JP6597809B2 - Light source device - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換部材及び光源装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion member and a light source device.
半導体レーザ素子及び蛍光体含有部材を組み合わせた光源装置として、基板の上に蛍光
体含有部材を設けたものにレーザ光を照射し、例えば、白色の反射光を得るものがある（
特許文献１）。
As a light source device in which a semiconductor laser element and a phosphor-containing member are combined, there is a device that irradiates a laser beam on a substrate having a phosphor-containing member on a substrate to obtain, for example, white reflected light (
Patent Document 1).
このような形態の光源装置において、蛍光体含有部材の強度を向上させるためには、蛍
光体含有部材そのものを厚くすればよい。また、レーザ光の照射により蛍光体が発熱する
が、この熱を放熱するためには、蛍光体含有部材の基板側の面の面積を大きくすればよい
。
一方、強度と放熱性を向上させるために厚くかつ大面積の蛍光体含有部材を用いると、
レーザ光がその中で広がりやすく、輝度を低下させる。
In such a light source device, in order to improve the strength of the phosphor-containing member, the phosphor-containing member itself may be thickened. In addition, the phosphor generates heat due to laser light irradiation. In order to dissipate this heat, the area of the surface of the phosphor-containing member on the substrate side may be increased.
On the other hand, when using a thick and large area phosphor-containing member to improve strength and heat dissipation,
Laser light is likely to spread in it, and the luminance is lowered.
本発明は、強度及び放熱性を向上させながら、輝度も向上させることができる波長変換
部材及びそれを用いた光源装置を提供することを目的とする。
An object of this invention is to provide the wavelength conversion member which can improve a brightness | luminance while improving intensity | strength and heat dissipation, and a light source device using the same.
本願は以下の発明を含む。
（１）レーザ光を反射する光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層
を備え、
前記蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有し、
前記凸部は、前記凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きいことを特徴とする波
長変換部材。
（２）上述した波長変換部材と、
前記蛍光体含有層にレーザ光を照射するための１以上のレーザ素子と、を備え、
前記波長変換部材は、前記レーザ素子から照射されるレーザ光が前記凸部に照射される
位置に配置されている光源装置。
The present application includes the following inventions.
(1) A light reflecting member that reflects laser light and a phosphor-containing layer provided on the light reflecting member,
The phosphor-containing layer has one or more protrusions irradiated with laser light,
The wavelength conversion member, wherein the convex portion is larger than a spot of laser light irradiated on the convex portion.
(2) the wavelength conversion member described above;
One or more laser elements for irradiating the phosphor-containing layer with laser light,
The said wavelength conversion member is a light source device arrange | positioned in the position where the laser beam irradiated from the said laser element is irradiated to the said convex part.
本発明によれば、強度及び放熱性を向上させながら、輝度も向上させることができる波
長変換部材及びそれを用いた光源装置を提供することができる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wavelength conversion member which can improve a brightness | luminance while improving intensity | strength and heat dissipation, and a light source device using the same can be provided.
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る波長変換部材及び光源装置について説明
する。
Hereinafter, the wavelength conversion member and the light source device according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
〔波長変換部材〕
一実施形態の波長変換部材は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、レーザ光を反射するた
めの光反射部材と、この光反射部材上に設けられた蛍光体含有層とを備える。光反射部材
は、基板の上に設けられている。
蛍光体含有層は、レーザ光が照射される１以上の凸部を有する。具体的には、蛍光体含
有層は、基板側から、ベース部と、ベース部と連続した凸部とを有する。凸部は、凸部に
照射されるレーザ光のスポットより大きい。
これにより、凸部よりも大きなベース部を基板等に固定することができるため、強度を
向上させることができ、また、このようなベース部を基板等への放熱経路とすることがで
きるため、放熱性を向上させることができる。加えて、凸部により、凸部に照射されるレ
ーザ光の蛍光体含有層内部での広がりを抑えることができるため、波長変換部材にレーザ
光を照射する発光装置の輝度を向上させることができる。
(Wavelength conversion member)
As shown in FIGS. 1A and 1B, the wavelength conversion member of one embodiment includes a light reflection member for reflecting laser light and a phosphor-containing layer provided on the light reflection member. The light reflecting member is provided on the substrate.
The phosphor-containing layer has one or more convex portions that are irradiated with laser light. Specifically, the phosphor-containing layer has a base portion and a convex portion continuous with the base portion from the substrate side. A convex part is larger than the spot of the laser beam irradiated to a convex part.
Thereby, since a base part larger than a convex part can be fixed to a substrate or the like, the strength can be improved, and since such a base part can be used as a heat dissipation path to the substrate or the like, The heat dissipation can be improved. In addition, since the convex portion can suppress the spread of the laser light irradiated to the convex portion inside the phosphor-containing layer, the luminance of the light emitting device that irradiates the wavelength conversion member with the laser light can be improved. .
（基板）
基板は、光反射部材を介して蛍光体含有層が固定される部材である。基板には、導電性
、絶縁性等種々の材料を用いることができる。例えば、基板の材料としては、金属、セラ
ミックス、ガラス、又はこれらの組み合わせが挙げられる。金属とは、例えば、Ａｇ、Ｃ
ｕ、Ａｌ、Ａｕ、Ｒｈ、又はこれら一種以上を含む合金等であり、セラミックスとは、例
えば、アルミナ等である。基板は、これら材料の単層又は積層構造のいずれでもよい。
基板は、後述する蛍光体含有層よりも熱伝導率の大きな材料により形成されていること
が好ましい。これにより、蛍光体含有層の熱を効率的に放熱することができる。そのよう
な材料としては、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金が挙げられる。
なお、蛍光体含有層から基板への放熱経路が確保されるように、典型的には、蛍光体含有
層は光反射部材と接合層を介して基板に固定されている。各部材は直接接していなくても
よく、各部材の間に密着層やバリア層等を設けることができる。また、上面視において、
基板の面積は蛍光体含有層の面積よりも大きいことが好ましい。これにより、蛍光体含有
層のほぼ全面を、光反射部材等を介して基板に固定することができるため、強固に固定す
ることができ、また、効率的に放熱することができる。なお、上面視または平面視とは、
基板の主面に対して実質的に垂直な方向から見た場合を指す。
基板の厚みは、所望の強度を確保し得る厚みがあればよく、例えば、５００μｍ程度以
上が挙げられる。また、基板の厚みは、例えば５ｍｍ以下とする。通常、基板は蛍光体含
有層よりも厚い。
(substrate)
The substrate is a member to which the phosphor-containing layer is fixed via a light reflecting member. Various materials such as conductivity and insulation can be used for the substrate. For example, the material of the substrate includes metal, ceramics, glass, or a combination thereof. Examples of metals include Ag and C.
u, Al, Au, Rh, or an alloy containing one or more of these, and the ceramic is, for example, alumina. The substrate may be either a single layer or a laminated structure of these materials.
The substrate is preferably formed of a material having a higher thermal conductivity than the phosphor-containing layer described later. Thereby, the heat | fever of a fluorescent substance content layer can be thermally radiated efficiently. Examples of such a material include aluminum, an aluminum alloy, copper, and a copper alloy.
The phosphor-containing layer is typically fixed to the substrate via a light reflecting member and a bonding layer so that a heat dissipation path from the phosphor-containing layer to the substrate is secured. Each member may not be in direct contact, and an adhesion layer, a barrier layer, or the like can be provided between the members. In top view,
The area of the substrate is preferably larger than the area of the phosphor-containing layer. Thereby, almost the entire surface of the phosphor-containing layer can be fixed to the substrate via the light reflecting member or the like, so that it can be firmly fixed and heat can be efficiently radiated. The top view or the plan view is
This refers to the case when viewed from a direction substantially perpendicular to the main surface of the substrate.
The substrate has only to have a thickness that can ensure a desired strength. For example, the thickness is about 500 μm or more. Moreover, the thickness of a board | substrate shall be 5 mm or less, for example. Usually, the substrate is thicker than the phosphor-containing layer.
（光反射部材）
光反射部材は、少なくとも蛍光体含有層と対面する領域において、照射されるレーザ光
を反射可能であることが好ましい。例えば、蛍光体含有層の一方の主面側（下面側）に膜
状の光反射部材を形成する。基板は、光反射部材の蛍光体含有層とは反対の側に配置すれ
ばよい。光反射部材は、少なくとも蛍光体含有層の凸部の直下に配置されていればよく、
蛍光体含有層の下面のほぼ全てに設けることが好ましい。また、光反射部材は、照射され
るレーザ光に対する反射率が６０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であ
ることが好ましい。光反射部材は、蛍光体の波長変換光に対する反射率も６０％以上であ
ることが好ましく、さらには９０％以上であることが好ましい。幅広い波長帯で比較的高
い反射率を得るために、光反射部材は金属層を含むことが好ましい。例えば、光反射部材
は、Ａｇ層またはＡｌ層を含む。光反射部材の厚みは、上述の反射率が得られる程度に厚
いことが好ましく、例えば１００ｎｍ以上とする。光反射部材の厚みは、例えば３μｍ以
下とすることができる。
(Light reflecting member)
The light reflecting member is preferably capable of reflecting the irradiated laser beam at least in a region facing the phosphor-containing layer. For example, a film-like light reflecting member is formed on one main surface side (lower surface side) of the phosphor-containing layer. What is necessary is just to arrange | position a board | substrate on the opposite side to the fluorescent substance content layer of a light reflection member. The light reflecting member only needs to be disposed at least directly below the convex portion of the phosphor-containing layer,
It is preferably provided on almost the entire lower surface of the phosphor-containing layer. The light reflecting member preferably has a reflectance of 60% or more, more preferably 90% or more, with respect to the irradiated laser beam. The light reflecting member preferably has a reflectance of 60% or more, and more preferably 90% or more, of the phosphor with respect to wavelength-converted light. In order to obtain a relatively high reflectance in a wide wavelength band, the light reflecting member preferably includes a metal layer. For example, the light reflecting member includes an Ag layer or an Al layer. The thickness of the light reflecting member is preferably thick enough to obtain the above-described reflectance, for example, 100 nm or more. The thickness of the light reflecting member can be set to 3 μm or less, for example.
金属層を蛍光体含有層に直接設けると、一部の光は金属層で吸収されてしまう。そこで
、金属層と蛍光体含有層との間に、誘電体からなる透光性膜を有することが好ましい。こ
の場合、蛍光体含有層からの光は、まず蛍光体含有層と透光性膜との屈折率差に起因して
その界面で反射され、そこで反射されなかった光が金属膜で反射される。このようにすれ
ば、誘電体からなる透光性膜は光を吸収しにくいので、全体として反射率を向上させるこ
とができる。透光性膜は、単層の誘電体膜であってもよいし、誘電体多層膜であってもよ
い。透光性膜の材料としては、ＳｉＯ２のほか、蛍光体よりも熱伝導率のよい材料、例え
ばＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ等が挙げられる。透光性膜を誘電体多層膜とする場合は、例えばＳ
ｉＯ２膜とＮｂ２Ｏ５膜が繰り返し積層された多層膜とすることができる。
When the metal layer is directly provided on the phosphor-containing layer, a part of light is absorbed by the metal layer. Therefore, it is preferable to have a translucent film made of a dielectric between the metal layer and the phosphor-containing layer. In this case, the light from the phosphor-containing layer is first reflected at the interface due to the refractive index difference between the phosphor-containing layer and the translucent film, and the light not reflected there is reflected by the metal film. . In this way, the translucent film made of a dielectric material hardly absorbs light, so that the reflectance can be improved as a whole. The translucent film may be a single-layer dielectric film or a dielectric multilayer film. Examples of the material for the translucent film include SiO 2 and materials having better thermal conductivity than phosphors, such as Al 2 O 3 and MgO. When the translucent film is a dielectric multilayer film, for example, S
A multilayer film in which an iO 2 film and an Nb 2 O 5 film are repeatedly stacked can be formed.
（蛍光体含有層）
蛍光体含有層は、レーザ素子から出射されるレーザ光を波長変換するために利用される
層である。そのために、レーザ素子から出射されるレーザ光を波長変換可能な蛍光体を含
んでいる。蛍光体は、例えば、ＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体が挙げ
られる。２種以上の蛍光体を１つの蛍光体含有層１２内に含めることもできる。特に、活
性層がＧａＮ系材料からなるレーザ素子を用いる場合には、ＹＡＧ系蛍光体が好ましい。
レーザ光に対する耐久性が高く、青色レーザと組み合わせて白色光を得ることができるた
めである。
(Phosphor-containing layer)
The phosphor-containing layer is a layer used for wavelength conversion of laser light emitted from the laser element. Therefore, a phosphor that can convert the wavelength of laser light emitted from the laser element is included. Examples of the phosphor include a YAG phosphor, a LAG phosphor, and a TAG phosphor. Two or more kinds of phosphors may be included in one phosphor-containing layer 12. In particular, when a laser element whose active layer is made of a GaN-based material is used, a YAG-based phosphor is preferable.
This is because the durability against laser light is high and white light can be obtained in combination with a blue laser.
蛍光体含有層は、蛍光体のみによって形成されていてもよいが、蛍光体と、蛍光体を保
持するための保持体とにより形成されていることが好ましい。前者の場合、蛍光体の分布
ムラを低減することができる。一方、後者の場合、保持体は無機材料であることが好まし
い。これにより、レーザ素子から出射される光に起因する保持体の劣化、変色等を抑制す
ることができる。無機材料としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３等が挙げられる。
The phosphor-containing layer may be formed only of the phosphor, but is preferably formed of the phosphor and a holding body for holding the phosphor. In the former case, the uneven distribution of the phosphor can be reduced. On the other hand, in the latter case, the holding body is preferably an inorganic material. Thereby, deterioration, discoloration, etc. of the holding body due to light emitted from the laser element can be suppressed. Examples of the inorganic material include Al 2 O 3 and Y 2 O 3 .
蛍光体含有層は、光反射部材側から、ベース部と、このベース部と連続する凸部とを有
する。凸部はベース部から上方に、すなわち光反射部材から遠ざかる方向に突出していれ
ばよい。凸部は、蛍光体含有層に照射されるレーザ光のスポットより大きい。つまり、上
面側から見て、凸部の外縁がレーザ光のスポットより大きい。これにより、レーザ光が、
蛍光体含有層内で拡散して広がった場合においても、凸部においてその広がりを制限する
ことができるため、輝度を向上させることができる。加えて、レーザ光により蛍光体が励
起されて生じる光についても、凸部においてその広がりを制限することができるため、こ
れによっても輝度を向上させることができる。特に、蛍光体で生じる光は指向性がほぼな
く、蛍光体含有層の内部で上下左右あらゆる方向に広がりやすいため、凸部によりその広
がりを制限することが好ましい。なお、凸部による光の広がりの制限は、例えば凸部とそ
の外側（例えば大気）との屈折率差によって光の一部を反射することにより行うことがで
きる。このように光の広がりを制限することにより、レーザ光の照射時に上方から観察し
た場合に、蛍光体含有層の中で凸部が最も強く光るようにすることができる。
上面視における凸部の面積は、照射されるレーザ光のスポットを完全に内包可能な程度
に大きく、且つ、所望の輝度が得られる程度に小さいことが好ましい。例えば、上面視に
おける凸部の面積は、レーザ光のスポット面積の２倍以下が好ましい。すなわち、凸部の
面積はレーザ光のスポットの面積の１００％〜２００％程度が好ましく、１１０％〜１５
０％程度が好ましい。なお、輝度の単位はｃｄ／ｍ２であり、輝度とは単位面積あたりの
光度である。したがって、凸部の面積が大きくなり発光面が大きくなるほど輝度は小さく
なる。これを避けるために、凸部の面積は、具体的には、１ｍｍ２以下であることが好ま
しく、０．５ｍｍ２以下であることがより好ましい。凸部の大きさをこのような範囲とす
ることにより、ＬＥＤよりも高輝度であるレーザダイオードの利点をより活かすことがで
きる。また、凸部の面積は、例えば０．０１ｍｍ２以上であり、０．２５ｍｍ２以上であ
ってもよい。なお、レーザ光のスポットとは、レーザ光が凸部の表面に到達したときの形
状を指す。レーザ光の遠視野像（ＦＦＰ）は略楕円形状であるが、例えば後述するように
基板の主面に対して交差する方向からレーザ光を照射すれば、レーザ光のスポットは楕円
が変形した形状となる。
The phosphor-containing layer has a base portion and a convex portion continuous with the base portion from the light reflecting member side. The convex portion only has to protrude upward from the base portion, that is, in a direction away from the light reflecting member. A convex part is larger than the spot of the laser beam irradiated to a fluorescent substance content layer. That is, when viewed from the upper surface side, the outer edge of the convex portion is larger than the laser beam spot. As a result, the laser beam is
Even when diffused and spread in the phosphor-containing layer, the spread can be limited at the convex portion, so that the luminance can be improved. In addition, the light generated when the phosphor is excited by the laser light can be limited in the convex portion, so that the luminance can be improved. In particular, the light generated in the phosphor has almost no directivity and is likely to spread in all directions in the vertical and horizontal directions inside the phosphor-containing layer. In addition, the restriction | limiting of the spread of the light by a convex part can be performed by reflecting a part of light by the refractive index difference of a convex part and the outer side (for example, air | atmosphere), for example. By limiting the spread of light in this way, the convex portion can be made to emit the strongest light in the phosphor-containing layer when observed from above during irradiation with the laser beam.
It is preferable that the area of the convex portion in the top view is large enough to completely include the spot of the irradiated laser beam and small enough to obtain a desired luminance. For example, the area of the convex part in the top view is preferably not more than twice the spot area of the laser beam. That is, the area of the convex portion is preferably about 100% to 200% of the area of the laser beam spot, and 110% to 15%.
About 0% is preferable. Note that the unit of luminance is cd / m 2 , and the luminance is the luminous intensity per unit area. Therefore, the luminance decreases as the area of the convex portion increases and the light emitting surface increases. In order to avoid this, specifically, the area of the convex portion is preferably 1 mm 2 or less, and more preferably 0.5 mm 2 or less. By setting the size of the convex portion in such a range, the advantage of the laser diode having higher luminance than the LED can be further utilized. Moreover, the area of a convex part is 0.01 mm < 2 > or more, for example, and 0.25 mm < 2 > or more may be sufficient as it. In addition, the spot of a laser beam refers to the shape when a laser beam reaches | attains the surface of a convex part. The far-field image (FFP) of the laser beam has a substantially elliptical shape. For example, if the laser beam is irradiated from the direction intersecting the main surface of the substrate as will be described later, the spot of the laser beam has a deformed ellipse shape. It becomes.
凸部の平面視形状は、例えば、略多角形、略円形、略楕円形等の種々の形状が挙げられ
る。製造容易性の観点からは、三角形、四角形等の略多角形が有利である。一方で、レー
ザ光のスポットに近い形状とすれば、凸部のサイズをレーザ光のスポットのサイズにより
近づけることができるため、輝度をさらに向上させることができる。このような形状とし
ては、略円形、略楕円形が挙げられる。
凸部は、頂面、すなわちレーザ光照射側の面を有する。頂面は、曲面（ドーム形状又は
椀形状）等でもよいが、実質的に平坦な面であることが好ましい。この場合、凸部は、頂
面から光反射部材に向かう方向に延びる側面も有する。このような凸部は、曲面からなる
凸部よりも容易に形成することができる。
Examples of the shape of the projection in plan view include various shapes such as a substantially polygonal shape, a substantially circular shape, and a substantially elliptical shape. From the viewpoint of ease of manufacture, a substantially polygonal shape such as a triangle or a quadrangle is advantageous. On the other hand, if the shape is close to the spot of the laser beam, the size of the convex portion can be made closer to the size of the spot of the laser beam, so that the luminance can be further improved. Examples of such a shape include a substantially circular shape and a substantially elliptical shape.
The convex portion has a top surface, that is, a surface on the laser beam irradiation side. The top surface may be a curved surface (dome shape or bowl shape), but is preferably a substantially flat surface. In this case, the convex part also has a side surface extending in the direction from the top surface toward the light reflecting member. Such a convex part can be formed more easily than a convex part consisting of a curved surface.
なお、実質的に平坦な面とは、巨視的に見て平坦であればよく、粗面であってもよい。
このような粗面によって、レーザ光を乱反射させることができるため、波長変換光とレー
ザ光とをより効率的に混合させることができると考えられる。このような混合光が得られ
る光源装置は、車両用ヘッドライト用等のある程度高い演色性が求められる用途の光源と
して有利である。
The substantially flat surface may be flat when viewed macroscopically, and may be a rough surface.
Since such a rough surface can diffusely reflect the laser light, it is considered that the wavelength-converted light and the laser light can be mixed more efficiently. A light source device capable of obtaining such mixed light is advantageous as a light source for applications that require high color rendering properties to some extent, such as for vehicle headlights.
別の実施形態では、蛍光体含有層の表面、特に、凸部の頂面に、レーザ光の反射を抑え
る機能を付加してもよい。例えば、凸部の頂面に反射防止膜を設ければよい。また、レー
ザ光の波長域において、レーザ光が蛍光体含有層へ入射する角度では主に透過し、それ以
外の角度では主に反射する機能を有する膜を、凸部の頂面に設けてもよい。そして当該膜
は、蛍光体の波長変換光に対しては透過膜として機能する。これにより、蛍光体含有層か
ら実質的に波長変換光のみを取り出すことができ、例えばプロジェクタ用の光源としての
使用に有利である。
In another embodiment, a function of suppressing reflection of laser light may be added to the surface of the phosphor-containing layer, particularly to the top surface of the convex portion. For example, an antireflection film may be provided on the top surface of the convex portion. Further, in the wavelength range of the laser light, a film having a function of mainly transmitting at the angle where the laser light is incident on the phosphor-containing layer and reflecting mainly at the other angle may be provided on the top surface of the convex portion. Good. The film functions as a transmission film for the wavelength-converted light of the phosphor. Thereby, only the wavelength-converted light can be substantially extracted from the phosphor-containing layer, which is advantageous for use as a light source for a projector, for example.
また、凸部の頂面が略多角形である場合、凸部の各側面（頂面から光反射部材に向かっ
て伸びる面）の面積よりも頂面の面積が大きいことが好ましい。これにより、凸部の頂面
を波長変換部材の主要な発光面とすることができる。凸部の頂面は、例えば光反射部材の
主面と実質的に平行な面とする。
凸部は、ベース部に対して、１つのみ配置されていてもよい。この場合、ベース部のほ
ぼ中央に凸部が配置されていることが好ましい。これにより、凸部で発生した熱をベース
部のほぼ中央から広げることができるため、効率的に放熱することができる。
また、凸部は、溝（例えば、図１Ａ及び図１Ｂの１２ｃ等）によって区画されていても
よい。つまり、蛍光体含有層の表面が溝によって区画されていてもよい。この場合、溝の
底面がベース部の表面に相当する。また、凸部は、溝を挟んで、複数配置されていてもよ
い。なお、凸部が複数配置される場合、少なくとも１つの凸部１２ａが上述した大きさを
有していればよい。このような凸部１２ａにレーザ光を照射する。レーザ光を照射しない
他の凸部１２ａ’は、上述した大きさを有する少なくとも１つの凸部１２ａと、形状、大
きさ等が同一でもよいし、異なってもよい。なお、このような凸部１２ａ’がある構成は
ダイシング装置等により溝を形成すれば作製可能であるため、容易に製造することができ
る。
Moreover, when the top surface of a convex part is a substantially polygon, it is preferable that the area of a top surface is larger than the area of each side surface (surface extended toward a light reflection member from a top surface) of a convex part. Thereby, the top surface of a convex part can be made into the main light emission surface of a wavelength conversion member. The top surface of the convex portion is, for example, a surface substantially parallel to the main surface of the light reflecting member.
Only one convex portion may be arranged with respect to the base portion. In this case, it is preferable that the convex portion is disposed at substantially the center of the base portion. Thereby, since the heat generated in the convex portion can be spread from the substantially center of the base portion, the heat can be efficiently radiated.
Further, the convex portion may be partitioned by a groove (for example, 12c in FIGS. 1A and 1B). That is, the surface of the phosphor-containing layer may be partitioned by the grooves. In this case, the bottom surface of the groove corresponds to the surface of the base portion. Further, a plurality of convex portions may be arranged with a groove interposed therebetween. When a plurality of convex portions are arranged, at least one convex portion 12a only needs to have the size described above. Such convex portions 12a are irradiated with laser light. The other protrusions 12a ′ that are not irradiated with laser light may be the same as or different from the shape and size of at least one protrusion 12a having the above-described size. In addition, since a structure with such convex part 12a 'can be produced if a groove is formed by a dicing apparatus or the like, it can be easily manufactured.
溝は、蛍光体含有層の厚みの例えば、３０％以上の深さを有していればよく、５０％以
上が好ましく、５０〜８０％程度がより好ましい。この範囲とすることにより、蛍光体含
有層が分離されにくく、一体化を維持することができる。溝の深さは、具体的には、例え
ば６０μｍ以下程度が挙げられる。ただし、溝の底部は、蛍光体含有層の光反射部材側の
表面から厚み方向に、２０μｍ以上の距離で配置されていることが好ましく、４０μｍ以
上の距離で配置してもよい。これにより、蛍光体含有層の溝における分離を抑制すること
ができる。なお、溝の深さとは、凸部の高さと言い換えることもできる。溝には反射膜を
設けてもよい。例えば、溝を形成した後、蛍光体含有層の露出表面のほぼ全面に反射膜を
形成し、その後、凸部の上面側から研磨等を行って凸部の上面から反射膜を除去すること
により、溝に反射膜が形成された構造を得ることができる。溝の底部が蛍光体含有層の光
反射部材側の表面にまで達していないことにより、達している場合と比較して、基板との
接合面積が大きい。このため、研磨等によって蛍光体含有層に負荷をかけた際の凸部の飛
散又は破損の可能性を低減することができる。反射膜としては、誘電体多層膜、単層又は
多層の金属膜等を用いることができる。誘電体としてはニオブ酸化物等を用いることがで
き、金属としてはＡｌ等を用いることができる。反射膜は、原子層堆積（Atomic Layer D
eposition：ＡＬＤ）法を用いて形成してもよい。また、溝には、光を吸収する光吸収材
を配置してもよく、光反射材と光吸収材の両方を配置してもよい。
The groove only needs to have a depth of, for example, 30% or more of the thickness of the phosphor-containing layer, preferably 50% or more, and more preferably about 50 to 80%. By setting it as this range, a fluorescent substance content layer cannot be separated easily and integration can be maintained. Specifically, the depth of the groove is, for example, about 60 μm or less. However, the bottom of the groove is preferably disposed at a distance of 20 μm or more in the thickness direction from the surface of the phosphor-containing layer on the light reflecting member side, and may be disposed at a distance of 40 μm or more. Thereby, isolation | separation in the groove | channel of a fluorescent substance content layer can be suppressed. The depth of the groove can be restated as the height of the convex portion. A reflective film may be provided in the groove. For example, after forming the groove, a reflective film is formed on almost the entire exposed surface of the phosphor-containing layer, and then the reflective film is removed from the upper surface of the convex portion by polishing or the like from the upper surface side of the convex portion. A structure in which a reflective film is formed in the groove can be obtained. Since the bottom of the groove does not reach the surface of the phosphor-containing layer on the light reflecting member side, the bonding area with the substrate is large as compared with the case where the groove is reached. For this reason, it is possible to reduce the possibility of the protrusions being scattered or damaged when a load is applied to the phosphor-containing layer by polishing or the like. As the reflective film, a dielectric multilayer film, a single-layer or multilayer metal film, or the like can be used. Niobium oxide or the like can be used as the dielectric, and Al or the like can be used as the metal. The reflective film is atomic layer D
(eposition: ALD) method may be used. Further, a light absorbing material that absorbs light may be disposed in the groove, or both a light reflecting material and a light absorbing material may be disposed.
溝は、蛍光体含有層に照射されるレーザ光の波長よりも大きな幅を有することが好まし
い。これにより、レーザ光が、蛍光体含有層内で拡散して広がった場合においても、溝に
よって、その広がりを分断しやすい。よって、波長変換部材を発光させた際の輝度の低下
を抑制することができる。さらには、溝の幅は、蛍光体含有層に含有される蛍光体の発光
、すなわちレーザ光により蛍光体が励起されて発する光の波長よりも大きいことが好まし
い。これにより、蛍光体による波長変換光の広がりも溝によって分断しやすく、輝度の低
下をより抑制することができる。このように溝の幅を凸部内に閉じ込めたい光の波長以上
とすることで、凸部と溝に充填されたもの（典型的には大気）との屈折率差によりこれら
の界面で当該光を反射させることができる。また、溝の幅は、例えば３ｍｍ以下とする。
溝の幅は、ブレード等を用いて形成する場合には、加工しやすいように例えば０．１ｍｍ
以上とする。さらには０．４ｍｍ以上としてもよい。なお、溝の幅とは、溝の延伸方向と
実質的に直交する方向における溝の一方の側面から他方の側面までの距離のうち、光反射
部材の主面（蛍光体含有層側の面）と実質的に平行な方向の距離を指す。例えば溝の最上
部の幅を上述の範囲内とする。より好ましくは、溝の延伸方向と実質的に直交する方向に
溝を切断した場合に、溝の深さ方向における半分以上の領域において、溝の幅が上述の範
囲内となるように溝を形成する。
なお、溝は、全てが同じ深さ及び／又は幅であることが好ましいが、上述した凸部１２
ａを区画する溝が、上述した幅及び深さを有している限り、上述した凸部１２ａ以外の凸
部１２ａ’を区画する溝が、上述した幅及び／又は深さを有していてもよい。
It is preferable that the groove has a width larger than the wavelength of the laser light irradiated on the phosphor-containing layer. Thereby, even when the laser light diffuses and spreads in the phosphor-containing layer, the spread is easily divided by the grooves. Therefore, it is possible to suppress a decrease in luminance when the wavelength conversion member is caused to emit light. Furthermore, the width of the groove is preferably larger than the wavelength of the light emitted from the phosphor contained in the phosphor-containing layer, that is, the light emitted when the phosphor is excited by laser light. Thereby, the spread of the wavelength-converted light by the phosphor can be easily divided by the groove, and the reduction in luminance can be further suppressed. In this way, by setting the width of the groove to be equal to or greater than the wavelength of the light to be confined in the convex portion, the light is blocked at these interfaces due to the refractive index difference between the convex portion and the one filled in the groove (typically the atmosphere). Can be reflected. The width of the groove is, for example, 3 mm or less.
The width of the groove is, for example, 0.1 mm so that it can be easily processed when formed using a blade or the like.
That's it. Furthermore, it is good also as 0.4 mm or more. The width of the groove means the main surface of the light reflecting member (surface on the phosphor-containing layer side) of the distance from one side surface of the groove to the other side surface in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the groove. And the distance in a direction substantially parallel to. For example, the width of the uppermost portion of the groove is set within the above range. More preferably, when the groove is cut in a direction substantially perpendicular to the extending direction of the groove, the groove is formed so that the width of the groove is within the above-described range in a region more than half of the depth direction of the groove. To do.
In addition, although it is preferable that all the groove | channels are the same depth and / or width | variety, the convex part 12 mentioned above is mentioned.
As long as the groove that defines a has the above-described width and depth, the groove that defines the convex portion 12a ′ other than the above-described convex portion 12a has the above-described width and / or depth. Also good.
溝の断面形状は、例えば、四角形であってもよいし（例えば、図１Ａの１２ｃ）、半楕
円形又は半円形であってもよいし（例えば、図７の７２ｃ）、底面側で幅狭のテーパー形
状であってもよいし（例えば、図６の６２ｃ）、Ｖ字形状であってもよい（例えば、図５
の５２ｃ）。これらのいずれの断面形状においても、溝のうちの最大幅、最大深さが上述
した幅及び深さに相当すればよい。
なお、図２Ａ及び図２Ｂに示すように凸部２２ａが１つのみである場合は、ベース部２
２ｂのうち凸部２２ａから露出した領域を、上述の溝と同様の形状等とすることができる
。
The cross-sectional shape of the groove may be, for example, a quadrangle (for example, 12c in FIG. 1A), a semi-elliptical shape or a semi-circular shape (for example, 72c in FIG. 7), and narrow at the bottom side. (For example, 62c in FIG. 6) or V-shape (for example, FIG. 5).
52c). In any of these cross-sectional shapes, the maximum width and maximum depth of the grooves may correspond to the above-described width and depth.
2A and 2B, when there is only one protrusion 22a, the base 2
The region exposed from the convex portion 22a in 2b can have the same shape as the above-described groove.
蛍光体含有層は、その膜厚が薄くなるほど割れやすくなり、ハンドリングが困難となる
。一方、その膜厚を厚くしすぎると、主な発熱領域である凸部の頂面近傍から基板までの
距離が長くなり、放熱性が悪化する。従って、蛍光体含有層の膜厚は、凸部とベース部と
の合計厚みとして、５０μｍ〜３００μｍが好ましく、８０μｍ〜２００μｍがより好ま
しい。
As the thickness of the phosphor-containing layer becomes thinner, the phosphor-containing layer becomes more easily broken and becomes difficult to handle. On the other hand, if the film thickness is too thick, the distance from the vicinity of the top surface of the convex portion, which is the main heat generation area, to the substrate becomes long, and the heat dissipation is deteriorated. Therefore, the thickness of the phosphor-containing layer is preferably 50 μm to 300 μm, more preferably 80 μm to 200 μm, as the total thickness of the convex portion and the base portion.
蛍光体含有層は、例えば、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間静水圧成形（ＨＩＰ）冷
間等方加圧成形（ＣＩＰ）等を用いて形成することができる。
溝の形成は、例えば、ダイシング、マシニングセンタにより、実行することができる。
溝の形成は、フォトリソグラフィ及びエッチング工程、リフトオフ法等を利用したパター
ニングでもよい。なかでも、ブレード又はレーザを用いたダイシング装置により溝を形成
することが好ましい。これにより、容易に溝を形成することができる。例えば、蛍光体含
有層に対してブレード又はレーザを縦横に走査すればよい。この場合、上面側から見て、
溝は蛍光体含有層の端まで達してよい。なお、溝の形成は蛍光体含有層を基板に固定した
後に行ってもよい。このようにすれば、溝による蛍光体含有層の分離をより抑制しやすい
と考えられる。
The phosphor-containing layer can be formed using, for example, discharge plasma sintering (SPS), hot isostatic pressing (HIP), cold isostatic pressing (CIP), or the like.
The groove can be formed by, for example, a dicing or machining center.
The groove may be formed by patterning using a photolithography and etching process, a lift-off method, or the like. Especially, it is preferable to form a groove | channel with the dicing apparatus using a blade or a laser. Thereby, a groove | channel can be formed easily. For example, a blade or a laser may be scanned vertically and horizontally with respect to the phosphor-containing layer. In this case, seeing from the top side
The groove may reach the end of the phosphor-containing layer. The groove may be formed after the phosphor-containing layer is fixed to the substrate. In this way, it is considered that the separation of the phosphor-containing layer by the grooves can be more easily suppressed.
〔発光装置〕
一実施形態の発光装置１００は、図８に示すように、上述した蛍光体含有層１２にレー
ザ光を照射するための１以上のレーザ素子８０を備える。波長変換部材１０は、レーザ素
子８０から照射されるレーザ光Ａが、波長変換部材１０の凸部１２ａに照射される位置に
配置されている。
このような構成により、ベース部において、蛍光体含有層の面積を確保することにより
、蛍光体含有層の強度及び放熱性を向上させることができるとともに、凸部により蛍光体
含有層内部でのレーザ光等の広がりを抑えることができる。その結果、発光面を主に凸部
に限定することができるため、光源装置の輝度を向上させることができる。
[Light emitting device]
As shown in FIG. 8, the light emitting device 100 according to one embodiment includes one or more laser elements 80 for irradiating the phosphor-containing layer 12 with laser light. The wavelength conversion member 10 is disposed at a position where the laser beam A irradiated from the laser element 80 is irradiated to the convex portion 12 a of the wavelength conversion member 10.
With such a configuration, by securing the area of the phosphor-containing layer in the base portion, the strength and heat dissipation of the phosphor-containing layer can be improved, and the laser inside the phosphor-containing layer is formed by the convex portion. The spread of light or the like can be suppressed. As a result, since the light emitting surface can be mainly limited to the convex portion, the luminance of the light source device can be improved.
なお、この発光装置においては、１つのレーザ素子に対して、１つの凸部を有する波長
変換部材を用いてもよいし、複数の凸部を有する波長変換部材を用いてもよい。また、複
数のレーザ素子に対して、１つの凸部を有する波長変換部材を用いてもよいし、複数の凸
部を有する波長変換部材を用いてもよい。複数のレーザ素子を用いる場合は、例えば、複
数のレーザ素子から出射する複数のレーザ光を１つのビームに集光して用いる。
In this light emitting device, a wavelength conversion member having one convex portion may be used for one laser element, or a wavelength conversion member having a plurality of convex portions may be used. Moreover, the wavelength conversion member which has one convex part may be used with respect to a several laser element, and the wavelength conversion member which has a several convex part may be used. In the case of using a plurality of laser elements, for example, a plurality of laser beams emitted from the plurality of laser elements are condensed and used as one beam.
（レーザ素子）
レーザ素子は、光源装置の光源として用いられる。レーザ素子が出射するレーザ光は指
向性が強い光であるため、発光ダイオード（ＬＥＤ）が発する光よりも一般的に輝度が高
い。したがって、光源としてレーザ素子を用いることにより、ＬＥＤを用いる場合よりも
高輝度な光源装置を実現することができる。
(Laser element)
The laser element is used as a light source of the light source device. Since the laser light emitted from the laser element is light having high directivity, the brightness is generally higher than that of the light emitted from the light emitting diode (LED). Therefore, by using a laser element as a light source, it is possible to realize a light source device with higher brightness than when using an LED.
レーザ素子から出射されたレーザ光Ａは、大気中あるいは光学部材等を経由して波長変
換部材に向かって進行する。蛍光体含有層の凸部に照射されたレーザ光Ａのうち、一部は
蛍光体含有層内に取り込まれる。この際、レーザ光Ａの一部は、蛍光体含有層の表面状態
によって、その表面で反射されることがある。例えば、反射する光よりも蛍光体含有層内
へ入射する光の方が多くなるように蛍光体含有層の表面状態を調整する。蛍光体含有層に
取り込まれた光は、一部が蛍光体を励起して波長が変換された光となる。他の一部は光反
射部材によって反射され、その間波長変換されず、レーザ光Ａのときの波長を維持したま
ま外部に取り出されることがある。外部にとり出される光Ｂは、波長変換された光のみで
あってもよいし、レーザ光Ａと波長変換された光との混合光であってもよい。レーザ光Ａ
は蛍光体含有層で散乱等されるため、蛍光体含有層を経た後はレーザ光ではない場合があ
る。ただし、レーザ光Ａの波長の光は、蛍光体含有層を経た後も、光Ｂの方向において、
すなわち、凸部の表面を反射面としたときにレーザ光Ａが反射する方向において最大強度
を有する光となる傾向がある。なお、蛍光体が発する光は指向性がほぼないため、波長変
換された光が向かう方向は図８の光Ｂの方向に限らない。波長変換光の配光性はレーザ光
Ａの入射角度と蛍光体含有層の形状に依存すると考えられる。例えば図８のように凸部が
実質的に平坦な頂面を有する形状であれば、光は頂面から上方に向かう方向に主に取り出
されると考えられる。なお、レーザ素子は、蛍光体含有層から離間した位置に設ける。こ
れにより、レーザ素子からの放熱経路と蛍光体含有層からの放熱経路を別経路とすること
ができるため、各部材の熱を効率的に熱引きすることができる。
Laser light A emitted from the laser element travels toward the wavelength conversion member in the atmosphere or via an optical member or the like. A part of the laser light A irradiated to the convex portion of the phosphor-containing layer is taken into the phosphor-containing layer. At this time, a part of the laser light A may be reflected on the surface depending on the surface state of the phosphor-containing layer. For example, the surface state of the phosphor-containing layer is adjusted so that more light is incident on the phosphor-containing layer than the reflected light. The light taken into the phosphor-containing layer becomes light whose wavelength has been converted by partially exciting the phosphor. The other part is reflected by the light reflecting member, the wavelength is not converted during that time, and the laser light A may be extracted outside while maintaining the wavelength. The light B extracted outside may be only the wavelength-converted light, or may be a mixed light of the laser light A and the wavelength-converted light. Laser light A
Is scattered by the phosphor-containing layer, and thus may not be laser light after passing through the phosphor-containing layer. However, the light of the wavelength of the laser light A is in the direction of the light B even after passing through the phosphor-containing layer.
That is, when the surface of the convex portion is a reflection surface, the light tends to have maximum intensity in the direction in which the laser light A is reflected. Since the light emitted from the phosphor has almost no directivity, the direction in which the wavelength-converted light travels is not limited to the direction of light B in FIG. The light distribution of the wavelength-converted light is considered to depend on the incident angle of the laser light A and the shape of the phosphor-containing layer. For example, if the convex portion has a substantially flat top surface as shown in FIG. 8, it is considered that light is mainly extracted in the upward direction from the top surface. The laser element is provided at a position separated from the phosphor-containing layer. Thereby, since the heat dissipation path from the laser element and the heat dissipation path from the phosphor-containing layer can be made different paths, the heat of each member can be efficiently removed.
特に、レーザ光のうち、波長変換部材に取り込まれた光は、波長変換部材の凸部に取り
込まれることとなるが、凸部は、その周辺が例えば大気によって取り囲まれるために、そ
の端面において光の広がりが抑制される。これによって、凸部内に取り込まれたレーザ光
の広がりを抑制でき、また、レーザ光により励起された蛍光体が発する光の広がりを抑制
できるため、効率的に所定の方向に光を誘導し、取り出すことができる。その結果、波長
変換部材を外側から観察した際の発光面を凸部及びその周辺に概ね限定することができる
、すなわち、凸部を形成しない場合と比較して発光面の面積を小さくすることができる。
これにより、光源装置の輝度を向上させることができる。
In particular, among the laser light, the light taken into the wavelength conversion member is taken into the convex portion of the wavelength conversion member. The spread of is suppressed. As a result, the spread of the laser light taken into the convex portion can be suppressed, and the spread of the light emitted by the phosphor excited by the laser light can be suppressed, so that the light is efficiently guided and extracted in a predetermined direction. be able to. As a result, the light emitting surface when the wavelength conversion member is observed from the outside can be generally limited to the convex portion and its periphery, that is, the area of the light emitting surface can be reduced compared to the case where the convex portion is not formed. it can.
Thereby, the brightness | luminance of a light source device can be improved.
レーザ素子が出射するレーザ光のスポットは、上述した凸部に収まる程度のサイズであ
ることが好ましい。具体的には、１ｍｍ２以下であることが好ましく、０．５ｍｍ２以下
であることがより好ましい。レーザ光のスポットのサイズは、例えば０．００７ｍｍ２以
上である。また、レーザ光のスポットのサイズは、その幅が例えば０．１ｍｍ以上である
。なお、幅とは、略円形の場合は直径を指し、略楕円形状の場合は長径（長軸の長さ）を
指す。レーザ光のスポットは、レンズやファイバー等の光学部材を用いることによって調
整することができる。レーザ光の波長変換部材への入射角度は、意図する光の取り出し方
向、レーザ光の種類等によって適宜設定することができる。例えば、レーザ光の入射方向
と反射方向が一致しないように、凸部の頂面に対して垂直な方向は避ける。
レーザ素子は、例えばパッケージに収容された状態で用いる。パッケージによりレーザ
素子が気密封止されていることが好ましく、これによりレーザ素子が出射するレーザ光に
よる集塵を抑制することができる。
レーザ素子は複数配置されていてもよい。この場合、複数のレーザ素子は、これらから
出射されるレーザ光が、それぞれ、波長変換部材の同じ凸部に照射される位置に配置され
ていることが好ましい。これにより、１つの凸部により高密度のレーザ光を照射すること
ができ、さらに高輝度化することができる。
レーザ素子は、例えば、４３０〜４７０ｎｍの範囲にピーク波長を有するレーザ光を出
射する。このような波長帯のレーザ光は、ＹＡＧ系蛍光体の励起に適している。また、こ
のような波長帯のレーザ光を出射するレーザ素子としては、ＧａＮ系レーザ素子が挙げら
れる。
It is preferable that the spot of the laser beam emitted from the laser element has a size that can be accommodated in the above-described convex portion. Specifically, it is preferably 1 mm 2 or less, and more preferably 0.5 mm 2 or less. The size of the laser beam spot is, for example, 0.007 mm 2 or more. The spot size of the laser beam has a width of, for example, 0.1 mm or more. The width refers to the diameter in the case of a substantially circular shape, and refers to the long diameter (the length of the major axis) in the case of a substantially elliptical shape. The spot of the laser beam can be adjusted by using an optical member such as a lens or fiber. The incident angle of the laser light on the wavelength conversion member can be appropriately set depending on the intended light extraction direction, the type of laser light, and the like. For example, a direction perpendicular to the top surface of the convex portion is avoided so that the incident direction of the laser beam does not coincide with the reflection direction.
The laser element is used in a state of being accommodated in a package, for example. It is preferable that the laser element be hermetically sealed by the package, whereby dust collection by the laser light emitted from the laser element can be suppressed.
A plurality of laser elements may be arranged. In this case, it is preferable that the plurality of laser elements are arranged at positions where the laser beams emitted from the laser elements are respectively applied to the same convex portion of the wavelength conversion member. Thereby, it is possible to irradiate high-density laser light with one convex portion, and it is possible to further increase the brightness.
The laser element emits laser light having a peak wavelength in the range of 430 to 470 nm, for example. Laser light in such a wavelength band is suitable for exciting a YAG phosphor. Further, as a laser element that emits laser light of such a wavelength band, a GaN-based laser element can be mentioned.
（その他の部材）
発光装置は、例えば、光制御部材、レンズ（集光レンズ、コリメートレンズ等）、ダイ
クロイックミラー、ファイバー等の部材を単独で又は組み合わせて用いてもよい。例えば
、特開２０１３−２５０３２１号公報、特開２０１２−２４３６２４号公報等がその一例
として挙げられる。このような部材を利用することにより、レーザ光のスポットのサイズ
及び形状を調整することができる。また、蛍光体含有層を経た後の光をレンズ等を用いて
集光してもよい。
(Other parts)
In the light emitting device, for example, members such as a light control member, a lens (such as a condensing lens and a collimating lens), a dichroic mirror, and a fiber may be used alone or in combination. Examples thereof include JP2013-250321A and JP2012-243624A. By utilizing such a member, the size and shape of the laser beam spot can be adjusted. Further, the light after passing through the phosphor-containing layer may be condensed using a lens or the like.
以下、図面を参照しながら、実施形態１〜８に係る波長変換部材及び光源装置について
説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であっ
て、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の位置や大きさ等は
、説明を明確にするため誇張していることがある。同一の名称、符号については、原則と
して同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は省略する。
Hereinafter, the wavelength conversion member and the light source device according to Embodiments 1 to 8 will be described with reference to the drawings. However, the form shown below is the illustration for materializing the technical idea of this invention, Comprising: This invention is not limited to the following. In addition, the positions, sizes, and the like of members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. About the same name and code | symbol, the same or the same member is shown in principle, and the duplicate description is abbreviate | omitted.
実施形態１：波長変換部材
この実施形態１の波長変換部材１０は、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、レーザ光を反
射するための光反射部材１３と、この光反射部材１３上に設けられた蛍光体含有層１２と
を備える。光反射部材１３は、基板１１の上に設けられている。
蛍光体含有層１２は、基板１１側から、ベース部１２ｂと、ベース部１２ｂと連続した
凸部１２ａとを有する。凸部１２ａは、凸部１２ａに照射されるレーザ光のスポットより
大きい。
Embodiment 1: Wavelength Conversion Member As shown in FIGS. 1A and 1B, the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 is provided on a light reflection member 13 for reflecting laser light and the light reflection member 13. And a phosphor-containing layer 12. The light reflecting member 13 is provided on the substrate 11.
The phosphor-containing layer 12 includes a base portion 12b and a convex portion 12a continuous with the base portion 12b from the substrate 11 side. The convex part 12a is larger than the spot of the laser beam irradiated to the convex part 12a.
基板１１は、銅板の表面に、銅板側から順にＮｉ層とＡｕ層が設けられた構成である。
基板１１の外形は、平面形状が四角形の板状体であり、１０ｍｍ×２０ｍｍ程度の大きさ
、２ｍｍ程度の厚さを有する。
蛍光体含有層１２は、平面視において基板１１の中央部に固定されている。ベース部１
２ｂの外形は、平面形状が四角形であり、３ｍｍ×３ｍｍ程度の大きさ、１００μｍ程度
の厚さを有する。すなわち、蛍光体含有層１２の下面から溝１２ｃの下端までの距離が４
０μｍ程度である。ベース部１２ｂと凸部１２ａとの合計厚さは、１００μｍ程度である
。
蛍光体含有層１２の表面には、直線状の溝１２ｃ（幅０．５ｍｍ程度）が縦横に一定の
間隔で２本ずつ配置されており、これによって、蛍光体含有層１２の中央部が区画されて
平面形状が四角形の凸部１２ａとなっている。従って、凸部１２ａには、溝１２ｃを介し
て縦横斜めに複数の凸部１２ａ’が隣接して配置されている。溝１２ｃの深さは、６０μ
ｍ程度である。
凸部１２ａの頂面の大きさは１ｍｍ２よりも小さい。具体的には、０．７ｍｍ×０．７
ｍｍ程度の四角形である。
凸部１２ａ、１２ａ’の頂面は平坦である。
蛍光体含有層１２の下には光反射部材１３が設けられており、光反射部材１３が接合層
１４によって基板１１に固定されている。光反射部材１３は、蛍光体含有層１２側から順
に、ＳｉＯ２膜とＮｂ２Ｏ５膜が繰り返し積層された誘電体多層膜と、Ａｇ層と、を有す
る。光反射部材１３の波長４００〜８００ｎｍの光に対するレーザ光の反射率は９５〜９
９％程度である。
The board | substrate 11 is the structure by which the Ni layer and Au layer were provided in order from the copper plate side on the surface of the copper plate.
The outer shape of the substrate 11 is a plate-like body having a square planar shape, and has a size of about 10 mm × 20 mm and a thickness of about 2 mm.
The phosphor-containing layer 12 is fixed to the central portion of the substrate 11 in plan view. Base part 1
The outer shape of 2b has a quadrangular plan shape, a size of about 3 mm × 3 mm, and a thickness of about 100 μm. That is, the distance from the lower surface of the phosphor-containing layer 12 to the lower end of the groove 12c is 4
It is about 0 μm. The total thickness of the base portion 12b and the convex portion 12a is about 100 μm.
On the surface of the phosphor-containing layer 12, two linear grooves 12c (with a width of about 0.5 mm) are arranged at regular intervals in the vertical and horizontal directions, whereby the central portion of the phosphor-containing layer 12 is defined. Thus, the planar shape is a quadrangular convex portion 12a. Accordingly, a plurality of convex portions 12a ′ are disposed adjacent to the convex portion 12a in a slanted manner in the vertical and horizontal directions through the groove 12c. The depth of the groove 12c is 60 μm
m.
The size of the top surface of the convex portion 12a is smaller than 1 mm 2 . Specifically, 0.7 mm x 0.7
It is a square of about mm.
The top surfaces of the convex portions 12a and 12a ′ are flat.
A light reflecting member 13 is provided under the phosphor-containing layer 12, and the light reflecting member 13 is fixed to the substrate 11 by a bonding layer 14. The light reflecting member 13 includes a dielectric multilayer film in which an SiO 2 film and an Nb 2 O 5 film are repeatedly laminated in order from the phosphor-containing layer 12 side, and an Ag layer. The reflectance of the laser beam with respect to the light having a wavelength of 400 to 800 nm of the light reflecting member 13 is 95 to 9.
About 9%.
これにより、ベース部において、蛍光体含有層の強度を向上させることができ、さらに
基板によって蛍光体含有層の強度を支持するとともに、放熱経路を確保することができる
。また、凸部により蛍光体含有層内部でのレーザ光等の広がりを抑えることができる。そ
の結果、放熱性及び強度を向上させることができ、且つ、レーザ素子とともに用いる場合
に、光源装置の輝度を向上させることが可能となる。
Thereby, in the base part, the strength of the phosphor-containing layer can be improved, and the strength of the phosphor-containing layer can be supported by the substrate and a heat dissipation path can be secured. Moreover, the spread of the laser beam or the like inside the phosphor-containing layer can be suppressed by the convex portion. As a result, heat dissipation and strength can be improved, and when used with a laser element, the luminance of the light source device can be improved.
このような波長変換部材は、例えば、以下の方法によって製造することができる。
まず、平均粒径が約１０μｍのＹＡＧ系蛍光体［Ｙ２．９５Ｃｅ０．０５］Ａｌ５Ｏ１
２からなる粉末と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる保持体とを混合し、ＳＰＳ焼
結法を用いて焼結して、塊状の蛍光部材を作製する。
Such a wavelength conversion member can be manufactured by the following method, for example.
First, a YAG phosphor [Y 2.95 Ce 0.05 ] Al 5 O 1 having an average particle size of about 10 μm.
A powder made of 2 and a support made of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) are mixed and sintered using an SPS sintering method to produce a massive fluorescent member.
次に、塊状の蛍光部材をワイヤーソーによって、厚み０．３ｍｍの板状にスライスする
。その後、＃８００のダイヤモンド砥粒を用いて、板状体の両面を研削し、研磨及びＣＭ
Ｐ処理を行い、蛍光部材の膜厚を１００μｍにする。この工程により、鏡面を有する板状
の蛍光部材を得る。
その後、蛍光部材を３ｍｍ×３ｍｍ程度のサイズに個片化し、基板１１の上面に接合層
１４によって接合する。接合層１４はＡｕＳｎ共晶合金を主に含む。その後、溝１２ｃを
形成することにより、蛍光体含有層１２を備えた波長変換部材１０を作製する。
Next, the massive fluorescent member is sliced into a plate having a thickness of 0.3 mm with a wire saw. Then, use # 800 diamond abrasive to grind both sides of the plate, polish and CM
P treatment is performed to make the fluorescent member have a thickness of 100 μm. By this step, a plate-like fluorescent member having a mirror surface is obtained.
Thereafter, the fluorescent member is separated into pieces having a size of about 3 mm × 3 mm and bonded to the upper surface of the substrate 11 by the bonding layer 14. The bonding layer 14 mainly includes an AuSn eutectic alloy. Then, the wavelength conversion member 10 provided with the fluorescent substance containing layer 12 is produced by forming the groove | channel 12c.
実施形態２：波長変換部材
この実施形態２の波長変換部材２０は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、レーザ光を反
射するための光反射部材２３と、この光反射部材２３上に設けられた蛍光体含有層２２と
を備える。
蛍光体含有層２２が、ベース部２２ｂの略中央に、ベース部２２ｂと連続した１つの凸
部２２ａを有する以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。
本実施形態においても、実施形態１の波長変換部材１０と同様の効果が得られる。また
、凸部２２ａの側面から出た光が蛍光体含有層２２に再入射しにくいため、凸部２２ａ以
外の領域における発光を抑制することができる。
Embodiment 2: Wavelength Conversion Member As shown in FIGS. 2A and 2B, the wavelength conversion member 20 of Embodiment 2 is provided on a light reflection member 23 for reflecting laser light and the light reflection member 23. And a phosphor-containing layer 22.
The phosphor-containing layer 22 has the same configuration as that of the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 except that the phosphor-containing layer 22 has one convex portion 22a that is continuous with the base portion 22b at the approximate center of the base portion 22b.
Also in this embodiment, the same effect as the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 is acquired. Moreover, since the light emitted from the side surface of the convex portion 22a does not easily enter the phosphor-containing layer 22, light emission in a region other than the convex portion 22a can be suppressed.
実施形態３：波長変換部材
この実施形態３の波長変換部材３０は、図３に示すように、レーザ光を反射するための
光反射部材と、この光反射部材上に設けられた蛍光体含有層３２とを備える。
平面視において、基板１１の大きさは、２０ｍｍ×４０ｍｍ程度であり、蛍光体含有層
３２の大きさは、６ｍｍ×６ｍｍ程度である。蛍光体含有層３２において、幅０．５ｍｍ
の溝３２ｃを介して凸部３２ａが３列３行で、ベース部３２ｂ上に、一体的に、蛍光体含
有層３２の中央部に配列され、その外周に、溝３２ｃを介して凸部３２ａ’が隣接するよ
うに配置されている以外、実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。
本実施形態においても、実施形態１の波長変換部材１０と同様の効果が得られる。
また、凸部３２ａは、レーザ光を異なる複数の位置に照射する場合に対応するように配
置されている。レーザ光は、各凸部３２ａを１つずつ所定の順序で照射してもよい。
Embodiment 3: Wavelength Conversion Member As shown in FIG. 3, the wavelength conversion member 30 of Embodiment 3 includes a light reflecting member for reflecting laser light and a phosphor-containing layer provided on the light reflecting member. 32.
In plan view, the size of the substrate 11 is about 20 mm × 40 mm, and the size of the phosphor-containing layer 32 is about 6 mm × 6 mm. In the phosphor-containing layer 32, the width is 0.5 mm.
The convex portions 32a are arranged in three columns and three rows through the grooves 32c, and are integrally arranged on the base portion 32b at the central portion of the phosphor-containing layer 32, and the convex portions 32a are arranged on the outer periphery thereof through the grooves 32c. It has the same configuration as that of the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 except that 'is arranged so as to be adjacent.
Also in this embodiment, the same effect as the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 is acquired.
Moreover, the convex part 32a is arrange | positioned so that it may respond | correspond to the case where a several different position is irradiated with a laser beam. The laser beam may be applied to each convex portion 32a one by one in a predetermined order.
実施形態４：波長変換部材
この実施形態４の波長変換部材４０は、図４に示すように、レーザ光を反射するための
光反射部材と、この光反射部材上に設けられた蛍光体含有層４２とを備える。
蛍光体含有層４２が、ベース部４２ｂの略中央に、ベース部４２ｂと連続した、平面形
状が円形の１つの凸部４２ａを有し、凸部４２ａの外周には溝４２ｃが形成されており、
溝４２ｃの外周には、凸部４２ａ’が配置されている以外、実施形態１の波長変換部材１
０と同様の構成を有する。
本実施形態においても、実施形態１の波長変換部材１０と同様の効果が得られる。また
、凸部の平面視形状が円形であるため、レーザ光のスポット形状との近似性が実施形態１
の波長変換部材１０よりも高い。これにより、レーザ光が照射されない部分の面積を減ら
すことが可能であり、輝度をさらなる向上を図ることができる。
Embodiment 4: Wavelength Conversion Member As shown in FIG. 4, the wavelength conversion member 40 of Embodiment 4 includes a light reflecting member for reflecting laser light and a phosphor-containing layer provided on the light reflecting member. 42.
The phosphor-containing layer 42 has one convex portion 42a that is continuous with the base portion 42b and has a circular planar shape at the approximate center of the base portion 42b, and a groove 42c is formed on the outer periphery of the convex portion 42a. ,
The wavelength conversion member 1 according to Embodiment 1 except that the convex portion 42a ′ is disposed on the outer periphery of the groove 42c.
It has the same configuration as 0.
Also in this embodiment, the same effect as the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 is acquired. In addition, since the shape of the convex portion in plan view is circular, the approximation with the spot shape of the laser light is Embodiment 1.
Higher than the wavelength conversion member 10. Thereby, the area of the part which is not irradiated with laser light can be reduced, and the luminance can be further improved.
実施形態５：波長変換部材
この実施形態５の波長変換部材５０は、図５に示すように、ベース部５２ｂの略中央に
、ベース部５２ｂと連続した凸部５２ａを有する蛍光体含有層５２を備える。
凸部５２ａを区画する溝５２ｃの断面形状がＶ字状である以外、実施形態１の波長変換
部材１０と同様の構成を有する。
Embodiment 5: Wavelength Conversion Member As shown in FIG. 5, the wavelength conversion member 50 of Embodiment 5 includes a phosphor-containing layer 52 having a convex portion 52a continuous with the base portion 52b at the approximate center of the base portion 52b. Prepare.
Except for the cross-sectional shape of the groove 52c defining the convex portion 52a being V-shaped, it has the same configuration as the wavelength conversion member 10 of the first embodiment.
実施形態６：波長変換部材
この実施形態６の波長変換部材６０は、図６に示すように、ベース部６２ｂの略中央に
、ベース部６２ｂと連続した凸部６２ａを有する蛍光体含有層６２を備える。
凸部６２ａを区画する溝６２ｃの断面形状が底面側で幅狭のテーパー形状である以外、
実施形態１の波長変換部材１０と同様の構成を有する。
Embodiment 6: Wavelength Conversion Member As shown in FIG. 6, the wavelength conversion member 60 of Embodiment 6 includes a phosphor-containing layer 62 having a convex portion 62a continuous with the base portion 62b at the approximate center of the base portion 62b. Prepare.
The cross-sectional shape of the groove 62c that partitions the convex portion 62a is a narrow taper shape on the bottom side,
It has the same configuration as the wavelength conversion member 10 of the first embodiment.
実施形態７：波長変換部材
この実施形態７の波長変換部材７０は、図７に示すように、ベース部７２ｂの略中央に
、ベース部７２ｂと連続した凸部７２ａを有する蛍光体含有層７２を備える。
凸部７２ａを区画する溝７２ｃの断面形状が半楕円形状である以外、実施形態１の波長
変換部材１０と同様の構成を有する。
Embodiment 7: Wavelength Conversion Member As shown in FIG. 7, the wavelength conversion member 70 of Embodiment 7 includes a phosphor-containing layer 72 having a convex portion 72a that is continuous with the base portion 72b at the approximate center of the base portion 72b. Prepare.
It has the same configuration as the wavelength conversion member 10 of Embodiment 1 except that the cross-sectional shape of the groove 72c that partitions the convex portion 72a is a semi-elliptical shape.
実施形態８：発光装置
この実施形態８の発光装置１００は、図８に示すように、波長変換部材１０と、蛍光体
含有層１２にレーザ光を照射するための１以上のレーザ素子８０を備える。波長変換部材
１０は、レーザ素子８０から照射されるレーザ光Ａが、波長変換部材１０の凸部１２ａに
照射される位置に配置されている。
レーザ素子８０は、ピーク波長が約４５０ｎｍのレーザ光を出射可能であり、そのレー
ザ光のＦＦＰは略楕円形状である。図８に示すようにレーザ光は凸部１２ａの頂面に対し
て斜め方向から入射するため、凸部１２ａの頂面におけるレーザ光のスポット形状はほぼ
楕円形状である。スポットのサイズは、例えば、長手方向の長さが０．５ｍｍであり、短
手方向の長さが０．３ｍｍである。
Embodiment 8: Light-Emitting Device As shown in FIG. 8, the light-emitting device 100 of Embodiment 8 includes a wavelength conversion member 10 and one or more laser elements 80 for irradiating the phosphor-containing layer 12 with laser light. . The wavelength conversion member 10 is disposed at a position where the laser beam A irradiated from the laser element 80 is irradiated to the convex portion 12 a of the wavelength conversion member 10.
The laser element 80 can emit laser light having a peak wavelength of about 450 nm, and the FFP of the laser light has a substantially elliptical shape. As shown in FIG. 8, since the laser light is incident on the top surface of the convex portion 12a from an oblique direction, the spot shape of the laser light on the top surface of the convex portion 12a is substantially elliptical. As for the size of the spot, for example, the length in the longitudinal direction is 0.5 mm, and the length in the lateral direction is 0.3 mm.
このような構成により、ベース部において、蛍光体含有層の面積を確保することにより
、蛍光体含有層の強度及び放熱性を向上させることができる。また、蛍光体含有層のベー
ス部によって、基板等への放熱経路を比較的大面積で確保することができ、効率的な放熱
を可能にする。さらに、凸部により蛍光体含有層内部でのレーザ光等の広がりを抑えるこ
とができる。その結果、光源装置の輝度を向上させることができる。
With such a configuration, it is possible to improve the strength and heat dissipation of the phosphor-containing layer by securing the area of the phosphor-containing layer in the base portion. Further, the base part of the phosphor-containing layer can secure a heat dissipation path to the substrate or the like with a relatively large area, and enables efficient heat dissipation. Furthermore, the spread of the laser beam or the like inside the phosphor-containing layer can be suppressed by the convex portion. As a result, the luminance of the light source device can be improved.
本発明の光源装置は、プロジェクタ装置、ヘッドライトを含む車載用の各種光源、液晶
ディスプレイのバックライト光源、各種照明器具などの各種用途に応じて利用することが
できる。
The light source device of the present invention can be used in accordance with various uses such as a projector device, various in-vehicle light sources including a headlight, a backlight light source of a liquid crystal display, and various lighting fixtures.
１０、２０、３０、４０、５０、６０、７０ 波長変換部材
１１ 基板
１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２ 蛍光体含有層
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ、７２ａ 凸部
１２ａ’、３２ａ’、４２ａ’ 凸部
１２ｂ、２２ｂ、３２ｂ、４２ｂ、５２ｂ、６２ｂ、７２ｂ ベース部
１２ｃ、３２ｃ、４２ｃ、５２ｃ、６２ｃ、７２ｃ 溝
１３、２３ 光反射部材
１４ 接合層
８０ レーザ素子
１００ 発光装置
Ａ レーザ光
Ｂ 光
10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 Wavelength conversion member 11 Substrate 12, 22, 32, 42, 52, 62, 72 Phosphor-containing layer 12a, 22a, 32a, 42a, 52a, 62a, 72a Projection 12a ', 32a', 42a 'Convex part 12b, 22b, 32b, 42b, 52b, 62b, 72b Base part 12c, 32c, 42c, 52c, 62c, 72c Groove 13, 23 Light reflecting member 14 Bonding layer 80 Laser element 100 Light emitting device A Laser light B Light
Claims (10)
前記レーザ光を反射可能である光反射部材及び該光反射部材の上に設けられた蛍光体含有層を有する波長変換部材と、を備え、
前記蛍光体含有層は、前記光反射部材側から順に、ベース部と、前記ベース部から突出し、溝によって区画された複数の凸部と、を有し、
前記複数の凸部のうち１以上の凸部は、前記レーザ光が照射される凸部であり、
前記レーザ光が照射される凸部は、前記レーザ光が照射される凸部に照射されるレーザ光のスポットより大きいことを特徴とする光源装置。 One or more laser elements that emit laser light;
A light reflecting member capable of reflecting the laser light and a wavelength conversion member having a phosphor-containing layer provided on the light reflecting member,
The phosphor-containing layer, in order from the light reflecting member side, a base portion, protruding from the base portion, anda plurality of convex portions partitioned by the groove,
One or more convex portions of the plurality of convex portions are convex portions irradiated with the laser beam,
The light source device characterized in that the convex portion irradiated with the laser light is larger than the spot of the laser light irradiated on the convex portion irradiated with the laser light.
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