JP2019003090A - Method for manufacturing phosphor element - Google Patents

Abstract

To provide a method for manufacturing capable of suppressing color unevenness of outgoing white light in a phosphor element that makes excitation light inject into a phosphor plate to generate fluorescent light and emits heat of the phosphor plate to a heat radiation substrate.SOLUTION: A low refractive index layer 5A made from a metal oxide is provided on a joint surface 2c of a phosphor plate 2A. A reflection film 3 is provided on the low refractive index layer. A first joint layer 4A made from tantalum pentoxide is provided on the reflection film 3. A second joint layer 4B made from tantalum pentoxide is provided on a heat radiation substrate 6. The first joint layer 4A and the second joint layer 4B are joined directly.SELECTED DRAWING: Figure 6

Description

本発明は、蛍光体素子の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a method for manufacturing a phosphor element.

最近、レーザ光源を用いた自動車用ヘッドライトの研究が盛んに行われており、その内の一つに、青色レーザあるいは紫外レーザと蛍光体を組み合わせた白色光源がある。レーザ光を集光することにより、励起光の光密度を高めることができる上に、複数のレーザ光を蛍光体上に重ねて集光することで、励起光の光強度も高めることができる。これによって、発光面積を変えずに光束と輝度とを同時に大きくすることができる。このため、半導体レーザと蛍光体とを組み合わせた白色光源が、ＬＥＤに替わる光源として注目されている。例えば、自動車用ヘッドライトに使用する蛍光体ガラスは、日本電気硝子株式会社の蛍光体ガラス「ルミファス」や国立研究開発法人物質・材料研究機構と株式会社タムラ製作所、株式会社光波のＹＡＧ単結晶蛍光体が考えられている。   Recently, research on automobile headlights using a laser light source has been actively conducted, and one of them is a white light source combining a blue laser or an ultraviolet laser and a phosphor. The light density of the excitation light can be increased by condensing the laser light, and the light intensity of the excitation light can be increased by condensing a plurality of laser lights on the phosphor. As a result, the luminous flux and the luminance can be increased simultaneously without changing the light emitting area. For this reason, a white light source in which a semiconductor laser and a phosphor are combined attracts attention as a light source that replaces an LED. For example, the phosphor glass used in automotive headlights is the phosphor glass “Lumifas” manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd., National Research and Development Corporation, National Institute for Materials Science, Tamra Manufacturing Co., Ltd. The body is considered.

特許文献１によると、ＹＡＧを単結晶化することにより、温度が上昇しても変換効率が劣化せず高効率の蛍光特性を示し、ハイパワー分野での応用が可能となった。この材料は、４５０ｎｍ青色励起光によって補色である黄色光を発することによって白色光を得ることができ、プロジェクタやヘッドライトへ適用するための開発が進められている。   According to Patent Document 1, by converting YAG into a single crystal, even if the temperature rises, the conversion efficiency does not deteriorate, and high-efficiency fluorescence characteristics are exhibited, enabling application in the high power field. This material can obtain white light by emitting yellow light which is a complementary color with 450 nm blue excitation light, and development for application to projectors and headlights is underway.

照明用蛍光体については、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：ＹＡＧ）にＣｅをドープしたＣｅ :ＹＡＧ単結晶蛍光体も開発されている。従来、Ｃｅ :ＹＡＧ蛍光体は、焼結合成したり、ガラスに分散させるなどして実現されてきたが、励起光のパワー密度が上がると放熱が困難になり、効率が低下するという問題があった。 Regarding illumination phosphors, Ce: YAG single crystal phosphors in which Ce is doped in yttrium aluminum garnet (Y ₃ Al ₅ O ₁₂ : YAG) have also been developed. Conventionally, Ce: YAG phosphors have been realized by sintering synthesis or being dispersed in glass. However, when the power density of excitation light is increased, heat radiation becomes difficult and efficiency is lowered. It was.

Ｃｅをドープした単結晶ＹＡＧは、結晶自体の発熱があっても変換効率が劣化しないという特性を有しており、ヘッドライトやプロジェクタなどの光源用として利用が期待されている。   Ce-doped single crystal YAG has a characteristic that the conversion efficiency does not deteriorate even if the crystal itself generates heat, and is expected to be used for light sources such as headlights and projectors.

特許文献２、３、４には、反射型蛍光体素子を用いた照明装置が開示されている。これは、蛍光体層のうち励起光が入射する入射面と反対側の表面に金属膜を形成し、金属膜と放熱基板（支持基板）とを接合したものである。蛍光体層の材質としては、ガラス中に蛍光体を分散しているものや、蛍光体多結晶、単結晶を例示している。   Patent Documents 2, 3, and 4 disclose an illumination device using a reflective phosphor element. This is a structure in which a metal film is formed on the surface of the phosphor layer opposite to the incident surface on which excitation light is incident, and the metal film and the heat dissipation substrate (support substrate) are joined. Examples of the material of the phosphor layer include those in which phosphor is dispersed in glass, phosphor polycrystal, and single crystal.

特許文献５には、反射型蛍光体素子を用いた照明装置が開示されている。これは、蛍光体層のうち励起光が入射する入射面と反対側の表面に誘電体多層膜を形成し、誘電体多層膜と放熱基板（支持基板）とを接合したものである。誘電体多層膜は、励起光を透過すると共に、蛍光体層が発する蛍光を反射するものである。この誘電体多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とが交互に積層されて構成されている。   Patent Document 5 discloses an illumination device using a reflective phosphor element. This is a structure in which a dielectric multilayer film is formed on the surface of the phosphor layer opposite to the incident surface on which excitation light is incident, and the dielectric multilayer film and the heat dissipation substrate (support substrate) are joined. The dielectric multilayer film transmits excitation light and reflects fluorescence emitted from the phosphor layer. This dielectric multilayer film is configured by alternately laminating low refractive index layers and high refractive index layers.

また、特許文献６、７には、蛍光体を放熱基板に対して接合した蛍光体板が記載されている。   Patent Documents 6 and 7 describe a phosphor plate in which a phosphor is bonded to a heat dissipation substrate.

更に、特許文献８によれば、円柱状の蛍光体の外周にバッファ層が設けられており、更にバッファ層の外周に金属反射膜が設けられている。そして、蛍光体の一端に対して平板状の放熱基板が接合されている。   Furthermore, according to Patent Document 8, a buffer layer is provided on the outer periphery of the columnar phosphor, and a metal reflective film is provided on the outer periphery of the buffer layer. And the flat heat dissipation board | substrate is joined with respect to the end of fluorescent substance.

特許5620562Patent 5620562 特許5530165Patent 5530165 特開2012-129135JP2012-129135 特開2013ー120713JP2013-120713 ＷＯ 2015-45976WO 2015-45976 ＷＯ 2013/175706 A1WO 2013/175706 A1 特開2014-060164JP2014-060164 特許5995541Patent 59955541 特開２０１４−０８６４００JP2014-086400

従来の照明用の蛍光体素子は、放熱性の高い材質からなる放熱基板を蛍光体板に対して接合一体化することによって、蛍光体板内に発生する熱を可能な限り放熱しようとするものである。   Conventional phosphor elements for illumination try to dissipate heat generated in the phosphor plate as much as possible by joining and integrating a heat dissipation substrate made of a material with high heat dissipation to the phosphor plate. It is.

しかし、本発明者が検討を進めるうちに、次の問題が明らかになってきた。すなわち、蛍光強度を高くするためには、励起光の光強度を高くする必要がある。しかし、励起光強度を上げると、出射光に色ムラが発生し、出射光の品質が低下してくることがあった。このため、出射光の色ムラを抑制し、出射光の品質を保持することが必要である。   However, as the inventors proceeded with the study, the following problems became apparent. That is, in order to increase the fluorescence intensity, it is necessary to increase the light intensity of the excitation light. However, when the excitation light intensity is increased, color unevenness occurs in the emitted light, and the quality of the emitted light may decrease. For this reason, it is necessary to suppress the color unevenness of the emitted light and maintain the quality of the emitted light.

本発明の課題は、蛍光体部に対して励起光を入射させて蛍光を発生させ、蛍光体部の熱を放熱基板に対して逃がす蛍光体素子において、出射する白色光の色ムラを抑制できるような製法を提供することである。   An object of the present invention is to suppress color unevenness of emitted white light in a phosphor element that causes excitation light to enter a phosphor portion to generate fluorescence and release heat of the phosphor portion to a heat dissipation substrate. Is to provide such a manufacturing method.

本発明は、放熱基板および蛍光体部を備える蛍光体素子を製造する方法であって、
蛍光体板上に、前記蛍光体板の材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる低屈折率層を設ける工程、
前記低屈折率層上に反射膜を設ける工程、
前記反射膜上に、五酸化タンタルからなる第一の接合層を設ける工程、
前記放熱基板上に、五酸化タンタルからなる第二の接合層を設ける工程、および
前記第一の接合層と前記第二の接合層とを直接接合する工程
を有することを特徴とする。 The present invention is a method of manufacturing a phosphor element comprising a heat dissipation substrate and a phosphor part,
Providing a low refractive index layer made of a material having a refractive index lower than that of the material of the phosphor plate on the phosphor plate;
Providing a reflective film on the low refractive index layer;
Providing a first bonding layer made of tantalum pentoxide on the reflective film;
The method includes a step of providing a second bonding layer made of tantalum pentoxide on the heat dissipation substrate, and a step of directly bonding the first bonding layer and the second bonding layer.

本発明者は、蛍光体板に対して放熱基板を接合し、得られた蛍光体部に対して励起光を入射させることで白色光を出射させることを試みていたが、出射光の色ムラを抑制することが困難であった。そこで、色ムラの原因を検討したところ、蛍光体部内の温度分布が大きい傾向が観察された。そこで、蛍光体部内の温度のムラによって、各部分での蛍光変換効率にバラツキが生じ、これが出力光の波長分布の偏差となって現れるものと考えた。   The present inventor tried to emit white light by joining a heat dissipation substrate to the phosphor plate and causing excitation light to enter the phosphor portion thus obtained. It was difficult to suppress. Then, when the cause of the color unevenness was examined, a tendency that the temperature distribution in the phosphor portion was large was observed. Therefore, it was considered that the variation in the fluorescence conversion efficiency in each part is caused by the uneven temperature in the phosphor part, and this appears as a deviation in the wavelength distribution of the output light.

このため、本発明者は、蛍光体部と放熱基板との接合状態を詳細に検討してみた。この結果、蛍光体部と放熱基板との接合界面で微細な剥離が生じており、接合不良や、蛍光体部中の温度ムラの原因となっていることがわかった。   For this reason, this inventor examined in detail the joining state of a fluorescent substance part and a thermal radiation board | substrate. As a result, it was found that fine peeling occurred at the bonding interface between the phosphor portion and the heat dissipation substrate, which caused bonding failure and temperature unevenness in the phosphor portion.

本発明者がこの原因を更に検討した結果、色ムラの発生してきた素子を更に観察すると、反射膜と蛍光体部の接合層との界面に微視的に剥離が観られることがあった。こうした微細な剥離によって局所的に熱伝導が抑制され、得られる蛍光の波長と強度が変動し、色ムラの原因となることがわかった。   As a result of further examination of the cause by the present inventor, when an element in which color unevenness has occurred is further observed, peeling may be observed microscopically at the interface between the reflective film and the phosphor layer bonding layer. It has been found that such fine peeling locally suppresses heat conduction, changes the wavelength and intensity of the fluorescence obtained, and causes color unevenness.

このため、本発明者は、更に強固に蛍光体部と放熱基板とを接合する方法を検討した。この結果、蛍光体板上に反射膜を形成し、かつ反射膜上に五酸化タンタルからなる第一の接合層を形成するとともに、放熱基板上に五酸化タンタルからなる第二の接合層を形成し、接合層同士を直接接合することで、接合不良がなく、蛍光体部中での温度ムラによる色ムラも防止できることを見いだした。   For this reason, this inventor examined the method of joining a fluorescent substance part and a thermal radiation board | substrate more firmly. As a result, a reflective film is formed on the phosphor plate, a first bonding layer made of tantalum pentoxide is formed on the reflective film, and a second bonding layer made of tantalum pentoxide is formed on the heat dissipation substrate. In addition, it has been found that by bonding the bonding layers directly, there is no bonding failure and color unevenness due to temperature unevenness in the phosphor portion can be prevented.

本発明の実施形態に係る蛍光体素子１Ａを模式的に示す斜視図である。1 is a perspective view schematically showing a phosphor element 1A according to an embodiment of the present invention. 本発明の他の実施形態に係る蛍光体素子１Ｂを模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the phosphor element 1B which concerns on other embodiment of this invention. 参考形態に係る蛍光体素子１１を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the phosphor element 11 which concerns on a reference form. （ａ）は、蛍光体板２Ａ上に低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、および第一の接合層４Ａを設けた状態を示し、（ｂ）は、放熱基板６上に放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設けた状態を示す。(A) shows a state in which the low refractive index layer 5A, the reflective film 3, the reflective film side ceramic layer 5B, and the first bonding layer 4A are provided on the phosphor plate 2A, and (b) shows the heat dissipation substrate 6. A state in which the heat dissipation substrate-side ceramic layer 5C and the second bonding layer 4B are provided is shown. （ａ）は、蛍光体板２Ａと放熱基板６とを接合した状態を示し、（ｂ）は、本発明の蛍光体素子２１を示す。(A) shows the state in which the phosphor plate 2A and the heat dissipation substrate 6 are joined, and (b) shows the phosphor element 21 of the present invention. （ａ）、（ｃ）は、それぞれ、放熱基板６上に低屈折率層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設けた状態を示し、（ｂ）は、蛍光体板２Ａ上に低屈折率層５Ａ、反射膜３、低屈折率層５Ｂ、および第一の接合層４Ａを設けた状態を示す。(A), (c) shows the state which provided the low-refractive-index layer 5C and the 2nd joining layer 4B on the thermal radiation board | substrate 6, respectively, (b) shows the low-refractive-index layer on the fluorescent substance board 2A. The state in which 5A, the reflective film 3, the low refractive index layer 5B, and the first bonding layer 4A are provided is shown. 一枚の蛍光体板と二枚の放熱基板とを接合して得られた接合体を示す。A joined body obtained by joining one phosphor plate and two heat radiating substrates is shown. 図７の接合体を分割して得られた本発明の蛍光体素子１Ａを示す。The phosphor element 1A of the present invention obtained by dividing the joined body of FIG. 7 is shown. 他の実施形態に係る蛍光体素子２１を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the phosphor element 21 which concerns on other embodiment. 更に他の実施形態に係る蛍光体素子３３を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the phosphor element 33 which concerns on other embodiment.

図１は、本発明の実施形態に係る蛍光体素子１Ａを模式的に示す斜
視図である。
蛍光体素子１Ａは、板状の蛍光体部２、第一の放熱基板６Ａおよび第二の放熱基板６Ｂを接合し、一体化したものである。 FIG. 1 is a perspective view schematically showing a phosphor element 1A according to an embodiment of the present invention.
The phosphor element 1A is obtained by joining and integrating the plate-like phosphor portion 2, the first heat dissipation substrate 6A, and the second heat dissipation substrate 6B.

蛍光体部２は、励起光Ａの入射面２ａ、入射面２ａに対向する対向面２ｂ、一対の相対向する側面２ｅ、２ｆ、一対の相対向する第一の接合面２ｃ、２ｄを有する。入射面２ａから矢印Ａのように励起光を入射させると、励起光の一部が蛍光に変換され、蛍光と残りの励起光とが矢印Ｂのように対向面２ｂから出射する。また、各放熱基板６Ａ、６Ｂは、それぞれ、六個の表面６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ、６ｅおよび６ｆを備える。   The phosphor portion 2 has an incident surface 2a for the excitation light A, an opposing surface 2b facing the incident surface 2a, a pair of opposing side surfaces 2e and 2f, and a pair of opposing first bonding surfaces 2c and 2d. When excitation light is incident from the incident surface 2a as indicated by the arrow A, a part of the excitation light is converted into fluorescence, and the fluorescence and the remaining excitation light are emitted from the facing surface 2b as indicated by the arrow B. Each of the heat dissipation boards 6A and 6B includes six surfaces 6a, 6b, 6c, 6d, 6e, and 6f, respectively.

そして、蛍光体部２の第一の接合面２ｃ、２ｄに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａ、６Ｂが接合されている。ここで、本発明方法では、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。この接合方法については後述する。蛍光体板２の側面２ｅ、２ｆ上および各放熱基板の側面６ｅ、６ｆ上に、低屈折率層および反射膜をそれぞれ形成することも可能である。   The low refractive index layer 5A, the reflection film 3, the reflection film side ceramic layer 5B, the first bonding layer 4A, and the second bonding layer are respectively formed on the first bonding surfaces 2c and 2d of the phosphor portion 2. The heat dissipation boards 6A and 6B are joined via 4B and the heat dissipation board side ceramic layer 5C. Here, in the method of the present invention, the first bonding layer 4A and the second bonding layer 4B are directly bonded. This joining method will be described later. It is also possible to form a low refractive index layer and a reflective film on the side surfaces 2e and 2f of the phosphor plate 2 and on the side surfaces 6e and 6f of each heat dissipation substrate.

図２の蛍光体素子１Ｂは、図１の蛍光体素子１Ａと同様のものである。ただし、蛍光体素子１Ｂにおいては、更に、蛍光体板２の対向面２ｂ上および各放熱基板６Ａ、６Ｂの表面６ｂ上に、低屈折率層９および反射膜１０を設けている。矢印Ａのように励起光が蛍光体部２の入射面２ａに入射すると、蛍光体部２の内部で一部が蛍光に変化する。そして、励起光と蛍光とが反射膜１０で反射され、入射面２ａから矢印Ｂのように出射光として出射する。   The phosphor element 1B in FIG. 2 is the same as the phosphor element 1A in FIG. However, in the phosphor element 1B, a low refractive index layer 9 and a reflective film 10 are further provided on the opposing surface 2b of the phosphor plate 2 and on the surface 6b of each of the heat dissipation substrates 6A and 6B. When excitation light enters the incident surface 2 a of the phosphor portion 2 as indicated by an arrow A, a part of the phosphor portion 2 changes to fluorescence. Then, the excitation light and the fluorescence are reflected by the reflective film 10 and are emitted as emitted light as indicated by an arrow B from the incident surface 2a.

図３は、参考例の蛍光体素子１１を示す。蛍光体素子１１においては、蛍光体部２の第一の接合面２ｃ、２ｄに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂ、セラミックス層５Ｂ、反射膜３およびセラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａ、６Ｂが接合されている。第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。   FIG. 3 shows a phosphor element 11 of a reference example. In the phosphor element 11, the low refractive index layer 5A, the first joining layer 4A, the second joining layer 4B, the ceramic layer 5B, and the first joining surfaces 2c and 2d of the phosphor part 2, respectively. The heat dissipation substrates 6A and 6B are joined via the reflective film 3 and the ceramic layer 5C. The first bonding layer 4A and the second bonding layer 4B are directly bonded.

以下、本発明の製法について更に述べる。
図４、図５は、一つの蛍光体板と一つの放熱基板とを接合する例である。 Hereinafter, the production method of the present invention will be further described.
4 and 5 are examples in which one phosphor plate and one heat dissipation substrate are joined.

まず、図４（ａ）、（ｂ）に示すような接合前の部品を準備する。すなわち、図４（ａ）の例に示すように、蛍光体板２Ａの接合面２ｃ上に、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂおよび第一の接合層４Ａを設ける。第一の接合層４Ａの表面１３Ａを加工によって平滑化しておく。また、図４（ｂ）の例に示すように、放熱基板６の接合面６ｃ上に、放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設ける。第二の接合層４Ｂの表面１３Ｂを加工によって平滑化しておく。   First, parts before joining as shown in FIGS. 4A and 4B are prepared. That is, as shown in the example of FIG. 4A, the low refractive index layer 5A, the reflective film 3, the reflective film side ceramic layer 5B, and the first bonding layer 4A are provided on the bonding surface 2c of the phosphor plate 2A. . The surface 13A of the first bonding layer 4A is smoothed by processing. Further, as shown in the example of FIG. 4B, the heat dissipation substrate-side ceramic layer 5 </ b> C and the second bonding layer 4 </ b> B are provided on the bonding surface 6 c of the heat dissipation substrate 6. The surface 13B of the second bonding layer 4B is smoothed by processing.

次いで、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合し、図５（ａ）に示す接合体を得る。図５（ａ）の例では、一つの蛍光体基板２Ａと一つの放熱基板６とが接合されている。   Next, the first bonding layer 4A and the second bonding layer 4B are directly bonded to obtain a bonded body shown in FIG. In the example of FIG. 5A, one phosphor substrate 2A and one heat dissipation substrate 6 are joined.

次いで、図５（ａ）の接合体を所定寸法に切断することによって、図５（ｂ）に示すような蛍光体素子２１を得ることができる。蛍光体素子２１においては、蛍光体部２の第一の接合面２ｃに対して、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａが接合されている。本例では、蛍光体板２の対向面２ｄには放熱基板が接合されていない。   Next, the phosphor element 21 as shown in FIG. 5B can be obtained by cutting the joined body of FIG. In the phosphor element 21, the low refractive index layer 5 </ b> A, the reflective film 3, the reflective film side ceramic layer 5 </ b> B, the first joint layer 4 </ b> A, and the second joint are formed on the first joint surface 2 c of the phosphor part 2. The heat dissipation substrate 6A is bonded via the layer 4B and the heat dissipation substrate side ceramic layer 5C. In this example, the heat dissipation substrate is not bonded to the facing surface 2d of the phosphor plate 2.

図６〜図８は、一つの蛍光体板と二つの放熱基板とを接合する例である。
まず、図６（ａ）〜（ｃ）に示すような接合前の部品を準備する。すなわち、図６（ａ）（ｃ）の例に示すように、放熱基板６の接合面６ｃ上に、放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設ける。第二の接合層４Ｂの表面１３Ｂを加工によって平滑化しておく。 6 to 8 are examples in which one phosphor plate and two heat dissipation substrates are joined.
First, parts before bonding as shown in FIGS. 6A to 6C are prepared. That is, as shown in the examples of FIGS. 6A and 6C, the heat dissipation substrate-side ceramic layer 5C and the second bonding layer 4B are provided on the bonding surface 6c of the heat dissipation substrate 6. The surface 13B of the second bonding layer 4B is smoothed by processing.

また、図６（ｂ）の例に示すように、蛍光体基板２Ａの接合面２ｃ、２ｄ上に、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、蛍光体板側セラミックス層５Ｂおよび第一の接合層４Ａを設ける。第一の接合層４Ａの表面１３Ａを加工によって平滑化しておく。   Further, as shown in the example of FIG. 6B, on the bonding surfaces 2c and 2d of the phosphor substrate 2A, the low refractive index layer 5A, the reflective film 3, the phosphor plate-side ceramic layer 5B, and the first A bonding layer 4A is provided. The surface 13A of the first bonding layer 4A is smoothed by processing.

次いで、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合し、図７に示す接合体を得る。図７の例では、一つの蛍光体板２Ａと二つの放熱基板６とが接合されている。   Next, the first bonding layer 4A and the second bonding layer 4B are directly bonded to obtain the bonded body shown in FIG. In the example of FIG. 7, one phosphor plate 2A and two heat dissipation substrates 6 are joined.

次いで、図７の接合体を所定寸法に切断することによって、図８に示すような蛍光体素子１Ａを得ることができる。蛍光体素子１Ａにおいては、蛍光体部２の第一の接合面２ｃ、２ｄに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａ、６Ｂが接合されている。   Next, by cutting the joined body of FIG. 7 into a predetermined size, a phosphor element 1A as shown in FIG. 8 can be obtained. In the phosphor element 1A, the low refractive index layer 5A, the reflective film 3, the reflective film side ceramic layer 5B, the first joint layer 4A, and the first joint surfaces 2c and 2d of the phosphor part 2, respectively. The heat dissipation substrates 6A and 6B are bonded to each other through the second bonding layer 4B and the heat dissipation substrate side ceramic layer 5C.

図９は、他の実施形態に係る蛍光体素子２１を示すものである。
蛍光体素子２１を作製するためには、蛍光体板１２の接合面１２ｃ上に、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂおよび第一の接合層４Ａを設ける。第一の接合層４Ａの表面１３Ａを加工によって平滑化しておく。また、放熱基板６の接合面６ｃ上に、放熱基板側セラミックス層５Ｃおよび第二の接合層４Ｂを設ける。第二の接合層４Ｂの表面１３Ｂを加工によって平滑化しておく。 FIG. 9 shows a phosphor element 21 according to another embodiment.
In order to manufacture the phosphor element 21, the low refractive index layer 5A, the reflective film 3, the reflective film side ceramic layer 5B, and the first bonding layer 4A are provided on the bonding surface 12c of the phosphor plate 12. The surface 13A of the first bonding layer 4A is smoothed by processing. Further, the heat dissipation substrate-side ceramic layer 5C and the second bonding layer 4B are provided on the bonding surface 6c of the heat dissipation substrate 6. The surface 13B of the second bonding layer 4B is smoothed by processing.

次いで、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合し、接合体を得る。図９の例では、一つの蛍光体基板１２と一つの放熱基板６とが接合されている。   Next, the first bonding layer 4A and the second bonding layer 4B are directly bonded to obtain a bonded body. In the example of FIG. 9, one phosphor substrate 12 and one heat dissipation substrate 6 are joined.

蛍光体板１２は、接合面１２ｃに対向する入射面１２ｄ、一対の相対向する側面１２ｅ、１２ｆおよび１２ａ、１２ｂを有する。入射面１２ｄから矢印Ａのように励起光を入射させると、励起光の一部が蛍光に変換され、蛍光と残りの励起光とが矢印Ｂのように同じ入射面１２ｄから出射する。   The phosphor plate 12 has an incident surface 12d facing the bonding surface 12c, and a pair of opposite side surfaces 12e, 12f and 12a, 12b. When excitation light is incident from the incident surface 12d as indicated by an arrow A, a part of the excitation light is converted into fluorescence, and the fluorescence and the remaining excitation light are emitted from the same incident surface 12d as indicated by an arrow B.

図９に示すような接合体をいったん製造した後に、更に加工することによって、図１０に示すような蛍光体素子３３を製造することができる。   The phosphor element 33 as shown in FIG. 10 can be manufactured by once processing the joined body as shown in FIG. 9 and further processing it.

蛍光体素子３３においては、放熱基板６Ａ上に、複数列の蛍光体部２２が形成されており、蛍光体部２２がそれぞれリッジ型導波路として機能している。隣接する蛍光体部２２の間にはリッジ溝２３が形成されている。   In the phosphor element 33, a plurality of rows of phosphor portions 22 are formed on the heat dissipation substrate 6A, and the phosphor portions 22 each function as a ridge-type waveguide. A ridge groove 23 is formed between adjacent phosphor portions 22.

各蛍光体部２２の接合面２２ｃに対して、それぞれ、低屈折率層５Ａ、反射膜３、反射膜側セラミックス層５Ｂ、第一の接合層４Ａ、第二の接合層４Ｂおよび放熱基板側セラミックス層５Ｃを介して、放熱基板６Ａの接合面６ｃが接合されている。ここで、本発明方法では、前述したように、第一の接合層４Ａと第二の接合層４Ｂとを直接接合する。   The low refractive index layer 5A, the reflection film 3, the reflection film side ceramic layer 5B, the first bonding layer 4A, the second bonding layer 4B, and the heat dissipation substrate side ceramics are respectively connected to the bonding surface 22c of each phosphor portion 22. The joining surface 6c of the heat dissipation board 6A is joined via the layer 5C. Here, in the method of the present invention, as described above, the first bonding layer 4A and the second bonding layer 4B are directly bonded.

また、本例では、放熱基板６Ａ上には、蛍光体部２２の材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる低屈折率層３１と、低屈折率層３１上の反射膜３２とが設けられている。これら低屈折率層３１および反射膜３２は、蛍光体部２２の上面２２ｄおよび一対の側面２２ｅ、２２ｆ上にも形成されている。２２ａは励起光の入射面である。   In this example, the low refractive index layer 31 made of a material having a refractive index lower than the refractive index of the material of the phosphor portion 22 and the reflective film 32 on the low refractive index layer 31 are disposed on the heat dissipation substrate 6A. Is provided. The low refractive index layer 31 and the reflective film 32 are also formed on the upper surface 22d and the pair of side surfaces 22e and 22f of the phosphor portion 22. Reference numeral 22a denotes an incident surface for excitation light.

以下、本発明の各構成要素について更に述べる。
蛍光体板、蛍光体部を構成する蛍光体は、励起光を蛍光に変換できるものであれば限定されないが、蛍光体ガラス、蛍光体単結晶または蛍光体多結晶であってよい。 Hereinafter, each component of the present invention will be further described.
The phosphor constituting the phosphor plate and the phosphor part is not limited as long as it can convert excitation light into fluorescence, but may be phosphor glass, phosphor single crystal or phosphor polycrystal.

蛍光体ガラスは、ベースとなるガラス中に希土類元素イオンを分散したものである。ベースとなるガラスとしては、シリカ、酸化ホウ素、酸化カルシウム、酸化ランタン、酸化バリウム、酸化亜鉛、酸化リン、フッ化アルミニウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ストロンチウム、塩化バリウムを含む酸化ガラスが例示できる。   The phosphor glass is obtained by dispersing rare earth element ions in a base glass. Examples of the base glass include silica, boron oxide, calcium oxide, lanthanum oxide, barium oxide, zinc oxide, phosphorus oxide, aluminum fluoride, magnesium fluoride, calcium fluoride, strontium fluoride, and oxide glass containing barium chloride. It can be illustrated.

蛍光体ガラス中に分散される希土類元素イオンとしては、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄ、が好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。   The rare earth element ions dispersed in the phosphor glass are preferably Tb, Eu, Ce, and Nd, but may be La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd, and Lu.

蛍光体単結晶としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｂａ_５Ｓｉ_１１Ａｌ_７Ｎ_２５、Ｔｂ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、水晶が好ましい。Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２のＹ（イットリウム）の一部がＬｕに置換されていてもよい。また、蛍光体単結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。 As the phosphor single crystal, Y ₃ Al ₅ O ₁₂ , Ba ₅ Si ₁₁ Al ₇ N ₂₅ , Tb ₃ Al ₅ O ₁₂ , and quartz are preferable. A part of Y (yttrium) of Y ₃ Al ₅ O ₁₂ may be substituted with Lu. Further, as a doping component to be doped in the phosphor single crystal, rare earth ions are preferable, and Tb, Eu, Ce, and Nd are particularly preferable, but La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd, and Lu are used. There may be.

また、蛍光体多結晶としては、ＴＡＧ（テルビウム・アルミニウム・ガーネット）系、サイアロン系、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）系、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）、水晶が例示できる。ＹＡＧのＹ（イットリウム）の一部がＬｕに置換されていてもよい。
蛍光体多結晶中にドープするドープ成分としては、希土類イオンが好ましく、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｎｄが特に好ましいが、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｃ、Ｓｍ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｌｕであってもよい。 Examples of the phosphor polycrystal include TAG (terbium, aluminum, garnet), sialon, BOS (barium, orthosilicate), YAG (yttrium, aluminum, garnet), and quartz. A part of Y (yttrium) of YAG may be substituted with Lu.
As a doping component to be doped in the phosphor polycrystal, rare earth ions are preferable, and Tb, Eu, Ce, and Nd are particularly preferable. La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd, and Lu Also good.

なお、本発明の蛍光体素子は、グレーティング（回折格子）を蛍光体板内に含んでいない無グレーティング型蛍光体素子であることが好ましい。   The phosphor element of the present invention is preferably a non-grating phosphor element that does not include a grating (diffraction grating) in the phosphor plate.

また、蛍光体部の入射面上に更に部分透過膜を設けることができる。部分透過膜は、励起光の一部を反射し、残りを透過する膜である。具体的には、部分透過膜の励起光に対する反射率は、９％以上であり、５０％以下が好ましい。こうした部分透過膜の材質としては、前記した反射膜用の金属膜や誘電体多層膜を挙げることができる。
さらに、蛍光体部の入射面上に、蛍光に対して反射し、励起光に対して透過する膜を形成することができる。 Further, a partial transmission film can be further provided on the incident surface of the phosphor portion. The partially transmissive film is a film that reflects a part of the excitation light and transmits the rest. Specifically, the reflectance with respect to the excitation light of the partial transmission film is 9% or more, and preferably 50% or less. Examples of the material of the partial transmission film include the metal film for the reflection film and the dielectric multilayer film.
Furthermore, a film that reflects the fluorescence and transmits the excitation light can be formed on the incident surface of the phosphor portion.

放熱基板の熱伝導率（２５℃）は、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましく、３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが更に好ましく、１００Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが最も好ましい。また、放熱基板の熱伝導率の上限は特にないが、実際的な入手の観点からは、３５０Ｗ／ｍ・Ｋ以下とすることができる。   The thermal conductivity (25 ° C.) of the heat dissipation substrate is preferably 20 W / m · K or more, more preferably 30 W / m · K or more, and most preferably 100 W / m · K or more. Moreover, although there is no upper limit in particular in the heat conductivity of a thermal radiation board | substrate, it can be 350 W / m * K or less from a viewpoint of practical acquisition.

放熱基板の材質としては、酸化アルミニウム、サファイア、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化ホウ素、シリコン、炭化珪素、グラファイトを例示できる。   Examples of the material of the heat dissipation substrate include aluminum oxide, sapphire, magnesium oxide, aluminum nitride, gallium nitride, boron nitride, silicon, silicon carbide, and graphite.

蛍光体部上には、反射膜の接合力向上の観点から、金属酸化物からなる低屈折率層５Ａを設けることが好ましい。低屈折率層の材質は、蛍光体部を構成する蛍光体の屈折率よりも低い屈折率を有する材質とするが、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ケイ素が特に好ましい。   On the phosphor portion, it is preferable to provide a low refractive index layer 5A made of a metal oxide from the viewpoint of improving the bonding strength of the reflective film. The material of the low refractive index layer is a material having a refractive index lower than that of the phosphor constituting the phosphor portion, and aluminum oxide, magnesium oxide, and silicon oxide are particularly preferable.

低屈折率層の材質の屈折率は、蛍光体の屈折率よりも低い。このようにすると、蛍光体と低屈折率層の屈折率差による全反射を利用することができ、反射膜で反射する光成分を少なくすることができ、反射膜による反射で光が吸収されることを抑制することができる。さらに、放熱性という観点から酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが最も良い。また、低屈折率層の屈折率は、１．７８以下が好ましい。また、低屈折率層の材質の屈折率と蛍光体の屈折率との差は、０．０５以上であることが好ましい。   The refractive index of the material of the low refractive index layer is lower than the refractive index of the phosphor. In this way, total reflection due to the difference in refractive index between the phosphor and the low refractive index layer can be used, light components reflected by the reflective film can be reduced, and light is absorbed by reflection by the reflective film. This can be suppressed. Furthermore, aluminum oxide and magnesium oxide are the best from the viewpoint of heat dissipation. The refractive index of the low refractive index layer is preferably 1.78 or less. Further, the difference between the refractive index of the material of the low refractive index layer and the refractive index of the phosphor is preferably 0.05 or more.

低屈折率層の厚さは１μｍ以下が好ましく、これによって放熱に対する影響を少なくできる。また、接合力の観点からは、低屈折率層の厚さは、０．０５μｍ以上が好ましく、また、励起光波長λの半分の波長λ／２以上が一層好ましい。   The thickness of the low refractive index layer is preferably 1 μm or less, which can reduce the influence on heat dissipation. From the viewpoint of bonding strength, the thickness of the low refractive index layer is preferably 0.05 μm or more, and more preferably a wavelength λ / 2 that is half the excitation light wavelength λ.

反射膜３の材質は、蛍光体板を通過してきた蛍光を反射するものであれば特に制限されない。反射膜は、励起光を全反射する必要はなく、励起光の一部を透過させても良いし、全部を透過するものであっても良い。   The material of the reflective film 3 is not particularly limited as long as it reflects the fluorescence that has passed through the phosphor plate. The reflection film does not need to totally reflect the excitation light, and may transmit a part of the excitation light or may transmit the entire excitation light.

好適な実施形態においては、反射膜３が、金属膜または誘電体多層膜である。
反射膜３を金属膜とした場合は、広い波長域で反射することができ、入射角度依存性も小さくすることができ、温度に対する耐久性、耐候性が優れている。一方、反射膜３を誘電体多層膜とした場合には、吸収がないため、入射した光は損失なく１００％反射光とすることが可能であるし、酸化膜から構成できるので、蛍光体板との密着性を上げることができる。 In a preferred embodiment, the reflective film 3 is a metal film or a dielectric multilayer film.
When the reflective film 3 is a metal film, it can be reflected in a wide wavelength range, the incident angle dependency can be reduced, and durability against temperature and weather resistance are excellent. On the other hand, when the reflective film 3 is a dielectric multilayer film, since there is no absorption, the incident light can be 100% reflected light without loss and can be composed of an oxide film. Adhesion can be improved.

反射膜３による励起光の反射率は、８０％以上とするが、９５％以上であることが好ましく、また全反射してもよい。   The reflectance of the excitation light by the reflective film 3 is 80% or more, but is preferably 95% or more, and may be totally reflected.

誘電体多層膜は、高屈折材料と低屈折材料とを交互に積層した膜である。高屈折材料率としては、ＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_３、Ｔａ_２Ｏ_５、ＺｎＯ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｎｂ_２Ｏ_５を例示できる。また、低屈折材料としては、ＳｉＯ_２、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２を例示できる。
誘電体多層膜の積層数や合計厚さは、反射させるべき蛍光の波長によって適宜選択する。 The dielectric multilayer film is a film in which high refractive materials and low refractive materials are alternately stacked. As the high refractive material _{index, TiO 2, Ta 2 O 3} , Ta 2 O 5, ZnO, an _{Si 3 N 4, Nb 2 O} 5 can be exemplified. As the low refractive index material _can be exemplified by _{SiO 2, MgF 2, CaF 2} .
The number of laminated dielectric multilayer films and the total thickness are appropriately selected depending on the wavelength of fluorescence to be reflected.

また、金属膜の材質としては、以下が好ましい。
（１） Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの単層膜
（２） Ａｌ、Ａｇ、Ａｕなどの多層膜 Moreover, as a material of a metal film, the following is preferable.
(1) Single layer film of Al, Ag, Au, etc. (2) Multilayer film of Al, Ag, Au, etc.

金属膜の厚さは、蛍光を反射できれば特に限定されないが、０．０５μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上が更に好ましい。また金属膜と基材との密着性を上げるために、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、等の金属膜を介して形成することもできる。   The thickness of the metal film is not particularly limited as long as it can reflect fluorescence, but is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more. Moreover, in order to improve the adhesiveness of a metal film and a base material, it can also form via metal films, such as Ti, Cr, Ni.

反射膜側セラミックス層、放熱基板側セラミックス層の材質は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物とする。これは酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ケイ素を例示できるが、放熱性という観点で酸化アルミニウム、酸化マグネシウムが最も良く、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素といった窒化物、炭化物であっても良い。また、複数層のセラミックス層を積層して設けることができる。この場合にも、各セラミックス層の材質として、上述の金属酸化物、窒化物、炭化物を例示できる。
ただし、蛍光体と放熱基板との密着性が高い場合は、これらのセラミックス層がなくてもよい。 The reflective film side ceramic layer and the heat dissipation substrate side ceramic layer are made of metal oxide, metal nitride, and metal carbide. Examples of this include aluminum oxide, magnesium oxide, aluminum nitride, tantalum oxide, and silicon oxide. Aluminum oxide and magnesium oxide are the best from the viewpoint of heat dissipation, and nitrides and carbides such as silicon nitride, aluminum nitride, and silicon carbide. May be. In addition, a plurality of ceramic layers can be stacked. Also in this case, examples of the material of each ceramic layer include the metal oxides, nitrides, and carbides described above.
However, when the adhesion between the phosphor and the heat dissipation substrate is high, these ceramic layers may be omitted.

本発明では、蛍光体板上の第一の接合層と、放熱基板上の第二の接合層とを直接接合する。ここで、各接合層の材質は五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）とする。また、接合力の観点からは、各接合層の厚さは、０．００５μｍ以上とすることが好ましく、０．０５μｍ以上とすることが更に好ましい。また、熱伝導性の観点からは、各接合層の厚さは、１．０μｍ以下とすることが好ましく、０．５μｍ以下とすることが更に好ましい。 In the present invention, the first bonding layer on the phosphor plate and the second bonding layer on the heat dissipation substrate are directly bonded. Here, the material of each bonding layer is tantalum pentoxide (Ta ₂ O ₅ ). From the viewpoint of bonding strength, the thickness of each bonding layer is preferably 0.005 μm or more, and more preferably 0.05 μm or more. From the viewpoint of thermal conductivity, the thickness of each bonding layer is preferably 1.0 μm or less, and more preferably 0.5 μm or less.

直接接合は、一般的に金属／共有結合と拡散結合に分別されるが、高真空中での表面活性化処理を行う金属／共有結合を対象とする。   Direct bonding is generally divided into a metal / covalent bond and a diffusion bond, but is directed to a metal / covalent bond that undergoes surface activation treatment in a high vacuum.

表面活性化接合について述べる。高平坦な表面にアルゴンイオンを照射することにより表面の不純物原子を除去し、ダングリングボンドを残す。この状態は非常に活性化した表面状態であり、接合する相手と常温にて結合し、異種材料を接合することができる。   The surface activated bonding will be described. By irradiating a highly flat surface with argon ions, impurity atoms on the surface are removed, leaving dangling bonds. This state is a very activated surface state, and can be bonded to a bonding partner at room temperature to bond dissimilar materials.

これに対して、原子間拡散接合法は、Ｔｉなどの金属層を例えば支持基板に成膜した後に接合するものである。表面活性化接合と同じように、常温から４００℃以下の低温で接合が可能である。   On the other hand, in the interatomic diffusion bonding method, a metal layer such as Ti is formed on a support substrate, for example, and then bonded. As with surface activated bonding, bonding can be performed at a low temperature of room temperature to 400 ° C. or lower.

各接合面を平坦化する方法は、ラップ(lap)研磨、化学機械研磨加工(CMP)などがある。また、平坦面は、算術閉鎖菌粗さRaが１ｎｍ以下であることが好ましく、０．３ｎｍ以下であることが更に好ましい。   Methods for flattening each bonding surface include lap polishing, chemical mechanical polishing (CMP), and the like. Further, the flat surface preferably has an arithmetic closed bacteria roughness Ra of 1 nm or less, and more preferably 0.3 nm or less.

次いで、各接合層を活性化する方法としては、好ましくは、各接合面に対して中性化ビームを照射する。
中性化ビームによる表面活性化を行う際には、特許文献９に記載のような装置を使用して中性化ビームを発生させ、照射することが好ましい。すなわち、ビーム源として、サドルフィールド型の高速原子ビーム源を使用する。そして、チャンバーに不活性ガスを導入し、電極へ直流電源から高電圧を印加する。これにより、電極（正極）と筺体（負極）との間に生じるサドルフィールド型の電界により、電子ｅが運動して、不活性ガスによる原子とイオンのビームが生成される。グリッドに達したビームのうち、イオンビームはグリッドで中和されるので、中性原子のビームが高速原子ビーム源から出射される。ビームを構成する原子種は、不活性ガス（アルゴン、窒素等）が好ましい。 Next, as a method for activating each bonding layer, a neutral beam is preferably applied to each bonding surface.
When performing surface activation with a neutralized beam, it is preferable to generate and irradiate the neutralized beam using an apparatus as described in Patent Document 9. That is, a saddle field type fast atomic beam source is used as the beam source. Then, an inert gas is introduced into the chamber, and a high voltage is applied to the electrodes from a DC power source. As a result, the saddle field type electric field generated between the electrode (positive electrode) and the casing (negative electrode) moves the electrons e, thereby generating atomic and ion beams by the inert gas. Of the beams that reach the grid, the ion beam is neutralized by the grid, so that a beam of neutral atoms is emitted from the fast atom beam source. The atomic species constituting the beam is preferably an inert gas (argon, nitrogen, etc.).

ビーム照射による活性化時の電圧は0.5〜2.0kVとすることが好ましく、電流は50〜200mAとすることが好ましい。   The voltage upon activation by beam irradiation is preferably 0.5 to 2.0 kV, and the current is preferably 50 to 200 mA.

次いで、真空雰囲気で、活性化面同士を接触させ、接合する。この際の温度は常温であるが、具体的には40℃以下が好ましく、30℃以下が更に好ましい。また、接合時の温度は20℃以上、25℃以下が特に好ましい。接合時の圧力は、100〜20000Nが好ましい。   Next, the activated surfaces are brought into contact with each other and bonded in a vacuum atmosphere. The temperature at this time is room temperature, but specifically, it is preferably 40 ° C. or lower, more preferably 30 ° C. or lower. The temperature at the time of joining is particularly preferably 20 ° C. or higher and 25 ° C. or lower. The pressure at the time of joining is preferably 100 to 20000N.

あるいは、各接合面を平坦化加工した後、プラズマ照射法によって表面活性化することができる。好適な実施形態においては、低真空中(〜10Pa)で接合面にプラズマ(N2、NH3、O2、Arなど)を照射し、表面を活性化させる。照射後、大気中に出し接合面同士を接触させ、接合する。接合後に、200〜300℃で加熱をし、接合強度を向上させる。   Alternatively, each bonding surface can be planarized and then surface activated by a plasma irradiation method. In a preferred embodiment, the bonding surface is irradiated with plasma (N2, NH3, O2, Ar, etc.) in a low vacuum (˜10 Pa) to activate the surface. After irradiation, it is taken out into the atmosphere and the joining surfaces are brought into contact with each other and joined. After bonding, heating is performed at 200 to 300 ° C. to improve the bonding strength.

低屈折率層、反射膜、反射膜側セラミックス層、放熱基板側セラミックス層、各接合層の成膜方法は特に限定されないが、蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法が好ましい。蒸着法の場合、イオンアシストを付加して成膜することもできる。   The method for forming the low refractive index layer, the reflective film, the reflective film side ceramic layer, the heat dissipation substrate side ceramic layer, and each bonding layer is not particularly limited, but vapor deposition, sputtering, and CVD are preferred. In the case of the vapor deposition method, the film can be formed by adding ion assist.

光源としては、照明用蛍光体の励起用として高い信頼性を有するＧａＮ材料による半導体レーザが好適である。また、一次元状に配列したレーザアレイ等の光源も実現可能である。スーパールミネッセンスダイオードや半導体光アンプ（ＳＯＡ）であってもよい。更に、ＬＥＤを利用でき、あるいは光源からの励起光を光ファイバーを通して蛍光体素子に対して入射させることもできる。   As the light source, a semiconductor laser made of a GaN material having high reliability is suitable for exciting the phosphor for illumination. A light source such as a laser array arranged in a one-dimensional manner can also be realized. It may be a super luminescence diode or a semiconductor optical amplifier (SOA). Further, an LED can be used, or excitation light from a light source can be incident on a phosphor element through an optical fiber.

半導体レーザと蛍光体から白色光を発生する方法は、特には限定されないが、以下の方法が考えられる。
青色レーザと蛍光体により黄色の蛍光を発生し、白色光を得る方法
青色レーザと蛍光体により赤色と緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
また青色レーザや紫外レーザから蛍光体により赤色、青色、緑色の蛍光を発生し白色光を得る方法
青色レーザや紫外レーザから蛍光体により青色と黄色の蛍光を発生し白色光を得る方法 The method for generating white light from the semiconductor laser and the phosphor is not particularly limited, but the following methods are conceivable.
Method of obtaining white light by generating yellow fluorescence with blue laser and phosphor Method of obtaining white light by generating red and green fluorescence with blue laser and phosphor Red, blue with phosphor from blue laser or ultraviolet laser Method of generating green fluorescence and obtaining white light Method of obtaining blue and yellow fluorescence with a phosphor from a blue laser or ultraviolet laser to obtain white light

（実施例１〜４）
図６〜図８を参照しつつ説明した方法に従い、図１に示すような蛍光体素子１Ａを作製した。
まず、窒化アルミニウムからなる放熱基板６の接合面６ｃ上に、スパッタリング法にて、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射膜側セラミックス層５Ｃを２μｍ、Ｔａ_２Ｏ_５からなる第二の接合層４Ｂを０．１μｍ成膜した。このような部品を、図６（ａ）、（ｃ）に示すように２枚用意した。 (Examples 1-4)
A phosphor element 1A as shown in FIG. 1 was produced according to the method described with reference to FIGS.
First, on the bonding surface 6c of the heat radiating substrate 6 made of aluminum nitride, the reflective film side ceramic layer 5C made of Al ₂ O ₃ is 2 μm and the second bonding layer 4B made of Ta ₂ O ₅ is 0 by sputtering. 1 μm film was formed. Two such parts were prepared as shown in FIGS. 6 (a) and 6 (c).

一方、図６（ｂ）に示すように、ＣｅをドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板２Ａの接合面２ｃ上に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる低屈折率層５Ａを厚さ０．３μｍ、アルミニウム合金膜からなる反射膜３を０．３μｍ、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射膜側セラミックス層５Ｂを厚さ０．２μｍ、Ｔａ_２Ｏ_５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。蛍光体板２Ａの他方の接合面２ｄ上にも、Ａｌ_２Ｏ_３からなる低屈折率層５Ａを厚さ０．３μｍ、アルミニウム合金膜からなる反射膜３を０．３μｍ、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射膜側セラミックス層５Ｂを厚さ０．２μｍ、Ｔａ_２Ｏ_５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。 On the other hand, as shown in FIG. 6B, the low refractive index layer 5A made of Al ₂ O _{3 is formed} on the bonding surface 2c of the phosphor plate 2A made of Ce-doped YAG (yttrium, aluminum, garnet) polycrystal. Is 0.3 μm thick, the reflective film 3 made of aluminum alloy film is 0.3 μm, the reflective film side ceramic layer 5B made of Al ₂ O _{3 is} 0.2 μm thick, and the first bonding layer is made of Ta ₂ O _5. 4A was deposited to a thickness of 0.1 μm. Also on the other joint surface 2d of the phosphor plate 2A, the thickness of 0.3 [mu] m a low refractive index layer 5A made of _Al 2 _{O 3,} the reflective film 3 made of an aluminum alloy film 0.3 [mu] m, from _Al 2 _{O 3} A reflective film side ceramic layer 5B to be formed was formed to a thickness of 0.2 μm, and a first bonding layer 4A made of Ta ₂ O _{5 was formed} to a thickness of 0.1 μm.

次に、放熱基板６の第二の接合層４Ｂと蛍光体基板２上の第一の接合層４Ａとを、イオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせ、図７に示す接合体を得た。
具体的には、各接合層の接合面１３Ａ、１３Ｂを洗浄し、汚れを取った後、真空チャンバーに導入した。各接合面をプラズマ活性化法で活性化した後、互いに接合した。チャンバーの圧力は10Pa、プラズマはO2プラズマを60s照射し、接合荷重は1000N、100sとした。 Next, the second bonding layer 4B of the heat dissipation substrate 6 and the first bonding layer 4A on the phosphor substrate 2 were bonded together by direct bonding at room temperature using an ion gun to obtain a bonded body shown in FIG.
Specifically, the bonding surfaces 13A and 13B of each bonding layer were cleaned, removed, and then introduced into a vacuum chamber. Each bonded surface was activated by a plasma activation method and then bonded to each other. The chamber pressure was 10 Pa, the plasma was irradiated with O 2 plasma for 60 s, and the bonding load was 1000 N, 100 s.

次いで、３層構造に接合された図７の接合体をスライサーにてバー切断し、切断面を研磨した。最後に、研磨後のバーをチップに切断し、各例のサンプルを作製した。   Subsequently, the joined body of FIG. 7 joined to the three-layer structure was cut with a slicer by a bar, and the cut surface was polished. Finally, the polished bar was cut into chips to prepare samples for each example.

チップ化した蛍光体素子サンプルに、出力３ＷのＧａＮ系青色レーザー光源を光学的に結合し、モジュールを作製した。蛍光体に照射するスポットサイズは半径１ｍｍとし、このときパワー密度は０．９５Ｗ／ｍｍ^２であった。各例の寸法および評価を表１に示す。ただし、各項目は以下のようにして測定した。 A GaN-based blue laser light source with an output of 3 W was optically coupled to the chip phosphor element sample to produce a module. The spot size with which the phosphor was irradiated was a radius of 1 mm, and the power density was 0.95 W / mm ² at this time. Table 1 shows the dimensions and evaluation of each example. However, each item was measured as follows.

（輝度）
輝度測定は全光束測定方法を用い、ｌａｂｓｈｅｒｅ社製１０インチ積分球（ＤＡＳ−２１００）を用いて測定した。 (Luminance)
The luminance was measured using a total luminous flux measurement method using a 10 inch integrating sphere (DAS-2100) manufactured by labshere.

（色ムラ）
出射した光を輝度分布測定装置を用いて色度図で評価を行った。そして、色度図において、中央値ｘ：０．３４４７±０．００５、ｙ：０．３５５３±０．００５の範囲にある場合は「色ムラなし」とし、この範囲外の場合には「色ムラあり」とした。 (Color unevenness)
The emitted light was evaluated by a chromaticity diagram using a luminance distribution measuring device. In the chromaticity diagram, when the median value is in the range of x: 0.3447 ± 0.005 and y: 0.3553 ± 0.005, “no color unevenness” is assumed. "There is unevenness".

実施例１〜４によれば、出射光の色ムラが生じなかった。蛍光体のどの場所においても３００℃以下となっていたので、蛍光体の熱劣化しきい値以下となり、蛍光の内部量子効率の低下がなく、色ムラが無くなったものと考えられる。   According to Examples 1 to 4, color unevenness of the emitted light did not occur. Since it was 300 ° C. or lower in any place of the phosphor, it was considered to be less than the thermal degradation threshold of the phosphor, the internal quantum efficiency of the fluorescence was not lowered, and the color unevenness was eliminated.

（参考例１）
図３に示すような蛍光体素子１１を作製した。
具体的には、まず、窒化アルミニウムからなる放熱基板６にスパッタリング法にて、Ａｌ_２Ｏ_３からなる放熱基板側セラミックス層５Ｃを０．２μｍ、アルミニウム合金膜からなる反射膜３を０．３μｍ、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射膜側セラミックス層５Ｂを厚さ０．２μｍ、Ｔａ_２Ｏ_５からなる第二の接合層４Ｂを０．１μｍ成膜した。こうした部品を２枚用意した。 (Reference Example 1)
A phosphor element 11 as shown in FIG. 3 was produced.
Specifically, first, the heat dissipation substrate-side ceramic layer 5C made of Al ₂ O ₃ is 0.2 μm, the reflection film 3 made of an aluminum alloy film is 0.3 μm by sputtering on the heat dissipation substrate 6 made of aluminum nitride, A reflective film side ceramic layer 5B made of Al ₂ O _{3 was formed} to a thickness of 0.2 μm, and a second bonding layer 4B made of Ta ₂ O _{5 was formed} to a thickness of 0.1 μm. Two such parts were prepared.

一方、ＣｅをドープしたＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）多結晶からなる蛍光体板２Ａ上に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射膜側セラミックス層５Ａを厚さ０．３μｍ、Ｔａ_２Ｏ_５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。さらに、蛍光体基板の反対側の面に同様に、Ａｌ_２Ｏ_３からなる反射膜側セラミックス層５Ａを厚さ０．３μｍ、Ｔａ_２Ｏ_５からなる第一の接合層４Ａを０．１μｍ成膜した。 On the other hand, on the phosphor plate 2A made of Ce-doped YAG (yttrium, aluminum, garnet) polycrystal, the reflective film side ceramic layer 5A made of Al ₂ O ₃ is made of Ta ₂ O ₅ with a thickness of 0.3 μm. A first bonding layer 4A was formed to a thickness of 0.1 μm. Further, similarly, on the opposite surface of the phosphor substrate, the reflective film side ceramic layer 5A made of Al ₂ O ₃ has a thickness of 0.3 μm, and the first bonding layer 4A made of Ta ₂ O ₅ has a thickness of 0.1 μm. Filmed.

次に、各放熱基板上の第二の接合層と蛍光体板上の第一の接合層とをイオンガンによる常温直接接合にて貼り合わせをした。接合は、実施例１と同様にして実施した。得られた接合体を、実施例１と同様にして切断し、サンプルを作製した。得られたサンプルについて、実施例１と同様にして評価した。結果を表２に示す。   Next, the second bonding layer on each heat dissipation substrate and the first bonding layer on the phosphor plate were bonded together by room temperature direct bonding using an ion gun. The joining was performed in the same manner as in Example 1. The obtained joined body was cut in the same manner as in Example 1 to prepare a sample. The obtained sample was evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

参考例１では、出射光に色ムラが発生していた。五酸化タンタルからなる接合層で直接接合したことから、接合面における微細な剥離は生じず、これによる色ムラは生じなかったものと考えられる。しかし、五酸化タンタルの屈折率が、蛍光体の屈折率や低屈折率層の屈折率よりも大きいため、反射膜で反射した光が、接合層と低屈折率層との界面で全反射する成分の光があるために、蛍光体に戻らない蛍光が存在し、輝度が下がり、色ムラが発生することがわかった。   In Reference Example 1, color unevenness occurred in the emitted light. Since it was directly bonded by the bonding layer made of tantalum pentoxide, it is considered that fine peeling at the bonding surface did not occur and color unevenness due to this did not occur. However, since the refractive index of tantalum pentoxide is larger than the refractive index of the phosphor and the refractive index of the low refractive index layer, the light reflected by the reflective film is totally reflected at the interface between the bonding layer and the low refractive index layer. It was found that because there is component light, there is fluorescence that does not return to the phosphor, luminance decreases, and color unevenness occurs.

（参考例２）
実施例３において、第一の接合層および第二の接合層の材質を、五酸化タンタルから酸化ケイ素に変更した。その他は実施例１と同様にして蛍光体素子を作製し、評価した。この結果を表２に示す。 (Reference Example 2)
In Example 3, the material of the first bonding layer and the second bonding layer was changed from tantalum pentoxide to silicon oxide. Others were made in the same manner as Example 1 and evaluated. The results are shown in Table 2.

表２からわかるように、出射光に色ムラが発生していた。五酸化タンタルからなる接合層で直接接合した場合と異なり、接合面における微細な剥離があり、輝度が下がり、色ムラが生じたものと考えられる。   As can be seen from Table 2, color unevenness occurred in the emitted light. Unlike the case of direct bonding with a bonding layer made of tantalum pentoxide, it is considered that there was fine peeling at the bonding surface, the luminance decreased, and color unevenness occurred.

Claims (4)

放熱基板および蛍光体部を備える蛍光体素子を製造する方法であって、
蛍光体板上に、前記蛍光体板の材質の屈折率よりも低い屈折率を有する材質からなる低屈折率層を設ける工程、
前記低屈折率層上に反射膜を設ける工程、
前記反射膜上に、五酸化タンタルからなる第一の接合層を設ける工程、
前記放熱基板上に、五酸化タンタルからなる第二の接合層を設ける工程、および
前記第一の接合層と前記第二の接合層とを直接接合する工程
を有することを特徴とする、蛍光体素子の製造方法。
A method of manufacturing a phosphor element comprising a heat dissipation substrate and a phosphor part,
Providing a low refractive index layer made of a material having a refractive index lower than that of the material of the phosphor plate on the phosphor plate;
Providing a reflective film on the low refractive index layer;
Providing a first bonding layer made of tantalum pentoxide on the reflective film;
A phosphor comprising: a step of providing a second bonding layer made of tantalum pentoxide on the heat dissipation substrate; and a step of directly bonding the first bonding layer and the second bonding layer. Device manufacturing method.
前記反射膜上に、金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群より選ばれた材質からなる反射膜側セラミックス層を設ける工程を有しており、前記反射膜側セラミックス層上に前記第一の接合層を設けることを特徴とする、請求項１記載の方法。
A step of providing a reflective film side ceramic layer made of a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides and metal carbides on the reflective film, the first layer being formed on the reflective film side ceramic layer; The method according to claim 1, wherein one bonding layer is provided.
前記放熱基板上に、金属酸化物、金属窒化物および金属炭化物からなる群より選ばれた材質からなる放熱基板側セラミックス層を設ける工程を有しており、前記放熱基板側セラミックス層上に前記第二の接合層を設けることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
A step of providing a heat dissipation substrate side ceramic layer made of a material selected from the group consisting of metal oxides, metal nitrides and metal carbides on the heat dissipation substrate; 3. The method according to claim 1, wherein two bonding layers are provided.
前記第一の接合層の表面および前記第二の接合層の表面をそれぞれ中性化ビームによる表面活性化に供し、次いで前記第一の接合層と第二の接合層とを直接接合することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。   The surface of the first bonding layer and the surface of the second bonding layer are each subjected to surface activation by a neutralizing beam, and then the first bonding layer and the second bonding layer are directly bonded. A method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that

Images