JP7120745B2 - 光波長変換装置及び光複合装置 - Google Patents

Description

本開示は、例えば光波長変換機器、蛍光材、各種照明、映像機器などに用いられるような、光の波長の変換が可能な光波長変換装置及び光複合装置に関するものである。

例えばヘッドランプや各種照明機器などでは、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や半導体レーザー（ＬＤ：Laser Diode）の青色光を、光波長変換部材である蛍光体によって波長変換することにより白色を得ている装置が主流となっている。

蛍光体としては、樹脂系やガラス系などが知られているが、近年、光源の高出力化が進められており、蛍光体には、より高い耐久性が求められるようになったことから、セラミックス蛍光体に注目が集まっている。

また、近年では、上述した蛍光体を用いた装置として、所定方向（例えば上面）から光を入射して光の波長変換を行い、反射膜にて反対方向に反射して、装置の外部に波長変換後の光（即ち蛍光）を放射する装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。

国際公開第２０１４／０２１０２７号

ところが、上述した従来技術では、光波長変換部材である蛍光体に放熱部材を接合させて放熱を行っているが、放熱効果が十分ではない。そのため、蛍光体の温度が上昇すると、温度消光によって、放射される光の強度（即ち発光強度：蛍光強度）が低下する恐れがあった。

また、前記従来技術の蛍光体では、その材料として、単一組成のＹＡＧ系蛍光体等を用いているが、例えば高い蛍光強度や少ない色ムラなどの十分な光波長変換特性が得られていないのが現状である。

本開示は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、放熱特性に優れ、しかも、光波長変換特性に優れた光波長変換装置及び光複合装置を提供することにある。

（１）本開示の第１局面は、入射した光の波長を変換する光波長変換部材と、該光波長変換部材よりも放熱性に優れた放熱部材と、前記光波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合部と、を備えた光波長変換装置に関するものである。

この光波長変換装置では、前記光波長変換部材は、前記光が入射する第１面に光の反射を抑制する反射防止膜を備え、前記第１面と反対側の第２面に光を反射する反射膜を備え、該反射膜と前記接合部との間に前記反射膜と前記接合部との接合性を向上させる中間膜を備えている。

さらに、前記光波長変換部材は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成された
セラミックス蛍光体である。

しかも、前記透光相の結晶粒子はＡｌ_２Ｏ_３の組成を有し、前記蛍光相の結晶粒子は化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有するとともに、前記Ａ元素及び前記Ｂ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されている。

Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（但し、Ｃｅは除く）
（但し、Ａとして更にＧｄを含んでいてもよい）
Ｂ：Ａｌ（但し、Ｂとして更にＧａを含んでいてもよい）
このように、本第１局面では、光波長変換部材に放熱性に優れた（即ち熱伝導率の高い）放熱部材を接合する構成により、光波長変換部材に入射する光（例えばレーザー光）によって発生する熱を効率良く放熱できる。そのため、高いエネルギーの光が入射しても（例えば高いレーザー出力のレーザー光が入射しても）、温度消光が生じにくいので、高い蛍光強度を維持することができる。

なお、この放熱部材の材料としては、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）などの材料を採用でき、特に銅を放熱部材に用いるが望ましい。また、放熱部材の厚さとしては、０．１ｍｍ～４ｍｍの範囲であることが望ましい。

本第１局面では、放熱部材と中間膜との間に接合部を設けることで、放熱部材と反射膜と好適に接合することができる。
この接合部の材料としては、半田（ハンダ）、金属ロウ、銀ペースト、無機バインダーなどの材料を採用できる。なお、熱伝導性を向上させるために、ハンダを用いることが望ましい。また、接合部の厚さとしては、０．０１μｍ～１００μｍの範囲であることが望ましい。

本第１局面では、光波長変換部材の第２面に反射膜を備えているので、光波長変換部材の内部で発生する蛍光を効率良く反射できる。そのため、通常ならば透過する光を反射させて、目的とする方向（即ち外部）に効率よく放射させることができる。よって、光波長変換部材の発光強度が向上する。

この反射膜の材料としては、アルミニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素などの材料を採用できる。なお、反射膜は、単層でも多層構造でもよい。また、反射膜の厚さとしては、０．１μｍ～１μｍの範囲であることが望ましい。

本第１局面では、光波長変換部材の第１面に反射防止膜（例えばＡＲコート）を備えているので、第１面での光の反射を抑制できる。そのため、光波長変換部材に多くの光を入射させることができるので、入射した光を蛍光相の結晶粒子に効率よく吸収させることができる。さらに、反射防止膜がある場合には、光波長変換部材の内部で発生した光を効率よく外部に取り出すことが可能になる。そのため、光波長変換部材の発光強度が向上する。

この反射防止膜として、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、フッ化マグネシウムなどの材料を採用できる。なお、反射防止膜は単層でも多層構造でもよい。また、反射防止膜の厚さとしては、０．０１μｍ～１μｍの範囲であることが望ましい。

本第１局面では、反射膜（例えばＡｌ層）と接合部（例えばハンダ層）との間に反射膜
と接合部との接合性を向上させる中間膜（例えばＮｉ層）を備えている。そのため、反射膜と接合部との接合性が向上するので、反射膜側の光波長変換部材から接合部側の放熱部材への放熱性が向上するという効果がある。これにより、光波長変換部材の温度消光を抑制できるので、蛍光強度が向上するという利点がある。

この中間膜の材料としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などの材料を採用できる。なお、中間膜は単層でも多層構造でもよい。また、中間膜の厚さとしては、０．０１μｍ～１μｍの範囲であることが望ましい。

また、本第１局面では、基本的な構成として、光波長変換部材は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成され、しかも、セラミックス焼結体が、前記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されているＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有している。

このように、光波長変換部材に前記セラミックス焼結体を使用することで、蛍光相と透光相の界面での光の散乱が起き、光の色の角度依存性を減らすことができ、色均質性を向上できる（即ち色ムラを低減できる）。

しかも、光波長変換部材に前記セラミックス焼結体を使用することで、熱伝導率が良くなるので、例えばレーザー光等の光の照射によって光波長変換部材にて発生した熱を、効率良く放熱部材に排出することができる。そのため、例えばレーザー光の高出力域でも、高い蛍光特性を維持することができる。

また、従来のように、光波長変換部材の種類が単一組成であると光の散乱が起こらずに、光の色の角度依存性が大きくなり、光の色のムラが生じる。また、蛍光体に樹脂を用いると熱伝導率が低いため、放熱ができずに温度消光がおきる。

それに対して、本第１局面では、上述した構成のガーネット構造を有するセラミックス焼結体を用いるので、色ムラの発生や温度消光の発生を抑制できる。
つまり、本第１局面では、上述した構成により、高い蛍光強度や少ない色ムラなどの十分な光波長変換特性が得られる。例えば、効率よく青色光を可視光に変換することができる。

なお、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有する化合物（即ち蛍光相の結晶粒子を構成する物質）は、セラミックス焼結体全体の３ｖｏｌ％～７０ｖｏｌ％の範囲であることが望ましい。また、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有する化合物におけるＣｅの含有率（Ｃｅ濃度）は、前記化合物の前記Ａに対して、０．１ｍｏｌ％～１．０ｍｏｌ％の範囲であることが望ましい。

さらに、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有する化合物にＧｄを含む場合には、そのＧｄの含有率（Ｇｄ濃度）は、前記化合物の前記Ａに対して、３０ｍｏｌ％以下であることが望ましい。同様に、前記化合物にＧａを含む場合には、そのＧａの含有率（Ｇａ濃度）は、前記化合物の前記Ｂに対して、３０ｍｏｌ％以下であることが望ましい。

（２）本開示の第２局面では、前記光波長変換部材の前記第１面から前記第２面に至る厚さが、１００μｍ～４００μｍであってもよい。
光波長変換部材の厚さが１００μｍよりも薄い場合、透過方向の蛍光成分が少なくなり、蛍光不足のため蛍光強度が低くなることがある。一方、光波長変換部材の厚さが４００
μｍよりも厚い場合、光波長変換部材の内部での光の吸収が多くなるので、得られる光自体が少なくなってしまい、蛍光特性が低下することがある。

従って、前記厚さの範囲とすることで、高い蛍光特性（即ち蛍光強度）および高い放熱性が得られる。
（３）本開示の第３局面では、前記光波長変換部材の前記第１面の平均面粗さ（算術平均粗さＳａ）が、０．００１μｍ＜Ｓａ＜０．５μｍであってもよい。

光波長変換部材の前記第１面の平均面粗さＳａが０．００１μｍより小さいと、第１面での鏡面反射が起き、入射光を効率的に取り入れられず、蛍光特性（例えば蛍光強度）が低下することがある。一方、第１面の平均面粗さＳａが０．５μｍより大きいと、第１面での乱反射が起きることで、発せられる光を効率的に取り出せずに、蛍光特性（例えば蛍光強度）が低下することがある。
従って、前記平均面粗さＳａの範囲とすることで、高い蛍光特性が得られる。

なお、平均面粗さ（算術平均粗さＳａ）とは、ＩＳＯ２５１７８で規定されたパラメータである。
（４）本開示の第４局面では、前記光波長変換部材の前記第１面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、０．００１μｍ＜Ｒａ＜０．４μｍであってもよい。

光波長変換部材の前記第１面の表面粗さＲａが０．００１μｍより小さいと、第１面での鏡面反射が起き、入射光を効率的に取り入れられず、蛍光特性（例えば蛍光強度）が低下することがある。一方、第１面の表面粗さＲａが０．４μｍより大きいと、第１面での乱反射が起きることで、発せられる光を効率的に取り出せずに、蛍光特性（例えば蛍光強度）が低下することがある。
従って、前記表面粗さＲａの範囲とすることで、高い蛍光特性が得られる。

なお、表面粗さ（算術平均粗さＲａ）とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定されたパラメータである。
（５）本開示の第５局面では、前記光波長変換部材の屈折率ｎ１と前記反射防止膜の屈折率ｎ２との比屈折率差Δｎ｛＝（ｎ１ーｎ２）／ｎ１｝は、０．３以下であってもよい。

光波長変換部材の屈折率ｎ１と反射防止膜の屈折率ｎ２との比屈折率差Δｎ、即ち（ｎ１ーｎ２）／ｎ１が大きいと、光波長変換部材と反射防止膜との界面の反射率が大きくなるため、光波長変換部材に光が入射しにくくなる。よって、蛍光特性（例えば蛍光強度）が低下することがある。

そのため、前記比屈折率差Δｎは、０．３以下が好ましい。
（６）本開示の第６局面は、第１～第５局面のいずれかの光波長変換装置を備えた光複合装置である。

本第６局面の光複合装置は、発光装置等において、光波長変換装置に光を照射する場合に、放熱性に優れているので、温度消光を抑制できる。また、光波長変換装置にて波長が変換された光（即ち蛍光）は、高い蛍光強度を有する。また、高い色均質性を有する（即ち色ムラが少ない）。

＜以下に、本発明の各構成について説明する＞
・「蛍光相」は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする相であり、「透光相」は、透光性を有する結晶粒子、詳しくは蛍光相の結晶粒子とは異なる組成の結晶粒子を主体とする
相である。

・「主体」とは、前記光波長変換部材中において、最も多い量（即ち体積）存在することを示している。例えば、蛍光相には、蛍光性を有する結晶粒子を５０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含まれていてもよい。また、例えば、透光相には、透光性を有する結晶粒子を５０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含まれていてもよい。

・「光波長変換部材」は、上述した構成を有するセラミックス焼結体であり、各結晶粒子やその粒界には、不可避不純物が含まれていてもよい。このセラミックス焼結体には、透光相及び透光相（従って蛍光性を有する結晶粒子及び透光性を有する結晶粒子）が、セラミックス焼結体の５０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含まれていてもよい。

・「Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ」とは、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２中の元素Ａの一部にＣｅが固溶置換していることを示しており、このような構造を有することにより、同化合物は蛍光特性を示すようになる。

実施形態の光波長変換装置を備えた光複合装置を厚み方向に破断した断面を示す断面図である。 実施形態の光波長変換装置を厚み方向に破断した断面を示す断面図である。 光源ユニットを示す説明図である。 （ａ）は実施例の試料を示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面を拡大して示す断面図である。

次に、本開示の光波長変換装置及び光複合装置の実施形態について説明する。
［１．実施形態］
［１－１．光複合装置］
まず、本実施形態の光波長変換装置及び光複合装置について説明する。

＜光複合装置の構成＞
図１に示すように、本実施形態の光波長変換装置１は、例えばアルミナ等の箱状または板状のセラミック製のパッケージ（容器または基板）３に収容されている。以下、光波長変換装置１がパッケージ３に収容されたものが、光複合装置５である。なお、基板上に光波長変換装置１が搭載されたものも収容と称する。

前記光波長変換装置１は、光波長変換部材９を含む板状の積層体１１と板状の放熱部材１３とが、層状の接合部１５により接合されたものである。つまり、図２に示すように、光波長変換装置１は、光の入射側（図２の上方）から順番に、反射防止膜１７、光波長変換部材９、反射膜１９、中間膜２１、接合部１５、放熱部材１３が配置されたもの（詳しくは積層されたもの）である。

なお、光波長変換装置１に対しては、後述するように、図２の上方または側方から光が照射される。例えばレーザー光を発生する発光素子（図示せず）から、例えばレーザー光が反射防止膜１７の表面（上面：第１面９ａ）に対して照射される。

以下、詳細に説明する。
反射防止膜１７は、光波長変換部材９よりも光の反射率が低いものであり、外部からの光の反射を抑制することにより、外部からの光を光波長変換部材９に効率的に取り込むための薄膜である。

この反射防止膜１７は、例えば、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、フッ化マグネシウムのうちの１種の材料からなる薄膜である。なお、反射防止膜１７は、前記材料からなる単層であっても同種又は異なる材料からなる多層構造であってもよい。

また、反射防止膜１７の厚さは、例えば０．０１μｍ～１μｍの範囲である。反射防止膜１７の厚さが０．０１μｍより薄いと、反射防止効果が少ない。一方、１μｍを超えると、反射防止膜１７による光吸収が大きくなり、光の減衰に繋がる。そのため、光波長変換部材９の発光強度が低下する。

反射膜１９は、光波長変換部材９を透過した光や光波長変換部材９にて発生した蛍光を反射する薄膜である。この反射膜１９は、例えば、アルミニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化ランタン、酸化タンタル、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム、酸化タングステン、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素のうちの１種の材料からなる薄膜である。なお、反射膜１９は、前記材料からなる単層であっても同種又は異なる材料からなる多層構造であってもよい。

また、反射膜１９の厚さは、例えば０．１μｍ～１μｍの範囲である。反射膜１９の厚さが０．１μｍより薄いと、光が透過してしまい、反射効果が少ない。一方、１μｍを超えると、反射膜１９による光吸収が大きくなる。そのため、光波長変換部材９の発光強度が低下したり、熱の発生源となる。

中間膜２１は、接合部１５の接合性を向上させる薄膜、例えば接合部１５がハンダの場合にはハンダの濡れ性を向上させる薄膜である。この中間膜２１は、例えば、金、銀、ニッケルのうちの１種の材料からなる薄膜（例えばメッキ膜）である。なお、中間膜２１は、前記材料からなる単層であっても同種又は異なる材料からなる多層構造であってもよい。

また、中間膜２１の厚さは、例えば０．０１μｍ～１μｍの範囲である。中間膜２１の厚さが０．０１μｍより薄いと、例えば濡れ性が低下し接合が上手くいかない恐れがある。一方、１μｍを超えると、熱伝導性が低下し、熱引き効果が悪くなる恐れがある。

接合部１５は、光波長変換部材９側の構成（詳しくは反射膜１９）と放熱部材１３とを、（中間膜２１を介して）接合する層である。接合部１５は、例えば、半田（ハンダ）、金属ロウ、銀ペースト、無機バインダーのうちの１種の材料からなる層（固化した層）である。なお、接合部１５は、前記材料からなる単層であっても同種又は異なる材料からなる多層構造であってもよい。

また、接合部１５の厚さは、例えば０．０１μｍ～１００μｍの範囲である。接合部１５の厚さが０．０１μｍより薄いと、接合強度が低く剥離が生じる恐れがある。一方、１００μｍを超えると、厚み方向の両側における熱膨張差が大きくなり、剥離の原因となる恐れがある。

放熱部材１３は、光波長変換部材９の放熱性を高めるための板材、即ち光波長変換部材９よりも高い熱伝導性を有する板材である。この放熱部材１３は、例えば、銅、アルミニウム、窒化アルミニウムのうちの１種の材料からなる板材である。なお、放熱部材１３は、前記材料からなる単層であっても同種又は異なる材料からなる多層構造であってもよい。

また、放熱部材１３の厚さは、例えば０．１ｍｍ～４ｍｍの範囲である。放熱部材１３の厚さが０．１ｍｍより薄いと、十分な熱引き効果が得られない恐れがある。一方、４ｍｍを超えると、厚み方向の両側における熱膨張差が大きくなり、剥離の原因となる恐れがある。

＜光複合装置の機能＞
図１に示すように、前記光複合装置５では、発光素子から放射された光は、反射防止膜１７を介して、透光性を有する光波長変換部材９を透過するとともに、その光の一部は光波長変換部材９の内部で波長変換されて発光する。つまり、光波長変換部材９では、発光素子から放射される光の波長とは異なる波長の蛍光を発する。

そして、光波長変換部材９にて発生した蛍光の一部は、反射防止膜１７を介して、図１の上方等の外部に照射される。
また、光波長変換部材９を透過した光又は光波長変換部材９にて発生した蛍光の他の一部は、反射膜１９にて反射し、再度光波長変換部材９に入射し、その後、反射防止膜１７を介して、図１の上方等の外部に照射される。

例えば、ＬＤから照射される青色光が、光波長変換部材９によって波長変換されることにより、全体として白色光が光波長変換部材９から外部（例えば図１の上方）に照射される。

上述した光複合装置５は、例えば図３に示すような光源ユニット２５に用いられる。
光源ユニット２５は、光複合装置５に、周知の（発光素子等を備えた）青色レーザー（即ち第１青色レーザー２７、第２青色レーザー２９）を加え、さらにダイクロイックミラー３１とレンズ３３とを備えている。

なお、光複合装置５におけるパッケージ３には、ＬＥＤやＬＤなどの発光素子を搭載する発光素子搭載領域が設けられていてもよい。
この光源ユニット２５では、第１青色レーザー２７から光複合装置５の光波長変換装置１に対して、図３の右方向にレーザー光（即ち第１青色光）照射される。この第１青色光は、光波長変換装置１にて波長変換されるとともに、反射して黄色光として、図３の左方向に出力される。

この黄色光は、図３の左右方向に対して４５°傾斜したダイクロイックミラー３１にて反射して、レンズ３３に出力される。
一方、第２青色レーザー２９からレンズ３３側（図３の上方向に）照射された第２青色光は、ダイクロイックミラー３１を透過して、レンズ３３に出力される。

これにより、レンズ３３に出力される光は、第１青色光と黄色光とが混合されて、レンズ３３からは図３の上方に白色光が出力される。
［１－２．光波長変換部材］
次に、光波長変換部材９について説明する。

本実施形態の光波長変換部材９は、蛍光性を有する結晶粒子（即ち蛍光相粒子）を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子（即ち蛍光相粒子）を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成されたものである。

この光波長変換部材９では、透光相の結晶粒子はＡｌ_２Ｏ_３の組成を有し、蛍光相の結晶粒子は化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有している。また、前記Ａ元素及び前記Ｂ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成され
ている。

Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（但し、Ｃｅは除く）
（但し、Ａとして更にＧｄを含んでいてもよい）
Ｂ：Ａｌ（但し、Ｂとして更にＧａを含んでいてもよい）
例えば光波長変換部材９では、透光相の結晶粒子はＡｌ_２Ｏ_３の組成を有し、蛍光相の結晶粒子は化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有している。また、前記Ａ元素及び前記Ｂ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されている。

なお、前記化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：ＣｅのＡ及びＢは、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される物質（いわゆるガーネット構造を有する物質）を構成する各元素（但し異なる元素）を示しており、Ｏは酸素、Ｃｅはセリウムである。

例えば、前記化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの化合物としては、化学式Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される化合物（いわゆるＹＡＧ系化合物）が挙げられる。
また、本実施形態では、光波長変換部材９の上面である第１面９ａから下面である第２面９ｂに至る厚さが、１００μｍ～４００μｍである。

さらに、光波長変換部材９の第１面９ａの平均面粗さ（算術平均粗さＳａ）が、０．００１μｍ＜Ｓａ＜０．５μｍである。また、光波長変換部材９の第１面１ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、０．００１μｍ＜Ｒａ＜０．４μｍである。

なお、光波長変換部材９では、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物は、セラミックス焼結体全体の例えば３ｖｏｌ％～７０ｖｏｌ％の範囲である。
また、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物におけるＣｅ濃度は、化合物のＡ元素に対して例えば０．１ｍｏｌ％～１．０ｍｏｌ％の範囲である。
［１－３．各部材の屈折率］
本実施形態では、光波長変換部材９の屈折率ｎ１と反射防止膜１７の屈折率ｎ２との比屈折率差Δｎ｛＝（ｎ１ーｎ２）／ｎ１｝は、０．３以下である。

例えば下記表１に示すように、光波長変換部材９と反射防止膜１７との材料を選択した場合には、その屈折率は下記表１に示す値となる。

また、各光波長変換部材９と各反射防止膜１７とを組み合わせた場合の材料を選択した場合には、その比屈折率差は下記表２に示す値となる。

［１－４．光波長変換部材及び光複合装置の製造方法］
ａ）まず、光波長変換部材９を製造する手順について、簡単に説明する。

前記実施形態の構成を満たすように、セラミックス焼結体である光波長変換部材９の粉末材料の秤量等を行った（即ち調製した）。
次に、調製した粉末材料に、有機溶剤と分散剤とを加え、ボールミルにて粉砕混合を行い、スラリーを作製した。

次に、得られたスラリーを、乾燥、造粒した。
次に、得られた造粒粉を、プレス成形した。
次に、プレス成形体を、所定温度で所定時間焼成し、セラミックス焼結体を得た。

なお、上述したプレス成形によるセラミックス焼結体の製造方法以外に、スラリーをシート成形して得られたシート成形体を焼成することにより、セラミックス焼結体を得てもよい。

ｂ）次に、光複合装置５を製造する手順について、簡単に説明する。
前記セラミック焼結体である光波長変換部材９の第１面９ａに、例えばスパッタリング等によって、反射防止膜１７を形成した。

また、光波長変換部材９の第２面９ｂに、例えばスパッタリング等によって、反射膜１９を形成した。
次に、反射膜１９の表面に、例えばスパッタリング等によって、中間膜２１を形成した。なお、中間膜２１の形成方法は、スパッタリング以外に、メッキ等を採用できる。或いは、例えばＮｉシート等の金属シートなどを熱圧着して形成してもよい。

その後、例えばハンダ等の周知の接合材料を用いて、積層体１１（詳しくは中間膜２１）と放熱部材１３とを接合した（即ちハンダ付けした）。これによって、光波長変換装置１を得た。

次に、容器３の底部の表面に、例えば接着剤を用いて、光波長変換装置１を接合して、光複合装置５を得た。
［１－５．効果］
次に、本実施形態の効果を説明する。

（１）本実施形態では、光波長変換部材９に放熱性に優れた放熱部材１３を接合する構成により、光波長変換部材９に入射する光によって発生する熱を効率良く放熱できる。そのため、高いエネルギーの光が入射しても、温度消光が生じにくいので、高い蛍光強度を維持することができる。

本実施形態では、放熱部材１３と中間膜２１との間に接合部１５を設けることで、放熱部材１３と反射膜１９と好適に接合することができる。
本実施形態では、光波長変換部材９の第２面９ｂに反射膜１９を備えているので、光波長変換部材９の内部で発生する蛍光等を効率良く反射できる。そのため、光波長変換部材９の発光強度が向上する。

本実施形態では、光波長変換部材９の第１面９ａに反射防止膜１７を備えているので、第１面９ａでの光の反射を抑制できる。そのため、光波長変換部材９に多くの光を入射させることができるので、入射した光を蛍光相の結晶粒子に効率よく吸収させることができる。また、反射防止膜１７がある場合には、光波長変換部材９の内部で発生した光を効率よく外部に取り出すことが可能になる。そのため、光波長変換部材９の発光強度が向上する。

本実施形態では、反射膜１９と接合部１５との間に中間膜２１を備えている。そのため、反射膜１９と接合部１５との接合性が向上するので、光波長変換部材９側から放熱部材１３側への放熱性が向上する。これにより、光波長変換部材９の温度消光を抑制できるので、蛍光強度が向上する。

また、本第実施形態では、基本的な構成として、光波長変換部材９は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成され、しかも、セラミックス焼結体が、前記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されているＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有している。

そのため、蛍光相と透光相の界面での光の散乱が起き、光の色の角度依存性を減らすことができ、色均質性が向上する（即ち色ムラを低減できる）。
しかも、光波長変換部材９に上記セラミックス焼結体を使用することで、熱伝導率が良くなるので、光の照射によって光波長変換部材９にて発生した熱を、効率良く放熱部材１３に排出することができる。そのため、例えばレーザー光の高出力域でも、高い蛍光特性を維持することができる。

また、上述した構成のガーネット構造を有するセラミックス焼結体を用いるので、色ムラの発生や温度消光の発生を抑制できる。
つまり、本実施形態では、上述した構成により、高い蛍光強度や少ない色ムラなどの十分な光波長変換特性が得られる。

（２）本実施形態では、光波長変換部材９の第１面９ａから第２面９ｂに至る厚さが、１００μｍ～４００μｍである。よって、高い蛍光特性（即ち蛍光強度）および高い放熱性が得られる。

（３）本実施形態では、光波長変換部材９の第１面９ａの平均面粗さ（算術平均粗さＳａ）が、０．００１μｍ＜Ｓａ＜０．５μｍである。よって、高い蛍光特性が得られる。
（４）本実施形態では、光波長変換部材９の第１面９ａの表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、０．００１μｍ＜Ｒａ＜０．４μｍである。よって、高い蛍光特性が得られる。

（５）本実施形態では、光波長変換部材９の屈折率ｎ１と反射防止膜１７の屈折率ｎ２との比屈折率差Δｎ｛＝（ｎ１ーｎ２）／ｎ１｝は、０．３以下である。よって、高い蛍光特性が得られる。
［２．実施例］
次に、前記実施形態の具体的な実施例について説明する。

ここでは、下記表３、表４に記載のNo.１～３２の光波長変換装置の各試料、即ち実施例１～５の光波長変換装置の各試料を作製した。
なお、各試料のうち、No.１～１２、１８～３２が本開示の範囲内の試料（本開示例）であり、No.１３～１７が本開示の範囲外（比較例）の試料である。
［２－１．試料の評価方法］
まず、各試料に対して実施した各評価の方法について説明する。

＜耐レーザー出力＞
各試料に対して、４６５ｎｍの波長を有するレーザー光（即ち青色ＬＤ光）を、レンズで０．１ｍｍ幅まで集光して照射した。そして、各試料にて反射した光を、分光放射照度計（コニカミノルタ製ＣＬ－５００Ａ）によって色度値（Ｘ方向）を測定した。この測定の際には、青色ＬＤ光を照射する出力密度を、０～１００Ｗ／ｍｍ^２の間で徐々に増加させた。

そして、レーザー出力５Ｗ／ｍｍ^２時の色度値に対して６０％以下になった場合に、温度消光が生じたと判断し、その時のレーザー出力密度を、下記表４に記載した。１００Ｗ／ｍｍ^２でも消光しないものについては、「＞１００」と記載した。なお、耐レーザー出力に関しては、１００Ｗ ／ｍｍ^２以上まで消光しないものが好ましい。

＜蛍光強度＞
各試料に対し、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光を、レンズで０．１ｍｍ幅まで集光して照射した。そして、各試料にて反射した光をレンズによって集光させ、パワーセンサーによりその発光強度（即ち蛍光強度）を測定した。このとき照射される出力密度は４０Ｗ／ｍｍ^２となるようにした。

この蛍光強度は、ＹＡＧ：Ｃｅ単結晶体の強度を１００とした時の相対値（％）で評価した。なお、蛍光強度に関しては、１００％以上であることが好ましい。
＜色ムラ＞
色ムラ（即ち色バラツキ）は、照度計による色度バラツキ測定によって評価した。

具体的には、各試料に対し、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで集光させて０．５ｍｍ幅とし、これを照射して反射した光について、分光放射照度計（コニカミノルタ製ＣＬ－５００Ａ）によって色度を測定した。

照射は、各試料の表面（即ち第１面であるサンプル面）に対して、９ｍｍ角の中央部分を３ｍｍ間隔で９個所の領域に区分し、各領域の色度（Ｘ方向）のバラツキ（Δｘ）を評価した。その結果（色バラツキ）を、下記表４に記載した。バラツキ（Δｘ）とは色度方向の偏差の最大値を示し、Δｘ＜０．０３となることが好ましい。

なお、色度とは、国際照明委員会（ＣＩＥ）が１９３１年に策定した国際表示法で、ＣＩＥ-ＸＹＺ表色系で示される色度である。つまり、表色上の３原色を数値化し、ｘｙ座標空間で色を表したｘｙ色度図（いわゆるＣＩＥ色度図）で示される色度である。

＜表面粗さ＞
・各試料を作製する前の段階において、光波長変換装置の第１面の平均粗さ（算術平均粗さＲａ）及び平均面粗さ（算術平均粗さＳａ）を、非接触三次元測定機インフィニートフォーカスＧ５（アリコナイメージング社製）にて測定した。

算術平均粗さＲａに関しては、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３で規定されたパラメータであり、サンプルの任意の５箇所について測定し、その平均値を下記表４に記載した。なお、算術平均粗さＳａは、二次元の算術平均粗さＲａを三次元に拡張したものであり、ＩＳＯ２５１７８で規定されたパラメータであり、その測定結果を下記表４に記載した。

・また、各試料の作製後（即ち反射防止膜の形成後）において、下記の方法によって、光波長変換装置の第１面の平均粗さ（算術平均粗さＲａ）を測定した。
具体的には、図４（ａ）に示すように、各試料の層構造を観察できるように、各試料を厚み方向に破断し、その破断面（例えば図４（ｂ）参照）について、任意の５箇所の１００００倍の画像を得た。得られた画像に対して画像処理し、ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３に則り、蛍光体（即ち光波長変換部材）の表面の算術平均粗さＲａを測定し、５点平均を算出した。その結果を、下記表４の「二次元表面粗さＲａ」の欄に記載した。

なお、表３には、各試料について、蛍光体（光波長変換部材）の種類、Ａ元素の種類、Ｂ元素の種類、反射防止膜の有無、反射膜の有無、中間膜の、蛍光体の厚みを記載した。
なお、蛍光体の厚みは、１６ｍｍ角の蛍光体において、中央部と端部との合計４個所の厚みをマイクロメータで測定し、その平均値を求めて、前記蛍光体の厚みとした。
［２－２．試料の製造方法及び評価結果］
次に、各試料の製造方法と、各試料の評価結果について説明する。

＜実施例１＞
下記表３等に示す条件により、No.１～１２の光波長変換装置の試料を作製した。
具体的には、各試料の光波長変換装置のセラミックス焼結体の組成（即ちＡｌ_２Ｏ _３ーＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）に応じて、下記表３に示すように、Ａｌ_２Ｏ _３（平均粒径０．２μｍ）、Ｙ_２Ｏ_３（平均粒径１．２μｍ）、Ｌｕ_２Ｏ_３（平均粒径１．１μｍ）、Ｓｃ_２Ｏ_３（平均粒径１．２μｍ）、ＣｅＯ_２（平均粒径１．５μｍ）、Ｇｄ_２Ｏ_３（平均粒径１．１μｍ）、Ｇａ_２Ｏ_３（平均粒径１．１μｍ）の各粉末材料を秤量した。

このとき、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量は、セラミックス焼結体全体の３０ｖｏｌ％に固定するように、各粉末材料を秤量した。なお、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｇａ_２Ｏ_３を添加する場合には、Ａ元素又はＢ元素に対して、それぞれ、Ｇｄ又はＧａを１５ｍｏｌ％に固定した。

これらの粉末を、エタノールと共にボールミル中に投入し、１６ｈｒ粉砕混合を行った。得られたスラリーを乾燥・造粒し、得られた造粒粉をプレス成形した。得られた成形体を大気雰囲気中で焼成を行った。この際、焼成温度を１６００℃、保持時間を１０時間として焼成を行った。これによって、セラミックス焼結体（即ち光波長変換部材である蛍光体）を得た。

次に、得られた蛍光体を、１６ｍｍ角、厚さ２００μｍに加工した。
次に、前記加工後の蛍光体の上面（第１面）に、スパッタリングによって、厚さ１μｍ
のＳｉＯ_２からなる反射防止膜を形成した。

また、蛍光体の下面（第２面）に、スパッタリングによって、厚さ１μｍのＡｌからなる反射膜を形成した。
次に、反射膜の表面に、スパッタリングによって厚さ１μｍのＮｉからなる中間膜を形成した。

次に、反射防止膜、反射膜、中間膜を形成した蛍光体を、３．５ｍｍ角に切断した。また、銅板からなる放熱基板（即ち放熱部材）を、１２ｍｍ角、厚さ１．５ｍｍの形状に加工した。

次に、蛍光体と放熱基板とを接合した。ここでは、蛍光体（詳しくは中間膜）と放熱基板との間に、接合部の材料としてハンダ（即ちＰｂを主成分とするハンダや、Ｐｂフリーハンダ）を配置し、蛍光体と放熱基板とのハンダ付けを行った。これによって、光波長変換装置の各試料を得た。

次に、この製造方法によって得られた本開示の範囲のNo.１～１２の各試料の光波長変換装置について、上述した評価方法による評価を行った。その結果を、下記表４に記す。
表４から明らかなように、本開示の範囲内の各試料では、耐レーザー出力が高く（即ち１００Ｗ／ｍｍ^２でも消光が発生せず）、蛍光強度が１１０％以上と高く、色バラツキ（色ムラ）が０．０２８以下と小さく、好結果が得られた。

なお、表１には記載しないが、セラミックス焼結体の相対密度はいずれの試料も９９％以上であった。なお、他の実施例２～５の試料についても同様であった。
＜実施例２＞
下記表３等に示す条件により、本開示の範囲外のNo.１３、１４の光波長変換装置の試料を作製し、前記実施例１と同様に評価を行った。

この実施例２の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。
但し、実施例１とは、蛍光体の種類が異なる。つまり、No.１３の試料は、ＹＡＧ粒子を樹脂中に分散させたものであり、No.１４の試料は、ＹＡＧ単結晶のものである。

この結果を、下記表４に示すが、実施例２の試料は、耐レーザー出力が７５Ｗ／ｍｍ^２以下であり、十分ではない。これは、蛍光体自身の熱伝導率が低く、発生する熱が多くなり、温度消光が発生したと考えられる。

＜実施例３＞
下記表３等に示す条件により、本開示の範囲外のNo.１５～１７の光波長変換装置の試料を作製し、前記実施例１と同様に評価を行った。

この実施例３の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。
但し、No.１５の試料は、反射防止膜がなく、No.１６の試料は、反射膜がなく、No.１７の試料は、中間膜がないものである。

この結果を、下記表４に示すが、No.１５の試料は、反射防止膜がないため、入射する光（即ち青色光）を効率良く吸収できず、蛍光強度が低下した。No.１６の試料は、反射膜がないため、反射光が接合部に吸収されてしまい、蛍光強度が低下した。No.１７の試料は、中間膜がないため、ハンダの濡れ性が低下し、蛍光体と放熱基板との接合ができなかった。

＜実施例４＞
下記表３等に示す条件により、本開示の範囲内のNo.１８～２６の光波長変換装置の試料を作製し、前記実施例１と同様に評価を行った。

この実施例４の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。但し、各試料では、蛍光体の厚みを５０μｍ～４５０μｍの範囲で変更した。
この結果を、下記表４に示すが、No.１８～２６の試料は、実施例１と同様に、耐レーザー出力が高く、蛍光強度が高く、色バラツキが小さく、好適な結果が得られた。

特に、蛍光体の厚みが１００μｍ～４００μｍの範囲のNo.１９～２５の試料は、他のNo.１８、２６の試料に比べて、蛍光強度が高く、しかも、高いレーザー出力の範囲で蛍光を維持しており、好適であった。

一方、蛍光体の厚みが１００μｍより薄いNo.１８の試料では、透過方向の蛍光成分が少なくなるため、蛍光不足となり、蛍光強度が低くなった。また、蛍光体の厚みが４００μｍより厚いNo.２６の試料では、蛍光体が厚いため、蛍光体内部での光の吸収が大きくなり、蛍光強度が低くなった。

＜実施例５＞
下記表３等に示す条件により、本開示の範囲内のNo.２７～３２の光波長変換装置の試料を作製し、前記実施例１と同様に評価を行った。

この実施例５の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。
但し、各試料では、蛍光体の第１面の算術平均粗さＳａを、０．０００８～０．５μｍの範囲で変更した。なお、算術平均粗さＳａは、蛍光体表面の機械研磨や、ブラスト処理などの表面処理によって変更することができる。

この結果を、下記表４に示すが、No.２７～３２の試料は、実施例１と同様に、耐レーザー出力が高く、蛍光強度が大きく、色バラツキが小さく、好適な結果が得られた。
特に、算術平均粗さＳａが、０．００１μｍ＜Ｓａ＜０．５μｍであり、算術平均粗さＲａが、０．００１μｍ＜Ｒａ＜０．４μｍであるNo.２８～３１の試料は、他のNo.２７、３２の試料に比べて、蛍光強度が高く好適であった。

一方、蛍光体表面の算術平均粗さＳａが０．０００１μｍよりも小さいNo.２７の試料では、蛍光体表面での光の反射が高くなり、蛍光強度が低下した。同様に、蛍光体表面の算術平均粗さＳａが０．５μｍより大きなNo.３２の試料では、蛍光体表面の乱反射によって発せられる光を効率よく得られなので、蛍光強度は低下した。

［３．他の実施形態］
本開示は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本開示を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えば、前記光波長変換装置や光複合装置の用途としては、蛍光体、光波長変換機器、ヘッドランプ、照明、プロジェクター等の光学機器など、各種の用途が挙げられる。
（２）光複合装置に対して光を照射する発光素子としては特に限定はなく、周知のＬＥＤやＬＤなど、各種のものを採用できる。

（３）なお、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…光波長変換装置
５…光複合装置
９…光波長変換部材
９ａ…第１面
９ｂ…第２面
１３…放熱部材
１５…接合部
１７…反射防止膜
１９…反射膜
２１…中間膜
２５…発光装置

Claims (5)

1. 入射した光の波長を変換する光波長変換部材と、該光波長変換部材よりも放熱性に優れた放熱部材と、前記光波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合部と、を備えた光波長変換装置において、
   前記光波長変換部材は、前記光が入射する第１面に光の反射を抑制する反射防止膜を備え、前記第１面と反対側の第２面に光を反射する反射膜を備え、該反射膜と前記接合部との間に前記反射膜と前記接合部との接合性を向上させる中間膜を備えており、
   且つ、前記光波長変換部材は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成されたセラミックス蛍光体であり、
   さらに、前記透光相の結晶粒子はＡｌ_２Ｏ_３の組成を有し、前記蛍光相の結晶粒子は化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有するとともに、前記Ａ元素及び前記Ｂ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されており、
   前記光波長変換部材の前記第１面の平均面粗さ（算術平均粗さＳａ）が、０．００１μｍ＜Ｓａ＜０．５μｍである、
   光波長変換装置。
   Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（但し、Ｃｅは除く）
   （但し、Ａとして更にＧｄを含んでいてもよい）
   Ｂ：Ａｌ（但し、Ｂとして更にＧａを含んでいてもよい）
2. 入射した光の波長を変換する光波長変換部材と、該光波長変換部材よりも放熱性に優れた放熱部材と、前記光波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合部と、を備えた光波長変換装置において、
   前記光波長変換部材は、前記光が入射する第１面に光の反射を抑制する反射防止膜を備え、前記第１面と反対側の第２面に光を反射する反射膜を備え、該反射膜と前記接合部との間に前記反射膜と前記接合部との接合性を向上させる中間膜を備えており、
   且つ、前記光波長変換部材は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成されたセラミックス蛍光体であり、
   さらに、前記透光相の結晶粒子はＡｌ _２ Ｏ _３ の組成を有し、前記蛍光相の結晶粒子は化学式Ａ _３ Ｂ _５ Ｏ _１２ ：Ｃｅで表される組成を有するとともに、前記Ａ元素及び前記Ｂ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されており、
   前記光波長変換部材の前記第１面の表面粗さ（算術平均粗さＲａ）が、０．００１μｍ＜Ｒａ＜０．４μｍである、
   光波長変換装置。
   Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（但し、Ｃｅは除く）
   （但し、Ａとして更にＧｄを含んでいてもよい）
   Ｂ：Ａｌ（但し、Ｂとして更にＧａを含んでいてもよい）
3. 前記光波長変換部材の前記第１面から前記第２面に至る厚さが、１００～４００μｍである、
   請求項１又は２に記載の光波長変換装置。
4. 前記光波長変換部材の屈折率ｎ１と前記反射防止膜の屈折率ｎ２との比屈折率差Δｎ｛＝（ｎ１－ｎ２）／ｎ１｝は、０．３以下である、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の光波長変換装置。
5. 前記請求項１～４のいずれか１項に記載の光波長変換装置を備えた、
   光複合装置。

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