(57)【要約】【課題】発光効率を向上させ、又は発光色を調整することが可能な波長変換部材を提供する。【解決手段】波長変換部材は、基板と、前記基板と接する第１面と、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する波長変換層と、を備えている。前記波長変換層は、励起光よりも長波長の蛍光を放射する第１の蛍光体材料と、前記励起光よりも長波長の蛍光を放射し、前記第１の蛍光体材料よりも熱伝導率の高い第２の蛍光体材料とを含む。また、前記波長変換層は、前記第２面を有する第２部分と、前記第１面を有し、前記第２部分よりも前記基板側に位置する第１部分と、を含む。前記第１部分は、前記第２部分と直接接する。前記第１部分と前記第２部分の厚さは等しい。前記第１部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率よりも、小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板と接する第１面と、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する波長変換層と、
を備えた波長変換部材であって、
前記波長変換層は、励起光よりも長波長の蛍光を放射する第１の蛍光体材料と、前記励起光よりも長波長の蛍光を放射し、前記第１の蛍光体材料よりも熱伝導率の高い第２の蛍光体材料とを含み、
前記波長変換層内において、前記第１の蛍光体材料の体積よりも第２の蛍光体材料の体積の方が大きく、
前記波長変換層は、前記第２面を有する第２部分と、前記第１面を有し、前記第２部分よりも前記基板側に位置する第１部分と、を含み、
前記第１部分は、前記第２部分と直接接し、
前記第１部分と前記第２部分の厚さは等しく、
前記第１部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率よりも、小さい、
波長変換部材。
【請求項２】
前記第１部分における前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率は、０である、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記波長変換層の前記第２面は、半導体発光素子からの前記励起光が入射する面である、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面は、前記第１の蛍光体材料および前記第２の蛍光体材料の少なくとも一方の前記蛍光が放射される面である、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の蛍光体材料の発光のピーク波長が前記第２の蛍光体材料の発光のピーク波長よりも短い、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の蛍光体材料が、（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）５Ｐ３Ｏ１２Ｃｌ：Ｅｕ２＋［０≦ｘ≦１］蛍光体である、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の蛍光体材料が、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体である請求項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】
前記第２部分は、前記第１の蛍光体材料の少なくとも一部および前記第２の蛍光体材料の少なくとも一部を含む、請求項１から７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項９】
ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下である励起光を出射する半導体発光素子と、
請求項１から８のいずれか１項に記載の波長変換部材であって、前記励起光が入射され、蛍光を発する波長変換部材と、を具備する投光器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、励起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および投光器に関する。
【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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本開示は、発光効率を向上させ、又は発光色を調整することが可能な波長変換部材および投光器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る波長変換部材は、基板と、前記基板と接する第１面と、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する波長変換層と、を備えている。前記波長変換層は、励起光よりも長波長の蛍光を放射する第１の蛍光体材料と、前記励起光よりも長波長の蛍光を放射し、前記第１の蛍光体材料よりも熱伝導率の高い第２の蛍光体材料とを含む。前記波長変換層内において、前記第１の蛍光体材料の体積よりも第２の蛍光体材料の体積の方が大きい。また、前記波長変換層は、前記第２面を有する第２部分と、前記第１面を有し、前記第２部分よりも前記基板側に位置する第１部分と、を含む。前記第１部分は、前記第２部分と直接接する。前記第１部分と前記第２部分の厚さは等しい。前記第１部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率よりも、小さい。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、発光効率を向上させ、又は発光色を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【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１の実施の形態に係る光源の概略構成を示す正面の構成図である。
【図３】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４】第２の実施の形態に係る光源の概略構成を示す正面の構成図である。
【図５】第３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６】第３の実施の形態に係る光源の概略構成を示す正面の構成図である。
【図７】第４の実施の形態に係る照明用投光器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】
【０００８】
本開示の一態様にかかる波長変換部材は、基板と、前記基板と接する第１面と、前記第１面と反対側に位置する第２面とを有する波長変換層と、を備えている。前記波長変換層は、励起光よりも長波長の蛍光を放射する第１の蛍光体材料と、前記励起光よりも長波長の蛍光を放射し、前記第１の蛍光体材料よりも熱伝導率の高い第２の蛍光体材料とを含む。前記波長変換層内において、前記第１の蛍光体材料の体積よりも第２の蛍光体材料の体積の方が大きい。また、前記波長変換層は、前記第２面を有する第２部分と、前記第１面を有し、前記第２部分よりも前記基板側に位置する第１部分と、を含む。前記第１部分は、前記第２部分と直接接する。前記第１部分と前記第２部分の厚さは等しい。前記第１部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率は、前記第２部分における、前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率よりも、小さい。
【０００９】
前記第１部分における前記第２の蛍光体材料に対する前記第１の蛍光体材料の体積比率は、０であってもよい。前記波長変換層の前記第２面は、半導体発光素子からの前記励起光が入射する面であってもよい。前記第２面は、前記第１の蛍光体材料および前記第２の蛍光体材料の少なくとも一方の前記蛍光が放射される面であってもよい。前記第１の蛍光体材料の発光のピーク波長が前記第２の蛍光体材料の発光のピーク波長よりも短くてもよい。前記第１の蛍光体材料が、（Ｓｒ1-xＢａx）5Ｐ3Ｏ12Ｃｌ：Ｅｕ2+［０≦ｘ≦１］蛍光体であってもよい。前記第２の蛍光体材料が、（Ｙ1-yＧｄy）3（Ａｌ1-zＧａz）5Ｏ12：Ｃｅ3+［０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１］蛍光体であってもよい。前記第２部分は、前記第１の蛍光体材料の少なくとも一部および前記第２の蛍光体材料の少なくとも一部を含んでいてもよい。
【００１０】
本開示の一態様にかかる投光器は、ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下である前記励起光を出射する半導体発光素子と、前記励起光が入射する前記波長変換部材と、を具備する。
【００１１】
以下、本開示の複数の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図面に示す各種の要素は、本開示の理解のために模式的に示したにすぎず、寸法比および外観などは実物と異なり得る。また、同一または同様の構成については、同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
【００１２】
（第１の実施の形態）
図１および図２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、波長変換部材１１と、半導体発光素子１２とを備える。半導体発光素子１２は励起光を出射し、波長変換部材１１は励起光を受け取り、励起光よりも長い波長の蛍光を放射する。半導体発光素子１２は、例えば、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）などである。本実施の形態では、半導体発光素子１２がＬＤである場合を説明する。半導体発光素子１２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１２は、例えば、青紫光を出射する。本開示において、青紫光とは、ピーク波長が３８０ｎｍ以上４２０ｎｍ以下の光をいう。光源１０はさらに入射光学系１９を備えており、半導体発光素子１２が出射する励起光の光路上に入射光学系１９が位置していてもよい。入射光学系１９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。
【００１３】
上述したように、波長変換部材１１は、半導体発光素子１２からの励起光をより長波長の蛍光に変換する。波長変換部材１１は、波長変換層２０と、基板２１とを備える。基板２１は波長変換層２０を支持する。また、波長変換層２０で発生した熱を波長変換部材１１の外部へ伝え、波長変換層２０の温度が上昇し過ぎるのを抑制する。基板２１は、例えば、金属基板（例えば、アルミニウム、鉄など）、結晶基板（例えば、シリコン基板、サファイア、ＧａＮなど）、セラミックス基板（例えば、アルミナなど）などである。基板２１と波長変換層２０との間には、基板２１の反射率を高めるため、金属膜（例えば、銀、アルミニウムなど）、誘電体多層膜、または金属薄膜および誘電体膜の積層構造が設けられていてもよい。
【００１４】
基板２１は、波長変換層２０よりも高い熱伝導率を有していることが望ましい。基板２１は、以下で説明する波長変換層２０に含まれる第２の蛍光体材料３１の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有していることがより望ましい。
【００１５】
波長変換層２０は、基板２１と接する第１面２０ａおよび第１面２０ａと反対側に位置する第２面２０ｂを有する。また、波長変換層２０は、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄを含む。第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄはそれぞれ層形状を有している。第１部分２０ｃは、第１面２０ａを有し、第２面２０ｂよりも基板２１側に位置する。第２部分２０ｄは、第２面２０ｂを含み、第１部分２０ｃと直接接している。第１部分２０ｃの厚さおよび第２部分２０ｄの厚さは等しい。第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄは、波長変換層２０の作製の際、別の工程で作製された２つの層であってもよい。また、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄは、一体的に形成されていてもよい。また、波長変換層２０が２以上の層を積層することによって形成されており、積層された２以上の層の境界の位置が、第１部分２０ｃと第２部分２０ｄの境界の位置と一致していなくてもよい。つまり、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄは厚さが等しければよく、仮想的境界によって区別されるものであってもよい。
【００１６】
波長変換層２０は、少なくとも第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１を含む。波長変換層２０は、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１を固定するためのマトリクス材料３２をさらに含んでよい。マトリクス材料３２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、Ａｌ2Ｏ３、ＺｎＯなどの透明無機材料であってよい。
【００１７】
第１部分２０ｃにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率は、第２部分２０ｄにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率よりも小さい。例えば、図１に示すように、第１部分２０ｃは、第１の蛍光体材料３０を含んでおらず、第２部分２０ｄは、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の両方を含んでいてもよい。また、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄのそれぞれが、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の両方を含んでおり、体積比率が上述の条件を満たしていてもよい。
【００１８】
第１部分２０ｃにおける、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の体積を、それぞれ、ｖ１１およびｖ１２とし、第２部分２０ｄにおける、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の体積を、それぞれ、ｖ２１およびｖ２２とする。この場合、第１部分２０ｃにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率は、ｖ１１/ｖ１２で示され、第２部分２０ｄにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率は、ｖ２１/ｖ２２で示される。したがって、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄにおける、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１は、以下の関係を満たしている。
ｖ１１/ｖ１２＜ｖ２１/ｖ２２        （１）
望ましくは、更に以下の関係を満たしている。
０≦ｖ１１/ｖ１２＜ｖ２１/ｖ２２            （２）
【００１９】
（１）の関係を満たしている限り、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄにおいて、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１は、均一に分布していてもよいし、不均一に分布していてもよい。望ましくは、第２部分２０ｄ中、第１の蛍光体材料３０は、第１部分２０ｃと接する面２０ｅ側よりも第２面２０ｂ側において高い体積密度で分布している。例えば、第１の蛍光体材料３０は第２面２０ｂの近傍にのみ分布していてもよい。
【００２０】
さらに、波長変換層２０内において、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１は、以下の関係を満たしている。
ｖ１１＋ｖ２１＜ｖ１２＋ｖ２２        （３）
すなわち、第１の蛍光体材料３０の体積よりも第２の蛍光体材料の体積の方が大きい。
【００２１】
第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄにおける、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の体積比は、例えば、波長変換層２０の断面を電子顕微鏡等で観察することにより求めることができる。具体的には、波長変換層２０の第１面２０ａおよび第２面２０ｂに垂直な断面を形成し、電子顕微鏡等で観察することによって、断面の第１部分２０ｃにおける第１の蛍光体材料３０の面積ｓ１１および第２の蛍光体材料３１の面積ｓ１２を求める。第１面２０ａおよび第２面２０ｂに平行な面内において、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１がそれぞれ規則性なく一様に分布しているとみなせる場合、面積比ｓ１１/ｓ１２はｖ１１/ｖ１２と実質的に一致する。同様に、第２部分２０ｄにおける面積比ｓ２１/ｓ２２を求め、ｖ２１/ｖ２２の値とすることができる。
【００２２】
また、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄを別の層として形成する場合には、それぞれの部分を形成するために用いる第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の容積の比を、ｖ１１/ｖ１２およびｖ２１/ｖ２２として用いることができる。
【００２３】
図２は、第２面２０ｂから見た、第２面２０ｂの近傍における第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の分布を模式的に示している。第２面２０ｂの近傍とは例えば、第２面２０ｂから深さ約２０μｍ程度までの領域をいう。図２に示すように、第２面２０ｂの近傍において、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の両方が位置している。図２では、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の粒子が規則的に配置されているように図示しているが、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１は第２面２０ｂ近傍において規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよい。
【００２４】
本実施の形態では、第１の蛍光体材料３０の熱伝導率は、第２の蛍光体材料３１の熱伝導率よりも小さい。第１の蛍光体材料３０の発光スペクトルのピーク波長は、第２の蛍光体材料３１の発光スペクトルのピーク波長よりも短波長であってよい。第１の蛍光体材料３０は、例えば、青色蛍光体である。本開示において、青色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が４２０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である蛍光体をいう。例えば、第１の蛍光体材料３０が、（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）５Ｐ３Ｏ１２Ｃｌ：Ｅｕ２＋［０≦ｘ≦１］蛍光体であってよく、熱伝導率は３Ｗ／ｍ・Ｋである。第１の蛍光体材料３０としては、（Ｓｒ１−ｎＢａｎ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋［０≦ｎ≦１］蛍光体であってもよく、熱伝導率は２Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２５】
第２の蛍光体材料３１は、例えば、黄色蛍光体である。本開示において、黄色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が５１０ｎｍ以上５８０ｎｍ以下である蛍光体をいう。例えば、第２の蛍光体材料３１は、（Ｙ１−ｙＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋［０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１］蛍光体であって、熱伝導率は１１Ｗ／ｍ・Ｋである。第２の蛍光体材料３１はＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋蛍光体であってもよく、熱伝導率は１１Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００２６】
第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄを含む波長変換層２０は、例えば、以下の手順で作製することができる。まず、マトリクス材料３２の原料としてシリコーン樹脂組成物を用意し、シリコーン樹脂組成物に第２の蛍光体材料３１を分散させた第１原料、および、シリコーン樹脂組成物に所定の比率で第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１を分散させた第２原料を調製する。
【００２７】
基板２１上に、まず、第１原料を印刷等によって塗布して第１層を形成する。次に、第１層上に、第２原料を印刷によって塗布して第２層を形成する。その後、第１層および第２層に熱あるいは紫外線などのエネルギを付与し、硬化させる。れにより、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄを含む波長変換層２０を形成することができる。なお、この時、第１層から第１部分２０ｃが形成され、第２層から第２部分２０ｄが形成されてもよい。あるいは、第１層の一部が第２部分２０ｄに含まれてもよく、第２層の一部が第１部分２０ｃに含まれてもよい。
【００２８】
次に、光源１０の動作を説明する。半導体発光素子１２から出射された励起光は、入射光学系１９を通り、波長変換部材１１の基板２１とは接していない側の波長変換層２０の第２面２０ｂに入射する。この励起光の一部は、第１の蛍光体材料３０を励起し、青色光に変換される。変換された青色光の一部は、波長変換部材１１の外部へ直接、または波長変換部材１１の中での散乱や基板２１での反射を経ることで第２面２０ｂから放射される。また、青色光の他の一部は波長変換部材１１の内部で第２の蛍光体材料３１を励起し、黄色光へ変換される。また、半導体発光素子１２から出射された励起光の他の一部は、第２の蛍光体材料３１を直接励起し、黄色光へ変換され、波長変換部材１１の外部へ直接、または波長変換部材１１の中での散乱や基板２１での反射を経ることで第２面２０ｂから放射される。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。白色光の色度は、波長変換層２０の主として第２部分２０ｄにおける第１の蛍光体材料３０と第２の蛍光体材料３１との体積比率を変えることで、適宜調整することが可能である。
【００２９】
第１部分２０ｃにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率は、第２部分２０ｄにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率よりも小さい。また、第２の蛍光体材料は第１の蛍光体材料よりも高い熱伝導率を有している。このため、第１部分２０ｃの方が第２部分２０ｄよりも高い熱伝導率を有している。その結果、第１部分２０ｃおよび第２部分２０ｄの第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１において、励起光によって生成した熱は、第２部分２０ｄから第１部分２０ｃへ伝導し、更に基板２１へ伝導する。よって効率的に波長変換部材１１の外部へ発生した熱を放出することが可能となる。
【００３０】
このように、本開示の第１の実施の形態によれば、基板２１に接する第１部分２０ｃの方が第２部分２０ｄよりも高い熱伝導率を有することにより、波長変換時に生じる熱を基板２１へ効率的に伝導させ、外部へ排熱することができる。また、波長変換部材１１の半導体発光素子１２から出射される励起光が入射する第２面２０ｂを含む第２部分２０ｄにおいて、第１の蛍光体材料３０である青色発光蛍光体と第２の蛍光体材料３１である黄色発光蛍光体の両方が存在することで、半導体発光素子１２から出射される励起光によって、第１の蛍光体材料３０である青色発光蛍光体だけでなく、第２の蛍光体材料３１である黄色発光蛍光体の一部も直接に励起されることで、黄色発光成分の一部が青色発光成分を経由せずに変換されるため、高変換効率での波長変換が可能となる。従って、発光効率が向上する。また、波長変換部材１１の温度上昇を抑制することができる。また、主として第２部分２０ｄにおける第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１の体積比率を変化させることにより、波長変換部材１１から放射される光の色を調整することができる。
【００３１】
（第２の実施の形態）
図３および図４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。第２の実施の形態では、波長変換部材４１が第１の蛍光体材料３０、第２の蛍光体材料３１および第３の蛍光体材料３３を含む点で第１の実施形態と異なる。
【００３２】
熱伝導率について、第３の蛍光体材料３３に特に制限はない。第１部分２０ｃにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０と第３の蛍光体材料３３との合計の体積比率は、第２部分２０ｄにおける、第２の蛍光体材料３１に対する第１の蛍光体材料３０と第３の蛍光体材料３３との合計の体積比率よりも小さい。
【００３３】
図４は、第２面２０ｂから見た、第２面２０ｂの近傍における第１の蛍光体材料３０、第２の蛍光体材料３１および第３の蛍光体材料３３の分布を模式的に示している。図４に示すように、第２面２０ｂの近傍において、第１の蛍光体材料３０、第２の蛍光体材料３１および第３の蛍光体材料３３が位置している。図４では、第１の蛍光体材料３０、第２の蛍光体材料３１および第３の蛍光体材料３３の粒子が規則的に配置されているように図示しているが、第１の蛍光体材料３０、第２の蛍光体材料３１および第３の蛍光体材料３３は第２面２０ｂ近傍において規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよい。
【００３４】
本実施の形態では、第１の蛍光体材料３０の発光スペクトルのピーク波長は、第２の蛍光体材料３１の発光スペクトルのピーク波長よりも短波長であってよい。また、第３の蛍光体材料３３の発光スペクトルのピーク波長は、第２の蛍光体材料３１の発光スペクトルよりも長波長であってよい。
【００３５】
第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料３１は、例えば、それぞれ青色蛍光体および黄色蛍光体であり、第１の実施形態と同じ材料を用いることができる。第３の蛍光体材料３３は、例えば、赤色蛍光体である。本開示において、赤色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が５８０ｎｍ以上６８０ｎｍ以下である蛍光体を言う。赤色蛍光体の材料組成は特に限定されるものではないが、例えば、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３＋、Ｃｅ３＋のいずれか一つを発光中心とする蛍光体材料であってよい。
【００３６】
次に、光源４０の動作を説明する。半導体発光素子１２から出射された励起光は、入射光学系１９を通り、波長変換部材４１の基板２１とは接していない側の波長変換層２０の第２面２０ｂに入射する。この励起光の一部は、第１の蛍光体材料３０を励起し、青色光に変換される。変換された青色光の一部は、波長変換部材４１の外部へ直接、または波長変換部材４１の中での散乱や基板２１での反射を経ることで第２面２０ｂから放射される。また、青色光の他の一部は波長変換部材４１の内部で第２の蛍光体材料３１と第３の蛍光体材料３３を励起し、黄色光と赤色光へ変換される。また、半導体発光素子１２から出射された励起光の他の一部は、第２の蛍光体材料３１を直接励起し、黄色光へ変換され、波長変換部材４１の外部へ直接、または波長変換部材４１の中での散乱や基板２１での反射を経ることで放射される。
【００３７】
また、黄色光の一部は波長変換部材４１の内部で第３の蛍光体材料３３を励起し、赤色光へ変換される。また、半導体発光素子１２から出射された励起光のさらに他の一部は、第３の蛍光体材料３３を直接励起し、赤色光へ変換され、波長変換部材４１の外部へ直接、または波長変換部材４１の中での散乱や基板２１での反射を経ることで放射される。これらの赤色光と黄色光と青色光が混合された混合色の光が第２面２０ｂから放射される。混合色の色は、波長変換層２０の主として第２部分２０ｄにおける第１の蛍光体材料３０と第２の蛍光体材料３１と第３の蛍光体材料３３の比率を変えることで、適宜調整することが可能である。
【００３８】
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の実施の形態と同様に高効率での波長変換による高い発光効率の実現と波長変換部材４１の温度上昇の抑制だけでなく、黄色光と青色光で合成が可能な色以外の光色を実現することが可能となる。
【００３９】
（第３の実施の形態）
図５および図６は、本開示の第３の実施の形態に係る光源７０の概略構成を示している。第３の実施の形態では、波長変換部材７１を構成する第２の蛍光体材料が粒子状の蛍光体材料ではなく、焼結性セラミックスである場合について説明する。光源７０は、波長変換部材７１と、半導体発光素子１２とを備える。
【００４０】
波長変換部材７１は、半導体発光素子１２からの光をより長波長の光に波長変換する。波長変換部材７１は、少なくとも第１の蛍光体材料３０と第２の蛍光体材料９１を含む２種類以上の蛍光体材料を含む波長変換層８０と波長変換層８０を支持する基板８１によって構成されている。第１の蛍光体材料３０は、例えば第１の実施形態と同じ材料によって構成される粒子状の蛍光体である。波長変換層８０は第１の蛍光体材料３０を固定するためのマトリクス材料３２を含んでよい。
【００４１】
第１の実施形態と同様、波長変換層８０は、基板８１と接する第１面８０ａおよび第１面８０ａと反対側に位置する第２面８０ｂを含む。また、波長変換層８０は、第１部分８０ｃおよび第２部分８０ｄを含む。第１部分８０ｃおよび第２部分８０ｄは、それぞれ、第１面８０ａおよび第２面８０ｂを含む。第２部分８０ｄは第１部分８０ｃと接している。第１部分８０ｃにおける、第２の蛍光体材料９１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率は、第２部分８０ｄにおける、第２の蛍光体材料９１に対する第１の蛍光体材料３０の体積比率よりも小さい。第１の蛍光体材料３０の熱伝導率は、第２の蛍光体材料９１の熱伝導率よりも低い。また、第１の蛍光体材料３０の発光スペクトルのピーク波長は、第２の蛍光体材料９１の発光スペクトルのピーク波長よりも短波長である。
【００４２】
第２の蛍光体材料９１は、焼結性セラミックスである。焼結性セラミックスは、多結晶セラミックスと単結晶セラミックスのいずれであってもよい。第２の蛍光体材料９１は、例えば、黄色蛍光体である。第１の実施形態と同様、例えば、第２の蛍光体材料９１は、（Ｙ１−ｙＧｄｙ）３（Ａｌ１−ｚＧａｚ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋［０≦ｙ＜１，０≦ｚ＜１］蛍光体であってよい。
【００４３】
図６は、第２面８０ｂから見た、第２面８０ｂの近傍における第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料９１の分布を模式的に示している。図６に示すように、第２面８０ｂの近傍において、第１の蛍光体材料３０および第２の蛍光体材料９１の両方が位置している。図６では、第１の蛍光体材料３０が第２の蛍光体材料９１中に規則的に配置されているように図示しているが、第１の蛍光体材料３０は第２面８０ｂ近傍において規則的に配置されていてもよいし、不規則に配置されていてもよい。
【００４４】
波長変換層８０は例えば、以下の手順で作製することができる。まず、一般的なセラミックスの合成手順に従い、第２の蛍光体材料９１の元素を含む酸化物等を用意し、原料を混合して造粒し、成形体を作製し、成形体を焼結させる。これにより、波長変換層８０の外形を有する第２の蛍光体材料９１を得る。別途、マトリクス材料３２の原料としてシリコーン樹脂組成物を用意し、シリコーン樹脂組成物に第１の蛍光体材料３０を分散させた第１原料を調製する。その後、第２の蛍光体材料９１の表面にマスク等を形成する。マスク等を形成した表面に、スクリーン印刷などにより、第１原料を塗布する。セラミックスの表面は粗面であるため、第１原料の一部は表面から内部に埋め込まれる。その後、第１原料のシリコーン樹脂組成物を硬化させることにより、波長変換層８０が完成する。
【００４５】
次に、光源７０の動作について説明する。半導体発光素子１２から出射された励起光は、入射光学系１９を通り、波長変換部材７１の基板８１とは接していない側の波長変換層８０の第２面８０ｂに入射する。この励起光の一部は、第１の蛍光体材料３０を励起し、青色光に変換される。変換された青色光の一部が波長変換部材７１の外部へ直接、または波長変換部材７１の中での散乱や基板８１での反射を経ることで第２面８０ｂから放射される。また、青色光の他の一部は波長変換部材７１の内部で第２の蛍光体材料９１を励起し、黄色光へ変換される。また、半導体発光素子１２から出射された励起光の他の一部は、第２の蛍光体材料９１を直接励起し、黄色光へ変換され、波長変換部材７１の外部へ直接、または波長変換部材７１の中での散乱や基板８１での反射を経ることで第２面８０ｂから放射される。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。白色光の色度は、波長変換層８０の主として第２部分８０ｄにおける第１の蛍光体材料３０と第２の蛍光体材料９１の比率を変えることで、適宜調整することが可能である。
【００４６】
また、本実施の形態において、第２の実施の形態と同様に第３の蛍光体材料として赤色蛍光体材料を第１の蛍光体材料と混合することで、黄色光と青色光で合成が可能な色以外の光色を実現することが可能となる。
【００４７】
上述したように、本開示の第３の実施の形態によれば、基板８１に接する第１部分８０ｃの方が第２部分８０ｄよりも高い熱伝導率を有することにより、波長変換時に生じる熱を基板８１へ効率的に伝導させ、外部へ排熱することができる。また、波長変換部材７１の半導体発光素子１２から出射される励起光が入射する第２面８０ｂにおいて、第１の蛍光体材料３０である青色発光蛍光体と第２の蛍光体材料９１である黄色発光蛍光体の両方が存在することで、半導体発光素子１２から出射される励起光によって、第１の蛍光体材料３０である青色発光蛍光体だけでなく、第２の蛍光体材料９１である黄色発光蛍光体の一部も直接に励起される。よって、黄色発光成分の一部が青色発光成分を経由せずに変換されるため、高変換効率での波長変換が可能となる。従って、発光効率が向上する。また、波長変換部材７１の温度上昇を抑制することができる。
【００４８】
（第４の実施の形態）
図７は、本開示の第４の実施の形態に係る投光器１２０の概略構成を示している。本実施の形態の投光器１２０は、第１〜第３の実施の形態の光源１０、４０、及び７０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。光源の半導体発光素子からの青紫光が外部に出ないように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、例えばリフレクタである。出射光学系１２２は、例えばＡｌ、Ａｇなどの金属膜又は表面に保護膜が形成されたＡｇ膜を有する。投光器１２０は、いわゆるリフレクションタイプであってもよく、また、プロジェクションタイプであってもよい。
【００４９】
第４の実施の形態によれば、投光器において、第１〜第３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】
【００５０】
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】
【００５１】
１０、４０、７０  光源
１１、４１、７１  波長変換部材
１２、４２、７２  半導体発光素子
１９、４９、７９  入射光学系
２０、５０、８０  波長変換層
２１、５１、８１  基板
３０、６０、９０  第１の蛍光体粒子
３１、６１  第２の蛍光体粒子
３２  マトリクス材料
６３  第３の蛍光体粒子
９１  焼結性セラミックス蛍光体
１２０  投光器
１２１  波長カットフィルター
１２２  出射光学系
【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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