JP2015029034A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】高出力のレーザダイオードを用いることが可能な発光装置を提供する。【解決手段】レーザダイオード１と、レーザダイオードから出射される光の波長を変換する波長変換部材２と、光が波長変換部材２の２つの面を通過するように波長変換部材２を支持する支持体３と、を含む発光装置１０である。波長変換部材１２は蛍光体とバインダとを含み、波長変換部材１２の２つの面の少なくとも一方に透光性部材４ａ、４ｂが配置されている。バインダは透光性部材４ａ、４ｂの融点よりも高い融点を有し、透光性部材４ａ、４ｂが融着により支持体３と結合している。【選択図】図１

Description

本発明は、レーザダイオードと波長変換部材とを備える発光装置に関する。
波長変換部材は、一般に、ガラスや樹脂などのバインダに蛍光体を分散させて成る。波長変換部材のバインダとしてガラスを使用する場合には、例えば、加熱によりバインダを他の部材に融着させることによって波長変換部材を他の部材に固定することができる（特許文献１参照）。
特開２０１０−１９９３５７号公報
しかし、従来の発光装置において、高出力のレーザダイオードを用いて発光装置の高出力化を図ると、波長変換部材に含まれる蛍光体がレーザ光を吸収して発熱するので、その近傍に存在するバインダが変形したり変色したりする可能性がある。また、蛍光体の発熱によりバインダが融解して波長変換部材が発光装置から脱落するおそれもある。
そこで、本発明は、高出力のレーザダイオードを光源として用いることが可能な発光装置を提供することを課題とする。
レーザダイオードと、前記レーザダイオードから出射される光の波長を変換する波長変換部材と、前記光が前記波長変換部材の２つの面を通過するように前記波長変換部材を支持する支持体と、を含む発光装置である。前記波長変換部材は蛍光体とバインダとを含み、前記波長変換部材の前記２つの面の少なくとも一方に透光性部材が配置されている。前記バインダは前記透光性部材の融点よりも高い融点を有し、前記透光性部材が融着により前記支持体と結合していることを特徴とする。
本発明によれば、高出力のレーザダイオードを用いることが可能な発光装置を提供することができる。
本発明の発光装置の全体図を示す概略図である。 本発明の図１に示す発光装置の先端部分（特に支持体３の周辺部分）の概略断面図である。 本発明の発光装置の第１の実施形態の概略断面図である。 本発明の発光装置の第１の実施形態の上面図である。 本発明の発光装置の第２の実施形態の概略断面図である。 本発明の発光装置の第２の実施形態の上面図である。 本発明の発光装置の第３の実施形態の概略断面図である。 本発明の発光装置の第４の実施形態の概略断面図である。 本発明の発光装置の第５の実施形態の概略断面図である。 本発明の発光装置の第６の実施形態の概略断面図である。 本発明の発光装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
本発明の発光装置を添付の図を参照しながら以下に第１〜第６の実施形態を具体的に挙げて説明する。ただし、本発明の発光装置は、以下の第１〜第６の実施形態に限定されるものではない。
＜第１の実施形態＞
図１の概略図に本発明の第１の実施形態の発光装置１０（以下、「第１の発光装置」と略記する場合もある）の全体図を示す。図２は、図１に示す発光装置１０の先端部分（特に支持体３の周辺部分）をより詳細に説明するための概略断面図である。また、図３の概略図は、本発明の発光装置１０における波長変換部材２と支持体３との関係をより詳細に説明するための概略断面図であり、図４は、図３に示す発光装置１０の上方（すなわち光の出射面側）から見た平面図である。
図１、図２および図３に示すように、本発明の発光装置１０は、レーザ光を発振することのできるレーザダイオード１（以下、「ＬＤ」と略記する場合もある）と、ＬＤから出射される光の波長を変換することのできる波長変換部材２と、ＬＤから出射される光が波長変換部材２の２つの面（例えば、図３に詳しく示す形態において、かかる２つの面は、Ａ面（波長変換部材２のＬＤ側の面とは反対側の面）と、Ｂ面（波長変換部材２のＬＤ側の面）であり、互いに対向する一対の主面を指す）を通過するように波長変換部材２を支持することのできる支持体３と、を含む。
ここで、波長変換部材２は、蛍光体と、かかる蛍光体を保持するためのバインダと、を含む。そして、本実施形態では、波長変換部材２に含まれるバインダとしては、透光性部材４ａおよび４ｂ（以下、あわせて「透光性部材４」と略記する場合もある）よりも融点の高いものが使用される。
これにより、比較的融点の高いバインダを用いたとしても、透光性部材４により波長変換部材２を支持体３に固定することができる。さらに、本実施形態では、ＬＤの高出力化によって蛍光体が高温に発熱したとしても、バインダ自体が融解することを抑制することができるので、バインダの変形や変色を抑制することができる。一方、透光性部材はバインダよりも融点は低いが、蛍光体から離して配置されるので、蛍光体の発熱による透光性部材の変形等を抑制することもできる。つまり、本発明では、発光装置の耐熱性を向上させることができるので、安定した光学特性を有する発光装置を提供することができる。
以下、発光装置１０で使用する主な部材について詳しく説明する。
（レーザダイオード）
本発明において、レーザダイオード１（以下、ＬＤ）は、レーザ光を発振することができるものであれば、特に制限なく使用することができる。
ＬＤとしては、例えば３００ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは４００ｎｍ〜４７０ｎｍ、より好ましくは４２０ｎｍ〜４７０ｎｍに発光ピーク波長を有するものを用いることができる。また、典型的には、端面発光型のＬＤが使用できる。
ＬＤとしては、高出力のものを用いることができ、例えば、１つのＬＤにおいて、１Ｗ〜５Ｗの出力のものを用いることができる。また、複数個のＬＤを使用することでさらに高出力のものとすることもできる。本発明の発光装置１０は、上述の通り、熱に強い特性を有するので、高出力のＬＤを採用する場合に特に効果的である。
なお、１つの発光装置に使用するＬＤの数は１つであってもよいし、２つ以上であってもよい。２つ以上のＬＤを用いる場合には、それらの波長は、同じ波長帯であってもよいし、あるいは異なっていても、重複していてもよい。
（波長変換部材）
波長変換部材２は、少なくとも蛍光体とバインダとを含み、ＬＤから出射される光の波長を変換する機能を有するものである。これにより、典型的には、ＬＤからの光と、波長変換部材２で波長が変換された光（すなわち蛍光体からの光）との混色光を発光装置から外部に放出することができる。
波長変換部材２は、ＬＤからの光が通過する２つの面を有していれば、その形状に特に制限はなく、例えば、図３では、かかる２つの面は互いに対向していて、そのそれぞれが平面（すなわち板状）である。他の形状としては、例えば、その両面を凸状としてもよい。
波長変換部材２が板状の形状を有する場合には、例えば、図３に示すように、ＬＤから出射される光が透過する２つの面（すなわち、図３のＡ面およびＢ面）は、互いに平行であることが好ましい。また、波長変換部材２のＡ面およびＢ面は、ＬＤからの光の進行方向を示す軸線、すなわち光軸Ｌに対して、それぞれ垂直に配置されることが好ましい。なお、図３では、便宜上、光軸Ｌを直線で示すが、本実施形態ではＬＤからの光は、図１に示すように、光ファイバ１３を通して波長変換部材２へと光を伝搬することができるので、ＬＤと波長変換部材２との位置関係は任意に自由に選択することができ、図３に示すような直線の対応関係に限定されるものではない。
波長変換部材２のＡ面およびＢ面をその上側（すなわち光の出射面側）から見た形状に特に制限はなく、例えば、円形や、三角形、四角形等の多角形などの形状を発光装置の用途および目的に応じて任意に適宜選択して決定すればよい。また、波長変換部材２のＡ面およびＢ面の大きさ（面積）は、同一であっても、異なっていてもよい。発光装置１０では、図４に示すように、発光装置１０のその上側から見た平面図では、波長変換部材２の形状は、四角形（好ましくは正方形）であり、Ａ面とＢ面の大きさは、同一である。
波長変換部材２に含まれる蛍光体に特に制限はないが、例えば、青色光を発振するＬＤを用いる場合には、黄色光に発光する蛍光体を用いることができる。これにより、ＬＤからの光と蛍光体からの光との混色により、白色光とすることができる。
もちろん、ＬＤから放出される光として紫外光を用いることもできる。この場合、例えば、赤色発光、青色発光および緑色発光の３種の蛍光体を用いることで、これらの蛍光体からの３色の光の混色により、白色光を得ることができる。
蛍光体としては、例えば、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＹＡＧ系蛍光体」）、ルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＬＡＧ系蛍光体」）、テルビウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（以下、「ＴＡＧ系蛍光体」）等を単独または組み合わせて使用することができる。
波長変換部材２における蛍光体の配合量に特に制限はないが、波長変換部材２の総重量に対して、例えば０．０５重量％〜５０重量％、好ましくは１重量％〜１５重量％とすることができる。配合量を０．０５重量％以上とすることで蛍光体がＬＤからの光を十分に変換することができ、配合量を５０重量％以下とすることで蛍光体から生じる熱量を低減することができる。
波長変換部材２に含まれるバインダについては特に制限はないが、上述の通り、バインダが透光性部材よりも高い融点を有するように選択することが重要である。
このように融点を設定することで、ＬＤの高出力化により蛍光体が高温に発熱したとしても、バインダ自体が融解することを抑制することができ、ひいてはバインダの変形や変色を抑制することができる。また、透光性部材４よりも熱伝導率に優れるバインダを用いれば蛍光体からの熱を効率よく伝搬することができるので、ＬＤの高出力化にともなう蛍光体からの発熱をうまく放散することができる。
ここで、波長変換部材２に含まれるバインダの融点と透光性部材４の融点との差は、５００℃〜２５００℃であり、好ましくは８００℃〜１５００℃とすることができる。融点の差を５００℃以上とすることで透光性部材４が変形する前にバインダが変形する事態を抑制することができ、融点の差を２５００℃以下とすることで両者をある程度まで任意に選択することができる。
バインダの融点は、通常１０００℃〜３０００℃、好ましくは１３００℃〜２５００℃、さらに好ましくは１５００℃〜２０００℃である。バインダの融点を１０００℃以上とすることで透光性部材の支持体への融着等の工程におけるバインダの変形等を抑制することができるとともに、比較的融点の高い透光性部材を選択することができる。また、バインダの融点を３０００℃以下とすることで例えばバインダを焼結により成形する工程が容易になり、より安定した品質で波長変換部材を製造することができる。
波長変換部材２に含まれるバインダとしては、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３、融点：約１９００℃〜２１００℃）、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２、融点：約１５００℃〜１７００℃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２、融点：約２６００℃〜２８００℃）、酸化バリウム（ＢａＯ、融点：１８００℃〜２０００℃）、酸化チタン（ＴｉＯ２、融点：１７００℃〜１９００℃）などが挙げられる。なかでも、融点、熱の伝搬性および拡散性等の観点から、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素が好ましく、特に酸化アルミニウムを使用することが好ましい。
本発明において、バインダは、単一の材料で構成してもよいし、２種以上の材料を組み合わせて用いてもよい。なお、バインダが２種以上の材料からなる場合には、透光性部材４と比較するバインダの融点は、それらのうち最も低いものである。
また、波長変換部材２は、必要に応じて、光散乱材を含んでいてもよい。光散乱材としては、波長変換部材２に含まれるバインダよりも融点が高く、バインダとの屈折率に差があればよい。バインダを構成する材料にもよるが、光散乱材としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタンなどを使用することができる。また、光散乱材の配合量は、使用するバインダよりも少ない量であれば、特に制限はない。
さらに、波長変換部材２の表面（ＬＤ側の面、ＬＤとは反対側の面、あるいはその両面）には、必要に応じて、反射防止層（ＡＲ層）などの層が任意に設けられていてもよい。
また、本実施形態では、複数の波長変換部材２を配置してもよい。なお、かかる複数の波長変換部材２は、同一のものであっても、異なるものであっていてもよい。
なお、本発明では、波長変換部材２は、蛍光体と、バインダ、および必要に応じて光散乱材などの任意の他の成分を混合し、焼結などの従来公知の方法に従って所望の寸法および形状に成形したものを用いることができる。
（透光性部材）
透光性部材４は、光源からの光を透過することができ、なおかつ融着により支持体３と結合され得るものであり、必要に応じて、上述の波長変換部材２を少なくとも部分的に被覆し、例えば、図３に示すように透光性部材４ａ，４ｂとして波長変換部材２の光透過面Ａ，Ｂの両方に配置され、波長変換部材２の支持体３への固定を補助し得る役割を果たすものである。また、透光性部材４は、支持体３の貫通孔５内において主として波長変換部材２が配置されていない部分、特に以下にて詳細に説明する支持体３の貫通孔５の内壁と、波長変換部材２の光透過面Ａおよび／またはＢとに融着されることが好ましい。
また、ここで、波長変換部材２と支持体３とを結合させるために従来公知の一般的な手法を用いてもよく、例えば、波長変換部材２の側面と支持体３の貫通孔５の内壁とを低融点ガラスなどを用いて融着することもできる。しかし、このような場合には、低融点ガラスの位置合わせが難しく、再現性良く両者を融着することができないという問題がある。さらに、波長変換部材２の側面の面積は限られているので、仮に低融点ガラスの位置合わせができて両者を接合できたとしても、十分な強度が得られにくいという問題もある。そこで、本実施形態では、図３において詳しく示すように、波長変換部材２のＡ面に透光性部材４ａを配置し、そして波長変換部材２のＢ面に透光性部材４ｂを配置し、その後、透光性部材４ａおよび４ｂのそれぞれを支持体３、特に支持体３の貫通孔５の内壁に融着させることによって、波長変換部材２を支持体３に固定することができる。波長変換部材２の両面に透光性部材４ａおよび４ｂを設けることで波長変換部材２を支持体３により強固に固定することができる。また、本実施形態では、透光性部材４ａおよび４ｂの両方を介して、支持体３に熱を伝搬して放散させることもできるので、発光装置の放熱性はさらに向上する。
透光性部材４ａおよび／または４ｂは、波長変換部材２よりも屈折率を低くすることができる。例えば、透光性部材４ａの屈折率を波長変換部材２の屈折率よりも低くすれば、光の出射効率を高めることができる。また、透光性部材４ｂの屈折率を波長変換部材２の屈折率よりも低くすれば、光の入射効率を高めることができる。
透光性部材４ａおよび４ｂは、それぞれ、融着により支持体３へと結合することができればその材料に特に制限はないが、本発明では、上述の通り、透光性部材４ａおよび４ｂは、それぞれ、波長変換部材２に含まれるバインダよりも融点が低くなるようにその材料を適宜選択することが重要である。
透光性部材の融点は、通常２００℃〜１０００℃、好ましくは５００℃〜９００℃とすることができる。融点を２００℃以上とすることで、透光性部材の耐熱性、耐候性、透光性などの性能を向上させることができる。また、融点を１０００℃以下とすることで、透光性部材は支持体に融着しやすくなり、発光装置の生産性を向上させることができる。
ここで、透光性部材の融点は、温度の上昇に伴って透光性部材が軟化を開始する温度を意味し、本発明では、透光性部材を構成する主材料の軟化点を透光性部材の融点と定義する。
透光性部材を構成する主材料としては、ソーダガラス（又はソーダ石灰ガラス）、ホウ珪酸ガラス、鉛ガラス等のガラスを好適に使用することができる。
ソーダガラスは、一般には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）および／または酸化カリウム（Ｋ２Ｏ）を主成分とするガラスを意味し、本発明では、従来公知のソーダガラスを特に制限なく使用することができる。ソーダガラスの軟化点は、通常５００℃〜８００℃であり、好ましくは６００℃〜８００℃である。
ホウ珪酸ガラスは、一般には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を主成分とし、さらに酸化ホウ素（無水ホウ酸）（Ｂ２Ｏ３）などの成分を含むガラスであり、本発明では、従来公知のホウ珪酸ガラスを特に制限なく使用することができる。ホウ珪酸ガラスの軟化点は、通常５００℃〜１０００℃であり、好ましくは５００℃〜９００℃である。
鉛ガラスは、一般には、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）および酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とするガラスを意味し、本発明では、従来公知の鉛ガラスを特に制限なく使用することができる。鉛ガラスの軟化点は、通常３００℃〜６００℃であり、好ましくは５００℃〜６００℃である。
耐光性、耐候性、透光性などの観点から、ホウ珪酸ガラスを使用することが好ましい。
なお、上述のように波長変換部材２に光散乱材を配合すると、波長変換部材２の成形時に光散乱材とバインダとが反応し、透過率が悪化するおそれがある。また、波長変換部材２は、上述のとおり、一定量の蛍光体を含むため、光散乱材の含有量にはどうしても限界がある。そこで、本実施形態では、波長変換部材２には光散乱材を配合せずに、透光性部材４に光散乱材を配合することで、波長変換部材２の局所的な透過率の悪化を抑制しつつ、比較的多くの光散乱材を透光性部材４に用いることができる。例えば、図３に示す透光性部材４ａに光散乱材を配合すれば、光が散乱した状態で光を取り出すことができるので、所望の配光を得ることができる。また、図３に示す透光性部材４ｂに光散乱材を配合すれば、光の密度が低下した状態で光を蛍光体に当てることができるので、蛍光体の発熱の軽減および出射光の色むらを改善することができる。透光性部材４に配合する光散乱材に特に制限はないが、例えば、酸化ケイ素や酸化チタンなどを使用することができる。なお、光散乱材の透光性部材４への配合量に特に制限はない。
また、透光性部材４は、波長変換部材２に入射する光および／または波長変換部材２から出射する光を所望の色調に補正することを目的として、必要に応じて波長変換部材２に含まれる蛍光体と比較して少量の蛍光体を含んでいてもよい。蛍光体としては、特に制限はなく、例えば、赤色系蛍光体などを含ませることができる。
また、本実施形態において、透光性部材４は、上記ガラスなどの材料に光散乱材などの任意の他の成分を必要に応じて配合したものを所望の形状および寸法に成形したものを用いることができる。
透光性部材４の支持体３への結合は、例えば、透光性部材４を波長変換部材２とともに支持体３上に適切に配置した後、その全体を加熱することで、透光性部材４を支持体３に融着させることによって行われる。このとき、透光性部材４と波長変換部材２とが融着により結合していてもよい。ただし、このとき、透光性部材４は溶融するが、波長変換部材２のバインダは溶融しない温度および圧力を選択することが好ましい。これにより、波長変換部材２を融解させることなく、透光性部材４を支持体３に融着より結合させて波長変換部材２を支持体３に固定することができる。
（支持体）
図３に示すように、支持体３は、ＬＤからの光が通過するように光の進行方向に拡がる貫通孔５を有し、その貫通孔５の内壁にて波長変換部材２を物理的に支持し得るものである。なお、本発明において支持体３の貫通孔５が光の進行方向に拡がるとは、貫通孔５の直径が光の進行方向に沿って大きくなることを意味する。
支持体３は、光軸Ｌとほぼ同軸に形成される貫通孔５を有する円盤状の台座部７と、かかる台座部７の下面（すなわちＬＤ側の面）でその周縁部を支持する円筒形状のスリーブ部８と、から構成される。本実施形態では、台座部７とスリーブ部８とが一体式に形成されることが好ましい。
本実施形態では、支持体３の台座部７に設けた貫通孔５の内壁が光の進行方向に沿って拡がるテーパ面を有するので、かかるテーパ面では支持体３と透光性部材４ａおよび４ｂとの結合面積が増大し、融着による結合強度が増大する。また、かかるテーパ面によって、光のＬＤ側へ逆行を防止することもできる。なお、本実施形態において、テーパ面の角度に特に制限はなく、所望の用途に応じて、任意に適宜決定すればよい。
図３に示すように、貫通孔５の内壁はその全域においてテーパ面とはなっておらず、その途中に波長変換部材２を支持することのできるステージ６が設けられている。ステージ６は光軸Ｌと垂直をなす面を有しており、これにより波長変換部材２の位置合わせが容易となる。また、ステージ６を設けることで透光性部材４ａおよび４ｂを貫通孔５の内壁に融着させることが比較的容易となる。
次に、図３の発光装置１０を上方（すなわち波長変換部材２のＡ面側）から見た平面図を図４に示す。図４に示すように、貫通孔５のＬＤ側の開口部Ｐ、貫通孔５のＬＤとは反対側の開口部Ｑ、ステージ６に設けられた開口部Ｒ、およびステージ６の周縁部Ｓは、光軸Ｌを中心として、同心円状に拡がっていることが好ましい。なお、開口部Ｐ、ＱおよびＲならびに周縁部Ｓの形状は図４に示す円形のものに限定されるものではない。
波長変換部材２をステージ６に載置することより、波長変換部材２と支持体３（特にステージ６）との接触面積を比較的容易に増加させることができる。これにより、波長変換部材２から支持体３への放熱経路が確保され得るので、さらに放熱性、耐熱性に優れる発光装置を得ることができる。
また、図３に示すように、透光性部材４ａは、ステージ６において、支持体３と部分的に接触するように構成することができる。これにより、透光性部材４ａと支持体３との接触面積を比較的容易に増加させることができるので、より強固に透光性部材４ａを支持体３に融着により結合させることができる。
支持体３の台座部７およびスリーブ部８を構成する材料に特に制限はないが、ともに熱膨張率が透光性部材４に近い材料が好ましい。また、放熱性の良い材料が好ましい。かかる物質としては、代表的には金属、例えば、鉄、ニッケル、コバルト、アルミニウムおよびそれらの合金、例えば、ステンレス鋼、Ｎｉ−Ｆｅ合金、コバールなどが挙げられる。なかでも、熱膨張率の観点から、コバール、アルミニウムを使用することが好ましい。
また、支持体３、特に貫通孔５の内壁面には、銀を含む材料からなる反射膜を設けることもできる。これにより光の取り出し効率をさらに向上させることができる。
支持体３は、かかる材料から、従来公知の方法（例えば、プレス加工、切削加工など）によって作製することができる。
（その他の部材）
ここで、本発明の第１の実施形態の発光装置１０では、図１に示すように、ＬＤと波長変換部材２との間に光ファイバ１３を配置してもよい。これにより、ＬＤからの光を、光ファイバ１３を通して波長変換部材２に伝搬して波長変換部材２に照射することができるので、両者の相対的な位置関係を比較的自由に設計することができる。光ファイバ１３は、例えば、ガラス、好ましくは石英ガラス、樹脂などから構成され得る。
そして、図２に示すように、光ファイバ１３の先端部（すなわち、光ファイバ１３の波長変換部材側の端部）は、支持体３のスリーブ部の内部空間と係合して接続するためにアダプタ１４を備えていてもよい。
また、光ファイバ１３の他方の端部（すなわち、ＬＤ側の端部）には、図１に示すように、光ファイバ１３とＬＤまたはＬＤを含むデバイスとの接続を容易にするためにコネクタ１２を備えていてもよい。
さらに、図１に示すように、光ファイバ１３のＬＤ側の端面にはＬＤからの光を集光させるために、光ファイバ１３のＬＤ側の端面とＬＤとの間にレンズ１１を配置してもよい。かかるレンズ１１は、ＬＤからの光を、光ファイバ１３の端面に集光させることができれば、その種類に特に制限はない。
なお、本発明の発光装置は、上述の構成を有するが、本発明の発光装置は、かかる第１の実施形態の構成に限定されるものではない。
＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る発光装置２０は、支持体３の周辺の構成以外は図１に示す通りであり、具体的には、図５に示すように、波長変換部材２、支持体３ならびに透光性部材４ａおよび４ｂの形状がそれぞれ図３に示す第１の実施形態とは異なるものである。また、図５に示す実施形態では、支持体３の貫通孔の内部においては、図３に示す第１の実施形態のようにステージ部６は形成されておらず、その全域がテーパ面となっている。他の構成については上述の第１の発光装置と同様である。
第２の実施形態では、貫通孔５の内壁の全域をテーパ面とすることによって、融着による透光性部材４ａおよび４ｂと、支持体３との結合面積が増大し、波長変換部材２をさらに強固に固定することができる。また、かかるテーパ面によって、光の逆行を防止することもできる。形成されるテーパ面の角度に特に制限はなく、所望の用途に応じて、任意に適宜決定すればよい。また、波長変換部材２および透光性部材４ａおよび４ｂは、テーパ面の形状に合わせて、その寸法および形状を調整すればよい。
第２の発光装置において、波長変換部材２ならびに透光性部材４ａおよび４ｂは、光軸Ｌを中心として、同軸に配置されることが好ましい。例えば、図６の上面図に示すように、支持体３に設けた貫通孔のＬＤ側の開口部Ｐと、支持体３に設けた貫通孔のＬＤとは反対側の開口部Ｑと、波長変換部材２のＬＤ側の周縁部Ｔと、波長変換部材２のＬＤとは反対側の周縁部Ｕとが、光軸Ｌを中心として、同心円状に拡がる形状および寸法を有することが好ましい。
透光性部材４ａは、その光の入射側の周縁部が、波長変換部材２の光の出射側の周縁部Ｕとほぼ一致し、これらが同じ形状および寸法を有することが好ましく、透光性部材４ａの光の出射側の周縁部は、支持体３に設けた貫通孔の光の出射側の開口部Ｑとほぼ一致し、これらが同じ形状および寸法を有することが好ましい。
また、透光性部材４ｂは、その光の入射側の周縁部が、支持体３に設けた貫通孔の光の入射側の開口部Ｐとほぼ一致し、これらが同じ形状および寸法を有することが好ましく、透光性部材４ｂの光の出射側の周縁部は、波長変換部材２の光の入射側の周縁部Ｔとほぼ一致し、これらが同じ形状および寸法を有することが好ましい。
＜第３の実施形態＞
本発明の第３の実施形態に係る発光装置３０は、発光装置全体としては図１に示す通りであり、具体的には、図７に示すように、波長変換部材２、支持体３および透光性部材４ａの形状がそれぞれ図３に示す第１の実施形態とは異なるものである。また、図７に示す実施形態では、支持体３の貫通孔の内壁において、図３に示す第１の実施形態のようにステージ部６は形成されておらず、その全域がテーパ面となっている。さらに、本実施形態では、第１の実施形態で用いられる透光性部材４ｂは配置されておらず、透光性部材４ａのみを配置することを特徴とする。他の構成については上述の第１の発光装置と同様である。なお、図７に示す波長変換部材２、支持体３および透光性部材４ａは、図５および６に示すものと同一の形状を有していてもよい。ただし、その寸法は、同一であっても、異なっていてもよい。
このような構成であっても、透光性部材４ａにより、波長変換部材２を支持体３に固定することができる。本実施形態では、透光性部材４ｂが設けられていないので色むらが生じやすい傾向にはあるが、ＬＤからの出射光が直接波長変換部材２に照射されるため、さらに出力を向上させることができる。また、本実施形態において、貫通孔内に透光性部材４ｂが存在しない部分では、貫通孔がＬＤ側に向かってテーパ状に狭くなっているので、波長変換部材２がこの貫通孔からその下方に脱落することもない。
＜第４の実施形態＞
本発明の第４の実施形態に係る発光装置４０は、発光装置全体としては図１に示す通りであるが、具体的には、図８に示すように、図３の第１の実施形態で用いられる透光性部材４ｂは配置されておらず、透光性部材として、透光性部材４ａのみを配置することを特徴とする。他の構成については上述の第１の発光装置と同様である。
このような構成であっても、透光性部材４ａにより、波長変換部材２を支持体３に固定することができる。また、透光性部材４ｂがない部分では貫通孔が狭くなっているので、貫通孔の下方から波長変換部材２が脱落することもない。
＜第５の実施形態＞
本発明の第５の実施形態に係る発光装置５０は、発光装置全体としては図１に示す通りであるが、具体的には、図９に示すように、波長変換部材２、支持体３および透光性部材４ｂの形状がそれぞれ図３に示す第１の実施形態とは異なる。また、図９に示す実施形態では、支持体３の貫通孔の内壁において、図３の第１の実施形態のようにステージ部６は形成されておらず、その全域がテーパ面となっている。さらに、本実施形態では、図３に示す第１の実施形態で用いられる透光性部材４ａは配置されておらず、波長変換部材２のＡ面が光の出射面となり、透光性部材として、透光性部材４ｂのみを配置することを特徴とする。他の構成については上述の第１の発光装置と同様である。なお、図９に示す波長変換部材２、支持体３および透光性部材４ｂは、図５および６に示すものと同一の形状を有していてもよい。ただし、その寸法は、同一であっても、異なっていてもよい。
このような構成であっても、透光性部材４ｂにより、波長変換部材２を支持体３に固定することができる。このとき、透光性部材４ｂと波長変換部材２は透光性部材４ｂの融着により結合している。
＜第６の実施形態＞
本発明の第６の実施形態に係る発光装置６０は、発光装置全体としては図１に示す通りであるが、具体的には、図１０に示すように、図３に示す第１の実施形態で用いられる透光性部材４ａが配置されておらず、波長変換部材２のＡ面が光の出射面となり、透光性部材として、透光性部材４ｂのみが配置されていることを特徴とする。他の構成については上述の第１の発光装置と同様である。
このような構成であっても、透光性部材４ｂにより、波長変換部材２を支持体３に固定することができる。このとき、透光性部材４ｂと波長変換部材２は透光性部材４ｂの融着により結合している。
＜他の実施形態＞
図１１に本発明の他の実施形態に係る発光装置７０の構成を説明するための概略断面図を示す。
図１１に示すように、レーザダイオード１と、波長変換部材２との間には、上述の実施形態で用いられるレンズ１１、コネクタ１２、光ファイバ１３およびアダプタ１４などの部材は設けられておらず、レーザダイオード１が支持体３のスリーブ部８の内部空間１９に配置されていることを除いては、上述の第１から第６の実施形態で説明した発光装置と実質的に同様である。
このとき、レーザダイオード１は、必要に応じてヒートシンク１８を用いて板状のステム１５に固定され、スリーブ部８の内部空間１９はステム１５によって密閉することができる。ステム１５には、外部電力と電気的に接続するための複数のリード１６ａ，１６ｂがそれぞれステム１５に設けた複数の貫通孔を通して配置され、かかる貫通孔は、低融点ガラスなどの材料から構成される封止材１７ａ、１７ｂでさらに密閉することができる。また、レーザダイオード１は、ワイヤー等の導電部材を介してリード１６ａ，１６ｂと電気的に接続することができる。
本実施形態では、このような構成であっても、例えば図３〜１０に示す上記で説明した第１から第６の実施形態における構成を好適に採用することができ、波長変換部材２と支持体３とを特定の関係とすることにより、同様の効果を得ることができる。
なお、本実施形態では、レーザダイオード１と波長変換部材２との間には他の部材は介在させていないが、例えば、両者の間にはレーザ光を集光させることのできるレンズなどの部材を設けてもよい。
本発明の発光装置は、高出力の光が求められる種々の用途、特に高出力の白色光が求められる用途において利用することができる。例えば、内視鏡装置やファイバスコープ用の照明装置などとして使用することができ、それ以外にも屋内外で用いられる照明装置や、車輌用の照明装置、より具体的にはヘッドライトなどの光源として利用することができる。
１ レーザダイオード（ＬＤ）
２ 波長変換部材
３ 支持体
４ 透光性部材
４ａ 波長変換部材のレーザダイオード側の面とは反対側の面に配置される透光性部材
４ｂ 波長変換部材のレーザダイオード側の面に配置される透光性部材
５ 貫通孔
６ ステージ
７ 台座部
８ スリーブ部
１０ 本発明の第１の実施形態の発光装置
１１ レンズ
１２ コネクタ
１３ 光ファイバ
１４ アダプタ
１５ ステム
１６ａ リード
１６ｂ リード
１７ａ 封止材
１７ｂ 封止材
１８ ヒートシンク
１９ 内部空間
２０ 本発明の第２の実施形態の発光装置
３０ 本発明の第３の実施形態の発光装置
４０ 本発明の第４の実施形態の発光装置
５０ 本発明の第５の実施形態の発光装置
６０ 本発明の第６の実施形態の発光装置
７０ 本発明の他の実施形態の発光装置
Ａ 波長変換部材のレーザダイオード側の面とは反対側の面（Ａ面）
Ｂ 波長変換部材のレーザダイオード側の面（Ｂ面）
Ｌ 光軸
Ｐ 支持体の台座部のＬＤ側（光の入射側）の開口部
Ｑ 支持体の台座部のＬＤとは反対側（光の出射側）の開口部
Ｒ ステージ６の開口部
Ｓ ステージ６の周縁部
Ｔ 波長変換部材２のＬＤ側（光の入射側）の周縁部
Ｕ 波長変換部材２のＬＤとは反対側（光の出射側）の周縁部

Claims (15)

  1. レーザダイオードと、
    前記レーザダイオードから出射される光の波長を変換する波長変換部材と、
    前記光が前記波長変換部材の２つの面を通過するように前記波長変換部材を支持する支持体と
    を含む発光装置であって、
    前記波長変換部材は蛍光体とバインダとを含み、
    前記波長変換部材の前記２つの面の少なくとも一方に透光性部材が配置され、
    前記バインダは前記透光性部材の融点よりも高い融点を有し、
    前記透光性部材が融着により前記支持体と結合していることを特徴とする、
    発光装置。
  2. 前記バインダの融点と前記透光性部材の融点との差が５００℃〜２５００℃である、請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透光性部材が、前記波長変換部材の前記レーザダイオード側の面とは反対側の面に配置されている、請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記透光性部材が、前記波長変換部材の前記レーザダイオード側の面に配置されている、請求項１または２に記載の発光装置。
  5. 前記透光性部材が、前記波長変換部材の前記２つの面の両方に配置されている、請求項１または２に記載の発光装置。
  6. 前記支持体は、前記光の進行方向に拡がる貫通孔を有し、
    前記貫通孔内において、前記透光性部材が融着により前記貫通孔の内壁と結合している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
  7. 前記バインダの融点が１０００℃〜３０００℃である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発光装置。
  8. 前記バインダが、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化バリウムおよび酸化チタンからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１〜７のいずれか１項に記載の発光装置。
  9. 前記バインダが酸化アルミニウムである、請求項８に記載の発光装置。
  10. 前記透光性部材の融点が２００℃〜１０００℃である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
  11. 前記透光性部材がガラスを含む、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光装置。
  12. 前記ガラスが、ソーダガラス、ホウ珪酸ガラスおよび鉛ガラスからなる群から選択される少なくとも１つである、請求項１１に記載の発光装置。
  13. 前記ガラスがホウ珪酸ガラスである、請求項１２に記載の発光装置。
  14. 前記波長変換部材が光散乱材を含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の発光装置。
  15. 前記透光性部材が光散乱材を含む、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の発光装置。
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