JP2018128596A - 発光装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】光出力の向上した発光装置を得ることができる発光装置の製造方法を提供する。【解決手段】光反射部材に第１ガラスを形成する工程と、第１蛍光体を含有するセラミックス又は第１蛍光体の単結晶からなる蛍光体含有部材を第１ガラスを介して光反射部材に配置する工程と、第１雰囲気温度で第１ガラスを蛍光体含有部材に融着することにより、蛍光体含有部材を光反射部材に固定する工程と、第２蛍光体を含有する第２ガラスを配置する工程と、第１雰囲気温度より低い第２雰囲気温度で、第２ガラスを光反射部材及び第１ガラスの一方又は両方に融着する工程と、発光素子を配置する工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。【選択図】図１Ｅ

Description

本発明は、発光装置の製造方法に関する。
半導体レーザ素子と光部品とを組み合わせた発光装置が知られている。特許文献１には、支持部材に設けられた貫通孔の内壁に第１透光部材による融着によって第２透光部材が固定された光部品が記載されている。また、第２透光部材の上に第３透光部材を融着によって固定してもよく、第１透光部材の材料として例えばガラスが記載されている。
特開２０１６−０７２５１３号公報
このような光部品を有する発光装置について更なる検討を重ねた結果、本発明者は、ガラスを融着させる際の雰囲気温度によって発光装置の光出力がより向上することを見出した。
本開示は、以下の発明を含む。光反射部材に、蛍光体を含有しない第１ガラスを形成する工程と、光入射面及び光出射面を有し、第１蛍光体を含有するセラミックス又は第１蛍光体の単結晶からなる蛍光体含有部材を、第１ガラスを介して光反射部材に配置する工程と、第１雰囲気温度で第１ガラスを蛍光体含有部材に融着することにより、蛍光体含有部材を光反射部材に固定する工程と、蛍光体含有部材の光出射面側に、第２蛍光体を含有する第２ガラスを配置する工程と、第１雰囲気温度より低い第２雰囲気温度で、第２ガラスを光反射部材及び第１ガラスの一方又は両方に融着する工程と、蛍光体含有部材の光入射面に光を照射するように、発光素子を配置する工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
これにより、光出力の向上した発光装置を得ることができる。
本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示す模式的な斜視図である。 図２Ａの発光装置の一部部材を切断した状態で示す模式的な斜視図である。 図２Ｂの発光装置の分解斜視図である。 第１雰囲気温度の違いによる第１ガラスが設けられた面の反射率の違いを示すグラフである。 図３と同じ熱処理条件における光反射部材のみの反射率を示すグラフである。 図３と同じ熱処理条件における第１ガラスの消衰係数を示すグラフである。 図３と同じ熱処理条件における第１ガラスの屈折率を示すグラフである。
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置の製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。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。
本実施形態の発光装置１００の製造方法は、図１Ａ〜２Ｃに示すように、以下の工程を含む。（ａ）光反射部材１１に、蛍光体を含有しない第１ガラス１２を形成する工程。（ｂ）光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂを有し、第１蛍光体を含有するセラミックス又は単結晶からなる蛍光体含有部材１３を、第１ガラスを介して光反射部材１１に配置する工程。（ｃ）第１雰囲気温度で第１ガラス１２を蛍光体含有部材１３に融着することにより、蛍光体含有部材１３を光反射部材１１に固定する工程。（ｄ）蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂ側に、第２蛍光体を含有する第２ガラス１４を配置する工程。（ｅ）第１雰囲気温度より低い第２雰囲気温度で、第２ガラスを光反射部材１１又は第１ガラス１２に融着する工程。（ｆ）蛍光体含有部材１３の光入射面１３ａに光を照射するように、発光素子２１を配置する工程。
これらの工程を経ることにより、図２Ａ〜２Ｃに示す発光装置１００を得ることができる。発光装置１００は、工程（ａ）〜（ｅ）により形成された蛍光体含有部材１３等を有する光部品１０と、発光素子２１を有するパッケージ２０とを有する。発光素子２１が出射する光が蛍光体含有部材１３の光入射面１３ａに照射されるように、各部材は配置されている。各工程について以下に詳述する。
（ａ：第１ガラスの形成）
図１Ａに示すように、まず、光反射部材１１に第１ガラス１２を形成する。光反射部材１１は、後述する発光素子２１からの光が到達し得る面を有し、少なくともその面が高反射率の反射面である。第１ガラス１２の少なくとも一部をこの反射面に形成する。光反射部材１１の発光素子２１が出射する光に対する反射率は、少なくとも反射面において、７０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。
図１Ａに示すように、光反射部材１１は、貫通孔を有することができる。この貫通孔が光の通路となるため、この場合、貫通孔の内壁１１ａを反射面とする。したがって、第１ガラス１２を、少なくとも貫通孔の内壁１１ａに形成する。
光反射部材１１の材料は、後述する第１ガラス１２の融着に耐え得る材料から選択する。具体的には、後述する第１ガラス１２及び第２ガラス１４を融着させる際の温度よりも融点が高い材料が挙げられ、融点が１０００℃以上のものが好ましく、融点が１５００℃以上のものがさらに好ましい。
光反射部材１１の材料としては、セラミックス、金属、又は、セラミックス及び金属の複合体などが挙げられ、例えばセラミックスを用いる。セラミックスとしては、高熱伝導率及び高反射率であるアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）セラミックスを用いることが好ましい。光反射部材１１の厚みは、強度を考慮すると０．２ｍｍ以上であることが好ましい。また、光反射部材１１は蛍光体含有部材１３及び第２ガラス１４を保持できる程度の厚みがあればよく、コスト増大及び発光装置１００の高さの増大を抑えるため、光反射部材１１の厚みは２ｍｍ以下とすることができる。
図１Ａでは、光反射部材１１の貫通孔の内壁１１ａは、光の進行方向に沿って拡がる形状である。このような形状とすることにより、入射した光の戻り光を貫通孔の内壁１１ａによって反射させて、光出射側に効率的に取り出すことができる。貫通孔の開口の形状としては、三角形及び四角形等の多角形のほか、円形又は楕円形であるものが挙げられる。貫通孔の形状としては、柱状、錐形状又はこれらを組み合わせた形状が挙げられる。
第１ガラス１２は、光反射部材１１の上面（光出射側の面）及び／又は下面（光入射側の面）にも形成されていてよい。第１ガラス１２は、光反射部材１１と、後述する蛍光体含有部材１３とを固定するために利用される。光反射部材１１が貫通孔を有する場合は、貫通孔の内壁１１ａに膜状に配置されていることが好ましい。貫通孔の内壁１１ａにおける第１ガラス１２の厚みは、薄くすると第１ガラス１２が形成されない箇所ができやすく、一方で厚くすると光の吸収が増大して発光効率が低下しやすい。したがって、貫通孔の内壁１１ａにおける第１ガラス１２の厚みは、０．１μｍ〜２０μｍ程度とすることが好ましく、１μｍ〜１０μｍ程度がさらに好ましい。第１ガラス１２は例えばスパッタにより成膜する。この場合、光反射部材１１の上面及び／又は下面における第１ガラス１２の厚みは、貫通孔の内壁１１ａにおける第１ガラス１２の厚みよりも大となる傾向にある。
第１ガラス１２は透光性を有する。第１ガラス１２を構成する材料としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ソーダガラス、鉛ガラスが挙げられる。例えば、５００℃〜９００℃の間に軟化点を有するホウ珪酸ガラスを第１ガラス１２として用いることができる。
（ｂ：蛍光体含有部材の配置）
図１Ｂに示すように、光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂを有する蛍光体含有部材１３を、第１ガラス１２を介して光反射部材１１に配置する。
蛍光体含有部材１３は、励起光によって蛍光を発する第１蛍光体を含有する。励起光とは、後述する発光素子２１が出射する光である。第１蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４）、αサイアロン蛍光体、βサイアロン蛍光体などが挙げられる。第１蛍光体としては、耐熱性が良好な蛍光体であるＹＡＧ蛍光体を用いることが好ましい。
図１Ａに示すように、光反射部材１１が貫通孔を有する場合は、貫通孔内に蛍光体含有部材１３を配置する。蛍光体含有部材１３は、さらに、光入射面１３ａと光出射面１３ｂとを繋ぐ側面１３ｃを有することができる。側面１３ｃは、図１Ｂに示すように、貫通孔の内壁１１ａと略一致した形状とすることにより、光反射部材１１との密着性を向上させ、蛍光体含有部材１３で生じる熱を効果的に光反射部材１１側に逃がすことができる。一方で、完全に一致した形状を形成することは困難であるため、側面１３ｃは、貫通孔の内壁１１ａとは異なる傾斜角度としてもよい。例えば、貫通孔内に蛍光体含有部材１３を配置したときの貫通孔の内壁１１ａから蛍光体含有部材１３の側面までの距離が光入射面１３ａ側の端よりも光出射面１３ｂ側の端の方で小さくなるような、逆テーパー状の蛍光体含有部材１３とすることもできる。このような形状であれば、光入射面１３ａの貫通孔上端からの距離がばらつきにくいため、後述する図１Ｅの状態としたときの第２ガラス１４の厚みもばらつきにくい。したがって、得られる発光装置１００の発光の色度がばらつきにくい。光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂは、発光素子２１からの光の進行方向を示す軸線、すなわち光軸に対して、それぞれ垂直に配置することができる。例えば、光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂは、互いに平行に対向する平坦面とする。
蛍光体含有部材１３は、第１蛍光体を含有するセラミックス又は第１蛍光体の単結晶からなる。このような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ことにより、レーザ光のような高密度の光が照射されても変質が生じ難い。また、蛍光体含有部材１３は、後述する第１ガラス１２及び第２ガラス１４の融着の温度よりも融点が高い材料からなることが好ましい。蛍光体含有部材１３の材料としては、例えば融点が１３００℃〜２５００℃のものが挙げられ、融点が１５００℃〜２２００℃のものがより好ましい。このような融点の高い材料を用いることにより、蛍光体含有部材１３自体が融解することを抑制することができ、ひいては蛍光体含有部材１３の変形及び変色等を回避することができる。よって、長期間、所望の光学特性を維持することができる。蛍光体含有部材１３の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１．５ｍｍ程度が挙げられる。蛍光体含有部材１３は、例えば、第１蛍光体と酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、融点：約１９００℃〜２１００℃）等の透光性材料とを焼結させた蛍光体セラミックスとすることができる。この場合、第１蛍光体の含有量は、蛍光体含有部材１３の総重量に対して０．０５〜５０重量％とすることが好ましく、１〜３０重量％がより好ましい。また、このような透光性材料を用いずに第１蛍光体の紛体を焼結させることにより形成する、実質的に第１蛍光体のみからなる蛍光体セラミックスを蛍光体含有部材１３として用いてもよい。また、蛍光体含有部材１３として、第１蛍光体からなる単結晶を用いてもよい。なお、蛍光体含有部材１３の表面には、バンドパスフィルター等のコーティングが施されていてもよい。
（ｃ：蛍光体含有部材の固定）
第１雰囲気温度で第１ガラス１２を蛍光体含有部材１３に融着することにより、蛍光体含有部材１３を光反射部材１１に固定する。第１ガラス１２は室温では固体であるが、熱処理を行うことで溶融又は軟化し、再び室温に戻すことで硬化する。これにより、蛍光体含有部材１３が光反射部材１１に固定される。ここで、第１雰囲気温度は、後述する第２雰囲気温度よりも高い。このように比較的高い第１雰囲気温度で第１ガラス１２を光反射部材１１等に融着することにより、第１ガラス１２が設けられた面の反射率を向上させることができる。
図３に、第１ガラスを融着する際の第１雰囲気温度の違いによる第１ガラスが設けられた面の反射率の違いを示す。反射率の測定には、反射率の測定が容易となるよう、第１ガラスを光反射部材１１と同じ材料からなる板状部材の１つの主面に形成した試料を用いた。光反射部材１１と同じ材料からなる板状部材として、ジルコニウム含有アルミナセラミックスを用い、第１ガラスとしてホウ珪酸ガラスを用いた。板状部材の１つの主面に第１ガラスを約１．５μｍの厚みで形成し、第１雰囲気温度で第１ガラスを板状部材に融着させ、反射率の測定を行った。反射率の測定は第１ガラス１２を形成した側から行った。図３において、点線は融着のための熱処理を行わない場合を、破線は８５０℃の第１雰囲気温度で２０分間処理した場合を、実線は９３０℃の第１雰囲気温度で２０分間処理した場合を、一点鎖線は１０００℃の第１雰囲気温度で２０分間処理した場合を、それぞれ示す。また、同じ熱処理条件における、第１ガラス１２を設けない場合、つまり光反射部材１１のみの反射率を図４に示す。
図３及び図４から、第１ガラスを形成するだけでは、第１ガラスを形成しない場合と比較して反射率が低下していることが理解できる。熱処理を行わない第１ガラスを目視で確認したところ、着色が認められた。熱処理を行わない第１ガラスは光の吸収が比較的多い部材であり、このため第１ガラス１２を設けることで反射率が低下すると考えられる。そして、図３に示すように、融着を行うために熱処理ことで反射率は上昇し、この上昇幅は第１雰囲気温度を高くするほど大きくなる。図４に示すように、光反射部材１１自体の反射率も第１雰囲気温度を高くするほど増加する傾向にあるが、図３の方が上昇幅が大きい。図３と同様の測定用試料において図３と同じ条件で熱処理を行い、消衰係数を測定した結果を図５に示す。図５に示すように、第１雰囲気温度を高くするほど第１ガラス１２の消衰係数が減少した。これらの結果から、第１ガラス１２は熱処理を行わない状態では光の吸収が多い部材であるが、融着時の第１雰囲気温度を高くすることで透明の部材に近づくと理解することができる。高温で熱処理するほど第１ガラス１２から不純物が排出されやすいために、第１雰囲気温度が高いほど光吸収が減少すると推測される。
また、図３と同様の測定用試料において図３と同じ条件で熱処理を行い、第１ガラス１２の屈折率を測定した結果を図６に示す。図６に示すように、第１雰囲気温度を高くするほど第１ガラス１２の屈折率が低下した。蛍光体含有部材１３がアルミナとＹＡＧから成る場合、波長４５０ｎｍにおける屈折率はアルミナが約１．７８、ＹＡＧが約１．８５であり、いずれも第１ガラス１２よりも屈折率が高い。したがって、第１雰囲気温度を高くして第１ガラス１２の屈折率が低下するほど蛍光体含有部材１３との屈折率差が大きくなるので、蛍光体含有部材１３内に光を閉じ込めやすいと考えられる。
図３に示すように、熱処理なしの場合と比較して、８５０℃の場合は短波長域の反射率は上昇するが高波長域はほとんど変化しない。これに対して、９３０℃以上の場合は高波長域も含む広い波長域において反射率が上昇する。このため、第１ガラス１２がホウ珪酸ガラスからなる場合には、第１雰囲気温度は９３０℃以上であることが好ましい。これにより、得られる発光装置１００の光束を増大させることができる。また、第１雰囲気温度が９００℃である場合は光束の値がばらつきやすいが、９３０℃以上であれば安定して光束増大が可能である。さらには、第１雰囲気温度を１０００℃以上とすることで、発光装置１００の光束をより増大可能である。第１雰囲気温度が高すぎると蛍光体含有部材１３に含まれる第１蛍光体の変換効率が低下する場合があるため、第１雰囲気温度はこのような効率低下が生じない程度の温度とすることが好ましい。蛍光体含有部材１３が第１蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を含有する場合、第１雰囲気温度は１５００℃以下が好ましい。１３００℃以下としてもよい。
図３に示すように、熱処理による反射率の変化は特に短波長域で顕著である。第１蛍光体の放つ蛍光よりも励起光の方が短波長であるので、第１雰囲気温度を上昇することによる反射率の上昇は、励起光、すなわち発光素子２１からの光に対して特に影響が大きいといえる。このため、第１雰囲気温度は励起光反射率を基準として決定してもよい。第１ガラス１２を設けない光反射部材１１のみの励起光反射率を１としたとき、第１ガラス１２を設けた光反射部材１１の励起光反射率が０．９５以上となる温度を第１雰囲気温度とすることが好ましい。さらには励起光反射率が０．９８以上となる温度を第１雰囲気温度とすることが好ましい。これにより、得られる発光装置１００の光束を増大させることができる。例えば、励起光の波長を４５０ｎｍとすると、図３及び４に示す９３０℃の場合では、第１ガラス１２を設けた光反射部材１１の場合の励起光反射率は設けない場合の約０．９８である。また、８５０℃の場合は約０．９４であり、１０００℃の場合は約０．９９である。なお、励起光反射率とは、発光素子２１が出射する光のピーク波長における反射率を指す。発光装置１００の製造に用いる第１雰囲気温度は、測定用試料を用いた検証結果に基づいて決定することができる。
なお、雰囲気温度とは熱処理に用いる電気炉等の炉内における雰囲気の温度を指す。熱処理は、例えば、第１雰囲気温度となるまで昇温し、第１雰囲気温度を一定時間維持し、その後降温する、という手順で行う。熱処理時間とは、第１雰囲気温度を維持する時間を指す。
図１Ｂに示すように、光反射部材１１が貫通孔を有する場合は、工程（ｃ）において、蛍光体含有部材１３を貫通孔の内壁１１ａに固定する。第１雰囲気温度での熱処理は、蛍光体含有部材１３を光反射部材１１に押圧した状態で行ってもよい。これにより、両者をより密着させることができるので、蛍光体含有部材１３を光反射部材１１の貫通孔内により強固に固定させることができる。熱処理中に押圧する場合は、例えば、蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂに重りを乗せた状態で炉内に設置すればよい。
（ｄ：第２ガラス１４の配置）
図１Ｃに示すように、蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂ側に、第２蛍光体を含有する第２ガラス１４を配置する。
第２ガラス１４は第２蛍光体を含有するため、第１ガラス１２のようにスパッタで形成することは困難である。したがって、図１Ｃに示すように、柱状等の形状である一片の第２ガラス１４を準備し、これを蛍光体含有部材１３の上方に配置することが好ましい。第２ガラス１４を配置する位置は、これが溶融又は軟化した場合に、蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂ側を覆い、且つ、光反射部材１１及び第１ガラス１２の一方又は両方に接触する位置とする。図１Ｃに示すように、第２ガラス１４は蛍光体含有部材１３と接触させることが好ましい。これにより、第２ガラス１４を融着によって蛍光体含有部材１３に密着性良く固定することができる。
図１Ｃに示すように、光反射部材１１が貫通孔を有する場合、第２ガラス１４を配置する位置は、これが溶融又は軟化した場合に貫通孔の開口を塞ぐ位置とすることが好ましい。さらに、蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂが貫通孔の上端よりも下にある場合は、第２ガラス１４の下面が蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂよりも小さいことが好ましい。これにより、光反射部材１１が貫通孔を有する場合にも、第２ガラス１４を蛍光体含有部材１３と接触させることができるので、両者を密着性良く固定することができる。また、第２ガラス１４を融着する際に、第２ガラス１４が横方向に広がって貫通孔の内壁１１ａに到達するため、貫通孔の内壁１１ａとの間に隙間が生じ難い。
第２ガラス１４は、発光素子２１からの光及び蛍光体含有部材１３が発する蛍光の両方に対して透光性を有する材料によって形成することができる。第２ガラス１４の軟化点は、例えば第１ガラス１２の軟化点と同程度とすることができる。第２ガラス１４は、第２蛍光体と、ガラスとを有する。ガラスとしては、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ソーダガラス、鉛ガラスが挙げられる。例えば、５００℃〜９００℃の間に軟化点を有するホウ珪酸ガラスを母材として、その中に第２蛍光体を分散させたものを第２ガラス１４として用いることができる。このように第２ガラス１４は、第２蛍光体と母材となるガラス材料とを混合する必要があるため、第１ガラス１２よりも多種類及び／又は多量の添加物が含有されていると解される。例えば、第１ガラス１２及び第２ガラス１４がそれぞれホウ珪酸ガラスを含む場合、第２ガラス１４には第１ガラス１２と異なりＢａＯが添加される。
第２ガラス１４が第２蛍光体を含有することにより、第１蛍光体のみでは得られない色の光を発光装置１００の発光として得ることができる。発光装置１００の駆動時には、蛍光体含有部材１３によって光の密度が低下した状態の光が第２ガラス１４に入射する。このため、第２蛍光体は第１蛍光体よりも耐光性及び／又は耐熱性が低い材料から選択することができる。例えば、第１蛍光体をＹＡＧ等の黄色蛍光体とし、第２蛍光体をＣＡＳＮ、αサイアロン等の赤色蛍光体とする。
第２ガラス１４における第２蛍光体の含有量は、例えば、第２ガラス１４の全重量に対して、０．１〜１０重量％が挙げられ、０．５〜３重量％が好ましい。第２ガラス１４における第２蛍光体の含有量が多すぎると発光装置１００の光の取り出し効率が低下する。したがって、第２ガラス１４における第２蛍光体の含有量は、蛍光体含有部材１３における第１蛍光体の含有量よりも小さくすることが好ましい。蛍光体含有部材１３が含有する蛍光体は第１蛍光体のみ、第２ガラス１４が含有する蛍光体は第２蛍光体のみ、とすることが好ましい。第２ガラス１４の厚みは、例えば、数μｍ〜数百μｍ程度が挙げられる。第２ガラス１４は、第２蛍光体に加えて光散乱剤を含有していてもよい。
（ｅ：第２ガラスの融着）
図１Ｄに示すように、第１雰囲気温度より低い第２雰囲気温度で、第２ガラス１４を光反射部材１１又は第１ガラス１２に融着する。第２ガラス１４は室温では固体であるが、熱処理を行うことで溶融又は軟化し、再び室温に戻すことで硬化する。このように蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂ側を第２ガラス１４によって塞ぐことで、蛍光体含有部材１３が光反射部材１１から脱離する可能性を低減することができる。第２ガラス１４は蛍光体含有部材１３と直接接していてもよい。
上述のとおり、第１ガラス１２を融着する際の第１雰囲気温度は高いほど第１ガラス１２を設けた面の反射率を向上させることができる。しかし、第２ガラス１４は、第１雰囲気温度と同程度の高温とすると白濁した外観となった。上述のとおり第２ガラス１４には第１ガラス１２よりも多種類及び／又は多量の添加物が含有される傾向にある。このために、第２ガラス１４を高温で熱処理すると白濁すると考えられる。このように白濁した第２ガラス１４では、光散乱が増加するため、発光装置１００の光束が低下する。したがって、第２雰囲気温度は、第２ガラス１４を融着可能な程度に高くするが、第１雰囲気温度よりは低温とする。これにより、第２ガラス１４が白濁化する可能性を低減することができる。
発光装置１００の製造に用いる第２雰囲気温度は、測定用試料を用いた検証結果に基づいて決定することができる。例えば、測定用資料を用いた実験によって第２ガラス１４が白濁化する雰囲気温度を特定し、その温度より低い温度を第２雰囲気温度として設定することができる。第２雰囲気温度は例えば９００℃以下とする。９５０℃の熱処理を行い白濁化した第２ガラス１４の断面を観察すると、多数の気泡が生じており、気泡部分では他の部分よりもＢａが多く検出された。このようにＢａを含む第２ガラス１４は白濁化しやすい可能性があるため、第２雰囲気温度は９００℃以下とすることが好ましい。また、第２雰囲気温度は第２ガラス１４の軟化点以上とし、例えば８５０℃以上とすることができる。
第２ガラス１４を融着する熱処理は、第２ガラス１４を光反射部材１１に押圧した状態で行ってもよい。これにより、両者をより密着させることができるので、より強固に固定させることができる。図１Ｄに示す位置関係であれば、第２ガラス１４を上方から押圧することにより、光反射部材１１及び蛍光体含有部材１３の両方に対して密着させることができる。押圧した状態で熱処理する場合は、例えば、第２ガラス１４の上面に重りを乗せた状態で炉内に設置すればよい。
図１Ｅに示すように第２ガラス１４を固定した後、その上面側を研磨等により除去してもよい。この除去によって、第２蛍光体を含有する第２ガラス１４の体積を調整することができるため、発光装置１００の発光の色味を調整することができる。また、この除去によって光反射部材１１の上面と第２ガラス１４の上面が実質的に面一となるように平坦化してもよい。第２ガラス１４の除去と共に光反射部材１１の上面の第１ガラス１２も除去してもよい。第１ガラス１２内は光が伝搬可能であるため、光反射部材１１の上面に第１ガラス１２が残存していると、この残存した部分も発光する場合がある。光反射部材１１の上面に残存する第１ガラス１２を除去することにより、発光装置１００の光取り出し面を実質的に第２ガラス１４の上面のみとすることができる。したがって、上面に第１ガラス１２を残存させる場合と比較して発光装置１００の輝度を向上させることができる。
（ｆ：発光素子の配置）
そして、蛍光体含有部材１３の光入射面１３ａに光が照射されるように、発光素子２１を配置する。これによって得られる発光装置１００を図２Ａ〜２Ｃに示す。発光素子２１は、例えば半導体レーザ素子である。半導体レーザ素子が出射するレーザ光は、発光ダイオード（ＬＥＤ）が発する光よりも光密度が高い。樹脂よりも耐光性及び耐熱性が良好である蛍光体含有部材１３を用いることで、このような高光密度の光を入射させることができる。なお、蛍光体含有部材１３の光入射面１３ａ側にサファイア等の蛍光体を含有しない透光性部材を配置してもよい。この場合、発光素子２１からの光が透光性部材を介して蛍光体含有部材１３に照射することになる。
発光装置１００は、図２Ａ〜２Ｃに示すように、上述の工程（ａ）〜（ｅ）を経て形成された蛍光体含有部材１３等を有する光部品１０に対して、発光素子２１を有するパッケージ２０を組み合せることで形成する。図２Ａは、発光装置１００の外観の斜視図であり、図２Ｂは、パッケージ２０のキャップ２２及びレンズ２３と光部品１０とを光の主要な進路に沿って切断した状態を示す斜視図である。図２Ｃは、発光装置１００の分解斜視図である。
光部品１０は、上述の光反射部材１１が押さえ部１５と蓋部１６とに挟まれて固定されている。光反射部材１１は貫通孔を有し、その貫通孔内には、上述のとおり、第１ガラス１２と蛍光体含有部材１３と第２ガラス１４とが配置されている。図２Ｂに示すように、蓋部１６は、光反射部材１１の下面に配置される第１蓋部１６Ａと、第１蓋部１６Ａの下面に接続された第２蓋部１６Ｂとの２つの部分からなってもよい。
パッケージ２０は、図２Ｂに示すように、ステム２４と、ステム２４を貫通する２本のリード端子２５と、ステム２４が有する凸部の側面に固定されたサブマウント２６と、サブマウント２６に固定された発光素子２１と、発光素子２１とリード端子２５のそれぞれとを電気的に接続するワイヤ２７と、を有する。パッケージ２０は、さらに、ステム２４に固定されたキャップ２２と、キャップ２２が有する開口に固定されたレンズ２３とを有する。光部品１０の蓋部１６は、ステム２４に固定されている。発光素子２１は、例えば半導体レーザ素子である。図２Ｂに破線で示すように、発光素子２１から出射したレーザ光は、レンズ２３で集光され、蛍光体含有部材１３の手前で焦点を結び、蛍光体含有部材１３に入射する。発光装置１００の発光が白色光である場合、例えば、蛍光体含有部材１３が含有する第１蛍光体をＹＡＧ蛍光体とし、発光素子２１が出射するレーザ光を青色光（ピーク波長が４００ｎｍ〜４７０ｎｍ程度）とする。青色レーザ光を出射する発光素子２１としては、ＩｎＧａＮ井戸層の活性層を有するＧａＮ系レーザ素子が挙げられる。
以上の工程であれば、第１ガラス１２と第２ガラス１４という２つのガラスによって蛍光体含有部材１３を固定するため、駆動時等における蛍光体含有部材１３の脱離可能性が低い発光装置１００とすることができる。そして、第１ガラス１２と第２ガラス１４の融着時の雰囲気温度をそれぞれ異なるものとすることにより、第１ガラス１２を設けた面の反射率を高くすることができ、且つ、第２ガラス１４の白濁化を抑えることができる。したがって、光出力の向上した発光装置１００を得ることができる。
（実験例１）
実験例１として、図１Ａ〜１Ｅに示す手順で光反射部材１１に第１ガラス１２と蛍光体含有部材１３と第２ガラス１４とを形成し（以下、光反射部材１１に第１ガラス１２と蛍光体含有部材１３と第２ガラス１４とを形成したものを「光学部材」という。）、レーザ光と組み合わせて光束を測定した。具体的な製造方法は以下のとおりである。
まず、貫通孔を有するジルコニウム含有アルミナからなる光反射部材１１を準備し、その貫通孔の内壁１１ａに、ホウ珪酸ガラスからなる第１ガラス１２をスパッタにより形成した。光反射部材１１の厚みは約０．７ｍｍであり、貫通孔の下側の開口は直径約０．２ｍｍの略円形であり、貫通孔の上側の開口は直径約０．６５ｍｍの略円形であり、貫通孔の内壁１１ａは上下の開口を結び逆テーパー状に傾斜していた。第１ガラス１２の厚みは、貫通孔の下端から上端に向かうほど厚くなっており、貫通孔の下端付近の内壁１１ａで約１μｍ、上端付近の内壁１１ａで約５μｍであり、光反射部材１１の上面ではそれよりも厚かった。
次に、Ａｌ２Ｏ３とＹＡＧ蛍光体とが混合された焼結体からなる蛍光体含有部材１３を貫通孔内に配置した。蛍光体含有部材１３は逆テーパー状の形状であり、その側面は、貫通孔の内壁までの距離が光入射面１３ａ側の端よりも光出射面１３ｂ側の端の方で小さい。蛍光体含有部材１３の全重量に対して、ＹＡＧ蛍光体の含有量は約２７重量％であった。蛍光体含有部材１３の厚みは約０．３ｍｍであった。その後、第１雰囲気温度で第１ガラス１２を光反射部材１１及び蛍光体含有部材１３に融着させた。第１雰囲気温度は約９３０℃とし、熱処理時間は約２０分とした。すなわち、光反射部材１１と第１ガラス１２と蛍光体含有部材１３とを含む部材を電気炉に入れ、雰囲気温度が約９３０℃になるまで昇温し、雰囲気温度を約９３０℃のまま約２０分間維持した後、室温まで降温した。
そして、主としてホウ珪酸ガラスを含有し、αサイアロン蛍光体を含有する第２ガラス１４を蛍光体含有部材１３の光出射面１３ｂ側に配置した。第２ガラス１４は六角柱状であり、その底面を光出射面１３ｂに接して載置した。第２ガラス１４の全重量に対して、αサイアロン蛍光体の含有量は約２．５重量％であった。第２ガラス１４の厚みは約０．５ｍｍであった。その後、第２雰囲気温度で第２ガラス１４を第１ガラス１２及び蛍光体含有部材１３に融着させた。第２雰囲気温度は約８５０℃とし、熱処理時間は約２０分とした。すなわち、第２ガラス１４等を形成した部材を電気炉に入れ、雰囲気温度が約８５０℃になるまで昇温し、雰囲気温度を約８５０℃のまま約２０分間維持した後、室温まで降温した。融着後の第２ガラス１４は、貫通孔の光出射側の開口を塞いでおり、光反射部材１１の上面の第１ガラス１２に接するまで広がっていた。その後、第２ガラス１４の上面と光反射部材１１の上面が実質的に面一となるまで第２ガラス１４と第１ガラス１２とを上方から研磨した。
（実験例２）
実験例２として、第１雰囲気温度を約１０００℃とした以外は実験例１と同様にして光学部材を作製した。
（比較用の実験例３）
比較用の実験例３として、第１雰囲気温度を約８５０℃とした以外は実験例１と同様にして光学部材を作製した。
このような実験例１〜３の光学部材を実質的に同じ条件でそれぞれ複数個作製し、ピーク波長４５０ｎｍのレーザ光を照射して光束を測定した。具体的には、蛍光体含有部材１３の光入射面１３ａにレーザ光を照射し、第２ガラス１４から出射される光について光束を測定した。実験例１〜３の平均光束を比較すると、実験例１は比較用の実験例３に対して約４．４％増加し、実験例２は比較用の実験例３に対して約８．３％増加した。これらの結果から、第１雰囲気温度が高いほど、第２ガラス１４から出射される光の光束値を増加可能であることが理解できる。
（実施例１）
実施例１として、図２Ａ〜２Ｃに示す発光装置１００を作製した。まず、上述の実験例１と同様の材料及び製造方法で、光学部材を作製した。そして、このようにして得られた蛍光体含有部材１３等を有する光部品１０を、発光素子２１としてピーク波長約４５０ｎｍのレーザ光を発振する半導体レーザ素子が搭載されたパッケージ２０と組み合わせ、実施例１の発光装置１００を得た。この実施例１の発光装置１００は、電流約１．７Ａにおける光束が約４２７．９ｌｍであった。
１０ 光部品
１１ 光反射部材
１１ａ 貫通孔の内壁
１２ 第１ガラス
１３ 蛍光体含有部材
１３ａ 光入射面
１３ｂ 光出射面
１３ｃ 側面
１４ 第２ガラス
１５ 押さえ部
１６ 蓋部
１６Ａ 第１蓋部
１６Ｂ 第２蓋部
２０ パッケージ
２１ 発光素子
２２ キャップ
２３ レンズ
２４ ステム
２５ リード端子
２６ サブマウント
２７ ワイヤ
１００ 発光装置

Claims (8)

  1. 光反射部材に、蛍光体を含有しない第１ガラスを形成する工程と、
    光入射面及び光出射面を有し、第１蛍光体を含有するセラミックス又は第１蛍光体の単結晶からなる蛍光体含有部材を、前記第１ガラスを介して前記光反射部材に配置する工程と、
    第１雰囲気温度で前記第１ガラスを前記蛍光体含有部材に融着することにより、前記蛍光体含有部材を前記光反射部材に固定する工程と、
    前記蛍光体含有部材の光出射面側に、第２蛍光体を含有する第２ガラスを配置する工程と、
    前記第１雰囲気温度より低い第２雰囲気温度で、前記第２ガラスを前記光反射部材及び前記第１ガラスの一方又は両方に融着する工程と、
    前記蛍光体含有部材の光入射面に光を照射するように、発光素子を配置する工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
  2. 前記第１ガラスは、ホウ珪酸ガラスからなることを特徴とする請求項１に記載の発光装置の製造方法。
  3. 前記第１雰囲気温度は９３０℃以上であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置の製造方法。
  4. 前記第２雰囲気温度は９００℃以下であ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の製造方法。
  5. 前記第１蛍光体は、ＹＡＧ蛍光体であ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の製造方法。
  6. 前記発光素子は半導体レーザ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の製造方法。
  7. 前記光反射部材は、貫通孔を有し、
    前記蛍光体含有部材は、前記光入射面と前記光出射面とを繋ぐ側面を有し、
    前記第１ガラスを形成する工程において、前記第１ガラスを前記貫通孔の内壁に形成し、
    前記蛍光体含有部材を前記光反射部材に固定する工程において、前記蛍光体含有部材の側面を前記貫通孔の内壁に固定す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の製造方法。
  8. 前記第２ガラスを配置する工程において、前記第２ガラスの前記蛍光体含有部材の側の面は前記蛍光体含有部材の前記光出射面よりも小さく、前記第２ガラスを前記蛍光体含有部材と接触させて配置することを特徴とする請求項７に記載の発光装置の製造方法。
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