JP2015019040A - 発光装置及びそれに用いられる光部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光部品における反射膜の変色を抑制し、光出力が低下しにくい発光装置及びそれに用いられる光部品の製造方法を提供することを課題とする。【解決手段】光部品１０は、貫通孔１１ａを有する支持部材１１と、貫通孔１１ａの内壁に形成された反射膜１２と、反射膜１２上に形成された第１保護膜１３と、光入射面と光出射面と外周側面とを有し、貫通孔１１ａの中に配置された透光部材１４と、を備える。そして、外周側面と第１保護膜１３とが接合された接合部によって透光部材１４が貫通孔１１ａ内に固定されており、接合部の出射側の端部が第１保護膜１３と透光部材１４とに跨って形成された第２保護膜１５によって覆われている。【選択図】図１
Description
本発明は、発光装置及びそれに用いられる光部品の製造方法に関する。
近年、レーザダイオードなどを光源として用いた発光装置が提案されている（特許文献１〜３）。これらの発光装置は、貫通孔を有する支持部材と、貫通孔を塞いで配置された透光部材と、を備える光部品を有し、光源からの光は透光部材を介して出射される。また、支持部材に反射膜を設けることにより、光取出し効率を向上させている。
しかしながら、従来の発光装置では、時間の経過に伴い、光部品における反射膜が変色し、光出力が低下する虞がある。そこで、本発明では、光部品における反射膜の変色を抑制し、光出力が低下しにくい発光装置及びそれに用いられる光部品の製造方法を提供することを課題とする。
本発明に係る光部品は、貫通孔を有する支持部材と、前記貫通孔の内壁に形成された反射膜と、前記反射膜上に形成された第１保護膜と、光入射面と光出射面と外周側面とを有し、前記貫通孔の中に配置された透光部材と、を備えた光部品であって、
前記外周側面と前記第１保護膜とが接合された接合部によって前記透光部材が前記貫通孔内に固定されており、前記接合部の出射側の端部が前記第１保護膜と前記透光部材とに跨って形成された第２保護膜によって覆われていることを特徴とする。
前記外周側面と前記第１保護膜とが接合された接合部によって前記透光部材が前記貫通孔内に固定されており、前記接合部の出射側の端部が前記第１保護膜と前記透光部材とに跨って形成された第２保護膜によって覆われていることを特徴とする。
また、本発明に係る光部品の製造方法は、
入射開口部と出射開口部を有する貫通孔が形成された支持部材を準備し、前記貫通孔の内壁に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記反射膜上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
光入射面と光出射面と外周側面とを有する透光部材を、加熱を伴う処理により、前記第１保護膜に前記透光部材の外周側面を接合する透光部材接合工程と、
前記外周側面と前記第１保護膜との接合部の出射側の端部を覆う第２保護膜を前記第１保護膜と前記透光部材とに跨って形成する第２保護膜形成工程と、を備えることを特徴とする。
入射開口部と出射開口部を有する貫通孔が形成された支持部材を準備し、前記貫通孔の内壁に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記反射膜上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
光入射面と光出射面と外周側面とを有する透光部材を、加熱を伴う処理により、前記第１保護膜に前記透光部材の外周側面を接合する透光部材接合工程と、
前記外周側面と前記第１保護膜との接合部の出射側の端部を覆う第２保護膜を前記第１保護膜と前記透光部材とに跨って形成する第２保護膜形成工程と、を備えることを特徴とする。
本発明に係る光部品によれば、光出力が低下しにくい光部品を提供することができる。
本発明に係る光部品の製造方法によれば、光出力が低下しにくい光部品の製造方法を提供することができる。
本発明に係る光部品の製造方法によれば、光出力が低下しにくい光部品の製造方法を提供することができる。
以下、図面を参照しながら、本実施形態に係る光部品１０の製造方法及びそれを用いた発光装置１００について説明する。ただし、以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。
図１に光部品１０の断面図を示す。図２は光部品１０の斜視図であり、図２のＸ−Ｘにおける断面図が図１に相当する。さらに、図３は、光部品１０を用いた発光装置１００の構成を示すブロック図であり、図４は、発光装置１００の先端部分（光部品１０近傍）の構造を説明するための断面図である。なお、図２、図３及び図４では、図面を簡略化して、図１に示す反射膜１２、第１保護膜１３及び第２保護膜１５については図示していない。
光部品１０は、光源側挿入孔１１ｂと貫通孔１１ａを有する支持部材１１と、貫通孔１１ａを塞いで配置された透光部材１４と、を備える。
支持部材１１において、貫通孔１１ａは、略円錐形状に形成されており、光入射側から光出射側に向かって内径が徐々に大きくなった開口拡大部１１ａ１と、開口拡大部１１ａ１の入射側に位置し内径が一定の連結部１１ａ２とを有し、連結部１１ａ２の一端で光源側挿入孔１１ｂに繋がっている。尚、本実施形態では、貫通孔１１ａの開口拡大部１１ａ１の内壁を傾斜部Ｂ１といい、連結部１１ａ２の内壁を非傾斜部Ｂ２という（図１参照）。また、光源側挿入孔１１bの内径は、連結部１１ａ２の内径より大きくなっており、光源側挿入孔１１ｂと貫通孔１１ａとは同軸になるように支持部材１１に形成されている。
また、貫通孔１１ａの内壁、すなわち、傾斜部Ｂ１および非傾斜部Ｂ２には、反射膜１２が形成され、その反射膜１２の上には、第１保護膜１３が形成されている。ここで、反射膜１２は、図１に示すように、支持部材１１の出射側端面に延在して形成されていてもよい。また、支持部材１１の出射側端面に延在して反射膜１２が形成されている場合には、その反射膜１２の上に第１保護膜１３も延在して形成することが好ましい。
支持部材１１において、貫通孔１１ａは、略円錐形状に形成されており、光入射側から光出射側に向かって内径が徐々に大きくなった開口拡大部１１ａ１と、開口拡大部１１ａ１の入射側に位置し内径が一定の連結部１１ａ２とを有し、連結部１１ａ２の一端で光源側挿入孔１１ｂに繋がっている。尚、本実施形態では、貫通孔１１ａの開口拡大部１１ａ１の内壁を傾斜部Ｂ１といい、連結部１１ａ２の内壁を非傾斜部Ｂ２という（図１参照）。また、光源側挿入孔１１bの内径は、連結部１１ａ２の内径より大きくなっており、光源側挿入孔１１ｂと貫通孔１１ａとは同軸になるように支持部材１１に形成されている。
また、貫通孔１１ａの内壁、すなわち、傾斜部Ｂ１および非傾斜部Ｂ２には、反射膜１２が形成され、その反射膜１２の上には、第１保護膜１３が形成されている。ここで、反射膜１２は、図１に示すように、支持部材１１の出射側端面に延在して形成されていてもよい。また、支持部材１１の出射側端面に延在して反射膜１２が形成されている場合には、その反射膜１２の上に第１保護膜１３も延在して形成することが好ましい。
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の第１透光部１４ａと第１透光部１４ａの光出射側に位置し、外径が一定の円柱形の第２透光部１４ｂとを含んでなる。透光部材１４において、第１透光部１４ａの外周側面は、開口拡大部１１ａ１の傾斜部Ｂ１と同じ傾斜を有しており、透光部材１４が貫通孔１１ａの開口拡大部１１ａ１に挿入されたとき、第１透光部１４ａの外周側面と傾斜部Ｂ１に反射膜１２を介して形成された第１保護膜１３とは面接触する。
透光部材１４の光入射面は、貫通孔１１ａの連結部１１ａ２の内径より大きく設定されており、光源側挿入孔１１ｂの底面における連結部１１ａ２の開口部と透光部材１４の光入射面の間に、連結部１１ａ２の開口部から透光部材１４の光入射面に向かって内径が徐々に大きくなった略錐形状の導光空間１６が形成される。この導光空間１６により、光源からの光は効率よく透光部材１４に入射される。すなわち、導光空間１６がなく、透光部材１４の光入射面が連結部１１ａ２の端部若しくは内部または連結部１１ａ２の近くにあると、入射される光が透光部材１４の光入射面で反射してしまい光源側挿入孔１１ｂ側に戻る戻り光が生じてしまう。しかしながら、導光空間１６があることで光源からの光が導光空間１６の傾斜部Ｂ１に形成された反射膜１２により反射されて効率良く透光部材１４に入射させることができる。
透光部材１４の光出射面は、貫通孔１１ａの開口拡大部１１ａ１の光出射側の開口径より小さく設定されており、透光部材１４の第２透光部１４ｂの外周側面と開口拡大部の光出射側に位置する傾斜部Ｂ１の間に狭い隙間が形成される。
透光部材１４の光出射側に第２透光部１４ｂを設け、第２透光部１４ｂの外周側面と傾斜部Ｂ１の間に隙間を作るようにすると、第２透光部１４ｂの外周側面、すなわち、第２透光部１４ｂと隙間の空間との界面で透光部材１４内部を通過する光が反射され、さらに界面を透過した光が傾斜部Ｂ１に形成された反射膜１２で反射され、第２透光部１４ｂに再入射されることなく前方に出射される。これにより、透光部材１４から出射される光の指向性を高くでき、良好な配光特性を維持することができる。
透光部材１４の光出射側に第２透光部１４ｂを設け、第２透光部１４ｂの外周側面と傾斜部Ｂ１の間に隙間を作るようにすると、第２透光部１４ｂの外周側面、すなわち、第２透光部１４ｂと隙間の空間との界面で透光部材１４内部を通過する光が反射され、さらに界面を透過した光が傾斜部Ｂ１に形成された反射膜１２で反射され、第２透光部１４ｂに再入射されることなく前方に出射される。これにより、透光部材１４から出射される光の指向性を高くでき、良好な配光特性を維持することができる。
また、光部品１０は、導光空間１６および狭い隙間の内部を含む外表面全体が第２保護膜１５によって覆われている。
以上のような構成により、反射膜１２が第１保護膜１３で覆われているうえさらに第２
保護膜１５で覆われているので、反射膜１２の変色を効果的に抑えることができる。
保護膜１５で覆われているので、反射膜１２の変色を効果的に抑えることができる。
尚、図１に示した実施形態の光部品１０では、第１保護膜１３の表面だけではなく、透光性部材１４の表面と支持部材１１の表面全体を第２保護膜１５で覆うようにした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、透光部材１４を貫通孔１１ａ内に挿入して接合した後に露出している第１保護膜１３上を覆うように第２保護膜１５が形成されていればよい。
したがって、本発明に係る光部品１０の製造方法のある形態は、支持部材１１に反射膜１２を形成する反射膜形成工程と、反射膜１２に第１保護膜１３を形成する第１保護膜形成工程と、加熱を伴う処理により第１保護膜１３に透光部材１４を接続する透光部材接続工程と、透光部材接合工程後に露出した第１保護膜１３の表面と透光部材１４の表面に第２保護膜１５を形成する第２保護膜形成工程と、を備えるものである。
さらに、第２保護膜１５は、好ましくは、第１保護膜１３全体を覆うように形成するが、少なくとも図１においてＡ１に示す領域とＡ２に示す領域に形成されていればよい。以下、その理由について説明する。
一般に、加熱を伴う処理により、反射膜１２と透光部材１４とを直接接合しようとすると、硫化などにより反射膜１２が変色してしまう。そこで、本実施形態では、反射膜１２と透光部材１４とを直接接合せずに、反射膜１２の表面に第１保護膜１３を形成した上で、第１保護膜１３と透光部材１４とを接合している。しかし、第１保護膜１３を形成したとしても、加熱を伴う処理により、第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部において、第１保護膜１３にクラックが生じやすくなることが判明した。これは、第１保護膜１３と透光部材１４との熱膨張係数の差に起因するものと考えられる。第１保護膜１３にクラックが発生すると、これに起因して反射膜が硫化などにより変色してしまい、発光装置とした場合に光出力が低下するという問題がある。そこで、本発明に係る光部品の製造方法のある形態では、第１保護膜１３に透光部材１４を接続した後に、第１保護膜１３にクラックが生じやすい接合部の端部に形成された第１保護膜１３と透光部材１４に跨って第２保護膜１５を形成するようにして、反射膜１２の硫化などによる変色を抑制している。尚、本実施形態において、接合部の端部は、透光部材１４の光入射面の外周端部の近傍の領域（図１においてＡ２で示す部分）と、第１透光部１４ａと第２透光部１４ｂの境界の外周端部の近傍の領域（図１においてＡ１で示す部分）に形成される。
また、本発明に係る光部品の製造方法のある形態では、加熱を伴う処理の後に、原子層堆積法（以下、単に「ＡＬＤ」（Atomic Layer Deposition）ともいう。）により、第２保護膜１５を形成する。ＡＬＤにより形成された膜（第２保護膜１５）は、スパッタなどにより形成された膜に比較してピンホールが少なく良質なものとなる。したがって、効果的に反射膜１２の変色を抑えることができる。さらに、ＡＬＤでは、反応成分の直進性が低いので、第１保護膜１３にクラックが生じたとしても、クラックの表面を確実にかつ効果的に被覆することができる。その結果、反射膜１２の変色を大幅に抑制できるので、最終的に光源と光部品とを組み合わせて発光装置とした際に光出力の低下を軽減することができる。
また、図１に示す光部品において、第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部に形成された第１保護膜１３と透光部材１４に跨って第２保護膜１５を形成するような場合には、原子層堆積法を用いて第２保護膜１５を形成することがより好ましい。すなわち、第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部は、図１においてＡ２で示すように、略錐形状の導光空間１６内にあって、その導光空間１６は開口部が狭くなっている。また、図１においてＡ１で示す第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部の領域は、透光部材１４の第２透光部の外周側面と傾斜部Ｂ１の間に狭い隙間の奥にある。しかしながら、原子層堆積法を用いると、導光空間１６内または狭い隙間の奥に第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部があったとしても、当該端部に確実かつ効果的に第２保護膜１５を形成することができる。
また、図１に示す光部品において、第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部に形成された第１保護膜１３と透光部材１４に跨って第２保護膜１５を形成するような場合には、原子層堆積法を用いて第２保護膜１５を形成することがより好ましい。すなわち、第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部は、図１においてＡ２で示すように、略錐形状の導光空間１６内にあって、その導光空間１６は開口部が狭くなっている。また、図１においてＡ１で示す第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部の領域は、透光部材１４の第２透光部の外周側面と傾斜部Ｂ１の間に狭い隙間の奥にある。しかしながら、原子層堆積法を用いると、導光空間１６内または狭い隙間の奥に第１保護膜１３と透光部材１４の接合部の端部があったとしても、当該端部に確実かつ効果的に第２保護膜１５を形成することができる。
以下、光部品１０を製造するための各工程について説明する。
（反射膜形成工程）
まず、スパッタなどにより、支持部材１１の貫通孔１１ａの内壁に反射膜１２を形成する。後述するように、反射膜１２は、光部品１０を発光装置１００に組み込んだ場合に、貫通孔１１ａ内に入射した光を出射側に反射し、光取出し効率を向上するためのものである。
まず、スパッタなどにより、支持部材１１の貫通孔１１ａの内壁に反射膜１２を形成する。後述するように、反射膜１２は、光部品１０を発光装置１００に組み込んだ場合に、貫通孔１１ａ内に入射した光を出射側に反射し、光取出し効率を向上するためのものである。
ここで、支持部材１１には貫通孔１１ａが設けられているが、上述したように、貫通孔１１ａは、後に行われる透光部材接続工程において、透光部材１４で塞がれることになる。そして、最終的に光部品１０を発光装置１００に組み込んだ場合、光源１０からの光は支持部材の貫通孔１１ａ及び透光部材１４を介して外部に取り出されることになる。
支持部材１１の材料としては、鉄及び鉄合金等があげられる。この中でも、透光部材としてホウケイ酸ガラスを用いる場合は、熱膨張係数を合わせるという観点から、支持部材１１の材料としてコバール(鉄・コバルト合金)が好ましい。
図１に示すように、支持部材１１は、貫通孔１１ａの内壁において、光入射側（図１の左側）から光出射側（図１の右側）に向かって広がった傾斜部Ｂ１を有することができる。そして、傾斜部Ｂ１において、第１保護膜１３と透光部材１４とを接合する。このような構成とすることで、最終的に発光装置とした場合において、貫通孔１１ａ内に入射した光が反射膜１２で反射され、光出力を向上させることができる。また、支持部材１１が透光部材１４の第１透光部１４ａの外周側面に対応する傾斜の傾斜部Ｂ１を備えることで、支持部材１１に透光部材１４を圧着しやすくなるので、融着等により、両者を接合しやすいという効果もある。
図１に示すように、透光部材１４が貫通孔１１ａの内壁に接合される場合は、反射膜１２は少なくとも貫通孔１１ａの内壁に形成する。
反射膜１２の材料としては、例えば、銀又はアルミニウムを含む種々の材料を用いることができるが、特に銀を含む材料を用いることが好ましい。銀は硫化などにより変色しやすいが、反射率に優れるので、効率よく透光部材１４を通過する光を反射させることができる。本発明では、変色しやすい銀を用いて反射膜１２を形成した場合であっても、第２保護膜１５によりその変色を抑制できるので、銀の高い反射率を長期間維持でき、光出力の低下を大幅に抑えることができる。
反射膜１２の膜厚は、好ましくは０．１〜１０μｍ、さらに好ましくは０．３〜５μｍ、より好ましくは０．７〜３μｍとする。反射膜が薄すぎると熱により劣化しやすくなり、厚すぎると作業効率が落ちてしまうからである。
（第１保護膜形成工程）
次に、スパッタなどにより、反射膜１２の上に第１保護膜１３を形成する。第１保護膜１３は、加熱を伴う処理の際に、反射膜１２が硫化などにより変色するのを抑制するためのものである。
次に、スパッタなどにより、反射膜１２の上に第１保護膜１３を形成する。第１保護膜１３は、加熱を伴う処理の際に、反射膜１２が硫化などにより変色するのを抑制するためのものである。
第１保護膜１３の材料としては、例えば、酸化ケイ素、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、好ましくは酸化ケイ素又は酸化アルミニウム、さらに好ましくは酸化ケイ素を用いることができる。これらの材料を用いることで、反射膜１２による高い反射率を維持でき、高いレベルで安定した出力特性が得られるからである。
図１では、反射膜１２の表面のみに第１保護膜１３を形成しているが、反射膜１２上だけでなく、反射膜１２が形成されていない支持部材１１の表面も合わせて第１保護膜１３で被覆することができる。これにより、加熱を伴う処理の際に、支持部材１１の酸化などにより、支持部材１１に酸化物の被膜が付着することを抑制することができる。支持部材１１に付着物があると、最終的に発光装置とした場合に、光源からの光が付着物によって遮られ、光出力が低下する恐れがある。
第１保護膜の膜厚は、好ましくは０．０１〜５μｍ、さらに好ましくは０．０５〜３μｍ、より好ましくは０．１〜２μｍとすることができる。薄すぎると保護膜の機能が十分でなく、厚すぎると光を吸収して出力が低下したりクラックが生じやすくなるからである。
（透光部材接合工程）
次に、透光部材１４を支持部材１１の貫通孔１１ａ内に挿入し、加熱を伴う処理により、第１保護膜１３の一領域と透光部材１４の第１透光部１４ａの外周側面とを接合する。透光部材１４は、最終的に、光源２０からの光を外部に透過させるためのものである。
次に、透光部材１４を支持部材１１の貫通孔１１ａ内に挿入し、加熱を伴う処理により、第１保護膜１３の一領域と透光部材１４の第１透光部１４ａの外周側面とを接合する。透光部材１４は、最終的に、光源２０からの光を外部に透過させるためのものである。
加熱を伴う処理としては、熱硬化性樹脂による接合（以下、単に「樹脂接合」という。
）、ろう材による接合（以下、単に「ろう材接合」という。）又は融着による接合（以下、単に「融着接合」という。）などがあるが、反射膜１２の反射率を低下させることなく良好な接合を確保するために、好ましくはろう材接合又は融着接合、より好ましくは融着接合とすることができる。一般に、樹脂接合、ろう材接合、融着接合の順に処理温度が高くなり、処理温度が高くなるほど第１保護膜１３においてクラックが生じやすくなるが、本発明では、第２保護膜１５による反射膜１２の変色の抑制効果が大きいことから、処理温度の高い融着接合を適用することが可能になる。
）、ろう材による接合（以下、単に「ろう材接合」という。）又は融着による接合（以下、単に「融着接合」という。）などがあるが、反射膜１２の反射率を低下させることなく良好な接合を確保するために、好ましくはろう材接合又は融着接合、より好ましくは融着接合とすることができる。一般に、樹脂接合、ろう材接合、融着接合の順に処理温度が高くなり、処理温度が高くなるほど第１保護膜１３においてクラックが生じやすくなるが、本発明では、第２保護膜１５による反射膜１２の変色の抑制効果が大きいことから、処理温度の高い融着接合を適用することが可能になる。
透光部材１４として、ホウケイ酸ガラスと蛍光体の混合物を用いた場合、透光部材の形成方法としては、原料となる粒子を加熱して成型する焼結法等を採用することができる。透光部材１４に蛍光体を含有させることにより、光源２０からの光を異なる波長の光に変換させることができるので、光部品１０を発光装置に組み込んだ場合に、例えば、光源２０からの光（青色）と蛍光体からの光（黄色）との混色光（白色）を取り出すことができる。もちろん、必ずしも透光部材に蛍光体を含有させなくてもよいし、酸化ケイ素や酸化チタンの粒子を光散乱材として含ませたりしてもよい。
（第２保護膜形成工程）
次に、例えば、ＡＬＤにより、第２保護膜１５を形成する（図１参照）。図１の光部品１０では、導光空間１６および第２透光部１４ｂの外周側面と傾斜面Ｂ１に間にできる隙間の内部を含む光部品１０の外表面全体に第２保護膜１５を形成するようにした。しかしながら、本発明では、少なくとも上記隙間内部における領域Ａ１に第２保護膜１５が形成されていればよい。さらに、上記隙間内部における領域Ａ１及び上記導光空間１６における領域Ａ２に第２保護膜が形成されていることが好ましい。
また、本発明において、第２保護膜１５の形成方法はＡＬＤに限定されるものではないが、所望の膜を分子レベルで一層ごとに形成するＡＬＤには、スパッタ等の従来の方法と異なり後述する利点がある。
以下に、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）及び水（Ｈ２Ｏ）を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の保護膜を形成する場合について説明する。
次に、例えば、ＡＬＤにより、第２保護膜１５を形成する（図１参照）。図１の光部品１０では、導光空間１６および第２透光部１４ｂの外周側面と傾斜面Ｂ１に間にできる隙間の内部を含む光部品１０の外表面全体に第２保護膜１５を形成するようにした。しかしながら、本発明では、少なくとも上記隙間内部における領域Ａ１に第２保護膜１５が形成されていればよい。さらに、上記隙間内部における領域Ａ１及び上記導光空間１６における領域Ａ２に第２保護膜が形成されていることが好ましい。
また、本発明において、第２保護膜１５の形成方法はＡＬＤに限定されるものではないが、所望の膜を分子レベルで一層ごとに形成するＡＬＤには、スパッタ等の従来の方法と異なり後述する利点がある。
以下に、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）及び水（Ｈ２Ｏ）を用いて、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の保護膜を形成する場合について説明する。
先ず、ＴＭＡガスを導入して、目的物の表面のＯＨ基とＴＭＡとを反応させる（第１反応）。次に、余剰ガスを排気する。その後、Ｈ２Ｏガスを導入して、第１反応でＯＨ基と結合したＴＭＡとＨ２Ｏとを反応させる（第２反応）。次に、余剰ガスを排気する。そして、第１反応、排気、第２反応及び排気を１サイクルとして、これを繰り返すことにより、所定の膜厚のＡｌ２Ｏ３を形成することができる。
ＡＬＤでは、保護膜が単分子層ごとに形成されるため、従来の方法で得られる保護膜に比較してピンホールが少なく良質な膜となる。また、ＡＬＤでは反応成分の直進性が低いので、第１保護膜に生じたクラックの内部であっても反応成分が供給され、保護力に優れた膜を形成することができる。さらに、このような理由によりＡＬＤにより得られる保護膜は膜厚が薄くても十分に反射膜１２を保護することができるので、従来の方法で得られる保護膜よりも薄く形成することができる。これにより、第２保護膜１５における光の吸収が抑制できるので、光部品１０を光源２０と組み合わせた場合において、光出力の高い発光装置とすることができる。
また、ＡＬＤによれば、図１に示すような、狭い隙間内における領域Ａ１および導光空間１６内の領域Ａ２においてそれぞれ、第１保護膜１３から透光部材１４に跨って（かけて）第２保護膜１５を形成することができる。前述のとおり、ＡＬＤでは反応成分の直進性が低いので、マスク等を設けて意図的に膜を形成しないようにしない限り、あらゆる領域に第２保護膜１５が形成されるからである。したがって、ＡＬＤによれば、空間的に繋がっている限り、第２保護膜１５を形成することができるので、図１に示す構成の光部品に限らず、狭い空間内、または開口部より広かった空間内において、第１保護膜１３と透光部材１４とに跨って第２保護膜１５を形成することが必要な種々の構成の光部品において第１保護膜１３のクラックに起因する反射膜１２の変色を抑制することができる。
第２保護膜１５の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化チタン又は窒化ケイ素を採用することができ、好ましくは酸化アルミニウム又は二酸化ケイ素、より好ましくは酸化アルミニウムとすることができる。これらの材料であれば、ＡＬＤによって、より透明な膜を形成することができるので、発光素子からの光の吸収を抑制することができ、また、保護力に優れた良質な膜とすることができるからである。
第２保護膜の膜厚は、好ましくは０．００１〜０．２μｍ、さらに好ましくは０．００５〜０．２μｍ、より好ましくは０．０１５〜０．１μｍとすることができる。薄すぎると保護膜の機能が十分でなく、厚すぎると光を吸収して出力が低下したりクラックが生じやすくなるからである。
以上、ＡＬＤにより第２保護膜１５を形成する場合について説明したが、第２保護膜１５の形成方法としては、例えば、狭い隙間内、開口部が狭い導光空間１６内に接合部の端部がなく、比較的直進性のよい方法により接合部の端部近傍に第２保護膜１５が形成できるような光部品の構成では、ＡＬＤではなくスパッタ等の公知の手法を用いることもできる。ただし、ＡＬＤは膜の形成領域が広く且つ膜質が良いので、可能であればＡＬＤにより第２保護膜を形成することが好ましい。
以上のような工程を経て、本発明に係る光部品は作製される。
以上のようにして作製された光部品１０は、光源２０などを組み合わせることにより発光装置１００が作製される。ここで、図３は発光装置１００の全体の構成を説明するための概念図であり、図４は発光装置１００において光部品の近傍の構造を説明するための断面図である。図３及び図４に示すように、発光装置１００は、光源２０と、光源２０からの光を集光させるレンズ３０と、光源２０からの光を光ファイバ５０に接続させるためのコネクタ４０と、光ファイバ５０と、光ファイバ５０の先端部分を保持する先端部材６０と、前記先端部材６０と接続された光部品１０と、を有している。また、光源２０からの光の一部は、光ファイバ４０により、光部品１０に導入され、最終的には、光源２０からの光と、蛍光体の光との混色光が取り出される。
また、光源２０は、板状のステム２１と、ステム２１と絶縁され且つステム２１を貫通して固定されたリード２２と、ステム２１に設けられたヒートシンク２３と、ヒートシンク２３に載置されたレーザダイオード２４と、を備える。
なお、光ファイバ４０は必ずしも必要ではなく、例えば、レンズ３０からの光を透光部材１４に直接照射するように構成することもできるし、半導体レーザ素子を備えた光源２０を先端部材６０に代えて、光源側挿入孔１１ｂに挿入するようにしてもよい。
以上の光部品１０では、支持部材１１の貫通孔１１ａを円錐形状とし、透光部材１４を円錐台形状の第１透光部１４ａと円柱形状の第２透光部１４ｂとを含む形状とした。しかしながら、支持部材１１の貫通孔１１ａを多角錐形状とし、第１透光部１４ａを多角錐台形状とし、第２透光部１４ｂを多角柱形状としてもよい。本明細書において、錐台形状というときは、円錐台形状および多角錐形状を含み、柱形状というときは、円柱形状および多角柱形状を含むものとする。錐台形状の第１透光部１４ａの下底面と柱形状の端面は同じ断面形状にすることはいうまでもない。ここで、錐台形状の第１透光部１４ａの下底面とは、錐台形状の第１透光部１４ａの上面及び下面のうち表面積が大きい方の面である。
また、実施形態の光部品１０では、透光部材１４を円錐台形状の第１透光部１４ａと円柱形状の第２透光部１４ｂとを含む形状とした。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、第１透光部１４ａにおいて光入射面が凸曲面となった第１透光部１１４ａと、第２透光部１４ｂにおいて外周側面が外側に膨らんだ曲面になった第２透光部１１４ｂを含む透光部材１１４を用いて実施形態と同様の作用効果を有する光部品を構成することができる。尚、第２透光部１４ｂ及び第２透光部１１４ｂのいずれを用いた場合であっても、第２透光部の外周側面は、光出射面に向かって貫通孔の内壁からの距離が大きくなっている。
＜実施例＞
図１、２及び３に基づいて、実施例に係る発光装置１００について説明する。
図１、２及び３に基づいて、実施例に係る発光装置１００について説明する。
まず、コバールを主材料とする支持部材１１を準備した。支持部材１１は、貫通孔１１ａと光源側挿入孔１１ｂとを有している。支持部材１１は、長さが１．５ｍｍ、外径がφ０．８８ｍｍであり、その中心部に光入射側で直径０．２ｍｍであり光出射側で直径０．７６ｍｍである貫通孔１１ａが形成されている。貫通孔１１ａには、傾斜部Ｂ１と非傾斜部Ｂ２とが設けられている。
次に、支持部材１１の光出射側から、スパッタにより銀よりなる反射膜１２を膜厚０．７〜１．８μｍ（光出射側から光入射側にかけて膜厚は薄くなる。）で形成した。
図１に示すように、反射膜１２は、主として、支持部材１１の上面（光出射側における貫通孔１１ａ開口部の周辺部）、傾斜部Ｂ１及び非傾斜部Ｂ２に形成する。
図１に示すように、反射膜１２は、主として、支持部材１１の上面（光出射側における貫通孔１１ａ開口部の周辺部）、傾斜部Ｂ１及び非傾斜部Ｂ２に形成する。
次に、支持部材１１の光出射側から、スパッタにより酸化ケイ素よりなる第１保護膜１３を膜厚０．６〜１．５μｍ（光出射側から光入射側にかけて膜厚は薄くなる。）で形成した。図１に示すように、第１保護膜１３は、主として、反射膜１２の表面に形成される。
次に、焼結法により作製した酸化ケイ素と蛍光体との混合物からなる透光部材１４を準備し、融着により、第１保護膜１３に透光部材１４を接合する。本実施例では、蛍光体としてはＹＡＧ系蛍光体を用いた。融着は、８５０℃程度の温度で行った。
次に、ＡＬＤにより、酸化アルミニウムによりなる第２保護膜１５を膜厚２０ｎｍで形成した。ＡＬＤでは、あらゆる領域に膜が形成されるので、図１に示すように、第１保護膜１３と透光部材１４の接合面を除き、支持部材１１、第１保護膜１３及び透光部材１４の表面のほぼ全域（領域Ａ１及び領域Ａ２を含む）に、第２保護膜１５が形成される。
以上のようにして得られた光部品１０を用いて、図３に示す発光装置１００を作製した。発光装置１００は、光源２０と、光源２０からの光を集光するレンズ３０と、レンズ３０からの光を導光する光ファイバ５０と、光ファイバ５０の先端に設けられた先端部材６０と、光部品１０と、を備える。なお、光ファイバ５０は、光源２０に近い側がコネクタ４０で保持されている。光ファイバ５０は、コネクタ４０により、レンズ３０を含む部材と光学的に接続されている。
光源２０は、窒化物半導体からなるレーザダイオード２１を備え、青色光（ピーク波長４５０ｎｍ）を発振する。発光装置１００では、光源２０からの青色光と、透光部材１４に含まれる蛍光体からの黄色光と、の混色により、白色光を発することになる。光ファイバ５０としては、石英製のＳＩ型光ファイバ（１１４（μｍ：コア径）／１２５（μｍ：クラッド径））を用いた。先端部材６０は、主材料がステンレスであり、長さ（図４の横方向の距離）５．５ｍｍ、外径０．６５ｍｍの円柱形状である。さらに、中心部には、光ファイバ５０を保持するための孔が設けられている。
＜比較例＞
第２保護膜１５を形成しない点以外は実施例と同様の構成を有する光部品を作製した。また、それを用いて実施例と同様の発光装置を作製した。
第２保護膜１５を形成しない点以外は実施例と同様の構成を有する光部品を作製した。また、それを用いて実施例と同様の発光装置を作製した。
＜評価＞
図５に、実施例の発光装置１００を所定の条件（雰囲気：大気、光源の出力：１Ｗ、駆動時間：５００時間）で寿命試験した後の写真を示す。図６に、比較例の発光装置を同様の条件で寿命試験した後の写真を示す。各写真は、光部品１０を光出射側から撮影したものである。なお、図５及び図６では、透光部材１４が支持部材１１の貫通孔１１ａの全域に設けられているように見えるが、これは反射膜１２が透光部材１４を映し込んでいるためにそのように見えるだけである。つまり、実際は、図１に示すように、光出射側において、透光部材１４が傾斜部Ｂ１の途中（傾斜部Ｂ１における光出射側から離間した一領域）で接合されているが、透光部材１４の側面（図１において横方向に延びる面）が傾斜部Ｂ１における反射膜１２に映り込んでいるために、透光部材１４が傾斜部Ｂ１の上端（図１における傾斜部Ｂ１の右端）で接合されているように見えているだけである。
図５に、実施例の発光装置１００を所定の条件（雰囲気：大気、光源の出力：１Ｗ、駆動時間：５００時間）で寿命試験した後の写真を示す。図６に、比較例の発光装置を同様の条件で寿命試験した後の写真を示す。各写真は、光部品１０を光出射側から撮影したものである。なお、図５及び図６では、透光部材１４が支持部材１１の貫通孔１１ａの全域に設けられているように見えるが、これは反射膜１２が透光部材１４を映し込んでいるためにそのように見えるだけである。つまり、実際は、図１に示すように、光出射側において、透光部材１４が傾斜部Ｂ１の途中（傾斜部Ｂ１における光出射側から離間した一領域）で接合されているが、透光部材１４の側面（図１において横方向に延びる面）が傾斜部Ｂ１における反射膜１２に映り込んでいるために、透光部材１４が傾斜部Ｂ１の上端（図１における傾斜部Ｂ１の右端）で接合されているように見えているだけである。
図５及び図６を比較すれば明らかなように、比較例（図６）では領域Ａ１において多くの場所で変色が見られるが、実施例（図５）では領域Ａ１においてほとんど変色していないことがわかる。そして、初期の光出力と比べて、比較例の発光装置では寿命試験後の光出力は１１％も低下していたが、実施例の発光装置では寿命試験後であってもわずか３．５％しか低下していなかった。これは、比較例では反射膜の多くの部位が黒色に変色したのに対して、実施例では反射膜のわずかな部位しか変色しなかったことに起因する。
１０・・・光部品
１１・・・支持部材
１１ａ・・・貫通孔
１１ａ１・・・開口拡大部
１１ａ２・・・連結部
１１ｂ・・・光源側挿入孔
１２・・・反射膜
１３・・・第１保護膜
１４・・・透光部材
１４ａ・・・第１透光部
１４ｂ・・・第２透光部
１５・・・第２保護膜
１６・・・導光空間
２０・・・光源
２１・・・ステム
２２・・・リード
２３・・・ヒートシンク
２４・・・レーザダイオード
３０・・・レンズ
４０・・・コネクタ
５０・・・光ファイバ
６０・・・先端部材
１１・・・支持部材
１１ａ・・・貫通孔
１１ａ１・・・開口拡大部
１１ａ２・・・連結部
１１ｂ・・・光源側挿入孔
１２・・・反射膜
１３・・・第１保護膜
１４・・・透光部材
１４ａ・・・第１透光部
１４ｂ・・・第２透光部
１５・・・第２保護膜
１６・・・導光空間
２０・・・光源
２１・・・ステム
２２・・・リード
２３・・・ヒートシンク
２４・・・レーザダイオード
３０・・・レンズ
４０・・・コネクタ
５０・・・光ファイバ
６０・・・先端部材
Claims (13)
- 貫通孔を有する支持部材と、
前記貫通孔の内壁に形成された反射膜と、
前記反射膜上に形成された第１保護膜と、
光入射面と光出射面と外周側面とを有し、前記貫通孔の中に配置された透光部材と、
を備えた光部品であって、
前記外周側面と前記第１保護膜とが接合された接合部によって前記透光部材が前記貫通孔内に固定されており、前記接合部の出射側の端部が前記第１保護膜と前記透光部材とに跨って形成された第２保護膜によって覆われている光部品。 - 前記接合部の入射側の端部が、前記第１保護膜と前記光入射面とに跨って形成された第２保護膜によって覆われている請求項１に記載の光部品。
- 前記貫通孔は、入射側から出射側に向かって拡がっている請求項１又は２に記載の光部品。
- 前記透光部材は、前記貫通孔の内壁と同じ傾斜の接合面を有し、
該接合面と錐形状の内壁に形成された前記保護膜との接合によって前記接合部が形成されている請求項３に記載の光部品。 - 前記透光部材は、入射側に位置し、光入射面と前記接合面からなる外周側面とを有する第１透光部と、該第１透光部の出射側に位置し、光出射面と該光出射面に向かって貫通孔の内壁からの距離が大きくなった外周側面とを有する第２透光部を含む請求項４に記載の光部品。
- 前記第１透光部と前記第２透光部の境界近傍に、前記接合部の端部が形成され、
前記第２保護膜が前記第１保護膜と第２透光部の外周側面とに跨って形成されている請求項５に記載の光部品。 - 前記反射膜は銀を含む請求項１〜６のいずれか１項に記載の光部品。
- 請求項１〜７のいずれか１つに記載の光部品と、半導体レーザ素子とを含む発光装置。
- 入射開口部と出射開口部を有する貫通孔が形成された支持部材を準備し、前記貫通孔の内壁に反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記反射膜上に第１保護膜を形成する第１保護膜形成工程と、
光入射面と光出射面と外周側面とを有する透光部材を、加熱を伴う処理により、前記第１保護膜に前記透光部材の外周側面を接合する透光部材接合工程と、
前記外周側面と前記第１保護膜との接合部の出射側の端部を覆う第２保護膜を前記第１保護膜と前記透光部材とに跨って形成する第２保護膜形成工程と、を備える光部品の製造方法。 - 前記第２保護膜形成工程において、原子層堆積法により、前記第２保護膜を形成する請求項９に記載の光部品の製造方法。
- 前記第２保護膜形成工程において、さらに、前記接合部の入射側の端部を覆う前記第２保護膜を前記第１保護膜と前記光入射面とに跨って形成する請求項９又は１０に記載の光部品の製造方法。
- 前記透光部材接合工程において、融着により、前記第１保護膜に前記透光部材の外周側面を接合する請求項９〜１１のいずれか１つに記載の光部品の製造方法。
- 前記反射膜形成工程において、銀を含む材料により前記反射膜を形成する請求項９〜１２のいずれか１つに記載の光部品の製造方法。
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