JP6862110B2 - 焼結体および発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、焼結体および発光装置に関し、特に光源からの一次光を波長変換して二次光を出射する焼結体および発光装置に関する。
ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザを光源として、蛍光体材料を含有した波長変換部材で波長変換して白色光を得る発光装置が用いられている。これらの発光装置では、光源から青色光や紫外光などの一次光を発光して波長変換部材に照射し、波長変換部材に含有された蛍光体が一次光により励起されて黄色光などの二次光を発光し、一次光と二次光が混色して白色光が外部に照射される。
特許文献１には、半導体レーザを光源として用いた車両用灯具が提案されている。光源として半導体レーザを用いると、大出力で波長幅の狭い一次光を得られるが、指向性が非常に強く光が照射される領域が小さいという特徴がある。したがって、光源としてＬＥＤを用いる場合と比較すると、波長変換部材の極めて小さい領域に大出力の一次光が照射されて白色光を出射し、指向性が高い発光装置が得られる。
一方で、発光装置の波長変換部材では一次光の波長変換と同時に熱が生じている。特に、光源として半導体レーザを用いた場合には、一次光が小さな領域に集中して照射されるため、波長変換部材の温度が上昇しやすい。波長変換部材中に含有される蛍光体は、波長変換の効率に温度特性を有しているため、温度変化が大きすぎると適切な波長変換ができず、十分に白色光を得られないという問題が生じてしまう。
特開２０１２−２２１６３３号公報
図１２（ａ）は、従来の半導体レーザを光源とした発光装置における波長変換部材の固定方法の一例を示す模式図である。光源として半導体レーザを用いた発光装置では、一次光を透過するサファイア等で構成される光取り出し部１の表面に、蛍光体材料を含有した固体状の波長変換部材２が配置され、接着剤３で波長変換部材２を光取り出し部１に固定している。光源である半導体レーザは波長変換部材２から離れた位置に配置されており、図示を省略している。
図１２（ｂ）は、半導体レーザを光源とした従来の発光装置における波長変換部材の固定方法の他の例を示す模式図である。この例では、発光装置の光取り出し部１に開口部を形成しておき、開口部内に波長変換部材２を挿入し、波長変換部材２の側面と光取り出し部１の開口部内面との間に接着剤３を注入して、波長変換部材２を光取り出し部１に固定している。この例では光取り出し部１は一次光を透過する材質である必要はなく、セラミック材料などを用いることができる。
図１２（ａ）及び図１２（ｂ）に示した発光装置では、波長変換部材２を接着剤３で固定しているため、波長変換部材２で発生した熱は接着剤３を介して光取り出し部１に伝わって放熱される。一般的に、光取り出し部１はサファイアやセラミックで構成され、接着剤３はガラスやシリコーン樹脂などで構成されており、熱伝導性が比較的に低い材料であるため波長変換部材２で発生した熱を良好に放熱することが困難であった。
そこで本発明は、波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる焼結体および発光装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するために本発明の焼結体は、一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域と、前記波長変換領域に接触して設けられた保持領域を有し、前記保持領域は、第１セラミック材料の中に微小な第２セラミック材料が分散して３次元的に絡み合った構造であり、前記第１セラミック材料が、前記波長変換領域よりも熱伝導率が高く、前記第１セラミック材料と前記第２セラミック材料の屈折率差が０．２以上であり、前記波長変換領域と前記保持領域が一体に焼結されており、前記第１セラミック材料がＡｌ ２ Ｏ ３ であり、前記第２セラミック材料がＹ ２ Ｏ ３ 安定化ＺｒＯ ２ またはルチル型ＴｉＯ ２ であることを特徴とする。
上記課題を解決するために本発明の焼結体は、一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域と、前記波長変換領域に接触して設けられた保持領域を有し、前記保持領域は、第１セラミック材料の中に微小な第２セラミック材料が分散して３次元的に絡み合った構造であり、前記第１セラミック材料が、前記波長変換領域よりも熱伝導率が高く、前記第１セラミック材料と前記第２セラミック材料の屈折率差が０．２以上であり、前記波長変換領域と前記保持領域が一体に焼結されており、前記第１セラミック材料がＭｇＯであり、前記第２セラミック材料がＹ ２ Ｏ ３ 安定化ＺｒＯ ２ であることを特徴とする。
このような本発明の焼結体では、波長変換領域と保持領域とが一体であることから、接着剤を用いずに波長変換領域を保持領域で保持することができ、波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる。
また本発明の一態様では、前記第１セラミック材料が、前記波長変換領域よりも熱伝導率が高い。
上記課題を解決するために本発明の発光装置は、上記いずれかの焼結体と、前記一次光を発光する発光素子を備えることを特徴とする。
本発明では、波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる焼結体および発光装置を提供することができる。
本実施形態における発光装置１０を示す模式断面図である。 図２（ａ）は、第１実施形態における波長変換部材１４の構造を示す模式断面図であり、図２（ｂ）は、波長変換領域１４ａと保持領域１４ｂの構造を示す模式拡大断面図である。 波長変換部材１４の製造方法を示す工程図である。 第１実施形態における発光装置１０での熱の伝わり方を示す概念図である。 図５（ａ）は、第１実施形態の変形例における波長変換部材１４の構造を示す模式断面図であり、図５（ｂ）は波長変換領域１４ａを拡大して細部を示す模式断面図である。 第２実施形態における灯具ユニット２０を示す模式断面図である。 第３実施形態における発光装置４０を示す模式断面図である。 第４実施形態における発光装置５０を示す模式断面図である。 第５実施形態における発光装置６０を示す模式断面図である。 第６実施形態における波長変換部材１４の構成例を示す模式断面図である。 第７実施形態における発光装置７０を示す模式断面図である。 半導体レーザを光源とした従来の発光装置における波長変換部材の固定方法の一例を示す模式図である。
（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本実施形態における発光装置１０を示す模式断面図である。
発光装置１０は、ステム１１と、半導体レーザ１２と、ケース部１３と、波長変換部材１４とを備える。発光装置１０では、半導体レーザ１２から一次光Ｌ１が波長変換部材１４に照射され、波長変換部材１４で波長変換された二次光と混色して白色光Ｌ２が外部に出射される。図１では発光装置１０として所謂ＣＡＮ型パッケージのものを示したが、ＣＡＮ型パッケージに限定されず各種半導体レーザ用のパッケージを用いることができる。
ステム１１は、半導体レーザ１２を搭載してケース部１３が固定される部材であり、図示しないリードピンやヒートシンクなどを備えて、外部から半導体レーザ１２に電力が供給されるとともに、半導体レーザ１２で発生した熱を外部に伝える。ステム１１を構成する材料は特に限定されないが、放熱性が良好な銅などの金属が望ましい。
半導体レーザ１２は、電力が供給されてレーザ光を発振する半導体素子である。半導体レーザ１２を構成する材料は特に限定されないが、一次光Ｌ１として青色光や紫外光を照射する場合には窒化物系半導体が用いられる、また、半導体レーザ１２の共振器構造や電極構造、電流狭窄構造などの素子構造も特に限定されず、必要な発光強度と発振波長を得るために適切な構造を採用することができる。本実施形態では一次光Ｌ１を発光する素子として半導体レーザ１２を示したが、波長変換部材１４で波長変換される一次光Ｌ１を出射する発光素子であれば半導体レーザに限定されず、発光ダイオードや有機ＥＬなどであってもよい。
ケース部１３は、ステム１１上で半導体レーザ１２を覆うように配置される部材であり、ステム１１に立設される筒状の側壁と天面とを備えている。ケース部１３の天面中央には開口部が設けられて波長変換部材１４が固定されている。ケース部１３を構成する材料は限定されないが、波長変換部材１４で発生した熱をステム１１に良好に伝えるためには熱伝導性に優れた金属材料が好ましい。
波長変換部材１４は、波長変換領域１４aと保持領域１４ｂとが互いに接触して一体に成形された焼結体である。波長変換部材１４はケース部１３の開口部に固定されて発光装置１０からの光取り出し部として機能している。
図２（ａ）は、第１実施形態における波長変換部材１４の構造を示す模式断面図であり、図２（ｂ）は、波長変換領域１４ａと保持領域１４ｂの構造を示す模式拡大断面図である。図２に示すように本実施形態の波長変換部材１４は、波長変換領域１４ａと、保持領域１４ｂとを備えている。
波長変換領域１４ａは、半導体レーザ１２から照射される一次光Ｌ１により励起されて二次光を発する蛍光体材料を含有する部分であり、一次光Ｌ１と二次光とが混色して白色光Ｌ２を外部に照射する。ここでは一次光Ｌ１と二次光の混色で白色光Ｌ２を照射する例を示したが、複数の蛍光体材料を備えて複数色の二次光を発光して二次光同士の混色によって白色光Ｌ２を照射するとしてもよい。また、照射する光Ｌ２として白色光の例を示したが、その他の単色光であってもよく、複数色を混色した白色以外の色であってもよい。
波長変換領域１４ａのサイズは、半導体レーザ１２からの一次光Ｌ１が照射される領域よりも大きく、一次光Ｌ１を適切に二次光に波長変換できればよく、例えば厚さ数百μｍ程度で直径が０．１〜数ｍｍ程度である。波長変換領域１４ａに含有される蛍光体材料は、後述するように保持領域１４ｂと同時焼結するためセラミック蛍光体である。具体的材料としては、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、すなわちＹＡＧ(Ｙｔｔｒｉｕｍ Ａｌｍｉｎｕｍ Ｇａｒｎｅｔ)粉末を用いて作成されたセラミック素地を焼結して得られるセラミック蛍光体が最も好ましい。ＹＡＧ焼結体を波長変換領域１４ａとして用いることで、一次光Ｌ１の青色光を波長変換して二次光の黄色光を出射し、一次光と二次光の混色により白色を得られる。
保持領域１４ｂは、波長変換領域１４ａと一体に成形されて同時に焼結された部分であり、波長変換領域１４ａを保持する部分である。保持領域１４ｂを構成する材料は特に限定されないが、波長変換領域１４ａで発生した熱を良好に伝導するためには、保持領域１４ｂは波長変換領域１４ａよりも熱伝導率が高いことが好ましく、保持領域１４ｂの熱伝導率は２０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。
また、保持領域１４ｂは、図２（ｂ）に示すように、第１セラミック材料１５ａの内部で第２セラミック材料１５ｂおよび第３セラミック材料１５ｃが３次元的に絡み合った構造を有している。上述した保持領域１４ｂの熱伝導率は、これら３次元的に絡み合った構造のセラミック全体の熱伝導率を示している。
第１セラミック材料１５ａは、波長変換領域１４ａと接触して保持領域１４ｂの全域にわたって連続的に形成されている相であり、内部に第２セラミック材料１５ｂと第３セラミック材料１５ｃの相が３次元的に絡み合っている。第１セラミック材料１５ａを構成する材料は特に限定されないが、第２セラミック材料１５ｂおよび第３セラミック材料１５ｃよりも熱伝導率が高い材料で構成されていることが好ましい。第１セラミック材料１５ａを他のセラミック材料よりも熱伝導率が高い材料で構成することにより、波長変換領域１４ａ中の蛍光体１４ｃで生じた熱は、図２（ｂ）中に黒矢印で示したように第１セラミック材料１５ａを伝わって外部に放熱されやすくなる。
また、第２セラミック材料１５ｂまたは第３セラミック材料１５ｃを構成する材料は、第１セラミック材料１５ａとの屈折率差が０．２以上であることが好ましい。このように複数のセラミック材料同士の屈折率差を大きくすると、図２（ｂ）中に白抜き矢印で示したように、波長変換領域１４ａから保持領域１４ｂ方向に進む光は、３次元的に絡み合った第１セラミック材料１５ａ〜第３セラミック材料１５ｃの界面で反射される。これにより、保持領域１４ｂは全体として白色の領域となり、光反射部としても機能して横方向への光漏れを防止でき、光は波長変換領域１４ａ方向に戻されて波長変換領域１４ａから外部に取り出される。
ここでは、第１セラミック材料１５ａ〜第３セラミック材料１５ｃの３種類の材料からなる保持領域１４ｂを示したが、複数のセラミック材料が３次元的に絡みあう構造であれば材料の種類数は限定されない。
このような保持領域１４ｂは、第１セラミック材料１５ａ〜第３セラミック材料１５ｃとして適切な材料の組み合わせを選択して、組成比と合成温度を適切に設定して焼結することで、各材料が化合物とならずに各相が３次元的に絡み合った構造となる。具体的なセラミック材料の熱伝導率、屈折率の組み合わせと、合成温度および組成比の例を表１に示す。表１に示すように、第１セラミック材料１５ａとしてＡｌ2Ｏ3を選択した場合には、第２セラミック材料１５ｂ、第３セラミック材料１５ｃはＹＳＺ（Ｙ2Ｏ3安定化ＺｒＯ2）とＴｉＯ2（ルチル型）を用いることができる。また、第１セラミック材料１５ａとしてＭｇＯを選択した場合には、第２セラミック材料１５ｂとしてＹＳＺを用いることができる。
Figure 0006862110
次に、波長変換部材１４の製造方法について図３（ａ）〜図３（ｄ）を用いて説明する。はじめに図３（ａ）に示すように、波長変換領域１４ａの原料を混合したグリーンシート１４ａ’と、保持領域１４ｂの原料を混合したグリーンシート１４ｂ’を用意して、グリーンシート１４ａ’をグリーンシート１４ｂ’で挟みこんだ積層グリーンシートを構成する。例えば、グリーンシート１４ａ’としてＹＡＧ蛍光体を含むものを用い、グリーンシート１４ｂ’として表１に示した複数のセラミック材料を含む複合材料を用いる。
次に、図３（ｂ）に示すように、得られた積層グリーンシートを温間等方圧プレス（ＷＩＰ：Ｗａｒｍ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐｒｅｓｓ）装置を用いて加圧し、グリーンシート１４ａ’とグリーンシート１４ｂ’を接着する。
次に、図３（ｃ）に示すように、接着した積層グリーンシートを同時焼結し、波長変換領域１４ａを保持領域１４ｂが挟み込んだ積層構造の焼結体を得る。波長変換領域１４ａに含まれる蛍光体材料としてＹＡＧを用いる場合には、保持領域１４ｂの材料は表１のＮｏ．１またはＮｏ．３の組み合わせを選択し、焼結温度を１５００〜１６００℃とする。
最後に、得られた積層構造の焼結体をダイシング等により分割し、波長変換領域１４ａの両側に保持領域１４ｂが接触して一体焼結された焼結体である波長変換部材１４を得る。
図４は、本実施形態における発光装置１０での熱の伝わり方を示す概念図である。発光装置１０の波長変換部材１４には、半導体レーザ１２から一次光Ｌ１が照射される。図４中の黒い矢印は、波長変換領域１４ａからの熱の経路を模式的に示している。上述したように、保持領域１４ｂは波長変換領域１４ａよりも熱伝導率が高いため、波長変換領域１４ａの側面に接触して同時焼結された保持領域１４ｂを介してケース部１３に熱が良好に伝わって放熱される。また、上述したように保持領域１４ｂは屈折率差が０．２以上ある複数のセラミック材料が３次元的に絡み合っているため、波長変換領域１４ａから保持領域１４ｂ方向に進んだ光は、保持領域１４ｂを透過せずに反射されて波長変換領域１４ａから図中矢印Ｌ２のように取り出される。
上述したように本実施形態では、波長変換部材１４が、一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域１４ａと、波長変換領域１４ａに接触して設けられた保持領域１４ｂを有し、波長変換領域１４ａと保持領域１４ｂが一体に同時焼結された焼結体である。これにより、本実施形態の焼結体は波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる。
（第１実施形態の変形例）
次に第１実施形態の変形例について図５を用いて説明する。図５（ａ）は、第１実施形態の変形例における波長変換部材１４の構造を示す模式断面図であり、図５（ｂ）は波長変換領域１４ａを拡大して細部を示す模式断面図である。この変形例では、波長変換部材１４の波長変換領域１４ａが、波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅの積層構造を有している。
波長変換層１４ｄは、半導体レーザ１２から照射される一次光Ｌ１により励起されて二次光を発する蛍光体材料を含有する層である。具体的な波長変換層１４ｄの材料としては、上述した第１実施形態と同様である。
熱輸送層１４ｅは、一次光Ｌ１と二次光を透過する透明な材料で構成される層である。熱輸送層１４ｅが透明であるとは、全光線透過率が高いことを意味し、直線透過率が低くてもよく、例えば全光線透過率が８０％以上であることが好ましい。また、熱輸送層１４ｅは波長変換層１４ｄよりも熱伝導性が高い材料を用いることが好ましい。
図５（ａ）（ｂ）に示すように波長変換領域１４ａは、波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅを交互に積層した構造を有している。これにより、波長変換層１４ｄで発生した熱は、熱輸送層１４ｅを介して保持領域１４ｂに良好に伝達され、波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる。また、熱輸送層１４ｅの全光線透過率が高く透明であることから、半導体レーザ１２からの一次光Ｌ１や波長変換層１４ｄで波長変換された二次光が熱輸送層１４ｅによって遮られず、一次光Ｌ１照射及び二次光の取り出しと放熱を両立できる。
図５（ａ）（ｂ）では、波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅを３層ずつ交互に積層した例を示したが、層数は限定されずさらに多層であってもよく、各々１層であってもよい。また、波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅの厚さは同程度であっても異なっていてもよく、波長変換層１４ｄでの波長変換と熱輸送層１４ｅによる熱輸送のバランスによって厚さの比は適宜設定してよい。
波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅは、シリコーン系樹脂等の接着剤により相互に張り合わせてもよく、グリーンシート同士を貼り合わせて一体に焼結してもよい。第１実施形態で示した温間等方圧プレスと焼結の技術を用いて、保持領域１４ｂ、波長変換層１４ｄ及び熱輸送層１４ｅを同時に焼結すると、各層の界面での反射を低減して一次光Ｌ１および二次光の光取り出し効率を向上することができるので、一体焼結により波長変換部材１４を形成することが好ましい。一体焼結する波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅの具体的材料としては、例えば波長変換層１４ｄにＹＡＧを用いる場合には熱輸送層１４ｅにアルミナを組み合わせることができる。
本実施形態の変形例では、波長変換領域１４ａを波長変換層１４ｄと熱輸送層１４ｅの積層構造としているので、波長変換層１４ｄで波長変換によって生じた熱を熱輸送層１４ｅで保持領域１４ｂに良好に輸送でき、放熱性が向上して波長変換層１４ｄの温度が過度に上昇して波長変換効率が低下することを防止できる。
（第２実施形態）
次に本発明の第２実施形態について図６を用いて説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図６は、第２実施形態における灯具ユニット２０を示す模式断面図である。本実施形態は、第１実施形態で示した発光装置１０を光源として車両用の灯具ユニットを構成したものである。
図６に示す灯具ユニット２０は、ハイビーム用配光パターンを形成するように構成されている。灯具ユニット２０は、発光装置１０と、カバー２１と、ランプボディ２２と、投影レンズ２３と、出射した光を投影レンズ２３に向けて反射する楕円反射面を有するリフレクタ２４と、ベース部２６を介して発光装置１０が発する熱を外部へ放熱する放熱フィン２５と、発光装置１０が載置されているベース部２６と、スイブルアクチュエータ２７と、スクリュー２９と、レベリングアクチュエータ３０と、スクリュー３１とを備える。
ベース部２６は、水平方向にスイブルできるようにスイブルアクチュエータ２７によって支持されている。また、ベース部２６の上部は、スクリュー３１等を介してランプボディ２２と連結されている。スイブルアクチュエータ２７は、レベリングアクチュエータ３０と接続されている。レベリングアクチュエータ３０は、スクリュー２９を回転させることで、連結部材２８を移動させ、ベース部２６の上下方向の傾きを変えることができる。このように、レベリングアクチュエータ３０は、灯具ユニット２０の光軸や灯具ユニット２０により形成される配光パターンを上下方向に変化させるためのものである。
図１に示したように、半導体レーザ１２が発光した一次光Ｌ１は波長変換部材１４で二次光に波長変換され、一次光Ｌ１と二次光の混色による白色光Ｌ２が発光装置１０から出射される。図６に示したように、発光装置１０から上方に出射された白色光は、リフレクタ２４で前方に反射され、投影レンズ２３およびカバー２１を透過して車両前方に投影される。
本実施形態の灯具ユニット２０では、図４及び図６で示したように、波長変換領域１４ａで発生した熱は保持領域１４ｂを介してケース部１３及びステム１１を経由し、ベース部２６から放熱フィン２５に伝わり放熱される。したがって、本実施形態の灯具ユニット２０でも、波長変換領域１４ａで発生した熱を良好に放熱して安定した白色光照射を実現できる。
（第３実施形態）
次に本発明の第３実施形態について図７を用いて説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図７は、第３実施形態における発光装置４０を示す模式断面図である。発光装置４０は、ステム４１と、半導体レーザ４２と、波長変換部材４４とを備える。発光装置４０では、半導体レーザ４２から一次光Ｌ１が波長変換部材４４に照射され、波長変換部材４４で波長変換された二次光と混色して白色光が外部に出射される。
本実施形態でも、波長変換部材４４は波長変換領域４４ａと保持領域４４ｂとが互いに接触して一体に成形された焼結体である。本実施形態の波長変換部材４４では、波長変換領域４４ａの側面と底面に保持領域４４ｂが接触しており、保持領域４４ｂに波長変換領域４４ａが埋め込まれた形状となっている。また、保持領域４４ｂは複数のセラミック材料が３次元的に絡み合った構造であり、セラミック材料の屈折率差を０．２以上にすることで保持領域１４ｂは全体として白色の領域となり、光反射部としても機能する。
半導体レーザ４２は、波長変換領域４４ａの露出面側に配置されており、一次光Ｌ１を波長変換領域４４ａに向けて照射する。波長変換領域４４ａに入射した一次光Ｌ１は、蛍光体材料により波長変換されて露出面から外部に取り出される。図７中に白抜き矢印で示すように、波長変換領域４４ａから保持領域４４ｂに向かった光は、光反射部として機能する保持領域４４ｂにより反射されて波長変換領域４４ａ方向に戻されて外部に取り出される。
図７中に黒い矢印で示すように、保持領域４４ｂは波長変換領域４４ａよりも熱伝導率が高いため、波長変換領域４４ａの側面と底面に接触して同時焼結された保持領域４４ｂとステム４１を介して熱が良好に伝わって放熱される。
（第４実施形態）
次に本発明の第４実施形態について図８を用いて説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図８は、第４実施形態における発光装置５０を示す模式断面図である。発光装置５０は、ステム５１と、半導体レーザ５２と、波長変換部材５４とを備える。発光装置５０では、半導体レーザ５２から一次光Ｌ１が波長変換部材５４に照射され、波長変換部材５４で波長変換された二次光と混色して白色光Ｌ２が外部に出射される。
本実施形態でも、波長変換部材５４は波長変換領域５４ａと保持領域５４ｂとが互いに接触して一体に成形された焼結体である。本実施形態の波長変換部材５４では、波長変換領域５４ａの側面に保持領域５４ｂが接触している。また、保持領域５４ｂは複数のセラミック材料が３次元的に絡み合った構造であり、セラミック材料の屈折率差を０．２以上にすることで保持領域５４ｂは全体として白色の領域となり、光反射部としても機能する。
本実施形態では、ステム５１上に半導体レーザ５２が搭載され、半導体レーザ５２の上部に波長変換部材５４が配置されて、波長変換領域５４ａが半導体レーザ５２の光出射位置を覆う構成とされている。波長変換領域５４ａに入射した一次光Ｌ１は、蛍光体材料により波長変換されて露出面から外部に取り出される。図８中に白抜き矢印で示すように、波長変換領域５４ａから保持領域５４ｂに向かった光は、光反射部として機能する保持領域５４ｂにより反射されて波長変換領域５４ａ方向に戻されて外部に取り出される。
図８中に黒い矢印で示すように、保持領域５４ｂは波長変換領域５４ａよりも熱伝導率が高いため、波長変換領域５４ａの側面に接触して同時焼結された保持領域５４ｂを介して熱が良好に伝わって放熱される。
（第５実施形態）
次に本発明の第５実施形態について図９を用いて説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図９は、第５実施形態における発光装置６０を示す模式断面図である。発光装置６０は、ステム６１と、半導体レーザ６２と、波長変換部材６４とを備える。発光装置６０では、半導体レーザ６２から一次光Ｌ１が波長変換部材６４に照射され、波長変換部材６４で波長変換された二次光と混色して白色光Ｌ２が外部に出射される。
本実施形態でも、波長変換部材６４は波長変換領域６４ａと保持領域６４ｂとが互いに接触して一体に成形された焼結体である。本実施形態の波長変換部材６４では、波長変換領域６４ａの底面に保持領域６４ｂが接触しており、保持領域６４ｂの上面に波長変換領域６４ａが搭載された形状となっている。また、保持領域６４ｂは複数のセラミック材料が３次元的に絡み合った構造であり、セラミック材料の屈折率差を０．２以上にすることで保持領域６４ｂは全体として白色の領域となり、光反射部としても機能する。
半導体レーザ６２は、波長変換領域６４ａの露出面側に配置されており、一次光Ｌ１を波長変換領域６４ａに向けて照射する。波長変換領域６４ａに入射した一次光Ｌ１は、蛍光体材料により波長変換されて露出面から外部に取り出される。図９中に白抜き矢印で示すように、波長変換領域６４ａから保持領域６４ｂに向かった光は、光反射部として機能する保持領域６４ｂにより反射されて波長変換領域６４ａ方向に戻されて外部に取り出される。
図９中に黒い矢印で示すように、保持領域６４ｂは波長変換領域６４ａよりも熱伝導率が高いため、波長変換領域６４ａの底面に接触して同時焼結された保持領域６４ｂとステム６１を介して熱が良好に伝わって放熱される。
（第６実施形態）
次に本発明の第６実施形態について図１０を用いて説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図１０は、第６実施形態における波長変換部材の構成例を示す模式断面図である。本発明の焼結体である波長変換部材は、波長変換領域１４ａと保持領域１４ｂとが接触して一体に焼結されているものであればよく、波長変換領域１４ａと保持領域１４ｂの形状は第１〜第５実施形態で示したものに限定されない。
例えば、図１０（ａ）に示したように、平板状の保持領域１４ｂの中央近傍に略円筒形状の波長変換領域１４ａが設けられたものや、図１０（ｂ）に示したように、円錐台形状の波長変換領域１４ａが設けられたものでもよい。
本実施形態でも、波長変換部材１４が、一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域１４ａと、波長変換領域１４ａに接触して設けられた保持領域１４ｂを有し、波長変換領域１４ａと保持領域１４ｂが一体に同時焼結された焼結体であり、波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる。
（第７実施形態）
次に本発明の第７実施形態について図１１を用いて説明する。第１実施形態と重複する部分についての説明は省略する。図１１は、第７実施形態における発光装置７０を示す模式断面図である。
発光装置７０は、半導体レーザ７２と、波長変換部材７４と、ホルダー部材７６とを備える。発光装置７０では、半導体レーザ７２から一次光Ｌ１が波長変換部材７４に照射され、波長変換部材７４で波長変換された二次光と混色して白色光Ｌ２が外部に出射される。
図１１に示すように、本実施形態の波長変換部材７４は、波長変換領域７４ａが略円錐台形状であり、保持領域７４ｂと側面が接触して波一体に成形された焼結体である。また、波長変換領域７４ａは径の大きい底面が一次光Ｌ１の入射面とされており、一次光Ｌ１の進行方向に向かって先細りとなるように波長変換領域７４ａが保持されている。波長変換領域７４ａの径が小さい側が光出射面となるため、白色光の出射面積を小さくすることもできる。ここでは波長変換領域７４ａの径が漸減する形状を示したが、段階的に径が変化するものであってもよい。
ホルダー部材７６は、開口部が形成された板状部材であり、開口部から波長変換領域７４ａが露出するように波長変換部材７４の光入射面側に配置されている。ホルダー部材７６の開口部は、波長変換領域７４ａの光入射面よりも半径がΔｔだけ小さく形成され、波長変換領域７４ａと同心円となるように配置されている。ホルダー部材７６を構成する材料は、波長変換部材７４を保持できる剛性を有していれば限定されないが、放熱性を向上させるためには熱伝導率の高いセラミック材料や金属を用いることが好ましい。
ホルダー部材７６の開口部には、図示しない光学膜を成膜して所望の光学特性を付加してもよい。例えば、一次光を透過して二次光を反射する反射膜を成膜すると、波長変換領域７４ａの入射面側から二次光が取り出されることを防止し、効率的に出射面側から白色光を取り出して光束と輝度の低下を抑制することが可能となる。
本実施形態では、波長変換領域７４ａに含まれる蛍光体材料の濃度を低くするとともに、厚さを従来よりも厚くしている。例えば、従来では蛍光体濃度を０．０５〜０．５ａｔｍ％の範囲として０．１〜０．３ｍｍ程度の厚さであったものを、本実施形態では蛍光体濃度を０．０００５〜０．０５ａｔｍ％の範囲として１〜５ｍｍ程度の厚さに形成する。
波長変換領域７４ａに含まれる蛍光体濃度が低くいことで、一次光から二次光への波長変換に伴う熱の発熱位置が分散される。また、波長変換領域７４ａの厚みが大きいので、保持領域７４ｂと接触する面積も大きくなる。これらの発熱位置の分散と接触面積の増大によって、波長変換領域７４ａからの放熱効率が向上する。さらに、波長変換領域７４ａの光入射面側の径を大きくすることで、一次光の光強度が大きい入射面側での波長変換と放熱を同時に向上させることができる。このとき、一次光は波長変換領域７４ａを進行するとともに蛍光体で波長変換されるため、出射面側での径を小さくしても一次光を効率よく波長変換できる。また、出射面の径を小さくすることで輝度が向上する。
本実施形態では、波長変換領域７４ａの径が大きい側を入射面としたが、径が小さい側を入射面としてもよい。この場合、一次光の進行方向に径が拡大することになり、波長変換領域７４ａが保持領域７４ｂと接触する側面では、径が大きい出射面方向に光が反射され、白色光を効率的に取り出すことができる。
本実施形態でも、波長変換部材７４が、一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域７４ａと、波長変換領域７４ａに接触して設けられた保持領域７４ｂを有し、波長変換領域７４ａと保持領域７４ｂが一体に同時焼結された焼結体であり、波長変換に伴う発熱を効率的に放熱できる。
（第７実施形態の変形例）
次に第７実施形態の変形例について説明する。波長変換部材７４として、波長変換領域７４ａと保持領域７４ｂとが互いに接触して一体に成形された焼結体ではなく、波長変換領域７４ａと保持領域７４ｂを別途焼結して組み合わせ、ホルダー部材７６で波長変換領域７４ａの離脱を防止する構造としてもよい。
本実施形態の変形例では、波長変換領域７４ａと保持領域７４ｂを別体として成形して組み合わせるので、両者の形状の自由度が向上する。また、波長変換領域７４ａの径が大きい側に、波長変換領域７４ａよりも小さい開口部を有するホルダー部材７６を配置しているので、保持領域７４ｂからの波長変換領域７４ａの脱落を防止することができる。
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。
１０，４０，５０，６０，７０…発光装置
１１，４１，５１，６１…ステム
１２，４２，５２，６２，７２…半導体レーザ
１３…ケース部
２，１４，４４，５４，６４，７４…波長変換部材
１４ａ，４４ａ，５４ａ，６４ａ，７４ａ…波長変換領域
１４ｂ，４４ｂ，５４ｂ，６４ｂ，７４ｂ…保持領域
１４ｃ…蛍光体
１４ｄ…波長変換層
１４ｅ…熱輸送層
１４ａ’ ，１４ｂ’…グリーンシート
１５ａ，１５ｂ，１５ｃ…セラミック材料
２０…灯具ユニット
２１…カバー
２２…ランプボディ
２３…投影レンズ
２４…リフレクタ
２５…放熱フィン
２６…ベース部
２７…スイブルアクチュエータ
２８…連結部材
２９…スクリュー
３…接着剤
３０…レベリングアクチュエータ
３１…スクリュー
７６…ホルダー部材

Claims (4)

  1. 一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域と、
    前記波長変換領域に接触して設けられた保持領域を有し、
    前記保持領域は、第１セラミック材料の中に微小な第２セラミック材料が分散して３次元的に絡み合った構造であり、
    前記第１セラミック材料が、前記波長変換領域よりも熱伝導率が高く、
    前記第１セラミック材料と前記第２セラミック材料の屈折率差が０．２以上であり、
    前記波長変換領域と前記保持領域が一体に焼結されており、
    前記第１セラミック材料がＡｌ ２ Ｏ ３ であり、前記第２セラミック材料がＹ ２ Ｏ ３ 安定化ＺｒＯ ２ またはルチル型ＴｉＯ ２ であることを特徴とする焼結体。
  2. 一次光を波長変換して二次光を出射する蛍光体材料を含む波長変換領域と、
    前記波長変換領域に接触して設けられた保持領域を有し、
    前記保持領域は、第１セラミック材料の中に微小な第２セラミック材料が分散して３次元的に絡み合った構造であり、
    前記第１セラミック材料が、前記波長変換領域よりも熱伝導率が高く、
    前記第１セラミック材料と前記第２セラミック材料の屈折率差が０．２以上であり、
    前記波長変換領域と前記保持領域が一体に焼結されており、
    前記第１セラミック材料がＭｇＯであり、前記第２セラミック材料がＹ ２ Ｏ ３ 安定化ＺｒＯ ２ であることを特徴とする焼結体。
  3. 請求項１または２に記載の焼結体であって、
    前記保持領域は前記波長変換領域よりも熱伝導率が高いことを特徴とする焼結体。
  4. 請求項１乃至３の何れか一つに記載の焼結体と、
    前記一次光を発光する発光素子を備えることを特徴とする発光装置。
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