(57)【要約】  波長変換部材（１０）は、レーザー光（Ｌ）の波長を変換する。波長変換部材は、レーザー光に対して反射性を有する基板（１）と、レーザー光を、当該レーザー光よりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、かつ、基板上に形成された蛍光体層（２）とを備える。蛍光体層は、レーザー光が照射される側の表面に、当該蛍光体層の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有し、かつ、開口幅が５０μｍ以上である凹部（３）を複数有する。そして、隣接する凹部の間隔は、蛍光体層の表面に照射したレーザー光のスポット径よりも小さい。白色光出力デバイス（１００）は、レーザー光を放つレーザー光源（２０）と、上記波長変換部材とを備える。
2020066615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光の波長を変換する波長変換部材であって、
前記レーザー光に対して反射性を有する基板と、
前記レーザー光を、当該レーザー光よりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、かつ、
前記基板上に形成された蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層は、前記レーザー光が照射される側の表面に、当該蛍光体層の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有し、かつ、開口幅が５０μｍ以上である凹部を複数有し、
隣接する前記凹部の間隔は、前記蛍光体層の前記表面に照射した前記レーザー光のスポット径よりも小さい、波長変換部材。
【請求項２】
前記凹部は、前記蛍光体層の表面において３個／ｍｍ以上で存在する、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記蛍光体層は、前記蛍光体からなり、かつ、前記レーザー光を散乱させる複数の蛍光体粒子を含む、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記蛍光体層は、前記レーザー光を散乱させる空隙を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
レーザー光を放つレーザー光源と、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
を備える、白色光出力デバイス。
【請求項６】
前記波長変換部材の前記基板に対する前記レーザー光の入射角度は０°を超える、請求項５に記載の白色光出力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材及びそれを用いた白色光出力デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、レーザー光を、蛍光体を含む波長変換部材に照射し、レーザー光の一部と蛍光体から放出される蛍光の一部とを加法混色することで白色光を得る白色光出力デバイスが知られている。このような白色光出力デバイスでは、光出力を向上させるために、パワー密度の高いレーザー光を蛍光体に照射している。ただ、レーザー光のハイパワー化に伴い、蛍光体の蛍光出力飽和が発生することが知られており、結果として、レーザー光から白色光への変換効率が低下する場合がある。また、蛍光は等方的に拡散する配光分布（無指向性）を有する一方、レーザー光は直進性（指向性）が高い配光分布を有する。このような蛍光とレーザー光の特性に起因し、出力光の照射スポットに色ムラが生じ、色均一性が低下する場合がある。【０００３】
特許文献１は、指向性が強く、干渉性が高いコヒーレント光を低減する発光素子を開示している。具体的には、特許文献１は、励起光源から出射される励起光を受けて蛍光を発する発光素子を開示している。当該発光素子は、基板上に層状に堆積された複数の蛍光体粒子からなり、蛍光体粒子の表面にはコーティング層が設けられており、さらに、コーティング層は発光素子の表面において凹凸形状を成している。このように、発光素子の表面に凹凸形状を形成することによって、発光素子に照射される励起光を散乱させ、励起光の直進性や指向性を失わせることで、出力光の照射スポットの色ムラを改善することが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５２６９１１５号公報
【発明の概要】
【０００５】
確かに、特許文献１のように、蛍光体粒子の表面にコーティング層を設け、コーティング層が発光素子の表面において凹凸形状を成すことにより、励起光を散乱させ、出力光の照射スポットの色ムラを改善することはできる。その一方で、励起光が蛍光体粒子に到達し難くなることから、蛍光体粒子による励起光の吸収率が低下し、結果として低色温度帯の出力光が得難くなるなど、出力光の色度範囲を大きくすることが困難になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、出力光の色度範囲を大きくしつつ、出力光の色ムラを改善することが可能な波長変換部材、及び当該波長変換部材を用いた白色光出力デバイスを提供することにある。
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の第一の態様に係る波長変換部材は、レーザー光の波長を変換する部材である。波長変換部材は、レーザー光に対して反射性を有する基板と、レーザー光を、当該レーザー光よりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、かつ、基板上に形成された蛍光体層と、を備える。蛍光体層は、レーザー光が照射される側の表面に、当該蛍光体層の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有し、かつ、開口幅が５０μｍ以上である凹部を複数有する。隣接する凹部の間隔は、蛍光体層の表面に照射したレーザー光のスポット径よりも小さい。
【０００８】
本発明の第二の態様に係る白色光出力デバイスは、レーザー光を放つレーザー光源と、上記波長変換部材と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る波長変換部材を用いた白色光出力デバイスを模式的に示す断面図である。
【図２】図２は、従来の波長変換部材を用いた光出力デバイスを模式的に示す断面図である。
【図３】図３は、波長変換部材の蛍光体層における凹部の開口幅を説明するための、蛍光体層の厚みと掃引距離との関係を表した断面曲線を示す図である。
【図４】図４は、実施例及び比較例の波長変換部材における、蛍光体層の厚みと掃引距離との関係を表した断面曲線を示す図である。
【図５】図５は、実施例及び比較例の波長変換部材における出力光の配光分布を測定するための装置を示す概略図である。
【図６】図６は、実施例の波長変換部材から発せられる蛍光及びレーザー光の放射角度及び相対強度の関係を示すグラフである。
【図７】図７は、比較例の波長変換部材から発せられる蛍光及びレーザー光の放射角度及び相対強度の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態は、いずれも本実施形態の好ましい具体例を示すものである。したがって、以下の実施形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、あくまで一例であって、本実施形態を限定する趣旨ではない。
【００１１】
［波長変換部材］
本実施形態の波長変換部材１０は、励起光としてのレーザー光Ｌの波長を変換する部材である。図１に示すように、波長変換部材１０は、レーザー光Ｌに対して反射性を有する基板１と、レーザー光Ｌを、当該レーザー光Ｌよりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、かつ、基板１上に形成された蛍光体層２と、を備えている。そして、波長変換部材１０は、図１に示すように、照射されたレーザー光Ｌが基板１及び蛍光体層２によって反射されるような方向に出力光を放つ特徴を持つ。
【００１２】
波長変換部材に照射されるレーザー光Ｌは、蛍光体層２に含まれる蛍光体により吸収され得る波長を持つ光である。レーザー光Ｌはパワー密度が一般的な拡散光に比べて高く、直進性及び指向性が高いことを特徴とする。
【００１３】
波長変換部材１０に照射されるレーザー光Ｌとしては、紫外線を放射する紫外線レーザー光及び可視光線を放射する可視レーザー光の少なくとも一方を用いることができる。また、レーザー光Ｌは、４４０ｎｍ以上４７０ｎｍ未満、好ましくは４４５ｎｍ以上４６０ｎｍ未満の波長領域内に強度最大値を有することが好ましい。これにより、蛍光体を効率よく励起することが可能となる。また、レーザー光Ｌが上記波長領域内に強度最大値を有する場合には、レーザー光Ｌが視認性のよい青色光になり、蛍光体の励起光としてだけでなく、白色光出力デバイス１００の出力光としても無駄なく利用することができる。また、このようなレーザー光を利用する構成にすると、比較的安価で、かつ、高い実用実績を持つ青色半導体レーザー素子をレーザー光源２０として利用できるので、工業生産に適する白色光出力デバイス１００となる。
【００１４】
レーザー光Ｌにおける光密度の具体的な数値は特に限定されないが、例えば３Ｗ／ｍｍ２以上１００Ｗ／ｍｍ２未満であることが好ましい。レーザー光Ｌの光密度が３Ｗ／ｍｍ２以上の場合には、ＬＥＤ照明との違いが明瞭となるため、差別化商品としての価値が高い白色光出力デバイス１００を得ることができる。レーザー光Ｌにおける光密度が１００Ｗ／ｍｍ２未満の場合には、蛍光体層２のエネルギー損失に起因する発熱が少ない白色光出力デバイス１００を得ることができる。
【００１５】
なお、一般照明用として好ましいレーザー光Ｌの光密度の最大値は、３Ｗ／ｍｍ２以上２０Ｗ／ｍｍ２未満である。内視鏡用として好ましいレーザー光Ｌの光密度の最大値は、１０Ｗ／ｍｍ２以上５０Ｗ／ｍｍ２未満である。プロジェクタ用として好ましいレーザー光Ｌの光密度の最大値は、４０Ｗ／ｍｍ２以上１００Ｗ／ｍｍ２未満である。
【００１６】
波長変換部材１０における基板１は、レーザー光Ｌに対して反射性を有していることが好ましく、例えば、レーザー光Ｌを反射する反射部材からなることが好ましい。基板１として反射部材を用いることにより、後述するように、レーザー光Ｌが基板１の表面で反射し、反射光により蛍光体層２中の蛍光体を効率的に励起することが可能となる。
【００１７】
基板１の形状は、表面において蛍光体層２を保持することができるならば特に限定されず、例えば板状とすることができる。また、基板１を構成する反射部材はレーザー光Ｌを反射できるならば特に限定されず、任意の固体物質からなる部材を用いることができる。反射部材としては、金属又は金属酸化物を少なくとも表面に備えた部材を用いることができる。反射部材の金属としてはアルミニウム及びシリコンを挙げることができ、金属酸化物としてはアルミナを挙げることができる。このような材料からなる反射部材は、レーザー光Ｌの照射により発生した熱を効率よく排熱できるため好ましい。
【００１８】
基板１において、反射部材の表面には、レーザー光Ｌを反射する反射膜を設けてもよい。反射膜としては、例えば銀からなる薄膜を挙げることができる。
【００１９】
波長変換部材１０において、蛍光体層２は、少なくとも蛍光体を含有している。蛍光体としては、レーザー光Ｌの一部のエネルギーを吸収し、レーザー光Ｌとは異なる波長の蛍光を等方的な配光分布で放出する蛍光体を用いることができる。このような蛍光体としては、例えばＣｅ３＋を発光中心として含有するＣｅ３＋付活蛍光体を用いることができる。
【００２０】
Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、ガーネットの結晶構造を持つ化合物、例えばアルミン酸塩、珪酸塩、アルミノ珪酸塩などを母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、例えば、Ｌｕ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｌｕ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ｇａ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｙ３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、（Ｙ，Ｇｄ）３Ａｌ２（ＡｌＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋、Ｌｕ２ＣａＭｇ２（ＳｉＯ４）３：Ｃｅ３＋、（Ｌｕ，Ｃａ）３（Ａｌ，Ｍｇ）２（（Ａｌ，Ｓｉ）Ｏ４）３：Ｃｅ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２１】
Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、希土類元素又はアルカリ土類金属を含む複合酸化物、例えばリン酸塩、珪酸塩、アルミン酸塩を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、例えば、ＬａＰＯ４：Ｃｅ３＋、ＹＰＯ４：Ｃｅ３＋、Ｙ２ＳｉＯ５：Ｃｅ３＋、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｃｅ３＋、ＹＡｌＯ３：Ｃｅ３＋、ＣｅＭｇＡｌ１１Ｏ１９からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２２】
Ｃｅ３＋付活蛍光体としては、希土類元素又はアルカリ土類金属を含む窒化物又は酸窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、例えば、Ｙ２Ｓｉ３Ｏ３Ｎ４：Ｃｅ３＋、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｃｅ３＋、Ｃａ（Ａｌ，Ｓｉ）２（Ｎ，Ｏ）３：Ｃｅ３＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２３】
蛍光体としては、残光が比較的長く、レーザー光Ｌを直接照射した場合に蛍光出力飽和しやすい蛍光体を用いることもできる。このような蛍光体としては、パリティー禁制型及びスピン禁制型の少なくとも一方の電子エネルギー遷移によって蛍光を放つイオンを含む蛍光体を挙げることができる。パリティー禁制型及びスピン禁制型の少なくとも一方の電子エネルギー遷移によって蛍光を放つイオンとしては、例えば、希土類元素のｆ電子準位間の遷移や遷移金属元素のｄ電子準位間の遷移による蛍光を放つイオンが挙げられる。このようなイオンとしては、Ｃｅ３＋を除く三価の希土類イオン（Ｐｒ３＋、Ｅｕ３＋、Ｇｄ３＋、Ｔｂ３＋）や、３ｄｎの電子配置を持つ一価から四価の遷移金属イオン（Ｃｒ３＋（３ｄ３）、Ｍｎ２＋（３ｄ５）、Ｍｎ４＋（３ｄ３）、Ｆｅ３＋（３ｄ５））を挙げることができる。
【００２４】
蛍光体は、発光中心として、Ｅｕ２＋、Ｅｕ３＋、Ｔｂ３＋及びＭｎ４＋からなる群より選ばれる一つのイオンを含むことが好ましい。このような蛍光体は、照明用途に好適な可視光を放つため、照明光を設計しやすい波長変換部材１０を得ることができる。
【００２５】
Ｅｕ２＋付活蛍光体としては、アルカリ土類金属の複合酸化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＡＥ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属珪酸塩、ＡＥＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属アルミン酸塩、ＡＥ１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属ハロリン酸塩、ＡＥ２Ｐ２Ｏ７：Ｅｕ２＋などのアルカリ土類金属リン酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、ＡＥは、Ｃａ、Ｓｒ、及びＢａからなる群より選ばれる少なくとも一つを示す。
【００２６】
Ｅｕ２＋付活蛍光体としては、アルカリ土類金属（ＡＥ）の複合窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＡＥ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＡＥＡｌＳｉ４Ｎ７：Ｅｕ２＋、ＡＥＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。また、Ｅｕ２＋付活蛍光体としては、アルカリ土類金属（ＡＥ）の複合酸窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＡＥＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ２＋、ＡＥ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。
【００２７】
また、Ｅｕ３＋付活蛍光体としては、希土類元素の酸化物又は複合酸化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ３：Ｅｕ３＋などの希土類酸化物、ＲＥＶＯ４：Ｅｕ３＋やＲＥ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋などの希土類バナジン酸塩、ＲＥＰＯ４：Ｅｕ３＋などの希土類リン酸塩、ＲＥ２ＳｉＯ５：Ｅｕ３＋などの希土類珪酸塩、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｅｕ３＋などの希土類アルミン酸塩、ＲＥＢＯ３：Ｅｕ３＋などの希土類硼酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、ＲＥは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ及びＧｄからなる群より選ばれる少なくとも一つを示す。
【００２８】
Ｅｕ３＋付活蛍光体としては、希土類元素（ＲＥ）の酸硫化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋を挙げることができる。
【００２９】
また、Ｔｂ３＋付活蛍光体としては、希土類元素の酸化物あるいは複合酸化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ３：Ｔｂ３＋などの希土類酸化物、ＲＥＶＯ４：Ｔｂ３＋やＲＥ（Ｐ，Ｖ）Ｏ４：Ｔｂ３＋などの希土類バナジン酸塩、ＲＥＰＯ４：Ｔｂ３＋などの希土類リン酸塩、ＲＥ２ＳｉＯ５：Ｔｂ３＋などの希土類珪酸塩、ＲＥ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｔｂ３＋などの希土類アルミン酸塩、ＲＥＢＯ３：Ｔｂ３＋などの希土類硼酸塩からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。なお、ＲＥは、Ｓｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄからなる群より選ばれる少なくとも一つを示す。
【００３０】
Ｔｂ３＋付活蛍光体としては、希土類元素（ＲＥ）の複合窒化物、複合酸窒化物、複合炭窒化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、Ｙ２Ｓｉ４Ｎ６Ｃ：Ｔｂ３＋を用いることができる。また、Ｔｂ３＋付活蛍光体としては、希土類元素（ＲＥ）の酸硫化物を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、ＲＥ２Ｏ２Ｓ：Ｔｂ３＋を用いることができる。
【００３１】
また、Ｍｎ４＋付活蛍光体としては、マグネシウムを含むゲルマン酸塩を母体とする蛍光体を挙げることができる。このような蛍光体としては、３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋を用いることができる。また、Ｍｎ４＋付活蛍光体としては、アルカリ金属複合フッ化物を挙げることができる。このような蛍光体としては、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋を用いることができる。
【００３２】
なお、蛍光体層２に含まれる蛍光体は、６００ｎｍ以上６６０ｎｍ未満、特に６１０ｎｍ以上６４０ｎｍ未満の波長範囲内に蛍光ピークを持つ赤色系の蛍光を放つ赤色蛍光体であることが好ましい。これにより、波長変換部材１０の出力光に赤色系の蛍光成分が含まれるようになるため、高い演色性、特に平均演色評価数Ｒａが求められる照明用途向けに有利な波長変換部材１０となる。
【００３３】
このような赤色蛍光体としては、例えば、Ｅｕ２＋で付活された窒化物系の蛍光体やＭｎ４＋で付活されたフッ化物蛍光体などがあり、特に窒化物系の蛍光体が好ましい。このような赤色蛍光体は、ＬＥＤ照明用としての研究が進み、高い実用実績を持つので、信頼性に優れる波長変換部材１０を得ることができる。
【００３４】
ここで、蛍光体は、粉末状の蛍光体であることが好ましい。このような粉末状の蛍光体は、入手が容易なだけでなく、これまでの光源技術やディスプレイ装置技術で培われたオーソドックスな製膜技術を利用して蛍光体層２を製造することができる。そのため、工業生産の面で有利な波長変換部材１０になる。
【００３５】
蛍光体層２に含まれる蛍光体は粒子群であり、蛍光体の平均粒子径は１５μｍ以上５０μｍ未満であることが好ましい。また、蛍光体の平均粒子径は、２０μｍ以上４０μｍ未満であることがより好ましく、２５μｍ以上３５μｍ未満であることがさらに好ましい。蛍光体が、複数の粒子からなる粒子群であり、当該蛍光体の平均粒子径が上記範囲内であることにより、蛍光体層２中の蛍光体がレーザー光Ｌを効率よく吸収し、高強度の蛍光を発することが可能となる。なお、蛍光体の平均粒子径は、蛍光体層２を走査型電子顕微鏡で観察し、複数の蛍光体の粒子径を測定することにより、求めることができる。
【００３６】
また、蛍光体層２は、複数の蛍光体粒子が焼結してなる焼結体であってもよく、蛍光体の多結晶体であってもよい。
【００３７】
本実施形態において、蛍光体層２は、無機化合物のみからなる波長変換体であることが好ましい。これにより、蛍光体層２は、蛍光体の放熱に有利な熱伝導性に優れるものになる。その結果、高出力のレーザー光Ｌを利用して蛍光体を励起できるようになることから、高出力化しやすい波長変換部材１０を得ることができる。また、蛍光体層２が焦げる恐れが無くなるので、比較的高いエネルギー密度のレーザー光を照射できるようにもなり、波長変換部材１０の高出力化を図ることが可能となる。
【００３８】
ここで、無機化合物からなる波長変換体としては、蛍光体の焼結体、蛍光体の圧粉体、蛍光体粒子をガラス封止した構造物、無機化合物からなる結着剤及び／又は微粒子で蛍光体粒子を接合した構造物、蛍光体と化合物を融着させてなる複合体からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。また、波長変換体としては、これらと他の蛍光体粒子とを組み合わせてなる複合体を用いることができる。なお、蛍光体と化合物を融着させてなる複合体としては、蛍光体とアルミナを融着させてなる複合体を挙げることができる。
【００３９】
蛍光体層２は、蛍光体を樹脂材料で封止してなる波長変換体であることが好ましい。樹脂材料で封止することにより得られる波長変換体は製造が比較的容易であるため、所望の波長変換体を安価に製造することができる。なお、樹脂材料としては、例えば、シリコーン樹脂などの透明有機材料を用いることができる。
【００４０】
本実施形態の波長変換部材１０において、基板１上に形成された蛍光体層２は、複数の凹部３と凸部４を備えている。つまり、蛍光体層２における、レーザー光Ｌが照射される側の表面には、複数の凹部３と凸部４が形成されている。そして、凹部３は、蛍光体層２の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有し、かつ、開口幅が５０μｍ以上であることが好ましい。なお、「蛍光体層の膜厚」とは、表面粗さ測定器を用いて蛍光体層の表面性状を測定した場合、蛍光体層の表面の任意の箇所を２ｍｍ掃引して得られた断面曲線における、最高の山頂から高い順に５番目までの山高さを有する凸部の厚みの平均値をいう。
【００４１】
具体的には、次のようにして蛍光体層２の膜厚を求めることができる。図３は、表面粗さ測定器を用いて、蛍光体層２の表面を２ｍｍ掃引した場合の断面曲線の例を示している。そして、図３の断面曲線において、矢印Ａ〜Ｅの山が、最高の山頂から高い順に５番目までの山高さを有する凸部４である。そして、この矢印Ａ〜Ｅの凸部４の厚みの平均値を、蛍光体層２の膜厚とする。なお、図３では、矢印Ａの凸部４の厚みは１３８μｍであり、矢印Ｂの凸部４の厚みは１２５μｍであり、矢印Ｃの凸部４の厚みは１１１μｍであり、矢印Ｄの凸部４の厚みは１０９μｍであり、矢印Ｅの凸部４の厚みは１０８μｍである。そのため、図３に係る蛍光体層２の膜厚は、これらの平均値である１１８．２μｍとなる。
【００４２】
そして、凹部３は、蛍光体層２の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有することが好ましい。具体的には、図３の断面曲線において、凹部３は、蛍光体層２の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さ、つまり当該膜厚（１１８．２μｍ）に対して５９．１μｍ〜９４．６μｍの深さを有することが好ましい。
【００４３】
さらに、凹部３は、開口幅が５０μｍ以上であることが好ましい。ここで、「開口幅」とは、蛍光体層の膜厚のときと同様にして得られた断面曲線において、蛍光体層２の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを形成する斜面４ａを有する凸部４のピーク間距離（山頂間距離）をいう。具体的には、図３に示すように、上述の深さを形成する斜面４ａを有する凸部４のピーク間距離ｄをいう。そして、本実施形態における蛍光体層２の凹部３は、ピーク間距離ｄである開口幅が５０μｍ以上であることが好ましい。このように、凹部３の開口幅が５０μｍ以上である場合、励起光が蛍光体層２の内部へ進入しやすくなり、出力光の色度範囲を大きくしつつ色均一性を高めやすくなるため、望ましい。
【００４４】
上述のように、凹部３の開口幅は５０μｍ以上であることが好ましいが、１００μｍ以上であることがより好ましい。また、凹部３の開口幅の上限は１０００μｍであることが好ましく、５００μｍであることが好ましい。
【００４５】
蛍光体層２の膜厚は特に限定されないが、例えば５０μｍ〜１０００μｍであることが好ましく、５０μｍ〜３００μｍであることがより好ましく、５０μｍ〜２００μｍであることがさらに好ましい。
【００４６】
上述のような構成を備える波長変換部材１０では、図１に示すように、レーザー光源２０から発せられたレーザー光Ｌは、蛍光体層２に到達する。そして、レーザー光Ｌの一部は、蛍光体層２中の凸部４に直接照射されて蛍光体に吸収されるが、その他のレーザー光Ｌは、蛍光体層２中の凹部３を通過して、基板１の表面に一部到達する。基板１における蛍光体層２側の表面はレーザー光Ｌを反射することができるため、基板１に到達したレーザー光Ｌは基板１の表面で反射する。反射したレーザー光Ｌは、凹部３に隣接する凸部４の壁面から入射して、凸部４に含まれる蛍光体により吸収される。吸収されたレーザー光Ｌは波長変換されて、レーザー光Ｌとは異なる波長の蛍光となる。なお、蛍光体層２に照射されたレーザー光Ｌの一部は、蛍光体層２の表面で反射したり、基板１の表面で反射した後に蛍光体に吸収されずに蛍光体層２を透過する場合がある。そのため、波長変換部材１０は、レーザー光Ｌと、蛍光体から発せられた蛍光とが加法混色された出力光を放つ。
【００４７】
ここで、波長変換部材１０の蛍光体層２の内部に、凸部４の壁面から入射したレーザー光Ｌは、蛍光体層２に含まれる蛍光体の表面や多結晶体の粒界などで散乱するため、レーザー光Ｌは直進性や指向性を失い、等方的な配光分布となる。また、蛍光体から放出される蛍光も等方的な配光分布となる。そのため、蛍光体層２を透過したレーザー光Ｌと蛍光とが加法混色された出力光は、色ムラが抑制され、色均一性を高めやすくすることが可能となる。
【００４８】
また、凸部４の壁面から入射したレーザー光Ｌは、散乱されながら、同時に蛍光体層２に含まれる蛍光体に吸収される。したがって、レーザー光Ｌは、散乱により等方的な配光分布に変換されつつ、蛍光体により長波長の光に変換され、出力光の色温度を低くする。結果として、波長変換部材１０は、出力光の色度範囲を大きくしつつ、色均一性を高めやすくすることが可能となる。
【００４９】
図２では、蛍光体層２ａに形成された凹部の開口幅が５０μｍ未満であり、深さが膜厚に対して５０％未満である波長変換部材の例を模式的に示している。図２の波長変換部材１０ａにおいて、レーザー光源２０から放出されたレーザー光Ｌは、蛍光体層２ａに到達する。そして、レーザー光Ｌの一部は、蛍光体層２ａ中の蛍光体に吸収されるが、その他のレーザー光Ｌは蛍光体層２ａの表面で反射して散乱する。このとき、散乱した光は蛍光体に吸収されることがないため、励起光の吸収率を高めることで出力光の色温度を低くすることが難しく、結果として出力光の色度範囲を大きくすることが困難となる。
【００５０】
波長変換部材１０において、隣接する凹部３の間隔は、蛍光体層２の表面に照射したレーザー光Ｌのスポット径よりも小さいことが好ましい。これにより、レーザー光Ｌが、蛍光体層２中の凹部３を通過して、基板１の表面に到達しやすくなる。そして、レーザー光Ｌが基板１の表面で反射した後に、蛍光体層２に凸部４の壁面から入射するため、レーザー光Ｌの一部は蛍光体に散乱されつつ、吸収される。その結果、波長変換部材１０は、出力光の色度範囲を大きくしつつ、色均一性を高めやすくすることが可能となる。なお、蛍光体層２の表面に照射したレーザー光Ｌのスポット径は、基板１の表面に垂直な方向から蛍光体層２を見た場合における、蛍光体層表面でのスポットの大きさをいう。また、スポットの大きさは、当該スポットの外周上の最大２点間距離をいう。つまり、レーザー光Ｌのスポット径は、蛍光体層表面でのスポットの形状が略円形の場合は直径をいい、略楕円形状の場合は長軸の長さをいう。
【００５１】
波長変換部材１０において、隣接する凹部３の間隔は、蛍光体層２の表面に照射したレーザー光Ｌのスポット径の１／２以下であることがより好ましく、１／３以下であることがさらに好ましい。また、レーザー光Ｌのスポット径は、１００μｍ〜１０ｍｍとすることが好ましい。
【００５２】
波長変換部材１０において、凹部３は、蛍光体層２の表面において３個／ｍｍ以上で存在することが好ましい。つまり、表面粗さ測定器を用いて蛍光体層２の表面を掃引した場合、凹部３は、１ｍｍ当たり３個以上存在することが好ましい。蛍光体層２の表面に存在する凹部３の数が多くなるほど、レーザー光Ｌは直進性や指向性を失って等方的な配光分布となるため、出力光の色ムラが抑制されて色均一性を高めることが可能となる。また、凹部３の数が多くなるにつれて、レーザー光Ｌが基板１の表面で反射して凸部４に入射するため、出力光の色度範囲を大きくしつつ色均一性を高めやすくすることが可能となる。
【００５３】
波長変換部材１０において、蛍光体層２は、蛍光体からなり、かつ、レーザー光Ｌを散乱させる複数の蛍光体粒子を含むことが好ましい。また、波長変換部材１０において、蛍光体層２は、少なくとも一部に粒界を有す多結晶体からなることが好ましい。蛍光体層２が複数の蛍光体粒子を含むことにより、蛍光体層２に入射したレーザー光Ｌが蛍光体粒子の表面で散乱する。これにより、レーザー光Ｌは、直進性や指向性を失い、蛍光と同じく等方的な配光分布となる。そのため、レーザー光Ｌと蛍光とが加法混色された出力光の色均一性を高め易くなる。
【００５４】
波長変換部材１０において、蛍光体層２は、レーザー光Ｌを散乱させる空隙を有してもよい。蛍光体層２が複数の空隙を有することにより、蛍光体層２に入射したレーザー光Ｌが空隙と蛍光体との界面で散乱する。これにより、レーザー光Ｌは、直進性や指向性を失い、蛍光と同じく等方的な配光分布となる。そのため、レーザー光Ｌと蛍光とが加法混色された出力光の色均一性を高め易くなる。
【００５５】
本実施形態の波長変換部材１０の製造方法は特に限定されず、蛍光体層２に凹部３が形成できる方法を適用することができる。波長変換部材１０は、例えばスクリーン印刷法により製造することができる。スクリーン印刷法は生産性に優れ、低コストで波長変換部材が生産可能となるため、好ましい。
【００５６】
具体的には、はじめに、基板１の表面に塗布する蛍光体塗布液を調製する。蛍光体塗布液は、例えば、溶媒と増粘剤と無機接着剤と蛍光体とを含む。溶媒としては、例えば、蒸留水や有機溶剤が用いられる。増粘剤としては、例えば、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）が用いられる。無機接着剤としては、例えば、超微粒子アルミナが用いられる。
【００５７】
蛍光体塗布液は、例えば、溶媒に増粘剤を溶解させた後、さらに蛍光体及び無機接着剤をこの順番で添加して攪拌することにより調製することができる。なお、蛍光体塗布液中の蛍光体と溶媒との混合量を変化させることにより、蛍光体塗布液の粘度を変えて、蛍光体層２の厚みを調整することができる。
【００５８】
次に、スクリーン印刷法により、基板１の表面に蛍光体塗布液を塗布して、塗布膜を形成する。この際、スクリーン印刷版のメッシュは、撥水性及び撥油性が高い材料からなるものを用いることが好ましい。撥水性及び撥油性が高いメッシュを用いることにより、蛍光体塗布液がメッシュの穴を通して基板１へ押し出された後に、メッシュを取り除く際に、塗布膜の表面に多数の凹凸が形成される。そして、塗布膜表面に凹凸が存在する状態で、塗布膜が設けられた基板１を加熱して溶媒及び増粘剤を除去することにより、凹部３が形成された蛍光体層２を備える波長変換部材１０を得ることができる。なお、塗布膜が設けられた基板１の加熱温度は特に限定されないが、例えば１５０℃〜４００℃とすることができる。
【００５９】
なお、波長変換部材１０の蛍光体層２における凹部３の深さ及び開口幅は、蛍光体塗布液の粘度や、使用するメッシュのメッシュ数を変えることにより、調整することができる。
【００６０】
また、本実施形態の波長変換部材１０は、基板１の表面に、蛍光体を含む蛍光体層を形成した後、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて凹部３を形成することによっても得ることができる。ＦＩＢは、凹部３の深さや個数を制御しやすく、波長変換部材１０の所望の特性を狙いやすくなるため、好ましい。
【００６１】
このように、本実施形態の波長変換部材１０は、レーザー光Ｌの波長を変換する部材である。そして、波長変換部材１０は、レーザー光Ｌに対して反射性を有する基板１と、レーザー光Ｌを、レーザー光Ｌよりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、かつ、基板１上に形成された蛍光体層２とを備える。蛍光体層２は、レーザー光Ｌが照射される側の表面に、蛍光体層２の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有し、かつ、開口幅が５０μｍ以上である凹部３を複数有する。そして、隣接する凹部３の間隔は、蛍光体層２の表面に照射したレーザー光Ｌのスポット径よりも小さい。このように蛍光体層２が所定の凹部３を有することにより、レーザー光Ｌが蛍光体層２に含まれる蛍光体により散乱して等方的な配光分布となるため、レーザー光Ｌと蛍光とが加法混色された出力光は色ムラが抑制され、色均一性を高めることが可能となる。また、波長変換部材１０では、レーザー光Ｌが基板１の表面で反射した後に、蛍光体層２に凸部４の壁面から入射するため、レーザー光Ｌの一部は蛍光体に散乱されつつ、吸収される。そのため、波長変換部材１０は、出力光の色度範囲を大きくしつつ、色均一性を高めやすくすることが可能である。
【００６２】
上述のように、波長変換部材１０では、基板１の近傍で吸収されるレーザー光Ｌの割合が多くなるため、レーザー光Ｌの吸収過程で生じる熱を、基板１を通じてより排熱しやすくなる。そのため、蛍光体の温度消光や発熱による失活、焦げを発現し難くすることができる。なお、一般的に、低色温度の白色光を出力する波長変換部材は、励起光の蛍光体への吸収率が高いことから発熱しやすく、蛍光体の温度消光や発熱による失活、焦げを発現しやすい。ただ、本実施形態の構成によれば、発熱を抑制しつつ、低色温度の白色光を得ることができる。
【００６３】
また、波長変換部材１０から発せられる出力光の色度は、蛍光体層２の材料や面積、膜厚、蛍光体密度などで自在に調整可能であることは自明である。さらに、レーザー光Ｌと蛍光体から発せられる蛍光との比率も、蛍光体層２の膜厚や蛍光体密度で調整可能である。
【００６４】
［白色光出力デバイス］
次に、本実施形態に係る白色光出力デバイスについて、図面に基づき詳細に説明する。
【００６５】
図１に示すように、本実施形態の白色光出力デバイス１００は、レーザー光Ｌを放つレーザー光源２０と、上述の波長変換部材１０とを備える。そして、白色光出力デバイス１００は、反射型と呼ばれる構造を備える発光装置である。つまり、白色光出力デバイス１００は、レーザー光Ｌが、基板１及び蛍光体層２によって反射されるような方向に出力光を放つ特徴を持つ。
【００６６】
白色光出力デバイス１００のレーザー光源２０としては、レーザー光Ｌを放射する発光素子を用いることができる。このようなレーザー光源２０は特に限定されないが、例えば、レーザーダイオードを用いることができる。レーザーダイオードの場合、高い出力を得ながら小型の装置を構成しやすいため、好ましい。
【００６７】
波長変換部材１０は、上述のように、レーザー光Ｌに対して反射性を有する基板１と、レーザー光Ｌを、レーザー光Ｌよりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、基板１上に形成され、さらに所定の凹部を有する蛍光体層２とを備える。
【００６８】
このような白色光出力デバイス１００から出力光を放出するには、まず、レーザー光源２０を用いて、蛍光体層２側から下方に向かってレーザー光Ｌを照射する。蛍光体層２に照射されたレーザー光Ｌの一部は蛍光体層２の蛍光体に吸収され、蛍光体を励起する。そして、励起された蛍光体は、三次元方向に向かって等方的に蛍光を放出する。ここで、基板１における蛍光体層２側の表面は、蛍光を反射する機能を有する。そのため、蛍光体から基板１側に向かって放出された蛍光は、基板１の表面で反射し、出力方向に放出される。
【００６９】
また、蛍光体層２に照射されたレーザー光Ｌの一部は、蛍光体層２の凹部３を通過して、基板１の表面に到達する。基板１における蛍光体層２側の表面はレーザー光Ｌを反射することができるため、レーザー光Ｌは基板１の表面で反射する。反射したレーザー光Ｌは、凹部３に隣接する凸部４中の蛍光体により吸収され、蛍光体を励起する。そして、励起された蛍光体は、三次元方向に向かって等方的に蛍光を放出する。ただ、上述のように、基板１の表面は蛍光を反射する機能を有するため、蛍光体から基板１側に向かって放出された蛍光は、基板１の表面で反射し、出力方向に放出される。
【００７０】
さらに、蛍光体層２に照射されたレーザー光Ｌの一部は、蛍光体層２の表面で反射したり、基板１の表面で反射した後に蛍光体に吸収されずに蛍光体層２を透過するため、上方に放出される。そのため、白色光出力デバイス１００は、レーザー光Ｌと、蛍光体から発せられた蛍光とが加法混色された出力光を放つ。
【００７１】
ここで、蛍光体層２の蛍光体から放出された蛍光は、等方的な配光分布を有する。さらに、基板１の表面で反射して蛍光体層２の内部に入射したレーザー光Ｌは、蛍光体層２に含まれる蛍光体の表面で散乱するため、レーザー光Ｌは、直進性や指向性を失い、等方的な配光分布となる。そのため、レーザー光Ｌと蛍光とが加法混色された出力光は、色ムラが抑制され、色均一性を高めることが可能となる。また、白色光出力デバイス１００では、基板１の表面で反射した後に、蛍光体層２に凸部４の壁面から入射するため、レーザー光Ｌの一部は蛍光体に散乱されつつ、吸収される。そのため、波長変換部材１０は、出力光の色度範囲を大きくしつつ、色均一性を高めやすくすることが可能である。
【００７２】
白色光出力デバイス１００において、波長変換部材１０の基板１に対するレーザー光Ｌの入射角度θ１は０°を超えることが好ましい。つまり、レーザー光源２０から発せられたレーザー光Ｌは、基板１における蛍光体層２側の表面に対して垂直に入射してもよいが、入射角度θ１が０°を超えるように斜めから入射することが好ましい。レーザー光Ｌの入射角度θ１が０°を超える場合には、レーザー光Ｌは、基板１における蛍光体層２側の表面で反射し、蛍光体層２に対して斜め下方から入射する。そして、蛍光体層２に入射したレーザー光Ｌは、蛍光体により吸収されるか、又は蛍光体粒子の表面で散乱する。そのため、色均一性を高められた出力光を、効率的に放つことが可能となる。なお、波長変換部材１０の基板１に対するレーザー光Ｌの入射角度θ１は特に限定されないが、例えば０°を超えて７０°未満とすることができる。
【００７３】
なお、レーザー光Ｌの入射角度θ１が０°であった場合でも、凹部３の底面部や基板１の表面に存在する微細な凹凸により拡散されることで、結果としてレーザー光Ｌの一部が凸部４の壁面から入射する場合がある。また、その効果を発現させるために、意図的に凹部３の底面部や基板１の表面に、凹凸構造や光を拡散させる任意の構成を配置してもよい。この場合、より小型な発光装置を構成しやすくなるため、好ましい。
【００７４】
白色光出力デバイス１００において、レーザー光源２０と波長変換部材１０との間には、レーザー光源２０から放射されたレーザー光Ｌを蛍光体層２に集光するためのレンズを介在させてもよい。また、レーザー光源２０と波長変換部材１０との間には、レーザー光源２０から放射されたレーザー光Ｌを蛍光体層２に伝送して集光するための導光機構を介在させてもよい。導光機構としては、例えば光ファイバーを用いることができる。
【００７５】
図１に示す白色光出力デバイス１００において、レーザー光源２０は波長変換部材１０の直上に位置しているが、白色光出力デバイス１００はこのような態様に限定されない。例えば、レーザー光源２０を白色光出力デバイス１００の直上以外に位置させ、ミラーなどでレーザー光Ｌの光路を変更してもよい。この場合、上述のように、レーザー光Ｌは必ずしも空間を伝搬する必要はなく、レーザー光源２０から波長変換部材１０へ入射する過程の一部に、光ファイバーなど任意の導光機構を備えてもよい。
【００７６】
白色光出力デバイス１００において、出力光は、照明光として利用されることが好ましい。これにより、産業上の利用価値が高く需要が多い白色光出力デバイスとなる。なお、白色光出力デバイス１００は、スタジオ照明、屋外照明、店舗照明、調光システム、施設照明、海洋照明、及び内視鏡のいずれかの用途向けの装置であることが好ましい。
【実施例】
【００７７】
以下、本実施形態を実施例及び比較例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれらの実施例に限定されるものではない。【００７８】
［波長変換部材の作製］
（実施例）
イットリウム・アルミニウム・ガーネット粒子（ＹＡＧ粒子）、ＣＡＳＮ粒子（ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ）、フッ化マグネシウム粒子、及びポリシラザンを質量比で１：０．４：０．０２：０．０５となるように秤量した後、混合した。イットリウム・アルミニウム・ガーネット粒子は、根本特殊化学株式会社製で、中心粒径が１８μｍのものを使用した。ＣＡＳＮ粒子は、三菱ケミカル株式会社製で、中心粒径が１８μｍのものを使用した。フッ化マグネシウム粒子は、中心粒径が４０ｎｍのものを使用した。ポリシラザンは、メルクパフォーマンスマテリアル株式会社製のペルヒドロポリシラザン（品番ＮＬ−１２０Ａ）を使用した。【００７９】
得られた混合物に、ターピノール及びエチレングリコールを適宜混合することにより、ペースト状の塗液を得た。【００８０】
次に、厚さが０．７７５ｍｍ、縦及び横の辺の長さが２５ｍｍの、表面研磨が施されたシリコン基板の表面に、膜厚が１２０ｎｍの銀膜をスパッタリングにより形成した。そして、塗液を、シリコン基板の銀膜上に、スクリーン印刷版とスクリーン印刷機を用いて塗布することにより成膜した。なお、スクリーン印刷版は、テトロン（登録商標）製であり、メッシュカウント（１インチ間の糸の本数）が１２０のものを使用した。また、塗液の塗布は、スクリーン印刷版に対して、シリコーン製スキージを３ｃｍ／秒の速度で掃引させることにより行った。【００８１】
そして、塗液を成膜したシリコン基板を、最大４００℃の温度で加熱処理することにより、シリコン基板と蛍光体層が一体化された本例の波長変換部材を得た。【００８２】
（比較例）
スクリーン印刷版として、ステンレス鋼（ＳＵＳ）製であり、メッシュカウントが１２０のものを使用したこと以外は、実施例と同様にして、本例の波長変換部材を得た。【００８３】
［評価］
実施例及び比較例で得られた波長変換部材における蛍光体層の表面性状を測定した。さらに、波長変換部材にレーザー光を照射した場合における、出力光の色温度及び変換効率、波長変換部材の表面温度、並びに出力光の配光分布を測定した。【００８４】
（蛍光体層の表面性状）
実施例及び比較例の波長変換部材における蛍光体層の表面性状を、触針式段差計（ブルカー社製、製品名Ｄｅｋｔａｋ）で測定した。表面性状の測定結果を図４に示す。図４のグラフは、実施例及び比較例の波長変換部材における、蛍光体層の厚みと掃引距離との関係を表した断面曲線を示しており、図４のグラフにおける縦軸の「０μｍ」は、基板表面のレベルを意味する。【００８５】
（出力光の色温度及び変換効率）
励起光として、中心波長が４４４ｎｍ、パワー密度が約４Ｗ/ｍｍ２のレーザー光を、実施例及び比較例の波長変換部材における蛍光体層の表面へ照射した。レーザー光の光源としては、中心波長が４４４ｎｍの青色レーザー光源を使用し、青色レーザー光源としては、株式会社島津製作所製、ファイバ結合型高輝度青色ダイレクトダイオードレーザーＢＬＵＥ  ＩＭＰＡＣＴ（登録商標）を使用した。実施例及び比較例の波長変換部材にレーザー光を照射した結果、実施例及び比較例のいずれも、励起光の青色光と黄緑色光と赤色光とが加法混色してなる混合光が得られた。【００８６】
次に、実施例及び比較例の波長変換部材から得られた混合光について、積分球および分光光度計を用いて、波長スペクトル、色温度及び出力エネルギー量を計測した。分光光度計は、大塚電子株式会社製、マルチチャンネル分光器ＭＣＰＤ−９８００を使用した。なお、得られた出力エネルギー量を入力エネルギー量で除したものを変換効率とした。【００８７】
実施例及び比較例の波長変換部材における変換効率及び色温度を表１に示す。なお、表１では、比較例の変換効率を１と場合における実施例の変換効率の比を示している。【００８８】
（波長変換部材の表面温度）
上述のレーザー照射条件にてレーザー光を照射しつつ、サーモカメラのピントを、各例の波長変換部材における蛍光体層に合わせることで、蛍光体層の表面の温度分布を測定した。そして、得られた温度分布のうち、最も高い温度を波長変換部材の表面温度とした。実施例及び比較例の波長変換部材の表面温度を表１に合わせて示す。なお、表１では、比較例の表面温度を１と場合における実施例の表面温度の比を示している。【００８９】
（出力光の配光分布）
図５に示す測定装置を用いて、実施例及び比較例の波長変換部材における出力光の配光分布を測定した。図５に示す測定装置は、回転ステージ３０、及び回転ステージ３０の表面に取り付けられたヒートシンク４０を備えている。そして、ヒートシンク４０には、各例の波長変換部材１０が取り付けられる。当該測定装置は、さらに、レーザー光源２０と、光ファイバー２１を介してレーザー光源２０に接続されたレーザー出力部２２とを備えている。当該測定装置は、さらに、分光光度計５０と、光ファイバー５１を介して分光光度計５０に接続された出力光検出部５２とを備えている。なお、レーザー光源２０及び分光光度計５０は、上述の出力光の色温度及び変換効率の測定で使用したものと同じものを使用した。【００９０】
図５に示すように、回転ステージ３０には、レーザー出力部２２が固定されており、回転ステージ３０が回転した際には、ヒートシンク４０及び波長変換部材１０と共にレーザー出力部２２も合わせて回転する。なお、出力光検出部５２は、回転ステージ３０には固定されていない。【００９１】
図５に示すように、まず、各例の波長変換部材１０を、ヒートシンク４０に放熱シートを用いて貼り付けた。この際、ヒートシンク４０には、波長変換部材１０の基板側を貼り付けるようにした。なお、放熱シートとしては、富士高分子工業株式会社製のサーコン（登録商標）を用いた。【００９２】
そして、上述の色温度及び変換効率の測定と同じレーザー照射条件で、レーザー出力部２２から波長変換部材１０の蛍光体層の表面に対して、レーザー光Ｌを照射した。この際、レーザー光Ｌの入射角度θ１が４５°となるように調整した。そして、回転ステージ３０の外に設けられた出力光検出部５２及び分光光度計５０により、波長変換部材１０で拡散されたレーザー光Ｌと蛍光体層から発せられた蛍光との混合光（出力光Ｏ）の波長スペクトルを測定した。【００９３】
次いで、回転ステージ３０を、放射角度θ２が大きくなるように０．５°刻みで回転させ、各角度における出力光Ｏの波長スペクトルを測定した。そして、得られた波長スペクトルから、レーザー光のピーク波長である波長４４４ｎｍの強度と蛍光のピーク波長である波長５３８ｎｍの強度を抽出した。これらより、放射角度と各波長の相対強度比の依存関係を、出力光の配光分布とした。なお、相対強度比は、各波長の放射角度θ２＝０°のときの強度を１とした任意数である。【００９４】
図６では、実施例の波長変換部材に関し、各角度の出力光Ｏに含まれるレーザー光と蛍光の配向分布を示している。図７では、比較例の波長変換部材に関し、各角度の出力光Ｏに含まれるレーザー光と蛍光の配光分布を示している。【００９５】
【表１】
2020066615.tif 000003
【００９６】
まず、図４に示す実施例の断面曲線は、図３の断面曲線と一致している。そして、図３及び図４より、実施例の波長変換部材では、蛍光体層の表面に複数の凹部が形成されていることが分かる。さらに、形成された凹部は、蛍光体層の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有しており、かつ、開口幅が５０μｍ以上であることが分かる。これに対して、比較例の波長変換部材では、蛍光体層の表面には小さな凹部しか形成されておらず、実施例のような深さ及び開口幅を有する凹部は存在しないことが分かる。【００９７】
また、表１に示すように、実施例及び比較例の波長変換部材では、レーザー光の変換効率は同等であった。しかし、実施例の出力光の色温度は、比較例の出力光に比べて低下した。つまり、実施例の出力光は、比較例の出力光よりも、ＹＡＧ粒子から発せられた黄緑色光とＣＡＳＮ粒子から発せられた赤色光を多く含んでいるため、色温度が低下した。そのため、実施例の波長変換部材のように、蛍光体層に複数の凹部を設けることで、蛍光体による励起光の吸収率が向上し、蛍光の放射強度を高めることができることが分かる。【００９８】
さらに、表１に示すように、実施例の波長変換部材は、比較例に比べて蛍光体層の表面温度が低下している。つまり、実施例の波長変換部材では、基板の表面で反射した後に蛍光体層に入射するレーザー光の割合が高いため、レーザー光は基板の近傍で蛍光体に吸収されやすい。この際、蛍光体が発熱した場合であっても、当該蛍光体は基板の近傍に存在するため、発生した熱を基板及びヒートシンクを通じて効率よく排熱できることが分かる。【００９９】
そして、図６より、実施例の波長変換部材では、放射角度θ２が大きくなるにつれて、レーザー光と蛍光の相対強度は同等に低下していることが分かる。これに対して、図７より、比較例の波長変換部材では、放射角度θ２が大きくなるにつれて、レーザー光と蛍光の相対強度の差が大きくなることが分かる。このように、実施例の波長変換部材では、放射角度θ２が大きくなった場合でもレーザー光と蛍光の相対強度の差が小さいため、出力光の色ムラが小さく、色均一性が良好になることが分かる。これに対して、比較例の波長変換部材では、放射角度θ２が大きくなるにつれて、蛍光よりもレーザー光の強度が高まるため、出力光の色ムラが大きくなることが分かる。【０１００】
以上、本実施形態を実施例によって説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。【０１０１】
特願２０１８−１７９９３９号（出願日：２０１８年９月２６日）の全内容は、ここに援用される。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本開示によれば、出力光の色度範囲を大きくしつつ、出力光の色ムラを改善することが可能な波長変換部材、及び当該波長変換部材を用いた白色光出力デバイスを得ることができる。
【符号の説明】
【０１０３】
１  基板
２  蛍光体層
３  凹部
１０  波長変換部材
２０  レーザー光源
１００  白色光出力デバイス
Ｌ  レーザー光
ｄ  ピーク間距離（開口幅）
【図１】
2020066615.tif 000004
【図２】
2020066615.tif 000005
【図３】
2020066615.tif 000006
【図４】
2020066615.tif 000007
【図５】
2020066615.tif 000008
【図６】
2020066615.tif 000009
【図７】
2020066615.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月15日(2020.1.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー光の波長を変換する波長変換部材であって、
前記レーザー光に対して反射性を有する基板と、
前記レーザー光を、当該レーザー光よりも長波長の光に変換する蛍光体を含み、かつ、前記基板上に形成された、膜厚が５０μｍ〜２００μｍである蛍光体層と、
を備え、
前記蛍光体層は、前記レーザー光が照射される側の表面に、当該蛍光体層の膜厚に対して５０％以上８０％以下の深さを有し、かつ、開口幅が５０μｍ以上である凹部と前記凹部に隣接する凸部とを複数有し、
前記レーザー光は、前記蛍光体層中の前記凹部を通過して前記基板の表面に到達し、前記基板の表面で反射した後に、前記蛍光体層に前記凸部の壁面から入射し、
隣接する前記凹部の間隔は、前記蛍光体層の前記表面に照射した前記レーザー光のスポット径よりも小さい、波長変換部材。
【請求項２】
前記凹部は、前記蛍光体層の表面において３個／ｍｍ以上で存在する、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記蛍光体層は、前記蛍光体からなり、かつ、前記レーザー光を散乱させる複数の蛍光体粒子を含む、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記蛍光体層は、前記レーザー光を散乱させる空隙を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
レーザー光を放つレーザー光源と、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
を備える、白色光出力デバイス。
【請求項６】
前記波長変換部材の前記基板に対する前記レーザー光の入射角度は０°を超える、請求項５に記載の白色光出力デバイス。
【国際調査報告】
2020066615.tif 000011
2020066615.tif 000012