(57)【要約】【課題】波長変換部材内での光の導波を抑制し、高輝度、高発光効率の光源装置を提供する。【解決手段】光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む。前記波長変換部材は、基板と、前記基板上に配置された蛍光体層と、前記基板上であって、かつ、前記蛍光体層の周囲に配置された光反射層とを含む。前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子を包埋する第一のマトリクス材料とを含む。前記光反射層は、無機化合物粒子と、前記無機化合物粒子を包埋する第二のマトリクス材料とを含む。前記無機化合物粒子の屈折率は前記第一のマトリクス材料の屈折率よりも高く、前記第一のマトリクス材料の屈折率は前記蛍光体粒子の屈折率よりも高く、前記蛍光体粒子の屈折率は前記第二のマトリクス材料の屈折率よりも高い。【選択図】図１
2017027019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む光源装置であって、
前記波長変換部材が、
基板と、
前記基板上に配置された蛍光体層と、
前記基板上であって、かつ、前記蛍光体層の周囲に配置された光反射層と、
を含み、
前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子を包埋する第一のマトリクス材料とを含み、
前記光反射層は、無機化合物粒子と、前記無機化合物粒子を包埋する第二のマトリクス材料とを含み、
前記無機化合物粒子の屈折率が前記第一のマトリクス材料の屈折率よりも高く、前記第一のマトリクス材料の屈折率が前記蛍光体粒子の屈折率よりも高く、前記蛍光体粒子の屈折率が前記第二のマトリクス材料の屈折率よりも高い、光源装置。
【請求項２】
前記第一のマトリクス材料が、酸化亜鉛である請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記第二のマトリクス材料が、ガラスおよびシロキサン骨格を有する化合物の群から選択された一つの材料またはその組み合わせである請求項１または２記載の光源装置。
【請求項４】
前記無機化合物粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびチタン酸バリウムの群から選択された一つの材料またはその組み合わせである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記蛍光体層は、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有し、
前記基板が４７０ｎｍ以下の波長の光を透過し、前記蛍光体層の前記第二の面上に前記第一のマトリクスよりも屈折率が低い可視光透明膜が配置されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項６】
前記可視光透明膜が、ガラス、シロキサン骨格を有する化合物、二酸化珪素、およびフッ化バリウムの群から選択された一つの材料またはその組み合わせである請求項５記載の光源装置。
【請求項７】
前記蛍光体層は、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有し、
前記基板が３８０〜７８０ｎｍの波長の光を反射し、前記蛍光体層の前記第二の面上に前記蛍光体粒子よりも屈折率が低い粒子を含む層を有する請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項８】
前記蛍光体粒子よりも屈折率が低い粒子が、二酸化珪素、硫酸バリウム、および酸化マグネシウムの群から選択された一つの材料またはその組み合わせである請求項７記載の光源装置。
【請求項９】
前記基板は、第三の面を有し、
前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、第１の厚さを有し、
前記反射層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記第１の厚さと同じ第２の厚さを有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１０】
前記基板は、第三の面を有し、
前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、第１の厚さを有し、
前記反射層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１１】
前記基板は、第三の面を有し、
前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、第１の厚さを有し、
前記反射層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１２】
前記基板は、第三の面を有し、
前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有し、
前記反射層は、前記基板の前記第三の面上および前記蛍光体層の第二の面上に配置され、前記第二の面上に開口を有する請求項１〜８のいずれか１項に記載の光源装置。
【請求項１３】
半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む光源装置であって、
前記波長変換部材が、
基板と、
前記基板上に配置され、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有する蛍光体層と、
前記蛍光体層の前記第二の面上に配置され、前記第二の面上に開口を有する光反射層と、
を含み、
前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子を包埋する第一のマトリクス材料とを含み、
前記光反射層は、無機化合物粒子と、前記無機化合物粒子を包埋する第二のマトリクス材料とを含み、
前記無機化合物粒子の屈折率が、前記第一のマトリクス材料の屈折率よりも高く、前記第一のマトリクス材料の屈折率が前記蛍光体粒子の屈折率よりも高く、前記蛍光体粒子の屈折率が前記第二のマトリクス材料の屈折率よりも高い、光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体発光素子と蛍光体とを組み合わせた光源装置が開発されており、当該光源装置は、より高輝度、高出力の光源装置の開発が望まれている。なかでも、耐熱、耐紫外線かつ高出力の波長変換部材を具備する光源装置の開発が行われている。
【０００３】
例えば、特許文献１は、蛍光体を蛍光体と屈折率の近い無機マトリクスである酸化亜鉛で包埋した波長変換部材を用いることで、光の散乱を減少させ、光出力が高い波長変換部材ならびに波長変換部材を具備する光源装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１７２０２５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来より、蛍光体を蛍光体と屈折率の近い酸化亜鉛のマトリクスで包埋した波長変換部材は、蛍光体とマトリクスとの界面での光散乱を抑制することで、光出力を向上することが知られているが、本発明者らが検討した結果、波長変換部材内で励起光及び変換光が導波して広がり、その結果、励起光及び変換光の取出し効率が低下することで、輝度及び発光効率が低下する課題が明らかとなった。
【０００６】
本開示は、前記従来の課題を解決するもので、波長変換部材内での光の導波を抑制し、励起光および変換光の取出し効率を向上させることで、高輝度、高発光効率の光源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一実施形態に係る光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む。前記波長変換部材は、基板と、前記基板上に配置された蛍光体層と、前記基板上であって、かつ、前記蛍光体層の周囲に配置された光反射層とを含む。前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子を包埋する第一のマトリクス材料とを含む。前記光反射層は、無機化合物粒子と、前記無機化合物粒子を包埋する第二のマトリクス材料とを含む。前記無機化合物粒子の屈折率は前記第一のマトリクス材料の屈折率よりも高く、前記第一のマトリクス材料の屈折率は前記蛍光体粒子の屈折率よりも高く、前記蛍光体粒子の屈折率は前記第二のマトリクス材料の屈折率よりも高い。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、波長変換部材内での光の導波を抑制し、励起光および変換光の取出し効率を向上させることで、高輝度、高発光効率の光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の実施の形態１に係る光源装置の概略構成を示す構成図
【図２】実施の形態２に係る波長変換部材の概略構成を示す構成図
【図３】実施の形態３に係る光源装置の概略構成を示す構成図
【図４】実施の形態４に係る波長変換部材の概略構成を示す構成図
【図５】実施の形態５〜８に係る波長変換部材の概略構成を示す構成図
【図６】比較例１に係る波長変換部材の概略構成を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、特定の実施形態をあげて本開示を詳細に説明するが、当然ながら本開示はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本開示の技術的な範囲を逸脱しない範囲で適宜変更して実施することができる。
【００１１】
本開示に係る波長変換部材および波長変換部材を具備する光源装置の一実施形態の概要は以下の通りである。
【００１２】
本開示の一実施形態に係る光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む光源装置である。前記波長変換部材が、基板と、前記基板上に配置された蛍光体層と、前記基板上であって、かつ、前記蛍光体層の周囲に配置された光反射層とを含む。前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子を包埋する第一のマトリクス材料とを含む。前記光反射層は、無機化合物粒子と、前記無機化合物粒子を包埋する第二のマトリクス材料とを含む。前記無機化合物粒子の屈折率が、前記第一のマトリクス材料の屈折率よりも高く、前記第一のマトリクス材料の屈折率が前記蛍光体粒子の屈折率よりも高く、前記蛍光体粒子の屈折率が前記第二のマトリクス材料の屈折率よりも高い。
【００１３】
前記第一のマトリクス材料が、酸化亜鉛であってもよい。前記第二のマトリクス材料が、ガラスおよびシロキサン骨格を有する化合物のうち少なくとも一つであってもよい。前記無機化合物粒子が、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびチタン酸バリウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００１４】
前記蛍光体層は、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有し、前記基板が４７０ｎｍ以下の波長の光を透過し、前記蛍光体層の前記第二の面上に前記第一のマトリクスよりも屈折率が低い可視光透明膜が配置されていてもよい。前記可視光透明膜が、ガラス、シロキサン骨格を有する化合物、二酸化珪素、およびフッ化バリウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
【００１５】
前記蛍光体層は、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有し、前記基板が３８０〜７８０ｎｍの波長の光を反射し、前記蛍光体層の前記第二の面上に前記蛍光体粒子よりも屈折率が低い粒子を含む層を有していてもよい。前記蛍光体粒子よりも屈折率が低い粒子が、二酸化珪素、硫酸バリウム、および酸化マグネシウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
【００１６】
前記基板は、第三の面を有し、前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、第１の厚さを有し、前記反射層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記第１の厚さと同じ第２の厚さを有していてもよい。
【００１７】
前記基板は、第三の面を有し、前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、第１の厚さを有し、前記反射層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記第１の厚さよりも薄い第２の厚さを有していてもよい。
【００１８】
前記基板は、第三の面を有し、前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、第１の厚さを有し、前記反射層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記第１の厚さよりも厚い第２の厚さを有していてもよい。
【００１９】
前記基板は、第三の面を有し、前記蛍光体層は、前記基板の前記第三の面上に配置され、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有し、前記反射層は、前記基板の前記第三の面上および前記蛍光体層の第二の面上に配置され、前記第二の面上に開口を有していてもよい。
【００２０】
本開示の他の実施形態に係る光源装置は、半導体発光素子と、前記半導体発光素子からの出射光の一部を波長変換する波長変換部材とを含む光源装置である。前記波長変換部材が、基板と、前記基板上に配置され、前記基板側の第一の面および前記第一の面の反対側の第二の面を有する蛍光体層と、前記蛍光体層の前記第二の面上に配置され、前記第二の面上に開口を有する光反射層と、を含む。前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子を包埋する第一のマトリクス材料とを含む。前記光反射層は、無機化合物粒子と、前記無機化合物粒子を包埋する第二のマトリクス材料とを含む。前記無機化合物粒子の屈折率が、前記第一のマトリクス材料の屈折率よりも高く、前記第一のマトリクス材料の屈折率が前記蛍光体粒子の屈折率よりも高く、前記蛍光体粒子の屈折率が前記第二のマトリクス材料の屈折率よりも高い。
【００２１】
本構成によって、波長変換部材内での光の導波を抑制し、励起光および変換光の取出し効率を向上させることで、高輝度、高発光効率の光源装置を提供することができる。以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
図１は、本開示の実施の形態１に係る透過型光源装置１００の概略構成を示している。透過型光源装置１００は波長変換部材１０と半導体発光素子６とを備える。
【００２３】
半導体発光素子６は、励起光を出射する。半導体発光素子６としては、励起光の波長や光エネルギー密度を特に制限なく使用でき、たとえばレーザーダイオード（以下、ＬＤ）を用いることができる。半導体発光素子６は１つのＬＤから構成されたものであってもよく、複数のＬＤを光学的に結合させたものであってもよい。
【００２４】
本実施の形態では、半導体発光素子６が波長４４５ｎｍの光を出射するＬＤである場合を説明する。
【００２５】
波長変換部材１０は、光透過基板５１と、光透過基板５１上に配置された蛍光体層２０と、蛍光体層２０の周囲を囲む光反射層３０とを備える。光反射層３０も光透過基板５１上に配置されている。例えば、蛍光体層２０および光反射層３０は、光透過基板５１の主面上に配置されている。蛍光体層２０および光反射層３０は、光透過基板５１の主面に接触していてもよい。また、光反射層３０は、蛍光体層２０に接触していてもよい。光反射層３０の厚さは、蛍光体層２０の厚さと同じであってもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１０の下部に入射する。この明細書で、「上」とは、基板から蛍光体層に向かう方向であり、「下」とは、蛍光体層から基板に向かう方向である。波長変換部材１０は、入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１０は、入射光よりも長波長の光を出射する。
【００２６】
蛍光体層２０は、蛍光体粒子１と蛍光体粒子１を包埋する第一のマトリクス２とを備える。光反射層３０は、無機化合物粒子３と、無機化合物粒子３を包理する第二のマトリクス４とを備える。無機化合物粒子３の屈折率が第一のマトリクス２の屈折率よりも高く、第一のマトリクス２の屈折率が蛍光体粒子１の屈折率よりも高く、蛍光体粒子１の屈折率が第二のマトリクス４の屈折率よりも高い。
【００２７】
第一のマトリクス２の屈折率を蛍光体粒子１よりも大きくすることで、蛍光体粒子１の表面において入射する光の散乱を抑制し、光を効率良く外部に取り出すことができる。さらに、無機化合物粒子３の屈折率を第一のマトリクス２の屈折率と蛍光体粒子１の屈折率と第二のマトリクス４の屈折率よりも大きくすることで、蛍光体層２０を導波した光は、光反射層３０との界面で反射され、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出すことができ、輝度を向上させることができる。なお、蛍光体層２０の上面とは、蛍光体層２０の基板５１側の面の反対側の面である。
【００２８】
蛍光体粒子１には、発光素子に一般に用いられる種々の励起波長、出射光波長及び粒子径を有する蛍光体を用いることができる。例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、β-ＳｉＡｌＯＮ（サイアロン）などを用いることができる。特に蛍光体を励起する波長及び出射する光の波長は、透過型光源装置１００の用途に応じて任意に選択し得る。
【００２９】
第一のマトリクス２は、樹脂、ガラス又は透明結晶などの媒質である。特に、蛍光体粒子１よりも屈折率が高いマトリクスの材料として、酸化亜鉛であってよい。
【００３０】
第二のマトリクス４は、ガラスおよびシロキサン骨格を有する化合物のうち少なくとも一つを含んでいてもよい。
【００３１】
無機化合物粒子３は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化タンタル、およびチタン酸バリウムの群から選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。
【００３２】
光透過基板５１は４７０ｎｍ以下の波長の光を透過してもよい。光透過基板５１の基材は、樹脂、ガラス、透明結晶などの媒質であってもよく、基材に反射防止膜と誘電体多層膜を形成してもよい。
【００３３】
光透過基板５１の基材は、例えば、ガラス、石英、酸化ケイ素、サファイア、窒化ガリウムおよび酸化亜鉛からなる群から選ばれる一つによって構成されてもよい。
【００３４】
反射防止膜は、４７０ｎｍ以下の波長の光の反射を抑制する膜であってもよく、反射防止膜により、波長変換部材１０の下部から入射される光の反射を抑制するため、光の取出し効率が向上する。基材の屈折率は反射防止膜の屈折率より高くてもよく、反射防止膜の屈折率は他の媒質の屈折率より高くてもよい。
【００３５】
反射防止膜は、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、一酸化珪素、二酸化珪素、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、およびフッ化マグネシウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
【００３６】
誘電体多層膜は、４７０ｎｍ以上の波長の光を反射する多層膜であってもよい。誘電体多層膜で入射光以外の波長を反射することで、蛍光体層２０下部から出射する変換光を抑制することができるため、光の取出し効率が向上する。多層膜は低屈折率層と高屈折率層の二種類以上の材料で構成され、高屈折率層は第一のマトリクスより屈折率が高い方が望ましい。
【００３７】
低屈折率層は、酸化ケイ素等を含んでいてもよい。
【００３８】
高屈折率層は、例えば、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化セリウム、酸化ニオブ、酸化タングステン、一酸化珪素、二酸化珪素、フッ化セシウム、フッ化カルシウム、およびフッ化マグネシウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
【００３９】
本実施の形態の透過型光源装置１００は、例えば、シーリングライト等の一般照明装置；スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明等の特殊照明装置；ヘッドランプ等の車両用照明装置；プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ投影装置；内視鏡用ライト；デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなど映像装置；パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末（ＰＤＸ）、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置等における光源として用いることができる。
【００４０】
以下、本実施形態の波長変換部材１０の製造方法を説明する。
【００４１】
実施の形態１においては、蛍光体粒子１と第一のマトリクス２で構成される蛍光体層２０を形成した後、無機化合物粒子３と第二のマトリクス４で構成される光反射層３０を形成する。
【００４２】
第一のマトリクス２が酸化亜鉛である場合について説明する。まず、光透過基板５１の第三の面に酸化亜鉛の薄膜を形成する。酸化亜鉛の薄膜を形成する方法としては、電子ビーム蒸着法、反応性プラズマ蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ蓄積法等の真空成膜法が用いられる。次に、光透過基板５１の上に形成した酸化亜鉛の薄膜の上に蛍光体粒子１の層を形成する（即ち、第一のマトリクス２を形成する前の蛍光体層２０）。蛍光体粒子１の層を形成する方法としては、例えば、次の方法を用いることができる。即ち、まず、蛍光体粒子１を分散した蛍光体分散液を作成する。次に、薄膜の酸化亜鉛を形成した光透過基板５１を蛍光体分散液中に配置し、電気泳動法を用いて蛍光体粒子１を酸化亜鉛の薄膜の上に集積する。これにより、蛍光体粒子１の層を形成することができる。あるいは、蛍光体分散溶液中で蛍光体粒子１を沈降させることによって蛍光体粒子１の層を形成してもよい。さらには蛍光体粒子１を分散させたペーストを用いて印刷プロセスで蛍光体粒子１の層を形成してもよい。
【００４３】
次に、光透過基板５１の上の酸化亜鉛の薄膜から、Ｚｎを含有する溶液を使用した溶液成長法によって、酸化亜鉛からなる第一のマトリクス２を蛍光体粒子１間に形成することが出来る。溶液成長法には、大気圧下で行う化学溶析出法（ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｂａｔｈ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、大気圧以上の圧力下で行う水熱合成法（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ  ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ）、電圧あるいは電流を印加する電解析出法（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等が用いられる。結晶成長用の溶液としては、例えばヘキサメチレンテトラミンを含有する硝酸亜鉛の水溶液が用いられる。
【００４４】
次に、無機化合物粒子３と第二のマトリクス４を分散させたペーストを用いて印刷プロセスで光反射層３０を形成する。印刷プロセスとしては、スクリーン印刷、凸版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等が用いられる。
【００４５】
（実施の形態２）
図２は、本開示の実施の形態２に係る波長変換部材１１の概略構成を示している。第一の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。波長変換部材１１は、光透過基板５１と蛍光体層２０と光反射層３０と蛍光体層２０の上に形成された上層膜７とを備える。本実施の形態では、実施の形態１と同じく、励起光を出射する半導体発光素子６を設けてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１１の下部に入射する。波長変換部材１１は、半導体発光素子６からの光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１１は、入射光よりも長波長の光を出射する。
【００４６】
上層膜７は、可視光透明膜であってもよく、蛍光体層２０の第一のマトリクス２よりも屈折率が低くてもよい。
【００４７】
第一のマトリクスと他の媒質との屈折率差よりも、第二の実施の形態における第一のマトリクスと上層膜７との屈折率差と、上層膜７と他の媒質との屈折率差が小さくなることで、界面での光の反射が抑制され、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出すことができ、輝度を向上させることができる。
【００４８】
上層膜７は、ガラス、シロキサン骨格を有する化合物、二酸化珪素、およびフッ化バリウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
【００４９】
本実施の形態２の波長変換部材１１は、第一の実施の形態の波長変換部材１０と同じ用途に用いることができる。
【００５０】
本実施形態の波長変換部材１１の製造方法は、実施の形態１の製造方法に加えて、上層膜７を印刷プロセスで形成する工程を含む。印刷プロセスとしては、スクリーン印刷、凸版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等が用いられる。
【００５１】
（実施の形態３）
図３は、本開示の実施の形態３に係る反射型光源装置２００の概略構成を示している。第一の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。反射型光源装置２００は波長変換部材１２と半導体発光素子６とを備える。波長変換部材１２は、反射基板５２と、蛍光体層２０と光反射層３０とを備える。例えば、蛍光体層２０および光反射層３０は、反射基板５２の主面上に配置されている。蛍光体層２０および光反射層３０は、反射基板５２の主面に接触していてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１２の上部に入射する。波長変換部材１２は、上部から入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１２は、入射光よりも長波長の光を出射する。
【００５２】
反射基板５２は、３８０〜７８０ｎｍの波長の光を反射する材料で形成されていてもよく、例えば珪素およびアルミニウムから選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。反射基板５２は基材を特に制限せず、基材に３８０〜７８０ｎｍの波長の光を反射する反射膜を形成してもよい。
【００５３】
反射基板５２と光反射層３０とで変換光は反射され、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出し、輝度を向上させることができる。
【００５４】
本実施の形態３の波長変換部材１２と反射型光源装置２００は、第一の実施の形態の波長変換部材１０と透過型光源装置１００と同じ用途に用いることができる。
【００５５】
本実施形態の波長変換部材１２は、実施の形態１と同様の製造方法で形成できる。
【００５６】
（実施の形態４）
図４は、本開示の実施の形態４に係る波長変換部材１３の概略構成を示している。第３の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。波長変換部材１３は、反射基板５２と、蛍光体層２０と、光反射層３０と、蛍光体層２０の上に形成された上層マトリクス８２と、上層マトリクス８２の内部に分散された上層粒子８１とを備える。本実施の形態では、実施の形態３と同じく、励起光を出射する半導体発光素子６を設けてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１３の上部に入射する。波長変換部材１３は、上部から入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１３は、入射光よりも長波長の光を出射する。
【００５７】
上層粒子８１は蛍光体粒子１よりも屈折率が低くてもよい。上層粒子８１は、例えば、二酸化珪素、硫酸バリウム、および酸化マグネシウムの群から選ばれる少なくとも一つを含んでもよい。
【００５８】
蛍光体粒子１の屈折率より上層粒子８１の屈折率が低いことで光の散乱が抑制され、また入射光の直接反射が抑制されるため、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出すことが可能になり、輝度を向上させることができる。
【００５９】
本実施の形態４の波長変換部材１３は、第一の実施の形態の波長変換部材１０と同じ用途に用いることができる。
【００６０】
本実施形態の波長変換部材１３の製造方法は、実施の形態３の製造方法に加えて、上層粒子８１と上層マトリクス８２を分散したペーストを用いた印刷プロセスにて上層粒子８１と上層マトリクス８２を形成する工程を含む。印刷プロセスとしては、スクリーン印刷、凸版印刷、グラビア印刷、オフセット印刷等が用いられる。
【００６１】
（実施の形態５）
図５（ａ）は、本開示の実施の形態５に係る波長変換部材１４の概略構成を示している。第１〜第４の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。波長変換部材１４は、基板５３と、基板５３上に配置された蛍光体層２０と、蛍光体層２０の周囲を囲む光反射層３１とを備える。基板５３は、光透過基板５１または反射基板５２である。例えば、蛍光体層２０および光反射層３１は、基板５３の主面上に配置されている。蛍光体層２０および光反射層３１は、基板５３の主面に接触していてもよい。また、光反射層３１は、蛍光体層２０に接触していてもよい。
【００６２】
本実施の形態の光反射層３１は、厚さを除き、実施の形態１の光反射層３０と同じ構成を有している。光反射層３１の厚さは、蛍光体層２０の厚さよりも薄くてもよい。この場合、光反射層３１の厚さが蛍光体層２０の厚さの２分の１以上であってもよい。これにより、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出し、輝度を向上させることができる。
【００６３】
本実施の形態では、実施の形態１または３と同じく、励起光を出射する半導体発光素子６を設けてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１４に入射する。波長変換部材１４は、入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１４は、入射光よりも長波長の光を出射する。また、本実施の形態では、実施の形態２または４と同じく、蛍光体層２０上に、上層膜７、または上層マトリクス８２および上層粒子８１を含む層を設けてもよい。
【００６４】
本実施形態の波長変換部材１４は、実施の形態１と同様の製造方法で形成できる。但し、印刷プロセスにおいて形成する層の厚さを変える。すなわち、実施の形態１の光反射層３０よりも薄くなるように光反射層３１を形成する。
【００６５】
（実施の形態６）
図５（ｂ）は、本開示の実施の形態６に係る波長変換部材１５の概略構成を示している。第１〜第５の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。波長変換部材１５は、基板５３と、蛍光体層２０と、蛍光体層２０の周囲を囲む光反射層３２とを備える。例えば、蛍光体層２０および光反射層３２は、基板５３の主面上に配置されている。蛍光体層２０および光反射層３２は、基板５３の主面に接触していてもよい。また、光反射層３２は、蛍光体層２０に接触していてもよい。
【００６６】
本実施の形態の光反射層３２は、厚さを除き、実施の形態１の光反射層３０と同じ構成を有している。光反射層３２の厚さは、蛍光体層２０の厚さよりも厚くてもよい。この場合、光反射層３２と蛍光体層２０の厚さの差は、蛍光体層２０の直径の１０分の１以下、より望ましくは２０分の１以下であってもよい。これにより、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出し、輝度を向上させることができる。
【００６７】
本実施形態の波長変換部材１５は、実施の形態１と同様の製造方法で形成できる。但し、印刷プロセスにおいて形成する層の厚さを変える。すなわち、実施の形態１の光反射層３０よりも厚くなるように光反射層３２を形成する。
【００６８】
実施の形態１または３と同じく、励起光を出射する半導体発光素子６を設けてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１５に入射する。波長変換部材１５は、入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１５は、入射光よりも長波長の光を出射する。また、本実施の形態では、実施の形態２または４と同じく、蛍光体層２０上に、上層膜７、または上層マトリクス８２および上層粒子８１を含む層を設けてもよい。
【００６９】
（実施の形態７）
図５（ｃ）は、本開示の実施の形態７に係る波長変換部材１６の概略構成を示している。第１〜第６の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。波長変換部材１６は、基板５３と、蛍光体層２０と、蛍光体層２０の周囲を囲む光反射層３３とを備える。例えば、蛍光体層２０および光反射層３３は、基板５３の主面上に配置されている。蛍光体層２０および光反射層３３は、基板５３の主面に接触していてもよい。また、光反射層３３は、蛍光体層２０に接触していてもよい。
【００７０】
本実施の形態の光反射層３３は、形状を除き、実施の形態６の光反射層３２と同じ構成を有している。光反射層３３は、蛍光体層２０の上面に接触していてもよい。詳細には、光反射層３３は、蛍光体層２０の上面を、その一部を除いて覆うように設けられる。これにより、蛍光体層２０の上面の一部を露出する開口が形成される。この開口の形状は、特に制限されず、円形であってもよいし、多角形であってもよい。光反射層３３の厚さが蛍光体層２０の厚さよりも厚い場合、光反射層３０と蛍光体層２０の厚さの差は、開口の（外接円の）直径の１０分の１以下、より望ましくは２０分の１以下であってもよい。これにより、蛍光体層２０の上面から光を効率よく外部に取り出し、輝度を向上させることができる。
【００７１】
本実施の形態では、実施の形態１または３と同じく、励起光を出射する半導体発光素子６を設けてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１６に入射する。波長変換部材１６は、入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１６は、入射光よりも長波長の光を出射する。また、本実施の形態では、実施の形態２または４と同じく、蛍光体層２０上に、上層膜７、または上層マトリクス８２および上層粒子８１を含む層を設けてもよい。層膜７、または上層マトリクス８２および上層粒子８１を含む層は、蛍光体層２０の上面全体を覆ってもよいし、開口により露出した部分のみを覆ってもよい。
【００７２】
本実施形態の波長変換部材１６は、実施の形態１と同様の製造方法で形成できる。但し、印刷プロセスにおいて形成する層の厚さ及び範囲を変える。すなわち、蛍光体層２０が形成されていない第三の面の上に形成する光反射層３３の厚さが実施の形態１の光反射層３０よりも厚くなり、且つ、光反射層３３が蛍光体層２０の一部の上にも配置されるように光反射層３３を形成する。
【００７３】
（実施の形態８）
図５（ｄ）は、本開示の実施の形態８に係る波長変換部材１７の概略構成を示している。第１〜第７の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。波長変換部材１７は、基板５３と、基板５３上に設けられ、基板５３側の第一の面および第一の面の反対側の第二の面を有する蛍光体層２１と、蛍光体層２１の第二の面上に配置され、第二の面上に開口を有する光反射層３４とを備える。本実施の形態の蛍光体層２１は、広さを除き、実施の形態１の蛍光体層２０と同じ構成を有する。蛍光体層２１は、基板５３の主面全体又は主面のほぼ全体を覆う。なお、蛍光体層２１上の開口が狭くてもよい場合、蛍光体層２１は、蛍光体層２０と同じ広さであってもよい。
【００７４】
本実施の形態の光反射層３４は、形状を除き、実施の形態７の光反射層３３と同じ構成を有している。光反射層３４は、蛍光体層２１の側面および基板５３に接触していない。光反射層３４と基板５３との間には蛍光体層２１が位置する。光反射層３４は、蛍光体層２１の第二の面に接触していてもよい。詳細には、光反射層３４は、蛍光体層２１の第二の面を、その一部を除いて覆うように設けられる。これにより、蛍光体層２１の第二の面の一部を露出する開口が形成される。開口の形状は、特に制限されず、円形であってもよいし、多角形であってもよい。光反射層３４の幅（即ち、光反射層３４の外側の端部から開口の端部までの最短距離は、）開口の（外接円の）直径の２倍以上、より望ましくは４倍以上であれば、蛍光体層２１の第一の面から光を効率よく外部に取り出し、輝度を向上させることができる。
【００７５】
本実施の形態では、実施の形態１または３と同じく、励起光を出射する半導体発光素子６を設けてもよい。半導体発光素子６から出射された励起光は波長変換部材１７に入射する。波長変換部材１７は、入射した光のうち少なくとも一部の光を、入射した際の光の波長帯域と異なる波長帯域の光に変換して出射する。例えば、波長変換部材１７は、入射光よりも長波長の光を出射する。また、本実施の形態では、実施の形態２または４と同じく、蛍光体層２１上に、上層膜７、または上層マトリクス８２および上層粒子８１を含む層を設けてもよい。上層膜７、または上層マトリクス８２および上層粒子８１を含む層は、蛍光体層２１の第二の面全体を覆ってもよいし、開口により露出した部分のみを覆ってもよい。
【００７６】
本実施形態の波長変換部材１７は、実施の形態１と同様の製造方法で形成できる。但し、印刷プロセスにおいて形成する層の範囲および位置を変える。すなわち、蛍光体層２１の範囲が実施の形態１の蛍光体層２０の範囲よりも広くなるように蛍光体層２１を形成する。また、光反射層３４は、蛍光体層２１の上に形成する。
【実施例】
【００７７】
以下、実施例及び比較例を挙げて本開示を詳細に説明するが、本開示は当該に限定されるものではない。
【００７８】
［透過型光源装置］
透過型光源装置の実施例として、図１、２に示した実施の形態１または２の構成を有する光源装置を用いた。半導体発光素子には波長４４５ｎｍに発光ピークを持つ半導体レーザーを用い、入射光パワーは３Ｗ、光照射径はΦ０．６ｍｍにて、波長変換部材の光透過基板側から蛍光体層に光を照射した。基板にはサファイアを用い、基板の光の入射側には反射防止膜、基板の蛍光体層側には誘電体多層膜を形成した。蛍光体粒子はＹＡＧ（粒子径＝９μｍ、屈折率ｎ＝１．７５）を用い、蛍光体層を直径０．６ｍｍ、厚さ３３μｍに形成した。測定は輝度計（Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍｓ製  Ｌｕｍｉｃａｍ１３００）を使用し、光源装置の輝度特性を評価した。
【００７９】
（実施例１）
蛍光体層の第一のマトリクスを酸化亜鉛（ｎ＝１．９５）、光反射層の無機化合物粒子を酸化チタン（ｎ＝２．７０）、第二のマトリクスをシリコーン（ｎ＝１．４５）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。その評価結果を表１に示す。
【００８０】
（比較例１）
実施例１と同じ材料構成において光反射層を形成しない波長変換部材を作製し（図６の波長変換部材１８参照）、作製した波長変換部材の輝度特性を評価した。表１に比較例１の輝度特性を１００％とした各実施例と各比較例の輝度特性の比率を示す。実施例１は比較例１と比較して、輝度特性が向上した。
【００８１】
（比較例２）
実施例１と同じ材料構成において第二のマトリクスを酸化亜鉛（ｎ＝１．９５）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。比較例２は第二のマトリクスの屈折率が蛍光体粒子の屈折率よりも高い構成を有する。蛍光体粒子の屈折率が第二のマトリクスの屈折率より高い構成を有する実施例１の方が比較例２よりも輝度特性が向上した。
【００８２】
（比較例３）
実施例１と同じ材料構成において第一のマトリクスをガラス（ｎ＝１．５０）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。比較例３は蛍光体粒子の屈折率が第一のマトリクスの屈折率より高い構成を有する。比較例３は実施例１より輝度特性が低下した。
【００８３】
（実施例２）
実施例１と同じ材料構成において無機化合物粒子を酸化ニオブ（ｎ＝２．３０）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。比較例１、比較例２、比較例３に対し、実施例２は輝度特性が向上した。
【００８４】
（実施例３）
実施例１と同じ材料構成において無機化合物粒子を酸化タンタル（ｎ＝２．２０）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。比較例１、比較例２、比較例３に対し、実施例３は輝度特性が向上した。
【００８５】
（実施例４）
実施例１と同じ材料構成において無機化合物粒子を酸化ジルコニウム（ｎ＝２．４０）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。比較例１、比較例２、比較例３に対し、実施例４は輝度特性が向上した。
【００８６】
（実施例５）
実施例１と同じ構成に加えて、蛍光体層の上部に形成する上層膜をシリコーン（ｎ＝１．４５）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。実施例１に対し実施例５は輝度特性が向上し、蛍光体層の上層に第一のマトリクスよりも屈折率が低い膜を形成することで輝度が上昇することを示した。
【００８７】
（実施例６）
実施例５と同じ構成で、第二のマトリクスをガラスとし、蛍光体層の上部に形成する上層膜をフッ化バリウム（ｎ＝１．４５）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。実施例１に対し実施例６は輝度特性が向上した。
【００８８】
（実施例７）
実施例５と同じ構成で、蛍光体層の上部に形成する上層膜をガラスとした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。実施例１に対し実施例７は輝度特性が向上した。
【００８９】
（実施例８）
実施例５と同じ構成で、第二のマトリクスをガラスとし、蛍光体層の上部に形成する上層膜を二酸化珪素（ｎ＝１．５０）とした波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。結果を表１に示す。実施例１に対し実施例８は輝度特性が向上した。
【００９０】
【表１】
2017027019.tif 000003
【００９１】
［反射型光源装置］
反射型光源装置の実施例として、図３、４に示した実施の形態３または４の構成を有する光源装置を用いた。半導体発光素子には波長４４５ｎｍに発光ピークを持つ半導体レーザーを用い、入射光パワーは３Ｗ、光照射径はΦ０．６ｍｍにて、波長変換部材の蛍光体層に光を照射した。反射基板はシリコン基板を用いた。蛍光体粒子はＹＡＧ（粒子径＝９μｍ、屈折率ｎ＝１．７５）を用い、蛍光体層を直径０．６ｍｍ、厚さ６０μｍに形成した。測定は輝度計を使用し、光源装置の輝度特性を評価した。
【００９２】
（比較例４）
蛍光体層の第一のマトリクスを酸化亜鉛（ｎ＝１．９５）とし、光反射層を形成しない波長変換部材を作製し、光源装置の輝度特性を評価した。表２に比較例４の輝度特性を１００％とした、各実施例の輝度特性の結果の比率を示す。
【００９３】
（実施例９）
蛍光体層の第一のマトリクスを酸化亜鉛（ｎ＝１．９５）とし、反射層の無機化合物粒子を酸化チタン（ｎ＝２．７０）とし、第二のマトリクスをシリコーン（ｎ＝１．４５）とした波長変換部材を作製し、輝度特性を評価した。表２に結果を示す。実施例９は比較例４と比較して、輝度特性が１１３％と向上した。
【００９４】
（実施例１０）
実施例９と同じ構成に加えて、上層粒子を二酸化珪素（ｎ＝１．５０）とし、上層マトリクスを酸化亜鉛（ｎ＝１．９５）とした波長変換部材を作製し、輝度特性を評価した。表２に結果を示す。実施例１０は比較例４と比較して、輝度特性が向上した。
【００９５】
（実施例１１）
実施例９と同じ構成に加えて、上層粒子をガラス（ｎ＝１．５０）とし、上層マトリクスを酸化亜鉛（ｎ＝１．９５）とした波長変換部材を作製し、輝度特性を評価した。表２に結果を示す。実施例１１は比較例４と比較して、輝度特性が向上した。
【００９６】
（実施例１２）
実施例９と同じ構成に加えて、上層粒子を硫酸バリウム（ｎ＝１．６５）とし、上層マトリクスをシリコーン（ｎ＝１．４５）とした波長変換部材を作製し、輝度特性を評価した。表２に結果を示す。実施例１２は比較例４と比較して、輝度特性が向上した。
【００９７】
（実施例１３）
実施例９と同じ構成に加えて、上層粒子を酸化マグネシウム（ｎ＝１．７２）、上層マトリクスをシリコーン（ｎ＝１．４５）とした波長変換部材を作製し、輝度特性を評価した。表２に結果を示す。実施例１３は比較例４と比較して、輝度特性が向上した。
【００９８】
【表２】
2017027019.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本開示の波長変換部材を具備する光源装置は、例えば、シーリングライト等の一般照明装置；スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明等の特殊照明装置；ヘッドランプ等の車両用照明装置；プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイ投影装置；内視鏡用ライト；デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなど映像装置；パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末（ＰＤＸ）、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置等における光源として用いることができる。
【符号の説明】
【０１００】
１  蛍光体粒子
２  第一のマトリクス
３  無機化合物粒子
４  第二のマトリクス
６  半導体発光素子
７  上層膜
１０、１１、１２、１３、１４  波長変換部材
２０  蛍光体層
３０  光反射層
５１  光透過基板
５２  反射基板
８１  上層粒子
８２  上層マトリクス
１００  透過型光源装置
２００  反射型光源装置
【図１】
2017027019.tif 000005
【図２】
2017027019.tif 000006
【図３】
2017027019.tif 000007
【図４】
2017027019.tif 000008
【図５】
2017027019.tif 000009
【図６】
2017027019.tif 000010