に寄与する光の割合が多くなる。
【０１２３】
第２の実施の形態に係る反射膜１６ａは、側面１２ｃとヒートシンク１５との間に設けられており、波長変換部１２に入射した発光素子１０の光を内面反射するように構成されている。また、反射膜１６ａは、可視光反射率が８０％以上の材料が用いられている。可視光反射率が高い材料としては、アルミニウム、銀等の金属、屈折率の異なる誘電体の積層膜、または、金属と誘電体との積層膜であってもよい。これにより、一部の側面１２ｃから外部へ漏れていた光が反射膜１６ａで内面反射され、出射部１２ｂから出射することとなり、光の利用効率を向上できる。
【０１２４】
図１２は、第２の実施の形態の変形例に係る放熱部の模式図である。図１２に示す放熱部３０は、筒状の部材であり、内部の空間に蛍光体ロッド１８が収容されている。放熱部３０の外周部には、複数のフィン３０ａが蛍光体ロッド１８の軸方向に向かって形成されている。そして、フィン３０ａの長手方向に沿って矢印Ｆに示す方向から送風することで、蛍光体ロッド１８を効率よく冷却できる。
【０１２５】
図１３は、第２の実施の形態の他の変形例に係る放熱部の模式図である。図１３に示す放熱部３２は、円筒状の部材であり、内部の空間に蛍光体ロッド１８が収容されている。放熱部３２の外周部には、放熱部３２の内部を循環する冷媒が流入する流入口３２ａと、冷媒が流出する流出口３２ｂと、が設けられている。これにより、蛍光体ロッド１８を効率よく冷却できる。
【０１２６】
＜第３の実施の形態＞
次に、第３の実施の形態に係る蛍光部材および発光モジュールについて、実施例６〜１３を参照して説明する。
【０１２７】
（実施例６）
［蛍光部材］
図１４は、実施例６に係る蛍光部材の模式図である。図１４に示すように、蛍光部材２１０は、筒状の第１の波長変換部１１２と、第１の波長変換部１１２の外径より小さな外径を有する、筒状の第２の波長変換部１１４と、第２の波長変換部１１４の外径より小さな外径を有する、柱状の第３の波長変換部１１６と、を備える。換言すると、第２の波長変換部１１４は、第１の波長変換部１１２の孔の内部に設けられており、第３の波長変換部１１６は、第２の波長変換部１１４の孔の内部に設けられている。これにより、複数種の波長変換部を備えたコンパクトな蛍光部材を実現できる。
【０１２８】
第１の波長変換部１１２は、光源の光Ｌ１が入射する環状の第１の入射部１１２ａと、入射した光により励起され、波長変換された第１の色の変換光ＣＬ１が出射する環状の第１の出射部１１２ｂとを有する。第２の波長変換部１１４は、光源の光Ｌ１が入射する第２の入射部１１４ａと、入射した光により励起され、波長変換された第２の色の変換光ＣＬ２が出射する第２の出射部１１４ｂとを有する。第３の波長変換部１１６は、光源の光Ｌ１が入射する第３の入射部１１６ａと、入射した光により励起され、波長変換された第２の色の変換光ＣＬ３が出射する第３の出射部１１６ｂとを有する。
【０１２９】
また、図１４に示すように、第１の入射部１１２ａ、第２の入射部１１４ａおよび第３の入射部１１６ａは、互いに隣接しており、光源の発光面と対向するように配置されている。
【０１３０】
第１の波長変換部１１２は、第１の入射部１１２ａから入射した光源の光が第１の出射部１１２ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。第２の波長変換部１１４は、第２の入射部１１４ａから入射した光源の光が第２の出射部１１４ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。第３の波長変換部１１６は、第３の入射部１１６ａから入射した光源の光が第３の出射部１１６ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。
【０１３１】
蛍光部材２１０において、第１の波長変換部１１２は、第１の入射部１１２ａから入射した光源の光が第１の出射部１１２ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、第１の入射部１１２ａから第１の出射部１１２ｂへ向かう光の割合が多くなり、第１の出射部１１２ｂから出射する第１の色の変換光ＣＬ１の指向性が強くなる。また、第２の波長変換部１１４は、第２の入射部１１４ａから入射した光源の光が第２の出射部１１４ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、第２の入射部１１４ａから第２の出射部１１４ｂへ向かう光の割合が多くなり、第２の出射部１１４ｂから出射する第２の色の変換光ＣＬ２の指向性が強くなる。また、第３の波長変換部１１６は、第３の入射部１１６ａから入射した光源の光が第３の出射部１１６ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されているため、第３の入射部１１６ａから第３の出射部１１６ｂへ向かう光の割合が多くなり、第３の出射部１６１ｂから出射する第３の色の変換光ＣＬ３の指向性が強くなる。
【０１３２】
そして、第１の色の変換光ＣＬ１と、第１の色と異なる第２の色の変換光ＣＬ２と、第３の色の変換光ＣＬ３と、を混色することで、指向性の強い、単色では実現できない多様な色の発光Ｌ２が可能となる。なお、第３の色の変換光ＣＬ３は、第１の色の変換光ＣＬ１や第２の色の変換光ＣＬ２のいずれかと同じ色であってもよいし、いずれとも異なる色であってもよい。
【０１３３】
また、実施例６に係る蛍光部材２１０において、第１の波長変換部１１２は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に第１の入射部１１２ａが形成されており、該部材の長手方向の他端に第１の出射部１１２ｂが形成されている。また、第２の波長変換部１１４は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に第２の入射部１１４ａが形成されており、該部材の長手方向の他端に第２の出射部１１４ｂが形成されている。また、第３の波長変換部１１６は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に第３の入射部１１６ａが形成されており、該部材の長手方向の他端に第３の出射部１１６ｂが形成されている。これにより、各入射部から入射した光が各ロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、各出射部から出射する光の指向性が強くなる。
【０１３４】
なお、第１の波長変換部１１２は、アスペクト比が１０以上が好ましい。また、第２の波長変換部１１４は、アスペクト比が１０以上が好ましい。また、第３の波長変換部１１６は、アスペクト比が１０以上が好ましい。これにより、細長く指向性の強い蛍光部材を実現できる。
【０１３５】
前述のように、多結晶の蛍光体は、数十ｎｍ程度のごく小さな単結晶（結晶子）の集合体であり、結晶子間には結晶粒界と呼ばれる界面が存在するため、その界面により、光の散乱、遮蔽が多く起こる。そこで、実施例６に係る各波長変換部は、入射部から入射した発光素子の光が出射部へ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。ここで、散乱の程度とは、入射部から入射した発光素子の光が屈折、反射する割合と捉えることができ、その割合が低ければ散乱の程度が小さいことになる。あるいは、入射部から入射した発光素子の光が出射部へ向かう際に散乱した際にどの程度方向が変わるかで程度を判断することもできる。例えば、散乱の際に光の進行方向が３０°変わる場合よりも、光の進行方向が１０°しか変わらない場合の方が、散乱の程度は小さいことになる。
【０１３６】
各波長変換部は、単結晶材料またはセラミックス材料で構成されている場合、単結晶材料またはセラミックス材料の主軸と、入射部および出射部を結ぶ直線との成す角が±５°以内、より好ましくは±３°以内であるとよい。ここで、入射部および出射部を結ぶ直線とは、例えば、入射部および出射部と交差する直線であって、長さが最も短いものと言うことができる。あるいは、入射部と出射部の少なくとも一方の面の法線であって、他方の面と交差する直線であってもよい。また、主軸とは、光学異方性である複屈折結晶において、光を入射しても光が分かれない方向のことであり、光軸と換言することもできる。１軸性の結晶は六方晶系・正方晶系に属し、２軸性の結晶は斜方晶系・単斜晶系・三斜晶系に属する。なお、等方性の結晶、例えば、立方晶系の結晶には主軸はないことになる。これにより、主軸に平行な光ほど出射部へ到達しやすくなり、出射部から出射する光の指向性を更に強めることができる。
【０１３７】
以下に、実施例６に係る蛍光部材２１０における各波長変換部の組成や製法について説明する。実施例６に係る蛍光部材２１０は、第２の波長変換部１１４としてクロロアパタイト単結晶蛍光体を用い、第１の波長変換部１１２および第３の波長変換部１１６としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用いている。
【０１３８】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１１４の製造方法について説明する。出発原料として、ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ、ＣａＣＯ３、ＣａＣｌ２、Ｅｕ２Ｏ３の各原料を、これらのモル比がＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ：ＣａＣＯ３：ＣａＣｌ２：Ｅｕ２Ｏ３＝３．０：１．５：０．５：０．１となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合した。その後、塩素アパタイト濃度が０．１５ｍｏｌ％となるように、ＮａＣｌを追加、混合した。
【０１３９】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１２００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１２００℃で１２時間焼成（合成）し、次に、８００℃まで３００℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、単結晶蛍光体を得た。
【０１４０】
この単結晶蛍光体は、組成がＣａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋であり、外径φ２００μｍ、内径φ１００μｍ、長さ５０ｍｍであり、ｃ軸方向に成長した、中心部分が空洞のチューブ状六角柱のクロロアパタイト単結晶蛍光体（以下、「チューブ型蛍光体」と称する場合がある。）を得た。図１５は、実施例６に係るクロロアパタイト単結晶蛍光体の発光スペクトルを示す図である。図１５に示すように、実施例６に係るクロロアパタイト単結晶蛍光体は、波長４０５ｎｍの励起光により、青色発光を示す蛍光体である。
【０１４１】
次に、チューブ型蛍光体の表面に、ＳｉＯ２膜を成膜する。具体的には、プラズマＣＶＤ装置にて、テトラメトキシシラン（ＴＥＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）を代表とする有機シリコン化合物と酸素を混合させたキャリアガスを使い、３５０℃に加温したチューブ型蛍光体に、ＳｉＯ２を０．２μｍの厚みで成膜した。
【０１４２】
更に、ＳｉＯ２を被膜したチューブ型蛍光体の内側面と外側面にクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を形成し、これが第１の波長変換部１１２や第３の波長変換部１１６に相当する。このクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、波長４０５ｎｍの励起光により、波長５８０ｎｍにピークを持つブロードな黄色発光を示す蛍光体である。
【０１４３】
クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：５．０となるように秤量する。この原料混合物と、ＳｉＯ２を被膜したチューブ型蛍光体と、を等量、量りとり、乳鉢で軽く混ぜた後、乾燥エアーによる混合を行う。
【０１４４】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで８５０℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度８５０℃で４０ｈ焼成（合成）し、次に、７００℃まで３００℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０１４５】
これにより、ＳｉＯ２を被膜したチューブ型蛍光体を、クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体で包んだφ２５０μｍ、長さ５０ｍｍのロッド状の複合体を得た。このロッド状の複合体は、波長４０５ｎｍの励起光により、白色発光を示す蛍光体となる。
【０１４６】
［形状調整］
得られたロッド状の複合体をスライサーで長さ４０ｍｍに切断し、切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０１４７】
［側面反射膜］
蛍光部材２１０の側面１１８には、イオンアシスト蒸着装置を用いて、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜（Ｔａ２Ｏ５（６０ｎｍ）／ＳｉＯ２（３０ｎｍ））を交互に複数回成膜し、積層体を形成した。次に、積層体の上に銀（２００ｎｍ）を成膜し、更にその上に保護膜としてＳｉＯ２（５０ｎｍ）を成膜し、側面反射膜１２０とした。これにより、それまでは一部の表面から外部へ漏れていた光が側面反射膜１２０で内面反射され、出射面から出射することとなり、光の利用効率を向上できる。
【０１４８】
［入射面」
蛍光部材２１０の入射面１２２は、精密研磨加工により表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が５０ｎｍ程度（５０ｎｍ±１０ｎｍ）となるようにした。その後、入射面１２２には、イオンアシスト蒸着装置を用いて、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を交互に複数回成膜し、積層体を形成した。この積層体は、ショートパスフィルタの光学性能を示し、波長が４２０ｎｍ未満の光の透過率は９６％以上あるが、波長が４２０ｎｍ以上の光の透過率は１％未満である。
【０１４９】
［出射面］
蛍光部材２１０の出射面１２４は、精密研磨加工により表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が３０ｎｍ程度（３０ｎｍ±１０ｎｍ）となるようにした。その後、出射面１２４には、イオンアシスト蒸着装置を用いて、屈折率の異なる酸化物誘電体薄膜を交互に複数回成膜し、積層体を形成した。この積層体は、反射率９０％の反射性能を示す。
【０１５０】
［発光モジュール］
図１６は、実施例６に係る蛍光部材を有する発光モジュールの模式図である。発光モジュール２００は、上述のロッド状の蛍光部材２１０を透明のシリコーン樹脂でφ２００μｍ（円柱状のコアの直径５０μｍ、コアを包む円筒状のクラッドの厚み７５μｍ）の光ファイバ１２６の先に取り付けることで構成されている。なお、光ファイバ１２６の他端（入射側）には、集光・導入用の球レンズ、ロッドレンズを介して、ピーク波長が４０５ｎｍの光を発するＩｎＧａＮ系のＬＤ（Laser diode）素子からなる発光素子１２８が設置され、紫光が光ファイバ２６内に入射される。光源としての発光素子１２８は、ＬＤ素子以外であってもよく、ＬＥＤ（Light emitting diode）素子、ＥＬ（Electro Luminescence）素子等の半導体発光素子が好適であるが、指向性の強い発光が可能な光源であれば前述以外の素子であってもよい。
【０１５１】
光ファイバ２６を通してロッド状の単結晶の蛍光部材２１０に入射された紫光は、一部がチューブ状の第２の波長変換部１１４であるクロロアパタイト単結晶蛍光体に入射し、一部がチューブ状の第３の波長変換部１１６であるクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体に入射し、一部が六角柱状の第１の波長変換部１１２であるクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体に入射する。
【０１５２】
そして、第２の波長変換部１１４に入射した紫光は、第２の波長変換部１１４の内部で強い指向性を示す青色光（λｐ＝４６０ｎｍ）に変換され、第２の出射部１１４ｂから強い指向性を有する青色光として出射する。また、第１の波長変換部１１２に入射した紫光は、第１の波長変換部１１２の内部で強い指向性を示す黄色光（λｐ＝５８０ｎｍ）に変換され、第１の出射部１１２ｂから強い指向性を有する黄色光として出射する。また、第３の波長変換部１１６に入射した紫光は、第３の波長変換部１１６の内部で強い指向性を示す黄色光（λｐ＝５８０ｎｍ）に変換され、第３の出射部１１６ｂから強い指向性を有する黄色光として出射する。
【０１５３】
これにより、蛍光部材２１０の出射面１２４から出射した光は、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光Ｌ２となる。図１７は、発光モジュール２００の発光スペクトルを示す図である。
【０１５４】
（実施例７）
図１８は、実施例７に係る蛍光部材の模式図である。以下の説明では、実施例６と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【０１５５】
実施例７に係る蛍光部材１３０は、筒状の第１の波長変換部１１２と、第１の波長変換部１１２の外径より小さな外径を有する、柱状の第２の波長変換部１３２と、を備える。第２の波長変換部１３２は、光源の光Ｌ１が入射する第２の入射部１３２ａと、入射した光により励起され、波長変換された第２の色の変換光ＣＬ２が出射する第２の出射部１３２ｂとを有する。第２の波長変換部１３２は、第２の入射部１３２ａから入射した光源の光が第２の出射部１３２ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。
【０１５６】
そのため、第１の波長変換部１１２において、第１の入射部１１２ａから第１の出射部１１２ｂへ向かう光の割合が多くなり、第１の出射部１１２ｂから出射する第１の色の変換光ＣＬ１の指向性が強くなる。また、第２の波長変換部１３２において、第２の入射部１３２ａから第２の出射部１３２ｂへ向かう光の割合が多くなり、第２の出射部１３２ｂから出射する第２の色の変換光ＣＬ２の指向性が強くなる。
【０１５７】
そして、第１の色の変換光ＣＬ１と、第１の色と異なる第２の色の変換光ＣＬ２と、を混色することで、指向性の強い、単色では実現できない多様な色の発光Ｌ２が可能となる。
【０１５８】
また、実施例７に係る蛍光部材１３０において、第２の波長変換部１３２は、ロッド状の部材であり、該部材の長手方向の一端に第２の入射部１３２ａが形成されており、該部材の長手方向の他端に第２の出射部１３２ｂが形成されている。これにより、各入射部から入射した光が各ロッド状の部材を通過する間に方向が揃っていき、各出射部から出射する光の指向性が強くなる。
【０１５９】
以下に、実施例７に係る蛍光部材１３０における各波長変換部の組成や製法について説明する。実施例７に係る蛍光部材１３０は、第２の波長変換部１３２としてクロロアパタイト単結晶蛍光体を用い、第１の波長変換部１１２としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用いている。
【０１６０】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１３２の製造方法について説明する。出発原料として、ＣａＣＯ３、ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ、ＣａＣｌ２、の各原料を、これらのモル比がＣａＣＯ３：ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３：ＮＨ４Ｃｌ：ＣａＣｌ２：＝１．８：３．０：０．１：１．０：５．０となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合した。
【０１６１】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１２００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１２００℃で１０時間焼成（合成）し、次に、８００℃まで５℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、単結晶蛍光体を得た。
【０１６２】
この単結晶蛍光体は、組成がＣａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋であり、外径φ２００μｍ、長さ６０ｍｍであり、ｃ軸方向に成長した、中実の六角柱のクロロアパタイト単結晶蛍光体（以下、「柱状蛍光体」と称する場合がある。）を得た。この柱状蛍光体は、実施例６に係るクロロアパタイト単結晶蛍光体と同様の発光スペクトルを示す。実施例７に係るクロロアパタイト単結晶蛍光体は、波長４００ｎｍの励起光により、青色発光を示す蛍光体である。
【０１６３】
次に、柱状蛍光体の表面に、ＳｉＯ２膜を成膜する。具体的には、ＲＦマグネトロンスパッタリング装置にて、ターゲットにＳｉＯ２を使い、真空度０．２Ｐａ（Ａｒ／Ｏ２＝５０／５ｓｃｃｍ）、プロセス圧力１Ｐａの条件下で、２００℃に加熱した柱状蛍光体に、ＳｉＯ２を０．２μｍの厚みで成膜した。
【０１６４】
更に、ＳｉＯ２を被膜した柱状蛍光体の外側面にクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を形成し、これが第１の波長変換部１１２に相当する。このクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、波長４０５ｎｍの励起光により、波長５８０ｎｍにピークを持つブロードな黄色発光を示す蛍光体である。
【０１６５】
クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：５．０となるように秤量する。この原料混合物と、ＳｉＯ２を被膜したチューブ型蛍光体と、を等量、量りとり、乳鉢で軽く混ぜた後、乾燥エアーによる混合を行う。
【０１６６】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで８５０℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度８５０℃で４０ｈ焼成（合成）し、次に、７００℃まで８０℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０１６７】
これにより、ＳｉＯ２を被膜した柱状蛍光体を、クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体で包んだφ２５０μｍ、長さ６０ｍｍのロッド状の複合体を得た。このロッド状の複合体は、波長４０５ｎｍの励起光により、白色発光を示す蛍光体となる。
【０１６８】
［形状調整］
得られたロッド状の複合体をスライサーで長さ５０ｍｍに切断し、切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０１６９】
［側面反射膜］
蛍光部材１３０の側面１１８は、実施例６の蛍光部材２１０と同様に側面反射膜１２０が形成されている。
【０１７０】
［入射面］
蛍光部材１３０の入射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の入射面１２２と同様の構成である。
【０１７１】
［出射面］
蛍光部材１３０の出射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の出射面１２４と同様の構成である。
【０１７２】
［発光モジュール］
実施例７に係る蛍光部材を有する発光モジュールは、実施例６に係る発光モジュール２００と同様の構成であり、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光を発する。
【０１７３】
（実施例８）
図１９は、実施例８に係る蛍光部材の模式図である。以下の説明では、実施例６、実施例７と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【０１７４】
実施例８に係る蛍光部材１４０は、円筒状の第１の波長変換部１４２と、第１の波長変換部１４２の外径より小さな外径を有する、円柱状の第２の波長変換部１４４と、を備える。
【０１７５】
第１の波長変換部１４２は、光源の光Ｌ１が入射する環状の第１の入射部１４２ａと、入射した光により励起され、波長変換された第１の色の変換光ＣＬ１が出射する環状の第１の出射部１４２ｂとを有する。第２の波長変換部１４４は、光源の光Ｌ１が入射する第２の入射部１４４ａと、入射した光により励起され、波長変換された第２の色の変換光ＣＬ２が出射する第２の出射部１４４ｂとを有する。
【０１７６】
第１の波長変換部１４２は、第１の入射部１４２ａから入射した光源の光が第１の出射部１４２ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。第２の波長変換部１４４は、第２の入射部１４４ａから入射した光源の光が第２の出射部１４４ｂへ向かう際に散乱する程度が、多結晶材料の場合と比較して小さい材料で構成されている。
【０１７７】
そのため、第１の波長変換部１４２において、第１の入射部１４２ａから第１の出射部１４２ｂへ向かう光の割合が多くなり、第１の出射部１４２ｂから出射する第１の色の変換光ＣＬ１の指向性が強くなる。また、第２の波長変換部１４４において、第２の入射部１４４ａから第２の出射部１４４ｂへ向かう光の割合が多くなり、第２の出射部１４４ｂから出射する第２の色の変換光ＣＬ２の指向性が強くなる。
【０１７８】
そして、第１の色の変換光ＣＬ１と、第１の色と異なる第２の色の変換光ＣＬ２と、を混色することで、指向性の強い、単色では実現できない多様な色の発光Ｌ２が可能となる。
【０１７９】
以下に、実施例８に係る蛍光部材１４０における各波長変換部の組成や製法について説明する。実施例８に係る蛍光部材１４０は、第２の波長変換部１４４としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用い、第１の波長変換部１４２としてクロロアパタイト単結晶蛍光体を用いている。
【０１８０】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１４４の製造方法について説明する。クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：５．０となるように秤量する。この原料混合物をアルミナ乳鉢で粉砕、混合する。
【０１８１】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で３０ｈ焼成（合成）し、次に、７００℃まで５０℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０１８２】
これにより、粒径４ｍｍに成長したクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を得た。得られた単結晶蛍光体を、複屈折率を示さない光軸方向をＸ線回折で確認しながら、光軸方向に沿ってスライサーで切断する。切断された単結晶蛍光体は、太さ１００μｍの形状に研削、研磨された後、スライサーで長さ３ｍｍに切断し、ロッド形状を整えた。この単結晶蛍光体は、ピーク波長が４０５ｎｍの励起光により、波長５８０ｎｍ付近にピークを持つブロードな黄色発光を示す蛍光体である。図２０は、実施例８に係るクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体の発光スペクトルを示す図である。図２０に示すように、実施例８に係るクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、波長４０５ｎｍの励起光により、黄色発光を示す蛍光体である。以下、このクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体のロッドを、黄色ロッド蛍光体と称する場合がある。
【０１８３】
次に、黄色ロッド蛍光体の表面に、ＳｉＯ２膜を成膜する。具体的には、プラズマＣＶＤ装置にて、テトラメトキシシラン（ＴＥＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）を代表とする有機シリコン化合物と酸素を混合させたキャリアガスを使い、２００℃に加温した黄色ロッド型蛍光体に、ＳｉＯ２を０．２μｍの厚みで成膜した。更に赤外線ランプで黄色ロッド蛍光体を３分照射し、生成膜を堅牢にした。
【０１８４】
更に、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体の外側面にクロロアパタイト単結晶蛍光体を形成し、これが第１の波長変換部１４２に相当する。このクロロアパタイト単結晶蛍光体は、波長４００ｎｍの励起光により、波長４６０ｎｍにピークを持つブロードな青色発光を示す蛍光体である。
【０１８５】
製法を更に詳述すると、蒸留水に硝酸カルシウムを溶解させ、更にリン酸エトキシドを添加し（カルシウムとリンの合計モル濃度；０．０５ｍｏｌ／ｌ）、撹拌した後、濃塩酸（カルシウム１ｍｏｌに対して塩素は１ｍｏｌ）を加えた。この溶液に、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体を分散させ、６０℃で２時間乾燥して蒸留水を除去した。この後、大気中で８５０℃、２時間加熱することで結晶化を促進させ、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体を、クロロアパタイト単結晶蛍光体で包んだ太さφ２００μｍ長さ４ｍｍのロッド状の複合体を得た。
【０１８６】
［形状調整］
得られたロッド状の複合体をスライサーで長さ３ｍｍに切断し、切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０１８７】
［側面反射膜］
蛍光部材１４０の側面１１８は、実施例６の蛍光部材２１０と同様に側面反射膜１２０が形成されている。
【０１８８】
［入射面］
蛍光部材１４０の入射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の入射面１２２と同様の構成である。
【０１８９】
［出射面］
蛍光部材１４０の出射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の出射面１２４と同様の構成である。
【０１９０】
［発光モジュール］
実施例８に係る蛍光部材を有する発光モジュールは、実施例６に係る発光モジュール２００と同様の構成であり、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光を発する。
【０１９１】
（実施例９）
実施例９に係る蛍光部材の構成は、実施例８に係る蛍光部材１４０とほぼ同じである。はじめに、実施例８と同様の方法によって黄色ロッド蛍光体を作製する。次に、黄色ロッド蛍光体の表面に、ＳｉＯ２膜を成膜する。具体的には、高周波放電装置を備えたプラズマＣＶＤ装置にて、テトラメトキシシラン（ＴＥＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）を代表とする有機シリコン化合物と酸素を混合させたキャリアガスを使い、３００℃に加温した黄色ロッド型蛍光体に、１４ＭＨｚ、２Ｗ／ｃｍ２で高周波によるプラズマ放電を照射し、ＳｉＯ２を０．２μｍの厚みで成膜した。
【０１９２】
更に、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体の外側面にクロロアパタイト単結晶蛍光体を形成した。このクロロアパタイト単結晶蛍光体は、波長４００ｎｍの励起光により、波長４６０ｎｍにピークを持つ青色発光を示す蛍光体である。
【０１９３】
製法を更に詳述すると、蒸留水にカルシウムエトキシドを溶解させ、更にリン酸を添加し（カルシウムとリンの合計モル濃度；０．０５ｍｏｌ／ｌ）、撹拌した後、濃塩酸（カルシウム１ｍｏｌに対して塩素は１．５ｍｏｌ）を加えた。この溶液に、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体を分散させ、６０℃で２時間乾燥して蒸留水を除去した。この後、大気中で８５０℃、２時間加熱することで結晶化を促進させ、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体を、クロロアパタイト単結晶蛍光体で包んだ、太さφ２００μｍ、長さ４ｍｍ程度のロッド状の複合体を得た。
【０１９４】
その後は、実施例８と同様の手法により発光モジュールを作成した。実施例９に係る発光モジュールは、前述の各実施例に係る発光モジュールと同様に、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光を発する。
【０１９５】
（実施例１０）
図２１は、実施例１０に係る蛍光部材の模式図である。以下の説明では、実施例６〜９と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【０１９６】
実施例１０に係る蛍光部材１５０は、円筒状の第１の波長変換部１５２と、第１の波長変換部１５２の外径より小さな外径を有する、円柱状の第２の波長変換部１５４と、を備える。
【０１９７】
以下に、実施例１０に係る蛍光部材１５０における各波長変換部の組成や製法について説明する。実施例１０に係る蛍光部材１５０は、第２の波長変換部１５４としてナノコンポジット蛍光体を用い、第１の波長変換部１５２としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用いている。
【０１９８】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１５４の製造方法について説明する。ナノコンポジット蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２ファイバ、ＣａＩ２、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌを用いる。そして、ＣａＩ２、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＣａＩ２：Ｅｕ２Ｏ３：ＮＨ４Ｃｌ＝０．１：０．００４：０．１となるように秤量する。この原料混合物をアルミナ乳鉢で粉砕、混合した後、ＳｉＯ２ファイバ(φ２００μｍ、長さ１０ｍｍ)を３本更に混合する。
【０１９９】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で１５ｈ焼成（合成）し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０２００】
これにより、φ２００μｍ、長さ１０ｍｍのＳｉＯ２ファイバの中に直径約５０ｎｍの青色発光する蛍光体単結晶（Ｃａ，Ｅｕ）Ｉ２が分散したナノコンポジット蛍光体（以下、「ナノコンポジット蛍光体」と称することがある。）を得た。図２２は、実施例１０に係るナノコンポジット蛍光体の発光スペクトルを示す図である。図２２に示すように、実施例１０に係るナノコンポジット蛍光体は、ピーク波長が４０５ｎｍの励起光により、波長４６５ｎｍ付近にピークを持つ青色発光を示す蛍光体である。
【０２０１】
次に、ナノコンポジット蛍光体の表面に、ＳｉＯ２膜を成膜する。具体的には、プラズマＣＶＤ装置にて、テトラメトキシシラン（ＴＥＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）を代表とする有機シリコン化合物と酸素を混合させたキャリアガスを使い、４００℃に加温したナノコンポジット蛍光体に、ＳｉＯ２を０．２μｍの厚みで成膜した。
【０２０２】
更に、ＳｉＯ２を被膜したナノコンポジット蛍光体の外側面にクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を形成し、これが第１の波長変換部１５２に相当する。このクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、波長４０５ｎｍの励起光により、波長５８０ｎｍにピークを持つブロードな黄色発光を示す蛍光体である。
【０２０３】
クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：５．０となるように秤量し、秤量した各原料をアルミナ乳鉢に入れ粉砕混合した。
【０２０４】
この原料混合物と、ＳｉＯ２を被膜したナノコンポジット蛍光体とをアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで８５０℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度８５０℃で１０ｈ焼成（合成）し、次に、７００℃まで５０℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０２０５】
これにより、ＳｉＯ２を被膜したナノコンポジット蛍光体ロッドを、クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体で包んだφ２００μｍ、長さ１０ｍｍのロッド状の複合体を得た。
【０２０６】
［形状調整］
得られたロッド状の複合体をスライサーで長さ８ｍｍに切断し、切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０２０７】
［側面反射膜］
蛍光部材１５０の側面１１８は、実施例６の蛍光部材２１０と同様に側面反射膜１２０が形成されている。
【０２０８】
［入射面］
蛍光部材１５０の入射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の入射面１２２と同様の構成である。
【０２０９】
［出射面］
蛍光部材１５０の出射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の出射面１２４と同様の構成である。
【０２１０】
［発光モジュール］
実施例１０に係る蛍光部材を有する発光モジュールは、実施例６に係る発光モジュール２００と同様の構成であり、光ファイバを通してロッドに入射された紫光は、ナノコンポジット蛍光体ロッド（単結晶（Ｃａ，Ｅｕ）Ｉ２が分散したナノコンポジット蛍光体）とクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体により、強い指向性を示す白色光に変換される。
【０２１１】
（実施例１１）
図２３は、実施例１１に係る蛍光部材の模式図である。以下の説明では、実施例６〜１０と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【０２１２】
実施例１１に係る蛍光部材１６０は、円筒状の第１の波長変換部１６２と、第１の波長変換部１６２の外径より小さな外径を有する、円柱状の第２の波長変換部１６４と、を備える。
【０２１３】
以下に、実施例１１に係る蛍光部材１６０における各波長変換部の組成や製法について説明する。実施例１１に係る蛍光部材１６０は、第２の波長変換部１６４としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用い、第１の波長変換部１６２としてナノコンポジット蛍光体を用いている。
【０２１４】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１６４の製造方法について説明する。クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：５．０となるように秤量する。この原料混合物をアルミナ乳鉢で粉砕、混合する。
【０２１５】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で３０ｈ焼成（合成）し、次に、７００℃まで８０℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０２１６】
これにより、粒径８ｍｍに成長したクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を得た。得られた結晶は複屈折率を示さない光軸方向をＸ線回折で確認しながら、光軸方向に沿ってスライサーで切断する。切断された単結晶蛍光体は、太さ１００μｍの形状に研削、研磨された後、スライサーで長さ６ｍｍに切断し、ロッド形状を整えた。この単結晶蛍光体は、ピーク波長が４０５ｎｍの励起光により、波長５８０ｎｍ付近にピークを持つブロードな黄色発光を示す蛍光体である。
【０２１７】
次に、黄色ロッド蛍光体の表面に、ＳｉＯ２膜を成膜する。具体的には、プラズマＣＶＤ装置にて、テトラメトキシシラン（ＴＥＯＳ；Ｓｉ（ＯＣＨ３）４）を代表とする有機シリコン化合物と酸素を混合させたキャリアガスを使い、２００℃に加温した黄色ロッド型蛍光体に、ＳｉＯ２を０．２μｍの厚みで成膜した。更に赤外線ランプで黄色ロッド蛍光体を３分照射し、生成膜を堅牢にした。
【０２１８】
更に、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体の外側面にナノコンポジット蛍光体を形成する。ナノコンポジット蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＩ２、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌを用いる。そして、ＳｉＯ２、ＣａＩ２、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＩ２：Ｅｕ２Ｏ３：ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．１：０．００４：０．１となるように秤量する。この原料混合物を乾燥窒素雰囲気のグローブ中にて、アルミナ乳鉢で粉砕、混合する。
【０２１９】
この原料混合物と、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体とをアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで８５０℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度８５０℃で５ｈ焼成（合成）し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０２２０】
これにより、ＳｉＯ２を被膜した黄色ロッド蛍光体をナノコンポジット蛍光体ロッドで包んだφ２００μｍ、長さ８ｍｍのロッド状の複合体を得た。
［形状調整］
得られたロッド状の複合体をスライサーで長さ６ｍｍに切断し、切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０２２１】
［側面反射膜］
蛍光部材１６０の側面１１８は、実施例６の蛍光部材２１０と同様に側面反射膜１２０が形成されている。
【０２２２】
［入射面］
蛍光部材１６０の入射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の入射面１２２と同様の構成である。
【０２２３】
［出射面］
蛍光部材１６０の出射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の出射面１２４と同様の構成である。
【０２２４】
［発光モジュール］
実施例１１に係る蛍光部材を有する発光モジュールは、実施例６に係る発光モジュール２００と同様の構成であり、光ファイバを通してロッドに入射された紫光は、ナノコンポジット蛍光体ロッド（単結晶（Ｃａ，Ｅｕ）Ｉ２が分散したナノコンポジット蛍光体）とクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体により、強い指向性を示す白色光に変換される。
【０２２５】
（実施例１２）
図２４は、実施例１２に係る蛍光部材の模式図である。以下の説明では、実施例６〜１１と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【０２２６】
実施例１２に係る蛍光部材１７０は、円柱状の第１の波長変換部１７２と、円柱状の第２の波長変換部１７４と、を備える。蛍光部材１７０では、第１の波長変換部１７２および第２の波長変換部１７４の直径はほぼ同じである。また、第１の波長変換部１７２の第１の出射部１７２ｂと、第２の波長変換部１７４の第２の入射部１７４ａとは、対向するように配置されている。
【０２２７】
以下に、実施例１２に係る蛍光部材１７０における各波長変換部の組成や製法について説明する。実施例１２に係る蛍光部材１７０は、第１の波長変換部１７２としてクロロアパタイト単結晶蛍光体を用い、第２の波長変換部１７４としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用いている。
【０２２８】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１７４の製造方法について説明する。クロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体は、出発原料として、ＳｉＯ２、ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌの各原料を、これらのモル比がＳｉＯ２：ＣａＣＯ３、ＳｒＣｌ２・２Ｈ２Ｏ：Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ＝１．０：０．５：０．８：０．２：５．０となるように秤量する。この原料混合物をアルミナ乳鉢で粉砕、混合する。
【０２２９】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１０００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１０００℃で３０ｈ焼成（合成）し、次に、７００℃まで５０℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥した。
【０２３０】
これにより、粒径８ｍｍに成長したクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を得た。得られた単結晶蛍光体を、複屈折率を示さない光軸方向をＸ線回折で確認しながら、光軸方向に沿ってスライサーで切断する。切断された単結晶蛍光体は、太さ１００μｍの形状に研削、研磨された後、スライサーで長さ６ｍｍに切断し、ロッド形状を整えた。この単結晶蛍光体は、ピーク波長が４００ｎｍの励起光により、波長５８０ｎｍ付近にピークを持つブロードな黄色発光を示す蛍光体である。以下、このクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体のロッドを、黄色ロッド蛍光体と称する場合がある。
【０２３１】
次に、第１の波長変換部１７２となるクロロアパタイト単結晶蛍光体を作製する。クロロアパタイト単結晶蛍光体は、出発原料として、ＣａＣＯ３、ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ、ＣａＣｌ２の各原料を、これらのモル比がＣａＣＯ３、ＣａＨＰＯ４・２Ｈ２Ｏ、Ｅｕ２Ｏ３、ＮＨ４Ｃｌ、ＣａＣｌ２＝１．８：３．０：０．１：１．０：５．０となるように秤量する。この原料混合物をアルミナ乳鉢で粉砕、混合する。
【０２３２】
この原料混合物をアルミナ坩堝に入れ、昇温速度１００℃／ｈで１２００℃まで加熱し、還元雰囲気の電気炉で所定の雰囲気（Ｈ２：Ｎ２＝５：９５）、温度１２００℃で１０時間焼成（合成）し、次に、８００℃まで５℃／ｈの冷却速度で降温し、その後自然冷却をして焼成物を得た。得られた焼成物を温純水で丹念に洗浄、ろ過し、１２０℃で１ｈ乾燥し、単結晶蛍光体を得た。
【０２３３】
この単結晶蛍光体は、組成がＣａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋であり、長さ８ｍｍであり、ｃ軸方向に成長した、中実の六角柱のクロロアパタイト単結晶蛍光体（以下、「柱状蛍光体」と称する場合がある。）を得た。この柱状蛍光体は、実施例６に係るクロロアパタイト単結晶蛍光体と同様の発光スペクトルを示す。得られた六角柱のクロロアパタイト単結晶蛍光体は、スライサーで長さ６ｍｍに切断し、太さφ１００μｍに切削し、切断面及び側面を研磨し、ロッド形状を整えた。以下、このクロロアパタイト単結晶蛍光体のロッドを、青色ロッド蛍光体と称する。
【０２３４】
次に、黄色ロッド蛍光体の表面と青色ロッド蛍光体の表面とを常温接合する。具体的には、両蛍光体とも、接合面の表面粗さをＲａが１ｎｍ以下となるように研磨する。そして、高真空（〜１０−５Ｐａ以下）中に、一定間隔（２ｍｍ）で接合面を上下向き合うように設置し、２つの材料表面の酸化膜層や吸着分子をアルゴンビームでエッチングする。その後、接合面を合わせ、加圧して接合する。あるいは、オプティカルコンタクトにより接合させ、６００℃、１ｈ加熱して接合強度を高めてもよい。
【０２３５】
［形状調整］
接合されたロッド状の複合体をスライサーで長さ１０ｍｍに切断し、太さ１００μｍの形状に切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０２３６】
［側面反射膜］
蛍光部材１７０の側面１１８は、実施例６の蛍光部材２１０と同様に側面反射膜１２０が形成されている。
【０２３７】
［入射面］
蛍光部材１７０の入射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の入射面１２２と同様の構成である。
【０２３８】
［出射面］
蛍光部材１７０の出射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の出射面１２４と同様の構成である。
【０２３９】
［発光モジュール］
実施例１２に係る蛍光部材を有する発光モジュールは、実施例６に係る発光モジュール２００と同様の構成であり、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光を発する。
【０２４０】
（実施例１３）
図２５は、実施例１３に係る蛍光部材の模式図である。以下の説明では、実施例６〜７と同様の構成については同じ符号を付して説明を適宜省略する。
【０２４１】
実施例１３に係る蛍光部材１８０は、円柱状の第１の波長変換部１８２と、円柱状の第２の波長変換部１８４と、第１の波長変換部１８２と第２の波長変換部１８４との間に設けられている円柱状の緩衝層１８６と、を備える。蛍光部材１８０では、第１の波長変換部１８２、第２の波長変換部１８４および緩衝層１８６の直径はほぼ同じである。また、第１の波長変換部１８２の第１の出射部１８２ｂと、第２の波長変換部１８４の第２の入射部１８４ａとは、緩衝層１８６を挟んで対向するように配置されている。
【０２４２】
以下に、実施例１３に係る蛍光部材１８０における各波長変換部および緩衝層の組成や製法について説明する。実施例１３に係る蛍光部材１８０は、第１の波長変換部１８２としてクロロアパタイト単結晶蛍光体を用い、第２の波長変換部１８４としてクロロメタ珪酸塩単結晶蛍光体を用いている。
【０２４３】
［ロッドの作成］
はじめに、第２の波長変換部１８４を製造する。第２の波長変換部１８４の製造方法は、実施例１２に係る第２の波長変換部１７４と同様である。
【０２４４】
次に、第１の波長変換部１８２となるクロロアパタイト単結晶蛍光体を作製する。第１の波長変換部１８２の製造方法は、実施例１２に係る第１の波長変換部１７２と同様である。
【０２４５】
次に、緩衝層１８６を第１の波長変換部１８２および第２の波長変換部１８４の間に設け、互いに接合する。緩衝層１８６は、太さφ２５０μｍ、長さ１ｍｍのロッド形状であり、切断面及び側面を研磨して外形形状を整えたものである。ロッドはＳｉＯ２を基にした珪酸塩ガラス、石英、またはフッ化ガラスが好適である。
【０２４６】
はじめに、第１の波長変換部１８２と緩衝層１８６とを接合する。具体的には、各接合面を十分に研磨、洗浄した後、ゾルゲル材料が膜厚０．３μｍとなるように接合面にスピンコートで塗布する。その後、速やかに真空乾燥し、互いの接合面を接触させ、干渉縞が視認できなくなるように冶具を用いて挟み込み、３５０℃で２ｈ加熱し、冷却後、冶具を外した。更に、第１の波長変換部１８２と緩衝層１８６とが接合したロッド状積層体に、第２の波長変換部１８４を前述と同様の手法で接合した。なお、緩衝層１８６と、第１の波長変換部１８２および第２の波長変換部１８４とを同時に接合してもよい。
【０２４７】
［形状調整］
接合されたロッド状の複合体をスライサーで長さ１０ｍｍに切断し、太さ２５０μｍの形状に切断面及び側面を研磨して、ロッド形状を整えた。
【０２４８】
［側面反射膜］
蛍光部材１８０の側面１１８は、実施例６の蛍光部材２１０と同様に側面反射膜１２０が形成されている。
【０２４９】
［入射面］
蛍光部材１８０の入射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の入射面１２２と同様の構成である。
【０２５０】
［出射面］
蛍光部材１８０の出射面は、実施例６に係る蛍光部材２１０の出射面１２４と同様の構成である。
【０２５１】
［発光モジュール］
実施例１３に係る蛍光部材を有する発光モジュールは、実施例６に係る発光モジュール２００と同様の構成であり、青色光と黄色光との混色により強い指向性を示す白色光を発する。
【０２５２】
（発光モジュールの用途）
上述の各実施例に係る発光モジュールは、指向性の高い光を実現できる。指向性の高い光は、例えば、医療機器、光学機器、通信用光源など様々な分野に利用できる。中でも、白色光が出せる光源の場合、ＬＥＤよりも高効率な照明やディスプレイ用バックライトへの適用が可能となる。
【０２５３】
また、高い光束が効率よく得られることから、従来のレーザ光源より省エネルギかつコンパクトな強指向性光源を実現できる。以下、適用例を説明する。
【０２５４】
（１）光線力学的治療
肺の中の病巣での腫瘍と正常細胞を区別して診断するために、腫瘍親和性の光感性物質を静脈内注射し、数時間後、気管支鏡を使って、強指向性光源を病巣部に照射する。これにより、病巣の位置を精度良く把握できる。
【０２５５】
（２）ウツを緩和する光療法
耳の穴を通して指向性の高い光を照射する。これにより、照射時間が短くてもウツを緩和する効果を高めることができる。
【０２５６】
（３）ウェアラブル端末等の小型装置の光源
上述の各実施例に係る発光モジュールは、省エネルギかつコンパクトな強指向性光源として適用が可能となる。
【０２５７】
（４）高輝度ランプ
上述の各実施例に係る発光モジュールは、より小さい領域からの出射光と高い光束を実現できることから、より高輝度のランプの光源に利用できる。特に、省電力、小型化が求められる自動車用ランプに利用できる。
【０２５８】
（５）その他
上述の各実施例に係る発光モジュールは、プロジェクタ、光学顕微鏡、蛍光顕微鏡等の微小部分への照明装置に利用できる。また、レーザポインタの光源に利用することで、巨大スクリーンで使うときのように距離が離れていても光がにじまない。また、レーザショーで用いる照明の光源としても利用できる。
【０２５９】
以上、本発明を実施の形態や各実施例をもとに説明した。この実施の形態や各実施例は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
【符号の説明】
【０２６０】
１０  発光素子、  １２  波長変換部、  １２ａ  入射部、  １２ｂ  出射部、  １２ｃ  側面、  １６  反射部、  １６ａ  反射膜、  １６ｂ  ショートパスフィルタ、  １６ｃ  反射膜、  １８  蛍光体ロッド、  ２０  光ファイバ、  ２２  レーザダイオード、  ２３  結晶子、  ２４  蛍光体、  ２４ａ  表面、  １００，１１０  発光モジュール。
【産業上の利用可能性】
【０２６１】
本発明は、蛍光部材および発光モジュールに利用できる。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【国際調査報告】
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