JP2019176076A - 発光装置 - Google Patents

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政明 大沢
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Masahisa Kamiya
真央 神谷
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Satoshi Wada
聡 和田
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Yuuki Kawamura
有毅 河村
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Taketo Hayashi
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Abstract

【課題】波長変換部材の破損を精度よく検知し、波長変換部材の破損によるレーザー光の漏れを効果的に抑えることのできる発光装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様として、レーザーダイオード素子１２と、レーザーダイオード素子１２から発せられる光を吸収して、波長を変換する波長変換部材１４と、波長変換部材１４の光取り出し側の面上に設置された透明導電膜１５と、を備え、透明導電膜１５が、波長変換部材１４に破損が生じたときに、波長変換部材１４と重なる領域の電気抵抗が増加するように設置された、発光装置１を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、発光装置に関する。
従来の発光装置として、レーザーダイオード素子から発せられた光を吸収して異なる波長の光を発する波長変換部材がパッケージの光取り出し用の貫通穴を覆い、波長変換部材の貫通穴の直上部以外の部分にクラック誘発部が設けられた発光装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１によれば、クラック誘発部がクラックを誘発することにより、波長変換部材の貫通穴の直上部におけるクラックの発生を防ぐことができるとされている。このため、レーザーダイオード素子から発せられた光がクラックを通過して波長変換されずに外部へ漏れることを防止できる。
また、従来の他の発光装置として、波長変換部材に設けられた導体膜と、実装基板に設けられた導電部とがバンプを介して接合され、閉回路を構成する発光装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
特許文献２によれば、波長変換部材の脱落時に上記閉回路の通電状態が変化するため、閉回路の通電状態を監視することにより、波長変換部材の脱落を検出することができるとされている。このため、波長変換部材の脱落により、レーザーダイオード素子から発せられた光が波長変換されずに外部へ漏れることを防止できる。
特許第６０４４８３３号公報 特開２０１６−１２２７１５号公報
しかしながら、特許文献１に記載の発光装置によれば、クラック発生の検知は目視に頼るほかなく、また、クラック発生時にレーザー光の出射を止める機構も持たないため、クラックが発生しても検知できずに発光し続けるという事態が生じ得る。
また、特許文献２に記載の発光装置によれば、波長変換部材の脱落を検知することができても、波長変換部材が脱落しない状態でのクラックなどの破損の発生を検知できず、破損箇所から波長変換されていないレーザー光が外部へ漏れるおそれがある。
本発明の目的は、波長変換部材の破損を精度よく検知し、波長変換部材の破損によるレーザー光の漏れを効果的に抑えることのできる発光装置を提供することにある。
本発明の一態様は、上記目的を達成するために、下記［１］〜［６］の発光装置を提供する。
［１］レーザーダイオード素子と、前記レーザーダイオード素子から発せられる光を吸収して、波長を変換する波長変換部材と、前記波長変換部材の光取り出し側の面と前記レーザーダイオード素子側の面の少なくとも一方の上に設置された透明導電膜と、を備え、前記透明導電膜が、前記波長変換部材に破損が生じたときに、前記波長変換部材と重なる領域の電気抵抗が増加するように設置された、発光装置。
［２］前記透明導電膜の前記波長変換部材と重なる領域の厚さが、５０ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の範囲内にある、上記［１］に記載の発光装置。
［３］前記透明導電膜が、前記波長変換部材と重なる領域において前記波長変換部材と接触している、上記［１］又は［２］に記載の発光装置。
［４］前記透明導電膜が、前記波長変換部材と接触する領域の前記波長変換部材と反対側の面に凹凸を有する、上記［１］〜［３］のいずれか１項に記載の発光装置。
［５］前記透明導電膜の前記波長変換部材と接触する領域の電気抵抗が所定の値を超えたときに、前記レーザーダイオード素子の駆動回路からの前記レーザーダイオード素子への電源の供給を止めるための信号を送信する判定回路に接続するための、前記発光装置の前記透明導電膜に電気的に接続された配線を備えた、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光装置。
［６］前記レーザーダイオード素子に電気的に接続された、前記レーザーダイオード素子の駆動回路と、前記透明導電膜に電気的に接続され、前記透明導電膜の前記波長変換部材と接触する領域の電気抵抗が所定の値を超えたときに、前記駆動回路からの前記レーザーダイオード素子への電源の供給を止めるための信号を送信する判定回路と、を備えた、上記［１］〜［４］のいずれか１項に記載の発光装置。
本発明によれば、波長変換部材の破損を精度よく検知し、波長変換部材の破損によるレーザー光の漏れを効果的に抑えることのできる発光装置を提供することができる。
図１は、実施の形態に係る発光装置の垂直断面図である。 図２は、透明導電膜の形態の一例を示す透明導電膜の垂直断面図である。 図３は、発光装置にレーザーダイオード素子の駆動回路と波長変換部材における破損の発生を判定する判定回路が接続されたときの回路構成を概略的に示す。 図４（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜の周辺の構成の例を示す発光装置の拡大断面図、拡大上面図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜の周辺の構成の他の例を示す発光装置の拡大断面図、拡大上面図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜の周辺の構成の他の例を示す発光装置の拡大断面図、拡大上面図である。 図７（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜の周辺の構成の他の例を示す発光装置の拡大断面図、拡大上面図である。 図８（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。 図９（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る発光装置の変形例の垂直断面図である。
〔実施の形態〕
（発光装置の構成）
図１は、実施の形態に係る発光装置１の垂直断面図である。発光装置１は、ＣＡＮパッケージと呼ばれる形態の発光装置であり、電極ピン１１を有するステム１０と、ステム１０に実装されたレーザーダイオード素子１２と、レーザーダイオード素子１２を収容するキャップ１３と、キャップ１３の光取り出し孔である開口部１３ａに嵌め込まれた波長変換部材１４と、波長変換部材１４の光取り出し側の面上に設置された透明導電膜１５と、を備える。
ステム１０は、金属材料や熱伝導性のよい絶縁材料からなる。電極ピン１１には、レーザーダイオード素子１２のｎ極に接続される電極ピンとｐ極に接続される電極ピンが含まれる。なお、電極ピン１１の数は、２本に限定されない。
レーザーダイオード素子１２は、波長変換部材１４の励起光源として機能する。レーザーダイオード素子１２は、台座１６に設置された状態で、ステム１０に実装されている。
レーザーダイオード素子１２の発光波長は特に限定されず、波長変換部材１４の材料（吸収波長）や発光装置１から取り出す光の色などに応じて適宜選択される。例えば、レーザーダイオード素子１２が青色光を発し、波長変換部材１４が黄色の蛍光を発する場合は、波長変換部材１４に波長変換されずに取り出される一部の青色光と黄色の蛍光の混合光である白色光を発光装置１から取り出すことができる。
キャップ１３は、レーザーダイオード素子１２を収容するようにステム１０に被せられ、固定されている。キャップ１３は、例えば、ステンレスや鉄などの材料からなる。
波長変換部材１４は、レーザーダイオード素子１２の光軸上に位置し、レーザーダイオード素子１２から発せられる光を吸収して、波長を変換する（異なる波長の光を発する）。
波長変換部材１４は、レーザーダイオード素子１２から発せられた光を吸収して蛍光を発する蛍光体を含む部材である。波長変換部材１４は、例えば、アルミナ、ガラス、樹脂などからなるベース材に蛍光体粒子が含まれる部材、又は蛍光体の焼結体である。
波長変換部材１４に含まれる蛍光体は、特に限定されないが、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体、αサイアロン蛍光体、ＢＯＳ（バリウム・オルソシリケート）蛍光体などの黄色系蛍光体を用いてもよいし、βサイアロン蛍光体などの緑色蛍光体と（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕなどの赤色蛍光体を混合して用いてもよい。
波長変換部材１４の平面形状は、典型的には四角形であるが、円形や四角形以外の多角形であってもよい。
透明導電膜１５は、波長変換部材１４に破損が生じたときに、波長変換部材１４と重なる領域の電気抵抗が増加するように、波長変換部材１４上に設置されている。透明導電膜１５は、波長変換部材１４の光取出し側の面の全領域を覆うことが好ましい。
具体的には、波長変換部材１４に温度上昇によるクラックなどの破損が僅かでも生じると、その波長変換部材１４の破損に合わせて透明導電膜１５の波長変換部材１４と重なる領域が破損する。このため、透明導電膜１５の破損状態に応じて、透明導電膜１５の抵抗値が増加する。
透明導電膜１５は、導電性を有し、かつレーザーダイオード素子１２から発せられる光に対して透明な、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、グラフェン、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの材料からなる。
透明導電膜１５の波長変換部材１４と重なる領域の厚さは、波長変換部材１４の破損に合わせてクラックを発生させやすくするため、５０ｎｍ以上であることが好ましく、４００ｎｍ以上であることがより好ましい。一方、透明導電膜１５の波長変換部材１４と重なる領域の厚さは、厚いほど透過率が下がり、発光装置１の発光効率が低下するため、２０００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、透明導電膜１５は、波長変換部材１４の破損に合わせてクラックなどの破損を発生させやすくするため、スパッタリングや蒸着などにより波長変換部材１４上に直接成膜されることが好ましい。すなわち、透明導電膜１５は、波長変換部材１４と重なる領域において、スパッタ膜や蒸着膜などとして波長変換部材１４と接触していることが好ましい。
透明導電膜１５と波長変換部材１４の間に、接着材や分散材を含む膜などの膜を形成する場合は、波長変換部材１４の破損に合わせて破損するという透明導電膜１５の機能を損なわない程度の厚さにする必要がある。
図２は、透明導電膜１５の形態の一例を示す透明導電膜１５の垂直断面図である。図２に示されるように、透明導電膜１５は、波長変換部材１４と接触する領域の波長変換部材１４と反対側の面に凹凸を有する（厚さに分布を有する）ことが好ましい。
透明導電膜１５の表面に凹部１５ａと凸部１５ｂを設けることにより、厚みの小さい凹部１５ａにクラックなどの破損が生じやすくなる。これにより、波長変換部材１４の破損に合わせて、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する領域にクラックが発生しやすくなる。なお、凹部１５ａと凸部１５ｂにより構成される凹凸のパターンは限定されず、例えば、ストライプパターンやドットパターンを採用することができる。
図３は、発光装置１にレーザーダイオード素子１２の駆動回路Ｃ１と波長変換部材１４における破損の発生を判定する判定回路Ｃ２が接続されたときの回路構成を概略的に示す。
駆動回路Ｃ１は、レーザーダイオード素子１２を駆動させるための回路であり、レーザーダイオード素子１２に電源を供給する。駆動回路Ｃ１は、電極ピン１１のうちのレーザーダイオード素子１２のｎ極に接続される電極ピンとｐ極に接続される電極ピンに接続される。
判定回路Ｃ２は、透明導電膜１５に電気的に接続され、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する領域の電気抵抗が所定の値（閾値）を超えたときに、駆動回路Ｃ１からのレーザーダイオード素子への電源の供給を止めるための信号を駆動回路Ｃ１へ送信する。
上述のように、波長変換部材１４に破損が生じたときには、透明導電膜１５の抵抗値が増加する。そのため、透明導電膜１５の抵抗値の増加を判定回路Ｃ２でモニターすることにより、波長変換部材１４における破損の発生を判定することができる。なお、波長変換部材１４の全領域における破損の発生を検知するために、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する全領域の抵抗値を判定回路Ｃ２によりモニターすることが好ましい。
判定回路Ｃ２は、例えば、リレー回路を含むホイートストンブリッジ回路である。この場合、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する領域の電気抵抗が閾値を超えると、リレー回路のコイルに電流が流れなくなり、駆動回路Ｃ１に電気的に接続されているリレー回路の接点がオフになる。それによって、駆動回路Ｃ１からレーザーダイオード素子への電源の供給が止まる。
駆動回路Ｃ１及び判定回路Ｃ２は、キャップ１３の外部に設置されてもよく、内部に設置されてもよい。また、駆動回路Ｃ１及び判定回路Ｃ２は、発光装置１の構成に含まれてもよい。この場合、レーザーダイオード素子１２を光源とするＣＡＮパッケージと、駆動回路Ｃ１及び判定回路Ｃ２とから発光装置１が構成される。
図４（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜１５の周辺の構成の例を示す発光装置１の拡大断面図、拡大上面図である。
図４（ａ）、（ｂ）に示される例では、判定回路Ｃ１へ接続するための配線１６がキャップ１３の表面に形成されている。透明導電膜１５の表面には２つの電極が形成され、この２つの電極１８にはそれぞれ導電ワイヤー１９が接続されている。そして、透明導電膜１５と配線１６とは、電極１８及び導電ワイヤー１９を介して電気的に接続されている。
図４（ａ）、（ｂ）に示される例では、透明導電膜１５が波長変換部材１４の全体を覆い、電極１８が、透明導電膜１５の長手方向の両端に、短手方向の全幅を覆うように形成されているため、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する全領域の抵抗値を判定回路Ｃ２によりモニターし、波長変換部材１４の全領域における破損の発生を判定することができる。
配線１６は、絶縁膜１７を介してキャップ１３上に形成されおり、キャップ１３と絶縁されている。キャップ１３が絶縁性である場合は、絶縁膜１７は不要である。また、波長変換部材１４は、接着材２０により、キャップ１３の開口部１３ａ内に固定される。接着材２０は、波長変換部材１４の側面及びキャップ１３の開口部１３ａの側面に接着される。
配線１６は、金、銅、アルミニウムなどの導電材料からなる。絶縁膜１７は、ファインセラミックス、酸化シリコンなどの絶縁材料からなる。電極１８は、金、アルミニウムなどの導電材料からなる。導電ワイヤー１９は、金、アルミニウム、銅などの導電材料からなる。接着材２０は、シリコーン接着材などの絶縁性の接着材である。
図５（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜１５の周辺の構成の他の例を示す発光装置１の拡大断面図、拡大上面図である。
図５（ａ）、（ｂ）に示される例では、透明導電膜１５が配線１６の端部を覆う長さに形成され、配線１６に直接接続されている。
図５（ａ）、（ｂ）に示される例では、透明導電膜１５が波長変換部材１４の全体を覆い、電極１８が波長変換部材１４の両外側で配線１６に接続されているため、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する全領域の抵抗値を判定回路Ｃ２によりモニターし、波長変換部材１４の全領域における破損の発生を判定することができる。
図６（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜１５の周辺の構成の他の例を示す発光装置１の拡大断面図、拡大上面図である。
図６（ａ）、（ｂ）に示される例では、透明導電膜１５の一部が１本の配線１６に接続され、他の一部が導電性のキャップ１３（グランド）に接続されている。この場合、判定回路Ｃ２は配線１６とグランドに接続される。
図６（ａ）、（ｂ）に示される例では、透明導電膜１５が波長変換部材１４の全体を覆い、電極１８が波長変換部材１４の両外側で配線１６とキャップ１３に接続されているため、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する全領域の抵抗値を判定回路Ｃ２によりモニターし、波長変換部材１４の全領域における破損の発生を判定することができる。
図７（ａ）、（ｂ）は、透明導電膜１５の周辺の構成の他の例を示す発光装置１の拡大断面図、拡大上面図である。
図７（ａ）、（ｂ）に示される例では、波長変換部材１４がキャップ１３の開口部１３ａの下に形成されている。具体的には、キャップ１３の内面の開口部１３ａの縁と波長変換部材１４の上面の縁が接着材２０により接着されている。そして、透明導電膜１５の一部が１本の配線１６に接続され、他の一部が導電性のキャップ１３（グランド）に接続されている。この場合、判定回路Ｃ２は配線１６とグランドに接続される。
図７（ａ）、（ｂ）に示される例では、透明導電膜１５が波長変換部材１４の開口部１３ａから露出する領域の全体を覆い、電極１８がその領域の両外側で配線１６とキャップ１３に接続されているため、透明導電膜１５の波長変換部材１４と接触する全領域の抵抗値を判定回路Ｃ２によりモニターし、波長変換部材１４の開口部１３ａから露出する全領域における破損の発生を判定することができる。
図８（ａ）、（ｂ）、図９（ａ）、（ｂ）は、発光装置１の変形例である発光装置１ａ、発光装置１ｂ、発光装置１ｃ、発光装置１ｄの垂直断面図である。
発光装置１ａにおいては、透明導電膜１５が波長変換部材１４のレーザーダイオード素子１２側の面上に設置されている。この構成においては、判定回路Ｃ１へ接続するための配線１６をキャップ１３の内面上に形成することができる。
発光装置１ａにおける透明導電膜１５と配線１６又はキャップ１３との接続方法としては、透明導電膜１５が波長変換部材１４の光取り出し側の面に形成される場合と同様の方法を用いることができる。なお、透明導電膜１５は、波長変換部材１４の光取り出し側の面とレーザーダイオード素子１２側の面の両方に設置されてもよい。
発光装置１ｂにおいては、キャップ１３の開口部１３ａに光透過部材２１が嵌め込まれ、光透過部材２１の上に透明導電膜１５、波長変換部材１４が積層されている。光透過部材２１は、レーザーダイオード素子１２から発せられる光を透過する材料、例えば、シリカガラスやサファイアガラスなどのガラスや、ポリカーボネートやアクリルなどの樹脂からなる。
発光装置１ｂにおける透明導電膜１５と配線１６又はキャップ１３との接続方法としては、例えば、図５、図６に示されるような方法を用いることができる。
発光装置１ｃ、発光装置１ｄは、光透過部材２１、透明導電膜１５、及び波長変換部材１４の位置関係は発光装置１ｂと同様であるが、光透過部材２１と透明導電膜１５との間に絶縁膜２２が形成されている。これによって、キャップ１３が導電性を有し、図４、図５に示されるような方法で透明導電膜１５と配線１６とを接続する場合に、透明導電膜１５とキャップ１３との短絡を確実に防ぐことができる。
絶縁膜２２の形状は、発光装置１ｃにおける絶縁膜２２のように、透明導電膜１５の下面の全体を追うものであってもよいし、発光装置１ｄにおける絶縁膜２２のように、透明導電膜１５の下面の縁を覆うものであってもよい。
（実施の形態の効果）
上記の第１、２の実施の形態によれば、波長変換部材の破損を精度よく検知し、波長変換部材の破損によるレーザー光の漏れを効果的に抑えることのできる発光装置を提供することができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、上記の実施の形態においては、本発明の発光装置の例としてＣＡＮパッケージについて説明したが、本発明の発光装置のパッケージ形態は、表面実装型（ＳＭＤ型）などの他のパッケージ形態であってもよい。また、発明の主旨を逸脱しない範囲内において上記実施の形態の構成要素を任意に組み合わせることができる。
また、上記の実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
１、１ａ〜１ｄ、２ 発光装置
１０ ステム
１２ レーザーダイオード素子
１３ キャップ
１４ 波長変換部材
１５ 透明導電膜
１５ａ 凹部
１５ｂ 凸部
１６ 配線
２４ 筐体
２４０ 本体
２４１ 蓋
２５ 反射材
Ｃ１ 判定回路
Ｃ２ 駆動回路

Claims (6)

  1. レーザーダイオード素子と、
    前記レーザーダイオード素子から発せられる光を吸収して、波長を変換する波長変換部材と、
    前記波長変換部材の光取り出し側の面と前記レーザーダイオード素子側の面の少なくとも一方の上に設置された透明導電膜と、
    を備え、
    前記透明導電膜が、前記波長変換部材に破損が生じたときに、前記波長変換部材と重なる領域の電気抵抗が増加するように設置された、
    発光装置。
  2. 前記透明導電膜の前記波長変換部材と重なる領域の厚さが、５０ｎｍ以上、２０００ｎｍ以下の範囲内にある、
    請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記透明導電膜が、前記波長変換部材と重なる領域において前記波長変換部材と接触している、
    請求項１又は２に記載の発光装置。
  4. 前記透明導電膜が、前記波長変換部材と接触する領域の前記波長変換部材と反対側の面に凹凸を有する、
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
  5. 前記透明導電膜の前記波長変換部材と接触する領域の電気抵抗が所定の値を超えたときに、前記レーザーダイオード素子の駆動回路からの前記レーザーダイオード素子への電源の供給を止めるための信号を送信する判定回路に接続するための、前記発光装置の前記透明導電膜に電気的に接続された配線を備えた、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
  6. 前記レーザーダイオード素子に電気的に接続された、前記レーザーダイオード素子の駆動回路と、
    前記透明導電膜に電気的に接続され、前記透明導電膜の前記波長変換部材と接触する領域の電気抵抗が所定の値を超えたときに、前記駆動回路からの前記レーザーダイオード素子への電源の供給を止めるための信号を送信する判定回路と、
    を備えた、
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の発光装置。
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