(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周側面と、上面から下面に貫通する第１貫通孔とを有する第１支持部材と、
前記第１貫通孔の内側に配置され、かつ蛍光体を含む透光部材と、
内周側面と、上面から下面に貫通する第２貫通孔とを有するとともに、前記第１支持部材の前記外周側面、および前記第１支持部材の前記上面または前記下面と接触している第２支持部材と、
出射する光が前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に入射するように、前記第１支持部材の下方に配置された発光素子と、
を含み、
室温において、前記第１支持部材の前記外周側面が前記第２支持部材の前記内周側面により固定されており、
２００℃以上８００℃以下の第１の温度より高い温度において、前記第１支持部材の外側寸法は、前記第２支持部材の内側寸法よりも小さく、
室温において、固定されていない状態の前記第１支持部材の外側寸法は、固定されていない状態の前記第２支持部材の内側寸法よりも大きく、
前記第１の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度であり、
前記第１支持部材が、セラミックス、高融点金属、またはこれらの複合体から成ることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記第１貫通孔は、前記第１支持部材の下面側から上面側に向かって拡がっていることを特徴とする、請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記透光部材は前記第１貫通孔の内壁と同じ傾斜の接合面を有しており、該接合面と該内壁とが、ガラスを含む接着層を介して接合していることを特徴とする、請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記透光部材は、複数の異なる種類の透光部材を有す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。
【請求項５】
前記発光素子と前記第１支持部材との間に、前記発光素子から出射された光を前記第１貫通孔に収束させる集光レンズを有す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。
【請求項６】
前記発光素子は半導体レーザー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。
【請求項７】
前記第２支持部材は、前記第１支持部材の下面と接触してい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。
【請求項８】
前記第２支持部材の外周側面と接合し、前記第１支持部材の上面の一部と接し、前記第１支持部材を上下の方向に拘束している第３支持部材を有することを特徴とする、請求項７に記載の発光装置。
【請求項９】
前記第１支持部材の上面の一部は、前記第３支持部材の上面よりも上方に位置することを特徴とする、請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
前記第２支持部材は、前記第１支持部材の上面と接触してい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。
【請求項１１】
前記第２支持部材の外周側面と接合し、前記第１支持部材の下面の一部と接している第３支持部材を有することを特徴とする、請求項１０に記載の発光装置。
【請求項１２】
前記第１支持部材の上面の一部は、前記第２支持部材の上面よりも上方に位置することを特徴とする、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
外周側面と、上面から下面に貫通する第１貫通孔とを有する第１支持部材を準備し、蛍光体を含む透光部材を該第１貫通孔の内側に配置する工程と、
内周側面と、上面から下面に貫通する第２貫通孔とを有し、室温において、前記第１支持部材の外側寸法よりも小さい内側寸法を有する第２支持部材を準備する工程と、
前記第１支持部材および前記第２支持部材を２００℃以上８００℃以下の第１の温度よりも高い温度に加熱し、前記第２支持部材の内側寸法を前記第１支持部材の外側寸法よりも大きくした後、前記第１支持部材を前記第２支持部材の内側に配置し、その後、前記第１支持部材および前記第２支持部材を前記第１の温度より低い温度まで冷却し、前記第２支持部材の内周側面により前記第１支持部材の外周側面を固定する焼嵌め工程と、
発光素子を配置する工程とを備え、
前記第１の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度であり、
前記第１支持部材が、セラミックス、高融点金属、またはこれらの複合体から成る発光装置の製造方法。
【請求項１４】
外周側面と、上面から下面に貫通する第１貫通孔とを有する第１支持部材と、
前記第１貫通孔の内側に配置され、かつ蛍光体を含む透光部材と、
内周側面と、上面から下面に貫通する第２貫通孔とを有するとともに、前記第１支持部材の前記外周側面、および前記第１支持部材の前記上面または前記下面と接触している第２支持部材と、
出射する光が前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に入射するように、前記第１支持部材の下方に配置された発光素子と、
を含み、
室温において、前記第１支持部材の前記外周側面が前記第２支持部材の前記内周側面により固定されており、
２００℃以上８００℃以下の第１の温度より高い温度において、前記第１支持部材の外側寸法は、前記第２支持部材の内側寸法よりも小さく、
室温において、固定されていない状態の前記第１支持部材の外側寸法は、固定されていない状態の前記第２支持部材の内側寸法よりも大きく、
前記第１の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度であり、
前記第２支持部材は、前記第１支持部材の下面と接触しており、
前記第２支持部材の外周側面と接合し、前記第１支持部材の上面の一部と接し、前記第１支持部材を上下の方向に拘束している第３支持部材をさらに有することを特徴とする発光装置。
【請求項１５】
外周側面と、上面から下面に貫通する第１貫通孔とを有する第１支持部材と、
前記第１貫通孔の内側に配置され、かつ蛍光体を含む透光部材と、
内周側面と、上面から下面に貫通する第２貫通孔とを有するとともに、前記第１支持部材の前記外周側面、および前記第１支持部材の前記上面または前記下面と接触している第２支持部材と、
出射する光が前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に入射するように、前記第１支持部材の下方に配置された発光素子と、
を含み、
室温において、前記第１支持部材の前記外周側面が前記第２支持部材の前記内周側面により固定されており、
２００℃以上８００℃以下の第１の温度より高い温度において、前記第１支持部材の外側寸法は、前記第２支持部材の内側寸法よりも小さく、
室温において、固定されていない状態の前記第１支持部材の外側寸法は、固定されていない状態の前記第２支持部材の内側寸法よりも大きく、
前記第１の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度であり、
前記第２支持部材は、前記第１支持部材の上面と接触していることを特徴とする発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、レーザーダイオードなどの発光素子を光源として用いた発光装置が提案されている（例えば、特許文献１）。このような発光装置としては、発光素子と、発光素子を覆うように設けられている筺体と、筺体に設けられた貫通孔の内部に配置され、発光素子から出射された光の波長を変換する透光部材とを含んでいるものがある。最近では、発光装置の放熱性の向上および／またはメンテナンスの容易化といった観点から、筺体に設けられた貫通孔の内部に透光部材を配置せずに、筺体に設けた出射口の上に、凹部を有する下部支持部材を配置し、このような下部支持部材の凹部の上に、透光部材を含有するセラミックスの蛍光体ホルダ配置し、その上に、蛍光体ホルダ脱落防止のための上部支持部材を配置するものも提供されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２７２５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、このような、下部支持部材を介して、透光部材を含有する蛍光体ホルダを筺体に設置する発光装置では、例えば車載用ヘッドライトとしての使用等の繰り返し振動する環境下において長時間使用される場合に、発光装置から出射される光の光学特性、とりわけ光束値が低下する虞がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明の実施形態に係る発光装置は、外周側面と、上面から下面に貫通する第１貫通孔とを有する第１支持部材と、前記第１貫通孔の内側に配置され、かつ蛍光体を含む透光部材と、内周側面と、上面から下面に貫通する第２貫通孔とを有するとともに、前記第１支持部材の前記外周側面、および前記第１支持部材の前記上面または前記下面と接触している第２支持部材と、出射する光が前記第１貫通孔および前記第２貫通孔に入射するように、前記第１支持部材の下方に配置された発光素子と、を含み、室温において、前記第１支持部材の前記外周側面が前記第２支持部材の前記内周側面により固定されており、２００℃以上８００℃以下の第１の温度より高い温度において、前記第１支持部材の外側寸法は、前記第２支持部材の内側寸法よりも小さく、室温において、固定されていない状態の前記第１支持部材の外側寸法は、固定されていない状態の前記第２支持部材の内側寸法よりも大きく、前記第１の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度であることを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法は、外周側面と、上面から下面に貫通する第１貫通孔とを有する第１支持部材を準備し、蛍光体を含む透光部材を該第１貫通孔の内側に配置する工程と、内周側面と、上面から下面に貫通する第２貫通孔とを有し、室温において、前記第１支持部材の外側寸法よりも小さい内側寸法を有する第２支持部材を準備する工程と、前記第１支持部材および前記第２支持部材を２００℃以上８００℃以下の第１の温度よりも高い温度に加熱し、前記第２支持部材の内側寸法を前記第１支持部材の外側寸法よりも大きくした後、前記第１支持部材を前記第２支持部材の内側に配置し、その後、前記第１支持部材および前記第２支持部材を前記第１の温度より低い温度まで冷却し、前記第２支持部材の内周側面により前記第１支持部材の外周側面を固定する焼嵌め工程と、発光素子を配置する工程とを備え、前記第１の温度は、前記外側寸法と前記内側寸法とが逆転する温度であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の実施形態に係る発光装置によれば、振動する環境下で使用した場合でも光束値が低下しにくい発光装置を提供することができる。
本発明の実施形態に係る発光装置の製造方法によれば、振動する環境下で使用した場合でも光束値が低下しにくい発光装置の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の光波長変換部の概略断面図である。
【図３Ａ】図３Ａは、室温における、本発明の第１の実施形態に係る発光装置から取り外された状態にある、光波長変換部の第１支持部材と第２支持部材の概略断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、第１の温度より高い温度における、本発明の第１の実施形態に係る発光装置から取り外された状態にある、光波長変換部の第１支持部材と第２支持部材の概略断面図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の全体構成を示す概略断面図である。
【図５】図５は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の光波長変換部の概略断面図である。
【図６】図６は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置の光波長変換部の概略断面図である。
【図７】図７は、本発明の第４の実施形態に係る発光装置の光波長変換部の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明者らは、従来の下部支持部材を介して、透光部材を含む蛍光体ホルダを筺体に設置する発光装置では、下部支持部材と蛍光体ホルダとの間に、出射方向に対して横方向にわずかな隙間が存在し、当該隙間が存在することにより、振動下で長時間使用した場合に、蛍光体ホルダが横方向にずれ、その結果発光装置から出射される光の光束値が低下することに着眼した。
本発明者らは鋭意検討した結果、蛍光体ホルダと、蛍光体ホルダが配置されている下部支持部材とを、焼嵌めで固定することにより、発光装置から出射される光の光束値の低下を抑制できることを見出した。すなわち、詳細を後述するように、蛍光体ホルダと下部支持部材とを焼嵌めで固定することで、長時間の振動下での蛍光体ホルダの横方向への移動を抑制することができ、さらには接着材等により化学的に固着させる場合に比べて、取り外しが容易であるためメンテナンスが容易となる、本発明の発光装置に至ったものである。
【００１０】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に説明する発光装置は、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。また、一の実施の形態において説明する内容は、他の実施の形態にも適用可能である。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「横」及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。複数の図面に表れる同一符号の部分は同一の部分又は部材を示す。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。
【００１１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る発光装置の全体構成を示す概略断面図であり、図２は、光波長変換部１０の断面を示す概略断面図である。図１および図２に示すように、第１の実施形態に係る発光装置１００は、光を出射する光源部２０と、光源部２０の上面２０ａに設置され、光源部２０から出射された光の波長を変換するための光波長変換部１０とを含んでいる。光源部２０は、発光素子２１と集光レンズ２２と筐体２８とを備えており、発光素子２１から出射された光は、集光レンズ２２を通り、筐体２８の上面の一部を貫通して設けられた出射口２９へと収束されて、光波長変換部１０に入射する。光波長変換部１０は、光源部２０の上面２０ａに配置された第２支持部材１６と、第２支持部材１６の上に配置された第１支持部材１２と、第１支持部材１２の内部に配置された透光部材１４とを含む。光源部２０から出射された光は、光波長変換部１０における透光部材１４を通過することにより、光の波長が変換される。第１支持部材１２は蛍光体ホルダと呼ぶ場合があり、また第２支持部材１６は下部支持部材と呼ぶ場合がある。
以下、各構成部材について詳述する。
【００１２】
（光波長変換部）
図２に示すように、第２支持部材１６は、凹部１９を有している。凹部１９は、側面（以下において、第２支持部材の内周側面１６ｃと言う）と底面１９ａから構成されており、底面１９ａは第２支持部材１６の上面１６ａの一部を形成している。第２支持部材１６はまた、凹部１９の底面１９ａから下面１６ｂに貫通する第２貫通孔１７を含む。第２貫通孔１７は、光源部２０の出射口２９と光学的に繋がっており、第２貫通孔１７の外周縁と出射口２９の外周縁とが一致することが好ましい。
【００１３】
図２に示すように、第２支持部材１６の凹部１９の底面１９ａ上には、第１支持部材１２が配置されている。第１支持部材１２は、上面１２ａと、下面１２ｂと、上面１２ａおよび下面１２ｂと繋がっている外周側面１２ｃと、上面１２ａから下面１２ｂに貫通する第１貫通孔１３とを含む。第１支持部材１２は、その下面１２ｂが、第２支持部材１６の凹部１９の底面１９ａと接触し、外周側面１２ｃが第２支持部材１６の内周側面１６ｃと接触するように配置されている。
【００１４】
図１および図２に示すように、第１支持部材１２に設けられた第１貫通孔１３は、第２支持部材１６に設けられた第２貫通孔１７および光源部２０に設けられた出射口２９と、光学的に接続するように設けられている。図２に示す形態では、下面１２ｂにおいて、第１貫通孔１３と第２貫通孔１７の外形は一致しないが、これに限定されず、これらは同一形状の外形を有してもよい。また、図２に示す形態では、上面２０ａにおいて、第２貫通孔１７と出射口２９の外形は一致しているが、これに限定されず、これらは異なる形状の外形を有してもよい。
【００１５】
第１貫通孔１３の形状は、特に限定されるものではなく、出射光の進行方向に対して、一定の幅または径を有する内壁によって形成されてもよく、出射光の進行方向に向かって拡がっている内壁によって形成されてもよく、またはこれらを組み合わせた形状であってもよい。出射光の進行方向に向かって拡がっている場合は、テーパー形状または階段状のいずれであってもよい。このような形態にすることにより、第１貫通孔１３に入射した光の戻り光を、第１貫通孔１３の内壁によって反射させることができ、発光装置１００は効率的に光を出射することができる。
【００１６】
図１および図２に示すように、第１貫通孔１３の内部には透光部材１４が配置されており、透光部材１４は蛍光体を含有している。光源部２０から出射される光は、蛍光体を含有する透光部材１４を通過することにより、その波長が変換される。
【００１７】
第１の実施形態に係る光波長変換部１０は、透光部材１４を１つだけ有していてもよく、複数の透光部材１４を有していてもよい。光波長変換部１０が複数の透光部材１４を有する場合は、複数の透光部材１４は、例えば上下の方向に配置されるように、複数配置されてもよい。それら複数の透光部材１４は同じ種類の蛍光体を含んでいてもよく、または複数の異なる種類の蛍光体を含有する透光部材１４であってもよい。
【００１８】
図２に示すように、第２支持部材１６の外周側面１６ｄと光源部２０の上面２０ａとが接触する第１接続部３１を、例えば溶接等で固定することにより、第２支持部材１６は光源部２０の上面２０ａに固定されている。このような形態にすることで、光波長変換部１０は光源部２０に固定されているため、発光装置１００を振動下で使用した場合でも、光波長変換部１０の出射方向に対して横方向へのずれを防止することができ、発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。
【００１９】
図２に示すように、第１支持部材１２の下面１２ｂは、第２支持部材１６の凹部１９の底面１９ａと接触しており、第１支持部材１２の外周側面１２ｃは、第２支持部材１６の内周側面１６ｃと接触している。このような形態にすることで、光源部２０から出射された光が照射されることにより透光部材１４で発生する熱は、第１支持部材１２を介して第２支持部材１６へと排熱することができ、安定的な光学的特性を得ることができる。
【００２０】
以下に、第２支持部材１６への第１支持部材１２の固定について、より詳細に説明する。
【００２１】
（焼嵌めによる固定）
第１の実施形態に係る発光装置１００では、焼嵌めの原理を利用して、第１支持部材１２は第２支持部材１６に固定されている。焼嵌めにより固定することで、第１の実施形態に係る第１支持部材１２の外周側面１２ｃは、第２支持部材１６の内周側面１６ｃとの接触面において、第２支持部材１６の内周側面１６ｃから圧縮応力を受けている。これにより、第１支持部材１２は、凹部１９の内側において、第２支持部材１６により、出射方向に対して横方向への移動を拘束されている。このように、焼嵌めにより、第１支持部材１２を第２支持部材１６に固定することで、使用中の振動に伴う第１支持部材１２の横方向へのずれを防止することができ、従って、発光装置１００から出射される光の、振動下での使用に伴う光束値の低下を抑制することができる。
【００２２】
第１の実施形態にかかる光波長変換部１０は、異なる熱膨張率を有する、第１支持部材１２と第２支持部材１６から構成されている。従って、第１支持部材１２と第２支持部材１６は、発光装置１００から取り外された状態、すなわち個々の部材に分解された状態においては、環境の温度によって、それらの寸法の大小関係が異なるような形態となっている。
【００２３】
図３ＡおよびＢは、発光装置１００から取り外され、個々の部材に分解された状態にある、すなわち、第１支持部材１２が第２支持部材１６によって拘束（または固定）されていない状態にある、第１支持部材１２と第２支持部材１６とを示している。
【００２４】
図３Ａは、室温における、第１支持部材１２と第２支持部材１６を示している。図３Ａに示す状態において、室温における第１支持部材１２の外側寸法をＤ１とし、室温における第２支持部材１６の内側寸法をＤ２とすると、第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１は、第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２よりも大きい（Ｄ１＞Ｄ２）。
【００２５】
図３Ｂは、後述する第１の温度よりも高い任意の温度Ｔ’における、第１支持部材１２と第２支持部材１６を示している。図３Ｂに示す状態において、温度Ｔ’における第１支持部材１２の外側寸法をＤ１’とし、温度Ｔ’における第２支持部材１６の内側寸法をＤ２’とすると、温度Ｔ’においては、第２支持部材の内側寸法Ｄ２’は、第１支持部材の外側寸法Ｄ１’よりも大きい（Ｄ１’＜Ｄ２’）。
【００２６】
第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１と第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２とは以下のように求めることができる。
光波長変換部１０として用いる際に、第１支持部材１２の外周側面１２ｃと第２支持部材１６の内周側面１６ｃとが接触する部分（接触部）を任意に２箇所選択する。そして、第１支持部材１２と第２支持部材１６とが分離した状態において、第１支持部材１２におけるこの２箇所の接触部分間の距離をＤ１とし、第２支持部材１６におけるこの２箇所の接触部分間の距離をＤ２としてよい。すなわち、図３Ａに示される、第１支持部材１２の左側の外周側面１２ｃと第２支持部材１６の左側の内周側面１６ｃとは、光波長変換部１０として用いる際には接触しており、同様に、図３Ａに示される、第１支持部材１２の右側の外周側面１２ｃと第２支持部材１６の右側の内周側面１６ｃとは、光波長変換部１０として用いる際には接触している。
外側寸法Ｄ１および内側寸法Ｄ２の測定は、それぞれ、第１支持部材１２および第２支持部材１６の断面を得て当該断面上で測定してもよく、また第１支持部材１２および第２支持部材１６を破壊することなく測定してもよい。
上述のように２箇所の接触部は任意に選択してよいが、好ましくは２箇所の接触部の距離が最大となるよう選択する。例えば、第２支持部材１６の内周側面の上面視した形状が円形である場合は、２箇所の接触部は当該円の直径の両端となるように選択するのが好ましい。
【００２７】
また、第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１’および第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２’は、それぞれ、上述の第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１および第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２と同じ方法により求めることができる。
しかし、外側寸法Ｄ１’および内側寸法Ｄ２’は、２００℃以上と高温での寸法であるため、実際に測定を行うことは困難な場合がある。このため、実際に測定することに代えて、光波長変換部材を常温から、８００℃までの温度（２００温度以上の温度）に昇温する際に、第２支持部材１６がもはや第１支持部材１２により、固定されていない（拘束されていない）状態となることを確認することにより第２支持部材の内側寸法Ｄ２’が、第１支持部材の外側寸法Ｄ１’よりも大きい（Ｄ１’＜Ｄ２’）ことを確認してよい。例えば、図２に示す実施形態おいて、光波長変換部１０を光源部２０から取り外した後、光波長変換部１０を図２に示す状態と上下逆さまにし、第１の温度よりも高い任意の温度Ｔ’まで加熱し、第２支持部材１６から第１支持部材１２が脱落（または離間）することを確認してもよい。
【００２８】
第１の実施形態に係る発光装置１００では、光波長変換部１０を構成する第１支持部材１２と第２支持部材１６とは、異なる熱膨張率をしており、第２支持部材１６の熱膨張率は、第１支持部材１２の熱膨張率よりも大きい。従って、図３Ａに示すように、室温においては、第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１は、第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２よりも大きいが、第１支持部材１２および第２支持部材１６の温度を、室温から徐々に上昇させると、第１支持部材１２の外側寸法と第２支持部材１６の内側寸法は異なる速さで徐々に大きくなり、第１の温度において、第１支持部材１２の外側寸法と第２支持部材１６の内側寸法は等しくなり、第１の温度より高い温度Ｔ’においては、図３Ｂに示すように第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２’は、第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１’よりも大きくなる。
【００２９】
図３Ａにおいて、室温における第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１と、室温における第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２との寸法の差は、例えば室温における第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１が４ｍｍ程度の場合、０．０２０ｍｍ以内の範囲であることが好ましい。室温における第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１と、室温における第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２との寸法の差が大きすぎると、焼嵌めにより第２支持部材１６に第１支持部材１２を固定した後、室温において、第１支持部材１２は第２支持部材１６から過剰な圧縮応力を受け、光波長変換部１０の早期破損の原因となる。室温における第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１と、室温における第２支持部材１６の内側寸法Ｄ２との寸法の差を、０．０２０ｍｍ以内の範囲内にすることで、例えば、第１の実施形態に係る発光装置１００が車載用ヘッドライトとして用いられる場合に、冷寒地での使用環境（例えば、−５５℃〜０℃の使用温度）において、熱収縮に伴い第１支持部材１２が第２支持部材１６によって過剰に締め付けられることを防止し、かつ第１支持部材１２が歪むことによる透光部材１４の位置のずれを抑制することができる。従って、このような形態にすることで、発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。
【００３０】
第１の実施形態に係る発光装置１００を上面視して、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの形状と第２支持部材１６の内周側面１６ｃの形状は、略同一の形状であることが好ましい。このような形状であれば、第１支持部材１２の外周側面１２ｃと第２支持部材１６の内周側面１６ｃは比較的大きな面積で接触することができ、それにより第２支持部材１６による第１支持部材１２の固定が安定する。従って、発光装置１００を振動下で使用した場合でも、第１支持部材１２の位置のずれを効果的に抑制することができ、発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。さらに、比較的大きな面積で接触することにより、第２支持部材１６の内周側面１６ｃから第１支持部材１２の外周側面１２ｃに付加される力は、第１支持部材１２の外周側面１２ｃにおいて局所的に作用することなく、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの全体に分散される。従って、振動下で長時間使用した場合であっても、第１支持部材１２および第１支持部材１２に含まれる透光部材１４に、応力が付加されることにより生じる歪または破損を抑制することができる。また、このような形態にすることで、第１支持部材１２と第２支持部材１６の接触面積が増加し、発光素子２１から出射された光が照射されることにより発生する透光部材１４からの熱を、より効率的に第２支持部材１６へと排熱することができるので、安定的な光学的特性を得ることができる。
【００３１】
第１の実施形態に係る発光装置１００を上面視して、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの形状および第２支持部材１６の内周側面１６ｃの形状は、円形状であることが好ましいが、これに限定されない。すなわち、発光装置１００を上面視して、これらの形状は、多角形状であってもよい。どのような形状であっても、発光装置１００を上面視して、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの形状と第２支持部材１６の内周側面１６ｃの形状が、略同一の形状であれば、本発明の実施形態の効果をより効果的に得ることができる。
【００３２】
しかし、第１の実施形態に係る発光装置１００を上面視して、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの形状と第２支持部材１６の内周側面１６ｃの形状は、略同一の形状でなくてもよい。すなわち、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの形状と第２支持部材１６の内周側面１６ｃの形状は略同一の形状でなくても、第１支持部材１２の外周側面１２ｃの形状と第２支持部材１６の内周側面１６ｃとが、互いに応力を及ぼし合うように２点以上で接触していれば、振動下で使用した場合でも、第１支持部材１２および第１支持部材１２に含まれる透光部材１４の位置のずれを抑制することができ、発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。
【００３３】
第１の実施形態に係る発光装置１００では、２００℃以上８００℃以下の範囲内に第１の温度が存在するように、第１支持部材１２および第２支持部材１６の材質および寸法が選択される。第１の温度は、２００℃以上であることが好ましい。第１の実施形態に係る発光装置１００は、例えば車載用ヘッドライト等で使用される際には１８０℃付近まで温度が上昇するが、２００℃以上に第１の温度を有することにより、使用時において光波長変換部１０の温度が１８０℃付近に達した場合であっても、透光部材１４を含む第１支持部材１２は第２支持部材１６に脱落することなく固定されており、使用に伴う光束値の低下を抑制することができる。また、第１の温度は、８００℃以下に存在する。第１の実施形態に係る波長変換部１０では、第１貫通孔１３の内壁にガラスが形成されており、当該ガラスを軟化点以上に加熱することにより、第１貫通孔１３の内壁と透光部材１４とを、融着により固定している。当該ガラスの軟化点は８２０℃〜８５０℃であるため、第１の温度が８００℃以上であると、焼嵌め時の加熱により、当該融着のために利用しているガラスが軟化点以上の温度まで再加熱されて軟化し、それにより、第１貫通孔１３の内部において透光部材１４の位置がずれ、発光装置１００の光学特性を低下させる原因となる。従って、第１の温度は、当該ガラスの軟化点近傍の８２０℃よりも低温である、８００℃以下である。
【００３４】
第１の実施形態において、第１支持部材１２と第２支持部材１６との熱膨張率の差は、例えば室温における第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１が４ｍｍ程度の場合、２９×１０−６／℃以内の範囲内であることが好ましい。第１支持部材１２と第２支持部材１６との熱膨張率の差がこのような範囲内であれば、第１の実施形態にかかる発光装置１００において、第１支持部材１２は第２支持部材１６によって、適度な応力で固定され、振動下で使用した場合でも光束値の低下を抑制することができる。
【００３５】
以下、発光装置１００を構成する主な部材などについて説明する。
【００３６】
（第１支持部材）
第１支持部材１２を構成する材料は、例えば、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、サーメット等のセラミックス、タングステン、タンタル、モリブデン、コバール等の高融点金属、またはこれらの複合体等であってもよい。とりわけ、光の反射率が高く、熱伝導率が高い材料が好ましく、酸化アルミニウムが好ましい。
【００３７】
第１支持部材１２を構成する材料としては、熱膨張率が１１×１０−６／℃以内の範囲である材料を用いることが好ましい。第１支持部材１２の熱膨張率がこのような範囲内であれば、後述する第２支持部材１６の好ましい熱膨張率との組み合わせにより、第１の実施形態にかかる発光装置１００において、第１支持部材１２は第２支持部材１６によって、適度な応力で固定され、振動下で使用した場合でも光束値の低下を抑制することができる。
【００３８】
（透光部材）
透光部材１４は、光入射面と該光入射面より大きな径の光出射面とを有し、光入射面から光出射面に向かって外径が徐々に大きくなった円錐台形状に形成されている。透光部材１４の側面は、第１貫通孔１３の内壁側面と同じ傾斜を有しており、透光部材１４が第１貫通孔１３に挿入されたとき、透光部材１４の側面と、第１貫通孔の内壁側面とは面接触する。
【００３９】
透光部材１４は、光透過率のよい材料によって形成されていることが好ましい。例えば、光透過率は、用いる光源、例えばレーザーダイオードから出射される光を５０％以上、さらには７０％以上を透過するものが好ましい。また、高出力の光が照射しても、変質等しない耐光性および耐熱性の良好な材料によって形成されていることが好ましい。例えば、軟化点が８２０℃〜８５０℃であるものが好ましい。
【００４０】
透光部材１４の材料としては、例えば、セラミックスが挙げられる。具体的には、アルミナまたはサファイア等の酸化アルミニウム、石英ガラス等の二酸化ケイ素、酸化ジルコニウム、酸化バリウム、酸化チタン、酸化イットリウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、炭化ケイ素等が挙げられる。これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。透光性が良好であり、融点、熱伝導性および拡散性等の観点から、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素を含むものが好ましく、酸化アルミニウムを含むものがより好ましい。透光部材１４は、単一の材料または複数の材料によって、単層構造であってもよく、積層構造であってもよい。
【００４１】
（蛍光体）
透光部材１４は、蛍光体を含有している。これにより、所望の色調の光を発光する発光装置を形成することができる。
【００４２】
蛍光体としては、例えば、用いる光源の出射光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のもののいずれをも用いることができる。具体的には、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）、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ）などが挙げられる。なかでも、耐熱性を有する蛍光体を用いることが好ましい。
【００４３】
これらの蛍光体を利用することにより、可視波長の一次光及び二次光の混色光（例えば白色系）を出射する発光装置、紫外光の一次光に励起されて可視波長の二次光を出射する発光装置とすることができる。特に、青色発光素子に組み合わせて白色発光させる蛍光体としては、青色で励起されて黄色のブロードな発光を示す蛍光体を用いることが望ましい。
【００４４】
蛍光体は、複数の種類の蛍光体を組み合わせて用いてもよい。例えば、Ｓｉ６−ＺＡｌＺＯＺＮ８−Ｚ：Ｅｕ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｚｎ：Ｃｕ、（Ｓｒ，Ｃａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ，Ｍｎ、（Ｓｒ，Ｃａ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＢｘＮ３＋ｘ：Ｅｕ、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ及びＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの蛍光体を所望の色調に適した組み合わせや配合比で用いて、演色性や色再現性を調整することもできる。
蛍光体は、透光部材において、組み合わせて用いてもよいし、積層構造の透光部材として、それぞれ異なる蛍光体を含有させてもよい。
【００４５】
（第２支持部材）
第２支持部材１６を構成する材料は、レーザー溶接の際の溶接性を考慮して、例えばＹＡＧレーザーに対する吸収率が高く、放熱性が高く、防錆性に優れた材料が好ましく、例えばステンレス、とりわけ、オーステナイト系のＳＵＳ３０４が好ましい。
【００４６】
第２支持部材１６を構成する材料としては、熱膨張率が４０×１０−６／℃以内の範囲である材料を用いることが好ましい。第２支持部材１６の熱膨張率がこのような範囲内であれば、前述した第１支持部材１２の好ましい熱膨張率との組み合わせにより、第１の実施形態にかかる発光装置１００において、第１支持部材１２は第２支持部材１６によって、適度な応力で固定され、振動下で使用した場合でも光束値の低下を抑制することができる。
【００４７】
（光源部）
図１に示すように、第１の実施形態に係る光源部２０は、ステムパッケージ２４と、筺体２８と、発光素子２１と、集光レンズ２２と、レンズキャップ２６とを含んでいる。
【００４８】
（発光素子）
第１の実施形態において、発光素子２１は、半導体レーザー素子であることが好ましい。半導体レーザー素子としては、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。典型的には、端面発光型の半導体レーザー素子が使用できる。
【００４９】
（２）第２の実施形態
以下に、第２の実施形態に係る発光装置１００について、第１の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第２の実施形態に係る発光装置１００の各要素について、特段の説明の無いものについては、第１の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。
【００５０】
第２の実施形態に係る光波長変換部１０は、第１支持部材１２および第２支持部材１６と接触する第３支持部材１８を有する点において、第１の実施形態に係る発光装置１００の光波長変換部１０とは異なる。
【００５１】
（第３支持部材）
図４は、第２の実施形態に係る発光装置１００の全体構成を示す概略断面図であり、図５は、光波長変換部１０の概略断面を示す概略断面図である。図４および図５に示すように、発光装置１００は、第２支持部材１６の外周側面１６ｄおよび第１支持部材１２の上面１２ａと接触している第３支持部材１８を有していてもよい。第２支持部材１６と第３支持部材１８は、第２支持部材１６の外周側面１６ｄ上の第２接続部３２において接触している。第３支持部材１８は、第２接続部３２を、例えば溶接等することにより、第２支持部材１６の外周側面１６ｄに固定されている。第３支持部材１８は、第１支持部材１２の上面１２ａの一部、例えば、上面１２ａにおける外側部分と接触するように配置されており、従って、第２支持部材１６と第３支持部材１８は第１支持部材を上下方向に固定するように配置されている。このような形態の第３支持部材１８を有することで、使用中の振動に伴う第１支持部材１２の横方向へのずれをより効果的に防止することができ、かつ第１支持部材の上下方向へのずれを抑制することもできる。従って、使用に伴う発光装置１００から出射される光の光束値の低下をより効果的に抑制することができる。また、第３支持部材１８を有することにより、光波長変換部１０に外的な衝撃が加わった際に、その衝撃を緩和し、光波長変換部１０の破損を防止することができ、それにより使用に伴う発光装置の光学特性の低下を抑制することができる。
【００５２】
図５に示すように、第１支持部材１２の上面１２ａは、第１貫通孔側において、第３支持部材１８の上面１８ａよりも上方に位置することが好ましい。このような形態にすることで、蛍光体を含有する透光部材１４から出射された励起光が、第３支持部材１８により遮られるのを防ぐことができ、発光装置１００の光学特性を向上することができる。
【００５３】
（３）第３の実施形態
以下に、第３の実施形態に係る発光装置１００について、他の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第３の実施形態に係る発光装置１００の各要素について、特段の説明の無いものについては、他の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。
【００５４】
第３の実施形態に係る光波長変換部１０は、凹部を有する第３支持部材１８が光源部２０の上面２０ａに配置されており、第３支持部材１８の凹部の底面１９ａ上に第１支持部材１２が配置されており、第１支持部材１２の上面１２ａおよび外周側面１２ｃと接触するように第２支持部材１６が配置されている点において、第２の実施形態に係る光波長変換部１０とは異なる。
【００５５】
図６は、第３の実施形態に係る発光装置１００の光波長変換部１０を示している。図６に示すように、第３の実施形態にかかる光波長変換部１０では、第２支持部材１６は、第１支持部材１２の上面１２ａおよび外周側面１２ｃと接触するように配置されている。他の実施形態に係る光波長変換部１０と同様に、第１支持部材１２は、焼嵌めの原理を利用することにより、第２支持部材１６によって固定されている。
【００５６】
第３の実施形態における光波長変換部１０では、第３支持部材１８は、光源部２０の上面２０ａ上に配置されており、かつ第１支持部材１２の下面１２ｂおよび第２支持部材１６の外周側面１６ｄと接触するように配置されている。第１支持部材１２、第２支持部材１６および第３支持部材１８がこのように配置されていても、第１支持部材１２は第２支持部材１６によって、出射方向に対して横方向への動きを拘束されており、使用中の振動に伴う第１支持部材１２の横方向へのずれを防止することができ、使用に伴う発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。
【００５７】
第３の実施形態において、第２支持部材１６の外周側面１６ｄと第３支持部材１８とが接触する第２接続部３２を例えば溶接等することにより、第２支持部材１６は第３支持部材１８に固定されてよい。第３支持部材１８の外周側面１８ｂと光源部２０の上面２０ａが接触する第１接続部３１を例えば溶接等することにより、第３支持部材１８が光源部２０の上面２０ａに固定されてもよい。このような形態にすることで、発光装置１００を振動下で長時間使用した場合でも、第１支持部材１２に含まれる透光部材１４の位置のずれを抑制することができ、発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。
【００５８】
第３の実施形態において、第１支持部材１２の下面１２ｂは、第３支持部材１８の凹部の底面１９ａと接触しており、第３支持部材１８の下面は、光源部２０の上面２０ａと接触している。このような形態となることで、第１支持部材１２は、発光装置１００を使用することにより透光部材１４から発生する熱を、第３支持部材１８を経由して効率的に光源部２０の筺体２８に排熱することができ、発光装置１００の安定的な光学特性を得ることができる。
【００５９】
図６に示すように、第１支持部材１２の上面１２ａは、第１貫通孔側において、第２支持部材１６の上面１６ａよりも上方に位置することが好ましい。このような形態にすることで、蛍光体を含有する透光部材１４から出射された励起光が、第２支持部材１６により遮られるのを防ぐことができ、発光装置１００の光学特性を向上することができる。
【００６０】
（４）第４の実施形態
以下に、第４の実施形態に係る発光装置１００について、他の実施形態と異なる部分を中心に説明する。第４の実施形態に係る発光装置１００の各要素について、特段の説明の無いものについては、他の実施形態の対応する要素と同じ構成を有してもよい。
【００６１】
第４の実施形態に係る光波長変換部１０は、第１支持部材１２が、第３支持部材１８を介することなく、光源部２０の上面２０ａ上に直接配置されている点において、第３の実施形態に係る光波長変換部１０とは異なる。
【００６２】
図７は、第４の実施形態に係る発光装置１００の光波長変換部１０を示している。図７に示すように、第４の実施形態にかかる光波長変換部１０では、光源部２０の上面２０ａ上に、第１支持部材１２が直接配置され、第１支持部材１２の外周側面１２ｃおよび上面１２ａと接触するように、第２支持部材１６が配置されている。他の実施形態に係る光波長変換部１０と同様に、第１支持部材１２は、焼嵌めの原理を利用して、第２支持部材１６によって固定されている。第２支持部材１６は、例えば溶接等により、第１接続部３１において光源部２０の上面２０ａに固定されている。このような形態にすることで、発光装置１００を振動下で使用した場合でも、第１支持部材１２に含まれる透光部材１４の位置のずれを抑制することができ、発光装置１００から出射される光の光束値の低下を抑制することができる。
【００６３】
図７に示すように、第４の実施形態に係る第１支持部材１２の下面１２ｂは、光源部２０の上面２０ａと直接接触している。このような形態にすることで、第１支持部材１２は、発光装置１００を使用することにより透光部材１４から発生する熱を、効率的に光源部２０の筺体２８に排熱することができ、発光装置１００の安定的な光学特性を得ることができる。
【００６４】
（製造方法）
本実施形態は、第１貫通孔１３を有する第１支持部材１２に、蛍光体を含む透光部材１４を配置する工程と、
第１支持部材１２と第２支持部材１６とを焼嵌めにより固定して、光波長変換部１０を形成する工程と、
光波長変換部１０を、発光素子２１を含む光源部２０に配置する工程と、
を含む。
【００６５】
以下、各工程について説明する。
【００６６】
（透光部材配置工程）
まず、外周側面１２ｃと、上面１２ａから下面１２ｂに貫通する第１貫通孔１３とを有する第１支持部材１２を準備する。そして、蛍光体を含む透光部材１４を、第１支持部材１２が有する第１貫通孔１３に配置し、接着材料としてガラスなどを用い、融着により固定する。
【００６７】
（焼嵌め工程）
焼嵌め工程では、焼嵌めにより、第１支持部材１２を第２支持部材１６に固定する。
【００６８】
具体的には、まず、内周側面１６ｃと、上面１６ａに設けられた凹部１９と、上面１６ａから下面１６ｂに貫通する第２貫通孔１７とを有し、室温において、第１支持部材１２の外側寸法Ｄ１よりも小さい内側寸法Ｄ２を有する第２支持部材１６を用意する。透光部材配置工程により作成した第１支持部材１２と第２支持部材１６の両方を加熱し、第２支持部材１６の内側寸法および第１支持部材１２の外側寸法を熱膨張により増加させる。第２支持部材１６の内側寸法が第１支持部材１２の外側寸法より大きくなる第１の温度より高い温度まで、第２支持部材１６および第１支持部材１２の温度を上昇させる。第１の温度より高い温度において、第１支持部材１２の下面１２ｂが凹部１９の底面１９ａと接触するように、第２支持部材１６の凹部１９の底面１９ａ上に第１支持部材１２を配置する。その後、第１支持部材１２および第２支持部材１６を、第１の温度より低い温度まで冷却する。温度の低下に伴い、第１支持部材１２の外側寸法および第２支持部材１６の内側寸法は収縮し、第１の温度よりも低い温度において、第１支持部材１２の外周側面１２ｃは第２支持部材１６の内周側面１６ｃと接触し、第１支持部材１２は第２支持部材１６に固定される。
【００６９】
焼嵌め工程における加熱工程では、第１支持部材１２を加熱せず、第２支持部材１６のみを加熱し、第２支持部材１６の内側寸法を熱膨張により増加させてもよい。このような加熱工程にすることで、第１の温度より高い温度において、第２支持部材１６の凹部１９の底面１９ａ上に第１支持部材１２を配置した後の冷却工程では、第２支持部材１６のみを冷却すればよいため、冷却速度が早くなり、焼嵌め工程に費やす時間が短縮され、本実施形態に係る発光装置の生産性を向上することができる。
【００７０】
焼嵌め工程において、２００℃以上８００℃以下の第１の温度より高い温度において行われる。
【００７１】
このような焼嵌め工程における加熱の方法は、ヒーター等を用いたホットプレートによる加熱、高周波誘導加熱、ガス炉または電気炉などを用いて行ってもよいが、生産性の観点からはホットプレートにより加熱することが好ましい。焼嵌め工程における冷却の方法は、水冷または空冷により行ってもよい。
【００７２】
以上のような工程を経て、本発明に係る光波長変換部１０は作製される。
【００７３】
以上の工程により作製された光波長変換部１０を、発光素子２１を含む光源部２０と接続することにより発光装置１００を作製することができる。
【００７４】
具体的には、まず、発光素子２１と、発光素子２１からの光を集光させる集光レンズ２２と、出射口２９を有する筺体２８と、ステムパッケージ２４とを備える光源部２０を準備する。次に、筺体２８が有する出射口２９と、光波長変換部１０が有する第２貫通孔１７とが光学的につながるように、筺体２８の上に、前の工程で作成した光波長変換部１０を配置する。光波長変換部１０と筺体２８が接触している第１接続部３１を、例えば、レーザー等により溶接することにより、光波長変換部１０と筺体２８とを固着し、光波長変換部１０と光源部２０を接続する。
【００７５】
光波長変換部１０と光源部２０の接続工程において、筺体２８の上に光波長変換部１０を配置する際に、発光素子２１を発光させて、発光素子２１の出射光を透光部材１４に照射し、透光部材１４からの励起光を、例えばフォトダイオード等の受光センサで測光し、測光値が最大となるように、筺体２８と光波長変換部１０の位置関係を行ってもよい。
【符号の説明】
【００７６】
１００：発光装置
１０：光波長変換部
１２：第１支持部材
１２ａ：第１支持部材の上面
１２ｂ：第１支持部材の下面
１２ｃ：第１支持部材の外周側面
１３：第１貫通孔
１４：透光部材
１６：第２支持部材
１６ａ：第２支持部材の上面
１６ｂ：第２支持部材の下面
１６ｃ：第２支持部材の内周側面
１６ｄ：第２支持部材の外周側面
１７：第２貫通孔
１８：第３支持部材 
１８ａ：第３支持部材の上面
１８ｂ：第３支持部材の外周側面
１９：凹部
１９ａ：凹部の底面
２０：光源部
２０ａ：光源部の上面
２１：発光素子
２２：集光レンズ
２４：ステムパッケージ
２６：レンズキャップ
２８：筺体
２９：出射口
３１：第１接続部
３２：第２接続部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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