JP2008311512A

JP2008311512A - 発光装置

Info

Publication number: JP2008311512A
Application number: JP2007159112A
Authority: JP
Inventors: Takuji Sugiyama; 卓史杉山; Shinichi Nagahama; 慎一長濱; 敦智 ▲濱▼; Atsutomo Hama; Yukihiro Hayashi; 幸宏林; Naoto Morizumi; 直人森住
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-12-25

Abstract

【課題】高出力かつ長寿命の発光装置を提供することを目的とする。
【解決手段】台座１１４と、台座１１４に搭載された発光素子チップ１０４と、発光素子チップ１０４から離間し、かつ、発光素子チップ１０４からの光を吸収し波長変換することが可能な波長変換部材１０９と、波長変換部材１０９を保持し発光素子チップ１０４を包囲するように台座１１４に固定された枠体と、波長変換部材１０９からの光を導出する導光部材２０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子と導光部材と波長変換部材とを有する発光装置に関する。

従来から、高い出力で色情報が正確に再現されるような発光装置が求められている。今日では、その光源として、発光ダイオード（以下「ＬＥＤ」ともいう。）、レーザダイオード（以下「ＬＤ」ともいう。）等の発光素子を用いることが提案されている（例えば、特許文献１）。

ＬＥＤ及びＬＤは、小型で電力効率が良く、鮮やかな色で発光し、球切れ等の心配がない。特に、ＬＤは、ＬＥＤよりも光密度が高いため、より高輝度の発光装置を実現することができる。

特表２００３−５１５８９９号公報

しかし、例えば、特許文献１に記載されたＬＥＤ及びＬＤ等において、波長変換部材を介して、ＬＥＤ又はＬＤからの光を外部に放出する場合、波長変換部材が光に起因する熱により劣化してしまい、発光素子からの光を十分に外部に放出できなくなったり、場合によっては波長変換部材が変色してしまい発光装置として使用できなくなったりする等の問題があった。

本発明は、上記課題を解決するためのものであり、高出力かつ長寿命の発光装置を提供することを目的とする。

本発明の発光装置は、
台座と、台座に搭載された発光素子チップと、発光素子チップから離間し、かつ、発光素子チップからの光を吸収し波長変換することが可能な波長変換部材と、波長変換部材を保持し発光素子チップを包囲するように台座に固定された枠体と、波長変換部材からの光を導出する導光部材と、を有している。

かかる構成によれば、波長変換部材やその周辺部材の熱による劣化、変色を軽減することができる。

枠体は、台座と断熱材を介して固定されていてもよい。かかる構成によれば、波長変換部材などの放熱性を向上させることができる。

枠体は、表面に熱伝導部材を有していてもよい。かかる構成によれば、波長変換部材などの放熱性を向上させることができる。

本発明によれば、高出力かつ長寿命の発光装置を提供することができる。

以下、本発明の発光装置を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す発光装置は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、本発明を以下のものに特定しない。また、特定的な記載がない限りは、構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を一の部材で構成することもできるし、逆に、一の要素を複数の部材で構成することもできる。

＜実施の形態１＞
図１は本発明の発光装置の全体を示す概略図であり、図２は本発明の発光素子の詳細な構成を示す概略図である。
本実施の形態の発光装置は、発光素子チップ１０４と、台座１１４と、枠体１０３と、波長変換部材１０９と、導光部材２０とから主として構成される。
（構造）
この発光装置１０は、円盤形状のステム底部１の底面（図２における下面）からリード１０８が鉛直方向に延伸されている。このリード１０８は外部電極と電気的に接続可能である。さらに、ステム底部１の縁周近傍であって、ステム底部１の上面（図２における上面）から垂直方向に、円筒形状の枠体１０３が接着されてなる。枠体１０３の側面の上端は環状の上面により被覆される。枠体１０３の上面の中央部には、枠体１０３の上面の厚さ方向において、枠体の内外と貫通した貫通孔が形成されている。また、本実施の形態の発光装置１０において、枠体１０３の貫通孔には波長変換部材１０９が備えられている。

また、枠体１０３の内部において、ステム底部１の上面から直立した柱状のステム柱体２が載置される。また、ステム柱体２の側面には、発光素子チップ１０４がＡｕ−Ｓｎ等の接着材を介して装着される。さらに、図示しないが、発光素子チップ１０４はワイヤー等を介して電気的にリード１０８と接続されており、これにより外部電極と接続可能となる。また、発光素子チップ１０４は、枠体１０３内の幅方向におけるほぼ中央部に位置される。従って、必然的に、該発光素子チップ１０４を固着するステム柱体２は、ステム底部１の中央部より円周方向へ偏心した位置に載置されることになる。ここで、ステム底部１及びステム柱体２とは、便宜上、場所に応じて個々に命名したものであって異部材とは限らない。両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。本明細書では、ステム底部１とステム柱体２とから構成される部材を台座１１４と称す。

また、台座１１４とキャップ１５の形状は、発光素子チップ１０４を封止できるものであれば図２に示すものに限定しない。例えば、台座１１４を構成するステム底部１を、内部に空洞を有する略筒状とし、その上部を閉塞する枠体１０３を略円盤状とすることもできる。

さらに、発光素子チップ１０４は、光出射面１１を上面（図２おける上側）に備えており、光出射面１１が枠体１０３の上面３ａと対向するよう離間して載置される。また、発光素子チップ１０４の出射光軸は、枠体１０３の上面３ａの中心軸とほぼ重なる。つまり、発光素子チップ１０４から出射される光の中心軸は発光装置１０の中央軸とほぼ一致する。尚、本発明における光出射面とは、その面全てから光が出射されるものだけを意味するのではなく、面の一部から光が出射されるものも含む。

この発光素子チップ１０４、台座１１４、枠体１０３、及び波長変換部材１０９から構成される部材を発光素子１１と称す。上記の発光素子１１において、発光素子チップ１０４からの励起光は、波長変換部材１０９へ入射する。波長変換部材１０９に入射した光の一部は、蛍光物質を励起して、発光素子チップ１０４から出射した光とは波長が異なる光を生じさせる。この波長が異なる光と、蛍光物質を励起することなく波長変換部材１０９を通過した発光素子チップ１０４からの光と、が合成されて、発光素子１１から出射される。
導光部材２０は、発光素子１１の光出射側に取り付けられる。発光素子１１から出射した光は、導光部材２０を伝播して発光装置の外へ出射される。
以下に個々の部材について説明する。

（発光素子チップ）
発光素子チップ１０４は、特に限定されるものではないが、好ましくはＬＤやＬＥＤを用いることができる。これらを使用することにより、初期駆動特性に優れ、振動やオン・オフ点灯の繰り返しに強く、小型で発光出力の高い発光装置とすることができる。

特に、ＬＤはＬＥＤに比較して光密度が高いので、ＬＤを用いると発光装置としての輝度は容易に向上するものの、光密度が高いゆえに波長変換部材１０９が容易に発熱し、劣化、変色しやすい。本願発明は、熱による波長変換部材１０９への悪影響を大幅に軽減することができるので、発光素子チップ１０４としてＬＤを用いる場合に特に効果的である。

（波長変換部材）
波長変換部材１０９は、発光素子チップ１０４からの光を波長変換するものであり、例えば、蛍光体のみから構成されるもの、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等の有機部材、低融点ガラス、セラミック等の無機部材などの透光性部材に蛍光体を含有させたものが挙げられる。

波長変換部材１０９は、発光素子チップ１０４からの光の少なくとも一部を吸収し、異なる波長領域に波長を変換して、赤系色、緑系色、青系色等に発光スペクトルを有する光を放出する。蛍光体は、少なくとも発光素子チップ１０４からの光を波長変換するものであればその種類は特に限定されず、種々のものを用いることができる。本発明の発光装置では、例えば、発光素子チップ１０４からの光と１以上の蛍光体からの光が合成されたり、２以上の蛍光体からの光が合成されたりして、白色系の色とすることができる。なお、良好な演色性を得るためには、照射光の平均演色評価数（Ｒａ）が７０以上、さらに８０以上となるような材料によって構成されることが好ましい。

代表的な蛍光体としては、銅で付括された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付括されたYAG系蛍光体およびLAG系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度かつ長時間の使用時においては、（Re_1-xSm_x）₃（Al_1-yGa_y）₅O₁₂:Ce（0≦x＜1、0≦y≦1、但し、Reは、Y、Gd、La、Luからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。またＹＡＧ、ＬＡＧ、ＢＡＭ、ＢＡＭ：Ｍｎ、ＣＣＡ、ＳＣＡ、ＳＣＥＳＮ、ＳＥＳＮ、ＣＥＳＮ、ＣＡＳＢＮ及びＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕからなる群から選択される少なくとも１種を含む蛍光体が使用できる。光源からの励起光と、この励起光における波長変換効率の良好な蛍光物質と、を組み合わせることによって、発光出力の高い発光装置を得ることができるとともに、種々の色味の光を得て、演色性の高い出射光を得ることができる。

本発明における波長変換部材１０９には、任意に、ＳｉＯ₂等のフィラーを含有させることもできる。フィラーは、照射された光を反射、散乱させるためのものである。これにより、混色が良好になるとともに色むらを低減させることができる。また、波長変換部材１０９にフィラーを混合することにより、その粘度を調整することができるので、後述する枠体１０３等に容易に配置させることができる。

波長変換部材１０９は、発光素子チップ１０４側から、蛍光体を含む無機部材で構成される第１の層、第１の層に含まれる蛍光体と同一又は異なる種類の蛍光体を含む有機部材で構成される第２の層等を順に配置させて構成してもよい。これにより、比較的劣化しやすい発光素子チップ１０４に近い第１の層の劣化を軽減することができ、結果として発光装置の寿命を向上させることができる。また、蛍光体を含まない透光性部材を、波長変換部材中の任意の位置に組み合わせて用いてもよい。

一般に、一部の光は波長変換されずに熱となる。また、本発明では、波長変換部材への光の導出部分は非常に細いため、波長変換部材への光の集中、それにともなう発熱は著しいが、本発明の発光装置は、このような場合であっても波長変換部材１０９の劣化、変色を効果的に軽減させることができる。

（台座）
本明細書では、ステム底部１とステム柱体２とから構成される部材を台座１１４と称す。
ステム底部及びステム柱体９の材質は、枠体１０３との接着性や、放熱性の良いものであれば特に限定されず、例えば銅、または銅に少なくともＷ、Ｍｏのいずれか一つを含有させた合金、真鍮等が挙げられる。ステム底部３及びステム柱体９は熱膨張係数の近い材質の組み合わせが好ましい。これにより両者の接合性を高めることができる。また、ステム底部9およびステム柱体7は、異部材とは限らず、両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。
また、台座は、後述する波長変換部材を備える枠体１０３と共に構成される内部空間内に、発光素子チップ１０４を気密状態で固定できるものであれば、その形状は限定されない。例えば、図２では台座のステム底部１０１を略円盤形状の平面とし、上方に波長変換部材１０９を有する略円筒形状の枠体１０３を設置する構成を採用した。

（枠体１０３）
枠体１０３の上面のほぼ中央に、枠体13の上面の厚さ方向において枠体１０３の内外と開通した開口部が形成される。熱源である発光素子チップ１０４と枠体の離間距離を大きくとることにより、熱による損傷を低減できる。両者の離間距離が大き過ぎると、発光素子チップ１０４からの出射光を光透過体内ヘ高効率で集光し難くなるので、発光素子チップ１０４の指向性を考慮して離間距離を決定するのが好ましい。
枠体１０３の材質は、熱伝導率の高いものが好ましい。これにより、波長変換部材１０９を枠体１０３により保持した場合、波長変換部材１０９から生じる熱を放熱可能にする。具体的に述べると、波長変換部材１０９からの発熱は枠体１０３に伝送され、さらに枠体１０３の側面の下部で連結されたステム底部9へと熱伝導し、放熱される。つまり、波長変換部材１０９からの発熱は枠体１０３を経由してステム底部9へと伝熱される。
一方で、発光素子チップ１０４からの発熱はステム柱体7を経由してステム底部9へと熱伝導され、放熱される。換言すれば、異なる熱源に対して個別のヒートシンク部材を設けているので、各々を効率よく放熱できる。
このように放熱効果を高めるため、枠体１０３の材質としては、SPC、コバール、アルミニウム、銅、真鍮、またはアルミナ、窒化アルミナ、SiC等のセラミック系のものが挙げられる。また、枠体１０３は、その下端面においてステム底部9と接着するので、ステム底部9の部材との接着性を考慮して材質を決定するのが好ましい。具体的には、枠体１０３の材質を、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール）、ニッケル、ＳＵＳ等の鉄系材料またはそれらの合金とすればよい。そして、枠体１０３とステム底部9とに所定の電圧差を印加して通電させ、両者の接着面を溶融後に結合させる際に、両者の固着度が高まり、台座１１４と枠体１０３により内部の発光素子チップ１０４を気密に封止することが可能になる。なお、枠体１０３とステム底部9との固着は、抵抗溶接のほか、ＹＡＧレーザ溶接あるいは他の溶接方法を用いてもよい。

（熱伝導部材）
枠体１０３の表面には、熱伝導部材を有していてもよい。
熱伝導部材は、枠体１０３の表面全体に形成してもよい。また、熱伝導部材は、枠体１０３の表面のうち、波長変換部材１０９が配置される部分に形成されることが好ましい。
なお、本発明は、熱伝導部材を形成する手段を限定するものでないが、熱伝導部材を形成する手段としては、例えば、蒸着やスパッタリング、メッキなどが考えられる。熱伝導部材の材料としては、例えば、Ａｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ、またはこれらを含む合金や多層膜などが挙げられる。
このような熱伝導部材を設けることで、波長変換部材１０９に生じる熱を効率よく放熱することができる。
なお、上記の熱伝導部材は、反射膜としても機能する。

（発光素子１１の変形例）
以下に、発光素子１１の変形例について説明する。
図３は、発光素子１１の変形例を示す概略図である。
この発光装置１ｆでは、光源の発光素子チップ１０４の出射方向を台座１１４の上面と平行方向である側方向とし、この側方向に開口した略筒状の枠体１０３を有する。開口部は、波長変換部材１０９によって閉塞されている。このように、発光素子１１は、必ずしも枠体１０３の上面側を出射方向とする必要はない。

（導光部材）
導光部材２０は、長手方向に延伸するとともに、屈曲可能に構成されている。これにより、所望の位置に光を容易に導出することができる。なお、導光部材２０の断面は円形が好ましいが、これに限定されるものではない。導光部材２０の径は、特に限定されないが、例えば、３０００μｍ以下、１０００μｍ以下、４００μｍ以下、さらには２００μｍ以下のものを用いることができる。導光部材２０の径とは、その断面が円形でない場合は、断面における平均の径とする。

導光部材２０の一端には発光素子１１が配置され、発光素子１１から出射された光が導光部材２０へ入射する。導光部材２０へ入射した光は、導光部材２０を伝播し、他端から出射される。導光部材２０は、発光素子１１からの光を導くものであればよく、特に限定されるものではないが、好ましくは光ファイバとすることができる。光ファイバは、発光素子１１からの光を効率よく導出可能であるので好ましい。光ファイバは、通常、内側に屈折率の高いコアが、外側に屈折率の低いクラッドが配置されて構成される。また、導光部材２０の入射側の端部及び／又は出射側の端部の形状は特に限定されず、平面、凸状レンズ、凹状レンズ、少なくとも部分的に凹凸を設けた形状等、種々の形状とすることができる。例えば、導光部材２０を光ファイバとする場合、各端部においてコア及び／又はクラッドを上記形状とすることができる。

（被覆部材）
本発明の発光装置においては、導光部材２０の先端、つまり光源に接続されていない端部が、被覆部材によって支持されていることが好ましい。このような被覆部材により、導光部材２０からの出射光を固定することが容易となる。また、その材料や形状に応じて発光効率を向上させることができるとともに、複数の導光部材２０に波長変換部材１０９を光学的に連結させる際に、発光装置としての組み立てが容易となる。したがって、被覆部材は、導光部材２０を支持し得るものであれば、どのような材料及び形状で構成されていてもよい。

被覆部材は、励起光及び／又は波長変換された光を反射する材料、又は波長変換ロスによって発生した熱を逃がす材料、つまり光に対する反射率が高い、熱伝導性が高い、いずれかの材料又はこれらの性質の両方を備える材料で形成されていることが好ましい。例えば、励起光及び／又は波長変換された光に対して８０％以上の反射率及び／又は０．１Ｗ／ｍ・℃以上の熱伝導性を有するものが好ましい。具体的にはＡｇ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ダイヤモンド、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、真鍮、カーボン、銅、硫酸バリウム等が挙げられる。なかでも、Ａｇを用いた場合には、反射率と熱伝導性が高いため、好ましい。

被覆部材は、例えば、複数の導光部材２０の外周を取り囲むような円筒形状であってもよいし、導光部材２０の端面に種々の機能を付与するために各種の機能膜／部材等が一体的に又は別個に取り付けられたものでもよいし、導光部材２０の端面や各種機能膜／部材等を被覆するためのカバー又はキャップ等が一体的に又は別個に取り付けられたものでもよい。

（レンズ）
図４は、本発明の発光装置の一例を示す概略図である。
本発明の発光装置では、例えば、光透過体と導光部材２０の入射側の端部との間に、レンズ１３が設けられていてもよい。
レンズ１３は、光透過体から射出された光が、導光部材２０の入射部に集光される限り、どのような形状でもよく、発光素子１１と入射部との間に、複数枚並べて配置してもよい。レンズ１３は、無機ガラス、樹脂等により形成することができ、なかでも、無機ガラスが好ましい。発光素子１１と導光部材２０との間にレンズ１３を備え、レンズ１３を介して発光素子１１から射出された光を導光部材２０へ導出することができることにより、発光素子１１からの射出する光を集光させ、効率よく導光部材２０に導出することができる。

（拡散部材）
図５は、本発明の発光装置の一例を示す概略図である。
導光部材２０の出射側の先端部に、光拡散物質を含む拡散部材５０を備えてもよい。拡散部材５０の形状としては、例えば円盤状、球状、半球状等、種々の形状とすることができる。光拡散物質として、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、銀、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。また、外来光や発光素子１１からの不要な波長をカットするフィルタ効果を持たせたフィルタ材として、各種着色剤を添加させることもできる。また、拡散部材に凹凸を設けることで、光を拡散させてもよい。

＜内視鏡装置＞
図６は、本発明に係る内視鏡装置を示す概略構成図である。
第１の実施の形態に係る発光装置と、発光装置から放出される光を被写体に照射し、該被写体から反射される光による通常像を撮像する撮像部材と、を有する内視鏡装置ついて説明する。
本発明に係る内視鏡装置は、被写体９０である生体内部を観察したり、また観察しながら治療したりする際に用いられる。
内視鏡装置は発光装置と撮像部材４０とを有し、撮像部材４０は画像信号処理部４１と撮像素子４２とケーブル４３とを有する。

発光素子１１から射出された照明光１は、導光部材２０を伝って外部に放出される。この照明光１は被写体９０である患者の患部に照射される。被写体９０に照射された光のうちの一部は吸収され、一部は反射される。反射される反射光３は、撮像素子４２で撮像される。画像信号処理部４１にはテレビモニタを備え、撮像素子４２で撮像した画像信号を画像信号処理部４１に送信し、画像信号処理部４１で画像信号を処理してテレビモニタに被写体９０の画像を映す。

光ファイバ２０の先端に備える出力部２１には、被写体９０を撮像する撮像素子４２を備えたカメラヘッドが装着されている。観察光学系による患部等の光学像をカメラヘッド内の撮像素子４２で撮像し、ケーブル４３を介して画像信号処理部４１に伝送し、画像信号処理部４１の信号処理回路で信号処理して、映像信号を生成し、テレビモニタに出力して患部等の内視鏡画像を表示できるようにしている。

撮像素子４２を備えたカメラヘッドは、出力部２１とほぼ一体的に可動しえるように設ける。ただし、出力部２１から放出された照明光１が直接、撮像素子４２に入光しないようにすることが好ましい。
撮像素子４２は、被写体９０の光学像を電気信号に変換する電子部品（受光素子）の総称である。デジタルカメラではＣＣＤ（charge-coupled device）が広く普及しているが、ＣＭＯＳ（ＣＭＯＳ image sensor）を利用したものも使用され始めている。また、その他にイメージファイバ等も使用することが可能である。

また、上記の撮像部材等を用いて、発光装置の破損を検出する機能等を付加することも可能である。

＜実施の形態２＞
図７は本発明の発光装置の全体を示す概略図であり、図８は本発明の発光素子の部分的な構成を示す概略図である。
本実施の形態の発光装置は、前述した実施の形態１と比較して、発光素子の構成が異なる。本実施の形態の発光素子は、主として、発光素子チップ１０４及びこれを固定する台座１１４と、光透過体及びこれを支持する第１の枠体１１３と、波長変換部材１０９及びこれを支持する第２の枠体１２３と、を備える。

（構造）
本実施の形態の発光装置では、略円盤形状のステム底部１０１において、その上方には光源である発光素子チップ１０４が熱伝導状態に固定されており、下方にはリード１０８が連結されている。このリード１０８は外部電極と電気的に接続可能である。また、ステム底部１０１の上面の中央領域には柱状のステム柱体９が載置される。また、ステム柱体９の側面には、Ａｕ−Ｓｎ等の接着材を介して、発光素子チップ１０４が搭載される。

また、発光素子チップ１０４、及び発光素子チップ１０４が搭載されたステム柱体９を包含するように第１の枠体１１３が接着される。第１の枠体１１３は、その内部の少なくとも一部が開口された略円筒状であって、底部は台座の縁周領域と連結されてなる。さらに、第１の枠体１１３の開口部分を閉塞するように光透過体が装着され、これにより台座１１４及び第１の枠体１１３でもって形成される内部の開口部は、気密封止された封止領域１２を構成する。この封止領域１２内に発光素子チップ１０４が載置されることで、発光素子チップ１０４のライフ特性を向上させることができる。

また、第１の枠体１１３の開口部分に関して、本実施の形態の発光装置１では、発光素子チップ１０４の出射光を受光する第１の枠体１１３の上面の一部に、発光素子チップ１０４の出射方向において枠体の内外を貫通する第１貫通孔１０が形成されてなる。この第１貫通孔１０には、発光素子チップ１０４からの出射光の少なくとも一部の光を透過可能な光透過体５が固定されており、つまり光透過体５は第１の枠体１１３によって支持されている。光透過体５の径の中心軸は、光源である発光素子チップ１０４の光軸とほぼ同軸とする。また本明細書で「径」は直径を意味するが、「径」で定義したものであっても、円形に限らず、幅、長さを意味する場合もある。

また、本実施の形態に係る発光装置１は、略円筒状の第１の枠体１１３の外面側を、さらに第２の枠体１２３が被覆してなり、つまり２重の枠体構造を備える。第２の枠体１２３における幅（または径）及び高さは、第１の枠体１１３の径及び高さよりも大きく、第２の枠体１２３の内部には開口部が形成されてなる。また第２の枠体１２３は台座の周縁部から連結され、第１の枠体１１３の外周を包囲する。さらに、第２の枠体１２３において、発光素子チップ１０４からの出射光を受光する領域には、枠体の厚み方向において内外と貫通する第２貫通孔１１が形成されている。この第２貫通孔１１には波長変換部材１０９が封止されており、換言すれば波長変換部材１０９は第２の枠体１２３により支持される。波長変換部材１０９は、少なくとも受光した光の一部を波長変換でき、光源と異なる波長を有する光を出射可能とする。また、光透過体と波長変換部材１０９は離間かつ対向して位置しており、両者の径において中心軸はほぼ同軸である。
波長変換部材１０９から出射された光は、導光部材２０を伝播して装置外へ出射される。
以下に個々の部材について説明する。

（第１の枠体）
光透過体５を支持する第１の枠体１１３は、上述したように発光素子チップ１０４が載置される内部空間を気密封止できる材質、つまり連結される台座１１４及び光透過体５との接着性に優れた材質であって、さらには発光素子チップ１０４等の熱源からの伝導熱を放熱可能な材質であれば特に限定されない。一例としてＣｕ、Ａｌ、Ｎｉ、またはＮｉとＦｅとの合金、Ｆｅ、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール）、ステンレススチール（ＳＵＳ）等が挙げられる。ＳＵＳは、鉄にクロムを含有させた合金鋼であって、さらにニッケル、モリブデンを含有する場合もある。台座１１４及び第１の枠体１１３は、例えば抵抗溶接によって接合されることより、抵抗溶接の溶接性を良好にする材料が好ましい。

さらに、本実施の形態に係る台座１１４及び第１の枠体１１３は、両者の連接により形成される封止領域１２内に包含された発光素子チップ１０４を気密状態に維持できるものであれば、その形状は特に限定しない。例えば凹部形状であって上部に開口した台座１１４と、この上面を密封する平面状の第１の枠体１１３で構成することもできる。また、封止領域１２内の気密状態を維持する観点から、封止領域１２内に在する部品点数を低減させるのが好ましい。理想的には光源である発光素子チップ１０４のみを載置させるのが良い。ただ、発光装置の使用状況に応じて、封止領域１２内に、発光素子チップ１０４の温度を検出するサーミスタ（温度センサ）やペルチェモジュール、フォトダイオード（受光素子）、ツェナーダイオード（保護素子）、レンズ、サブマウント等を設けることも可能である。これにより発光素子チップ１０４の駆動状態を把握、或いは保護することができ、素子のライフ特性をさらに向上させることができる。

（光透過体）
また、第１の枠体１１３において、光源からの出射光を受光する受光領域に設けられた第１貫通孔１０は、第１の枠体１１３の厚さ方向に貫通されており、かつ発光素子チップ１０４と離間されて位置する。この第１貫通孔１０内に低融点ガラス等の接着材でもって光透過体５が固定でき、或いは接着材を使用せず、ガラス製の光透過体５と、第１の枠体１１３との間で化学反応により両者を固定できる。これにより第１貫通孔１０の貫通領域を閉塞状態とする。換言すれば光透過体５は第１の枠体１１３でもって支持される。光透過体５は、発光素子チップ１０４からの出射光の少なくとも一部を第１の枠体１１３の外側へと透過可能にしており、好適には発光素子チップ１０４からの出射光のほぼ全てを透過できるものとする。さらに光透過体５の径における中心軸は、発光素子チップ１０４の出射光における光軸とほぼ等しい。光透過体５の径は、発光素子チップ１０４からの出射光がほぼ全て進行できる大きさであれば特に限定しない。本明細書で言う「ほぼ全て」とは光の８０％以上を意味しており、この範囲内であれば、光源から発光装置１外への光取り出し効率が高まる。例えば、光透過体５における受光側の形状は、発光素子チップ１０４の光出射パターンとほぼ同じ形状、若しくは円形状とすることができる。光透過体５の径は、発光素子チップ１０４からの出射光のカバーできる径とすれば足り、入光部を必要以上に大きくする必要はない。換言すれば、光透過体５の受光側の形状は、発光素子チップ１０４の出射パターン及び、発光素子チップ１０４と光透過体５間との距離を考慮した光形状の面積を備えていればよい。

このように、光透過体５の受光側の形状及び面積を、発光素子チップ１０４の光出射面１３のそれとほぼ同一とすれば、発光素子チップ１０４からの指向性の高い出射光のほぼ全てを光透過体５内に導光できる上、いったん光透過体５内に進行した光が、戻り光となって再び発光素子チップ１０４側へと出射するのを防止できる。

また、光透過体５は、その両端間において、一貫した大きさの径を有する略環状、あるいは光進行方向につれて径が大きくなる逆テーパー形状、あるいは光進行方向につれて径の拡大率が小さくなる半円球形状や平凸形状としてもよい。例えば光透過体５の受光側と出射側で、その径の大きさを変化させ、具体的には出射側の径を受光側のそれよりも大きくすれば、光透過体５内に進行した光が、第１貫通孔１０の壁での反射等により発光素子チップ１０４へ戻るのを防止できる。上記の構造を満たせば、光透過体５の形状は特に限定されない。例えば円筒状の第１貫通孔１０に嵌合可能な、円盤形状の光透過体５とすると、貫通領域における径が一定であるため、部品の製造を容易とでき、不良品の発生を抑制して歩留まりの向上を実現できる。

また、光透過体５は少なくとも光の一部を透過する機能を有するものであって、透明色に限定しない。光透過体５の材質としてはガラスや樹脂、石英、サファイヤ等が一例として挙げられる。さらに、光透過体５は単層に限らず、層別に機能を有する複層とできる。

（第２の枠体）
第２の枠体１２３は、第１の枠体１１３の外面側に第１の枠体１１３と離間して構成され、第２の枠体１２３の底面領域で台座１１４と、接合される。また、第２の枠体１２３における、光透過体５を介した透過光を受光する領域には、第２の枠体１２３の厚み方向において内外と貫通した円筒状の第２貫通孔１１が形成されてなる。この第２貫通孔１１には波長変換部材１０９がシリコーン樹脂、セラミック、低融点ガラス等の接着材でもって装着され、第２貫通孔１１を閉塞する。第２の枠体１２３は、波長変換部材１０９との接着性に優れ、さらに波長変換部材１０９等の熱源より伝導する熱を、効率良く外部へと放出可能な材質であれば、特に限定されない。また、波長変換部材１０９と熱膨張係数が等しい部材を用いることが好ましく、より具体的にはコバールを含有する部材が好ましい。このようにすれば、波長変換部材１０９と第２の枠体１２３との熱膨張係数の差に基づいて、波長変換部材１０９や第２の枠体１２３などに不良が発生することを防止することができ、歩留まりを向上させることができる。尚、波長変換部材１０９と第２の枠体１２３とを樹脂で配置する場合には、上記と同様の理由により、第２の枠体１２３には、当該樹脂と同じ材質の部材を用いることが好ましい。

第２の枠体１２３の材質としては、第２の光透過体等の熱源からの伝導熱を放熱可能な材質であれば特に限定されない。一例としてＣｕ、Ｆｅ、Ａｌ、ステンレススチール（ＳＵＳ）、真鍮等が挙げられる。
第２の枠体１２３は、波長変換部材１０９を上述した位置に固定支持でき、波長変換部材１０９の光の出射側１８へ光を誘導できる形状の第２貫通孔１１に形成された内壁を有することが望ましい。これにより色ムラが低減され、光取り出し効率を向上させることができるからである。

＜実施の形態３＞
図９は本実施の形態に係る発光素子１１の詳細な構成を示す概略図である。
本実施の形態に係る発光装置は、前述した実施の形態１と比較して、発光素子１１が枠体１０３と台座１１４との間に断熱材１１６を有している点が異なる。
本実施の形態では、略円盤形状のステム底部１０１の上面には、その周縁部に中央部よりも低い凹部が形成されている。そして、この凹部に断熱材１１６が充填されている。さらに、この断熱材１１６に枠体１０３が例えば抵抗溶接等によって接合されている。
凹部に充填する断熱材１１６の材質としては、Ｆｅ、ＦｅとＮｉの合金等が挙げられる。
この凹部は、枠体１０３の形状に合わせて形成することが好ましい。例えば、枠体１０３が円筒状の場合は、リング状の凹部とすることが好ましい。
このようにすることで、波長変換部材１０９を保持する枠体１０３と、発光素子チップ１０４を搭載する台座１１４との間に断熱材１１６を挟むことになる。そのため、両者間の発熱が往来することを防止することができる。また、熱源である発光素子チップ１０４及び波長変換部材１０９の放熱経路を枝分かれした構造として、各熱源が放熱経路を個別に有することになるため放熱効果をより向上させることができる。

＜実施の形態３の変形例１＞
図１０は、実施形態３の変形例１に係る発光装置の一例を示す概略図である。
この発光装置10は、前述した実施形態の形態３の発光装置において、略円筒状の枠体１０３の内側の底面が断熱材１１６と台座１１４の両方に接している点が異なる。具体的には、ステム底部１０１の上面において、リング状の断熱材１１６の径を大きくすることで、枠体１０３の外側の底部は断熱材１１６と接し、内側の底部はステム底部１０１と接している。枠体１０３とステム底部１０１とによって構成される内部空間には、断熱材１１６が露出しない。したがって、波長変換部材１０９からの戻り光が断熱材１１６に吸収されることによる光の損失を低減することができる。

＜実施の形態３の変形例２＞
図１１は、実施形態３の変形例２に係る発光装置の一例を示す概略図である。
この発光装置10は、前述した実施形態の形態３の発光装置において、略円盤形状のステム底部１０１の上面に、リング状の断熱材１１６を配置するように変更したものである。この変形例においては、前述した実施形態の形態３のようにステム底部１０１の上面に凹部を形成する必要はない。このリング状の断熱材１１６の上に枠体１０３を接合させることにより、台座１１４と枠体１０３との間の断熱効果を高めることができる。

＜実施の形態３の変形例３＞
図１２は、実施形態３の変形例３に係る発光装置の一例を示す概略図である。
この発光装置10は、前述した実施形態の形態３の発光装置において、ステム底部１０１は、ステム柱体を有する領域と枠体１０３が接する領域が、断熱材１１６によって遮断されるように、該断熱材１１６を配置する点が異なる。
すなわち、この変形例のステム底部１０１は、略円盤状の第１のステム底部１０１ａと、第１のステム底部１０１ａよりも径が大きく、リング状の第２のステム底部１０１ｂとを有する。この変形例における断熱材１１６は、第１のステム底部１０１ａよりも径が大きく、かつ、第２のステム底部１０１ｂよりも径が小さいリング状である。リング状の断熱材１１６は、内側の側面が第１のステム底部１０１の側面と接するように固定される。また、第２のステム底部１０１は、内側の側面がリング状の断熱材１１６の外側の側面と接するように固定される。第１のステム底部１０１と第２のステム底部１０１は、両者の間に配置された断熱材１１６によって、熱の往来経路が遮断される。
ステム柱体は、第１のステムの上面に配置される。また、枠体１０３は、第２のステム底部１０１ｂの上面に配置される。したがって、この変形例においても、熱源である発光素子チップ１０４及び波長変換部材１０９の放熱経路を枝分かれした構造とすることができ、放熱効果を向上させることができる。

本発明の発光装置は、車両搭載用照明等の各種照明、ディスプレイ、インジケータ等に利用することができる。また、生体内部を撮像する内視鏡装置、狭い隙間及び暗い空間を照明することができるファイバースコープ等にも利用することができる。

本発明の発光装置の全体の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の断面構成の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の断面構成の一例を示す概略図である。本発明の発光装置の全体の一例を示す概略図である。本発明の発光装置の全体の一例を示す概略図である。本発明の内視鏡装置を示す概略図である。本発明の発光装置の全体の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の部分的断面構成の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の断面構成の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の断面構成の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の断面構成の一例を示す概略図である。本発明の発光装置における発光素子の断面構成の一例を示す概略図である。

符号の説明

１照明光
３反射光
１１発光素子
１３レンズ
２０導光部材
４１画像信号処理部
４２撮像素子
４３ケーブル
５０拡散部材
９０被写体
１０３枠体
１０４発光素子チップ
１０８リード
１０９波長変換部材
１１０発光素子の一部
１１３第１の枠体
１１４台座
１１６断熱材
１２３第２の枠体

Claims

台座と、前記台座に搭載された発光素子チップと、前記発光素子チップから離間し、かつ、前記発光素子チップからの光を吸収し波長変換することが可能な波長変換部材と、前記波長変換部材を保持し前記発光素子チップを包囲するように前記台座に固定された枠体と、前記波長変換部材からの光を導出する導光部材と、を有していることを特徴とする発光装置。
前記枠体は、前記台座と断熱材を介して固定されていることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
前記枠体は、表面に熱伝導部材を有していることを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。