JP2020136670A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】イエローリングの低減が可能となる発光装置を実現する。
【解決手段】発光装置１００は、外部に光を出射するレンズ２０と、レンズ２０を支持するホルダ４０と、レンズ２０の出射面と反対側の、ホルダ４０内部に配置された波長変換部材３０と半導体光源１０とを少なくとも備え、レンズ２０と波長変換部材３０との間のホルダ４０の内壁に、レンズ２０側から見て波長変換部材３０の外縁を覆う第１の段差部４０ｃを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザを光源として備えた半導体発光装置であって、特に波長変換部材で変換された光を高出力で出射可能な発光装置に関する。
従来、波長変換部材と、光透過体と離間させかつ対向させた位置に外側キャップを有し、波長変換部材が形成された外側キャップは、封止用キャップの外側で、封止用キャップを包含するように構成されている半導体発光装置が知られている。当該半導体発光装置において、出射光の光軸と、波長変換部材との中心軸がほぼ一致するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００８−３０５９３６号公報（２００８年１２月１８日公開）
ところで、単一の半導体発光素子では緑色から橙色、おおよそ５３０〜６３０ｎｍ、の波長領域で発光色を実現することが難しい。半導体発光素子により所望の発光色を得るためには複数の発光素子を組み合わせることが一つの手段である。たとえば、黄色発光を実現するためには、緑色半導体発光素子と赤色半導体発光素子の２つを組み合わせて、適切な強度比で発光させることが一つの手段である。あるいは青色半導体発光素子、緑色半導体発光素子、そして赤色半導体発光素子の３つを組み合わせ、各々の発光強度を適宜変更することで所望の発光色を自由に得ることが出来る。
ただし、発光色の可変が不要な場合においては複数の発光素子を組み合わせることはコスト的に不利である。よって、所望の発光色を得るためのもう一つの方法であり、先行の特許文献１にあるように発光半導体素子と波長変換部材を組み合わせることに利点がある。しかしながら、半導体発光素子と波長変換部材を組み合わせた発光装置では照射面の中心部と外周部とで色が異なる、所謂イエローリング、という現象が生じることがある。発光装置では、このようなイエローリングをできるだけ抑制することが好ましい。
本発明の一態様は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、半導体発光素子と波長変換部材を組み合わせることで所望の発光色を得られ、且つ、均一な色の照射面（イエローリングの低減）が可能となる発光装置を実現することを目的とする。
（１）本発明の一態様に係る発光装置は、外部に光を出射するレンズと、上記レンズを支持するホルダと、上記レンズの出射面と反対側の、上記ホルダ内部に配置された波長変換部材と半導体光源とを少なくとも備え、上記レンズと上記波長変換部材との間の上記ホルダの内壁に、上記レンズ側から見て上記波長変換部材の外縁を覆う第１の段差部を備えている。
（２）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）の構成に加え、上記ホルダの内壁は、上記半導体光源側から見て上記レンズの外縁を覆う第２の段差部を備えている。
（３）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）または上記（２）の構成に加え、上記レンズと上記波長変換部材は上記ホルダ内部に配置されており、上記波長変換部材は、固着用樹脂により上記第１の段差部に固着されており、上記レンズは、固着用樹脂により上記第２の段差部に固着されている。
（４）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）〜（３）何れか１つの構成に加え、放熱プレートを備え、上記放熱プレートに上記半導体光源が配置され、上記放熱プレートに上記ホルダが固着されている。
（５）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）〜（４）何れか１つの構成に加え、上記第１の段差部および第２の段差部には固着用樹脂量を調整するための溝が設けられている。
（６）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）〜（５）何れか１つの構成に加え、上記波長変換部材が、ガラス、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮの少なくとも一種を含む無機材料をバインダにして、蛍光体を固めたものであること、または、ガラス、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮの少なくとも一種を含む無機材料からなる可視光に対して透明な支持体に蛍光体と有機バインダもしくは無機バインダを混合したものを搭載したものであること、または、蛍光体のみからなる板状部材である。
（７）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）〜（６）何れか１つの構成に加え、上記半導体光源に搭載されている半導体発光素子は、３６０ｎｍ乃至８００ｎｍに発光ピーク波長を有する半導体レーザ素子である。
（８）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（６）の構成に加え、上記蛍光体は、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体であって、Ｃｅ賦活Ｌｎ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）５Ｏ１２（ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｇｄ、Ｌｕの少なくとも１つから選択され、ＣｅはＬｎを置換する）、Ｅｕ、Ｃｅ賦活Ｃａ３（ＳｃｘＭｇ１−ｘ）２Ｓｉ３Ｏ１２（ＣｅはＣａを置換する）、Ｅｕ賦活（Ｓｒ１−ｘＣａｘ）ＡｌＳｉＮ３、（ＥｕはＳｒおよびＣａを置換する）、Ｃｅ賦活（Ｌａ１−ｘＹｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１（ＣｅはＬａおよびＹを置換する）、Ｃｅ賦活Ｃａ−α−Ｓｉａｌｏｎ、Ｅｕ賦活β−Ｓｉａｌｏｎ、Ｅｕ賦活Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８（ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｂａの少なくとも１つから選択され、ＥｕはＭを置換する）からなる群から選択される少なくとも１種を含む。
（９）また、本発明のある態様に係る発光装置は、上記（１）〜（８）何れか１つの構成に加え、上記波長変換部材は、フィラーを含有する。
本発明の一態様によれば、一種類の発光色の半導体発光素子を用いて、所望の発光色、且つ、均一な色の照射面（イエローリングの低減）が可能となる発光装置を実現することができる。
本発明の実施形態１に係る発光装置の構成を示す断面図である。 実施形態１に係る半導体光源の構成を模式的に示す図である。 実施形態１に係る波長変換部材を模式的に示す断面図であって、（ａ）は一例で、（ｂ）は他の例である。 実施形態１に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態２に係る発光装置の構成を示す断面図である。 実施形態２に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施形態３に係る発光装置の一例を示す断面図である。 実施形態３に係る発光装置の他の例を示す断面図である。 実施形態３に係る発光装置の更に他の例を示す断面図である。 図１０の（ａ）は実施形態３に係る発光装置の上面視の模式図であり、（ｂ）は実施形態３に係る波長変換部材を模式的に示す断面図の一例で、（ｃ）は他の例である。 図１１（ａ）、および（ｂ）は波長変換部材の変形例を示す図である。 実施形態３に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。 実施形態３に係る波長変換部材の製造方法を示すフローチャートである。
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
（発光装置１００の構成）
図１は本発明の実施形態１に係る発光装置１００の構成を示す断面図である。発光装置１００は、主に白色平行光をレンズ２０から出射可能な発光装置１００であって、例えば、屋内外の照明用、車載用ヘッドランプ、投光器等のピーク出力を必要とする用途に用いることができる高出力の発光装置である。図１に示すように、発光装置１００は、半導体光源１０と、レンズ２０と、波長変換部材３０と、ホルダ４０と、ハウジング５０と、放熱プレート６０と、を備えている。半導体光源１０、レンズ２０、および、波長変換部材３０は、筒状のホルダ４０の内部（内径部）に配置されている。
半導体光源１０は、半導体発光素子、特に半導体レーザ（レーザダイオード：ＬＤ）を光源として用いた所謂ＴＯ−ＣＡＮパッケージ型の光源装置であってもよい。図１に示すように、半導体光源１０は、後述するレンズ２０の出射面と反対側の、後述するホルダ４０内部に配置されている。
レンズ２０は、半導体光源１０からの照射光を集光させて外部に光を出射する光学部材である。レンズ２０には、両凸レンズを好適に用いることができる。図１に示すように、筒状のホルダ４０の内部において、レンズ２０は、半導体光源１０と、波長変換部材３０との上部に配置される。
波長変換部材３０は、半導体光源１０からの照射光の波長を変換する。図１に示すように、筒状のホルダ４０の内部において、波長変換部材３０は、半導体光源１０と、レンズ２０との間に配置されている。換言すると、波長変換部材３０は、レンズ２０の出射面と反対側の、ホルダ４０内部に配置されている。波長変換部材３０は、レンズ２０の焦点位置に設けられているのが望ましい。半導体光源１０からの照射光は、波長変換部材３０を通って波長が変換されてホルダ４０の出射開口に向かう。
このように、筒状のホルダ４０の内部において、レンズ２０と、波長変換部材３０との間に開口部（アパーチャー）４０ａが形成される。
（ホルダ４０の構成）
ホルダ４０は、熱伝導率が高い材質から形成されているのが望ましい。ホルダ４０には、軽量で熱伝導率が高く、加工が容易な材質、例えばアルミニウム、を好適に用いることができる。また、ホルダ４０は、アルミニウムに限らず、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは、８０Ｗ／ｍＫ以上の金属、または非金属の材質から形成してもよい。
レンズ２０と波長変換部材３０との間のホルダ４０の内壁に、レンズ２０側から見て波長変換部材３０の外縁を覆う第１の段差部４０ｃを備えている。換言すると、発光装置１００において、第１の段差部４０ｃは、波長変換部材３０が、第１の段差部４０ｃにより形成された筒状の空間に進入することができるように形成されている。また、第１の段差部４０ｃは、波長変換部材３０を支持する波長変換部材支持部とも称する。波長変換部材支持部４０ｃは、ホルダ４０の内部に突設され、内部に段差状に設けられている。波長変換部材支持部４０ｃは、ホルダ４０の内部に周方向に沿って、リング状に突設されているのが望ましい。
上記の構成によれば、発光装置１００は、筒状のホルダ４０の内部において、レンズ２０と、波長変換部材３０との間に開口部（アパーチャー）４０ａが形成されることにより、半導体光源１０からのレーザ光の一部のみを透過させかつ混色領域を有することによって、イエローリングの低減が可能となる発光装置１００を実現することができる。
また、図１に示すように、ホルダ４０の内壁は、半導体光源１０側から見てレンズ２０の外縁を覆う第２の段差部４０ｂを備えている。換言すると、発光装置１００において、第２の段差部４０ｂは、レンズ２０が、第２の段差部４０ｂにより形成された筒状の空間に進入することができるように形成されている。また、第２の段差部４０ｂは、レンズ２０を支持するレンズ支持部とも称する。レンズ支持部４０ｂは、ホルダ４０の内部に突設され、内部に段差状に設けられている。レンズ支持部４０ｂは、ホルダ４０の内部に周方向に沿って、リング状に突設されているのが望ましい。
上記の構成によれば、発光装置１００は、筒状のホルダ４０の内部において、第２の段差部４０ｂが形成されることにより、レンズ２０を支持することができると共に、第２の段差部４０ｂおよび第１の段差部４０ｃの間に開口部（アパーチャー）４０ａが好適に形成されることにより、半導体光源１０からのレーザ光の一部のみを透過させかつ混色領域を有することによって、イエローリングの低減が可能となる発光装置１００を確実に実現することができる。
上述したように、発光装置１００において、レンズ２０と波長変換部材３０はホルダ４０の内部に配置されている。また、波長変換部材３０は、波長変換部材支持部４０ｃに固着用樹脂８０を用いて固着されている。あるいは、波長変換部材の外周部を金属蒸着するなどしてメタライズした上で、金バンプなどの金属バンプやＳｎ−Ａｕ−Ｃｕ系のハンダ材料によりホルダと波長変換部材とを固着することも可能である。また、リング状の低融点ガラスをホルダと波長変換部材との間に配置し、３００〜１０００度の間の適切な温度範囲にて処理することで低融点ガラスが溶解するため、低融点ガラスを介してホルダと波長変換部材とを固着することも可能である。
波長変換部材３０は、波長変換部材支持部４０ｃの、ホルダ４０における半導体光源１０に対向する側の段差面に固定されている。これにより、波長変換部材３０は、波長変換部材支持部４０ｃから脱落した場合であっても、半導体光源１０からの照射光の光束中に残る。よって、半導体光源１０からのレーザ光が波長変換部材３０を通ることなく直接放出されることがなく、安全性を向上することができる。なお、発光装置１００において、波長変換部材３０が脱落した場合、半導体光源１０のレーザ出射光を遮るように波長変換部材３０の径を配慮して配置されている。このため、発光装置１００は、優れた安全性を有する。
なお、図示は省略するが、波長変換部材支持部４０ｃは、ホルダ４０の内部から突設された、互いに対向する一対の段差から構成されており、これらの一対の段差間に波長変換部材３０を挟持することにより、波長変換部材３０を内部に支持する構成であってもよい。
レンズ２０は、レンズ支持部４０ｂに、固着用樹脂８０を用いて固着されている。
レンズ２０は、レンズ支持部４０ｂの、ホルダ４０における出射開口側の段差面に固定されている。なお、図示は省略するが、レンズ支持部４０ｂは、ホルダ４０内部から突設された、互いに対向する一対の段差から構成されており、これらの一対の段差間にレンズ２０を挟持することにより、レンズ２０を内部に支持する構成であってもよい。
また、図１に示すように、半導体光源１０は、ホルダ４０における不図示の光源支持部と、ホルダ４０の半導体光源側の開口を塞ぐ放熱プレート６０との間に挟持されて支持される。
上記の構成によれば、発光装置１００において、波長変換部材３０およびレンズ２０を、固着用樹脂８０によりそれぞれ第１の段差部４０ｃおよび第２の段差部４０ｂに好適に固着することができる。
また、第１の段差部４０ｃおよび第２の段差部４０ｂには固着用樹脂８０の量を調整するための溝が設けられてもよい。図１に例示するように、溝４０ｅが、第２の段差部４０ｂの固着用樹脂８０に対応した位置に、径方向に向けて第２の段差部４０ｂに凹設（図１のｂ）を参照）してもよいし、第２の段差部４０ｂの固着用樹脂８０の位置より下部に、下方に向けて第２の段差部４０ｂに凹設（図１のｃ）を参照）してもよい。よって、波長変換部材３０およびレンズ２０を更に好適に固着することができる。
ハウジング５０は、ホルダ４０を固定する部材である。具体的には、ハウジング５０は、ホルダ４０を内包するように配置することが望ましい。よって、ホルダ４０の側面とハウジング５０が接触可能な構成になるため熱放散に優れ、発光装置１００の放熱性を高めることでき、高出力および信頼性が優れた発光装置１００を提供することができる。
ハウジング５０も、熱伝導率が高い材質から形成されているのが望ましい。ハウジング５０には、軽量で熱伝導率が高く、加工が容易な材質、例えばアルミニウム、を好適に用いることができる。また、ハウジング５０は、アルミニウムに限らず、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは、８０Ｗ／ｍＫ以上の金属、または非金属の材質から形成してもよい。
図１に示すように、半導体光源１０は、熱伝導率が高い材質から形成された放熱プレート６０の上に搭載され、放熱プレート６０にホルダ４０およびハウジング５０が固着されている。
放熱プレート６０（プレート）は、熱伝導率が高い材質から形成された板状の部材である。放熱プレート６０には、例えば、軽量で熱伝導率が高いアルミニウムを好適に用いることができる。また、放熱プレート６０は、アルミニウムに限らず、熱伝導率が１０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは、８０Ｗ／ｍＫ以上の金属、または非金属の材質から形成してもよい。
放熱プレート６０は、半導体光源１０のヒートシンクとして機能し、半導体光源１０からの熱を吸熱する。また、放熱プレート６０は、熱伝導率が高い材質から形成されたホルダ４０およびハウジング５０に接触している。
このように、熱伝導率が高い材質から形成された放熱プレート６０の上に半導体光源１０を搭載し、放熱プレート６０と、熱伝導率が高い材質から形成されたホルダ４０とハウジング５０とを接触させている。よって、半導体光源１０からの熱を放熱プレート６０、および、ホルダ４０およびハウジング５０から効率よく放熱させることができる。よって、半導体光源１０の高出力化を図っても、効率よく熱を放熱させることができ、半導体光源１０の性能、および、寿命が熱影響を受けるのを防ぐことができる。なお、ハウジング５０の外周にフィン等の放熱構造を好適に設けてもよい。
（半導体光源１０の構成）
図２は、半導体光源１０の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、半導体光源１０は、半導体レーザチップ１１（半導体発光素子）を備えている。半導体レーザチップ１１は、３６０ｎｍ乃至８００ｎｍに発光ピーク波長を有する半導体レーザ素子である。半導体光源１０は、ＴＯ−ＣＡＮパッケージ型のレーザ光源であることが望ましい。実施形態１の半導体レーザチップ１１は、青色光を照射する青色半導体レーザチップであり、半導体レーザチップ１１を、青色半導体レーザチップ１１と称する。
半導体光源１０は、半導体光源基板であるＬＤプレート１４上に、搭載されるステム１２を備え、ステム１２から延びるワイヤ１３（リード）に青色半導体レーザチップ１１が接続されている。ステム１２をＬＤプレート１４上に搭載する方法として、溶接または溶着方法が挙げられる。
半導体光源１０は、青色半導体レーザチップ１１の周囲を覆う、金属製のキャップ状のキャン１５を備えている。キャン１５の照射開口には、青色半導体レーザチップ１１からの照射光を透過する光透光板１６（カバーガラス）が設けられている。また、ステム１２から延びるピン１８は、ＬＤプレート１４を貫通して延びる。青色半導体レーザチップ１１は、ピン１８からワイヤ１３に供給される電源が印加されて発光する。
半導体光源１０は、ＬＤプレート１４が放熱プレート６０の上に搭載されており、ＬＤプレート１４を介して、放熱プレート６０に青色半導体レーザチップ１１からの熱が伝熱される（図１参照）。放熱プレート６０には、ステム１２から延びるピン１８が貫通する穴が形成されており、当該穴を介して露出するピン１８に外部の電源が接続される。
（波長変換部材３０の構成）
図３は、波長変換部材３０を模式的に示す断面図であって、（ａ）は一例で、（ｂ）は他の例である。
図３に示すように、波長変換部材３０は、断面視において複数の層が積層されている。実施形態１において、波長変換部材３０は、厚さ２ｍｍに形成されている。波長変換部材３０は、例えば、基材であるサファイヤガラスから形成されたガラス層３１と、波長選択層３２と、蛍光体層３５と、反射防止層３３とが、積層されて構成されている。
一例として、波長変換部材３０は、ガラス、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮの少なくとも一種を含む無機材料をバインダにして、蛍光体を固めたものであってもよい。
他の例として、波長変換部材３０は、ガラス、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮの少なくとも一種を含む無機材料からなる可視光に対して透明な支持体に蛍光体と有機バインダもしくは無機バインダを混合したものを搭載したものであってもよい。
さらに他の例として、波長変換部材３０は、蛍光体のみからなる板状部材であってもよい。
波長変換部材３０における蛍光体は、例えば、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、または、赤色蛍光体であり、波長変換部材３０は、Ｃｅ賦活Ｌｎ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）５Ｏ１２（ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｇｄ、Ｌｕの少なくとも１つから選択され、ＣｅはＬｎを置換する）、Ｅｕ、Ｃｅ賦活Ｃａ３（ＳｃｘＭｇ１−ｘ）２Ｓｉ３Ｏ１２（ＣｅはＣａを置換する）、Ｅｕ賦活（Ｓｒ１−ｘＣａｘ）ＡｌＳｉＮ３、（ＥｕはＳｒおよびＣａを置換する）、Ｃｅ賦活（Ｌａ１−ｘＹｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１（ＣｅはＬａおよびＹを置換する）、Ｃｅ賦活Ｃａ−α−Ｓｉａｌｏｎ、Ｅｕ賦活β−Ｓｉａｌｏｎ、Ｅｕ賦活Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８（ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｂａの少なくとも１つから選択され、ＥｕはＭを置換する）からなる群から選択される少なくとも１種の蛍光体を含む蛍光体層３５を備えている。なお、波長変換部材３０に複数の蛍光体が含まれていても良く、蛍光体の組合せにより発光効率や演色性を高めることが可能となる。例えば、白色発光をさせたい場合に、青色発光半導体レーザチップと黄色発光を示す蛍光体を用いることで発光効率を高めることが可能であるし、青色発光半導体レーザチップと、黄色発光を示す蛍光体あるいは緑色発光を示す蛍光体と、赤色発光を示す蛍光体を組み合わせて用いることで演色性を高めることが可能となる。
図３に示すように、蛍光体層３５は、１又は複数種類の蛍光体を含んで構成され、例えば、図３の（ｂ）に示すように、粒子径が小さい蛍光体層と、粒子径が大きい蛍光体層と、が積層されて構成されていてもよい。また、蛍光体層３５は、ガラス層３１で挟まれている。
波長変換部材３０の光出射面には、ガラス層３１に積層された、反射防止層３４が形成されている。反射防止層３４は、蛍光体層３５において励起された励起光の反射を防止する。
波長変換部材３０の光入射面には、ガラス層３１に積層された、波長選択層３２が形成されている。波長選択層３２は、ダイクロイックミラーによって構成され、青色波長領域の光だけを透過させる。
このように、波長変換部材３０は、半導体光源１０からの照射光であって、波長選択層３２によって選択された、青色波長領域の光だけを、蛍光体層３５において励起させて出射させることができる。蛍光体層３５は、粒子径が小さい蛍光体層と、粒子径が大きい蛍光体層と、を備えているため、３６０ｎｍ乃至８００ｎｍに発光ピーク波長を有するレーザ光により励起され、演色正の高い白色光を発する。
また、上述のように、本実施形態における波長変換部材３０は、黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の少なくとも一つを備えていればよい。各蛍光体は単層または積層構造であってもよい。
さらに、本実施形態における波長変換部材３０において、異なる粒度分布を持つ蛍光体・無機バインダが混合されていてもよい。メインとなる蛍光体と、それよりも小さな粒度を持つ蛍光体もしくは無機粒子とを組み合わせることで、より緻密な蛍光体板で、より熱伝導性の高い蛍光体板の材料とすることが可能である。例えばメインとなる蛍光体のメディアン径は１０ｕｍ以上３０ｕｍ以下であり、小さな粒度を持つ蛍光体のメディアン径は１ｕｍ以上８ｕｍ以下であることが好ましい。これにより、透過型波長変換部材における蛍光体部での放熱が一つの大きな課題となっていたことを好適に改善できる。
また、上記構成以外に、本実施形態における波長変換部材３０は、不図示のフィラーを含有してもよい。フィラー含有量が多いほど、フィラーによる光拡散が増え、実効的な光路長が増加することにより波長変換部材３０での光変換量が大きくなる。よって、波長変換部材３０の波長変換性能に寄与することができる。
（発光装置１００の製造方法）
図４は、発光装置１００の製造方法を示すフローチャートである。図４に示すように、まず、ステップＳ１１において、放熱プレート６０に、ハウジング５０を組立てる。次に、ステップＳ１２において、放熱プレート６０に、半導体光源１０を搭載する。次に、ステップＳ１３において、予め第１の段差部４０ｃ、第２の段差部４０ｂ、および開口部４０ａが設けられたホルダ４０を準備する。
次に、ステップＳ１４において、ホルダ４０の波長変換部材支持部４０ｃに波長変換部材３０（蛍光体層）を固着（固定）する。次に、ステップＳ１５において、ホルダ４０の、レンズ支持部４０ｂに、レンズ２０を固着（固定）する。次に、ステップＳ１６において、ホルダ４０を、ハウジング５０固定する。また、本実施形態において、ステップＳ１６とステップＳ１６との順序が逆でもよい。
このように、発光装置１００は、ホルダ４０の内部に、波長変換部材支持部４０ｃ、レンズ支持部４０ｂ、および不図示の光源支持部を備え、これらの波長変換部材支持部４０ｃ、レンズ支持部４０ｂ、および不図示の光源支持部に、波長変換部材３０、レンズ２０、および半導体光源１０がそれぞれ支持固定されている。これにより、発光装置１００の組み立て時において、レンズ２０、波長変換部材３０、および半導体光源１０の光軸合わせを容易に行うことができ、製造作業を効率よく行うことができる。
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
図５は、実施形態２に係る発光装置１００ａの構成を示す断面図である。実施形態１に係る発光装置１００と比較すると、発光装置１００ａは、ハウジングを備えないのは主な相違点である。これにより、部品点数の削減を実現できるため、発光装置１００ａの製造コストを低減することができる。以下、この相違点を中心に説明する。
また、発光装置１００ａにおいて、ホルダ４０の一部で、半導体光源１０のキャン１５（図２を参照）を包囲する部分の厚さが発光装置１００の対応部位の厚さよりも厚くなっている。これにより、半導体光源１０からの熱を放熱することに有利である。
更に、発光装置１００ａにおいて、ホルダ４０の、半導体光源１０のキャン１５（図２を参照）を包囲する部分の構造が簡素化されている。これにより、ホルダ４０の機械加工コスト低減に寄与することが図れる。
また、本実施形態でも、波長変換部材３０は、黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の少なくとも一つを備えていればよい。各蛍光体は単層または積層構造であってもよい。
本実施形態に係る発光装置１００ａは、実施形態１に係る発光装置１００と同様な効果を奏することができる。
（発光装置１００ａの製造方法）
図６は、発光装置１００ａの製造方法を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、ステップＳ２１において、放熱プレート６０の貫通穴６０ａ（図５を参照）を介して、放熱プレート６０に、半導体光源１０を搭載する。次に、ステップＳ２２において、ホルダ４０の波長変換部材支持部４０ｃに波長変換部材３０（蛍光体層）を固着（固定）する。次に、ステップＳ２３において、放熱プレート６０にホルダ４０を固定する。次に、ステップＳ２４において、ホルダ４０の、レンズ支持部４０ｂに、レンズ２０を固着（固定）する。
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態１および２にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。
上記実施形態１および２において、単一の半導体光源１０を備えた発光装置を説明したが、本実施形態では、複数の半導体光源１０を備える発光装置を説明する。図７は、本実施形態に係る発光装置の一例を示す断面図である。図８は、発光装置の他の例を示す断面図である。図９は、発光装置の更に他の例を示す断面図である。
（発光装置１００ｂの構成）
図７に示すように、発光装置１００ｂは、複数の半導体光源１０と、レンズ２０ａと、波長変換部材３０ａと、ホルダ４０ｄと、貫通穴６０ａを備えた放熱プレート６０と、貫通穴７０ａを備えた波長変換部材搭載プレート７０と、樹脂ダム７１と、を備えている。複数の半導体光源１０と、レンズ２０ａと、および、波長変換部材３０ａは、筒状のホルダ４０ｄの内部に配置されている。
レンズ２０と同様に、レンズ２０ａも、半導体光源１０からの照射光を集光させて外部に光を出射する光学部材である。レンズ２０ａにも、両凸レンズを好適に用いることができる。
波長変換部材３０と同様に、波長変換部材３０ａも、半導体光源１０からの照射光の波長を変換する。発光装置１００ｂにおいて、波長変換部材３０ａは、樹脂ダム７１に包囲されて波長変換部材搭載プレート７０に搭載されている。
図７に示すように、波長変換部材搭載プレート７０の、複数の半導体光源１０に対応する箇所に貫通穴７０ａが形成されている。よって、複数の半導体光源１０からのレーザ光を発光装置１００ｂの外部に放出することができる。
また、図７に示すように、発光装置１００ｂにおいても、レンズ２０ａと波長変換部材３０ａはホルダ４０ｄの内部に配置されている。また、波長変換部材３０ａは、波長変換部材支持部４０ｃに固着用樹脂８０を用いて固着されている。また、レンズ２０ａは、レンズ支持部４０ｂに固着用樹脂８０を用いて固着されている。
上記の構成によれば、発光装置１００ｂは、上記実施形態に係る発光装置と同様な効果を奏することができるとともに、大型化により高出力化が図れる。
（発光装置１００ｃの構成）
図８に示すように、発光装置１００ｃは、複数の半導体光源１０と、レンズ２０ｂと、複数の波長変換部材３０ｂと、ホルダ４０ｄと、貫通穴６０ａを備えた放熱プレート６０と、貫通穴を備えた波長変換部材搭載プレート７０ｂと、を備えている。
発光装置１００ｂと比較すると、発光装置１００ｃは、レンズ２０ｂおよび波長変換部材搭載プレート７０ｂの構造は相違する。以下、この相違点を中心に説明する。図８に示すように、波長変換部材搭載プレート７０ｂの、複数の半導体光源１０に対応する箇所に貫通穴が形成されている。さらに、複数の波長変換部材３０ｂは複数の貫通穴にそれぞれ、半導体光源１０側から嵌入されている。よって、複数の半導体光源１０からのレーザ光を発光装置１００ｃの外部に放出することができる。
また、発光装置１００ｃにおいて、レンズ２０ｂの、複数の半導体光源１０および複数の波長変換部材３０ｂに対応する箇所に隆起部が形成されている。よって、レンズ２０ｂは、複数の隆起部により対応する半導体光源１０からの照射光を集光させて発光装置１００ｃの外部に光を出射することができる。
上記の構成によれば、発光装置１００ｃは、発光装置１００ｂと同様な効果を奏することができる。
（発光装置１００ｃの構成）
図８に示すように、発光装置１００ｃは、複数の半導体光源１０と、レンズ２０ｂと、複数の波長変換部材３０ｂと、ホルダ４０ｄと、貫通穴６０ａを備えた放熱プレート６０と、貫通穴を備えた波長変換部材搭載プレート７０ｂと、を備えている。
発光装置１００ｂと比較すると、発光装置１００ｃは、レンズ２０ｂおよび波長変換部材搭載プレート７０ｂの構造は相違する。以下、この相違点を中心に説明する。図８に示すように、波長変換部材搭載プレート７０ｂの、複数の半導体光源１０に対応する箇所に貫通穴が形成されている。さらに、複数の波長変換部材３０ｂは複数の貫通穴にそれぞれ、半導体光源１０側から嵌入されている。よって、複数の半導体光源１０からのレーザ光を発光装置１００ｃの外部に放出することができる。
また、発光装置１００ｃにおいて、レンズ２０ｂの、複数の半導体光源１０および複数の波長変換部材３０ｂに対応する箇所に隆起部が形成されている。よって、レンズ２０ｂは、複数の隆起部により対応する半導体光源１０からの照射光を集光させて発光装置１００ｃの外部に光を出射することができる。
上記の構成によれば、発光装置１００ｃは、発光装置１００ｂと同様な効果を奏することができる。
（発光装置１００ｄの構成）
図９に示すように、発光装置１００ｄは、複数の半導体光源１０と、レンズ２０ａと、複数の波長変換部材３０ｃと、ホルダ４０ｄと、貫通穴６０ａを備えた放熱プレート６０と、貫通穴を備えた波長変換部材搭載プレート７０ｃと、を備えている。
発光装置１００ｃと比較すると、発光装置１００ｄは、レンズ２０ａ（図７を参照）および波長変換部材搭載プレート７０ｃの構造は相違する。以下、この相違点を中心に説明する。図９に示すように、波長変換部材搭載プレート７０ｃの、複数の半導体光源１０に対応する箇所に貫通穴が形成されている。さらに、複数の波長変換部材３０ｃは複数の貫通穴にそれぞれ、波長変換部材搭載プレート７０ｃの上下面と面一になるよう挿入されている。よって、複数の半導体光源１０からのレーザ光を発光装置１００ｄの外部に放出することができる。
上記の構成によれば、発光装置１００ｄは、発光装置１００ｂ、および発光装置１００ｃと同様な効果を奏することができる。
（発光装置１００ｂ〜１００ｄの半導体光源の配置例および波長変換部材の構成）
図１０の（ａ）は発光装置１００ｂ〜１００ｄの上面視の模式図であり、（ｂ）は波長変換部材３０ａ〜３０ｃを模式的に示す断面図の一例で、（ｃ）は他の例である。
図１０の（ａ）に示すように、上記説明した発光装置１００ｂ〜１００ｄにおいて、複数（図示では９個）の半導体光源１０は、例えば近隣同士間の距離が略等しくなるように円状に配置することが望ましい。光源間の距離が近いほど点光源に近くなるため、光学系の設計が容易になる。一方で、図８に示すようにマイクロレンズアレイを用いたり、複数のレンズを組み合わたりする場合においては、半導体光源１０の距離および位置関係はレンズ設計に適したものとする。ただし、半導体光源１０の配置は上記に限られるものではなく、用いられる状況に合わせ、格子状の配置など光学的な理由や熱設計、筺体設計などの理由により適切になるように適宜変更される。例えば、１２個の半導体光源１０を配置する場合に円形では無く、３列４行あるいは２行６列などとするなど、本発光装置を用いる照明装置の筺体に合わせて変更することなどが考えられる。
図１０の（ｂ）に示すように、発光装置１００ｂ〜１００ｄにおける波長変換部材３０ａ〜３０ｃの構成は、例えば実施形態１における図３の（ａ）に示す構成となってもよい。すなわち、波長変換部材３０ａ〜３０ｃは、基材であるサファイヤガラスから形成されたガラス層３１と、波長選択層３２と、蛍光体層３５と、反射防止層３３とが、積層されて構成されている。
波長変換部材３０ａ〜３０ｃの構成の他の例として、例えば、図１０の（ｂ）に示すように、反射防止層３３と、反射防止層３３と隣接しているガラス層３１との間に、さらにカラーフィルタ３６を有してもよい。このカラーフィルタ３６は、波長変換部材３０ａ〜３０ｃにより発光された光を主に透過させる層である。
本実施形態における波長変換部材３０ａ〜３０ｃも、実施形態１および２における波長変換部材３０と同様な効果を奏することができる。
また、本実施形態でも、波長変換部材３０ａ〜３０ｃは、黄色蛍光体、緑色蛍光体、赤色蛍光体の少なくとも一つを備えていればよい。各蛍光体は単層または積層構造であってもよい。
（波長変換部材の変形例）
なお、波長変換部材は、上述した波長変換部材３０ａ〜３０ｃの構造に限らず、以下のような構造を有するものであってもよい。
波長変換部材は、蛍光体のみからなる板状の部材であってもよく、例えば、
‐単結晶蛍光体を板状に切り出したもの
‐蛍光体粒子を焼結して板状としたもの
‐蛍光体粒子と光散乱機能を持つ粒子を混ぜ合わせ焼結して板状としたもの
‐蛍光体粒子を圧縮成形し、板状の形状としたもの
‐蛍光体粒子と光散乱用の粒子を混ぜ合わせ圧縮形成したもの
‐有機バインダあるいは無機バインダを用いて、サファイア、およびガラスなどから形成された透明の基板の上に蛍光体粒子を層状に塗布形成したもの
とすることができる。なお、波長変換部材３０ａ〜３０ｃ中の蛍光体層や上記の簡便な構造の波長変換部材においてはその形成方法により空隙を有する可能性があり、光散乱性に影響を与え、空隙の存在量が多いほど光散乱性が強くなる。また、波長変換部材は３０ａ〜３０ｃの構造や上記の構造のいくつかを複数組み合わせたものであっても良い。
図１１の（ａ）および（ｂ）は、変形例の波長変換部材３０ｄ、３０ｅの構成を示す図である。
図１１の（ａ）に示すように、波長変換部材３０ｄは、上述した蛍光体のみからなる板状の部材３１ａのレーザからの光の入射側に、蛍光体光を反射するような特性の、波長選択的な光反射性の領域３２ａを形成したものであってもよい。光反射性の領域３２ａは、ダイクロイックミラーから構成することができる。
また、図１１の（ｂ）に示すように、波長変換部材３０ｅは、蛍光体のみからなる板状の部材（蛍光体板）３１ａ、または、蛍光体のみからなる板状の部材３１ａに光反射性の領域３２ａを形成した部材（３１ａ＋３２ａ）、の何れかの、レーザからの光の射出側に、レーザからの光を反射するような特性のダイクロイックミラー、または波長選択的な光吸収性のカラーフィルタ層３３ａを形成したものであってもよい。ダイクロイックミラーの反射率、またはカラーフィルタの透過スペクトル特性は、半導体光源装置から射出される光のスペクトルの所望の特性に合わせて、適宜に設計が変更される。
また、波長変換部材は、蛍光体のみからなる板状の部材の、レーザからの光の入射側、または、レーザからの光の入射側および出射側の両側に、光散乱層を形成したものであってもよい。
また、波長変換部材は、蛍光体のみからなる板状の部材内での面内導波を抑制するために、蛍光体板の両側面に、金属膜、またはダイクロイックミラーなどによって形成された反射膜、または反射層を備えている構成であってもよい。このように、蛍光体板の両側面に反射膜、または反射層を設けることで、波長変換部材の出射面からの光取り出し効率を向上することができる。
（発光装置１００ｂ〜１００ｄの製造方法）
図１２は、発光装置１００ｂ〜１００ｄの製造方法を示すフローチャートである。図１２に示すように、まず、ステップＳ３１１において、放熱プレート６０の貫通穴６０ａ（図７〜図９を参照）を介して、放熱プレート６０に、複数の半導体光源１０を搭載する。次に、ステップＳ３１２において、ホルダ４０ｄの、波長変換部材支持部４０ｃに波長変換部材３０ａ〜３０ｃをそれぞれ固着（固定）する。次に、ステップＳ３１３において、放熱プレート６０にホルダ４０ｄを固定する。次に、ステップＳ３１４において、ホルダ４０の、レンズ支持部４０ｂにレンズ２０〜２０ａを固着（固定）する。
（波長変換部材３０ａの製造方法）
図１３は、波長変換部材３０ａの製造方法を示すフローチャートである。図１３に示すように、まず、ステップＳ３２１において、複数の貫通穴７０ａが形成された波長変換部材搭載プレート７０（放熱プレート）に樹脂ダム７１を形成する。次に、ステップＳ３２２において、樹脂ダム７１内に波長変換部材３０ａ（蛍光体層）を形成する。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
１０ 半導体光源
１１ 青色半導体レーザチップ（半導体発光素子、青色半導体レーザ素子）
２０、２０ａ、２０ｂ レンズ
３０、３０ａ〜３０ｅ 波長変換部材
３５ 蛍光体層
４０、４０ｄ ホルダ
４０ａ 開口部（アパーチャー）
４０ｂ 第２の段差部（レンズ支持部）
４０ｃ 第１の段差部（波長変換部材支持部）
５０ ハウジング
６０ 放熱プレート（プレート）
７０ 波長変換部材搭載プレート（放熱プレート（プレート））
１００、１００ａ〜１００ｄ 発光装置

Claims (9)

  1. 外部に光を出射するレンズと、
    上記レンズを支持するホルダと、
    上記レンズの出射面と反対側の、上記ホルダ内部に配置された波長変換部材と半導体光源とを少なくとも備え、
    上記レンズと上記波長変換部材との間の上記ホルダの内壁に、上記レンズ側から見て上記波長変換部材の外縁を覆う第１の段差部を備えている
    ことを特徴とする発光装置。
  2. 上記ホルダの内壁は、上記半導体光源側から見て上記レンズの外縁を覆う第２の段差部を備えている
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  3. 上記レンズと上記波長変換部材は上記ホルダ内部に配置されており、
    上記波長変換部材は、固着用樹脂により上記第１の段差部に固着されており、
    上記レンズは、固着用樹脂により上記第２の段差部に固着されている
    ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  4. 放熱プレートを備え、
    上記放熱プレートに上記半導体光源が配置され、上記放熱プレートに上記ホルダが固着されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  5. 上記第１の段差部および上記第２の段差部には固着用樹脂量を調整するための溝が設けられている
    ことを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
  6. 上記波長変換部材が、
    ガラス、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮの少なくとも一種を含む無機材料をバインダにして、蛍光体を固めたものであること、または、
    ガラス、ＳｉＯ２、ＡｌＮ、ＺｒＯ２、ＳｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＧａＮの少なくとも一種を含む無機材料からなる可視光に対して透明な支持体に蛍光体と有機バインダもしくは無機バインダを混合したものを搭載したものであること、または、
    蛍光体のみからなる板状部材である
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  7. 上記半導体光源に搭載されている半導体発光素子は、３６０ｎｍ乃至８００ｎｍに発光ピーク波長を有する半導体レーザ素子である
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
  8. 上記蛍光体は、青色蛍光体、緑色蛍光体、黄色蛍光体、赤色蛍光体であって、Ｃｅ賦活Ｌｎ３（Ａｌ１−ｘＧａｘ）５Ｏ１２（ＬｎはＹ，Ｌａ，Ｇｄ、Ｌｕの少なくとも１つから選択され、ＣｅはＬｎを置換する）、Ｅｕ、Ｃｅ賦活Ｃａ３（ＳｃｘＭｇ１−ｘ）２Ｓｉ３Ｏ１２（ＣｅはＣａを置換する）、Ｅｕ賦活（Ｓｒ１−ｘＣａｘ）ＡｌＳｉＮ３、（ＥｕはＳｒおよびＣａを置換する）、Ｃｅ賦活（Ｌａ１−ｘＹｘ）３Ｓｉ６Ｎ１１（ＣｅはＬａおよびＹを置換する）、Ｃｅ賦活Ｃａ−α−Ｓｉａｌｏｎ、Ｅｕ賦活β−Ｓｉａｌｏｎ、Ｅｕ賦活Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８（ＭはＣａ，Ｓｒ，Ｂａの少なくとも１つから選択され、ＥｕはＭを置換する）からなる群から選択される少なくとも１種を含む
    ことを特徴とする請求項６に記載の発光装置。
  9. 上記波長変換部材は、フィラーを含有する
    ことを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
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