JP2018092977A - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】レーザ素子と蛍光体とを組み合わせ、これらの混合光を発光する発光装置において、温度変化に伴う色度シフトを緩和させることができる発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】蛍光体と、該蛍光体を励起するレーザ光を発振する第１レーザ素子及び第２レーザ素子とを備え、前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子は、発振するレーザ光のピーク波長が互いに異なり、前記第１レーザ素子のピーク波長と第２レーザ素子のピーク波長とは、前記蛍光体の励起ピークの波長を挟む波長であることを特徴とする発光装置。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、発光装置及びその製造方法に関する。
従来から、種々の光源として、半導体レーザと、蛍光体とを組み合わせて用いた発光装置が利用されている（例えば、特許文献１等）。
特開２０１２−１０９４００号公報
しかし、半導体レーザであるレーザ素子は、駆動による発熱によって温度が高くなると、レーザ素子が発光する光が長波側にシフトし、一方、温度が低くなると短波側にシフトする。これに対して、蛍光体は、温度変化が生じても、励起スペクトルのピークが実質的に変動しない。レーザ素子が発振するレーザ光は発光スペクトルの半値全幅が狭いため、レーザ素子と蛍光体とを組み合わせて得られた混合光は、温度によって色度が変化しやすい。
本発明の一実施形態は、上記課題を解決するためになされたものであり、レーザ素子と蛍光体とを組み合わせ、これらの混合光を発光する発光装置において、温度変化に伴う色度シフトを緩和させることができる発光装置を提供することを目的とする。
本願は以下の発明を含む。
（１）蛍光体と、
該蛍光体を励起するレーザ光を発振する第１レーザ素子及び第２レーザ素子とを備え、
前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子は、発振するレーザ光のピーク波長が互いに異なり、前記第１レーザ素子のピーク波長と第２レーザ素子のピーク波長とは、前記蛍光体の励起ピークの波長を挟む波長であることを特徴とする発光装置。
（２）蛍光体を準備し、
該蛍光体の励起ピークを挟むピーク波長を有する複数のレーザ素子を、前記励起ピークよりも短波であるピーク波長の群と長波であるピーク波長の群とに２つの群に分類し、
前記レーザ素子の２つの群それぞれから１以上選択される複数のレーザ素子と前記蛍光体とを組み合わせて発光装置を製造することを含む発光装置の製造方法。
本発明の一実施形態によれば、レーザ素子と蛍光体とを組み合わせ、これらの混合光を発光する発光装置において、温度変化に伴う色度シフトを効果的に緩和させることができる。
実施形態１の発光装置の概略構成を示す平面図である。 図１ＡのＡ−Ａ’線の概略断面図である。 実施形態２の発光装置の概略断面図である。 実施形態３の発光装置の概略断面図である。 実施形態４の発光装置の概略断面図である。 ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルを示すグラフである。 レーザ素子の２５℃におけるピーク波長と、２５℃から８５℃まで変化させたときの色度変化量との関係を示すグラフである。
以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、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に誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。
〔発光装置１０〕
発光装置１０は、例えば、図１Ａ及び１Ｂに示すように、蛍光体を含む蛍光部材１３と、レーザ素子とを備えて構成される。
レーザ素子として、蛍光体を励起するレーザ光を発振する２つのレーザ素子、つまり第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２を有する。
第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２は、発振するレーザ光のピーク波長が互いに異なり、第１レーザ素子１１のピーク波長及び第２レーザ素子１２のピーク波長は、蛍光体の励起ピークの波長を挟む波長である。
このような構成を有することにより、温度変化が生じることで、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２の双方の発光ピーク波長がシフトした場合であっても、発光装置１０が発する光の色度の変化量を低減させることができる。蛍光体の励起スペクトルの一例として、図５に、ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルの一例を示す。図５の縦軸は相対強度であり、相対強度が大であるほど励起強度が大であることを示している。図５に示すように、例えば、第１レーザ素子１１が蛍光体の励起ピーク波長よりも短いピーク波長のレーザ光を発し、第２レーザ素子１２が蛍光体の励起ピーク波長よりも長いピーク波長のレーザ光を発する場合を想定する。この場合、温度が高くなれば、第１レーザ素子１１のピーク波長も第２レーザ素子１２のピーク波長も長波長側にシフトする。ここで、第１レーザ素子１１についてはレーザ光のピーク波長が蛍光体の励起ピーク波長に近づくので第１レーザ素子１１に起因する蛍光は強くなる一方で、第２レーザ素子１２についてはレーザ光のピーク波長が蛍光体の励起ピーク波長から離れるので第２レーザ素子に起因する蛍光は弱くなる。また、温度が低くなれば、第１レーザ素子１１のピーク波長も第２レーザ素子１２のピーク波長も短波長側にシフトする。ここで、第１レーザ素子１１についてはレーザ光のピーク波長が蛍光体の励起ピーク波長から離れるので第１レーザ素子１１に起因する蛍光は弱くなる一方で、第２レーザ素子１２についてはレーザ光のピーク波長が蛍光体の励起ピーク波長に近づくので第２レーザ素子に起因する蛍光は強くなる。
したがって、温度が高くなる場合も低くなる場合も、蛍光全体の強度変化を軽減することができるので、発光装置１０が発する光の色度の変化量を低減させることができる。このような効果は、例えば−数十℃から１００℃程度までと、要求される温度範囲が広い、つまり、適用温度が広範な車載用途において、特に有利である。なお、レーザ素子の波長シフト自体によっても発光装置１０が発光する光の色度は若干変化するが、蛍光体の励起強度の変化よりは影響が少ないため、ほぼ無視してよい。
（蛍光体）
蛍光体は、レーザ素子から出射されるレーザ光の少なくとも一部を波長変換するために利用される。蛍光体は、励起スペクトルにおいて励起ピークを有するものを用いる。なお、蛍光体の励起スペクトルには複数の励起ピークが存在する場合があるが、特に説明がない場合、本明細書では「励起ピーク」とは複数の励起ピークのうち励起光の波長に最も近い励起ピークを指す。この励起ピークを有する励起スペクトルの半値全幅（ＦＷＨＭ）が狭いほど励起光の波長シフトによる影響が大きくなる。したがって、特に、ＦＷＨＭが比較的狭い蛍光体を用いる場合に、励起源として第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２を用いることが好ましい。比較的狭いＦＷＨＭとは、例えば１１０ｎｍ以下であり、さらには９０ｎｍ以下が好ましく、７５ｎｍ以下がより好ましい。また、ＦＷＨＭが比較的狭い蛍光体としては、具体的には、ＹＡＧ系蛍光体、ＬＡＧ系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体等が挙げられる。特に、活性層がＧａＮ系材料からなるレーザ素子を用いる場合には、レーザ光に対する耐久性が高く、青色レーザと組み合わせて白色光を得ることができるＹＡＧ系蛍光体が好ましい。複数種類の蛍光体を用いることもでき、２種以上の蛍光体を１つの蛍光部材１３内に含めることもできる。蛍光体として、複数種類を用いる場合は、発光強度の強い１つの蛍光体の励起ピークを基準とすることが好ましい。２種以上の蛍光体を用いると１つの蛍光体の蛍光が別の蛍光体の励起源ともなり得るため、１種の蛍光体を用いる方が、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２を用いることによる波長シフトの影響緩和効果を狙いやすく、好ましい。
（蛍光体を含む蛍光部材１３）
蛍光部材１３は、蛍光体のみで構成されていてもよいし、蛍光体と蛍光体を保持するための保持体とを含んで構成されていてもよい。
蛍光部材１３が蛍光体のみによって形成されている場合、保持体を含む場合よりも散乱が少なく透過率の高い蛍光部材１３とすることができる。
蛍光部材１３が保持体を含む場合、保持体は、無機材料によって形成されていることが好ましい。これにより、レーザ素子から出射される光に起因する保持体の劣化、変色等を抑制することができる。また、蛍光部材１３は、高出力の光が照射されても変質等が発生しにくい耐光性及び耐熱性の良好な材料によって形成されているものが好ましい。例えば、融点が１０００℃〜３０００℃のものが挙げられ、１３００℃〜２５００℃が好ましい。無機材料としては、例えば、セラミックスが挙げられる。なかでも、透光性が良好であり、融点及び熱伝導性も良好であることから、酸化アルミニウムを含むものが好ましい。蛍光部材１３が蛍光体とセラミックス等の保持体との混合体によって形成される場合には、蛍光体の割合が蛍光部材１３の総重量に対して５０重量％以下、３０重量％以下が挙げられ、１重量％以上であることが好ましい。励起光の入射面と蛍光部材１３の光取り出し面が同じ面である反射型の場合は、５０重量％以上でもよい。
蛍光部材１３は、例えば、板状部材である。また、実質的に平坦な面を有することができ、さらには実質的に平坦な面を上面及び下面として平行に備えることができる。実質的に平坦な面とは、巨視的に見て平坦であればよく、微視的に粗面であってもよい。蛍光部材１３の光取り出し面に粗面を用いる場合、光を乱反射させることができるため、蛍光とレーザ素子からの光とをより効率的に混合させることができる。このような混合光が得られる発光装置１０は、車両用ヘッドライト用等のある程度均一な色度分布が求められる用途に対して有利である。ここで、粗面とは、例えば、算術平均粗さＲａが０．２以上のものを指し、１以下が好ましい。
蛍光部材１３は、割れを防止し、ハンドリングを良好とすることと、放熱性とを考慮して、その厚みは、例えば、５０μｍ〜５００μｍが好ましく、８０μｍ〜３５０μｍがより好ましい。蛍光部材１３は、部分的に厚みが変化していてもよい。
（第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２）
発光装置１０では、少なくとも２つのレーザ素子が光源として用いられる。レーザ素子は、指向性が強い光を出射するため、発光ダイオード（ＬＥＤ）が発する光よりも一般的に輝度が高い。従って、光源としてレーザ素子を用いることにより、ＬＥＤを用いる場合よりも高輝度な発光装置１０を実現することができる。ただし、発光装置１０は、３以上の複数のレーザ素子を用いてもよい。
レーザ素子としては、例えば、窒化物半導体（主として一般式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）で表される）などの半導体層の積層構造を備える素子が挙げられる。その組成等を調整することにより、レーザ素子の発振波長を調整することができる。例えば、紫外線の波長であってもよいが、４００〜５００ｎｍの範囲に発振波長のピークを有する紫色光から青緑色光の範囲の光を発するレーザ素子を用いることが好ましい。ただし、第１レーザ素子１１と第２レーザ素子１２とでは、半導体層の積層構造（各半導体層の組成、積層順序、膜厚、不純物のドープ量等の設定値）は実質的に同じものが好ましい。半導体層の積層構造が異なると温度特性が異なり、温度による波長シフトの度合いが変動するためである。例えば、同様の設定値で複数のレーザ素子を作製する場合、通常、発振波長にばらつきが生じるため、このようなレーザ素子の中から第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２を選択することができる。
発光装置１０に含まれる第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長は、蛍光体の励起ピークの波長を挟む波長である。レーザ素子のピーク波長は、それぞれ、例えば、４３０〜４７０ｎｍが挙げられ、４４０〜４６０ｎｍが好ましい。第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２はそれぞれレーザ光を発振する。レーザ光はＬＥＤ光よりも半値全幅が狭く、例えば５ｎｍ以下であり、４ｎｍ以下であるものが好ましい。なお、第１レーザ素子１１のピーク波長及び第２レーザ素子１２のピーク波長は、蛍光体の励起ピークの波長に対して略対称に挟む波長であることが好ましい。ここでの略対称とは、±数ｎｍ程度の変動は許容されることを意味する。なお、レーザ素子のピーク波長は温度により変化するが、特に説明がない限り本明細書では「ピーク波長」とは通常の測定時におけるピーク波長を指す。通常の測定時のピーク波長とは、例えば、レーザ素子を室温で駆動した際のピーク波長である。
また、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長の差は、６ｎｍ以上であることが好ましく、８ｎｍ以上であることがより好ましく、１０ｎｍ以上であることがさらに好ましい。このようにピーク波長の差を大きくするほど、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長が蛍光体の励起ピーク波長を挟むという関係が維持される温度の範囲を広くすることができる。一方、ピーク波長の差が大きすぎると、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２が発振するレーザ光がそれぞれ異なる色になる。これを避けるため、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長との差は、これらが発振するレーザ光が同じ色（例えば青色）である程度に小さいことが好ましい。具体的には、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長との差は、５０ｎｍ以下であることが好ましく、４０ｎｍ以下であることがより好ましく、３０ｎｍ以下であることがさらに好ましい。
第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長は、それぞれ、蛍光体を十分に励起できる波長であることが好ましい。具体的には、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長は、それぞれ、蛍光体の励起強度が励起ピークにおける励起強度の５０％以上となる波長であり、８０％以上となる波長であることが好ましく、８５％以上となる波長であることがより好ましく、８８％以上となる波長であることがさらに好ましい。
第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２の一方の出力を１００％とした場合、他方の出力が８０〜１００％であることが好ましく、ほぼ両者の出力が同等であることがより好ましい。ここでの同等とは、一方が他方の±５％以内の出力範囲であることが許容される。これにより、レーザ素子の温度変化が生じても、第１レーザ素子１１による蛍光体による励起強度及び第２レーザ素子１２による蛍光体による励起強度の合計値の変動をより少なくすることができる。その結果、レーザ素子の温度変化に伴う蛍光の強度変化量をより一層低減させることができ、発光装置１０が発光する光の色度の変化量をさらに低減させることができる。
特に、第１レーザ素子１１のピーク波長は、室温において蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも短く、且つ、発光装置１０の駆動温度範囲の７０％以上において蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも短いことが好ましい。また、第２レーザ素子１２のピーク波長は、室温において蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも長く、且つ、発光装置１０の駆動温度範囲の７０％以上において蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも長いことが好ましい。さらに、これらを同時に満たすものがより好ましい。つまり、レーザ素子の駆動やその周囲の温度の変動等によりレーザ素子の温度が変動しても、発光装置１０の駆動温度範囲の大部分において、各レーザ素子のピーク波長は、蛍光体の励起ピークの両側に維持されることが好ましい。なお、発光装置１０の駆動温度範囲としては、発光装置１０の保証温度範囲を用いることができる。例えば、低温が−２０℃まで又は−４０℃までであり、上限が８５℃まで又は１３５℃までである。また、発光装置１０の駆動温度は、例えば周囲温度Ｔａで測定する。
図６に、４５０ｎｍ付近に励起ピークを有するＹＡＧ蛍光体を含有する蛍光部材と、レーザ素子とを組み合わせて、周囲温度を２５℃から８５℃まで変化させたときの色度の変化を示す。横軸に示す波長は、周囲温度２５℃で測定したときのレーザ素子のピーク波長である。レーザ素子は、ピーク波長が４４５ｎｍ、４４７ｎｍ、４５０ｎｍ、４５３ｎｍ、４５６ｎｍの５種類をそれぞれ複数個ずつ準備し、それぞれについて２５℃での色度と８５℃での色度を測定した。そして、それらの差であるΔ色度を算出し、ピーク波長ごとにΔ色度の平均値をグラフにプロットした。なお、色度ｘは色度座標におけるｘ値を示し、色度ｙは色度座標におけるｙ値を示す。また、レーザ素子のピーク波長の、２５℃から８５℃まで変化させたときの波長変化量は、平均＋４ｎｍ程度であった。
図６に示すように、蛍光体の励起ピーク波長よりも長波側にピーク波長を有するレーザ素子は、Δ色度の絶対値が、短波長側のレーザ素子よりも小さい傾向にある。このような傾向となる理由は定かではないが、温度上昇に伴い蛍光体の励起スペクトルがブロード化することが理由の１つと考えられる。このような傾向からすれば、１つの発光装置１０に３以上のレーザ素子が配置される場合は、蛍光体の励起ピーク波長よりも長波側にピーク波長を有するレーザ素子の数を多くすることが好ましい。レーザ素子の組み合わせは、Δ色度がゼロに近づく組み合わせほど好ましいからである。このような組み合わせは、ピーク波長が４００〜５００ｎｍ程度のレーザ素子とＹＡＧ蛍光体とを組み合わせる場合に特に好ましい。また、蛍光体の励起ピーク波長の短波側又は長波側のレーザ素子を複数とする場合、短波側又は長波側でそれぞれ、レーザ素子のピーク波長は同じ程度（±３ｎｍ、好ましくは±１ｎｍ）が好ましい。発光装置１０の発光の色度のシフトを計算しやすく、調整がより容易となるからである。
第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２は、いずれも、これらのレーザ素子から出射されるレーザ光が、直接又は光学部材等を介して、蛍光部材１３に照射される位置に配置されている。この場合、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２は、それぞれから照射されるレーザ光が、蛍光部材１３の異なる領域に照射されるように配置されていることが好ましい。光密度の増大及び／又は蛍光部材１３の温度上昇による蛍光体の発光効率低下を低減するためである。また、この場合、図１Ａ及び１Ｂに示すように、複数のレーザ素子に対して１つの蛍光部材１３を用いることが好ましい。これにより、蛍光部材１３の内部でそれぞれの光が混合されるため、発光装置１０の発光の色むらを低減することができる。１つのレーザ素子に対して１つの蛍光部材１３を用いる場合には、蛍光部材１３の光取り出し面側に、各蛍光部材１３からの光を混合するための散乱部材を設けることが好ましい。
レーザ素子は、蛍光部材１３から離間した位置に設けることが好ましい。これにより、レーザ素子の放熱経路と蛍光部材１３の放熱経路とを別経路とすることができ、各部材の熱を効率的に逃がすことができる。
例えば、図１Ａ、１Ｂ、３及び４に示すように、レーザ素子１１、１２を、蛍光部材１３、３３、４３の第１主面１３ａ、３３ａ、４３ａ側に配置して、レーザ素子１１、１２から出射された光を直接蛍光部材１３、３３、４３の第１主面１３ａ、３３ａ、４３ａに照射させることができる。蛍光部材１３は、例えば、図１Ａ、１Ｂに示すように、第１主面１３ａを光取り出し面としてもよいし、例えば、図３、４に示すように、第１主面３３ａ、４３ａと反対側の第２主面を光取り出し面としてもよい。また、図２に示すように、レーザ素子１１、１２を蛍光部材２３の第１主面及び第２主面のいずれとも対面しない位置に配置してもよい。この場合、レーザ素子１１、１２から出射された光を光反射部材２４等で反射させて、その光の進行方向を変え、その後、蛍光部材２３の第１主面に光を照射させることができる。さらに、別の形態としては、ファイバ等の導光部材を用いてレーザ素子から出射される光の進行方向を制御した後、導光部材から出射する光を蛍光部材の第１主面に照射させる形態が挙げられる。
（機能層等）
蛍光部材１３は、その励起光入射面及び／又は光取り出し面側に、接触して又は非接触で、機能層が付加されていてもよい。例えば、蛍光部材１３の励起光入射面及び光取り出し面の少なくともいずれかに、レーザ光の反射を抑える反射防止膜、励起光を透過し蛍光を反射する短波長パスフィルター、励起光を反射し蛍光を透過する長波長パスフィルター等が配置されていてもよい。
また、蛍光部材１３の励起光入射面及び光取り出し面以外の面に、接触して又は非接触で、光反射膜及び／又は光反射部材１４を設けてもよい。例えば、反射型の場合は、蛍光部材１３の励起光が入射し且つ光が取り出される面とは反対側の面に、光反射膜及び／又は光反射部材１４を配置することができる。光反射膜及び／又は光反射部材１４は、照射されるレーザ光に対する反射率が６０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であることが好ましい。蛍光に対する反射率も６０％以上であることが好ましく、さらには９０％以上であることが好ましい。
蛍光部材１３のいずれかの面に、透光部材を配置してもよい。透光部材としては、レーザ光の６０％以上を透過するものが挙げられ、８０％以上を透過するものが好ましい。透光部材は、蛍光に対しても同様に高い透過率を有することが好ましい。
（パッケージ部材１５)
少なくともレーザ素子は、パッケージ部材１５内に配置されていることが好ましく、パッケージ部材１５によりレーザ素子が気密封止されていることが好ましい。これによりレーザ素子が出射するレーザ光による集塵を抑制することができる。
パッケージ部材１５は、放熱性が良好な材料、例えば、銅、銅合金又は鉄合金等を含む金属、窒化アルミニウム又は酸化アルミニウム等を含むセラミックによって形成することが好ましい。通常、パッケージ部材１５は、例えば、ベースとキャップとから構成され、両者は、共晶材料等を用いて又は溶接によって接合される。パッケージ部材１５を構成するベース及び／又はキャップの形状は、例えば、平面形状が、略円形、略楕円形、略多角形等の種々の形状が挙げられる。
パッケージ部材１５には、蛍光部材１３が接触していることが好ましい。これによって、蛍光部材１３、特に蛍光体で発生する熱を効果的に放出することができ、温度特性の向上、つまり高温時の発光効率の向上を図ることができる。蛍光部材１３は、パッケージ部材１５内に配置されていてもよいし、パッケージ部材１５の光取り出し窓を塞ぐ位置に配置されていてもよい。
また、蛍光部材１３をパッケージ部材１５の外に配置することも可能である。例えば、レーザ素子をパッケージ部材１５で気密封止し、パッケージ部材１５から出射するレーザ光を、直接又はファイバ等の中継部材を介して、蛍光部材１３に照射することができる。この場合、パッケージ部材１５は蛍光部材１３の放熱経路ではなくなるため、蛍光部材１３の放熱経路となる別の放熱部材を設けることが好ましい。
（サブマウント１６）
レーザ素子は、パッケージ部材１５に直接又はサブマウント１６等を介して配置することができる。パッケージ部材１５の、例えば、ベースの上面にサブマウント１６を介して配置することにより、レーザ素子の光出射端面をベースの上面から離すことができ、レーザ素子からの光がベースの上面に当たるのを回避することができる。また、サブマウント１６を利用して、放熱性を向上させることができる。サブマウントは、例えば、窒化アルミニウム、炭化珪素等によって形成することができる。
（集光レンズ）
発光装置１０においては、レーザ素子から蛍光部材１３までの間、及び／又は、蛍光部材１３からの光の進路上において、集光レンズ等のレンズが配置されていてもよい。これにより、レーザ素子からの光及び／又は蛍光部材１３からの光の照射範囲を制御することが容易となる。
〔発光装置１０の製造方法〕
上述したような発光装置１０を製造する場合、まず、蛍光体を準備する。この蛍光体は、レーザ素子が出射するレーザ光により励起可能な蛍光体の中から適宜選択することができる。
次いで、選択した蛍光体の励起ピークを挟むピーク波長を有する複数のレーザ素子を準備し、蛍光体の励起ピークよりも短波であるピーク波長の群と、長波であるピーク波長の群との２つの群に分類する。これら２つの群の波長範囲は、それぞれ、蛍光体を十分に励起できる波長範囲であることが好ましい。具体的には、蛍光体の励起スペクトルにおける蛍光体の励起強度が励起ピークにおける励起強度の８０％以上となる範囲であることが好ましい。
そして、これらのレーザ素子の２つの群それぞれから１以上レーザ素子を選択し、これらのレーザ素子を、選択した蛍光体と組み合わせて発光装置１０として組み立てることにより、発光装置１０を製造することができる。
このような製造方法により、レーザ素子の温度変化に伴う蛍光の強度変化量を低減させることができ、発光する光の色度の変化量を低減可能な発光装置１０を製造することができる。
〔実施形態１〕
図１Ａ及び１Ｂに示すように、実施形態１の発光装置１０は、蛍光体を含む蛍光部材１３と、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２とを備える。なお、図１Ａは、発光装置１０の蓋を省略した状態を示す概略構成の平面図である。
これら蛍光部材１３と、第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２は、パッケージ部材１５内に気密封止されている。パッケージ部材１５は、例えば、コバールによって形成されている。パッケージ部材１５の上面の一部に光を取り出す光取り出し窓１５ａが、例えば、上面視において２ｍｍ×２ｍｍの長方形で、ガラスにより形成され、設けられている。
蛍光部材１３は、板状の部材であり、ＹＡＧ蛍光体（励起ピーク：４５０ｎｍ、励起ピークを有する励起スペクトルの半値幅：１００ｎｍ）と酸化アルミニウム（融点：約１９００℃〜２１００℃）との焼結体により形成されている。ＹＡＧ蛍光体は、蛍光部材１３の全重量に対して、３重量％含有されている。蛍光部材１３の大きさは、例えば、１×１×０．５ｍｍである。蛍光部材１３は、第１及び第２レーザ素子１１、１２から出射される光の光路に対して、第１主面１３ａが４５度の角度を有する面となるように配置している。
蛍光部材１３の第２主面（レーザ素子と対向していない面）には、光反射部材１４が配置されている。この光反射部材１４は、レーザ素子１１からの光を光取り出し窓１５ａに向かって反射させることができる位置に配置している。光反射部材１４は、例えば、三角柱形状を有する。光反射部材１４は、その三角柱の側面である矩形状の面をレーザ素子１１、１２からの光を反射する面としている。光反射部材１４は、アルミニウムによって形成されている。光反射部材１４は、蛍光部材１３が設けられた側と異なる側において、その表面の略全面がパッケージ部材１５に密着して配置されている。
第１及び第２レーザ素子１１、１２は、室温測定のピーク波長がそれぞれ４４５ｎｍ、４５５ｎｍであり（その差は１０ｎｍ）、それぞれ半値幅が１ｎｍ、１ｎｍである。第１レーザ素子１１及び第２レーザ素子１２のピーク波長は、それぞれ、蛍光体の励起強度が励起ピークの９５％、９９％となる波長である。第１レーザ素子１１の出力を１００％とした場合、第２レーザ素子１２の出力は、９６％である。
第１及び第２レーザ素子１１、１２はそれぞれ、室温でのピーク波長からのシフト量が、−４０℃のときに−３．４ｎｍ程度であり、８５℃のときに＋４．２ｎｍ程度である。したがって、少なくとも−４０〜８５℃の範囲において第１及び第２レーザ素子１１、１２のピーク波長は励起ピーク波長の両側に位置している。発光装置１０の駆動温度範囲を−４０〜１３５℃とする場合には、−４０〜８５℃は駆動温度範囲の約７１％である。つまり、第１レーザ素子１１のピーク波長は、室温においてＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも短く、発光装置の駆動温度範囲の７０％以上において、ＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも短い。また、第２レーザ素子１２のピーク波長は、室温においてＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも長く、発光装置の駆動温度範囲の７０％以上においてＹＡＧ蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも長い。
レーザ素子１１、１２は、それらから出射されるレーザ光が、蛍光部材１３内の異なる領域に照射されるように、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）からなるサブマウント１６上に、平面視で略平行に設置されている。
このような構成を有することにより、第１及び第２レーザ素子１１、１２から出射された光を蛍光部材１３に入射させ、その光を、光反射部材１４を利用して取り出すことができる。この際、発光装置１０の駆動及び使用環境における温度によって、レーザ素子の温度が変動し、それに伴って、レーザ光の波長がシフトする。しかしこの場合において、蛍光体の励起ピークの前後における２種類の第１及び第２レーザ素子１１、１２を組み合わせることにより、第１及び第２レーザ素子１１、１２による蛍光体の励起強度の合計値の変動量を低減することができる。これにより、発光装置１０から取り出される光の色度の変化量を低減することができる。
このような発光装置１０は、特に、車載用途（例えば−数十℃から１００℃程度までの温度変化の環境下で用いられる）に有利となる。
また、１つの蛍光部材１３と第１及び第２レーザ素子１１、１２とが、１つのパッケージ部材１５内に気密封止される場合には、パッケージ部材１５内の温度が略同じであるために、第１及び第２レーザ素子１１、１２の波長のシフト量が揃う。このために、発光装置１０が発光する光の色度の調整を容易に行うことができる。
〔実施形態２〕
図２に示すように、実施形態２の発光装置２０では、蛍光部材２３は、板状の部材であり、パッケージ部材１５の光取り出し窓に収まるように配置されている。そして、光反射部材２４が、第１及び第２レーザ素子１１、１２から出射される光の光路に対して、その一面が４５度の角度を有する面となるように、さらにその反射光が蛍光部材２３に入射するように配置されている。これらの構成以外、実質的に発光装置１０と同様の構成を有する。
この発光装置２０においても、発光装置１０と同様の効果を得ることができる。
〔実施形態３〕
図３に示すように、実施形態３の発光装置３０では、第１及び第２レーザ素子１１、１２と、第１及び第２レーザ素子１１、１２の光路上に貫通孔が設けられたキャップ３５と、貫通孔内に配置された蛍光部材３３とを備える。
レーザ素子１１、１２は、レーザ素子から出射された光が、それぞれ蛍光部材３３の第１主面３３ａの異なる領域に出射されるように、サブマウント１６を介して、ステム３６上に配置されている。ステム３６は、キャップ３５と気密封止されている。なお、キャップ３５及びステム３６はパッケージ部材を構成する。
これらの構成以外は、実質的に発光装置１０と同様の構成を有する。
この発光装置３０においても、発光装置１０と同様の効果を得ることができる。
〔実施形態４〕
実施形態４の発光装置４０は、図４に示すように、第１及び第２レーザ素子１１、１２が、パッケージ部材のベース４５ｂの上面に対してサブマウント１６を介して平行に配置されている。第１及び第２レーザ素子１１、１２の光出射面に対応して、パッケージ部材のキャップ４５ａの側方の壁に貫通孔を有し、この貫通孔内に蛍光部材４３が配置されている。第１及び第２レーザ素子１１、１２は、蛍光部材４３の第１主面４３ａの異なる位置にレーザ光が出射されるように配置されている。
これらの構成以外は実質的に発光装置１０と同様の構成を有する。
この発光装置４０においても、発光装置１０と同様の効果を得ることができる。
１０、２０、３０、４０ ：発光装置
１１ ：第１レーザ素子
１２ ：第２レーザ素子
１３、２３、３３、４３ ：蛍光部材
１３ａ、３３ａ、４３ａ ：第１主面
１４、２４ ：光反射部材
１５ ：パッケージ部材
１５ａ ：光取り出し窓
１６ ：サブマウント
３５、４５ａ ：キャップ
３６ ：ステム
４５ｂ ：ベース

Claims (13)

  1. 蛍光体と、
    該蛍光体を励起するレーザ光を発振する第１レーザ素子及び第２レーザ素子とを備え、
    前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子は、発振するレーザ光のピーク波長が互いに異なり、前記第１レーザ素子のピーク波長と第２レーザ素子のピーク波長とは、前記蛍光体の励起ピークの波長を挟む波長であることを特徴とする発光装置。
  2. 前記蛍光体は、前記励起ピークを有する励起スペクトルの半値幅が１１０ｎｍ以下である請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子のピーク波長は、それぞれ、前記蛍光体の励起強度が前記励起ピークにおける励起強度の８０％以上となる波長である請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子が発振するレーザ光は、それぞれ半値幅が５ｎｍ以下である請求項１〜３のいずれか１つに記載の発光装置。
  5. 前記第１レーザ素子のピーク波長と第２レーザ素子のピーク波長との差が６ｎｍ以上である請求項１〜４のいずれか１つに記載の発光装置。
  6. 前記第１レーザ素子のピーク波長と第２レーザ素子のピーク波長との差が５０ｎｍ以下である請求項５に記載の発光装置。
  7. 前記第１レーザ素子及び前記第２レーザ素子の一方の出力を１００％とした場合、他方の出力が８０〜１００％である請求項１〜６のいずれか１つに記載の発光装置。
  8. さらに、前記蛍光体が含有された板状の蛍光部材を備え、
    該蛍光部材は、前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子から出射されるレーザ光が照射される位置に配置されている請求項１〜７のいずれか１つに記載の発光装置。
  9. 前記蛍光部材の異なる領域に前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子のレーザ光がそれぞれ照射される位置に、前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子が配置されている請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記第１レーザ素子のピーク波長は、室温において前記蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも短く、且つ、前記発光装置の駆動温度範囲の７０％以上において前記蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも短く、
    前記第２レーザ素子のピーク波長は、室温において前記蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも長く、且つ、前記発光装置の駆動温度範囲の７０％以上において前記蛍光体の励起スペクトルのピーク波長よりも長い請求項１〜９のいずれか１つに記載の発光装置。
  11. 前記第１レーザ素子及び第２レーザ素子は、１つのパッケージ内に設けられている請求項１〜１０のいずれか１つに記載の発光装置。
  12. 蛍光体を準備し、
    該蛍光体の励起ピークを挟むピーク波長を有する複数のレーザ素子を、前記励起ピークよりも短波であるピーク波長の群と長波であるピーク波長の群との２つの群に分類し、
    前記レーザ素子の２つの群それぞれから１以上選択される複数のレーザ素子と前記蛍光体とを組み合わせて発光装置を製造することを含む発光装置の製造方法。
  13. 前記２つの群の波長範囲は、それぞれ、前記蛍光体の励起スペクトルにおける前記蛍光体の励起強度が前記励起ピークの励起強度の８０％以上となる範囲である請求項１２に記載の発光装置の製造方法。
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