JP2016122692A - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外周側面と、第1貫通孔を有する第1支持部材12と、蛍光体を含む透光部材14と、内周側面と、第2貫通孔とを有する第2支持部材16と、第1支持部材12の下方に配置された発光素子21と、を含み、室温において、第1支持部材12の外周側面が第2支持部材16の内周側面により固定されており、200℃以上800℃以下の第1の温度より高い温度において、第1支持部材12の外側寸法は、第2支持部材16の内側寸法よりも小さく、室温において、固定されていない状態の第1支持部材12の外側寸法は、固定されていない状態の第2支持部材16の内側寸法よりも大きく、第1の温度は、外側寸法と内側寸法とが逆転する温度であることを特徴とする発光装置100である。
【選択図】図1
Description
本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、振動する環境下で使用した場合でも光束値が低下しにくい発光装置の製造方法を提供することができる。
本発明者らは鋭意検討した結果、蛍光体ホルダと、蛍光体ホルダが配置されている下部支持部材とを、焼嵌めで固定することにより、発光装置から出射される光の光束値の低下を抑制できることを見出した。すなわち、詳細を後述するように、蛍光体ホルダと下部支持部材とを焼嵌めで固定することで、長時間の振動下での蛍光体ホルダの横方向への移動を抑制することができ、さらには接着材等により化学的に固着させる場合に比べて、取り外しが容易であるためメンテナンスが容易となる、本発明の発光装置に至ったものである。
図1は、第1の実施形態に係る発光装置の全体構成を示す概略断面図であり、図2は、光波長変換部10の断面を示す概略断面図である。図1および図2に示すように、第1の実施形態に係る発光装置100は、光を出射する光源部20と、光源部20の上面20aに設置され、光源部20から出射された光の波長を変換するための光波長変換部10とを含んでいる。光源部20は、発光素子21と集光レンズ22と筐体28とを備えており、発光素子21から出射された光は、集光レンズ22を通り、筐体28の上面の一部を貫通して設けられた出射口29へと収束されて、光波長変換部10に入射する。光波長変換部10は、光源部20の上面20aに配置された第2支持部材16と、第2支持部材16の上に配置された第1支持部材12と、第1支持部材12の内部に配置された透光部材14とを含む。光源部20から出射された光は、光波長変換部10における透光部材14を通過することにより、光の波長が変換される。第1支持部材12は蛍光体ホルダと呼ぶ場合があり、また第2支持部材16は下部支持部材と呼ぶ場合がある。
以下、各構成部材について詳述する。
図2に示すように、第2支持部材16は、凹部19を有している。凹部19は、側面(以下において、第2支持部材の内周側面16cと言う)と底面19aから構成されており、底面19aは第2支持部材16の上面16aの一部を形成している。第2支持部材16はまた、凹部19の底面19aから下面16bに貫通する第2貫通孔17を含む。第2貫通孔17は、光源部20の出射口29と光学的に繋がっており、第2貫通孔17の外周縁と出射口29の外周縁とが一致することが好ましい。
第1の実施形態に係る発光装置100では、焼嵌めの原理を利用して、第1支持部材12は第2支持部材16に固定されている。焼嵌めにより固定することで、第1の実施形態に係る第1支持部材12の外周側面12cは、第2支持部材16の内周側面16cとの接触面において、第2支持部材16の内周側面16cから圧縮応力を受けている。これにより、第1支持部材12は、凹部19の内側において、第2支持部材16により、出射方向に対して横方向への移動を拘束されている。このように、焼嵌めにより、第1支持部材12を第2支持部材16に固定することで、使用中の振動に伴う第1支持部材12の横方向へのずれを防止することができ、従って、発光装置100から出射される光の、振動下での使用に伴う光束値の低下を抑制することができる。
光波長変換部10として用いる際に、第1支持部材12の外周側面12cと第2支持部材16の内周側面16cとが接触する部分(接触部)を任意に2箇所選択する。そして、第1支持部材12と第2支持部材16とが分離した状態において、第1支持部材12におけるこの2箇所の接触部分間の距離をD1とし、第2支持部材16におけるこの2箇所の接触部分間の距離をD2としてよい。すなわち、図3Aに示される、第1支持部材12の左側の外周側面12cと第2支持部材16の左側の内周側面16cとは、光波長変換部10として用いる際には接触しており、同様に、図3Aに示される、第1支持部材12の右側の外周側面12cと第2支持部材16の右側の内周側面16cとは、光波長変換部10として用いる際には接触している。
外側寸法D1および内側寸法D2の測定は、それぞれ、第1支持部材12および第2支持部材16の断面を得て当該断面上で測定してもよく、また第1支持部材12および第2支持部材16を破壊することなく測定してもよい。
上述のように2箇所の接触部は任意に選択してよいが、好ましくは2箇所の接触部の距離が最大となるよう選択する。例えば、第2支持部材16の内周側面の上面視した形状が円形である場合は、2箇所の接触部は当該円の直径の両端となるように選択するのが好ましい。
しかし、外側寸法D1’および内側寸法D2’は、200℃以上と高温での寸法であるため、実際に測定を行うことは困難な場合がある。このため、実際に測定することに代えて、光波長変換部材を常温から、800℃までの温度(200温度以上の温度)に昇温する際に、第2支持部材16がもはや第1支持部材12により、固定されていない(拘束されていない)状態となることを確認することにより第2支持部材の内側寸法D2’が、第1支持部材の外側寸法D1’よりも大きい(D1’<D2’)ことを確認してよい。例えば、図2に示す実施形態おいて、光波長変換部10を光源部20から取り外した後、光波長変換部10を図2に示す状態と上下逆さまにし、第1の温度よりも高い任意の温度T’まで加熱し、第2支持部材16から第1支持部材12が脱落(または離間)することを確認してもよい。
第1支持部材12を構成する材料は、例えば、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、サーメット等のセラミックス、タングステン、タンタル、モリブデン、コバール等の高融点金属、またはこれらの複合体等であってもよい。とりわけ、光の反射率が高く、熱伝導率が高い材料が好ましく、酸化アルミニウムが好ましい。
透光部材14は、光入射面と該光入射面より大きな径の光出射面とを有し、光入射面から光出射面に向かって外径が徐々に大きくなった円錐台形状に形成されている。透光部材14の側面は、第1貫通孔13の内壁側面と同じ傾斜を有しており、透光部材14が第1貫通孔13に挿入されたとき、透光部材14の側面と、第1貫通孔の内壁側面とは面接触する。
透光部材14は、蛍光体を含有している。これにより、所望の色調の光を発光する発光装置を形成することができる。
蛍光体は、透光部材において、組み合わせて用いてもよいし、積層構造の透光部材として、それぞれ異なる蛍光体を含有させてもよい。
第2支持部材16を構成する材料は、レーザー溶接の際の溶接性を考慮して、例えばYAGレーザーに対する吸収率が高く、放熱性が高く、防錆性に優れた材料が好ましく、例えばステンレス、とりわけ、オーステナイト系のSUS304が好ましい。
図1に示すように、第1の実施形態に係る光源部20は、ステムパッケージ24と、筺体28と、発光素子21と、集光レンズ22と、レンズキャップ26とを含んでいる。
第1の実施形態において、発光素子21は、半導体レーザー素子であることが好ましい。半導体レーザー素子としては、例えば、300nm〜500nm、好ましくは400nm〜470nm、より好ましくは、420nm〜470nmに発光ピーク波長を有するものを用いることができる。典型的には、端面発光型の半導体レーザー素子が使用できる。
以下に、第2の実施形態に係る発光装置100について、第1の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第2の実施形態に係る発光装置100の各要素について、特段の説明の無いものについては、第1の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。
図4は、第2の実施形態に係る発光装置100の全体構成を示す概略断面図であり、図5は、光波長変換部10の概略断面を示す概略断面図である。図4および図5に示すように、発光装置100は、第2支持部材16の外周側面16dおよび第1支持部材12の上面12aと接触している第3支持部材18を有していてもよい。第2支持部材16と第3支持部材18は、第2支持部材16の外周側面16d上の第2接続部32において接触している。第3支持部材18は、第2接続部32を、例えば溶接等することにより、第2支持部材16の外周側面16dに固定されている。第3支持部材18は、第1支持部材12の上面12aの一部、例えば、上面12aにおける外側部分と接触するように配置されており、従って、第2支持部材16と第3支持部材18は第1支持部材を上下方向に固定するように配置されている。このような形態の第3支持部材18を有することで、使用中の振動に伴う第1支持部材12の横方向へのずれをより効果的に防止することができ、かつ第1支持部材の上下方向へのずれを抑制することもできる。従って、使用に伴う発光装置100から出射される光の光束値の低下をより効果的に抑制することができる。また、第3支持部材18を有することにより、光波長変換部10に外的な衝撃が加わった際に、その衝撃を緩和し、光波長変換部10の破損を防止することができ、それにより使用に伴う発光装置の光学特性の低下を抑制することができる。
以下に、第3の実施形態に係る発光装置100について、他の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第3の実施形態に係る発光装置100の各要素について、特段の説明の無いものについては、他の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。
以下に、第4の実施形態に係る発光装置100について、他の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第4の実施形態に係る発光装置100の各要素について、特段の説明の無いものについては、他の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。
本実施形態は、第1貫通孔13を有する第1支持部材12に、蛍光体を含む透光部材14を配置する工程と、
第1支持部材12と第2支持部材16とを焼嵌めにより固定して、光波長変換部10を形成する工程と、
光波長変換部10を、発光素子21を含む光源部20に配置する工程と、
を含む。
まず、外周側面12cと、上面12aから下面12bに貫通する第1貫通孔13とを有する第1支持部材12を準備する。そして、蛍光体を含む透光部材14を、第1支持部材12が有する第1貫通孔13に配置し、接着材料としてガラスなどを用い、融着により固定する。
焼嵌め工程では、焼嵌めにより、第1支持部材12を第2支持部材16に固定する。
10:光波長変換部
12:第1支持部材
12a:第1支持部材の上面
12b:第1支持部材の下面
12c:第1支持部材の外周側面
13:第1貫通孔
14:透光部材
16:第2支持部材
16a:第2支持部材の上面
16b:第2支持部材の下面
16c:第2支持部材の内周側面
16d:第2支持部材の外周側面
17:第2貫通孔
18:第3支持部材
18a:第3支持部材の上面
18b:第3支持部材の外周側面
19:凹部
19a:凹部の底面
20:光源部
20a:光源部の上面
21:発光素子
22:集光レンズ
24:ステムパッケージ
26:レンズキャップ
28:筺体
29:出射口
31:第1接続部
32:第2接続部
Claims (13)
- 外周側面と、上面から下面に貫通する第1貫通孔とを有する第1支持部材と、
前記第1貫通孔の内側に配置され、かつ蛍光体を含む透光部材と、
内周側面と、上面から下面に貫通する第2貫通孔とを有するとともに、前記第1支持部材の前記外周側面、および前記第1支持部材の前記上面または前記下面と接触している第2支持部材と、
出射する光が前記第1貫通孔および前記第2貫通孔に入射するように、前記第1支持部材の下方に配置された発光素子と、
を含み、
室温において、前記第1支持部材の前記外周側面が前記第2支持部材の前記内周側面により固定されており、
200℃以上800℃以下の第1の温度より高い温度において、前記第1支持部材の外側寸法は、前記第2支持部材の内側寸法よりも小さく、
室温において、固定されていない状態の前記第1支持部材の外側寸法は、固定されていない状態の前記第2支持部材の内側寸法よりも大きく、
前記第1の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度である、
ことを特徴とする発光装置。 - 前記第1貫通孔は、前記第1支持部材の下面側から上面側に向かって拡がっていることを特徴とする、請求項1に記載の発光装置。
- 前記透光部材は前記第1貫通孔の内壁と同じ傾斜の接合面を有しており、該接合面と該内壁とが、ガラスを含む接着層を介して接合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。
- 前記透光部材は、複数の異なる種類の透光部材を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子と前記第1支持部材との間に、前記発光素子から出射された光を前記第1貫通孔に収束させる集光レンズを有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記発光素子は半導体レーザー素子であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第2支持部材は、前記第1支持部材の下面と接触していることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第2支持部材の外周側面と接合し、前記第1支持部材の上面の一部と接し、前記第1支持部材を上下の方向に拘束している第3支持部材を有することを特徴とする、請求項7に記載の発光装置。
- 前記第1支持部材の上面の一部は、前記第3支持部材の上面よりも上方に位置することを特徴とする、請求項8に記載の発光装置。
- 前記第2支持部材は、前記第1支持部材の上面と接触していることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第2支持部材の外周側面と接合し、前記第1支持部材の下面の一部と接し、前記第1支持部材を上下の方向に拘束している第3支持部材を有することを特徴とする、請求項10に記載の発光装置。
- 前記第1支持部材の上面の一部は、前記第2支持部材の上面よりも上方に位置することを特徴とする、請求項11に記載の発光装置。
- 外周側面と、上面から下面に貫通する第1貫通孔とを有する第1支持部材を準備し、蛍光体を含む透光部材を該第1貫通孔の内側に配置する工程と、
内周側面と、上面から下面に貫通する第2貫通孔とを有し、室温において、前記第1支持部材の外側寸法よりも小さい内側寸法を有する第2支持部材を準備する工程と、
前記第1支持部材および前記第2支持部材を200℃以上800℃以下の第1の温度よりも高い温度に加熱し、前記第2支持部材の内側寸法を前記第1支持部材の外側寸法よりも大きくした後、前記第1支持部材を前記第2支持部材の内側に配置し、その後、前記第1支持部材および前記第2支持部材を前記第1の温度より低い温度まで冷却し、前記第2支持部材の内周側面により前記第1支持部材の外周側面を固定する焼嵌め工程と、
発光素子を配置する工程とを備え、
前記第1の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度である、発光装置の製造方法。
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