(57)【要約】【課題】発光効率の低下を抑制する。【解決手段】本開示の一態様に係る波長変換部材は、基板と、第１の波長変換層と、第２の波長変換層とを備えている。前記第１の波長変換層は、前記基板上に配置され、第１の蛍光体材料と、第１のマトリクス材料とを含む。前記第２の波長変換層は、前記第1の波長変換層に対向する第１の主面と、半導体発光素子からの励起光が入射する第２の主面とを有し、第２の蛍光体材料と、第１の粒子状無機材料と、第２のマトリクス材料とを含む。前記第１の蛍光体材料および前記第２の蛍光体材料は、前記第２の主面から入射した前記励起光を、前記励起光よりも長い波長を有する蛍光に変換し、前記蛍光が前記第２の波長変換層の前記第２の主面から放射される。前記第１の波長変換層における第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２の波長変換層における第２の蛍光体材料の体積比率よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置され、第１の蛍光体材料と、第１のマトリクス材料とを含む第１の波長変換層と、
前記第1の波長変換層に対向する第１の主面と、半導体発光素子からの励起光が入射する第２の主面とを有し、第２の蛍光体材料と、第１の粒子状無機材料と、第２のマトリクス材料とを含む第２の波長変換層とを備え、
前記第１の蛍光体材料および前記第２の蛍光体材料は、前記第２の主面から入射した前記励起光を、前記励起光よりも長い波長を有する蛍光に変換し、前記蛍光が前記第２の波長変換層の前記第２の主面から放射され、
前記第１の波長変換層における第１の蛍光体材料の体積比率が、前記第２の波長変換層における第２の蛍光体材料の体積比率よりも高い、
波長変換部材。
【請求項２】
前記第２の波長変換層のすくなくとも１つの側面に配置され、第２の粒子状無機材料と、第３のマトリクス材料とを含む反射層を、更に備える請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記第１の波長変換層における前記第１の蛍光体材料の体積比率が、３０％以上８０％以下である、請求項１または２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記第２の波長変換層における前記第２の蛍光体材料の体積比率が、０．１％以上２０％以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記第１のマトリクス材料の熱伝導率が、前記第２のマトリクス材料の熱伝導率よりも高い、請求項１から４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記第１のマトリクス材料が、酸化亜鉛である、請求項１から５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記第２のマトリクス材料が、シロキサン結合を有する材料である、請求項１から６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項８】
ピーク波長が４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の励起光を出射する半導体発光素子と、
半導体発光素子からの励起光が照射され蛍光を発する、請求項１から７のいずれか１項に記載の波長変換部材と、を具備する光源。
【請求項９】
請求項８に記載の光源と、
前記光源からの光を外部に導く出射光学系と、
を具備する車両用ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体発光素子からの光をより長波長の光に波長変換する蛍光体を備えた波長変換部材、その波長変換部材を備えた光源、およびその光源を備えた車両用ヘッドランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を発生する灯具であって、光を発生する半導体発光素子と、半導体発光素子から離間して設けられた蛍光体と、半導体発光素子が発生する光を蛍光体に集光する第１光学部材と、蛍光体が設けられている位置に光学的中心を有し、第１光学部材により集光された光に応じて蛍光体が発生する光を灯具の外部に照射する第２光学部材とを備える車両用灯具があった（特許文献１）。
【０００３】
特許文献１では、半導体発光素子から照射される励起光の蛍光体面上でのスポット面積が、その蛍光体面の面積よりも小さくなるようにすることで、発光効率が向上することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−９９２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示は、発光効率の低下を抑制する波長変換部材を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る波長変換部材は、基板と、第１の波長変換層と、第２の波長変換層とを備えている。前記第１の波長変換層は、前記基板上に配置され、第１の蛍光体材料と、第１のマトリクス材料とを含む。前記第２の波長変換層は、前記第1の波長変換層に対向する第１の主面と、半導体発光素子からの励起光が入射する第２の主面とを有し、第２の蛍光体材料と、第１の粒子状無機材料と、第２のマトリクス材料とを含む。前記第１の蛍光体材料および前記第２の蛍光体材料は、前記第２の主面から入射した前記励起光を、前記励起光よりも長い波長を有する蛍光に変換し、前記蛍光が前記第２の波長変換層の前記第２の主面から放射される。前記第１の波長変換層における第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２の波長変換層における第２の蛍光体材料の体積比率よりも高い。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の波長変換部材によれば、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】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る光源の概略構成を示す断面の構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係る光源の概略構成を示す断面の構成図である。
【図３】第３の実施の形態に係る車両用ヘッドランプの概略構成を示す構成図である。
【図４】第４の実施の形態に係る車両の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
従来の技術によれば、発光効率の向上とともに、車両用灯具としての法規を満足するための発光部と非発光部とのコントラストの向上及び製造に容易な発光色を調整する方法が求められていた。そこで、本発明者らは、発光効率を犠牲にすることなく、発光部と非発光部のコントラストを向上させ、また容易に安定した発光色を実現する方法を提供すべく、鋭意、研究した。本開示によれば、励起光から蛍光への主たる波長変換は第１の波長変換層において生じるため、波長変換の際に生じる熱を効率よく基板側へ排熱でき、発光効率の低下を抑制することが可能となる。また、第２の波長変換層の周囲に反射層を設け、第２の波長変換層の厚みを制御することによって、発光部と非発光部のコントラストを向上させるとともに発光色を容易に調整することを可能にする。
【００１０】
本開示の一態様にかかる波長変換部材は、基板と、第１の波長変換層と、第２の波長変換層とを備えている。前記第１の波長変換層は、前記基板上に配置され、第１の蛍光体材料と、第１のマトリクス材料とを含む。前記第２の波長変換層は、前記第1の波長変換層に対向する第１の主面と、半導体発光素子からの励起光が入射する第２の主面とを有し、第２の蛍光体材料と、第１の粒子状無機材料と、第２のマトリクス材料とを含む。前記第１の蛍光体材料および前記第２の蛍光体材料は、前記第２の主面から入射した前記励起光を、前記励起光よりも長い波長を有する蛍光に変換し、前記蛍光が前記第２の波長変換層の前記第２の主面から放射される。前記第１の波長変換層における第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２の波長変換層における第２の蛍光体材料の体積比率よりも高い。
【００１１】
前記波長変換部材は、前記第２の波長変換層のすくなくとも１つの側面に配置され、第２の粒子状無機材料と、第３のマトリクス材料とを含む反射層を、更に備えていてもよい。前記第１の波長変換層における前記第１の蛍光体材料の体積比率は、３０％以上８０％以下であってもよい。前記第２の波長変換層における前記第２の蛍光体材料の体積比率が、０．１％以上２０％以下であってもよい。前記第１のマトリクス材料の熱伝導率が、前記第２のマトリクス材料の熱伝導率よりも高くてもよい。前記第１のマトリクス材料が、酸化亜鉛であってもよい。前記第２のマトリクス材料が、シロキサン結合を有する材料であってもよい。
【００１２】
本開示の一態様にかかる光源は、ピーク波長が４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の前記励起光を出射する前記半導体発光素子と、前記波長変換部材と、を具備する。本開示の一態様にかかる車両用ヘッドランプは、前記光源と、前記光源からの光を外部に導く出射光学系と、を具備する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る光源１０の概略構成を示している。光源１０は、少なくとも半導体発光素子１１と波長変換部材２０を備える。半導体発光素子１１は励起光３１を出射し、波長変換部材２０は励起光３１を受け取り、励起光３１よりも長い波長の蛍光３２および励起光３１の拡散反射光３３を放射する。半導体発光素子１１は、ＬＥＤ、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）などであってもよい。本実施の形態では、例えば、半導体発光素子１１はＬＤである。半導体発光素子１１は、１つのＬＤであってもよく、また、複数のＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子１１は、例えば、青色光を出射する。本開示において、青色光とは、ピーク波長が４２０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の光をいう。光源１０はさらに入射光学系１２を備えており、半導体発光素子１１が出射する励起光３１の光路上に入射光学系１２が位置していてもよい。入射光学系１２は、例えば、レンズ、ミラー、光ファイバまたはこれらの任意の組合せを備えている。
【００１４】
上述したように、波長変換部材２０は、半導体発光素子１１からの励起光が入射する面を有し、この面から励起光３１よりも長波長の蛍光３２および波長変換されなかった励起光３１と同じ波長の拡散反射光３３を放射する。波長変換部材２０は、少なくとも基板２１上に形成された第１の波長変換層２０１と第１の波長変換層２０１上に形成された第２の波長変換層２０２と、を備える。波長変換部材２０は、更に、第１の波長変換層２０１上、かつ第２の波長変換層２０２の周囲に形成された反射層２０３を備える。
【００１５】
第１の波長変換層２０１は、第１の主面２０１ａおよび第２の主面２０１ｂを有する。第１の主面２０１ａは基板２１と対向している。第２の主面２０１ｂは、第１の主面２０１ａの反対側に位置する。第１の波長変換層２０１は、少なくとも第１の蛍光体材料２５と第１のマトリクス材料２２とを含む。第１の蛍光体材料２５は、励起光３１を蛍光３２の一部に変換する主たる機能を有する。第１の蛍光体材料２５は、特に材料組成が限定されるものではない。本実施の形態においては、例えば、第１の蛍光体材料２５は（Ｙ1−yＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋［０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１］蛍光体である。第１のマトリクス材料２２は、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料、またはＡｌ２Ｏ３若しくはＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。本実施の形態においては、例えば、第１のマトリクス材料２２はＺｎＯである。
【００１６】
ＺｎＯを第１のマトリクス材料２２として使用する場合、例えば以下の方法で第１の蛍光体材料２５を封止することができる。すなわち、（１）ＺｎＯの種結晶を真空蒸着で成膜した基板２１上に第１の蛍光体材料２５のみの層を例えばキャスト法で形成し、（２）その基板２１を例えばヘキサメチレンテトラミン（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ）（Ｃ６Ｈ１２Ｎ４）を含有する硝酸亜鉛（Ｚｉｎｃ  ｎｉｔｅｒａｔｅ）（Ｚｎ（ＮＯ３）２）の水溶液に浸漬し、（３）その水溶液の温度を８０℃にする。これにより、第１の蛍光体材料２５の周囲を囲むようにＺｎＯを液相成長させることができる。この方法で作製した第１のマトリクス材料２２であるＺｎＯの熱伝導率は、１０Ｗ/ｍ・Ｋである。
【００１７】
第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率は、３０％以上８０％以下が望ましい。本実施の形態においては、例えば、第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率は６０％である。第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率を３０％以上とすることにより、第１の蛍光体材料２５の粒子同士の接触面積が大きくなり、粒子間での熱伝導が起こりやすくなる。よって、波長変換の際に生じる熱を基板２１に十分放熱することができ、波長変換部材２０の温度の上昇を抑制し、発光効率の低下を抑えることができる。第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率を８０％以下とすることにより、第１の蛍光体材料２５の粒子の破砕等を低減することができる。よって、破砕によって生じる欠陥のために発光効率が低下することを抑制できる。
【００１８】
波長変換層における蛍光体材料の体積比率の測定法としては、波長変換層において蛍光体材料は規則性なく一様に存在することから、波長変換層の一断面における波長変換層全体の断面積に対する蛍光体材料断面の比率と同義であることを利用する。例えば、クロスセクシャルポリッシャ加工（以下、ＣＰ加工）を用いて出した波長変換層の断面を走査型顕微鏡（以下、ＳＥＭ）によって観察することで、波長変換部材の全体の断面面積に対する蛍光体材料の断面面積比率を算出する。これにより、前記断面面積比率を波長変換層における蛍光体材料の体積比率とする。
【００１９】
第１の波長変換層２０１には、第１の蛍光体材料２５と第１のマトリクス材料２２の他にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの粒子状無機粒子を第１の蛍光体材料２５の体積比率より少ない量を含んでもよい。これにより、励起光３１及び蛍光３２の散乱を制御することができる。
【００２０】
第２の波長変換層２０２は、第１の主面２０２ａおよび第２の主面２０２ｂを有する。第１の主面２０２ａは、第１の波長変換層２０１の第２の主面２０１ｂと対向している。第２の主面２０２ｂは、第１の主面２０２ａの反対側に位置する。また、第２の主面２０２ｂは、波長変換部材２０における励起光３１の入射面であり、かつ、蛍光３２および拡散反射光３３の放射面である。第２の波長変換層２０２において、第１の主面２０２ａは、基板２１側の表面であり、第２の主面２０２ｂは、基板２１と反対側の表面である。第２の波長変換層２０２は、少なくとも第２の蛍光体材料２６と第１の粒子状無機材料２７と第２のマトリクス材料２３とを含む。第２の蛍光体材料２６は、励起光３１を蛍光３２の一部に変換する。第１の粒子状無機材料２７は、励起光３１と同じ波長の拡散反射光３３を発生する機能を有する。
【００２１】
第２の蛍光体材料２６は、特に材料組成が限定されるものではなく、第１の蛍光体材料２５と同じであってもよい。本実施の形態においては、例えば、第２の蛍光体材料２６は（Ｙ1−yＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋［０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１］蛍光体である。第１の粒子状無機材料２７は、可視光領域の光吸収が少ない透明材料が望ましい。第１の粒子状無機材料２７は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢａＳＯ４などであってもよい。本実施の形態においては、例えば、第１の粒子状無機材料２７はＳｉＯ２である。第２のマトリクス材料２３は、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料、またはＡｌ２Ｏ３若しくはＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。本実施の形態においては、例えば、第２のマトリクス材料２３は、シロキサン結合を有する有機無機ハイブリッド材料であるポリシルセスキオキサンである。
【００２２】
ポリシルセスキオキサンを第２のマトリクス材料２３として使用する場合、例えば以下の方法で第２の蛍光体材料２６と第１の粒子状無機材料２７を封止することができる。すなわち、（１）ベンジルアルコール溶媒に溶解したポリシルセスキオキサンと第２の蛍光体材料２６と第１の粒子状無機材料２７を混合してペースト状にし、（２）このペースト状にしたものを例えばスクリーン印刷法にて第１の波長変換層２０１上に塗布して熱硬化させる。これにより、第２の蛍光体材料２６と第１の粒子状無機材料２７を封止した第２のマトリクス材料２３を形成することができる。この方法で作製した第２のマトリクス材料２３であるポリシルセスキオキサンの熱伝導率は、１Ｗ/ｍ・Ｋである。
【００２３】
第２の波長変換層２０２における第２の蛍光体材料２６の体積比率は、第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率よりも低いことが望ましい。より望ましくは、第２の波長変換層２０２における第２の蛍光体材料２６の体積比率は、０．１％以上２０％以下である。第２の波長変換層２０２における第２の蛍光体材料２６の体積比率は、例えば、１％であってよい。
【００２４】
第１の波長変換層２０１は、励起光３１を励起光３１よりも波長の長い蛍光に変換し、その蛍光を放射する。第２の波長変換層２０２は、励起光３１を励起光３１よりも波長の長い蛍光に変換し、その蛍光を放射する。波長変換部材２０から放射される蛍光３２は、第１の波長変換層２０１からの蛍光と第２の波長変換層２０２からの蛍光とを含む。第２の波長変換層２０２は、さらに、励起光３１と同じ波長の拡散反射光３３を出射する。このため、第２の波長変換層２０２の厚さを変えることによって、蛍光３２と拡散反射光３３との混合の割合を変化させ、波長変換部材２０から出射する光の光色を調整することが可能となる。
【００２５】
このとき、第２の波長変換層２０２における第２の蛍光体材料２６の体積比率が、第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率よりも高い場合、励起光３１が第２の波長変換層２０２にまず照射されるため、第２の蛍光体材料２６による蛍光の量が、第２の波長変換層２０２の厚さに依存して大きく変化する。このため、波長変換部材２０から出射する光の光色が、第２の波長変換層２０２のわずかな厚さの差異によって、容易に変化する。第２の波長変換層２０２における第１の粒子状無機材料２７の体積比率は、特に限定されるものではなく、蛍光３２と励起光３１の拡散反射光３３を合わせた光の光色に応じて、調整することが可能である。
【００２６】
反射層２０３は、少なくとも第２の粒子状無機材料２８と第３のマトリクス材料２４を含み、第２の波長変換層２０２の第１の主面２０２ａおよび第２の主面２０２ｂの間に位置する少なくとも１つの側面２０２ｃに配置される。本実施形態では、反射層２０３は、第２の波長変換層２０２の側面２０２ｃに接し、かつ、第１の波長変換層２０１の第２の主面２０１ｂ上に位置している。第２の波長変換層２０２は、平面視において（つまり、第２の主面２０２ｂに垂直な方向から見て）、円形状または楕円形状を有していてもよいし、三角形形状、矩形形状あるいは、多角形形状を有していてもよい。第２の波長変換層２０２が、平面視において、円または楕円形状を有している場合、側面は１つであり、三角形形状、矩形形状あるいは、多角形形状を有する場合、側面は複数である。
【００２７】
反射層２０３は、励起光３１が照射される第２の波長変換層２０２の面以外の面から蛍光３２が放出されることを抑制する機能を有し、発光部と非発光部のコントラストを向上させる。ここでコントラストとは、発光部である第２の波長変換層２０２と非発光部である反射層２０３との輝度の比（発光部の輝度÷非発光部の輝度）を意味する。
【００２８】
第２の粒子状無機材料２８は、可視光領域の光吸収が少ない透明材料が望ましい。第２の粒子状無機材料２８は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢａＳＯ４などであってよい。本実施の形態においては、例えば第２の粒子状無機材料２８はＴｉＯ２である。第３のマトリクス材料２４は、ガラス、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料、またはＡｌ２Ｏ３若しくはＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。本実施の形態においては、例えば、第３のマトリクス材料２４は、シロキサン結合を有するシリコーン樹脂である。
【００２９】
ポリシルセスキオキサンを第３のマトリクス材料２４として使用する場合、例えば以下の方法で、第２の粒子状無機材料２８を封止することができる。すなわち、（１）ベンジルアルコール溶媒に溶解したポリシルセスキオキサンと第２の粒子状無機材料２８を混合してペースト状にし、（２）そのペースト状にしたものを例えばスクリーン印刷法にて第１の波長変換層２０１上に塗布し、熱硬化させる。これにより、第２の粒子状無機材料２８を封止した第３のマトリクス材料２４を形成することができる。
【００３０】
上述したように、本開示の第１の実施の形態によれば、第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率が、第２の波長変換層２０２における第２の蛍光体材料２６の体積比率よりも高い。これにより、波長変換部材２０において、波長変換時に生じる熱の主たる発生源は、第１の波長変換層２０１となる。第１の波長変換層２０１は、第２の波長変換層２０２よりも第１の蛍光体材料２５同士の接触面積が大きく、基板２１とも接する。これにより、波長変換時に発生する熱を効率的に排熱することが可能となり、発光効率の低下を抑制することができる。また、第２の波長変換層２０２における第２の蛍光体材料２６の体積比率が、第１の波長変換層２０１における第１の蛍光体材料２５の体積比率よりも低く、かつ、第２の波長変換層２０２が第１の粒子状無機材料２７を含有する。これにより、第２の波長変換層２０２の厚さによって、蛍光３２と励起光３１の拡散反射光３３との比率が変化し、発光色を調整することが可能となる。反射層２０３は、励起光３１が照射される第２の波長変換層２０２の面以外の面から蛍光３２が放出されることを抑制する。これにより、発光部と非発光部のコントラストを向上することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図２は、本開示の第２の実施の形態に係る光源４０の概略構成を示している。光源４０は、少なくとも半導体発光素子４１と波長変換部材５０を備える。半導体発光素子４１は励起光６１を出射し、波長変換部材５０は励起光６１を受け取り、励起光６１よりも長い波長の蛍光６２を放射する。半導体発光素子４１は、ＬＥＤ、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）などであってもよい。本実施の形態では、例えば、半導体発光素子４１はＬＤである。半導体発光素子４１は、１つのＬＤであってもよく、また、複数のＬＤを光学的に結合させたものでもよい。半導体発光素子４１は、例えば、青色光を出射する。第１の実施の形態と同様、光源４０はさらに入射光学系４２を備えており、半導体発光素子４１が出射する励起光６１の光路上に入射光学系４２が位置していてもよい。入射光学系４２は、例えば、レンズ、ミラー光ファイバまたはこれらの任意の組合せを備えている。
【００３２】
波長変換部材５０は、半導体発光素子４１からの励起光が入射する面を有し、この面から励起光６１よりも長波長の蛍光６２および波長変換されなかった励起光６１と同じ波長の拡散反射光６３を放射する。波長変換部材５０は、少なくとも基板５１上に形成された第１の波長変換層５０１と第１の波長変換層５０１上に形成された第２の波長変換層５０２とを備える。波長変換部材５０は、更に、第１の波長変換層５０１の側面および第２の波長変換層５０２の側面に配置された反射層５０３を備える。
【００３３】
第１の波長変換層５０１は、第１の主面５０１ａと、第２の主面５０１ｂと、第１の主面５０１ａおよび第２の主面５０１ｂの間に位置する少なくとも１つの側面５０１ｃとを有する。第１の主面５０１ａは基板５１と対向している。第２の主面５０１ｂは、第１の主面５０１ａの反対側に位置する。第１の波長変換層５０１は、少なくとも第１の蛍光体材料５５と第１のマトリクス材料５２とを含む。第１の波長変換層５０１は、励起光６１を蛍光６２に変換する主たる機能を有する。第１の蛍光体材料５５は、特に材料組成が限定されるものではない。本実施の形態においては、例えば、第１の蛍光体材料５５は（Ｙ1−yＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋［０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１］蛍光体である。第１のマトリクス材料５２は、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料、またはＡｌ２Ｏ３若しくはＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。本実施の形態においては、例えば、第１のマトリクス材料５２はＺｎＯである。
【００３４】
ＺｎＯを第１のマトリクス材料５２として使用する場合、例えば以下の方法で第１の蛍光体材料５５を封止することができる。すなわち、（１）基板５１上の第１の波長変換層５０１を形成する位置にＺｎＯの種結晶を真空蒸着で成膜し、ＺｎＯの種結晶上に第１の蛍光体材料５５のみの層を例えばキャスト法で形成し、（２）その基板５１を例えばヘキサメチレンテトラミン（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｔｒａｍｉｎｅ）（Ｃ６Ｈ１２Ｎ４）を含有する硝酸亜鉛（Ｚｉｎｃ  ｎｉｔｅｒａｔｅ）（Ｚｎ（ＮＯ３）２）の水溶液に浸漬し、（３）その水溶液の温度を８０℃にする。これにより、基板５１上の特定の位置に第１の蛍光体材料５５の周囲を囲むようにＺｎＯを液相成長させた第１の波長変換層５０１を形成することができる。この方法で作製した第１のマトリクス材料５２であるＺｎＯの熱伝導率は、１０Ｗ/ｍ・Ｋである。
【００３５】
第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率は、３０％以上８０％以下が望ましい。本実施の形態においては、例えば、第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率は５０％である。第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率を３０％以上とすることにより、第１の蛍光体材料５５の粒子同士の接触面積が大きくなり、粒子間での熱伝導が起こりやすくなる。よって、波長変換の際に生じる熱を基板５１に十分放熱することができ、波長変換部材５０の温度の上昇を抑制し、発光効率の低下を抑えることができる。第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率を８０％以下にすることにより、第１の蛍光体材料５５の粒子の破砕等を低減することができる。よって、破砕によって生じる欠陥のために発光効率が低下することを抑制できる。
【００３６】
第１の波長変換層５０１には、第１の蛍光体材料５５と第１のマトリクス材料５２の他にＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯなどの粒子状無機粒子を第１の蛍光体材料５５の体積比率よりも少ない量含んでもよい。これにより、励起光６１及び蛍光６２の散乱を制御することができる。
【００３７】
第２の波長変換層５０２は、第１の主面５０２ａと、第２の主面５０２ｂと、第１の主面５０２ａおよび第２の主面５０２ｂの間に位置する少なくとも１つの側面５０２ｃとを有する。第１の主面５０２ａは、第１の波長変換層５０１の第２の主面５０１ｂと対向している。第２の主面５０２ｂは、第１の主面５０２ａの反対側に位置する。第２の波長変換層５０２は、少なくとも第２の蛍光体材料５６と第１の粒子状無機材料５７と第２のマトリクス材料５３とを含む。第２の蛍光体材料５６は、励起光６１を蛍光６２の一部に変換する。第１の粒子状無機材料５７は、励起光６１と同じ波長の拡散反射光６３を発生する機能を有する。
【００３８】
第２の蛍光体材料５６は、特に材料組成が限定されるものではなく、第１の蛍光体材料５５と異なる組成の蛍光体材料であってよい。本実施の形態においては、例えば、第２の蛍光体材料５６は（Ｓｒｓ，Ｃａｔ）ＡｌＳｉＮ：Ｅｕ２＋［０≦ｓ＜１，０≦ｔ＜１］蛍光体である。第１の粒子状無機材料５７は、可視光領域の光吸収が少ない透明材料が望ましい。第１の粒子状無機材料５７は、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢａＳＯ４などであってよい。本実施の形態においては、例えば、第１の粒子状無機材料５７はＳｉＯ２である。第２のマトリクス材料５３は、例えば、ガラス、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料、またはＡｌ２Ｏ３若しくはＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。本実施の形態においては、例えば、第２のマトリクス材料５３は、シロキサン結合を有する有機無機ハイブリッド材料であるポリシルセスキオキサンである。
【００３９】
ポリシルセスキオキサンを第２のマトリクス材料５３として使用する場合、例えば、以下の方法で第２の蛍光体材料５６と第１の粒子状無機材料５７を封止することができる。すなわち、（１）ベンジルアルコール溶媒に溶解したポリシルセスキオキサンと第２の蛍光体材料５６と第１の粒子状無機材料５７を混合してペースト状にし、（２）このペースト状にしたものを例えばスクリーン印刷法にて第１の波長変換層５０１上に塗布し、熱硬化させる。これにより、第２の蛍光体材料５６と第１の粒子状無機材料５７を封止した第２のマトリクス材料５３を形成することができる。この方法で作製した第２のマトリクス材料５３であるポリシルセスキオキサンの熱伝導率は、１Ｗ/ｍ・Ｋである。
【００４０】
第２の波長変換層５０２における第２の蛍光体材料５６の体積比率は、第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率よりも低いことが望ましい。より望ましくは、第２の波長変換層５０２における第２の蛍光体材料５６の体積比率は、０．１％以上２０％以下である。第２の波長変換層５０２における第２の蛍光体材料５６の体積比率は、例えば１０％であってよい。
【００４１】
第１の実施の形態と同様、第１の波長変換層５０１は、励起光６１を励起光６１よりも波長の長い蛍光に変換し、その蛍光を放射する。第２の波長変換層５０２は、励起光６１を励起光６１よりも波長の長い蛍光に変換し、その蛍光を放射する。波長変換部材５０から放射される蛍光６２は、第１の波長変換層５０１からの蛍光と第２の波長変換層５０２からの蛍光とを含む。第２の波長変換層５０２は、さらに、励起光６１と同じ波長の拡散反射光６３を出射する。このため、第２の波長変換層５０２の厚さを変えることによって、蛍光６２と拡散反射光６３との混合の割合を変化させ、波長変換部材５０から出射する光の光色を調整することが可能となる。
【００４２】
このとき、第２の波長変換層５０２における第２の蛍光体材料５６の体積比率が、第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率よりも高い場合、励起光６１が第２の波長変換層５０２にまず照射されるため、第２の蛍光体材料５６による蛍光６２の量が、第２の波長変換層５０２の厚さに依存して大きく変化する。このため、波長変換部材５０から出射する光の光色が、第２の波長変換層５０２のわずかな厚さの差異によって、容易に変化する。第２の波長変換層５０２における第１の粒子状無機材料５７の体積比率は、特に限定されるものではなく、蛍光６２と励起光６１の拡散反射光６３を合わせた光の光色に応じて、調整することが可能である。
【００４３】
反射層５０３は、少なくとも第２の粒子状無機材料５８と第３のマトリクス材料５４とを含み、第１の波長変換層５０１の側面５０１ｃおよび第２の波長変換層５０２の側面５０２ｃに配置される。本実施形態では、反射層５０３は、第１の波長変換層５０１の側面５０１ｃおよび第２の波長変換層５０２の側面５０２ｃに接し、かつ、基板５１上に位置している。第１の波長変換層５０１および第２の波長変換層５０２は、平面視において（つまり、第２の主面５０２ｂに垂直な方向から見て）、円形状または楕円形状を有していてもよいし、三角形形状、矩形形状あるいは、多角形形状を有していてもよい。第１の波長変換層５０１および第２の波長変換層５０２が、平面視において、円または楕円形状を有している場合、側面は１つであり、三角形形状、矩形形状あるいは、多角形形状を有する場合、側面は複数である。第１の波長変換層５０１および第２の波長変換層５０２は平面視における形状が互いに異なっていてもよいし、同じでもよい。
【００４４】
反射層５０３は、励起光６１が照射される第２の波長変換層５０２の面以外の面から蛍光６２が放出されることを抑制する機能を有し、発光部と非発光部のコントラストを向上させる。第２の粒子状無機材料５８は、可視光領域の光吸収が少ない透明材料が望ましい。第２の粒子状無機材料５８は、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２、ＺｒＯ、Ｔａ２Ｏ５、Ｎｂ２Ｏ５、ＢＮ、ＡｌＮ、ＢａＳＯ４などであってよい。本実施の形態において、例えば、第２の粒子状無機材料５８はＴｉＯ２である。第３のマトリクス材料５４は、ガラス、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料、またはＡｌ２Ｏ３若しくはＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。本実施の形態において、例えば、第３のマトリクス材料５４は、シロキサン結合を有するシリコーン樹脂である。
【００４５】
シリコーン樹脂を第３のマトリクス材料５４として使用する場合、例えば、以下の方法により、第２の粒子状無機材料５８を封止することができる。すなわち、（１）未硬化のシリコーン樹脂と第２の粒子状無機材料５８を混合してペースト状にし、（２）このペースト状にしたものを例えばスクリーン印刷法にて基板５１上のみに塗布し、熱硬化させる。これにより、第２の粒子状無機材料５８を封止した第３のマトリクス材料５４を形成することができる。
【００４６】
上述したように、本開示の第２の実施の形態によれば、第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率が、第２の波長変換層５０２における第２の蛍光体材料５６の体積比率よりも高い。これにより、波長変換部材５０において、波長変換時に生じる熱の主たる発生源は、第１の波長変換層５０１となる。第１の波長変換層５０１は、第２の波長変換層５０２よりも蛍光体材料５５同士の接触面積が大きく、基板５１とも接する。これにより、波長変換時に発生する熱を効率的に排熱することが可能となり、発光効率の低下を抑制することができる。また、第２の波長変換層５０２における第２の蛍光体材料５６の体積比率が、第１の波長変換層５０１における第１の蛍光体材料５５の体積比率よりも低く、かつ、第２の波長変換層５０２が第１の粒子状無機材料５７を含有する。これにより、第２の波長変換層５０２の厚さによって、蛍光６２と励起光６１の拡散反射光６３との比率が変化し、発光色を容易に調整することが可能となる。特に本開示の第２の実施の形態においては、第１の蛍光体材料５５と第２の蛍光体材料５６とが異なる材料組成である。これにより、発光色が異なり、励起光６１の拡散反射光６３の光色と第１の蛍光体材料の発光の光色と第２の蛍光体材料の発光の光色の少なくとも３種の光色によって合成される混合色を適宜調整することが可能となる。反射層５０３は、励起光６１が照射される第２の波長変換層５０２の面以外の面から蛍光６２が放出されることを抑制し、発光部と非発光部のコントラストを向上することができる。
【００４７】
（第３の実施の形態）
図３は、本開示の第３の実施の形態に係る車両用ヘッドランプ１２０の概略構成を示している。本実施の形態の車両用ヘッドランプ１２０は、第１または第２の実施の形態の光源１０または４０の何れかと、その光源からの光を前方に導く出射光学系１２２とを備える。出射する光の光色を調整するため光源の光の一部を吸収又は反射する波長カットフィルター１２１を設けてもよい。出射光学系１２２は、光源１０または４０からの光を外部に導く。出射光学系１２２は、例えばプロジェクションレンズである。車両用ヘッドランプ１２０は、いわゆるプロジェクタータイプであってもよく、また、リフレクタ―タイプであってもよい。本開示において、車両とは、自動車、２輪車及び特殊車両を含む。
【００４８】
第３の実施の形態によれば、車両用ヘッドランプにおいて、第１または第２の実施の形態の効果を得ることができる。特に、光源１０または４０における発光部と非発光部のコントラストが向上しているため、プロジェクションレンズで光源１０または４０から出射する光の集光状態を調整する場合でも、コントラストの高いビーム状の光を車両用ヘッドランプ１２０は出射することができる。
【００４９】
（第４の実施の形態）
図４は本開示の第４の実施の形態に係る車両１３０の概略構成を示している。車両１３０は、第３の実施の形態の車両用ヘッドランプ１２０と、電力供給源１３１とを備える。車両１３０は、エンジン等の駆動源によって回転駆動され、電力を発生する発電機１３２を有していてもよい。発電機１３２が生成した電力は、電力供給源１３１に蓄えられる。電力供給源１３１は、例えば、充放電が可能な２次電池である。車両用ヘッドランプ１２０は電力供給源１３１からの電力によって点灯する。車両１３０は、例えば、自動車、２輪車又は特殊車両である。さらに、車両１３０は、エンジン車、電気車、又はハイブリッド車であってもよい。
【００５０】
第４の実施の形態によれば、車両において、第１または第２の実施の形態の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本開示の波長変換部材は、例えば、特殊照明、ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ、及び車両用ヘッドランプなどの光源に用いることができる。
【符号の説明】
【００５２】
１０、４０  光源
１１、４１  半導体発光素子
１２、４２  入射光学系
２０、５０  波長変換部材
２０１、５０１  第１の波長変換層
２０２、５０２  第２の波長変換層
２０３、５０３  反射層
２１、５１  基板
２２、５２  第１のマトリクス材料  
２３、５３  第２のマトリクス材料
２４、５４  第３のマトリクス材料
２５、５５  第１の蛍光体材料
２６、５６  第２の蛍光体材料
２７、５７  第１の粒子状無機材料
２８、５８  第２の粒子状無機材料
３２  マトリクス材料
１２０  車両用ヘッドランプ
１２１  波長カットフィルター
１２２  出射光学系
１３０  車両
１３１  電力供給源
１３２  発電機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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