CN108475897A - 发光装置 - Google Patents

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泽野博之
利根健太郎
佐野广明
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饭塚和幸
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Abstract

提供一种通过激光二极管与荧光体的组合发出白色光的高亮度的发光装置。提供发光装置(1)，具有：激光二极管，其包含在激光发光装置(10)中，发出蓝色光；以及波长变换部(11)，其将激光二极管发出的光的一部分吸收并对波长进行变换，波长变换部(11)包含YAG系的单晶荧光体，从激光二极管发出并照射到波长变换部(11)的光的辐射照度为80W/mm2以上。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及发光装置。
背景技术
以往，已知一种发光装置，其具有激光元件和YAG(Yttrium Aluminium Garnet：钇铝石榴石)系荧光体，该YAG系荧光体能对激光元件发出的光的波长进行变换(例如，参照专利文献1～3)。
在专利文献1中，作为YAG系荧光体，公开了一种平板状的单晶荧光体。
在专利文献2中，作为YAG系荧光体，公开了一种通过作为无机材料的玻璃等粘合剂粘结的荧光体。另外，在专利文献2中，公开了一种使来自激光二极管芯片的光通过聚光透镜进行聚光并入射到荧光体玻璃的发光装置的结构。
在专利文献3中，作为YAG系荧光体，公开了包含在粘合剂中的荧光体粉末、或荧光体陶瓷等的荧光体烧结体。另外，在专利文献3中，公开了一种使来自激光二极管的光经过透镜、光纤等入射光学系统入射到荧光体的发光装置的结构。
另外，在专利文献3中，记载了激光的入射功率为5W，激光作为平行光通过的导光路径的直径为0.3mm。由此可以认为，照射到荧光体的激光的光点直径为0.3mm左右，辐射照度为70W/mm2左右。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/020205号
专利文献2：特许第5083205号公报
专利文献3：国际公开第2014/203484号
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提供一种通过激光二极管与荧光体的组合发出白色光的高亮度的发光装置。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的一方面提供以下的[1]～[7]的发光装置。
[1]一种发光装置，具有：激光二极管，其发出蓝色光；以及波长变换部，其将上述激光二极管发出的光的一部分吸收并对波长进行变换，上述波长变换部包含YAG系的单晶荧光体，从上述激光二极管发出并照射到上述波长变换部的光的辐射照度为80W/mm2以上。
[2]根据上述[1]所述的发光装置，具有使从上述激光二极管发出的光聚光的透镜，由上述透镜聚光后的光照射到上述波长变换部。
[3]根据上述[1]所述的发光装置，具有对从上述激光二极管发出的光进行传输的光波导，由上述光波导进行传输后的光照射到上述波长变换部。
[4]根据上述[1]～[3]中的任意一项所述的发光装置，上述波长变换部包括1个上述单晶荧光体。
[5]根据上述[1]～[3]中的任意一项所述的发光装置，上述波长变换部包括通过粘合剂相互粘接的多个粒子状的上述单晶荧光体。
[6]根据上述[1]～[5]中的任意一项所述的发光装置，上述单晶荧光体具有由组成式(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组成。
[7]根据上述[1]～[6]中的任意一项所述的发光装置，上述波长变换部由散热构件保持，上述散热构件包括氮化铝、氧化铝、SiN、Cu或者Al，对从上述波长变换部发出的热进行散热。
发明效果
根据本发明，能够提供一种通过激光二极管与荧光体的组合发出白色光的高亮度的发光装置。
附图说明
图1是示意性地示出LD及LED的电流-光输出特性的坐标图。
图2是示出第1实施方式的发光装置的构成的示意图。
图3是示出第1实施方式的发光装置的构成的示意图。
图4A是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图4B是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图5A是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图5B是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图6是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图7是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图8是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图9是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图10是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图11A是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图11B是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图11C是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图12A是用于切出图11A、11B、11C所示的波长变换部的单晶荧光体板的顶视图和垂直截面图。
图12B是用于切出图11A、11B、11C所示的波长变换部的单晶荧光体板的顶视图和垂直截面图。
图13是示出第1实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图14是示出第2实施方式的发光装置的构成的示意图。
图15是示出第2实施方式的发光装置的构成的示意图。
图16是示出第2实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图17是示出第2实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图18是示出第2实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图19是示出第2实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图20是示出第2实施方式的波长变换部的保持结构的例子的截面图。
图21是示意性地示出第3实施方式的车辆的前照灯周边的构成的框图。
图22是示出前照灯所包含的发光装置的一个例子的构成的示意图。
图23是示出前照灯所包含的发光装置的另一个例子的构成的示意图。
图24是示意性地示出第3实施方式的投影仪的构成的框图。
图25是示出投影仪的光源部所包含的发光装置的一个例子的构成的示意图。
图26是示出投影仪的光源部所包含的发光装置的另一个例子的构成的示意图。
图27是示意性地示出第3实施方式的探照灯的构成的框图。
图28是示意性地示出第3实施方式的远程照明的构成的框图。
图29是示出远程照明的前照灯所包含的发光装置的一个例子的构成的示意图。
图30是示出实施例1的波长变换部的保持结构的垂直截面图。
图31是示出实施例2的接触面积比例与波长变换部的温度的关系、以及接触面积比例与波长变换部的总光通量的关系的坐标图。
图32A是示出实施例3的波长变换部的保持结构的垂直截面图。
图32B是示出比较例的波长变换部的保持结构的垂直截面图。
图33A是示出实施例3和比较例的对激光发光装置的投入电流与总辐射通量的关系的坐标图。
图33B是示出实施例3的照射到单晶荧光体的光的辐射照度与总光通量的关系、以及比较例的照射到粉末荧光体的光的辐射照度与总光通量的关系的坐标图。
图34A是示出实施例4的对激光发光装置的投入电流与总辐射通量的关系的坐标图。
图34B是示出实施例4的照射到波长变换部的光的辐射照度与从波长变换部取出的光的照度的关系的坐标图。
图35A是示出通过实施例5的模拟求出的、波长变换部的被照射面上的照射光的光点面积与从波长变换部取出的光的颜色不匀的关系的图。
图35B是示出通过实施例5的模拟求出的、波长变换部的被照射面上的照射光的光点面积与从波长变换部取出的光的颜色不匀的关系的图。
具体实施方式
本发明的发光装置具有作为光源的激光二极管(LD)和包含YAG系单晶荧光体的波长变换部。利用从LD发出的蓝色光和由波长变换部中的YAG系单晶荧光体变换而成的黄色系的光，从发光装置发出白色光。
图1是示意性地示出LD及LED的电流-光输出特性的坐标图。如图1所示，LED在流过小电流时发光效率好，但随着电流的增大而效率下降。
另一方面，当电流变为比用于进行激光振荡的振荡阈值电流大时，LD的发光效率保持大致恒定而其发光输出增加。因此，LD在流过大电流时的发光效率高。另外，其最大光输出也比LED大。另外，LD的发光面积比LED小(近场模式)，且光的出射角(远场模式)也比LED角度窄。因此，在由透镜进行了聚光时，与LED的情况相比，能使光能变大且使面积变小，能够以非常高的密度使光进行聚光。因此可以说，LD作为高亮度的发光装置的光源是优异的。
然而，在想要通过将LD与荧光体组合来得到白色光的情况下，如果不使用能够以高效率对LD发出的高能量的光进行波长变换的荧光体，就无法制造出高亮度的发光装置。
荧光体一般具有固有的量子效率(将激发光变换为荧光的效率)、温度消光特性(量子效率随着温度的上升而下降的性质)。为了以高效率对高能量的光进行波长变换，而要求高温下的量子效率高，温度消光小。
因此，在本实施方式中，使用的是高温下的量子效率、温度消光特性比通过烧结制造的陶瓷荧光体优异的单晶荧光体。
[第1实施方式]
第1实施方式的发光装置具有波长变换部的光取出面位于被照射面(被从LD发出的光照射的面)的相反侧的透射型结构。
(发光装置的构成)
图2、图3是示出第1实施方式的发光装置1、2的构成的示意图。发光装置1、2具有：激光发光装置10，其具有发出蓝色光的LD；以及波长变换部11，其将激光发光装置10发出的光(激光发光装置10所包含的LD发出的光)的一部分吸收而对波长进行变换。
另外，发光装置1还具有：透镜13a，其将从激光发光装置10发出的光变为平行光；以及透镜13b，其使来自透镜13a的平行光以聚焦在波长变换部11的表面附近的方式聚光。
另外，发光装置2还具有作为对从激光发光装置10发出的光进行传输的光波导的光纤21。光纤21具有：包括芯及包层的光传播部21a；以及覆盖光传播部21a的覆膜21b。
另外，在图3所示的例子中，发光装置2包含：支撑体23，其在波长变换部11的附近保持光纤21；环状构件24，其包围在光纤21的顶端的周围；以及保持构件26，其设置在环状构件24与光传播部21a之间，保持光传播部21a。保持构件26例如包括氧化锆等陶瓷、或金属。例如，支撑体23可以为套箍，可以是嵌合插入到环状构件24的结构。环状构件24的外形可以是圆形也可以是方形，还可以是一部分被切去。另外，如图3所示，也可以用连接器22将多个光纤21连结。另外，在发光装置2中，也可以取代光纤21，而使用导光管等光纤以外的光波导。
激光发光装置10是具有LD作为光源的激光模块。因此，能够将“激光发光装置10发出的光”解读为“激光发光装置10所包含的LD发出的光”。在图2、图3中，作为激光发光装置10的一个例子，示出的是CAN型的激光模块，但激光发光装置10也可以是其它型式的激光模块。另外，如图3所示，对于1个波长变换部11，也可以使用多个激光发光装置10。
波长变换部11包含YAG系的单晶荧光体。例如，波长变换部11包括1个YAG系的单晶荧光体，或者包括通过粘合剂相互粘接的多个粒子状的单晶荧光体。在此，所谓单晶荧光体，是指不含晶界的单相的荧光体晶体。
在发光装置1、2中，从激光发光装置10发出并入射到波长变换部11的光的辐射照度为80W/mm2以上。通过使辐射照度这样大，发光装置1、2能够发出高亮度的光。在此，所谓辐射照度，是指向波长变换部11入射的光的每单位面积的光输出(W)。
另外，为了提高辐射照度，优选以使几乎全部光点包含于波长变换部11的被照射面的方式，将从激光发光装置10发出的光照射到被照射面。
另外，为了提高发光亮度，优选使波长变换部11的尺寸足够小，而将从激光发光装置10发出的光照射到波长变换部11的被照射面的整个面。即使通过减小波长变换部11的尺寸，将光照射到被照射面的整个面，也能得到足够的发光亮度。
此外，在发光装置1中，也可以将由透镜13b进行聚光的光的焦点从波长变换部11的表面挪移开，来增大光点面积。通过增大光点面积，能够将蓝色光的成分与荧光的成分均匀地混合，减轻发光色的不匀。为了有效地抑制颜色不匀，优选使光点面积为0.06mm2以上，将尽可能均匀的光照射到波长变换部11。抑制发光色的不匀从光的均匀性这一观点来看是重要的，而这也会防止作为激发光的激光被直接输出，因此从安全性的观点来看也是重要的。另外，通过增大光点面积，能够缓和热的集中，防止发生裂纹。
另外，波长变换部11的被照射部分离波长变换部11的外缘越近，散热性越提高。因此，通过将从激光发光装置10发出的光的焦点从波长变换部11的表面挪移开，使波长变换部11的被照射面上的光点面积为被照射面的整个面积的大约50％以上，能够有效地抑制波长变换部11所包含的荧光体的发热。
不过，当照射部分的位置难以控制，在将光点面积设为与被照射面的面积大致相等的情况下光的一部分有可能从波长变换部11偏离开时，优选使波长变换部11的被照射面上的从激光发光装置10发出的光的光点面积为被照射面的整个面积的大约90％以下。
波长变换部11由保持构件12保持。为了散发从波长变换部11发出的热，优选保持构件12包括热传导率高的陶瓷或金属。作为陶瓷，例如使用氮化铝、氧化铝或者SiN。另外，作为金属，例如使用Cu或者Al。
此外，为了提高光取出效率，也可以在波长变换部11的光取出面上设置微细的凹凸。微细的凹凸通过使用了激光的刻印、使用了半导体工艺的刻印等来形成。
〔单晶荧光体〕
第1实施方式的单晶荧光体是被Ce活化的YAG系单晶荧光体，具有由(Y1-a- bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组成。在此，Ce被置换到Y位，作为活化剂发挥功能(成为发光中心)。另一方面，Lu被置换到Y位，但不作为活化剂发挥功能。
此外，上述的荧光体的组成之中的一部分原子有时会占据晶体结构上的不同位置。另外，上述的组成式中的组成比的O的值虽然记述为12，但上述的组成也包含由于不可避免地混入或者欠缺的氧的存在而组成比的O的值稍稍从12偏离开的组成。另外，组成式中的c的值是在单晶荧光体的制造上不可避免地发生变化的值，但-0.016≤c≤0.315左右的数值范围内的变化基本上不会对单晶荧光体的物理性质产生影响。
表示Ce的浓度的上述组成式中的b的数值的范围为0.0002≤b≤0.0067，之所以如此，是因为：在b的数值小于0.0002的情况下，Ce浓度过低，因此会产生激发光的吸收变小而外部量子效率过小的问题，在b的数值大于0.0067的情况下，在培育单晶荧光体块时会产生裂纹、空隙等，晶体质量下降的可能性变高。
第1实施方式的单晶荧光体例如能够通过CZ法(Czochralski Method：切克拉斯基法)、EFG法(Edge Defined Film Fed Growth Method：限边馈膜生长法)、布里奇曼法、FZ法(Floating Zone Method：浮区法)、伯努利法等液相生长法来得到。
在波长变换部11包括1个YAG系的单晶荧光体的情况下，将通过这些液相生长法得到的单晶荧光体块切断并加工成平板状，而得到波长变换部11。在波长变换部11包括通过粘合剂相互粘接的多个粒子状的单晶荧光体的情况下，将单晶荧光体块粉碎并加工成粒子状，将被加工成粒子状的多个单晶荧光体用粘合剂进行接着，而得到波长变换部11。
〔单晶荧光体的制造〕
作为本实施方式的单晶荧光体的制造方法的一个例子，以下对利用CZ法的制造方法进行说明。
首先，作为起始原料，准备高纯度(99.99％以上)的Y2O3、Lu2O3、CeO2、Al2O3的粉末，进行干式混合，而得到混合粉末。此外，Y、Lu、Ce和Al的原料粉末不限于上述的粉末。另外，在制造不含Lu的单晶荧光体的情况下，不使用其原料粉末。
接着，将所得到的混合粉末放入铱制成的坩埚内，将坩埚收纳于陶瓷制成的筒状容器。然后，通过卷绕在筒状容器的周围的高频线圈将30kW的高频能量供应到坩埚来产生感应电流，对坩埚进行加热。由此，将混合粉末熔融而得到熔体。
接着，准备作为YAG单晶的晶种，使其顶端与熔体接触，然后一边以10rpm的转速使其旋转一边以1mm/h以下的提拉速度进行提拉，以1960℃以上的提拉温度在＜111＞方向上培育单晶荧光体块。向筒状容器内以每分钟2L的流量流入氮，在大气压下并在氮气氛中进行该单晶荧光体块的培育。
如此，例如，得到直径约2.5cm、长度约5cm的单晶荧光体块。通过将所得到的单晶荧光体块切出为所希望的大小，例如，能够得到用于发光装置的平板状的单晶荧光体。另外，通过将单晶荧光体块进行粉碎，能够得到粒子状的单晶荧光体。
〔波长变换部的保持结构〕
图4～图13是示出第1实施方式的波长变换部11的保持结构的例子的截面图。
在图4A、4B所示的保持结构中，保持构件12具有与波长变换部11大致相同的平面形状的贯通孔12a，波长变换部11被保持在贯通孔12a内。
图4A所示的保持构件12包括金属，使保持构件12进行塑性变形而将插入到贯通孔12a的波长变换部11机械地固定。优选保持构件12例如包括热传导优异且容易加工的Cu、Al。
图4B所示的波长变换部11由填充于贯通孔12a与波长变换部11的间隙的填充剂50固定。作为填充剂50，例如，优选使用热传导性高的散热用硅酮系树脂、高反射硅酮系树脂、反射率及热传导率高的烧结银等。
在图5A、5B所示的保持结构中，与图4A、4B所示的保持结构同样，保持构件12具有与波长变换部11大致相同的平面形状的贯通孔12a，波长变换部11被保持在贯通孔12a内。
图5A所示的保持构件12与图4A所示的保持构件12同样，是利用包括金属的保持构件12的塑性变形而机械地固定。图5B所示的保持构件12与图4B所示的保持构件12同样由填充剂50固定。
另外，在图5A、5B所示的保持结构中，波长变换部11直接或者隔着填充剂50与保持构件12接触的部分的面积为波长变换部11的整个表面积的5％以上且30％以下。通过将该比例设为30％以下，能够有效地抑制光在波长变换部11与保持构件12的接触面上的反复反射所致的光的衰减。另外，通过将该比例设为5％以上，能够有效地使热传导到保持构件12来进行散热。
另外，在图5A所示的保持结构中，也可以将波长变换部11的与保持构件12的接触面、以及保持构件12的与波长变换部11的接触面镜面化。通过将接触面镜面化，能够增加接触面积，能够更有效地使热传导到保持构件12来进行散热。
图6所示的波长变换部11在其被照射面(被从激光发光装置10发出的光照射的面)上具有膜状的二向色滤光片51，二向色滤光片51仅使蓝色的波长的光透射过，而使蓝色以外的波长的光反射。波长变换部11在贯通孔12a内机械地或者由填充剂50固定到保持构件12。
二向色滤光片51通过涂布而直接形成在波长变换部11的被照射面上，因此，与波长变换部11的紧贴性高，而不会如将波长变换部11放到预先准备的二向色滤光片上的情况那样在两者之间包含薄的空气层。因此，空气层所致的光的散射被抑制，能得到高的发光效率。此外，二向色滤光片51也可以形成在被照射面以外的面上，只要是波长变换部11的光取出面以外的面即可。
在图7所示的保持结构中，波长变换部11经由以将保持构件12的贯通孔12a堵住的方式设置的带通滤光片52设置到保持构件12上。
带通滤光片52包括：透明基板52a，其包括玻璃、石英、SiC、蓝宝石等透明材料；防反射膜52b，其形成于透明基板52a的下表面(被从激光发光装置10发出的光照射的面)；以及膜状的二向色滤光片52c，其形成于透明基板52a的上表面(波长变换部11侧的面)，仅使蓝色光透射过。
由于从激光发光装置10发出的光是入射到带通滤光片52后到达波长变换部11，因此，与从空气中直接向波长变换部11入射的情况相比，入射光的反射损失、以及发出的光在波长变换部11内的返回所致的损失降低，发光效率提高。另外，还能得到使热从波长变换部11释放到透明基板52a所带来的冷却效果。
波长变换部11与带通滤光片52由包含玻璃等在内的透光性粘接剂等进行粘接。另外，除了上述透光性构件之外，带通滤光片52与保持构件12还通过焊料等金属或烧结银等接合剂进行粘接。
图8所示的波长变换部11在侧面的被照射面侧的一部分具有金属膜56。金属膜56使朝向波长变换部11内部的金属膜56前进的光反射，防止光从波长变换部11的侧面的被照射面侧的一部分出射。
金属膜56是通过将波长变换部11的表面进行金属化来形成。具体来说，将单片化为波长变换部11之前的单晶荧光体板或者由用粘合剂粘接的多个单晶荧光体粒构成的板状构件进行半切割，然后进行金属化，由此，仅在波长变换部11的侧面的一部分形成金属膜56。在波长变换部11的被照射面上形成的金属膜通过研磨被除去，或通过使用了光刻工序的蚀刻被除去，或通过使用剥离工序被除去。
波长变换部11与保持构件12由焊料等金属或作为烧结银等的接合剂55接合。通过焊料等进行粘接比机械地进行固定更容易。
图9所示的波长变换部11在上表面(光取出侧的面)上涂布有混合于未图示的透光性担载剂的粉末状的散射剂57。从波长变换部11取出的光由于散射剂57而散射，因此强度分布、颜色分布被均匀化。
优选散射剂57、荧光体粉末的粒径为5～50μm。在粒径不足5μm的情况下，反射损失增加，若粒径超过50μm，则散射剂57的层的厚度的控制变困难。作为透光性担载剂，例如，能够使用玻璃系粘接剂、或者耐热树脂制成的粘接剂。波长变换部11在贯通孔12a内机械地或者由填充剂50固定到保持构件12。
也可以使用荧光体粉末将散射剂57取代，来调整发光色。
图10所示的波长变换部11，其光取出侧的一部分从保持构件12的表面向光取出侧突出，该突出部分具有半球状、纺锤状、截头锥体状、或者与这些相近的形状。由此，与波长变换部11为长方体的情况相比，从波长变换部11取出的光在波长变换部11中的光程差变小，能够降低发光颜色不匀。
波长变换部11的突出部分例如是通过将长方体的波长变换部11从单晶荧光体块等切出，然后利用磨石进行研削加工而得到的。另外，也可以是使用多轴的加工机，通过微细加工用的钻头对平板状的单晶荧光体等进行切削加工，然后进行切出。另外，在波长变换部11的一边的长度为300μm以下的情况下，处理起来很困难，因此，也可以在将平板状的单晶荧光体等装配到支撑基板后进行加工。另外，也可以将使用了滚筒研磨或化学药剂的方法用于突出部分的加工。
波长变换部11在贯通孔12a内机械地或者由填充剂50固定到保持构件12。
图11A、11B、11C所示的波长变换部11包括YAG系单晶荧光体，具有：平板部11a，其以将保持构件12的贯通孔12a堵住的方式设置；以及突起部11b，其设置在贯通孔12a的正上方，具有半球状、锥状、截头锥体状等形状。
突起部11b的直径与贯通孔12a的直径相等或者比贯通孔12a的直径大，突起部11b的中心轴与贯通孔12a的中心轴大致一致。波长变换部11与保持构件12由未图示的粘接剂、粘接片等进行粘接。
图11B所示的波长变换部11在保持构件12侧的面的突起部11b之下的区域中具有凹部11c。通过设置凹部11c，能减少在平板部11a内前进的光，抑制光源尺寸的扩大。
图11C所示的波长变换部11通过减小平板部11a而抑制了光源尺寸的扩大。此外，如图11C所示，贯通孔12a也可以具有朝向光取出侧变细的锥形形状。
图12A、12B是用于切出图11A、11B、11C所示的波长变换部11的单晶荧光体板11d的顶视图和垂直截面图。单晶荧光体板11d例如是通过以形成按矩阵状排列的突起部11b的方式对平板状的YAG系单晶荧光体的表面进行研削而得到的。
可以在将单晶荧光体板11d切断而单片化为波长变换部11后，将每个波长变换部11固定到保持构件12，也可以在将单晶荧光体板11d粘接到要切出多个保持构件12的金属板或者陶瓷板上后，将它们一并切断而单片化。
图11B所示的波长变换部11的凹部11c在将波长变换部11固定到保持构件12之前或之后形成均可。
图13所示的波长变换部11由透明粘接剂61固定到作为保持构件的透明基板58上。如图13所示，透明基板58可以在下表面(被从激光发光装置10发出的光照射的面)上具有防反射膜59，另外，也可以在上表面(波长变换部11侧的面)上具有仅使蓝色的波长的光透射过而使蓝色以外的波长的光反射的膜状的二向色滤光片60。
波长变换部11的形状例如为长方体、半球、棱锥。透明基板58例如包括玻璃、石英、SiC、蓝宝石等透明材料。
将波长变换部11通过透明粘接剂61固定到透明基板58比将其固定到具有贯通孔12a的保持构件12更容易。另外，波长变换部11的发热通过透明粘接剂61被散发。
也可以取代透明粘接剂61，在波长变换部11的侧部涂布粘接剂来将波长变换部11粘接到保持构件12。在该情况下，粘接剂也可以是不透明的，在不透明的情况下，通过将光的出射方向限定为波长变换部11的上方，能够减小光源尺寸。另外，为了增加光量，粘接剂也可以是对从激光发光装置10发出的蓝色光或荧光的反射率高的粘接剂。
[第2实施方式]
第2实施方式的发光装置具有波长变换部的光取出面不位于被照射面的相反侧的结构。
(发光装置的构成)
图14、图15是示出第2实施方式的发光装置3、4的构成的示意图。发光装置3、4与发光装置1、2同样具有：激光发光装置10，其具有发出蓝色光的激光二极管；以及波长变换部11，其将激光发光装置10所包含的激光二极管发出的光的一部分吸收而对波长进行变换。
另外，发光装置3还具有：透镜13a，其将从激光发光装置10发出的光变为平行光；透镜13b，其使来自透镜13a的平行光以聚焦在波长变换部11的表面附近的方式聚光；以及反射镜31，其使来自透镜13b的光朝向波长变换部11反射。在发光装置3中，从激光发光装置10发出的光主要照射到取出光的一侧的面。
另外，发光装置4还具有作为对从激光发光装置10发出的光进行传输的光波导的光纤21。光纤21的顶端设置在波长变换部11的侧方，从激光发光装置10发出的光照射到波长变换部11的侧面。光纤21的光传播部21a由保持构件27保持。
另外，如图15所示，也可以用连接器22将多个光纤21连结。另外，如图15所示，对于1个波长变换部11，也可以使用多个激光发光装置10。另外，在发光装置4中，也可以取代光纤21，而使用导光管等光纤以外的光波导。
在发光装置3、4中，从激光发光装置10发出并入射到波长变换部11的光的辐射照度为80W/mm2以上。通过使辐射照度这样大，发光装置3、4能够发出高亮度的光。
另外，为了提高辐射照度，优选以使几乎全部光点包含于波长变换部11的被照射面的方式，将从激光发光装置10发出的光照射到被照射面。
另外，为了提高发光亮度，优选使波长变换部11的尺寸足够小，而将从激光发光装置10发出的光照射到波长变换部11的被照射面的整个面。即使通过减小波长变换部11的尺寸，将光照射到被照射面的整个面，也能得到足够的发光亮度。
此外，在发光装置3中，也可以将由透镜13b进行聚光的光的焦点从波长变换部11的表面挪移开，来增大光点面积。通过增大光点面积，能够将蓝色光的成分与荧光的成分均匀地混合，减轻发光色的不匀。为了有效地抑制颜色不匀，优选使光点面积为0.06mm2以上，将尽可能均匀的光照射到波长变换部11。抑制发光色的不匀从光的均匀性这一观点来看也是重要的，而这也会防止作为激发光的激光被直接输出，因此从安全性的观点来看也是重要的。另外，通过增大光点面积，能够缓和热的集中，防止裂纹的发生。
另外，波长变换部11的被照射部分离波长变换部11的外缘越近，散热性越提高。因此，通过将从激光发光装置10发出的光的焦点从波长变换部11的表面挪移开，使波长变换部11的被照射面上的光点面积为被照射面的整个面积的大约50％以上，能够有效地抑制波长变换部11所包含的荧光体的发热。
不过，当照射部分的位置难以控制，从激光发光装置10发出的光的一部分有可能从波长变换部11偏离开的情况下，优选使波长变换部11的被照射面上的从激光发光装置10发出的光的光点面积为被照射面的整个面积的大约90％以下。
波长变换部11由保持构件30保持。为了散发从波长变换部11发出的热，优选保持构件30包括热传导率高的陶瓷或金属。作为陶瓷，例如使用氮化铝、氧化铝或者SiN。另外，作为金属，例如使用Cu或者Al。
〔波长变换部的保持结构〕
图16～20是示出第2实施方式的波长变换部11的保持结构的例子的截面图。
在图16所示的保持结构中，波长变换部11被保持在保持构件30的面上。通过将填充剂62填充到波长变换部11与保持构件30的间隙，波长变换部11被固定于保持构件30。
作为填充剂62，例如，优选使用热传导性高的散热用硅酮系树脂、高反射硅酮系树脂、反射率及热传导率高的烧结银等。此外，也可以不使用填充剂62，而是使保持构件30塑性变形来将波长变换部11机械地固定。
图17所示的波长变换部11在其底面(保持构件30侧的面)上具有使可见光反射的膜状的二向色滤光片63。通过设置二向色滤光片63，能够提高波长变换部11的底面上的反射率，提高光取出效率。使用该二向色滤光片63的方法与例如将波长变换部11的底面或保持构件30的上表面镜面化来提高反射率的方法相比，波长变换部11与保持构件30之间不含空气层，因此，能够抑制光的散射所致的光取出效率的下降。
作为将波长变换部11与保持构件30接合的接合剂64，例如能够使用导电片、焊料、烧结金属或者树脂粘接剂。此外，二向色滤光片63也可以形成在底面以外的面上，只要是波长变换部11的光取出面以外的面即可。
图18所示的波长变换部11在其底面(保持构件30侧的面)上具有金属膜56。通过设置金属膜56，能够提高波长变换部11的底面上的反射率，提高光取出效率。
金属膜56是通过将波长变换部11的表面进行金属化来形成。例如，将单片化为波长变换部11之前的单晶荧光体板或者由用粘合剂粘接的多个单晶荧光体粒构成的板状构件的表面进行金属化，然后单片化为波长变换部11，由此得到金属膜56。
波长变换部11由接合剂64固定到保持构件30。此外，润滑脂虽然容易加工，但反射率低，接合力弱，因此不适于用作接合剂64。
图19所示的波长变换部11在光取出面上涂布有混合于未图示的透光性担载剂的粉末状的散射剂57。从波长变换部11取出的光由于散射剂57而散射，因此，强度分布、颜色分布被均匀化。
优选散射剂57、荧光体粉末的粒径为5～50μm。在粒径不足5μm的情况下，反射损失增加，若粒径超过50μm，则散射剂57的层的厚度的控制变困难。作为透光性担载剂，例如能够使用玻璃系粘接剂、或者耐热树脂制成的粘接剂。波长变换部11由接合剂64固定到保持构件30。
也可以使用荧光体粉末将散射剂57取代，来调整发光色。
图20所示的波长变换部11与图11C所示的波长变换部11相同。另外，也可以是与图11A所示的波长变换部11相同。波长变换部11由接合剂64固定到保持构件30。
[第3实施方式]
第3实施方式是示出第1实施方式和第2实施方式的发光装置的使用例的实施方式。
图21是示意性地示出第3实施方式的车辆70的前照灯周边的构成的框图。
车辆70具有：前照灯71；电源73，其向前照灯71等供电；以及控制部74，其基于输入到输入部72的指示，对电源73进行控制。
图22是示出作为前照灯71所包含的发光装置的一个例子的发光装置2a的构成的示意图。发光装置2a具有向图3所示的发光装置2附加了反射器25的构成。反射器25装配到保持构件12等，使从波长变换部11取出的白色光反射来对其赋予指向性。
图23是示出作为前照灯71所包含的发光装置的另一个例子的发光装置3a的构成的示意图。发光装置3a具有向图14所示的发光装置3附加了反射器25的构成。
另外，在发光装置3a中，对于1个波长变换部11，使用了2个激光发光装置10，从2个激光发光装置10发出的光分别从不同的方向照射到波长变换部11。反射器25装配到保持构件12等，具有用于供从2个激光发光装置10发出的光通过的孔。
图24是示意性地示出第3实施方式的投影仪80的构成的框图。
投影仪80具有：光源部81；控制部84，其基于输入到输入部82的指示，对光源部81等进行控制；电源83，其向光源部81等供电；光学系统85，其对从光源部81发出的光附加图像信息并送向投射透镜86；以及投射透镜86，其将图像向外部的屏幕进行投影。
图25是示出作为光源部81所包含的发光装置的一个例子的发光装置1a的构成的示意图。发光装置1a具有向图2所示的发光装置1附加了超窄角透镜14的构成。超窄角透镜14装配到保持构件12等，对从波长变换部11取出的白色光赋予指向性。
图26是示出作为光源部81所包含的发光装置的另一个例子的发光装置2b的构成的示意图。发光装置2b具有向图3所示的发光装置2附加了超窄角透镜14的构成。
图27是示意性地示出第3实施方式的探照灯90的构成的框图。
探照灯90具有：光源部91；电源93，其向光源部91等供电；以及控制部94，其基于输入到输入部92的指示，对电源93进行控制。
光源部91例如能够使用图26所示的发光装置2b。
图28是示意性地示出第3实施方式的远程照明100的构成的框图。
远程照明100具有：光源部101a、101b；电源103，其向光源部101a、101b等供电；以及控制部104，其基于输入到输入部102的指示，对电源103进行控制。光源部101a与光源部101b分别包含在用线缆连接的不同箱体内，使用者能仅拿着包含光源部101b的部分来照亮对象。
图29是示出作为前照灯71所包含的发光装置的一个例子的发光装置4a的构成的示意图。发光装置4a具有向图15所示的发光装置4附加了反射器25的构成。
另外，在发光装置4a中，对于1个波长变换部11，使用了2个激光发光装置10，从2个激光发光装置10发出的光分别从不同的方向照射到波长变换部11。反射器25装配到保持构件12等。
另外，在发光装置4a中，激光发光装置10包含于光源部101a，波长变换部11包含于光源部101b。
(实施方式的效果)
根据上述实施方式，通过使用高输出的激光二极管、以及高温下的量子效率、温度消光特性优异的单晶荧光体，能够提供高亮度的发光装置。
实施例1
在图30所示的保持结构中，调查了波长变换部11发生裂纹时照射的光的辐射照度。
在本实施例的波长变换部11中，如图30所示，在上表面上形成有防反射膜59，另外，在底面上形成有仅使蓝色的波长的光透射过而使蓝色以外的波长的光反射的膜状的二向色滤光片51。另外，波长变换部11由涂布于侧面的高反射硅酮系树脂65固定到保持构件12。
另外，在本实施例中，作为波长变换部11，使用的是平面形状的一边的长度为0.4mm的长方体的YAG系单晶荧光体，作为保持构件12的材料，使用的是Al。并且，将输出为0.96W(投入电流为1A)的激光向波长变换部11的防反射膜59侧的面以2.6×10-4mm2的光点面积进行了照射。
结果发现，在辐射照度为3692W/mm2以上时发生裂纹。因此，在辐射照度变为3692W/mm2以上的情况下，需要降低激光发光装置10的输出，或者将在波长变换部11的表面附近聚光的光的焦点挪移开，来增大光点直径。
实施例2
在图5A所示的保持结构中，调查了波长变换部11和保持构件12之间的接触面积与波长变换部11的温度的关系、以及波长变换部11和保持构件12之间的接触面积与波长变换部11的总光通量的关系。在本实施例中，作为波长变换部11，使用的是长方体的YAG系单晶荧光体。
图31是示出接触面积比例与波长变换部11的温度的关系、以及接触面积比例与波长变换部11的总光通量的关系的坐标图。在此，所谓接触面积比例，是指，波长变换部11与保持构件12接触的面积和波长变换部11的整个表面积之间的比例。
如图31所示，通过使接触面积比例为30％以下，能够使波长变换部11的总光通量成为最大值的90％以上。另外，通过使接触面积比例为10％以上，能够使温度成为量子效率的下降小的250℃以下。
实施例3
在图32A所示的保持结构中，调查了照射到构成波长变换部11的1个YAG系单晶荧光体的光的辐射照度与1个YAG系单晶荧光体的总光通量的关系。在实施例3中，作为1个YAG系单晶荧光体，使用的是直径20mm的圆板状的YAG系单晶荧光体。
另外，在图32B所示的保持结构中，调查了照射到作为比较例的粉末荧光体67的光的辐射照度与粉末荧光体67的总光通量的关系。粉末荧光体67是烧结在直径20mm的圆板状的蓝宝石板66的表面上的粉末状的YAG系多晶荧光体。
另外，在图32B所示的保持结构中，取代粉末荧光体67而将构成波长变换部11的粒子状的YAG系单晶荧光体的集合体设置到蓝宝石板66上，调查了照射到此的光的辐射照度与总光通量的关系。粒子状的YAG系单晶荧光体的集合体是通过将YAG系单晶荧光体块进行粉碎而得到的。
在图32A、32B所示的保持结构中，使用的是包括铝的保持构件12。另外，作为发出向这些保持结构的波长变换部11及粉末荧光体67照射的光的激光发光装置10，使用的是具有发光波长为448nm的蓝色LD的装置。
图33A是示出对发出向这些荧光体照射的光的激光发光装置10的投入电流与总辐射通量的关系的坐标图。
图33B是示出实施例3的照射到构成波长变换部11的1个YAG系单晶荧光体和粒子状的YAG系单晶荧光体的集合体的光的辐射照度与总光通量的关系、以及比较例的照射到粉末荧光体67的光的辐射照度与总光通量的关系的坐标图。
在图33B的评价中，在将对激光发光装置10的投入电流固定为2A(总辐射通量为2.074W)的状态下，通过使波长变换部11和粉末荧光体67的被照射面(图32A、32B中的下侧的面)上的光点面积变化，而改变了辐射照度。例如，辐射照度为6104W/mm2时的光点面积是0.00034mm2，辐射照度为8296W/mm2时的光点面积为0.00025mm2。
根据图33B，当增加辐射照度时，粉末荧光体67是在辐射照度达到大约100W/mm2时总光通量开始下降，粒子状的YAG系单晶荧光体的集合体是在辐射照度达到大约500W/mm2时总光通量开始下降。另外，1个YAG系单晶荧光体是即使辐射照度达到了大约10000W/mm2也未见总光通量下降。这一结果表示，粒子状的YAG系单晶荧光体的集合体与粉末荧光体67相比，不易发生温度消光，1个YAG系单晶荧光体更不易发生温度消光。
实施例4
在图7所示的保持结构中，调查了照射到波长变换部11的光的辐射照度与从波长变换部11取出的光的照度的关系。在实施例4中，作为波长变换部11，使用的是平面形状的一边的长度为0.4mm，厚度为0.3mm的长方体的YAG系单晶荧光体。
作为发出向实施例3的波长变换部11照射的光的激光发光装置10，使用的是具有发光波长为448nm的蓝色LD的装置。
图34A是示出实施例4的对激光发光装置10的投入电流与总辐射通量的关系的坐标图。
图34B是示出实施例4的照射到波长变换部11的光的辐射照度与从波长变换部11取出的光的照度的关系的坐标图。
在图34B的评价中，在将对激光发光装置10的投入电流固定为2A的状态下，通过使波长变换部11和粉末荧光体67的被照射面(图34B中的下侧的面)上的光点面积变化，而改变了辐射照度。例如，辐射照度为40.32W/mm2时的光点面积是0.034mm2，色度坐标x、y是0.3471、0.4158。
从图34B所示的波长变换部11取出的光的照度与没有带通滤光片52的情况相比，高了20～30％。
实施例5
在实施例5中，模拟了从激光发光装置10发出的光在波长变换部11的被照射面上的光点面积与从波长变换部11取出的光的颜色不匀的关系。
在该模拟中，将向波长变换部11照射光的LD的输出、发光波长分别设为2.27W、450nm，将波长变换部11设为厚度0.3mm的YAG系单晶荧光体。然后，模拟了在与波长变换部11相距29.6mm之处设定的一边的长度为200mm的正方形的受光面上光的颜色分布。
图35A、35B分别示出波长变换部11的被照射面的光点面积为0.048mm2、0.060mm2的情况下的上述受光面上的光的颜色分布。在图35A的受光面上看得到蓝色光的逸出，产生了颜色不匀。另一方面，在图35B的受光面看不到蓝色光的逸出，未产生颜色不匀。
从实施例5的模拟的结果来看，通过使波长变换部11的被照射面的光点面积为0.060mm2以上，颜色不匀得到了抑制。由此确认了通过将光的焦点挪移开来增大光点面积，能够抑制发光色的不匀。此外，用于抑制颜色不匀的光点面积的阈值根据波长变换部11的尺寸、LD的输出等而不同。
以上，说明了本发明的实施方式和实施例，但本发明不限于上述实施方式和实施例，能在不脱离发明主旨的范围内进行各种变形实施。另外，能够在不脱离发明主旨的范围内将上述实施方式和实施例的构成要素任意进行组合。
另外，上面所记载的实施方式和实施例不限定权利要求所涉及的发明。另外，应当注意，实施方式和实施例中所说明的特征的所有组合对用于解决发明的问题的方案来说并非都是必须的。
工业上的可利用性
提供一种通过激光二极管与荧光体的组合发出白色光的高亮度的发光装置。
附图标记说明
1、1a、2、2a、2b、3、3a、4、4a…发光装置，10…激光发光装置，11…波长变换部，13a、13b…透镜，21…光纤。

Claims (7)

1.一种发光装置，具有：
激光二极管，其发出蓝色光；以及
波长变换部，其将上述激光二极管发出的光的一部分吸收并对波长进行变换，
上述波长变换部包含YAG系的单晶荧光体，
从上述激光二极管发出并照射到上述波长变换部的光的辐射照度为80W/mm2以上。
2.根据权利要求1所述的发光装置，
具有使从上述激光二极管发出的光聚光的透镜，
由上述透镜聚光后的光照射到上述波长变换部。
3.根据权利要求1所述的发光装置，
具有对从上述激光二极管发出的光进行传输的光波导，
由上述光波导进行传输后的光照射到上述波长变换部。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光装置，
上述波长变换部包括1个上述单晶荧光体。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的发光装置，
上述波长变换部包括通过粘合剂相互粘接的多个粒子状的上述单晶荧光体。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的发光装置，
上述单晶荧光体具有由组成式(Y1-a-bLuaCeb)3+cAl5-cO12(0≤a≤0.9994，0.0002≤b≤0.0067，-0.016≤c≤0.315)表示的组成。
7.根据权利要求1至6中的任意一项所述的发光装置，
上述波长变换部由散热构件保持，上述散热构件包括氮化铝、氧化铝、SiN、Cu或者Al，对从上述波长变换部发出的热进行散热。
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