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TWI858734B - 螢光體元件及光源模組 - Google Patents

螢光體元件及光源模組 Download PDF

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TWI858734B
TWI858734B TW112119673A TW112119673A TWI858734B TW I858734 B TWI858734 B TW I858734B TW 112119673 A TW112119673 A TW 112119673A TW 112119673 A TW112119673 A TW 112119673A TW I858734 B TWI858734 B TW I858734B
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fluorescent
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ceramic
chromaticity
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TW112119673A
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阿部岳志
森俊雄
中島功康
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日商松下知識產權經營股份有限公司
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Abstract

本發明提供一種螢光體元件及光源模組。螢光體元件(1)，包含：基板構件(10)；以及波長轉換構件(20)，具備螢光部(21)與光反射部(22)，設置於基板構件(10)；螢光部(21)，具有光入射面(211)及光出射面(212)；在從光出射面(212)之方向觀察時，光反射部(22)，設置於螢光部(21)的周圍；螢光部(21)之主成分為包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷；光反射部(22)之主成分為光反射性陶瓷；YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度為0.005%以上0.02%以下；YAG螢光體陶瓷之厚度為350μm以上820μm以下。

Description

螢光體元件及光源模組
本發明係關於一種螢光體元件及光源模組。
於投影機、內視鏡、車載前照燈、照明裝置或液晶顯示裝置等，使用將LED(Light Emitting Diode，發光二極體)或半導體雷射等固體發光元件作為光源之光源模組。此類光源模組，例如具備光源、及將光源所發出的光作為激發光而發出螢光之螢光體元件。此一情況，對於使用在投影機或內視鏡等用途之光源模組要求高亮度，故使用半導體雷射作為光源。
作為此類螢光體元件，於專利文獻1揭露一種光學零件，具備透光構件、及配置於透光構件之上方的具有螢光部與光反射部之波長轉換構件。 [習知技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開2019-53130號公報
[本發明所欲解決的問題]
而在螢光體元件中，藉由將激發光照射至螢光部而從螢光部生成既定色彩的光，發出混合有此等激發光及生成的光之輸出光。依用途的不同，而有要求輸出光之色度收斂在既定範圍內之情況。進一步，於特定用途中，有要求使輸出光之色度的角度依存性小之情況。
鑒於此等問題，本發明的目的在於提供輸出光之色度的角度依存性小之螢光體元件等。 [解決問題之技術手段]
為了達成上述目的，本發明之螢光體元件的一態樣，包含：基板構件；以及波長轉換構件，具備螢光部及光反射部，設置於該基板構件；該螢光部，具有光入射面及光出射面；從該光出射面之方向觀察時，該光反射部，設置於該螢光部的周圍；該螢光部之主成分，包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷；該光反射部之主成分為光反射性陶瓷；該YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度為0.005%以上0.02%以下；該YAG螢光體陶瓷之厚度為350μm以上820μm以下。
此外，為了達成上述目的，本發明之光源模組的一態樣，具備上述記載之螢光體元件。 [本發明之效果]
依本發明，則可提供輸出光之色度的角度依存性小之螢光體元件等。
另，以下說明的實施形態，皆顯示概括性案例或具體案例。下述實施形態所示之數值、形狀、材料、構成要素、構成要素的配置位置與連接形態、步驟、步驟的順序等僅為一例，其主旨不在於限定本發明。此外，關於下述實施形態之構成要素中的並未記載於獨立請求項之構成要素，將其視為任意構成要素而說明。
此外，各圖式僅為示意圖，並非為嚴格定義之圖式。另，於各圖中，對於實質上相同的構成給予相同符號，將重複的說明省略或簡化。此外，於本說明書中，線膨脹率與線膨脹係數為相同涵義。
此外，於本說明書中，矩形或圓形等表示要素的形狀之用語、及數值範圍，並非為僅表示嚴格定義的表現，而係指實質上同等之範圍，例如亦包含數%程度之差異的表現。
此外，本說明書中，「上方」及「下方」等用語，並非指絕對的空間認知之上方(鉛直上方)及下方(鉛直下方)，而係作為藉由疊層構成中的以疊層順序為準之相對的位置關係定義之用語而使用。此外，「上方」及「下方」等用語，不僅「2個構成要素彼此隔著間隔配置，在2個構成要素之間存在其他構成要素」的情況，亦適用於「2個構成要素彼此密接配置，2個構成要素接觸」的情況。
(實施形態) [構成] 首先，利用圖1，針對實施形態之螢光體元件1的構成予以說明。圖1係顯示本實施形態之螢光體元件1的構成之圖。圖1中，(a)為螢光體元件1的平面圖，(b)為(a)中的Ib-Ib線之螢光體元件1的剖面圖。
如圖1所示，本實施形態之螢光體元件1，具備基板構件10、及設置於基板構件10之波長轉換構件20。基板構件10與波長轉換構件20，直接熱接觸。波長轉換構件20，與基板構件10之頂面直接接觸而設置。亦即，於基板構件10與波長轉換構件20之間，不存在黏接層等黏接構件或接合層等接合構件。另，本實施形態中，亦存在使基板構件10與波長轉換構件20接觸之基板構件10的接觸面、或使波長轉換構件20與基板構件10接觸之波長轉換構件20的接觸面之表面並非完全平滑的情況。此一情況，即便於基板構件10與波長轉換構件20之間存在部分空間，若具有基板構件10與波長轉換構件20直接物理接觸的部分，仍視作直接熱接觸。進一步，此一情況，於上述部分空間存在空氣。藉由使基板構件10與波長轉換構件20直接熱接觸，而可將波長轉換構件20所發出的熱，往基板構件10高效率地散熱，故可實現高效率之螢光體元件1。此外，藉由使基板構件10與波長轉換構件20直接熱接觸，而可實現未使用黏接層等黏接構件或接合層等接合構件的構造簡單之螢光體元件1。
基板構件10，具備透光基材11、及設置於透光基材11之介電材料多層膜12與反射防止膜13。此外，波長轉換構件20，具備發出螢光之螢光部21、及將光反射之光反射部22。
基板構件10之透光基材11，為具有透光性之基板，具有第1面11a(頂面)即波長轉換構件20側的面、及與第1面11a背向的第2面11b(底面)。
透光基材11，宜為光透射率高之基板。具體而言，透光基材11，宜為透射率高至可透過而看見對向側之程度的透明基板。例如，透光基材11的可見光透射率，宜為60%以上，更宜為80%以上，進一步宜為90%以上，但並未限定於此一形態。此外，作為透光基材11，宜為耐熱性高之基板。作為此等透明基板，可使用由Al 2O 3形成之氧化鋁基板、由AlN形成之氮化鋁基板、或由GaN形成之氮化鎵基板。此一情況，構成透光基材11的材料之主成分，分別為Al 2O 3、AlN、或GaN。此外，作為耐熱性及光透射率高之透明基板，不限於此等透明基板，亦可為藍寶石基板或玻璃基板等透明基板。作為一例，透光基材11的形狀，為縱長7.0mm×橫寬7.0mm×厚度1.0mm的矩形薄板狀。
介電材料多層膜12，設置於透光基材11的第1面11a。本實施形態中，介電材料多層膜12，係成為基板構件10之最上層的表面膜。
介電材料多層膜12，成為將複數介電材料膜疊層的構成，反射特定的光，並使其他特定的光透射過。本實施形態之介電材料多層膜12，將以波長轉換構件20的螢光部21之螢光體螢光發光的光反射，並使入射至螢光體元件1的激發光透射過。例如，在使螢光部21由黃色螢光體構成，使入射至螢光體元件1的激發光為紫外線或藍色光之情況，介電材料多層膜12，至少將螢光部21所發出的黃色光反射，並使激發光的紫外線或藍色光透射過。
藉由如此地在透光基材11的第1面11a側(波長轉換構件20側)設置介電材料多層膜12，而可藉由介電材料多層膜12將波長轉換構件20之螢光部21所發出的光中之前往基板構件10的光反射。藉此，可使從螢光體元件1取出之螢光部21的光增多。
反射防止膜13，設置於透光基材11的第2面11b。本實施形態中，反射防止膜13，係成為基板構件10之最下層的表面膜。
反射防止膜13，可為單層膜亦可為多層膜。作為一例，反射防止膜13，係將矽氧化物(SiO 2)、鈦氧化物(TiO 2)、鈮氧化物(Nb 2O 5)、鉭氧化物(Ta 2O 5)、鋁氧化物(Al 2O 3)、鋁氮化物(AlN)等至少2種介電材料膜疊層的多層膜。
藉由如此地於透光基材11的第2面11b設置反射防止膜13，而可抑制從透光基材11的第2面11b側入射至螢光體元件1的光之反射。藉此，可將從透光基材11的第2面11b側入射至透光基材11的光效率良好地引入透光基材11。具體而言，可將為了使螢光部21螢光發光而入射至螢光體元件1的激發光，效率良好地引入透光基材11。
波長轉換構件20，設置於基板構件10，更具體而言，設置於基板構件10之上方。
波長轉換構件20之螢光部21為發出光的發光層，藉由激發光而激發，將可見光範圍之既定波長的光進行螢光發光。作為一例，螢光部21，係由黃色螢光體構成的黃色螢光體層。此一情況，黃色螢光體層，即螢光部21，將較黃色光更為短波長的光(例如紫外線～藍色光)作為激發光而發出螢光。亦即，在黃色螢光體層，將激發光波長轉換為較該激發光更為長波長的黃色光。
螢光部21，係僅由螢光體形成之螢光體層。具體而言，螢光部21，係由燒結後的單一結晶相之螢光體構成的螢光體陶瓷層，主成分為螢光體陶瓷。此外，如同後述，螢光部21為由包含Ce 3+之YAG(釔鋁石榴石)螢光體形成的黃色螢光體層。亦即，螢光部21之主成分為包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷；更具體而言，螢光部21為僅以包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷形成之構件。換而言之，螢光部21，不具有黏結劑等。此外，螢光部21即包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度為0.005%以上0.02%以下。藉由使Ce 3+濃度為0.005%以上0.02%以下，而成為溫度淬滅(因溫度上升而造成之螢光體的轉換效率之降低)少的YAG螢光體陶瓷，故可實現效率高之螢光體元件1。
如此地，藉由使用螢光體陶瓷層作為螢光部21，而可改善耐熱性及散熱性。此外，藉由使用螢光體陶瓷層作為螢光部21，而可抑制因螢光的散射所造成之光損耗，故可改善螢光部21的轉換效率。本實施形態中，螢光部21，係僅由單一結晶相形成的螢光體陶瓷層。
螢光部21，包含具有石榴石構造之結晶相。更具體而言，本實施形態中，螢光部21，僅由具有石榴石構造之結晶相構成。亦即，本實施形態之螢光部21，不包含具有與石榴石構造不同的構造之結晶相。石榴石構造，係以A 3B 2C 3O 12之一般式表示的結晶構造。於元素A，應用Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及Lu等稀土元素；於元素B，應用Mg、Al、Si、Ga及Sc等元素；於元素C，應用Al、Si及Ga等元素。作為此等石榴石構造，可列舉YAG(釔鋁石榴石)、LuAG(鎦鋁石榴石)、Lu 3Ga 2(AlO 4) 3(鎦鎵鋁石榴石)、Y 3Ga 2(AlO 4) 3(釔鎵鋁石榴石)、Lu 2CaMg 2Si 3O 12(鎦鈣鎂矽石榴石)及TAG(铽鋁石榴石)等。作為Ce 3+賦活螢光體，宜使用此等石榴石構造。本實施形態中，構成螢光部21之螢光體的材料，係以(Y 1-xCe x) 3Al 2Al 3O 12(亦即，(Y 1-xCe x) 3Al 5O 12)(0.00005≦x＜0.0002)表示之結晶相，亦即由YAG構成；螢光部21，係僅以燒結YAG形成的螢光體陶瓷層。具體而言，螢光部21，係以YAG螢光體形成的黃色螢光體層。
另，構成螢光部21之結晶相，亦可為化學組成不同的複數種石榴石結晶相的固溶體。作為此等固溶體，可列舉：以(Y 1-xCe x) 3Al 2Al 3O 12(0.00005≦x＜0.0002)表示之石榴石結晶相與以(Lu 1-dCe d) 3Al 2Al 3O 12(0.00005≦d＜0.0002)表示之石榴石結晶相的固溶體((1-a)(Y 1-xCe x) 3Al 5O 12・a(Lu 1-dCe d) 3Al 2Al 3O 12(0＜a＜1))。此外，作為此等固溶體，可列舉：以(Y 1-xCe x) 3Al 2Al 3O 12(0.00005≦x＜0.0002)表示之石榴石結晶相與以(Lu 1-zCe z) 2CaMg 2Si 3O 12(0.00005≦z＜0.0002)表示之石榴石結晶相的固溶體((1-b)(Y 1-xCe x) 3Al 2Al 3O 12・b(Lu 1-zCe z) 2CaMg 2Si 3O 12(0＜b＜1))等。藉由使螢光部21以化學組成不同之複數種石榴石結晶相的固溶體構成，而使螢光部21所發出的螢光之螢光光譜更為廣帶域化，增加綠色光成分與紅色光成分。因此，可提供發出色域廣的輸出光之螢光體元件1。
此外，構成螢光部21之結晶相，亦可包含相對於以上述一般式A 3B 2C 3O 12表示之結晶相，使化學組成偏移之結晶相。作為此等結晶相，可列舉：相對於以(Y 1-xCe x) 3Al 2Al 3O 12(0.00005≦x＜0.0002)表示之結晶相為富鋁的(Y 1-xCe x) 3Al 2+δAl 3O 12(δ為正的數)。此外，作為此等結晶相，可列舉：相對於以(Y 1-xCe x) 3Al 2Al 3O 12(0.00005≦x＜0.0002)表示之結晶相為富釔的(Y 1-xCe x) 3+ζAl 2Al 3O 12(ζ為正的數)等。此等結晶相，相對於以一般式A 3B 2C 3O 12表示之結晶相，使化學組成偏移，但維持石榴石構造。由於使螢光部21由使化學組成偏移之結晶相構成，而在螢光部21之中產生折射率不同的區域，故激發光及螢光更為散射，使螢光部21的發光面積變得更小。
進一步，作為構成螢光部21的材料，亦可使用作為Cr 3+賦活螢光體的以下材料。該材料，係從由Y 3Al 2(AlO 4) 3：Cr 3+、La 3Al 2(AlO 4) 3：Cr 3+、Gd 3Al 2(AlO 4) 3：Cr 3+、Y 3Ga 2(AlO 4) 3：Cr 3+、La 3Ga 2(AlO 4) 3：Cr 3+、Gd 3Ga 2(AlO 4) 3：Cr 3+、Y 3Sc 2(AlO 4) 3：Cr 3+、La 3Sc 2(AlO 4) 3：Cr 3+、Gd 3Sc 2(AlO 4) 3：Cr 3+、Y 3Ga 2(GaO 4) 3：Cr 3+、La 3Ga 2(GaO 4) 3：Cr 3+、(Gd,La) 3Ga 2(GaO 4) 3：Cr 3+、Gd 3Ga 2(GaO 4) 3：Cr 3+、Y 3Sc 2(GaO 4) 3：Cr 3+、La 3Sc 2(GaO 4) 3：Cr 3+、Gd 3Sc 2(GaO 4) 3：Cr 3+、(Gd,La) 3(Ga,Sc) 2(GaO 4) 3：Cr 3+、Ga 2O 3：Cr 3+、及(Ga,Sc) 2O 3：Cr 3+構成的群組中選出之至少一種。另，螢光部21，亦可為Cr 3+賦活螢光體之材料的固溶體。
螢光部21之密度(即YAG螢光體陶瓷之密度)，宜為理論密度的90%以上100%以下，更宜為理論密度的95%以上100%以下，進一步宜為理論密度的98%以上100%以下。此處，理論密度，係使層中之原子理想地排列的情況之密度。換而言之，理論密度係假定為螢光部21中不存在空隙時之密度，為利用結晶構造計算的值。例如，螢光部21之密度為99%的情況，剩下的1%相當於空隙。亦即，螢光部21之密度越高，則空隙越少。若螢光部21之密度位於上述範圍，則螢光部21所發出的總螢光量增加，故可提供放射的光量更多之螢光體元件1。
此外，螢光部21之密度，宜為4.10g/cm 3以上4.55g/cm 3以下，更宜為4.32g/cm 3以上4.55g/cm 3以下，進一步宜為4.46g/cm 3以上4.55g/cm 3以下。如本實施形態所示，在以YAG構成螢光部21的情況，若使螢光部21之密度位於上述範圍，則螢光部21之密度分別成為理論密度的90%以上100%以下、95%以上100%以下、及98%以上100%以下。藉由使螢光部21之密度位於上述範圍，而可使螢光部21將吸收的激發光效率良好地轉換為螢光。亦即，實現發光效率高之螢光部21。
螢光部21之俯視形狀為矩形，但並未限定於此一形態。螢光部21之俯視形狀，亦可為圓形。作為一例，螢光部21之俯視形狀，為縱長0.8mm×橫寬0.8mm的矩形。
此外，螢光部21之厚度(即YAG螢光體陶瓷之厚度)為350μm以上820μm以下。此厚度非常厚，藉此，可確保螢光部21之從側面的散熱性。另，螢光部21之厚度為一定，但並未限定於此一形態。另，螢光部21之厚度，亦可為350μm以上805μm以下，或亦可為400μm以上805μm以下。
螢光部21，具有光入射面211、光出射面212及側面(4面側面213～216)。光入射面211，係激發螢光部21的激發光所入射的面，為螢光部21的底面。光出射面212，係螢光部21將螢光射出的面，為螢光部21的頂面。亦即，光入射面211與光出射面212為彼此背向的面。4面側面213～216，為螢光部21之側方側的面。4面側面213～216，各自為與光入射面211及光出射面212呈正交的平面。2面側面213及215為彼此背向的面，2面側面214及216為彼此背向的面。
從光出射面212之方向觀察時，亦即俯視時，波長轉換構件20之光反射部22，設置於螢光部21的周圍。本實施形態中，俯視時，光反射部22，將螢光部21的周圍全體包圍。亦即，光反射部22，與螢光部21之全部4面側面213～216的整面接觸。具體而言，螢光部21之俯視形狀為矩形，故光反射部22具有矩形的開口部。具體而言，光反射部22之俯視形狀，呈具有矩形的開口部且外形為矩形的矩形框狀。另，光反射部22之俯視形狀，不限於矩形框狀，亦可為圓環狀等。作為一例，光反射部22的外形之俯視形狀，為縱長7.0mm×橫寬7.0mm。另，本實施形態中，光反射部22之厚度與螢光部21之厚度相同，但並未限定於此一形態。
光反射部22，與螢光部21熱接觸。亦即，螢光部21與光反射部22，設置為可將在螢光部21產生的熱傳導至光反射部22。本實施形態中，光反射部22，與螢光部21物理接觸。具體而言，使光反射部22之全部的內周側面與螢光部21的外周側面接觸。亦即，螢光部21，設置為充填於光反射部22的開口部。
另，光反射部22之厚度(高度)，成為與螢光部21之厚度(高度)相同，但並未限定於此一形態。亦即，光反射部22之厚度，亦可較螢光部21之厚度更低，或亦可較螢光部21之厚度更高。然則，光反射部22，宜設置為未達到螢光部21的頂面。亦即，光反射部22，宜形成為使構成光反射部22的材料(黏結劑等)不從螢光部21的頂面突出。
光反射部22之主成分為光反射性陶瓷，光反射性陶瓷之主成分為氧化鋁陶瓷。亦即，此處，光反射部22，由以氧化鋁(鋁氧化物(Al 2O 3))等陶瓷材料形成的陶瓷層構成。更具體而言，光反射部22，係僅以氧化鋁形成的氧化鋁陶瓷層。換而言之，光反射部22，不具有黏結劑等。本實施形態中，光反射部22將可見光帶域之波長的光反射，故為白色。亦即，光反射部22為白色陶瓷層。另，光反射部22，若具有將可見光反射之功能，則不由陶瓷構成亦可，例如，光反射部22，亦可為包含光反射性粒子的白色樹脂或金屬。
於光反射部22(即光反射性陶瓷)之內部，存在用於將光散亂反射之無數個光散射部23。具體而言，光反射部22為陶瓷層的情況，於陶瓷層之內部，為了將光散亂反射，存在無數個空隙(空氣層)作為光散射部23。
光反射部22之密度(即光反射性陶瓷之密度)，宜為理論密度的98%以下，更宜為95%以下，進一步宜為90%以下。
本實施形態之螢光部21，係僅以燒結螢光體形成的螢光體陶瓷層；光反射部22，係由氧化鋁陶瓷構成的陶瓷層。藉此，容易使螢光部21與光反射部22一體化。
接著，利用圖2，針對使用本實施形態之螢光體元件1的光源模組100之構成與螢光體元件1的光學作用予以說明。圖2係顯示本實施形態之光源模組100的構成之圖。
本實施形態之光源模組100，具備螢光體元件1、及發出入射至螢光體元件1的光之光源2。光源模組100，作為一例，可作為內視鏡所具備之發光裝置而利用。
光源2為激發光源，射出用於使波長轉換構件20之螢光部21發光的激發光。螢光部21所含的螢光體，藉由從光源2射出的激發光而激發，發出螢光。本實施形態中，光源模組100，係使入射至螢光體元件1的激發光透射過螢光體元件1之透射型的發光裝置。亦即，入射至螢光體元件1的激發光，透射過波長轉換構件20。因此，光源2，配置為使光源2所射出的光透射過螢光體元件1。具體而言，光源2，配置於螢光體元件1的下方(基板構件10側)。
作為光源2，例如可使用射出紫外線或藍色光的雷射光之半導體雷射。雷射光直進性良好，故藉由使用半導體雷射作為光源2，而能夠使雷射光(激發光)以期望的入射角入射至螢光部21。另，光源2，不限於半導體雷射，亦可為LED等其他固體發光元件、或固體發光元件以外的激發光源。
在如此地構成的光源模組100，藉由使從光源2射出的光入射至螢光體元件1，而從螢光體元件1發出既定色彩的輸出光。更具體而言，從螢光部21的光出射面212發出既定色彩的輸出光。
具體而言，本實施形態中，從光源2射出的光(激發光)，入射至基板構件10之背面。入射至基板構件10之光源2的光(激發光)，透射過基板構件10而到達至波長轉換構件20之螢光部21。亦即，從光源2射出的激發光，從螢光部21的光入射面211入射至螢光部21。此時，螢光部21的外形尺寸，宜與從光源2射出的光入射至螢光部21時之光點尺寸(激發光之光點尺寸)成為相同。
在本實施形態，光源2的激發光為藍色光，螢光部21為黃色螢光體層。此一情況，光源2的藍色光入射至螢光部21。藉此，螢光部21之黃色螢光體(YAG螢光體)，吸收光源2的藍色光之一部分而被激發，將黃色光發出為螢光。而在螢光部21，該黃色光與未被黃色螢光體吸收之光源2的藍色光混合而成為白色光，從螢光部21將該白色光作為輸出光而放射。亦即，從波長轉換構件20取出輸出光(白色光)。
於基板構件10，形成將螢光部21所發出的黃色光反射，並使激發光的藍色光透射過之介電材料多層膜12。藉由此一構成，螢光部21所發出的黃色光中之前往光源2側的光，藉由介電材料多層膜12反射，往光源2側之相反側行進。
此外，於螢光部21的周圍，形成白色的光反射部22。藉由此一構成，從螢光部21發出的輸出光(白色光)中之往橫向側行進的光，藉由光反射部22反射，返回螢光部21而從螢光部21放射至外部。藉此，可使從螢光部21取出的光增多。
此外，本實施形態中，螢光體元件1為分離式螢光粉(remote phosphor)型，螢光體元件1與光源2在空間上分離配置。藉此，可控制螢光體元件1(尤其是螢光部21)受到在光源2產生的熱之影響的情形。
另，於圖2中，從光源2射出的光，對基板構件10之背面垂直地入射，但亦可對基板構件10之背面斜向地入射。
例如，將光源模組100利用在內視鏡之情況，於螢光體元件1的上方設置導光件(未圖示)，將入射至該導光件的輸出光，作為內視鏡用的光而利用。從螢光體元件1輸出的輸出光中之入射至導光件的光越多，則輸出光之利用效率越高。導光件，係由透鏡及桿狀積分器等構成的光學構件。
此外，如同上述，輸出光為白色光，故本實施形態之光源模組100為白色光源模組。
[與比較例之比較] 接著，針對本實施形態之螢光體元件1的作用效果，與比較例之螢光體元件1x進行比較並說明。圖3係顯示比較例之螢光體元件1x的構成之圖。
如圖3所示，比較例之螢光體元件1x，具備基板構件10、及配置於基板構件10之上方的波長轉換構件20x。此外，波長轉換構件20x，由螢光部25x與黏結劑26x構成。
在如此地構成的比較例之螢光體元件1x中，如圖3所示，與上述本實施形態之螢光體元件1同樣地，藉由使激發光入射至波長轉換構件20x之螢光部25x而放射出白色光。
圖4係顯示本實施形態之螢光體元件1及比較例之螢光體元件1x的構成要素之表的圖。
比較例之螢光體元件1x所具備的波長轉換構件20x，不同於實施形態之波長轉換構件20，並未具備光反射部22。此外，實施形態之波長轉換構件20所具備的光反射部22之密度，如圖4所示，為理論密度的81.1%。
發光面積，比較例中約為0.34mm 2，實施形態中約為0.64mm 2(0.8mm×0.8mm)。此外，如圖3及圖4所示，螢光部25x為螢光體粒子，更具體而言，係由YAG構成的螢光體粒子。黏結劑26x，係用於將螢光部25x固持而黏接在基板構件10之上方的材料，例如為透明的ZnO結晶。
比較例之由螢光部25x及黏結劑26x形成的波長轉換構件20x之折射率約為1.95，螢光部21之折射率為1.83。
比較例之構成螢光部25x的YAG之Ce 3+濃度約為0.1%，實施形態之構成螢光部21的YAG之Ce 3+濃度為0.01%。比較例的波長轉換構件20x之厚度約為20μm，實施形態的螢光部21之厚度為500μm以上700μm以下。此外，螢光部21之密度，為理論密度的98.8%。
於發光影像中，以漸層顯示照射了激發光之情況的亮度之分布。實施形態中，得知螢光部21之全體(即0.8mm×0.8mm的約0.64mm 2全體)均勻地發光。
此處，利用圖5，針對發光特性予以說明。圖5係顯示本實施形態之螢光體元件1及比較例之螢光體元件1x的發光特性之圖。
圖5的橫軸，表示為了從光源2射出激發光而投入的電力(投入電力)。圖5的縱軸，表示入射至螢光體元件1及螢光體元件1x的上方所設置之導光件而從導光件射出的光之總光通量。另，以下，有將從該導光件射出的光稱作導光件光之情況。
如圖5所示，無關於投入電力，依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量，較依據從螢光體元件1x輸出之輸出光的導光件光之總光通量更高。例如，投入電力為6W程度之情況，依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量，較依據從螢光體元件1x輸出之輸出光的導光件光之總光通量更高30%程度。此外，例如，投入電力為13W程度之情況，依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量，較依據從螢光體元件1x輸出之輸出光的導光件光之總光通量更高46%程度。如此地，針對本實施形態之螢光體元件1，相較於比較例之螢光體元件1x具有更高的發光特性之主要原因，於下述內容說明。
於螢光體元件1，設置光反射部22。因此，從螢光部21發出的輸出光(白色光)中之往橫向側行進的光，藉由光反射部22反射，返回螢光部21而從螢光部21放射至外部。亦即，抑制從螢光部21發出的輸出光(白色光)中之往橫向側行進的光成為無法利用的光之情形。因而，依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量變得更高。
此外，在螢光體元件1，作為螢光部21，使用螢光體陶瓷層。因此，可改善螢光部21之耐熱性及散熱性，不易發生因熱而造成之螢光部21的發光效率之降低。尤其是，若螢光部21之密度(即YAG螢光體陶瓷之密度)位於上述範圍，則不易發生因熱而造成之螢光部21的發光效率之降低。此外，藉由使用螢光體陶瓷層作為螢光部21，而可抑制因螢光的散射所造成之光損耗，故可改善螢光部21的轉換效率。因而，依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量變得更高。
如此地，本實施形態之螢光體元件1，相較於比較例之螢光體元件1x，具有更高的發光特性。
[色度的角度依存性] 此處，進一步針對本實施形態之螢光體元件1的輸出光之色度的角度依存性予以說明。
此處，為了針對螢光部21之Ce 3+濃度與厚度對輸出光之色度的角度依存性造成之影響進行檢討，而製作出檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件，即11個試樣。檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件，分別以使Ce 3+濃度與厚度不同的方式製作。
首先，使用實施例1之螢光體元件1a，說明檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件的構成。
圖6係實施例1之螢光體元件1a的剖面圖。螢光體元件1a，具備基板構件10a及螢光部21a。基板構件10a，具有從基板構件10將反射防止膜13去除之構造，亦即，具有透光基材11、及設置於透光基材11的介電材料多層膜12。此處，螢光體元件1a所具備之螢光部21a，除了和介電材料多層膜12之上方接觸設置的點、及周圍並未設置光反射部22的點以外，具有與螢光體元件1所具備之螢光部21相同的構成。另，於實施例1的螢光部21a中，Ce 3+濃度為0.01%，厚度為705μm。
檢討例1～檢討例7、及實施例2～實施例4之螢光體元件，除了螢光部之Ce 3+濃度與厚度以外，各自具有與螢光體元件1a相同的構成。更具體而言，螢光部之Ce 3+濃度及厚度，分別在檢討例1為0.08%及225μm，在檢討例2為0.08%及125μm，在檢討例3為0.08%及57μm。此外，螢光部之Ce 3+濃度及厚度，分別在檢討例4為0.03%及666μm，在檢討例5為0.03%及400μm，在檢討例6為0.03%及300μm。此外，螢光部之Ce 3+濃度及厚度，分別在實施例2為0.01%及659μm，在實施例3為0.01%及400μm，在實施例4為0.01%及805μm，在檢討例7為0.01%及300μm。
另，實施例1～實施例4之螢光體元件，從Ce 3+濃度與厚度的觀點來看，為相當於本實施形態之螢光體元件1的元件。
此處，針對檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件的製造方法予以說明。表1為顯示檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件所使用的螢光部(YAG螢光體陶瓷)之目標組成、使用原料、及原料摻合比的表。
[表1]
   目標組成 Ce 3+濃度 使用原料、及原料摻合比
Y 2O 3 Al 2O 3 CeO 2
檢討例1～檢討例3 (Y 0.9992Ce 0.0008) 3Al 5O 12 0.08% 24.1990 g 18.2090 g 0.0295 g
檢討例4～檢討例6 (Y 0.9997Ce 0.0003) 3Al 5O 12 0.03% 24.2111 g 18.2090 g 0.0111 g
實施例1～實施例4、及檢討例7 (Y 0.9999Ce 0.0001) 3Al 5O 12 0.01% 24.2156 g 18.2090 g 0.0037 g
首先，進行原料的調製。
針對各個試樣，分別將表1所示的各使用原料，投入至容積為1L之塑膠製容器(下稱容器)。此時，將各使用原料與氧化鋁製球珠(φ10mm)投入至容器。氧化鋁製球珠的量，為將容器的容積充填1/3之程度的量。
其後，將浸泡氧化鋁製球珠之程度的量之純水投入至容器。利用容器旋轉裝置(日陶科學公司製、BALL MILL ANZ-51S)，施行球磨混合12小時。
進一步，對於檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3，在球磨混合後，使用乾燥機將漿狀的混合原料乾燥。具體而言，使上述混合原料，流入至以覆蓋金屬製桶之內壁的方式鋪設之NAFLON(註冊商標)片材(厚度0.05mm)的上方，將混合原料投入至設定為150℃的乾燥機6小時，進行乾燥。
其後，將乾燥後的混合原料回收，藉由研缽與磨杵造粒。具體而言，將乾燥後的混合原料，投入研缽磨碎，使其成為混合原料粉。進一步，使用移液器，對混合原料粉10g少量逐次地添加0.18mL之黏結劑液(5wt.%PVA(聚乙烯醇)溶液)，使用磨杵揉合。亦即，使黏結劑液分散至混合原料粉全體。其後，使用尼龍製的篩網，將混合原料粉分級，獲得造粒粉。另，使尼龍製的篩網之開孔徑為155μm。如此地，獲得檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3的粉末狀之螢光部(YAG螢光體陶瓷)的原料。 此外，對於實施例4，在球磨混合後，將漿狀的混合原料藉由噴霧乾燥裝置造粒。更具體而言，將添加了0.5wt.%的黏結劑(例如PVA(聚乙烯醇))之漿狀的混合原料，藉由噴霧乾燥裝置造粒。所獲得的造粒粉之平均粒子徑為45μm。如此地，獲得實施例4的粉末狀之螢光部(YAG螢光體陶瓷)的原料。
接著，進行成型。
首先，針對檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3的成型予以說明。一開始，將各原料，各自利用手動油壓機(理研精機公司製)與模具(φ13mm)，模製成型為圓柱狀。使模製成型時之對試樣施加的壓力為6MPa。接著，利用冷均壓加壓(CIP(Cold Isostatic Press))裝置，使原料正式成型。使正式成型時的壓力為250MPa。另，正式成型後的成型體，以將造粒時使用之黏著劑(聚乙烯醇)去除為目的，施行去除黏結劑處理(大氣中加熱處理)。去除黏結劑處理的條件，為500℃、10小時。 接著，針對實施例4的成型予以說明。實施例4的原料，除了下述之一點以外，以與檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3各自的原料同樣之方法成型。該一點，係在利用手動油壓機(理研精機公司製)時，使用模具(φ60mm)的點。
進一步，進行煅燒。
首先，針對檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3的煅燒予以說明。將去除黏結劑處理後的成型體，分別使用縱型管狀氣氛爐煅燒。使煅燒溫度為1725℃。使煅燒時間為4小時。另，使煅燒氣體環境為97vol.%的氮與3vol.%的氫之混合氣體。此外，使混合氣體的流量為1L/分鐘。 接著，針對實施例4的煅燒予以說明。對於去除黏結劑處理後之實施例4的原料，以下述條件，使用縱型管狀氣氛爐煅燒。該條件為：煅燒溫度為1700℃以上1725℃以下、煅燒時間為4小時以上24小時以下、煅燒氣體環境為95vol.%以上97vol.%以下的氮與3vol.%以上5vol.%以下的氫之混合氣體、混合氣體的流量為1L/分鐘以上5L/分鐘以下。
進一步，進行研磨。
將煅燒後的各試樣，分別使用研磨裝置(DISCO公司製、DFD6340)鏡面研磨。鏡面研磨後之厚度，使Ce 3+濃度為0.08%的試樣為225μm(檢討例1)、125μm(檢討例2)、及57μm(檢討例3)此3級別。使Ce 3+濃度為0.03%的試樣為666μm(檢討例4)、400μm(檢討例5)、及300μm(檢討例6)此3級別。使Ce 3+濃度為0.01%的試樣為705μm(實施例1)、659μm(實施例2)、400μm(實施例3)、805μm(實施例4)、及300μm(檢討例7)此4級別。
最後，進行切割。
將研磨後的各試樣，分別使用切割裝置(DISCO公司製、DAD3350)切割。將檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3的試樣，切割為一邊7mm之正方形；將實施例4的試樣，切割為一邊10mm之正方形。藉此，製作出檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4的螢光部。
對於製作出的各螢光部分別評價密度。
此處，藉由阿基米德法，評價螢光部各自之密度。此外，使YAG的理論密度為4.55g/cm 3，算出螢光部各自的相對於理論密度之比率。
Ce 3+濃度為0.08%的試樣(檢討例1～檢討例3)、0.03%的試樣(檢討例4～檢討例6)、及0.01%的試樣(實施例1～實施例4及檢討例7)之密度，分別為4.450g/cm 3、4.476g/cm 3及4.512g/cm 3。此外，Ce 3+濃度為0.08%的試樣、0.03%的試樣、及0.01%的試樣之相對於理論密度之比率，分別為97.8%、98.4%、及99.2%。
為了針對螢光部之Ce 3+濃度與厚度對輸出光之色度的角度依存性造成之影響進行檢討，如圖6所示，藉由分光器測定沿正面方向(下稱0°方向)及斜向(下稱45°方向)輸出的輸出光之色度。另，沿0°方向及45°方向輸出的輸出光，相當於上述入射至導光件的光。更具體而言，如同下述地測定輸出光之色度。
將切割後的各試樣，分別設置於基板構件10a之上方，製作出檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件。從基板構件10a側，藉由光源2將0.83W的雷射光分別照射至檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件。該雷射光照射光點面積為4mm 2。另，此處，透光基材11為藍寶石製之基板；檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例3的試樣為7mm×7mm之矩形，實施例4的試樣為10mm×10mm之矩形，厚度為500μm。進一步，介電材料多層膜12，係使藍色光透射，將480nm以上780nm以下之波長範圍的光以90%以上之反射率反射的膜。
藉由雷射光之照射，測定從檢討例1～檢討例7、及實施例1～實施例4之螢光體元件分別輸出的輸出光之色度的角度依存性。將此等輸出光，分別使用積分球(聶姆公司製)、及多通道分光器(大塚電子公司製、MCPD-7000)測定。另，此處，於各螢光體元件並未設置光反射部。然則，發明人推測，輸出光色度、及輸出光色度的角度依存性，與設置有光反射部之情況成為相同。
圖7係顯示檢討例1～檢討例3之螢光體元件的輸出光之色度的角度依存性之圖。
圖8係顯示檢討例4～檢討例6之螢光體元件的輸出光之色度的角度依存性之圖。
圖9係顯示實施例1～實施例4及檢討例7之螢光體元件的輸出光之色度的角度依存性之圖。
另，於圖7～圖9顯示xy色度圖，於該xy色度圖分別顯示螢光體元件之0°方向及45°方向的輸出光之色度。於圖7～圖9，將表示xy色度圖之一部分的矩形之一點鏈線放大顯示。
此外，在圖7～圖9顯示矩形的虛線；此虛線，顯示將具備螢光體元件之光源模組例如利用在內視鏡的情況所容許之色度範圍。將該光源模組利用在內視鏡的情況，0°方向的輸出光與45°方向的輸出光雙方，作為內視鏡用的光而利用。因而，判斷為藉由使0°方向之色度與45°方向之色度雙方收斂在此一色度範圍(矩形的虛線)，而可將該光源模組作為內視鏡用之發光裝置而利用。進一步，從螢光部輸出之輸出光的0°方向之色度與45°方向之色度的差分較小者(即色度的角度依存性較小者)，可使從內視鏡輸出的光之色度的角度依存性小。因此，具備輸出光之色度的角度依存性小之螢光體元件的光源模組，作為內視鏡用的發光裝置，可說是性能更高。
此外，表2係顯示檢討例1～3之螢光體元件的輸出光之色度的xy座標之表。表3係顯示檢討例4～6之螢光體元件的輸出光之色度的xy座標之表。表4係顯示實施例1～4及檢討例7之螢光體元件的輸出光之色度的xy座標之表。
[表2]
色度 檢討例1 0°方向 檢討例1 45°方向 檢討例2 0°方向 檢討例2 45°方向 檢討例3 0°方向 檢討例3 45°方向
x 0.39100 0.39300 0.31200 0.35100 0.18600 0.28600
y 0.52900 0.53300 0.36800 0.44900 0.09600 0.31100
[表3]
色度 檢討例4 0°方向 檢討例4 45°方向 檢討例5 0°方向 檢討例5 45°方向 檢討例6 0°方向 檢討例6 45°方向
x 0.40400 0.40500 0.38039 0.38062 0.35200 0.35827
y 0.55600 0.55700 0.51569 0.51677 0.45693 0.47020
[表4]
色度 實施例1 0°方向 實施例1 45°方向 實施例2 0°方向 實施例2 45°方向 實施例3 0°方向 實施例3 45°方向 實施例4 0°方向 實施例4 45°方向 檢討例7 0°方向 檢討例7 45°方向
x 0.36400 0.36500 0.36100 0.36200 0.30851 0.31051 0.35999 0.36047 0.27464 0.28118
y 0.48300 0.48500 0.47700 0.47900 0.36660 0.37170 0.49309 0.49522 0.29282 0.30864
首先，利用圖7，針對螢光部之Ce 3+濃度為0.08%的最高濃度的檢討例1～檢討例3之螢光體元件予以說明。在圖7，僅檢討例2之螢光體元件，其0°方向之色度與45°方向之色度收斂在色度範圍(矩形的虛線)。然則，相較於檢討例2，在螢光部之厚度增厚100μm的檢討例1中，0°方向之色度與45°方向之色度並未收斂在色度範圍。同樣地，相較於檢討例2，在螢光部之厚度減薄68μm的檢討例3中，0°方向之色度並未收斂在色度範圍。
如此地，在螢光部之Ce 3+濃度為0.08%的最高濃度之情況中，即便使螢光部之厚度改變100μm程度，仍無法使0°方向之色度與45°方向之色度雙方收斂在色度範圍。
且進一步，於檢討例2之螢光體元件中，亦清楚得知0°方向之色度與45°方向之色度的差分非常大。
接著，利用圖8，針對螢光部之Ce 3+濃度為0.03%的高濃度的檢討例4～檢討例6之螢光體元件予以說明。
在圖8，僅檢討例6之螢光體元件，其0°方向之色度與45°方向之色度收斂在色度範圍(矩形的虛線)。然則，相較於檢討例6，在螢光部之厚度增厚100μm的檢討例5、及螢光部之厚度增厚366μm的檢討例4中，0°方向之色度與45°方向之色度並未收斂在色度範圍。
如此地，在螢光部之Ce 3+濃度為0.03%的高濃度之情況中，若螢光部之厚度改變100μm以上，則無法使0°方向之色度與45°方向之色度雙方收斂在色度範圍。
且進一步，於檢討例6之螢光體元件中，亦清楚得知0°方向之色度與45°方向之色度的差分非常大。
進一步，利用圖9，針對螢光部之Ce 3+濃度為0.01%的低濃度的實施例1～實施例4及檢討例7之螢光體元件予以說明。
如圖9所示，實施例1～實施例4之全部的螢光體元件，其0°方向之色度與45°方向之色度收斂在色度範圍(矩形的虛線)。不同於圖7及圖8所示的檢討例1～檢討例6，在實施例1～實施例4之螢光體元件中，即便螢光部之厚度大幅改變400nm～805nm，2個方向之色度仍收斂在色度範圍。亦即，顯示「在螢光部之Ce 3+濃度為0.01%的低濃度的實施例1～實施例4之螢光體元件中，即便螢光部之厚度改變，2個方向之色度仍不易改變」。
此外，清楚得知在檢討例7之螢光體元件中，其0°方向之色度與45°方向之色度收斂在色度範圍(矩形的虛線)，但0°方向之色度與45°方向之色度的差分非常大。另一方面，顯示「在實施例1～實施例4之全部螢光體元件中，0°方向之色度與45°方向之色度的差分非常小，亦即色度的角度依存性小」。
此處，進一步針對色度的角度依存性，將展現同程度之色度的檢討例6之螢光體元件(參考圖8)、及實施例2之螢光體元件(參考圖9)進行比較。實施例2之螢光體元件之色度的角度依存性，較檢討例6之螢光體元件之色度的角度依存性更小。亦即，顯示「在同程度之色度的範圍中，螢光部之Ce 3+濃度非常低的實施例2之螢光體元件，其色度的角度依存性更小」。
如此地，實施例1～實施例4中，藉由使Ce 3+濃度為0.01%、厚度為350μm以上820μm以下，而實現輸出光之色度的角度依存性較檢討例1～檢討例7更小之螢光體元件。利用圖10A，針對此一原理予以說明。
圖10A係示意Ce 3+濃度及厚度對激發光及螢光造成之影響的圖。
於圖10A中，示意變更Ce 3+濃度及厚度後之螢光部、及到達至螢光部的激發光(藍色光)及螢光(黃色光)。表示藍色光的實線箭頭與表示黃色光的虛線箭頭之長度的比，顯示輸出光之藍色光強度與黃色光強度的比。
於圖10A中，Ce 3+濃度高且厚度厚之螢光部，相當於檢討例4；Ce 3+濃度高且厚度薄之螢光部，相當於檢討例6。此外，Ce 3+濃度低且厚度厚之螢光部，相當於實施例2；Ce 3+濃度低且厚度薄之螢光部，相當於檢討例7。
另，即便為相同厚度之螢光部，在Ce 3+濃度較高者，虛線箭頭(黃色光)之長度更長，即輸出光之黃色光強度更大。此係因Ce 3+濃度較高者，藍色光之吸收率更高、更容易轉換為黃色光的緣故。同樣地，即便為相同Ce 3+濃度之螢光部，在厚度較厚者，虛線箭頭(黃色光)之長度更長，即輸出光之黃色光強度更大。此係因厚度較厚者，更容易吸收藍色光、更容易轉換為黃色光的緣故。
在檢討例4，於0°方向與45°方向，實線箭頭(藍色光)之長度與虛線箭頭(黃色光)之長度的比之差小，故色度的角度依存性小。然則，由於黃色光之強度高，故輸出光幾乎成為黃色光，如圖8所示， 0°方向之色度與45°方向之色度並未收斂在色度範圍。
在檢討例6，相較於檢討例4，在0°方向與45°方向，黃色光之強度更低，故輸出光成為接近白色的光。然則，在0°方向與45°方向，實線箭頭(藍色光)之長度與虛線箭頭(黃色光)之長度的比不同，故色度的角度依存性大。
在實施例2，相較於檢討例6，在0°方向與45°方向，黃色光之強度更低，故輸出光成為接近白色的光。進一步，在0°方向與45°方向，實線箭頭(藍色光)之長度與虛線箭頭(黃色光)之長度的比之差小，故色度的角度依存性小。
在檢討例7，相較於檢討例6，在0°方向與45°方向，藍色光之強度更高，故輸出光成為包含大量藍色光之白色的光。然則，在0°方向與45°方向，實線箭頭(藍色光)之長度與虛線箭頭(黃色光)之長度的比不同，故色度的角度依存性大。
如此地，藉由控制螢光部之Ce 3+濃度及厚度雙方，在實施例1～實施例4中，相較於檢討例1～檢討例7，實現了輸出光之色度的角度依存性小之螢光體元件。
如圖7～圖9所示，亦清楚得知於檢討例1～檢討例7中，不易使0°方向之色度與45°方向之色度雙方收斂在色度範圍、0°方向之色度與45°方向之色度的差分非常大。尤其是如圖7及圖8所示，在Ce 3+濃度非常高的範圍中，存在僅因厚度改變100μm程度，而使輸出光之色度大幅改變、0°方向之色度與45°方向之色度的差分非常大等問題。
對於此等問題，經過屢次用心檢討之結果，本案發明人等，發現依據圖10A所示的機制，實現了0°方向及45°方向之色度收斂在色度範圍、且色度的角度依存性小的實施例1～實施例4之螢光體元件。
另，如同上述，實施例1～實施例4之螢光體元件，從Ce 3+濃度與厚度的觀點來看，為相當於本實施形態之螢光體元件1的元件。因此，與實施例1～實施例4之螢光體元件相同，本實施形態之螢光體元件1，亦成為0°方向及45°方向之色度收斂在色度範圍，且色度的角度依存性小之螢光體元件。
[螢光部之厚度及表面粗糙度的影響] 此處，進一步針對螢光部21(即YAG螢光體陶瓷)之厚度及表面粗糙度對螢光體元件1的特性造成之影響予以說明。首先，針對螢光部21之厚度的影響予以檢討。
為了對螢光部21之厚度的影響進行檢討，製作出9種試樣(9種螢光體元件)。此9種試樣，螢光部之厚度分別不同。 9種試樣中之6種試樣，具有與圖1所示之螢光體元件1相同的構成，即該6種試樣的螢光部21之厚度為350μm以上820μm以下。具體而言，該6種試樣的螢光部21之設計厚度，分別為575μm、641μm、680μm、747μm、753μm及802μm。另，以下，有將螢光部21之設計厚度為575μm的試樣稱作試樣575μm，將設計厚度為641μm的試樣稱作試樣641μm，將設計厚度為680μm的試樣稱作試樣680μm，將設計厚度為747μm的試樣稱作試樣747μm，將設計厚度為753μm的試樣稱作試樣753μm，及將設計厚度為802μm的試樣稱作試樣802μm之情況。 此外，9種試樣之剩下的3種試樣，除了螢光部之厚度不同的點以外，具有與圖1所示之螢光體元件1相同的構成，此處，該3種試樣的螢光部之厚度較820μm更大。具體而言，該3種試樣的螢光部之設計厚度為826μm、873μm及918μm。另，以下有將螢光部之設計厚度為826μm的試樣稱作試樣826μm，將設計厚度為873μm的試樣稱作試樣873μm，及將設計厚度為918μm的試樣稱作試樣918μm之情況。
此處，針對此9種試樣之製造方法予以說明。首先，製作出使用在9種試樣各自之螢光部的YAG螢光體陶瓷。使用在螢光部的YAG螢光體陶瓷之目標組成，與在實施例1～實施例4及檢討例7之螢光體元件使用的YAG螢光體陶瓷相同。此外，使用在螢光部的YAG螢光體陶瓷，在至施行煅燒之步驟(煅燒步驟)為止前，以與在實施例4之螢光體元件使用的YAG螢光體陶瓷相同之方法製作。將施行至煅燒步驟為止的YAG螢光體陶瓷，之後使用研磨裝置(DISCO公司製、DFD6340)及切割裝置(DISCO公司製、DAD3350)，形狀加工成為縱長0.8mm、橫寬0.8mm、高度1mm以上。接著，準備模具(φ13mm)，將平均一次粒子徑為0.28μm的Al 2O 3粉末投入至該模具。其後，將形狀加工後的YAG螢光體陶瓷，配置於填滿了模具的Al 2O 3粉末中。另，此時，將形狀加工後的YAG螢光體陶瓷，於填滿了模具的Al 2O 3粉末之中心附近，以使高度方向與地面成為略垂直的方式配置。而後，利用手動油壓機(理研精機公司製)，模製成型為略圓柱狀。使模製成型時對試樣施加的壓力為6MPa。接著，利用冷均壓加壓(CIP(Cold Isostatic Press))裝置施行正式成型。使正式成型時的壓力為250MPa。如此地，將形狀加工後的YAG螢光體陶瓷，配置於Al 2O 3粉末中，製作複合成型體。將製作出的複合成型體，使用箱型大氣氣氛爐煅燒。使煅燒溫度為1200℃～1300℃。使煅燒時間為2小時。如此地，製作出由形狀加工後之YAG螢光體陶瓷與Al 2O 3陶瓷形成的複合陶瓷。將製作出的複合陶瓷，使用研磨裝置(DISCO公司製、DFD6340)，變更為9種厚度。將厚度變更後的9種複合陶瓷，分別使用切割裝置(DISCO公司製、DAD3350)，以將YAG螢光體陶瓷配置於略中心之方式，形狀加工為縱長7.0mm、橫寬7.0mm的正方形。而後，將形狀加工後的複合陶瓷，分別載置於具有介電材料多層膜及反射防止膜之透光基材，製作上述9種試樣。另，試樣575μm、試樣641μm、試樣680μm、試樣747μm、試樣753μm及試樣802μm為具有與圖1所示之螢光體元件1相同的構成之螢光體元件，亦即，為相當於螢光體元件1的試樣。
此9種試樣，為各自變更了螢光部之厚度(圖1的上下方向之厚度)的試樣。測定從9種試樣分別輸出的輸出光之總光通量。
圖10B係顯示螢光部之厚度分別不同的9種試樣的輸出光之總光通量的圖。此處，測定為了射出激發光而投入的電力為5.2W時之9種試樣各自的輸出光之總光通量。 表5為顯示9種試樣的螢光部之厚度與輸出光之總光通量的表。 [表5]
螢光部厚度(μm) 575 641 680 747 753 802 826 873 918
總光通量(lm) 1262 1246 1275 1288 1274 1275 1219 1258 1373
如圖10B及表5所示，清楚得知從9種試樣輸出的輸出光之總光通量，皆為930lm以上，更具體而言，皆為1200lm以上。進一步，展現若螢光部之厚度越厚，則總光通量變得越高的傾向。
另，在將具備本實施形態之螢光體元件1的光源模組100例如利用在內視鏡之情況，要求從螢光體元件1輸出的輸出光之總光通量為930lm以上。螢光部21之厚度為350μm以上820μm以下的6種試樣(即試樣575μm、試樣641μm、試樣680μm、試樣747μm、試樣753μm及試樣802μm)，如同上述，為相當於本實施形態之螢光體元件1的試樣；該6種試樣的輸出光之總光通量，皆為930lm以上。因此，本實施形態之螢光體元件1(該6種試樣的每一種)，係輸出光之總光通量高至可利用在內視鏡之程度的元件。另，螢光部之厚度較820μm更大的3種試樣，從總光通量之觀點來看，亦為輸出光之總光通量高至可利用在內視鏡之程度的試樣。 另，已利用圖9等，顯示本實施形態之螢光體元件1，係0°方向及45°方向之色度收斂在色度範圍，且色度的角度依存性小之螢光體元件。因此，本實施形態中，藉由使Ce 3+濃度為0.01%、厚度為350μm以上820μm以下，而實現輸出光之色度的角度依存性小，且輸出光之總光通量高的螢光體元件1。
進一步，測定從9種試樣各自輸出的輸出光之色溫。 圖10C係顯示螢光部之厚度分別不同的9種試樣之色溫的圖。此外，於圖10C，將依據9種試樣之色溫而藉由最小平方法算出的近似直線，以一點鏈線表示。 表6為顯示9種試樣的螢光部之厚度與輸出光之色溫的表。 [表6]
螢光部厚度(μm) 575 641 680 747 753 802 826 873 918
色溫(K) 6606 6144 5910 5709 5557 5481 5422 5245 4995
如圖10C及表6所示，清楚得知從9種試樣輸出的輸出光之色溫，皆為4500K以上7000K以下。進一步，展現若螢光部之厚度越厚，則色溫變得越小的傾向。
將具備本實施形態之螢光體元件1的光源模組100，例如利用在內視鏡之情況，從螢光體元件1輸出的輸出光之色溫，宜為3500K以上15000K以下，更宜為4500K以上7000K以下，進一步宜位於5050K以上5810K以下的範圍。螢光部21之厚度為747μm以上802μm以下的3種試樣(即試樣747μm、試樣753μm及試樣802μm)，如同上述，為相當於本實施形態之螢光體元件1的試樣。該3種試樣的輸出光之色溫，皆為5050K以上5810K以下，亦即皆為位於上述較適宜的範圍內之值。此外，利用圖10C的近似直線算出，若為螢光部之厚度為726μm以上902μm以下的範圍之試樣，則推定為色溫成為上述較適宜的範圍內之值。另，色溫因螢光部之厚度的變化而變化之現象，如同在圖10A等所說明之內容。如此地，本實施形態之螢光體元件1(例如該3種試樣)，藉由使螢光部21之厚度為726μm以上820μm以下，而使輸出光之色溫成為較適宜的範圍，且如圖9所示，輸出光之色度的角度依存性小。因此，本實施形態之螢光體元件1，更容易利用在內視鏡。另，螢光部21之厚度，並未限定於上述形態，亦可為750μm以上820μm以下，亦可為770μm以上820μm以下，亦可為790μm以上820μm以下。
接著，針對螢光部21之表面粗糙度的影響進行檢討。
為了進行關於螢光部21之表面粗糙度的影響之檢討，而製作具有與圖1所示之螢光體元件1相同的構成之4種試樣。此4種試樣，係分別各自將螢光部21的光入射面211及光出射面212之表面粗糙度變更後的試樣。 此處，針對此4種試樣之製造方法予以說明。首先，製作出使用在4種試樣各自之螢光部21的YAG螢光體陶瓷。使用在螢光部21的YAG螢光體陶瓷之目標組成，與在實施例1～實施例4及檢討例7之螢光體元件使用的YAG螢光體陶瓷相同。此外，使用在螢光部21的YAG螢光體陶瓷，在至施行煅燒之步驟(煅燒步驟)為止前，以與在實施例1～實施例3及檢討例7之螢光體元件使用的YAG螢光體陶瓷相同之方法製作。關於此4種試樣的煅燒步驟以後之步驟，係藉由與上述9種試樣相同之步驟製作，除了在複合陶瓷之研磨步驟中變更砂輪的粒度以外，以與上述9種試樣之製造方法相同的方法製作。而後，測定從4種試樣分別輸出的輸出光之總光通量。
圖10D係顯示螢光部21之表面粗糙度分別不同之4種試樣的輸出光之總光通量的圖。此處，測定使為了射出激發光而投入的電力為5.2W時之4種試樣各自的輸出光之總光通量。
此外，4種試樣，藉由如同下述地研磨，而使各自之表面粗糙度不同。製作出將光出射面212以砂輪粒度1400號研磨，並將光入射面211以砂輪粒度8000號研磨的試樣(下稱試樣(1400/8000))。製作出將光出射面212以砂輪粒度600號研磨，並將光入射面211以砂輪粒度600號研磨的試樣(下稱試樣(600/600))。製作出將光出射面212以砂輪粒度1400號研磨，並將光入射面211以砂輪粒度1400號研磨的試樣(下稱試樣(1400/1400))。製作出將光出射面212以砂輪粒度4000號研磨，並將光入射面211以砂輪粒度4000號研磨的試樣(下稱試樣(4000/4000))。
此外，將試樣(1400/8000)製作2個、試樣(600/600)製作2個、試樣(1400/1400)製作2個、並將試樣(4000/4000)製作3個。
此外，圖10D的橫軸，顯示4種試樣各自的光出射面212之研磨所使用的砂輪粒度。進一步，於圖10D，顯示砂輪粒度與表面粗糙度(更具體而言，算術平均粗糙度Ra)的相關性。亦即，試樣(600/600)的光出射面212及光入射面211各自之Ra為145nm。試樣(1400/1400)的光出射面212及光入射面211各自之Ra為137nm。試樣(1400/8000)的光出射面212之Ra為137nm。另，試樣(1400/8000)的光入射面211之Ra為11nm。試樣(4000/4000)的光出射面212及光入射面211各自之Ra為20nm。
此外，試樣(1400/8000)係作為基準的試樣，為總光通量非常高的試樣。關於其他試樣，亦宜獲得與試樣(1400/8000)同等之總光通量。
2個試樣(600/600)之總光通量的平均值、2個試樣(1400/1400)之總光通量的平均值、及3個試樣(4000/4000)之總光通量的平均值，各自與2個試樣(1400/8000)之總光通量的平均值相同。
如圖10D所示，藉由使光入射面211之Ra為20nm以上，而可獲得與作為基準的試樣(1400/8000)相同程度之總光通量。此外，由本案發明人等之檢討，更清楚得知藉由使光入射面211之Ra為500nm以下，而可獲得與作為基準的試樣(1400/8000)相同程度之總光通量。進一步，從圖10D亦可清楚得知藉由使光入射面211之Ra為20nm以上145nm以下，而可獲得與作為基準的試樣(1400/8000)相同程度之總光通量。此外，作為基準的試樣(1400/8000)的光入射面211之Ra為11nm。相較於光入射面211之Ra為11nm的試樣(1400/8000)，用於製造光入射面211之Ra為20nm以上的試樣之步驟數或成本減少。亦即，可實現低成本、輸出與作為基準的試樣(1400/8000)為相同程度之總光通量的輸出光之螢光體元件1。
[光反射部的特性] 進一步，針對光反射部22更詳細地說明。此處，針對光反射部22的製作方法及物理性質予以說明。
在[光反射部的特性]，製作光反射部22的3個試樣。此處，製作使後述煅燒溫度各自變更的3個試樣。
作為試樣各自之原料，平均粒子徑0.2μm，使用具有α型之晶系的Al 2O 3粉末。
該Al 2O 3粉末，利用手動油壓機(理研精機公司製)與模具(φ13mm)，模製成型為圓柱狀。將Al 2O 3粉末模製成型時，對試樣各自施加的壓力為6MPa。接著，利用冷均壓加壓裝置，將模製成型後的試樣各自正式成型。正式成型時，對試樣各自施加的壓力為250MPa。另，施行模製成型及正式成型時，並未使用黏結劑。如此地，獲得光反射部22之原料的成型體。
進一步，將該成型體，利用大氣電爐煅燒。煅燒溫度，位於約1100℃以上約1500℃以下的範圍內；藉由變更煅燒溫度，製作出密度不同的3個試樣。
接著，藉由阿基米德法，評價煅燒後的試樣各自之密度。此外，使Al 2O 3的理論密度為3.95g/cm 3，分別算出試樣的相對於理論密度之比率。
3個試樣各自之密度為3.230g/cm 3、3.788g/cm 3、及3.950g/cm 3。此外， 3個試樣各自的相對於理論密度之比率，為81.1%、95.0%、及100%。此外，以下，有將密度為3.230g/cm 3的試樣稱作第1試樣，將密度為3.788g/cm 3的試樣稱作第2試樣，將密度為3.950g/cm 3的試樣稱作第3試樣之情況。另，煅燒溫度越高，則試樣之密度變高，亦即試樣的相對於理論密度之比率變高。
如同上述，本實施形態的光反射部22之密度(即光反射性陶瓷之密度)，為理論密度的98%以下即可，故第1試樣及第2試樣相當於光反射部22。如同上述，光反射部22之主成分為光反射性陶瓷，故相當於光反射部22的第1及第2試樣之主成分，亦為光反射性陶瓷。
進一步，對於光反射部22的3個試樣，測定可見光範圍中之光反射性。
圖11係顯示第1～第3試樣之光反射率的相對值之圖。另，於圖11，顯示相當於光反射部22的第1及第2試樣、及不相當於光反射部22的第3試樣。
此外，如同下述地測定光反射率的相對值。將試樣各自之可見光反射率(光反射率的相對值)，藉由螢光光譜儀(日本分光公司、FP-6500)評價。此處，將試樣各自的400nm以上800nm以下之波長範圍的光之反射強度的相對於板狀硫酸鋇構件的400nm以上800nm以下之波長範圍的光之反射強度的比率，測定作為光反射率的相對值。亦即，光反射率的相對值，係指相對反射率。
如圖11所示，顯示相對於理論密度之比率越低的試樣，其光反射率的相對值越高。如同上述，本實施形態之螢光體元件1中，從螢光部21發出的輸出光(白色光)中之沿橫向側行進的光，藉由光反射部22反射，返回螢光部21而從螢光部21放射至外部。因而，光反射部22之光反射率的相對值越高，則從螢光體元件1輸出的輸出光越增加。
本實施形態中，相當於光反射部22的試樣之密度(即光反射性陶瓷之密度)，宜為理論密度的98%以下，更宜為95%以下，進一步宜為90%以下。藉由使光反射部22之主成分即光反射性陶瓷之密度位於上述範圍，而可提高光反射率的相對值。
接著，藉由掃描式電子顯微鏡，觀察光反射部22的3個試樣之表面狀態。使觀察時的倍率為5000倍。
圖12係顯示展現第1～第3試樣之表面狀態的影像之圖。另，於圖12，顯示相當於光反射部22的第1及第2試樣、及不相當於光反射部22的第3試樣。
如圖12所示，相對於理論密度之比率越低的試樣，亦即煅燒溫度越低的試樣，則試樣之空隙變得越小。尤其是，相當於光反射部22的第1及第2試樣的空隙之尺寸，為100nm以上2000nm以下。如同上述，由於相當於光反射部22的第1及第2試樣之主成分為光反射性陶瓷，故本實施形態之光反射性陶瓷的空隙之尺寸，為100nm以上2000nm以下。
藉由使空隙之尺寸，亦即光散射部23之尺寸位於此一範圍，而可將從螢光部21發出的輸出光(白色光)，藉由光散射而反射，故如圖11所示，可將光反射率的相對值提高。
另，本實施形態之光反射性陶瓷的空隙之尺寸，並未限定於上述形態。該空隙之平均尺寸，宜為100nm以上10000nm以下，更宜為100nm以上5000nm以下，進一步宜為100nm以上2000nm以下。若使該空隙之平均尺寸位於上述範圍，則可將從螢光部21發出的輸出光(白色光)藉由光散射而反射，故可提高光反射率的相對值。
[光反射部對輸出光造成之影響的檢討] 進一步，針對本實施形態的光反射部22之密度(即光反射性陶瓷之密度)對螢光體元件1的發光面積及輸出光的總光通量造成之影響進行檢討。首先，針對對發光面積造成之影響予以說明。
在[光反射部對輸出光造成之影響的檢討]，製作具有與圖1所示之螢光體元件1相同的構成之3個試樣。此3個試樣，係分別將光反射部22之密度變更的試樣。
圖13係顯示光反射部22之密度分別不同的3個試樣之發光影像的圖。另，於圖13，顯示在拍攝發光影像時不具有開口(Aperture)的情況之發光影像、及具有開口的情況之發光影像。此外，與圖4相同，於發光影像中，以漸層顯示照射激發光的情況之亮度的分布，色彩越淡則亮度越高，色彩越濃則亮度越低。此外，6個發光影像中，各自將(a)-(a)線之亮度分布以光譜A顯示，將(b)-(b)線之亮度分布以光譜B顯示。
此外，光反射部22之密度分別不同的3個試樣，具體而言，如同下述。
3個試樣，分別以1200℃、1250℃及1300℃煅燒光反射部22。藉由以不同的煅燒溫度煅燒，而製作出光反射部22之密度分別不同的3個試樣。
以1200℃煅燒的試樣之光反射部22的相對於理論密度之比率約為89%，以下將該試樣稱作試樣(1200℃)。以1250℃煅燒的試樣之光反射部22的相對於理論密度之比率約為92%，以下將該試樣稱作試樣(1250℃)。以1300℃煅燒的試樣之光反射部22的相對於理論密度之比率約為95%，以下將該試樣稱作試樣(1300℃)。
如同在圖11的說明，若煅燒溫度越高，亦即相對於理論密度之比率越高，則光反射率越降低。在圖13說明的3個試樣中，光反射率亦依試樣(1200℃)、試樣(1250℃)及試樣(1300℃)之順序降低。因此，如圖13所示，試樣(1300℃)，亦即相對於理論密度之比率約為95%的試樣，相較於另外2個試樣，光反射率低、螢光及激發光進入至光反射部22中。因此，試樣(1300℃)，相較於另外2個試樣，發光面積擴大。
進一步，利用圖14，針對發光面積的擴大之程度予以說明。
圖14係顯示光反射部22之密度分別不同的3個試樣各自之螢光部21的面積(螢光部面積)、發光面積、及將發光面積除以螢光部面積的值之圖。另，將發光面積除以螢光部面積的值，以「發光面積/螢光部面積」表示。螢光部面積及發光面積對應於左縱軸，將發光面積除以螢光部面積的值對應於右縱軸。進一步，於圖14，顯示光反射部22之煅燒溫度與相對於理論密度之比率的相關性。
在3個試樣，發光面積各自較螢光部面積更大。然則，將發光面積除以螢光部面積的值，在以1300℃煅燒的試樣(試樣(1300℃))為最大，表示發光面積的擴大之程度最大的試樣為試樣(1300℃)。
若光反射部22之光反射率低，則螢光部21之發光面積擴大，此一結果，使入射至設置於螢光體元件1上方之導光件的輸出光減少。亦即，輸出光之利用效率降低。
因此，光反射部22之反射率越高越佳，即光反射部22之密度較低者為佳。例如，宜使光反射部22之密度(即光反射性陶瓷之密度)為理論密度的98%以下。進一步，光反射部22之密度(即光反射性陶瓷之密度)，更宜為95%以下，進一步宜為90%以下。藉由此等構成，可提高光反射部22之光反射率，抑制螢光部21之發光面積的擴大。此一結果，使入射至設置於螢光體元件1上方之導光件的輸出光增加，實現提高了輸出光之利用效率的螢光體元件1。
接著，針對光反射部22之密度(即光反射性陶瓷之密度)對螢光體元件1的輸出光之總光通量造成的影響予以說明。
圖15係顯示光反射部22之密度分別不同的3個試樣之發光特性的一例之圖。
圖15的橫軸，係為了從光源2射出激發光而投入的(投入電力)。圖15的縱軸，表示3個試樣各自的輸出光之總光通量。在無開口(無AP)的情況，測定3個試樣各自之全部的輸出光之總光通量。一方，在有開口(有AP)的情況，測定3個試樣各自的輸出光中之通過開口(AP)的輸出光之總光通量。另，通過了開口(AP)的輸出光，亦為入射至導光件的輸出光。
如圖15所示，在無開口(無AP)的情況，若3個試樣各自的輸出光之總光通量為相同的投入電力，則為相同程度。然則，在有開口(有AP)的情況，試樣(1300℃)的輸出光之總光通量，較試樣(1200℃)及試樣(1250℃)各自的輸出光之總光通量降低15%程度。
圖16係顯示光反射部22之密度分別不同的3個試樣之發光特性的另一例之圖。
圖16的橫軸，係為了從光源2射出激發光而投入的電力(投入電力)。圖16的縱軸，表示3個試樣各自的有開口(有AP)之情況的輸出光之總光通量的相對於無開口(無AP)之情況的輸出光之總光通量的比例。
如圖16所示，試樣(1300℃)中，有開口(有AP)之情況的輸出光之總光通量的相對於無開口(無AP)之情況的輸出光之總光通量的比例，較另外2個試樣更低。亦即，由於具有開口(AP)，相較於另外2個試樣，試樣(1300℃)的輸出光之總光通量大幅降低。如圖14所示，試樣(1300℃)，發光面積的擴大，較另外2個試樣更大。因此，試樣(1300℃)的輸出光中之無法通過開口(AP)的輸出光之比例，較另外2個試樣變得更多。因此，由於設置開口(AP)，相較於另外2個試樣，試樣(1300℃)的輸出光中之通過開口(AP)的輸出光之總光通量大幅減少。例如，投入電力為5.2W時，相較於另外2個試樣，在試樣(1300℃)，有開口(有AP)之情況的輸出光之總光通量的相對於無開口(無AP)之情況的輸出光之總光通量的比例，降低4個百分比程度。
如圖15及圖16所示，若光反射部22的相對於理論密度之比率越低，亦即，若光反射部22之光反射率越高，則可使通過開口(AP)的輸出光之比例增加、使入射至導光件的輸出光增加。亦即，可實現輸出光之利用效率高的螢光體元件1。
[光反射部之光反射性的檢討] 在[光反射部之光反射性的檢討]，進一步製作光反射部22的10個試樣。另，此10個試樣，係與上述第1～第3試樣不同的試樣，但除了使作為原料之Al 2O 3粉末不同的點、及使煅燒溫度不同的點以外，藉由相同製作方法製作。
此10個試樣，分類為2種試樣。此2種試樣，使用彼此不同種類之Al 2O 3粉末製作。2種試樣中之一種試樣，包含5個試樣，為了辨識而將此5個試樣稱作第4～第8試樣。2種試樣中之另一種試樣，包含5個試樣，為了辨識而將此5個試樣稱作第9～第13試樣。
此外，於第4～第8試樣，分別使用TM-5D(大明化學工業公司)作為Al 2O 3粉末；於第9～第13試樣，分別使用AKP-700(住友化學公司)作為Al 2O 3粉末。TM-5D之平均一次粒子徑為0.2μm，AKP-700之平均一次粒子徑為未滿0.17μm。
進一步，針對製作第4～第13試樣時之煅燒溫度予以說明。第4及第9試樣，分別以1150℃煅燒。第5及第10試樣，分別以1200℃煅燒。第6及第11試樣，分別以1250℃煅燒。第7及第12試樣，分別以1300℃煅燒。第8及第13試樣，分別以1400℃煅燒。
圖17係顯示第4～第8試樣之光反射率的相對值之圖。圖18係顯示第9～第13試樣之光反射率的相對值之圖。光反射率的相對值之測定方法，與第1～第3試樣相同。另，在圖17及圖18，使硫酸鋇構件的每種測定波長之反射率為1，顯示第4～第13試樣之光反射率的相對值。另，在圖17及圖18，於括弧內顯示煅燒溫度。
如圖17及圖18所示，於第4～第13試樣之任一者中，相較於長波長範圍(例如500nm以上800nm以下的波長範圍)，在短波長範圍(例如400nm以上450nm以下的波長範圍)中，光反射率的相對值降低。然而，於第4～第7試樣、及第9及第10試樣中，在該短波長範圍之光反射率的相對值之降低受到抑制，亦即，在全部的可見光範圍中，顯示相同程度之光反射率的相對值。
如此地，相對於長波長之光反射率的相對值，宜使短波長之光反射率的相對值高。具體而言，在使長波長之光反射率的相對值(即相對反射率)為100%之情況，宜使短波長之光反射率的相對值(相對反射率)為95%以上。
作為一例，長波長為500nm以上800nm以下之1種波長；短波長為較長波長更短的波長，係400nm以上450nm以下之1種波長。此例之情況，例如，長波長為700nm，短波長為400nm，在使長波長(700nm)之光反射率的相對值為100%之情況，短波長(400nm)之光反射率的相對值為95%以上。於第4試樣中，長波長(700nm)及短波長(400nm)各自之光反射率的相對值為1.01及0.98。若使長波長(700nm)之光反射率的相對值即1.01為100%，則短波長(400nm)之光反射率的相對值之0.98，成為97%。亦即，於第4試樣中，在使長波長之光反射率的相對值(相對反射率)為100%之情況，滿足短波長之光反射率的相對值(相對反射率)為95%以上。此外，於第5～第7試樣、及第9及第10試樣中亦相同。
如第4～第7試樣、及第9及第10試樣所示，於光反射部22中，在使長波長之光反射率的相對值(相對反射率)為100%之情況，使短波長之光反射率的相對值(相對反射率)為95%以上即可。藉由此一構成，可將光反射部22之光反射率在更寬廣的波長範圍提高，抑制螢光部21之發光面積的擴大。此一結果，使入射至設置於螢光體元件1上方之導光件的輸出光增加，實現提高了輸出光之利用效率的螢光體元件1。
[效果等] 發明1為具備基板構件10及波長轉換構件20之螢光體元件1；該波長轉換構件20具有螢光部21與光反射部22，設置於基板構件10。螢光部21，具有光入射面211及光出射面212；光反射部22，從光出射面212之方向觀察時，設置於螢光部21的周圍。螢光部21之主成分為包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷。光反射部22之主成分為光反射性陶瓷。YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度為0.005%以上0.02%以下。YAG螢光體陶瓷之厚度為350μm以上820μm以下。
如圖9及圖10A所示，藉由控制螢光部之Ce 3+濃度及厚度雙方，於實施例1～實施例4中，相較於檢討例1～檢討例7，實現了輸出光之色度的角度依存性小之螢光體元件。上述實施例1～實施例4之螢光體元件，從螢光部之Ce 3+濃度及厚度的觀點來看，為相當於螢光體元件1的元件。因而，本實施形態之螢光體元件1，亦藉由上述構成，實現成為輸出光之色度的角度依存性小之元件。
進一步，如圖9所示，實施例1～實施例4中，0°方向之色度與45°方向之色度雙方收斂在上述色度範圍(矩形的虛線)。上述實施例1～實施例4之螢光體元件，為相當於螢光體元件1的元件。亦即，螢光體元件1，能夠輸出可作為內視鏡用途利用之收斂在色度範圍的輸出光。
如同上述，本實施形態之螢光體元件1，係輸出可作為內視鏡用途利用之收斂在色度範圍的輸出光，且該輸出光之色度的角度依存性小之元件。由於色度的角度依存性小，故在將螢光體元件1利用在內視鏡之情況，亦可使從該內視鏡輸出的光之色度的角度依存性減小。螢光體元件1，作為內視鏡用途，為性能更高之元件。 此外，如圖10B及表5所示，螢光部21之厚度(即YAG螢光體陶瓷之厚度)為350μm以上820μm以下的6種試樣(相當於螢光體元件1的試樣)的輸出光之總光通量，皆為930lm以上。因此，本實施形態之螢光體元件1，係輸出光之總光通量高至可利用在內視鏡之程度的元件。 綜上所述，本實施形態中，實現了輸出光之色度的角度依存性小、且輸出光之總光通量高的螢光體元件1；此等螢光體元件1，作為內視鏡用途，為性能進一步更高的元件。
發明2為如發明1之螢光體元件1，其中，光反射性陶瓷之密度為理論密度的95%以下。
藉此，如圖11所示，提高光反射部22(光反射性陶瓷)之光反射率。因此，從螢光部21發出的輸出光(白色光)中之往橫向側行進的光，藉由光反射部22反射，返回螢光部21而從螢光部21放射至外部。因而，可增加從螢光體元件1輸出的輸出光。因此，例如，如圖5所示，可更為提高依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量。
發明3為如發明1或2之螢光體元件1，其中，於光反射性陶瓷中，在令長波長的光之相對反射率為100%的情況，波長較長波長更短之短波長的光之相對反射率為95%以上。
藉此，如圖17及圖18所示，可將光反射部22之光反射率在更寬廣的波長範圍提高，抑制螢光部21之發光面積的擴大。此一結果，使入射至設置於螢光體元件1上方之導光件的輸出光增加，實現提高了輸出光之利用效率的螢光體元件1。
發明4為如發明1至3中任一者之螢光體元件1，其中，YAG螢光體陶瓷之密度為理論密度的98%以上。
藉此，可改善螢光部21的耐熱性及散熱性，不易發生因熱而造成之螢光部21的發光效率之降低。此外，藉由使用螢光體陶瓷層作為螢光部21，而可抑制因螢光的散射所造成之光損耗，故可改善螢光部21的轉換效率。因而，可增加從螢光體元件1輸出的輸出光。因此，例如，如圖5所示，可使依據從螢光體元件1輸出之輸出光的導光件光之總光通量更為提高。
發明5為如發明1至4中任一者之螢光體元件1，其中，YAG螢光體陶瓷之厚度為726μm以上820μm以下。
如圖10C及表6所示，螢光部21之厚度(YAG螢光體陶瓷之厚度)為726μm以上820μm以下的3種試樣(相當於螢光體元件1的試樣)之色溫，為5050K以上5810K以下。因此，本實施形態之螢光體元件1(例如該3種試樣)，各自的輸出光之色溫成為較適宜的範圍，故更容易利用在內視鏡。
發明6為如發明1至5中任一者之螢光體元件1，其中，光入射面211之算術平均粗糙度Ra為20nm以上500nm以下。
藉此，如同在圖10D所說明，螢光體元件1的輸出光，可獲得與作為基準的試樣(1400/8000)的輸出光相同程度之總光通量。此外，藉此，相較於光入射面211之Ra為11nm的試樣(1400/8000)，減少用於製造本實施形態之螢光體元件1的步驟數或成本。亦即，可實現低成本、輸出與作為基準的試樣(1400/8000)為相同程度之總光通量的輸出光之螢光體元件1。
發明7為如發明1至6中任一者之螢光體元件1，其中，光反射性陶瓷之主成分為氧化鋁陶瓷。光反射性陶瓷的空隙之尺寸為100nm以上2000nm以下。
藉此，藉由使空隙之尺寸，亦即，使光散射部23位於此一範圍，而可將從螢光部21發出的輸出光(白色光)藉由光散射而反射，故如圖11所示，可提高光反射率的相對值。
發明8，係具備發明1～7中之任一種螢光體元件1的光源模組100。
如同上述，螢光體元件1為輸出光之色度的角度依存性小之元件。具備此等螢光體元件1的光源模組100，亦成為輸出光之色度的角度依存性小的模組。進一步，螢光體元件1，亦為輸出可作為內視鏡用途利用之收斂在色度範圍的輸出光，且該輸出光之色度的角度依存性小之元件。因而，光源模組100，亦為輸出可作為內視鏡用途利用之收斂在色度範圍的輸出光，且該輸出光之色度的角度依存性小之模組。
(其他實施形態) 以上，針對本發明之螢光體元件1，依據實施形態進行說明，但本發明並未限定於上述實施形態。只要不脫離本發明之主旨，對實施形態施行所屬技術領域中具有通常知識者所思及之各種變形的形態、及將不同實施形態之構成要素組合而構築出的其他形態，皆包含於本發明的範圍。
例如，於上述實施形態1、2中，基板構件10，除了具備透光基材11以外，具備介電材料多層膜12及反射防止膜13，但並未限定於此一形態。具體而言，基板構件10，亦可不具有介電材料多層膜12及反射防止膜13而僅由透光基材11構成。
此外，上述實施形態中，光源模組100，係使入射至螢光體元件1的激發光透射過螢光體元件1之透射型發光裝置，但並未限定於此一形態。例如，光源模組100，亦可為入射至螢光體元件1的激發光未透射過螢光體元件1而藉由螢光體元件1反射之反射型發光裝置。亦即，光源模組100，亦可構成為將從光源2射出的光藉由波長轉換構件20反射。此一情況，形成有波長轉換構件20之基板構件10成為反射基板，從波長轉換構件20之上方照射激發光。
此外，上述實施形態中，光源模組100為不移動螢光體元件1之固定型發光裝置，但並未限定於此一形態。具體而言，光源模組100，亦可為使螢光體元件1旋轉之旋轉型發光裝置。此一情況，螢光體元件1，例如可作為旋轉之螢光輪而使用。
另，基板構件10與波長轉換構件20，亦可經由透明黏接層而黏接。藉由將基板構件10與波長轉換構件20經由透明黏接層黏接，而將波長轉換構件20固定在基板構件10，故可實現物理可靠度高之螢光體元件。
以下利用圖19，針對此等螢光體元件予以說明。
圖19係顯示另一例之螢光體元件3的構成之圖。於圖19中，(a)為螢光體元件3的平面圖，(b)為(a)的XIXb-XIXb線之螢光體元件3的剖面圖。
該另一例之螢光體元件3，在具備透明黏接層30的點，與上述實施形態之螢光體元件1不同。亦即，螢光體元件3，具備基板構件10、波長轉換構件20、及透明黏接層30。
如同圖19，波長轉換構件20設置於基板構件10之上方，此處，基板構件10與波長轉換構件20係藉由透明黏接層30黏接。在此另一例，基板構件10與波長轉換構件20之光反射部22，經由透明黏接層30而黏接；基板構件10與波長轉換構件20之螢光部21，並未經由透明黏接層30而黏接。
於透明黏接層30，設置矩形的開口部31(空氣層)。具體而言，透明黏接層30之俯視形狀，為具有矩形的開口部31且外形呈矩形的矩形框狀。此外，俯視時，開口部31的外形較螢光部21的外形更大，螢光部21包含在開口部31之內。換而言之，俯視時，螢光部21與透明黏接層30並未重合。於該矩形的開口部31之上方，設置螢光部21，故螢光部21不與透明黏接層30接觸。
透明黏接層30之厚度並無特別限定，但宜為0.5μm以上50μm以下。較佳態樣中，透明黏接層30之厚度為5μm以上10μm以下。
於此另一例中，在設置有相當於光源2的光源之情況，從該光源射出的光，入射至基板構件10之背面。入射至基板構件10之光源的光，透射過基板構件10及開口部31而到達至波長轉換構件20之螢光部21。
此時，螢光部21之黃色螢光體(YAG螢光體)，吸收光源的藍色光之一部分而被激發，將黃色光發出為螢光。而在螢光部21，該黃色光與未被黃色螢光體吸收之光源的藍色光混合而成為白色光，從螢光部21將此白色光放射為輸出光。亦即，從波長轉換構件20取出輸出光(白色光)。
螢光部21之折射率與位於螢光部21下方的開口部31(空氣層)之折射率，為不同的值。因而，螢光部21所發出的黃色光中之前往光源側的光，在螢光部21與開口部31之界面，因折射率的差而被反射，前往光源側之相反側。因而，可使從波長轉換構件20取出的輸出光之總光通量變得更高。
另，上述另一例中，螢光部21，並未與透明黏接層30接觸，但並未限定於此一形態。例如，亦可將基板構件10與波長轉換構件20之螢光部21，藉由透明黏接層30黏接。於此一情況，並未設置開口部31，並非僅將基板構件10與螢光部21經由透明黏接層30而黏接，亦將基板構件10與光反射部22經由透明黏接層30而黏接。此一情況，因激發光之照射而在螢光部21產生的熱，亦經由透明黏接層30而散熱，故不易發生因熱而造成之螢光部21的發光效率之降低。
此外，YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度，亦可位於以下範圍。
YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度，宜為0.001%以上0.05%以下，更宜為0.002%以上0.04%以下，進一步宜為0.005%以上0.02%以下。如同上述，該濃度越低，則輸出光之色度的角度依存性變得越小。
此外，YAG螢光體陶瓷之厚度，宜為100μm以上1500μm以下，更宜為200μm以上1000μm以下，進一步宜為350μm以上820μm以下。如同上述，在YAG螢光體陶瓷之Ce 3+濃度為0.005%以上0.02%以下的情況，藉由使該厚度收斂在上述範圍，而使輸出光之色度的角度依存性變小。另，YAG螢光體陶瓷之厚度，亦可為350μm以上805μm以下，亦可為400μm以上805μm以下，亦可為659μm以上805μm以下。如圖9所示，藉由使該厚度收斂在上述範圍，而使輸出光之色度的角度依存性變小。
另，構成要素之主成分，係指構成該構成要素之成分中，在重量上含有最多之成分。例如，構成要素為螢光部21的情況，螢光部21之主成分，係指構成螢光部21之成分中，在重量上含有最多之成分，實施形態中為包含Ce 3+的YAG螢光體陶瓷。
此外，更具體而言，主成分，宜為構成該構成要素之成分中，包含50重量%以上之成分，更宜為包含80重量%以上之成分，進一步宜為包含90重量%以上之成分。
此外，上述實施形態，可在發明申請專利範圍或其均等範圍中，進行各種變更、置換、附加、省略等。
1,1x,1a,3:螢光體元件 10,10a:基板構件 100:光源模組 11:透光基材 11a:第1面 11b:第2面 12:介電材料多層膜 13:反射防止膜 2:光源 20,20x:波長轉換構件 21,21a,25x:螢光部 211:光入射面 212:光出射面 213~216:側面 22:光反射部 23:光散射部 26x:黏結劑 3:螢光體元件 30:透明黏接層 31:開口部
圖1係顯示實施形態之螢光體元件的構成之圖。 圖2係顯示實施形態之光源模組的構成之圖。 圖3係顯示比較例之螢光體元件的構成之圖。 圖4係顯示實施形態之螢光體元件及比較例之螢光體元件的構成要素之表的圖。 圖5係顯示實施形態之螢光體元件及比較例之螢光體元件的發光特性之圖。 圖6係實施例1之螢光體元件的剖面圖。 圖7係顯示檢討例1～檢討例3之螢光體元件的輸出光之色度的角度依存性之圖。 圖8係顯示檢討例4～檢討例6之螢光體元件的輸出光之色度的角度依存性之圖。 圖9係顯示實施例1～實施例4及檢討例7之螢光體元件的輸出光之色度的角度依存性之圖。 圖10A係示意Ce 3+濃度及厚度對激發光及螢光造成之影響的圖。 圖10B係顯示螢光部之厚度分別不同的9種試樣的輸出光之總光通量的圖。 圖10C係顯示螢光部之厚度分別不同的9種試樣之色溫的圖。 圖10D係顯示螢光部之表面粗糙度分別不同的複數個4種試樣的輸出光之總光通量的圖。 圖11係顯示第1～第3試樣之光反射率的相對值之圖。 圖12係顯示展現第1～第3試樣之表面狀態的影像之圖。 圖13係顯示光反射部之密度分別不同的3個試樣之發光影像的圖。 圖14係顯示光反射部之密度分別不同的3個試樣各自之螢光部的面積、發光面積、及將發光面積除以螢光部面積的值之圖。 圖15係顯示光反射部之密度分別不同的3個試樣之發光特性的一例之圖。 圖16係顯示光反射部之密度分別不同的3個試樣之發光特性的另一例之圖。 圖17係顯示第4～第8試樣之光反射率的相對值之圖。 圖18係顯示第9～第13試樣之光反射率的相對值之圖。 圖19係顯示另一例之螢光體元件的構成之圖。
1:螢光體元件
10:基板構件
11:透光基材
11a:第1面
11b:第2面
12:介電材料多層膜
13:反射防止膜
20:波長轉換構件
21:螢光部
211:光入射面
212:光出射面
213~216:側面
22:光反射部
23:光散射部

Claims (8)

  1. 一種螢光體元件，包含：基板構件；以及波長轉換構件，具備螢光部及光反射部，設置於該基板構件；該螢光部，具有光入射面及光出射面；從該光出射面之方向觀察時，該光反射部，設置於該螢光部的周圍；該螢光部之主成分為包含Ce3+的YAG螢光體陶瓷；該光反射部之主成分為光反射性陶瓷；該YAG螢光體陶瓷之Ce3+濃度為0.005%以上0.02%以下；該YAG螢光體陶瓷之厚度為350μm以上820μm以下；該基板構件係具有光透射性；該螢光體元件係光透射型的元件；該波長轉換構件與該基板構件係直接熱接觸。
  2. 一種螢光體元件，包含：基板構件；以及波長轉換構件，具備螢光部及光反射部，設置於該基板構件；該螢光部，具有光入射面及光出射面；從該光出射面之方向觀察時，該光反射部，設置於該螢光部的周圍；該螢光部之主成分為包含Ce3+的YAG螢光體陶瓷；該光反射部之主成分為光反射性陶瓷； 該YAG螢光體陶瓷之Ce3+濃度為0.005%以上0.02%以下；該YAG螢光體陶瓷之厚度為350μm以上820μm以下；該光反射性陶瓷之密度為理論密度的95%以下。
  3. 如請求項1之螢光體元件，其中，於該光反射性陶瓷中，在令長波長的光之相對反射率為100%的情況，波長較該長波長更短之短波長的光之相對反射率為95%以上。
  4. 如請求項1之螢光體元件，其中，該YAG螢光體陶瓷之密度為理論密度的98%以上。
  5. 如請求項1之螢光體元件，其中，該YAG螢光體陶瓷之厚度為726μm以上820μm以下。
  6. 如請求項1之螢光體元件，其中，該光入射面之算術平均粗糙度為20nm以上500nm以下。
  7. 如請求項1至6中任一項之螢光體元件，其中，該光反射性陶瓷之主成分為氧化鋁陶瓷；該光反射性陶瓷的空隙之尺寸為100nm以上2000nm以下。
  8. 一種光源模組，其中， 包含如請求項1至7中任一項之螢光體元件。
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