JP2022071260A

JP2022071260A - 発光装置の製造方法

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Publication number: JP2022071260A
Application number: JP2020180117A
Authority: JP
Inventors: 利章山下; Toshiaki Yamashita
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2020-10-28
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2040-10-28
Also published as: JP7485955B2

Abstract

【課題】得られる発光装置の光出力のばらつきを低減可能な製造方法を提供する。【解決手段】光反射部材に、蛍光体を含有しない第１ガラスをスパッタにより形成する第１ガラス形成工程と、前記第１ガラス及び前記光反射部材を第１雰囲気温度で加熱する加熱工程と、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蛍光体含有部材配置工程と、第２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固定工程と、前記蛍光体含有部材の光入射面に光を照射可能な位置に発光素子を配置する発光素子配置工程と、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１Ａ

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、ガラスの形成から融着までの時間によってはガラスを形成した光部品の反射率が低下する場合があることがわかった。ガラスを形成した光部品の反射率が低下すると、発光装置の光出力が低下する。

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ガラスをスパッタにより形成する第１ガラス形成工程と、
前記第１ガラス及び前記光反射部材を第１雰囲気温度で加熱する加熱工程と、
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蛍光体含有部材配置工程と、
第２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固定工程と、
前記蛍光体含有部材の光入射面に光を照射可能な位置に発光素子を配置する発光素子配置工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。

上述の発明によれば、第１ガラスを形成した光反射部材の反射率の低下を抑制することができ、得られる発光装置の光出力のばらつきを低減することが可能である。

本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法の別の例を示すフローチャートである。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３Ａの発光装置について一部部材を切断した状態を示す模式的な斜視図である。図３Ａの発光装置の分解斜視図である。実験例１～４の光学部材の、第１ガラスの加熱から融着までの時間に対する光束を示すグラフである。比較例１～４の光学部材の、第１ガラスの加熱から融着までの時間に対する光束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。

図１Ａは、本発明の実施形態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。本実施形態の発光装置の製造方法は、図１Ａに示すように、第１ガラス形成工程Ｓ１０１と、加熱工程Ｓ１０２と、蛍光体含有部材配置工程Ｓ１０３と、固定工程Ｓ１０４と、発光素子配置工程Ｓ１０７とを含む。発光装置の製造方法は、図１Ａに示すように、固定工程Ｓ１０４の後に、第２ガラス配置工程Ｓ１０５及び融着工程Ｓ１０６を含んでもよい。

図１Ｂは、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法の別の例を示すフローチャートである。図１Ｂに示すように、第２ガラス配置工程Ｓ１０５は固定工程Ｓ１０４の前に行ってもよい。この場合、固定工程Ｓ１０４において第２ガラスも融着させることが可能であるため、融着工程Ｓ１０６を省略することができる。

各工程について、図２Ａ～図３Ｃを用いて説明する。図２Ａ～図２Ｅは、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。図３Ａは、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３Ｂは、図３Ａの発光装置について一部部材を切断した状態を示す模式的な斜視図である。図３Ｃは、図３Ａの発光装置の分解斜視図である。

（第１ガラス形成工程Ｓ１０１）
第１ガラス形成工程Ｓ１０１では、図２Ａに示すように、光反射部材１１に、蛍光体を含有しない第１ガラス１２をスパッタにより形成する。光反射部材１１は、後述する発光素子２１及び／又は蛍光体含有部材１３からの光が到達し得る面を有し、その面が反射面として機能する。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２Ａ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。この場合、第１ガラス１２を、少なくとも貫通孔の内壁１１ａに形成する。この貫通孔が光の通路となるため、貫通孔の内壁１１ａを反射面とすることができる。

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、第１ガラス１２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（Ａｌ_２Ｏ_３）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を保持できる程度の厚みがあればよい。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２Ａ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。貫通孔の立体形状としては、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、固定強度や蛍光体含有部材１３の放熱性が低下しやすい。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く、熱伝導率の低い第１ガラス１２の影響により蛍光体含有部材１３の放熱性が低下しやすい。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はスパッタにより形成するため、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、ホウ珪酸ガラス、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、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。ホウ珪酸ガラスは、例えば５００℃～９００℃の間に軟化点を有する。第１ガラス１２を形成する際の温度は、例えば５０℃～２００℃が挙げられる。

（加熱工程Ｓ１０２）
加熱工程Ｓ１０２では、第１ガラス１２及び光反射部材１１を第１雰囲気温度で加熱する。加熱工程Ｓ１０２では、第１ガラス１２に蛍光体含有部材１３は配置されていない。これにより、第１ガラス１２を形成した光反射部材１１の反射率の低下を抑制することができる。後述する固定工程Ｓ１０４において第１ガラス１２の応力に起因して第１ガラス１２の内部に気泡が発生すると考えられ、そのような気泡により、光が散乱し、その光の一部が第１ガラス１２及び／又は光反射部材１１で吸収されることで、第１ガラス１２を形成した光反射部材１１の反射率が低下すると考えられる。加熱工程Ｓ１０２で第１ガラス１２を加熱することにより、第１ガラス１２の応力を解放することができ、固定工程Ｓ１０４において第１ガラス１２の内部に気泡が発生する可能性を低減することができる。これにより、第１ガラス１２を形成した光反射部材１１の反射率の低下を抑制することができると考えられる。また、第１ガラス１２の内部の気泡が低減されることにより、蛍光体含有部材１３から光反射部材１１への放熱性の低下の抑制も期待できる。

第１雰囲気温度は、第１ガラス１２が溶融又は軟化する温度であることが好ましい。第１ガラス１２が溶融又は軟化することによって、より確実に第１ガラス１２の応力を解放することができるため、より確実に第１ガラス１２を形成した光反射部材１１の反射率の低下を抑制することができる。第１ガラス１２がホウ珪酸ガラスである場合、軟化点は例えば９００℃以下であり、第１雰囲気温度は９００℃以上１２００℃以下とすることができる。なお、第１雰囲気温度とは、加熱に用いる電気炉等の炉内における雰囲気の温度を指す。また、第１雰囲気温度は、昇温後に所定の時間で保持する温度を指す。第１雰囲気温度で保持する時間は、例えば、０．５～１０時間が挙げられる。加熱工程Ｓ１０２において、加熱時の雰囲気としては、真空雰囲気、大気雰囲気等が挙げられる。第１ガラス１２はアルゴン（Ａｒ）雰囲気等の酸素を含まない雰囲気で形成してもよく、この場合、加熱工程Ｓ１０２において大気雰囲気等の酸素を含む雰囲気で加熱することが好ましい。第１ガラス１２を酸素を含まない雰囲気で形成することにより、酸素を含む雰囲気で形成する場合よりも形成速度を向上させることができる。また、第１ガラス１２を酸素を含まない雰囲気で形成すると酸素欠損が生じる場合があるが、加熱工程Ｓ１０２において酸素を含む雰囲気で加熱することにより、第１ガラス１２に酸素を含ませることができるため、第１ガラス１２の酸素欠損を低減することができる。酸素を含む雰囲気は、雰囲気中に含まれる酸素の含有率が１０体積％以上であればよく、好ましくは１５体積％以上であり、さらに好ましくは２０体積％以上である。

第１ガラス形成工程Ｓ１０１を行ってから加熱工程Ｓ１０２を行うまでの時間が短いほど、加熱工程Ｓ１０２による効果が得られやすい。このため、第１ガラス形成工程Ｓ１０１と加熱工程Ｓ１０２との間の時間は、加熱工程Ｓ１０２と固定工程Ｓ１０４との間の時間よりも短いことが好ましい。また、第１ガラス形成工程Ｓ１０１と加熱工程Ｓ１０２との間の時間は、１００時間以下が挙げられ、１０時間以下が好ましく、１時間以下がより好ましい。第１ガラス形成工程Ｓ１０１と加熱工程Ｓ１０２との間の時間は、例えば５分以上が挙げられ、実質的にゼロであってもよい。

加熱工程Ｓ１０２を行った後、次の工程を行う前に、第１ガラス１２が溶融又は軟化しない温度にまで降温することが好ましい。これにより、第１ガラス１２が硬化するため、保管に適している。第１ガラス１２は例えば室温で固体であり、この場合、第１雰囲気温度は室温よりも高い温度であり、室温まで降温することで再び固体に戻る。

（蛍光体含有部材配置工程Ｓ１０３）
蛍光体含有部材配置工程Ｓ１０３では、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。図２Ｂに示すように、蛍光体含有部材１３は、光入射面１３ａ及び光出射面１３ｂを有する。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。

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が発する光である。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）、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。ＹＡＧ蛍光体は、ガリウム（Ｇａ）やガドリニウム（Ｇｄ）を含んでもよい。

図２Ｂ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、貫通孔の内壁１１ａと略一致した形状であってもよい。側面１３ｃは、貫通孔の内壁１１ａとは異なる傾斜角度を有する面としてもよい。蛍光体含有部材１３は、例えば、その全体が貫通孔に収まるように配置する。この場合、貫通孔の一方の開口の側に光入射面１３ａが位置し、他方の開口の側に光出射面１３ｂが位置する。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蛍光体とアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３、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。

（固定工程Ｓ１０４）
固定工程Ｓ１０４では、第２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２雰囲気温度は、第１ガラス１２が溶融又は軟化する温度である。第１ガラス１２が溶融又は軟化することによって、第１ガラス１２を蛍光体含有部材１３に融着することができる。第２雰囲気温度は、第１雰囲気温度と同じであってもよい。第１ガラス１２がホウ珪酸ガラスである場合、軟化点は例えば９００℃以下であり、第２雰囲気温度は９００℃以上１２００℃以下とすることができる。なお、第２雰囲気温度とは、加熱に用いる電気炉等の炉内における雰囲気の温度を指す。また、第２雰囲気温度は、昇温後に所定の時間で保持する温度を指す。第２雰囲気温度で保持する時間は、例えば、０．５～１０時間が挙げられる。固定工程Ｓ１０４において、加熱時の雰囲気としては、例えば真空雰囲気が挙げられる。蛍光体は酸素を含む雰囲気で加熱すると発光効率が低下する場合があるため、固定工程Ｓ１０４の加熱時の雰囲気は、酸素の含有率が１体積％未満の雰囲気である酸素を含まない雰囲気であることが好ましい。固定工程Ｓ１０４を行った後、次の工程を行う前に、第１ガラス１２が溶融又は軟化しない温度にまで降温することができる。これにより、第１ガラス１２が硬化する。

図２Ｂに示すように、光反射部材１１が貫通孔を有する場合は、固定工程Ｓ１０４において、蛍光体含有部材１３の側面１３ｃを貫通孔の内壁１１ａに固定する。第２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。

（第２ガラス配置工程Ｓ１０５）
第２ガラス配置工程Ｓ１０５では、図２Ｃ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２Ｃ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２Ｃ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。

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、ホウ珪酸ガラス、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。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。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の総重量に対して、０．１～１０重量％が挙げられ、０．５～３重量％が好ましい。例えば、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、とすることができる。第２ガラス１４の厚みは、例えば、数十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部材を含有していてもよい。

図１Ｂに示すように、第２ガラス配置工程Ｓ１０５を、蛍光体含有部材配置工程Ｓ１０３と固定工程Ｓ１０４との間に行ってもよい。この場合、固定工程Ｓ１０４において、第１ガラス１２のみならず第２ガラス１４も溶融又は軟化させることができる。すなわち、固定工程Ｓ１０４において、第２雰囲気温度で、第１ガラス１２を蛍光体含有部材１３に融着すると共に、第２ガラス１４を光反射部材１１及び第１ガラス１２の一方又は両方に融着することができる。これにより、後述する融着工程Ｓ１０６を不要とできるため、工程を簡略化することが可能である。この場合の第２雰囲気温度は、後述する融着工程Ｓ１０６の第３雰囲気温度と同様の温度とすることが好ましい。例えば、この場合の第２雰囲気温度は９００℃以下とする。

（融着工程Ｓ１０６）
融着工程Ｓ１０６では、図２Ｄに示すように、第１雰囲気温度及び第２雰囲気温度より低い第３雰囲気温度で、第２ガラス１４を光反射部材１１及び第１ガラス１２の一方又は両方に融着する。

第３雰囲気温度は、第１ガラス１２が溶融又は軟化しない温度とすることができる。第３雰囲気温度は例えば９００℃以下とする。なお、第３雰囲気温度とは、加熱に用いる電気炉等の炉内における雰囲気の温度を指す。また、第３雰囲気温度は、昇温後に所定の時間で保持する温度を指す。第３雰囲気温度で保持する時間は、例えば、５～６０分が挙げられる。融着工程Ｓ１０６において、加熱時の雰囲気は、例えば真空雰囲気が挙げられる。蛍光体は酸素を含む雰囲気で加熱すると発光効率が低下する場合があるため、融着工程Ｓ１０６の加熱時の雰囲気は、酸素の含有率が１体積％未満の雰囲気である酸素を含まない雰囲気であることが好ましい。融着工程Ｓ１０６を行った後、次の工程を行う前に、第２ガラス１４が溶融又は軟化しない温度にまで降温することができる。これにより、第２ガラス１４が硬化する。

図２Ｅに示すように、第２ガラス１４を融着した後、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。

（発光素子配置工程Ｓ１０７）
発光素子配置工程Ｓ１０７では、蛍光体含有部材１３の光入射面１３ａに光を照射可能な位置に発光素子２１を配置する。これによって得られる発光装置１００を図３Ａ～図３Ｃ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。この透光性部材の表面に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。

発光装置１００は、図３Ａ～図３Ｃに示すように、上述の工程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３Ａは、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り、得られる発光装置１００の外観の斜視図である。図３Ｂ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模式的な斜視図である。図３Ｃ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３Ｂ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３Ｂ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。図３Ｂに一点鎖線で示すように、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４２０ｎｍ～４８０ｎｍ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。

以上の工程を有することにより、第１ガラス１２を形成した光反射部材１１の反射率の低下を抑制することができ、得られる発光装置１００の光出力のばらつきを低減することが可能である。光出力は例えば光束である。

（実験例１）
実験例１として、図１Ａ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。

次に、第１ガラス１２が形成された光反射部材１１を真空雰囲気で約１０００℃の温度で加熱した。この加熱は、第１ガラス１２の形成から１時間以内に行った。加熱は、第１ガラス１２が形成された光反射部材１１を電気炉に入れて行った。熱処理時間は約６０分とした。すなわち、第１ガラス１２が形成された光反射部材１１を電気炉に入れ、雰囲気温度が約１０００℃になるまで昇温し、雰囲気温度を約１０００℃のまま約６０分間維持した後、温室まで降温した。

次に、アルミナとＹＡＧ蛍光体とが混合されたセラミックス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の総重量に対して、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、真空雰囲気で約１０００℃の温度で第１ガラス１２を蛍光体含有部材１３に融着させた。熱処理時間は約６０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１０００℃になるまで昇温し、雰囲気温度を約１０００℃のまま約６０分間維持した後、室温まで降温した。なお、第１ガラス１２の加熱から第１ガラス１２の融着までの時間は１時間以内とした。

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。その後、真空雰囲気で約８５０℃の温度で第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。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２～４）
実験例２～４として、第１ガラス１２の加熱から第１ガラス１２の融着までの時間をそれぞれ、約１週間、約２週間、約４週間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。

（比較例１～４）
比較例１～４として、第１ガラス１２の加熱を行わないこと以外は実験例１～４と同様にして光学部材を作製した。比較例１～４において、第１ガラス１２の形成から第１ガラス１２の融着までの時間はそれぞれ、１時間以内、約１週間、約２週間、約４週間とした。

（評価１）
実験例１～４及び比較例１～４の光学部材について、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。その結果を図４Ａ及び図４Ｂに示す。図４Ａは、実験例１～４の光学部材の、第１ガラスの加熱から融着までの時間に対する光束を示すグラフである。図４Ｂは、比較例１～４の光学部材の、第１ガラスの形成から融着までの時間に対する光束を示すグラフである。図４Ａ及び図４Ｂでは、それぞれ、実験例１又は比較例１の光束の平均値を１として相対値を示す。図４Ａ及び図４Ｂでは、実験例１～４及び比較例１～４のそれぞれの平均値と標準偏差を示しており、平均値を線で繋いだ。

実験例１と比較例１の光束の平均値を比較すると、実験例１は比較例１に対して約０．３％高く、ほぼ同程度であった。実験例１と実験例２～４の光束の平均値を比較すると、実験例２は実験例１に対して約９９．８％であり、実験例３は実験例１に対して約１００．４％であり、実験例４は実験例１に対して約９７．９％であった。比較例１と比較例２～４の光束の平均値を比較すると、比較例２は比較例１に対して約９８．６％、比較例３は比較例１に対して約９６．４％、比較例４は比較例１に対して約８７．０％の光束となった。これらの結果から、第１ガラス１２の形成から第１ガラス１２の融着までの間に第１ガラス１２の加熱を行うことにより、光束の低下を抑制することが可能であると理解することができる。

（実施例１）
実施例１として、図３Ａ～図３Ｃ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２．３Ａにおける光束が約５３５．８ｌｍ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

光反射部材に、蛍光体を含有しない第１ガラスをスパッタにより形成する第１ガラス形成工程と、
前記第１ガラス及び前記光反射部材を第１雰囲気温度で加熱する加熱工程と、
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蛍光体含有部材配置工程と、
第２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固定工程と、
前記蛍光体含有部材の光入射面に光を照射可能な位置に発光素子を配置する発光素子配置工程と、を有することを特徴とする発光装置の製造方法。
前記固定工程の後に、
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ガラスを配置する第２ガラス配置工程と、
前記第１雰囲気温度及び前記第２雰囲気温度より低い第３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融着工程と、を有す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。
前記蛍光体含有部材配置工程と前記固定工程との間に、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ガラスを配置する第２ガラス配置工程を有し、
前記固定工程において、前記第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。
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１～３のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
前記第１雰囲気温度は、９００℃以上１２００℃以下であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置の製造方法。
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１～５のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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１～６のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。
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ガラス形成工程において、前記第１ガラスを前記貫通孔の内壁に形成し、
前記固定工程において、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１～７のいずれか１項に記載の発光装置の製造方法。