(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源モジュールと、
前記光源モジュールの照射方向に配置された波長変換部とを備え、
前記波長変換部は、
前記光源モジュールからの出射光が通過する貫通孔を備えた保持部材と、
前記保持部材上に金属バンプを介して接合された波長変換層と、
前記保持部材上に配置され、前記波長変換層を囲み前記波長変換層の側面に接するよう配置された第一の枠体と、
前記保持部材上に配置され、前記波長変換層を囲み前記波長変換層の側面から離間するよう配置された第二の枠体と、
を有し、
前記第一の枠体の上面は、前記波長変換層の上面位置より低く、
前記波長変換層側面と前記第二の枠体との間には反射性材料が充填されて形成された反射部を備え、
前記波長変換層側面は、前記第一の枠体と前記反射部とにより被覆されていることを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記波長変換層は、光散乱層と蛍光体層から構成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。
【請求項３】
前記波長変換層は、蛍光体を含有する透光性のセラミックから構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記光源モジュールからの出射光を伝送する光ファイバとを備え、
前記光ファイバは前記貫通孔内に保持されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の発光装置と、
前記発光装置からの出射光を所定方向へ照射する投影手段とを備えた照明装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に波長変換部を備える発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、一端に光源が配置された光ファイバの他端に嵌合する光部品を備える発光装置が記載されている。光部品は、蛍光物質を含む光変換部材を備えており、光変換部材はその保持部材に対し、低融点ガラスまたは樹脂によって固定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８８０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１のような発光装置においては、光変換部材に用いられる蛍光体に温度依存性があるため、光変換部材が発光した際に発生する熱で高温となることにより特性が低下する、または、劣化するという問題があり、光変換部材からの放熱性を向上することが課題となっていた。また、光変換部材の側面から光が出射することを抑制することが課題となっていた。
【０００５】
特許文献１においては、保持部材から外部へ熱を放出させて放熱性を向上するために熱伝導部材を設けることが示されている。しかし、光変換部材からの熱を保持部材を経由して効率よく外部に放出して、さらに放熱性を向上することが望まれていた。
【０００６】
そこで、本発明は、光変換部材からの放熱性を向上するとともに、光変換部材の側面から出射される光を抑制した発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の発光装置は、光源モジュールと、光源モジュールの照射方向に配置された波長変換部とを備える。
波長変換部は、光源モジュールからの出射光が通過する貫通孔を備えた保持部材と、保持部材上に金属バンプを介して接合された波長変換層とを備える。波長変換部は、保持部材上に配置され波長変換層を囲み波長変換層の側面に接して配置された第一の枠体と、保持部材上に配置され、波長変換層を囲み波長変換層の側面から離間して配置された第二の枠体とを備え、波長変換層側面と第二の枠体との間には反射性材料が充填されていることを特徴とする。第一の枠体の上面位置は、波長変換層の上面位置より低く、波長変換層側面記第二の枠体との間には反射性材料が充填されて形成された反射部を備え、波長変換層側面は、第一の枠体と反射部とにより被覆されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の発光装置によれば、波長変換層は、熱伝導性の高い金属バンプを介して保持部材へ接合されているため、波長変換層を低融点ガラスや樹脂などからなる接着剤で接合したした場合と比較して、波長変換層から保持部材への熱伝導効率を高めることができ、放熱性を向上した発光装置を提供することができる。
また、バンプ構造を有することにより全面で接合した場合と比較して安定した接合強度、ひいては安定した放熱性を得ることができる。
さらに、第一および第二の枠体を備えることにより、波長変換層の接合にバンプ構造を有していても、波長変換層側面に密着した反射部を形成し、波長変換層側面から出射される光を抑制して有効活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】（ａ）本発明の実施例１の発光装置の概略断面図、（ｂ）本発明の実施例１の発光装置における波長変換部の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１の発光装置における接合用金属層および金属バンプを説明する図であり、（ａ）波長変換部を光出射側から見た図、（ｂ）波長変換層を裏面から（接合用金属層側から）見た図、（ｃ）波長変換層接合前のバンプ形状を示す図である。
【図３】本発明の実施例１に係る（ａ）評価サンプルＡの概略断面図、（ｂ）比較サンプルＢの概略断面図である。
【図４】（ａ）本発明の実施例２の発光装置の概略断面図、（ｂ）本発明の実施例２の発光装置における波長変換部の概略断面図である。。
【図５】（ａ）（ｂ）および（ｃ）本発明の実施例１の発光装置を用いた車両用灯具の構成例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の好適な実施形態を詳細に説明する。尚、以下に述べる実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する記載がない限り、これらの実施形態に限られるものではない。
本発明の発光装置は、車両用灯具、照明器具、内視鏡装置などの各種照明装置に用いることができる。
【００１１】
図１に示すように、本実施形態に係る発光装置は、光源モジュール１と、光源モジュール１の照射方向に配置された波長変換部２とを備える。
光源モジュール１として、紫外光領域あるいは可視光領域に発光波長を持つ発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）を用いることができる。
【００１２】
波長変換部２は、波長変換層３と波長変換層３を保持する保持部材４とを備える。
波長変換層３は、光源モジュール１からの照射光により励起されて発光する蛍光体を含有する。
波長変換層３は、光源モジュール１からの励起光の一部または全部を波長変換した光を出射する。光源モジュール１からの励起光の一部を波長変換する場合には、残りの透過光との合成光が波長変換層３から出射される。
【００１３】
波長変換層３は、蛍光体を含有する透光性材料から構成することができる。例えば、波長変換層３として、蛍光体をガラスへ分散した蛍光体分散ガラス、ガラス母体に発光中心イオンを添加したガラス蛍光体、蛍光体粒子を樹脂（例えばシリコーン樹脂）へ分散した蛍光体分散樹脂や、蛍光体材料を焼結した蛍光体焼結体、蛍光体材料を分散したセラミックを焼結した蛍光体セラミック焼結体、ガラスあるいはセラミックをコーティングした蛍光体粒子を相互に固定したガラス・セラミックコーティング蛍光体粒子固着体から構成することができる。特に、波長変換層３として、耐熱性の比較的高い、蛍光体分散ガラス、ガラス蛍光体、蛍光体焼結体、または、蛍光体セラミック焼結体を好適に用いることができる。
蛍光体は、光源モジュール１からの照射光の波長、発光装置の所望の発光色に応じて、適宜選択することができ、複数種類の蛍光体を含有すること、積層することができる。
蛍光体としては、例えば、波長が約４４０ｎｍ乃至約４７０ｎｍの青色光により励起されるものとして、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、ＫＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＫＴｉＦ６：Ｍｎ４＋等の赤色蛍光体、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｓｒ，Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｃａｘ（Ｓｉ，Ａｌ）１２（Ｏ，Ｎ）１６：Ｅｕ２＋、（Ｌａ,Ｙ）３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋等の黄色蛍光体、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｌｕ，Ｙ）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ｇａ，Ａｌ）５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、（Ｂａ，Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ３Ｓｉ６Ｏ１２Ｎ２：Ｅｕ２＋、（Ｓｉ，Ａｌ）６（Ｏ，Ｎ）８：Ｅｕ２＋等の緑色蛍光体を用いることができる。
【００１４】
波長変換層３には、蛍光体とは別に光散乱部材を備えることができる。特に、光源モジュール１がＬＤである場合には、この光散乱部材を備えることが好ましい。
光散乱部材として、蛍光体を含有する蛍光体層に二酸化チタンなどの光散乱粒子を分散すること、蛍光体を含有する蛍光体層とは別に光散乱層３２を配置することができる。光散乱層３２を構成する場合には、光源モジュール１と蛍光体含有層との間に配置することが好ましい。光散乱層３２は、光散乱粒子を含有する透光性材料（ガラス、樹脂）からなる層、あるいは、多結晶の透光性セラミック層から構成することができ、特に、耐熱性の高い多結晶の透光性セラミック層から構成することが好ましい。
【００１５】
波長変換層３は、波長変換層３の光源モジュール１側に反射層を備えることができる。
反射層は、光源モジュール１からの照射光を反射する反射層、または／および、光源モジュール１からの照射光は透過して波長変換層３による波長変換光を反射する反射層を備えることができる。
反射層が光源モジュール１からの照射光を反射する構成を有する場合には、波長変換層３の光源モジュール１からの照射光を波長変換層３へ入射させる領域を除く領域に形成する。また、反射層が光源モジュール１からの照射光を透過させて、波長変換層３での波長変換光を反射する構成を有する場合には、波長変換層３の略全面に形成する。
反射層は、金属反射層３４、誘電体多層反射膜３３などから構成することができる。金属反射層３４は、光源モジュール１からの照射光に対する反射率の高い金属から構成され、光源モジュールからの照射光の入射面を除く領域に形成することができる。誘電体多層反射膜３３は、光源モジュール１側から入射した光源モジュール１からの照射光を透過し、波長変換層３側から入射した蛍光体による波長変換光を反射するよう構成され、波長変換層の光源モジュール１側の面の全面に形成することができる。誘電体多層反射膜３３は、ＳｉＯ２やＴｉＯ２などの誘電体材料を交互積層して構成することができる。
【００１６】
波長変換層３は、保持部材４上に金属バンプ５を介して接合され、保持部材４上における貫通孔４３を覆うように配置される。金属バンプ５を介して接合することにより、波長変換層３で発生した熱を効率よく保持部材４へ伝達し、保持部材４を経由して外部へ放熱することができる。特に、従来技術において用いられるように、樹脂接着剤や低融点ガラスによる接合と比較して波長変換層３で発生した熱を効率よく保持部材４へ伝達することができる。
【００１７】
金属バンプ５は、熱伝導性の高いものが好ましく、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属、ＳｎＡｇなどのはんだ、ＡｕＳｎなどの合金から構成することができる。
金属バンプ５は、金属ワイヤの先端を溶融してボール状として、あるいは、金属粒子の焼結材として（例えばＡｕ粒子、Ａｇ粒子、またはＣｕ粒子の焼結材）、保持部材４あるいは波長変換層３上へ供給することができる。
金属バンプ５を介して接合される波長変換層３および保持部材４の接合領域には、接合用金属層６を形成することができる。接合用金属層６を形成することにより、金属バンプ５と接合用金属層６との金属原子を相互に拡散させて固相拡散接させることができる。
金属バンプ５の形成方法としては、バンプの組成によりメッキ法や、ワイヤーボンディング時に用いるボールボンダーにより、金属細線を使用したボールボンディング法により形成することができる。
【００１８】
保持部材４は、光源モジュール１からの出射光が通過する貫通孔４３を備える。
保持部材４は、波長変換層３を保持することができるものであればよく、材質は限定されないが、熱伝導性の高い材料を用いることが好ましい。たとえば、金属（アルミニウム、ニッケル、ステンレス、ジルコニアなど）、セラミック（窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）などから構成することができる。
保持部材４と波長変換層３とは、バンプ接合部への熱応力の発生を抑制するため、線膨張係数の近い材料から構成することが好ましい。
【００１９】
波長変換部２は、保持部材４上に配置された第一の枠体７、第二の枠体８、反射部９とを備える。
第一の枠体７は、保持部材４上に配置され、波長変換層３を囲み波長変換層３の側面に接して配置される。
第二の枠体８は、保持部材４上に配置され、波長変換層３を囲み波長変換層３の側面から離間して配置される。
反射部９は、波長変換層３側面と第二の枠体８との間に充填配置されている。
【００２０】
反射部９は、波長変換層３の側面に密着して形成され、波長変換層３の側面に入射する光を光軸方向へ効率よく反射する機能を有する。そして、波長変換層３の側面から出射される光を抑制することができる。
反射部９は、波長変換層３の側面に密着配置させるため、流動性の反射性材料を波長変換層３側方に供給し、波長変換層３側面を被覆後硬化して形成することができる。反射性材料として、透光性散乱粒子を分散した透光性材料（樹脂、ガラスなど）から構成することができる。
反射部９は、波長変換層３の側面に密着界面を形成することができる。反射部９を波長変換層３の側面に密着配置させることができるため、発光面形状および発光面サイズを確定し、発光部と非発光部の輝度差を大きくし、明暗境界を明瞭なものとすることができる。
特に、発光部と非発光部の境界を明瞭とすることにより、ヘッドランプ用配光パターンを形成するのに適した発光装置とすることができる。
反射部９は、波長変換層３における蛍光体層３１の側面全体を被覆し、蛍光体層３１の側面の側方において所定厚みを有するよう形成されている。つまり、波長変換層３の側面において、反射部９は蛍光体層３１の上面位置まで形成されている。尚、反射部９の上面は、平面、凹面、凸面のいずれでもよい
【００２１】
第一の枠体７および第二の枠体８は、反射部形成工程において流動性の反射性材料を用いる際の堰の役割を果たす。
【００２２】
第一の枠体７は、保持部材４上において、波長変換層３を囲み波長変換層３の側面に接して配置され、保持部材４上面と波長変換層３の底面との隙間を側方から塞ぐように配置される。
第一の枠体７は、反射部形成工程において、波長変換層３の底面にある光入射面に反射性材料が回り込むのを防ぐ役割を果たす。
第一の枠体７は、保持部材４上面と波長変換層３の底面との隙間を側方から塞ぐよう配置できる材料であればよい。流動性を有する材料により塗布形成する場合、高粘度で保持部材４上に供給可能なチクソ性を有する樹脂、ガラス材料から構成することが好ましい。また、反射性材料から構成することが好ましい。
第一の枠体７の高さは、波長変換層３における蛍光体層３１の下面位置以下とする。これにより、蛍光体層３１の側面全体を、反射部９により被覆することができる。
【００２３】
第二の枠体８は、保持部材４上において、波長変換層３を囲み波長変換層３の側面から離間して配置され、波長変換層３の側面との間に反射性材料を充填する空間を形成する。
第二の枠体８の材料に制限はないが、流動性を有する場合には、高粘度で保持部材４上に供給可能なチクソ性を有する樹脂から構成することが好ましい。
第二の枠体８の高さに制限はないが、波長変換層３の上面と略同一の高さに形成することが好ましい。蛍光体層３１の側面全体を被覆するとともに所定厚みを有する反射部９を容易に形成することができるためである。
以下、本発明の実施形態を具体的に説明する。
【実施例１】
【００２４】
以下に、本発明の実施例１に係る発光装置１０について、図１および図２を参照しつつ説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施例１の発光装置１０の概略断面図である。尚、図１（ａ）において、光源モジュール１は模式的に示されている。図１（ａ）に示すように、発光装置１０は、光源モジュール１と、光源モジュール１から出射された光を導光する保持部材４と、保持部材４に取り付けられた波長変換部２とを備える。
図１（ｂ）は、本発明の実施例１の発光装置１０における波長変換部２の拡大図である。
図２（ａ）は、本発明の実施例１の発光装置１０における保持部材４側（具体的にはＡｌＮ基板４１上）の６ｂおよび金属バンプ５の配置を説明する図である。ＡｌＮ基板４１上に波長変換層３を金属バンプ５を介して接合した状態を上方から（光照射側から）見た図である。説明を容易化するため、波長変換層３の下の金属バンプ５、保持部材４側（具体的にはＡｌＮ基板４１上）の接合用金属層６ｂを示し、波長変換層３側の接合用金属層６ａを省略して示している。
図２（ｂ）は、本発明の実施例１の発光装置１０における波長変換層３側の接合用金属層６ａおよび金属バンプ５の配置を説明する図である。波長変換層３を裏面から（接合用金属層６ａ側から）見た図であり、金属バンプ５の配置される領域を点線にて示している。
【００２５】
光源モジュール１は、半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子及びレンズを含んでおり、半導体レーザ素子に駆動電圧を印加することにより、半導体レーザ素子から青色光を出射し、レンズにより集束させる。
本実施例では、半導体レーザ素子が搭載されるステム１３とステム１３に固定された外部端子１４とを備えるＣＡＮ型パッケージを用いることができる。半導体レーザパッケージには、半導体レーザ素子１１からの出射光を集光する集光レンズ１２を保持する金属製（例えばステンレス）の筐体１５がステム上に取り付けられている。レンズ１２は金属製の筐体１５に溶接接合され、筐体１５には、調芯配置された金属製（例えばステンレス）のリング状の取付け部１６が溶接接合される。取付け部１６の反対側の開口には、保持部材４が取り付けられる。
半導体レーザ素子は、例えばＧａＩｎＮ系青色半導体レーザ素子が使用され、例えば波長４００から４６０ｎｍ程度の青色光を出射する。
レンズは、例えば非球面レンズから成る凸レンズとして構成されており、半導体レーザ素子からの光を、保持部材４の開口に集束させる。
【００２６】
保持部材４は、光源モジュール１におけるリング１６の開口に適合するアルミニウムからなるキャップ４２と、窒化アルミニウムからなるサブマウント４１から構成されている。
保持部材４は、中央に貫通孔４３を有し、光源モジュール１からの光を貫通孔４３により通過させている。貫通孔４３の大きさは、直径が０．２ｍｍである。
窒化アルミニウムからなるサブマウント４１の表面には、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕをそれぞれ０．０６μｍ、０．２μｍ、１．０μｍの厚みで順次積層した接合用金属層６ｂが形成されている。
接合用金属層６ｂは、金属バンプ５の配置される領域に形成され、サブマウント４１の表面においてパターン化されて形成されている。
尚、接合用金属層６ｂは、少なくとも接合部（バンプ形成領域）に形成されていればよく、サブマウント４１の表面全体に形成されていてもよい。
【００２７】
本実施例においては、接合用金属層６ｂをパターン形成することにより、回路パターン６１、６２を形成している。この回路パターンに、抵抗器を接続するなどして、電気抵抗値の変化を検出し、所定の抵抗値変化が観測された場合は、光源モジュール１への通電を停止（すなわちレーザ光の放射を停止）する機構を備えることできる。
電気抵抗値の変化を検出することにより、金属バンプ５にクラックが発生するなどして接合状態が低下した場合を検出することができる。そのため、波長変換部２が保持部材４から離脱した場合に光源モジュール１から出射されたレーザ光が外部に照射され、観視者の目に対する安全性を損なう恐れがない。
【００２８】
保持部材４上には、波長変換部２が形成されている。
波長変換部２は、波長変換層３、反射部９、第一の枠体７、および第二の枠体８から構成されている。
【００２９】
波長変換層３は、Ａｌからなる金属反射層３４、ＳｉＯ２とＴｉＯ２との交互積層からなる誘電体多層反射膜３３と、多結晶状態の酸化アルミニウムからなる光散乱層３２と、ＹＡＧ蛍光体を酸化アルミニウムに分散して焼結したＹＡＧセラミック焼結体からなる蛍光体層３１とから構成されている。
金属反射層３４は、反射率が約８５％以上となるように成膜した。誘電体多層膜３３、光散乱層３２、蛍光体層３１は、それぞれ約３μｍ、３００μｍ、５０μｍの厚みで形成した。
誘電体多層反射膜３３は、光源モジュール１から出射される青色光を透過し、蛍光体により変換される黄色光を反射するよう光学設計されている。
誘電体多層反射膜３３のバンプ側表面には、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕがそれぞれ０．０６μｍ、０．２μｍ、１．０μｍの厚みで順次積層した接合用金属層６ａが形成されている。
【００３０】
波長変換層３において、誘電体多層反射膜３３および光散乱層３２は、蛍光体層３１の全面に形成されている。
波長変換層３において、接合用金属層６ａおよびＡｌからなる反射層３４は、保持部材４の貫通孔４３に対応する領域を除く領域に形成されている。
【００３１】
波長変換層３は、平板状に多面取り可能な大きさで形成し、ダイシングブレードを用いて切断して形成されたものであり、波長変換層３の外形形状は、約０．４×０．８ｍｍの矩形状である。
波長変換層３の形状は、所望の発光面形状に応じて形成されるが、本実施例においては、車両用灯具のヘッドランプパターンを形成するのに適した矩形状とした。
【００３２】
波長変換層３は、金からなる金属バンプ５を介して保持部材４におけるサブマウント４１上に接合されている。金属バンプ５は、直径約７５μｍ、約２０μｍの高さで形成されている。
波長変換層３の中央に光源モジュール１からの出射光が入射するように、サブマウント４１の貫通孔４３上に波長変換層３の中央が位置するように配置されている。
【００３３】
保持部材４におけるサブマウント４１上には、二酸化チタンからなる光散乱粒子を含有したシリコーン樹脂からなる第一の枠体７が形成されている。第一の枠体７は、波長変換層３の底面とサブマウント４１上面との隙間を側方から塞ぐように、波長変換層３を囲むように、波長変換層３の下方側面に接して配置されている。
保持部材４におけるキャップ上には、第一の枠体７と同材料からなる第二の枠体８が形成されている。第二の枠体８は波長変換層３を囲むように、波長変換層３側面から離れて配置されている。
【００３４】
保持部材４におけるサブマウント４１上には、二酸化チタンからなる光散乱粒子を含有したシリコーン樹脂からなる反射部９が形成されている。反射部９は、第一の枠体７と第二の枠体８との間、および波長変換層３側面と第二の枠体８との間の領域に充填されるように配置されている。
反射部９は、波長変換層３側面に密着して配置されており、波長変換層３側面と密着界面を形成している。反射部９は波長変換層３側面に密着して配置されることにより、発光面の形状および発光面の大きさを確定することができ、発光部と非発光部の境界における輝度差を大きく（すなわち、明暗境界線を明確に）することができる。
【００３５】
本実施例の発光装置１０では、保持部材４におけるサブマウント４１上に形成された接合用金属層と金バンプ５との間、および金バンプ５と波長変換層３に形成された接合用金属層６ａとの間において、Ａｕ原子の固相拡散により接合されることにより、保持部材４上に波長変換層３が取り付けられている。
【００３６】
本実施例のようにＡｕバンプの固相拡散接合により接合部を構成することにより、熱応力に対する耐性の高い接合とすることができる。
本実施例のように接合領域をバンプ構造とすることにより、波長変換層３底面全体に接合領域を形成する場合と比較して、安定した接合強度を得ることができる。底面全体に接合領域を形成する場合と比較して、接合領域への荷重をかけ易く、高い面精度を必要としないためである。そのため、接合部の接合信頼性を向上することができる。そして、接合信頼性が高まることにより、放熱特性も安定することができる。また、波長変換層３底面全体に金属接合領域を形成する場合と比較して、少ない接合圧力で接合することができ、波長変換層３へのダメージを抑制することができる
【００３７】
本実施例において、金バンプ５は、サブマウント４１上の貫通孔４３の周囲に図２に示すように、貫通孔４３の左右に各５個であって計１０個を配置した。効率よく保持部材４へ伝熱させるため、貫通孔４３に近づくに従い密度が高くなるよう配置した。
本実施例において、金バンプ５はパターン形成された接合用金属層６ｂ上に配置されている。
貫通孔４３に近い側の６個のバンプの配置された２つの回路パターン（６１ａおよび６１ｂ）、貫通孔４３に遠い側の４個のバンプが配置された２つの回路パターン（６２ａおよび６２ｂ）には、それぞれ抵抗器を接続し、抵抗値の変化を検出する機構を構築する。
【００３８】
波長変換部２において、光源モジュール１の点灯時には、光散乱層３２が、光源モジュール１から貫通孔４３を通過して入射した光を拡散して、蛍光体層３１へ入射させる。そして、蛍光体が保持部材４の貫通孔４３を通過して入射する光（青色光）の一部を吸収して、他の波長へ変換した光（黄色光）を放出する。そのため、波長変換部２からは、蛍光体に吸収されなかった透過光（青色光）と、蛍光体により波長変換された光（黄色光）との合成光（白色光）が放出される。また、反射層は、励起光および波長変換光のいずれをも反射し、誘電体多層反射膜３３は、波長変換光を反射する。これにより、光源モジュール１側への戻り光を抑制することができる。
【００３９】
本願発明の発光装置のように、蛍光体を含有する波長変換層３は、保持部材４に熱伝導率の高い金属バンプ５を介して接合されるため、保持部材４に効率よく伝熱することができ、波長変換層３からの放熱効率を高めることができる。特に、波長変換層３を低融点ガラスや樹脂などからなる接着剤で接合した場合と比較して、波長変換部２から保持部材４への熱伝導効率を高めることができ、放熱性を向上することができる。また、バンプの構成や配置の設計により、接合部へ発生する応力を調整することができ、高い接合信頼性を得ることができる。
本願発明の発光装置のように、保持部材４上に第一の枠体７および第二の枠体８を配置したことにより、波長変換層３をバンプ接合した場合であっても波長変換層３側面に対し密着した反射部９を形成することができる。特に、本願発明の発光装置のように波長変換層３側面が切断面として構成されている場合、切断面が荒れていても、切断面に密着した反射部９を形成することができる。そのため、明暗境界線の明確な発光面を得ることができ、波長変換層３側面において側方へ向かう光を効率よく上方へ反射して発光効率を向上した発光装置を提供することができる。
【００４０】
［本発明の実施例１の製造方法］
次に、本発明の実施例１の発光装置１０の製造方法について説明する。本発明の実施例１の発光装置１０の製造方法は、（ａ）波長変換層形成工程、（ｂ）保持部材形成工程、（ｃ）波長変換層接合工程、（ｄ）反射部形成工程、（ｅ）波長変換部と光源モジュールとの接続工程とを備える。以下、各工程について説明する。
【００４１】
[（ａ）波長変換層形成工程]
光散乱層３２として、多結晶Ａｌ２Ｏ３を、蛍光体層３１としてＹＡＧ蛍光体を酸化アルミニウムに分散して焼結したＹＡＧセラミック焼結体を容易した。この光散乱層３２と蛍光体層３１とを、薄い多結晶Ａｌ２Ｏ３を挟んで積層し、一体焼成を行うことで、光散乱層３２を備えた蛍光体層３１を形成した。
続いて、この光散乱層３２の蛍光体層３１の形成されていない側に、ＳｉＯ２とＴｉＯ２との交互積層からなる誘電体多層膜、Ａｌからなる反射膜、接合用金属層をスパッタ法により成膜し、積層体を形成した。
最後に積層体をダイシングにより個片化し、ダイシング面（切断面）が側面となる波長変換層３を形成した。
【００４２】
[（ｂ）保持部材形成工程]
ＡｌＮ基板４１上に、接合用金属層を形成形成した。接合用金属層６ｂとして、Ｔｉ、Ｐｔ、Ａｕをそれぞれ０．０６μｍ、０．２μｍ、１．０μｍの厚みでスパッタ法により順次成膜した。
続いて、接合用金属層６ｂ上に金バンプ５を形成した。金バンプ５は、金線を用いて、ワイヤボンディング装置により、約３０μｍの高さの略ボール状のバンプを形成した。キャピラリに通した金線の先端に溶融してボール状となった金ボールを形成し、キャピラリを降下して金ボールを接合用金属層６ｂ上に接合し、キャピラリ先端の平坦部を押し付けた後にキャピラリを上昇して金線を切断して形成した。ＡｌＮ基板４１上の接合用金属層６ｂと金バンプとは、接合用金属層６ｂの最表面の金層と金バンプ５との間の固相拡散により接合された。
金バンプ５の形状は、図２（ｃ−１）に示すような階段状の側面を有する形状より、図２（Ｃ−２）に示すような階段状ではなく連続した傾斜面を有する形状であることが好ましい。先端部から滑らかな傾斜面を幅広に形成することができるため、後述する波長変換層３の接合工程時に形成される新生面の面積を大きくすることができ、接合強度を向上することができる。
【００４３】
[（ｃ）波長変換層接合工程]
金バンプ５の配置されたＡｌＮ基板４１上に、波長変換層３を超音波振動を付与した熱圧着により接合する。ＡｌＮ基板４１側の接合用金属層と、波長変換層３側の接合用金属層を対向配置し、波長変換層３側の接合用金属層をバンプに接合する。超音波振動を付与した熱圧着により、金バンプ５は押しつぶされ、波長変換層３側の接合用金属層と金バンプ５とは、波長変換層３側の接合用金属層６ｂの最表面の金層と金バンプ５との固相拡散により接合される。
波長変換層３の接合されたＡｌＮ基板４１をＡｌキャップ上へ搭載する。Ａｇフィラーを含有したシリコーン樹脂系接着剤を用いて固定した。
【００４４】
[（ｄ）反射部形成工程]
第一の枠体７、および第二の枠体８を形成後、反射部９を形成した。
第一の枠体７、および第二の枠体８は、チクソ性を有するシリコーン樹脂を液体定量吐出装置を用いて塗布することにより形成した。
第一の枠体７には、二酸化チタン粒子を含有させて、反射性を付与した。第一の枠体７はＡｌＮ基板４１上に波長変換層３の側面に接するように形成した。第一の枠体７は、高さ約２００μｍに形成し、波長変換層３における蛍光体層３１下面位置より低い位置に形成した。
第一の枠体７により、波長変換層３の底面とサブマウント４１の上面との間隙は閉空間となった。
【００４５】
第二の枠体８は、Ａｌキャップ表面上に形成した。また、第二の枠体８は、高さ約８８０μｍに形成し、蛍光体層３１上面位置と略同位置に形成した。
尚、第一の枠体７、および第二の枠体８を構成する材料としてシリコーン樹脂を用いたが、樹脂に限らずガラスを用いることもできる。特に第一の枠体７を構成する材料として樹脂を用いずに、ガラスを用いることにより、バンプ５に樹脂を接触させることがなく、反射部９の劣化を抑制することができる。金属と樹脂が接触すると、波長変換層３やＡｌＮ基板４１からの光や熱により樹脂（反射部９を含む）の分解が生じることがあるためである。
【００４６】
第一の枠体７および第二の枠体８を形成後、第一の枠体７と第二の枠体８との間の空間に、反射性材料として二酸化チタン粒子を含有した流動性のある未硬化のシリコーン樹脂を充填し、硬化を行い反射部９を形成し、反射部９を備えた波長変換部２が形成された。流動性の反射性材料は、第一の枠体７が存在するため、波長変換層３底面とサブマウント４１の上面との間隙に侵入することはなかった。
反射部９は、第一の枠体７から露出した波長変換層３の側面を覆った。波長変換層３の側面は、第一の枠体７と波長変換層３とにより全体が覆われ、波長変換層３における蛍光体層３１の側面は全て反射部９により覆われた。
反射部９の上面は、蛍光体層３１の上面と第二の枠体８の上面とをつなぐ略平坦面に形成された。
尚、本実施例では、反射部９の上面は、略平坦面に形成したが、凹面、または凸面であってもよい。その場合においても蛍光体層３１側面を完全に反射部９が覆うよう形成されることが好ましい。
[（ｅ）波長変換部と光源モジュールの接続工程]
波長変換部２を別途用意した光源モジュール１へ取り付ける。
本実施例では、青色半導体レーザ素子およびレンズを含む光源モジュール１に、調芯機により配置され、溶接にて接合したＳＵＳからなるリング状の取付け部１６を介して取り付けた。具体的には、リング状の取付け部１６に波長変換部２におけるＡｌキャップ４２を当接させて、Ａｇフィラーを含有するシリコーン樹脂系接着剤により接合した。
【００４７】
［本発明の発光装置の熱特性および光学特性］
以下、本発明の発光装置の熱的特性、光学特性について詳細に説明する。
本実施例に関するサンプルとして、図３（ａ）に示すサンプルＡを作製した。実施例１における波長変換層３をＡｌＮ基板４１上に金属バンプ５にて接合した構成を有する。
また、比較対象として、サンプルＢを作製した。比較サンプルＢは、図３（ｂ）に示すように、サンプルＡと接合部のみが異なる構成を有する。具体的には、サンプルＡにおけるＡｌＮ基板４１上の接合用金属層６ｂと波長変換層３側の接合用金属層６ａを備えておらず、波長変換層３がＡｌＮ基板４１上にシリコーン樹脂系の接着剤５１を介して接合されている点のみが異なる。
尚、接合部の違いによる特性の違いを把握するため、サンプルＡおよびサンプルＢは、いずれも波長変換層側面に反射部を備えない構成とした。そのため、サンプルＡは、第一の枠体および第二の枠体についても備えていない。
【００４８】
本実施例に関するサンプルＡ、比較サンプルＢについて、蛍光体層３１表面（温度）とＡｌＮ基板４１の底面（温度）間の熱抵抗を求めた。該熱抵抗は、波長変換層３を熱源とし、各部材および各部材間の熱伝導率および放射率を用いて、蛍光体層３１の平均温度とＡｌＮ基板４１の底面の平均温度の差を波長変換層３の発熱量で割った値とした。その結果、それぞれ４６℃／Ｗ、１１６℃／Ｗとなった。つまり、バンプ接合することにより、シリコーン樹脂による接合と比較して、熱抵抗を小さくすることができた。
また、光照射時の波長変換層３の表面温度を調べた。温調装置を用いてサンプルのサブマウント４１底面の温度を８５°に保持し、１．６Ｗの青色レーザ光を照射した。いずれも、蛍光体層３１の表面温度は上昇し、一定時間経過後には上昇が止まった。温度上昇が止まったときの蛍光体層３１の表面の温度は、それぞれ、１２２℃、１７８℃となった。つまり、バンプ接合することにより、シリコーン樹脂による接合と比較して、蛍光体層３１の表面温度の上昇を抑制できた。
両サンプルについて、光照射時の発光効率の変化を調べた。サブマウント４１底面の温度を８５°に保持し、１．６Ｗの青色レーザ光を照射し、蛍光体層３１の温度上昇が発生していない瞬時、および、熱飽和時の発光効率を測定した。測定時の室温は２５℃とした。その結果、蛍光体層３１の熱飽和時の発光効率は、サンプルＡは、瞬時の発光効率の８８％となり、サンプルＢは、瞬時の発光効率の６７％となった。つまり、バンプ接合することにより、シリコーン樹脂による接合と比較して、発光効率の低下を抑制することができた。
尚、サンプルＡおよびサンプルＢにおける瞬時の発光効率は、同じであった。
【００４９】
［本発明の実施例１の発光装置を用いた照明装置の構成例］
次に、本発明の実施例１の発光装置１０を用いた照明装置の構成例について図５を参照して説明する。図５（ａ）〜（Ｃ）は、車両用灯具として用いられる照明装置であり、たとえば、図示しない車両の前部に搭載されて、車両前方に所定の配光パターンを形成する車両用前照灯である。これら、車両用前照灯は、外部から給電されることにより、白色光を発光する発光装置を備える。
【００５０】
本実施例において製造した発光装置１０は、波長変換層３を矩形として構成しているため、矩形状の発光面を有することができる。矩形状の発光面を有することにより、車両用前照灯などに好適に用いることができる。車両用前照灯の配光パターンにおけるカットオフライン（明暗境界線）を形成する際に、光学設計による投影像の配置が複雑化するのを抑制することができるためである。
【００５１】
例えば、本実施例において製造した発光装置１０は、光学系を組み合わせて、図２（ａ）〜（ｃ）のような車両用前照灯１００、２００、３００を構成することができる。車両用前照灯１００、２００、３００は、車両の前部に搭載されて、車両前方に所定の配光パターンを形成する。車両用前照灯１００、２００、３００は、外部から給電されることにより、白色光を発光する発光装置１０を備える。
【００５２】
図５（ａ）に示すのは、プロジェクタ型の車両用前照灯１００である。車両用前照灯は、投影光学系１１０として、発光装置１０の車両前方側に配置された投影レンズ１１１、発光装置１０からの光が入射するように、発光装置１０の側方から前方にかけての範囲を覆うように（すなわち発光装置１０の前方に）配置されたリフレクタ１１２、投影レンズ１１１と発光装置１０との間に配置されたシェード１１３を備えている。投影レンズ１１１、リフレクタ１１２（反射面１１２ｒ）、シェード１１３が投影光学系１１０を構成している。発光装置１０は、発光装置１０の照射方向（すなわち当該発光装置１０の発光面）が上向きとなるように配置されている。リフレクタ１１２は、成形樹脂基体上に、例えばＡｌやＡｇなどの反射率の高い金属膜からなる反射膜を備え、反射面１１２ｒを形成している。
反射面１１２ｒは、第１焦点が発光装置１０（具体的には発光装置１０の発光面）近傍に設定され、第２焦点がシェード近傍に設定された回転楕円系の反射面であり、発光装置１０からの光が入射するように配置されている。反射面１１２ｒは、発光面の像を車両前方に投影し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上に所定の配光パターンを形成するように構成されている。シェード１１３は、反射面１１２ｒからの反射光の一部を遮光および反射して配光パターンにおけるカットオフラインを形成し、上面に形成された反射面を投影レンズの焦点近傍に位置させた状態で投影レンズ１１１と発光装置１０との間に配置されている。
【００５３】
図５（ｂ）に示すのは、リフレクタ型の車両用前照灯２００である。車両用前照灯２００は、投影光学系２１０として、発光装置１０の周囲に配置され、当該発光装置１０から出射される白色光を光軸方向前方に向かって反射させるリフレクタ２１１を備えている。リフレクタ２１１は、成形樹脂基体上に、例えばＡｌやＡｇなどの反射率の高い金属膜からなる反射膜を備え、反射面２１１ｒを形成している。リフレクタ２１１は、発光装置１０からの（具体的には波長変換部２からの）の放射光をその反射面２１１ｒで車両前方へ照射させる。光軸方向前方に向かって開口する凹状に形成され、光軸方向後方に配置される発光装置１０の周囲を包囲するように配設されている。光学系を形成するリフレクタ２１１は、前方に向かって凹状の放物面系の反射面２１１ｒを有し、例えば複数の小反射領域に区画されたいわゆるマルチリフレクタであり、その焦点上に、発光装置１０（具体的には発光装置の発光面）が配置されている。ここで、放物面系の反射面は、回転放物面だけでなく、放物面を基本とした自由曲面を含むものである。反射面は、発光装置１０の発光面の像を車両前方に投影し、車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上に所定の配光パターンを形成するように構成されている。
【００５４】
図５（ｃ）に示すのは、直射投影型の車両用前照灯３００である。車両用前照灯３００は、車両前方側に配置された投影光学系３１０としての投影レンズ３１１、車両後方側に配置された、発光装置１０、投影レンズ３１１と発光装置１０との間に配置されたシェード３１２を備えている。シェード３１２は、発光装置１０からの光の一部を遮光して配光パターン内にカットオフラインを形成するための遮光部材であり、上端縁を投影レンズ３１１の焦点近傍に位置させた状態で投影レンズ３１１と発光装置１０との間に配置されている。車両前端部に正対した仮想鉛直スクリーン上に、光学設計された所定の配光パターンを形成することができる。
【実施例２】
【００５５】
以下に、本発明の実施例２に係る発光装置２０について、図１〜図３を参照しつつ説明する。
図２（ａ）は、本発明の実施例２の発光装置２０の概略断面図である。尚、図２（ａ）において、光源モジュール１は模式的に示されている。図２（ａ）に示すように、発光装置１０は、光源モジュール１と、光源モジュール１から出射された光を導光する保持部材４と、保持部材４に取り付けられた波長変換部２とを備える。
【００５６】
実施例２に係る発光装置２０は、光源モジュール１と波長変換部２との間に光ファイバ１６を備えること、および、波長変換部２の取付け部以外の構成については、実施例１の発光装置１０とほぼ同様である。
実施例２に係る発光装置における光源モジュール１には光ファイバ１７が接続され、光ファイバを保持する光ファイバ保持部材４（フェルール）１８に波長変換部２におけるＡｌキャップ４２が接合されている。つまり、光源モジュール１からの発光は、光ファイバ１７を介して波長変換部２へ入射する。
【００５７】
光源モジュール１は、半導体発光素子としての青色半導体レーザ素子１１、およびレンズ１２を含んでおり、半導体レーザ素子１１に駆動電圧を印加することにより、半導体レーザ素子から青色光を出射し、レンズ１２により集束させる。例えば、半導体レーザ素子１１が搭載されるステム１３とステム１３に固定された外部端子１４と、半導体レーザ素子１１からの出射光を集光する集光レンズ１２と、ステム上に取り付けられた金属製の筐体１５と、筐体の開口に取り付けられた蓋部材からなるＣＡＮ型パッケージを用いることができる。
【００５８】
半導体レーザ素子１１は、例えばＧａＩｎＮ系青色半導体レーザ素子が使用され、例えば波長４００から４６０ｎｍ程度の青色光を出射する。
レンズ１２は、例えば非球面レンズから成る凸レンズとして構成されており、半導体レーザ素子１１からの光を、光ファイバ１７の入射端面に集束させる。
光ファイバ１７は、その一端面が上記光源モジュール１に接続されている入射端面とされると共に、他端側端面が出射端面とされている。これにより、発光装置１０は、光源モジュール１の半導体レーザ素子１１から出射した光が、入射端面から光ファイバ１７内に入射して他端側の出射端面まで導かれる。光ファイバ１７の入射端面側の一端部は、光源モジュール１側に形成された挿通孔に挿通されて、保持されている。光ファイバ１７の出射端面側の一端部は、光ファイバ保持部材１８に形成された挿通孔に挿通されて保持されている。
光ファイバ１７は、公知の構成であって、中心のコアと、コアの外周を包囲するクラッドと、から構成されており、コア内に沿って一端から他端に光を伝達し得るようになっている。
光ファイバ１７において、コアは、クラッドと比較して屈折率が高いため、入射端面から入射した半導体レーザ素子からの発光は、コアとクラッドとの境界の全反射を利用してコア内部に閉じこめられた状態で出射端面から出射する。
【００５９】
光ファイバ保持部材１８は、円筒状の外形を有し、光ファイバ１７を保持固定する光ファイバ挿通孔が形成されている。光ファイバ保持部材において、光ファイバの出射端面側の端部は、光ファイバ挿通孔に挿通されて、光ファイバ挿通孔の内壁と光ファイバの外周面との間に固定材を充填して固定される。固定材としては、常温硬化型のエポキシ樹脂、シリコーン樹脂などを用いることができる。
波長変換部２におけるＡｌキャップ４２は、光ファイバ保持部材１８上へ溶接により接合されている。
【００６０】
本実施例における発光装置２０においても、蛍光体を含有する波長変換層３は、保持部材４に熱伝導率の高い金属バンプ５を介して接合されるため、保持部材４に効率よく伝熱することができ、波長変換層３からの放熱効率を高めることができる。また、保持部材４上に第一の枠体７および第二の枠体８を配置したことにより、波長変換層３側面に対し密着した反射部９を形成することができる。そのため、明暗境界線の明確な発光面を得ることができ、波長変換層３側面において側方へ向かう光を効率よく上方へ反射して発光効率を向上した発光装置を提供することができる。
【００６１】
尚、本発明の発光装置は、上記した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることは勿論である。
【００６２】
例えば、上記実施例において、光源モジュール１における発光素子は、半導体レーザ光源としたが、媒体の異なるレーザ光源、ＬＥＤなどを用いることもできる。
【００６３】
例えば、上記実施例において、１つの発光素子および１本のファイバを用いたが、複数の発光素子、複数のファイバを用いることもできる。
【００６４】
例えば、上記実施例において、光ファイバ２として、コアの断面形状（これに伴い出射端面の形状）が円形のものを用いたが、矩形のものなど任意の形状のものを用いることができる。
【００６５】
例えば、上記実施例において、蛍光体は、光源モジュール１からの光の一部を吸収して波長変換するものを用いたが、光源モジュールからの光を全部吸収して波長変換するものを用いることもできる。また、光源モジュール１からの光は、可視光のみならず、紫外光を用いることもできる。
【００６６】
例えば、上記実施例において、本願発明の発光装置を用いた照明装置として車両用灯具を示したが、これに限らず、室内照明、街路灯、内視鏡など他の照明装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１：光源モジュール
１１：半導体レーザ素子
１２：集光レンズ
１３：ステム
１４：外部端子
１５：筐体
１６：取付け部
１７：光ファイバ
１８：光ファイバ保持部材
２：波長変換部
３：波長変換層
３１：蛍光体層
３２：光散乱層
３３：誘電体多層反射膜
３４：金属反射層
４：保持部材
４１：サブマウント（ＡｌＮ基板）
４２：Ａｌキャップ
４３：貫通孔
５：金属バンプ
６：接合用金属層
６ａ：波長変換層側接合用金属層
６ｂ：保持部材側接合用金属層
７：第一の枠体
８：第二の枠体
９：反射部
１０、２０：発光装置
１００、２００、３００：車両用前照灯
１１０、２１０、３１０：投影光学系
１１１：投影レンズ
１１２：リフレクタ
１１２ｒ：リフレクタ反射面
１１３：シェード
２１１：リフレクタ
２１１ｒ：リフレクタ反射面
３１１：投影レンズ
３１２：シェード
【図１】
0006302762.tif 000002
【図２】
0006302762.tif 000003
【図３】
0006302762.tif 000004
【図４】
0006302762.tif 000005
【図５】
0006302762.tif 000006