JP2021056308A - 光学部材、光学部材の製造方法及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学部品を構成する部品同士の固定の強度を確保することができる光学部材、それを用いた発光装置等を提供することを目的とする。【解決手段】内壁に溝が設けられ、光入射開口部及び光出射開口部を有する貫通孔を備えた支持部材と、前記貫通孔内に配置された第１透光性部材と、前記貫通孔内に配置され、かつ前記溝内にその一部が入り込んだ第２透光性部材とを備える光学部材。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は光学部材、光学部材の製造方法及び発光装置に関する。

半導体レーザ素子と光部品とを組み合わせた発光装置が知られている。特許文献１には、支持部材に設けられた貫通孔の内壁に第１透光性部材による融着によって第２透光性部材が固定された光部品が記載されている。また、第２透光性部材の上に第３透光性部材を融着によって固定してもよく、第１透光性部材の材料として、例えば、ガラスが記載されている。

特開２０１６−０７２５１３号公報

発光装置の多岐にわたる用途から、光部品のより過酷条件での使用耐性の向上等の要求がある。

本開示は、以下の発明を含む。
（１）内壁に溝が設けられ、光入射開口部及び光出射開口部を有する貫通孔を備えた支持部材と、
前記貫通孔内に配置された第１透光性部材と、
前記貫通孔内に配置され、かつ前記溝内にその一部が入り込んだ第２透光性部材とを備える光学部材。
（２）内壁に溝が設けられ、光入射開口部及び光出射開口部を有する貫通孔を備えた支持部材を準備し、
前記貫通孔の中に第１透光性部材を配置し、
前記貫通孔内の前記第１透光性部材上に第２透光性部材を配置し、
該第２透光性部材を溶融して、前記溝内にその一部を入り込ませて前記第１透光性部材及び前記第２透光性部材を貫通孔内に固定することを含む光学部材の製造方法。
（３）発光素子と、上述した光学部材とを含む発光装置であって、前記光学部材は、前記発光素子からの光が前記光入射開口部に入射する位置に配置された発光装置。

本開示の光学部材によれば、光学部材を構成する部品同士の固定の強度を確保することができる。
また、このような光学部材の製造方法では、簡便に、第２透光性部材を支持部材に強固に固定させることができる。
さらに、このような光学部材を備えた発光装置は、品質の劣化を抑制することができる。

本発明の一実施形態の光学部材を示す概略断面図である。 図１Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図１Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図１Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 本発明の別の実施形態の光学部材を示す概略断面図である。 図２Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図２Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図２Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 本発明のさらに別の実施形態の光学部材を示す概略断面図である。 図３Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図３Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図３Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 本発明の光学部材の一実施形態を示す概略断面図である。 図４Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図４Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 図４Ａの光学部材の製造方法の概略断面工程図である。 本発明の一実施形態の発光装置を示す概略断面斜視図である。 本発明の別の実施形態の発光装置を示す概略断面図である。

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する光学部材、その製造方法及び発光装置は、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。各図面が示す部材の大きさ及び位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
なお、本願明細書において、平行とは±５°の傾きが許容される。

〔光学部材１０〕
本実施形態の光学部材１０は、図１Ａに示すように、支持部材１３と、第１透光性部材１１と、第２透光性部材１２とを備える。支持部材１３は、内壁１３ｂに溝１３ｃが設けられ、光入射開口部１３Ｉ及び光出射開口部１３Ｏを有する貫通孔１３ａを備えている。第１透光性部材１１は、貫通孔１３ａ内に配置されている。第２透光性部材１２は、貫通孔１３ａ内に配置され、かつ溝１３ｃ内にその一部が入り込んでいる。
このような構成を有する光学部材は、支持部材１３の溝１３ｃに第２透光性部材１２が入り込む。これによって、第２透光性部材１２が支持部材１３から脱離する可能性を低減することができ、第２透光性部材１２を貫通孔内に強固に固定することができる。その結果、光学部材について、より長い期間における良好な信頼性を得ることが可能となる。第２透光性部材１２の脱離の可能性が低減されることにより、第１透光性部材１１の脱離の可能性も低減することができる。また、このような光学部材１０は、各部品がより小型化されても、支持部材１３と第２透光性部材１２の接触面積を増大させることができるため、強固な固定を確保することができる。また、接触面積を増大させることにより、このような光学部材１０は、第２透光性部材１２から支持部材１３側への熱引きをより良好に行うことができる。

（支持部材１３）
支持部材１３は、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２を支持する部材である。支持部材１３は、光入射開口部１３Ｉ及び光出射開口部１３Ｏを有し、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２を支持するための貫通孔１３ａを有する。
支持部材１３は、反射性の材料からなることが好ましい。これにより、貫通孔１３ａ内に照射される光の利用効率を向上することができる。例えば、支持部材１３において、少なくとも光入射開口部１３Ｉを有する面は、後述する発光素子が出射する光に対して反射性の材料によって形成されていることが好ましく、貫通孔１３ａの内壁１３ｂも反射性の材料によって形成されていることがより好ましく、支持部材１３の全てが反射性の同一材料で一体的に形成されていることがさらに好ましい。反射性とは、発光素子が出射する光に対する反射率が、少なくとも７０％以上であるものを意味し、８０％以上であるものが好ましく、９０％以上であるものがより好ましい。

支持部材１３は、熱伝導性が良好な材料からなることが好ましい。これにより、第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２から支持部材１３への熱引きをより良好に行うことができる。ここで、熱伝導率が良好とは、２０℃における熱伝導率が数Ｗ／ｍ・ｋ以上のものが好ましい。支持部材１３の熱伝導率は、１０Ｗ／ｍ・ｋ以上、２５Ｗ／ｍ・ｋ以上がより好ましく、５０Ｗ／ｍ・ｋ以上がさらに好ましい。
支持部材１３の材料は、第２透光性部材１２の溶融に耐え得る材料から選択することができる。例えば、第２透光性部材１２を溶融させる際の温度よりも融点が高い材料が挙げられる。支持部材１３の材料は、融点が１０００℃より高いものが好ましく、融点が１５００℃以上のものがさらに好ましい。具体的には、支持部材１３の材料としては、例えば、炭化ケイ素、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム等のセラミックスのほか、タングステン、タンタル、モリブデン等の高融点金属、これらの複合体などが挙げられる。なかでも、高熱伝導率及び高反射率であるアルミナ（酸化アルミニウム）セラミックスを用いることが好ましい。

支持部材１３の形状は、特に限定されるものではなく、後述する貫通孔１３ａを備えるものであれば、どのような形状でもよい。例えば、平板状、フェルール様形状等、種々の形状が挙げられる。支持部材１３において、光入射開口部１３Ｉを有する面及び光出射開口部１３Ｏを有する面は、互いに平行であることが好ましい。
支持部材１３の大きさ及び厚みは、使用目的、意図する作用及び／又は効果によって、適宜設定することができる。放熱性及び／又は強度を考慮すると、支持部材１３の厚みは０．２０ｍｍ程度以上とすることができる。また、支持部材１３は第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２を支持できる程度の厚みがあればよく、コスト増大及び発光装置の高さの増大を抑えるため、例えば２ｍｍ以下とすることができる。

支持部材１３において、貫通孔１３ａの形状は特に限定されない。貫通孔１３ａの形状は、光の進行方向に対して一定の幅又は径を有する内壁１３ｂによって形成されていてもよいし、光の進行方向に沿って拡がる内壁１３ｂによって形成されていてもよいし、これらが組み合わせられた形状でもよい。貫通孔１３ａは光の進行方向に沿って狭まる内壁１３ｂによって形成されていてもよい。光の進行方向における拡がりは、傾斜的又は段階的のいずれでもよい。なかでも、貫通孔１３ａは、光の進行方向に拡がる内壁１３ｂによって形成されていることが好ましく、さらに傾斜的に拡がる内壁１３ｂによって形成されていることがより好ましい。言い換えると、支持部材１３の貫通孔１３ａは、光入射開口部１３Ｉよりも光出射開口部１３Ｏにおいて開口径が大きいことが好ましい。このような形状とすることにより、入射した光の戻り光を貫通孔の内壁１３ｂによって反射させて、光出射側に効率的に取り出すことができる。支持部材１３における貫通孔１３ａの形状は、柱状、錐形状又はこれらを組み合わせた形状が挙げられる。傾斜的に拡がる内壁１３ｂは、例えば、その傾斜角が、支持部材１３の光入射開口部を有する面又は光出射開口部を有する面に対して、４５°から８５°が挙げられ、６０°から８０°とすることができる。光入射開口部１３Ｉ及び光出射開口部１３Ｏの平面形状は円形、楕円形、三角形及び四角形等の多角形であってもよいが、円形又は略円形が好ましい。用いる光源（発光素子）からの光の形状に近付けるためである。光入射開口部１３Ｉ及び光出射開口部１３Ｏにおける平面積の違いとしては、例えば、光入射開口部の平面積を光出射開口部の平面積の５％から５０％とすることができる。

貫通孔１３ａの大きさは、特に限定されず、例えば、光学部材１０に照射される発光素子からの光の８０％以上を通過させることができる大きさとすることができる。具体的には、発光素子の種類にもよるが、貫通孔１３ａの大きさは、その直径又は幅が０．１０ｍｍから５．０ｍｍの範囲とすることができる。ただし、光の進行方向に必ずしも一定の直径又は幅でなくてもよい。貫通孔１３ａの長さは、用いる支持部材１３の大きさにより適宜設定することができる。例えば、０．２０ｍｍから１０ｍｍ程度が挙げられる。

貫通孔１３ａの内壁１３ｂに設けられた溝１３ｃは、内壁１３ｂにおいて、いずれかの方向に、１又は複数本、いかなる形状で配置されていてもよい。溝１３ｃは、内壁１３ｂに沿って、貫通孔１３ａ内の同じ高さで又は異なる高さに変化しながら、貫通孔１３ａを取り囲むように配置されていることが好ましい。溝１３ｃは、雌ねじ状に、内壁１３ｂの厚み方向の一部又は全部の領域にわたって、１本又は複数本に分断されて配置されていてよく、雌ねじ状に、内壁１３ｂの厚み方向の一部の領域に１本以上配置されていてもよい。この場合、雌ねじ状の溝１３ｃは、時計回りの螺旋状、反時計回りの螺旋状に形成されていてよい。例えば、溝１３ｃが雌ねじ状に配置されている場合には、ねじ山の角度は６０°±２０°とすることができる。図１Ａのような断面において、１つの溝の幅は、１０μｍから７０μｍとすることができる。また、図１Ａのような断面において溝が複数ある場合には、例えば、複数の溝の上端から複数の溝の下端までの距離を１００μｍから５００μｍとすることができ、ピッチ（例えば、ねじ山間又は谷間の長さ）を１０μｍから７０μｍとしてもよい。溝１３ｃの深さ（例えば、ねじ山と谷との差）は５０μｍから１００μｍが挙げられる。溝は、内壁１３ｂの厚み方向の５％から９５％の領域に配置されていることが好ましい。

溝は、貫通孔１３ａ内に配置された第１透光性部材１１の側面の全部又は一部に対向する内壁１３ｂに配置されていてもよい。例えば、溝１３ｃは、図１Ａに示すように、第２透光性部材１２の側面の全部又は一部に対向する内壁１３ｂに配置されていてもよい。図２Ａに示すように、溝１３Ａｃは、第１透光性部材１１から第２透光性部材１２の側面に対向する内壁の全部又は一部に配置されていてもよい。溝１３ｃ、１３Ａｃによって、支持部材１３と第２透光性部材１２との接触面積の増大を図ることができ、より強固にこれらを支持部材１３に固定することができる。また、溝による支持部材１３と第２透光性部材１２との接触面積の増加により、熱引きを増大させることができる。

図１Ａに示すように、溝１３ｃは、第２透光性部材１２の側面の一部又は全部に対向する内壁１３ｂに配置されていることが好ましい。これによって、より確実に第２透光性部材１２を溝１３ｃに入り込ませることができる。図２Ａに示すように、溝１３Ａｃは、第１透光性部材１１の側面の一部又は全部に対向する内壁１３ｂ及び第２透光性部材１２の側面の一部又は全部に対向する内壁１３ｂに配置されていてもよい。これにより、第１透光性部材１１の脱離の可能性をより低減することができる。溝１３Ａｃは、第１透光性部材１１から第２透光性部材１２の側面に対向する内壁に連続して配置されていてもよい。これにより、第２透光性部材１２と支持部材１３との接触面積が増大し、熱引き効果を増大させることができる。また、溝１３ｃは、第１溝と、第１溝から離間した第２溝とを含むことが好ましい。例えば、第１溝が、第１透光性部材１１の側面に対向する内壁に、第２溝が、第２透光性部材１２の側面に対向する内壁に配置され、互いに離間している配置とすることができる。このように複数の溝が離間して配置されていることにより、一方の溝において第２透光性部材１２と支持部材１３との間に隙間が生じる場合には、その隙間の進行は他方の溝にまで到達し難いと考えられる。これにより、第２透光性部材１２を支持部材から外れ難くすることができる。溝１３ｃは、第１溝及び第２溝がそれぞれ時計回り及び反時計回りの螺旋状に配置されることが好ましい。つまり、第１溝が時計回りの螺旋状、第２溝が反時計回りの螺旋状とすることができる。時計回り又は反時計回りのいずれかの螺旋状の溝のみを配置して、第２透光性部材１２と支持部材１３との間に隙間が生じると、第２透光性部材１２が回転して支持部材１３から外れる場合がある。時計回り及び反時計回りの螺旋状の第１溝及び第２溝を設ければ、隙間が生じたとしても第２透光性部材１２の回転が制限される。したがって、第２透光性部材１２を支持部材からさらに外れ難くすることができる。

溝１３ｃは、第１透光性部材１１に対面する内壁１３ｂに設ける部分と、第２透光性部材１２に対面する内壁１３ｂに設ける部分とで、同様の形状であってもよく、異なっていてもよい。溝１３ｃのこれらの部分は、例えば、ねじ山の角度、ピッチ、幅、深さ、螺旋の向き等を異ならせてもよい。容易かつ精度良く、溝を形成することができるという観点からは、それらは同じであることが好ましい。

また、貫通孔１３ａ内においては、内壁１３ｂに沿って、さらに、図３Ａ及び４Ａに示すように、ガラス層１４が配置されていてもよい。この場合、ガラス層１４は、その一部又は全部が溝内に入り込んでいることが好ましい。これにより、第２透光性部材１２が、又は、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２が、ガラス層１４を介して支持部材１３、１３Ａに接続されることができる。しがたって、第２透光性部材１２、又は、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２をより強固に固定することができ、また、それらの熱を支持部材１３に引きやすくすることができる。

（第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２）
第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２は、ともに支持部材１３の貫通孔１３ａ内に配置され、光入射開口部１３Ｉ側から進入した光を光出射開口部１３Ｏ側に透過させ得る部材である。第１透光性部材１１は、光入射開口部１３Ｉ側に配置され、第２透光性部材１２は、光出射開口部１３Ｏ側に配置されている。光透過率は、光学部材１０に照射される発光素子からの光に対して、５０％以上、６０％以上、７０％又は８０％以上とすることができる。なお、第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２が蛍光体を含有する場合は、発光素子からの光の透過率はこれより低くてもよい。

第１透光性部材１１は、例えば、光出射開口部１３Ｏ側に位置する第１主面と、第１主面とは反対の側の第２主面と、第１主面と第２主面とを繋ぐ側面とを有することができる。
第２透光性部材１２は、例えば、光入射開口部１３Ｉ側に位置する第２主面と、第２主面とは反対の側の第１主面とを有することができる。
第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２は、ともに貫通孔１３ａの内壁１３ｂに一部が接触する形状であってもよい。第１透光性部材１１は、貫通孔１３ａの高さよりも薄い厚みを有する平板状とすることができる。
第１透光性部材１１は、図２Ａ及び４Ａに示すように、少なくとも側面の第１主面側の端が貫通孔１３ａの内壁１３ｂから離間していてもよい。内壁１３ｂと第１透光性部材１１の側面の第１主面側の端との間には、第２透光性部材１２の一部及び／又は上述したガラス層が埋め込まれていることが好ましい。これによって、第１透光性部材１１を支持部材１３に対してより強固に固定することができる。

第２透光性部材１２は、その一部が第１透光性部材１１と光出射開口部１３Ｏとの間に配置され、他の一部が第１透光性部材１１と支持部材１３、１３Ａとの間、特に、支持部材１３の内壁１３ｂの溝内１３ｃ、１３Ａｃに配置されていることが好ましい。これにより、第２透光性部材１２によって第１透光性部材１１を支持部材１３に対してより強固に固定することができる。この場合、上述したガラス層を不要としてもよい。ガラス層が不要であれば、部品点数の削減により光学部材１０の製造に係るコストを削減することができる。第１透光性部材１１と光出射開口部１３Ｏとの間に配置された第２透光性部材１２は、貫通孔１３ａの内壁１３ｂに交差する一平面を塞ぐように配置されていることが好ましい。これにより、第２透光性部材１２によって第１透光性部材１１が支持部材１３から外れる可能性を低減することができる。第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２は、互いに離間して貫通孔１３ａ内に配置していてもよいが、互いに接触して配置されていることが好ましい。

第２透光性部材１２の一部が溝内に入り込んで配置されている場合、貫通孔１３ａは光入射開口部１３Ｉよりも光出射開口部１３Ｏにおいて開口径が大きく、かつ、第１透光性部材１１が光入射開口部１３Ｉ側に配置され、第２透光性部材１２が光出射開口部１３Ｏ側に配置されていることが好ましい。これにより、溝内に配置された第２透光性部材１２が蓋のような役割を果たし、第１透光性部材１１が支持部材１３から外れる可能性を低減することが可能となる。つまり、第２透光性部材１２が支持部材１３に固定されるのみならず、第１透光性部材１１も貫通孔内により確実に支持又は固定することができる。

また、図２Ａに示すように、溝１３Ａｃの少なくとも一部が第１透光性部材１１の側面の側方の内壁１３ｂに配置され、その溝１３Ａｃ内に、第２透光性部材１２の一部が入り込んでいる場合には、第１透光性部材１１と支持部材１３Ａとの隙間を塞ぐように、第２透光性部材１２の一部が入りこんでいることがより好ましい。言い換えると、第１透光性部材１１の上面（光出射開口部側の面）と側面とが第２透光性部材１２に接触していることがより好ましい。これにより、第１透光性部材１１が、第２透光性部材１２を通して支持部材１３に放熱経路を確保することができ、放熱効率を向上させることができる。

第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２は、高出力の光が照射されても、変質等が生じ難い耐光性及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。このような材料としては、例えば、融点が１０００℃から３０００℃のものが挙げられ、１３００℃から２５００℃のものが好ましく、１５００℃から２０００℃のものがより好ましい。
第２透光性部材１２がガラスである場合に、第１透光性部材１１の融点は、第２透光性部材１２の軟化点よりも高いことが好ましい。
このような材料により第１透光性部材１１を形成することにより、まず第１透光性部材１１を配置し、その後で第２透光性部材１２を溶融させて溝に入り込ませることができる。また、光源（例えば、発光素子）からの光の照射により第１透光性部材１１が高温になった場合でも、第１透光性部材１１自体が融解することを抑制することができる。よって、発光装置の光学特性を維持することができる。また、熱伝導率に優れるものを用いることにより、光源に起因する熱を効率よく放出することができる。なお、第２透光性部材１２をその融点以上に加熱することで溝に入り込ませる場合は、第１透光性部材１１は第２透光性部材１２よりも高融点の材料で形成することが好ましい。

第１透光性部材１１の融点は、支持部材１３と同等であってもよいし、低くても、高くてもよい。例えば、第１透光性部材１１は、セラミックスからなるものが挙げられる。具体的には、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、融点：約１９００℃から２１００℃）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２、融点：約２６００℃から２８００℃）、酸化バリウム（ＢａＯ、融点：１８００℃から２０００℃）、酸化チタン（ＴｉＯ_２、融点：１７００℃から１９００℃）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３、融点：２４２５℃）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４、融点：１９００℃）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ、融点：２２００℃）、炭化ケイ素（ＳｉＣ、融点：２７３０℃）等が挙げられる。これらのうちの１種の又は２種以上を組み合わせたセラミックスを第１透光性部材１１として用いることができる。透光性が良好であり、融点、熱伝導性及び拡散性等の観点から、第１透光性部材１１としては、例えばアルミナ（酸化アルミニウム）セラミックスを用いることができる。

第２透光性部材１２がガラスである場合に、第２透光性部材１２は、第１透光性部材１１の融点よりも低い軟化点を有する材料からなるものが好ましい。第１透光性部材１１もガラスであれば、第２透光性部材１２の軟化点は第１透光性部材１１の軟化点よりも低いことが好ましい。例えば、第２透光性部材１２は、ガラスである場合に、軟化点が１２００℃以下のものが好ましく、１０００℃以下のものがより好ましい。特に、第２透光性部材１２は、一旦溶融することで、支持部材１３と、第１透光性部材１１とを固定させることが好ましいことから、溶融し、再度固化した後において高い光透過率を維持できる材料によって形成することが好ましい。

第２透光性部材１２を構成する材料としては、無機材料からなるものが挙げられる。無機材料としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダガラス、鉛ガラスなどのガラスが挙げられる。ホウケイ酸ガラスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とし、さらに酸化ホウ素（無水ホウ酸）（Ｂ_２Ｏ_３）などの成分を含むガラスである。ホウケイ酸ガラスとしては、公知のホウケイ酸ガラスを用いることができる。ホウケイ酸ガラスの軟化点は、通常５００℃から１０００℃であり、好ましくは５００℃から９００℃である。ソーダガラスは、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）および酸化カルシウム（ＣａＯ）を主成分とするガラスを意味する。公知のソーダガラスを用いることができる。ソーダガラスの軟化点は、通常５００℃から８００℃であり、好ましくは６００℃から８００℃である。鉛ガラスは、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）および酸化鉛（ＰｂＯ）を主成分とするガラスを意味する。公知の鉛ガラスを用いることができる。鉛ガラスの軟化点は、通常３００℃から６００℃であり、好ましくは５００℃から６００℃である。

第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２は、少なくとも一方に蛍光体を含むことができ、双方に蛍光体を含んでもよい。第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２が蛍光体を含有している場合には、発光素子から出射される光の波長を変換することができ、発光素子からの光と、波長変換された光との混色光を外部に放出することができる。この場合、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２同じ蛍光体を含んでいてもよいし、異なる蛍光体を含んでいてもよい。また、蛍光体を同じ濃度で含んでいてもよいし、異なる濃度で含んでいてもよい。第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２はいずれも単層であってもよいが、異なる蛍光体及び／又は異なる蛍光体濃度の層を複数積層した積層構造であってもよい。

第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２が蛍光体を含む場合、色ムラを低減するために、それらの厚みを一定とすることができる。第２透光性部材１２は、その一部が第１透光性部材１１の側面に回り込む場合があるため、そのような回り込みの部分以外の厚みを一定とするとよい。また、第１透光性部材１１の第１主面及び第２主面は平行であることが好ましく、第２透光性部材１２の第１主面及び第２主面は平行な部分を含むことが好ましい。第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２の各主面がこのような平行面であることによって、各主面をそれぞれ、発光素子からの光の進行方向に対して垂直に配置することができる。

蛍光体としては、例えば、用いる光源（発光素子）が発する光の波長、得ようとする光の色などを考慮して、公知のものを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）蛍光体、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）蛍光体、ユウロピウムで賦活されたシリケート蛍光体、βサイアロン蛍光体、ＫＳＦ蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：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く、例えばＹＡＧ蛍光体を用いることができる。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、複数の種類の蛍光体を所望の色調に適した組み合わせ及び配合比で用い、演色性及び色再現性を調整することもできる。発光素子からの光が直接照射される透光性部材（例えば第１透光性部材１１）にＹＡＧ蛍光体を含有させ、それと光出射開口部１３Ｏとの間に位置する透光性部材（例えば第２透光性部材１２）にそれ以外の蛍光体を含有させてもよい。
これらの蛍光体を利用することにより、例えば、可視波長域の一次光及び二次光の混色光（例えば白色光）を出射する発光装置、又は、紫外光の一次光に励起されて可視波長域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好ましく、例えばＹＡＧ蛍光体が挙げられる。
蛍光体は、第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２の総重量に対して、例えば０．０５重量％から５０重量％とすることができる。

第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２は、光散乱材を含んでいてもよい。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、光散乱材の含有量は、特に限定されず、例えば、使用する第１透光性部材及び／又は第２透光性部材の主材料よりも少ない量とすることができる。

上述したように、図３Ａ及び４Ａに示すように、貫通孔１３ａ内にガラス層１４が配置されている場合には、ガラス層１４は、第１透光性部材１１の融点よりも低い融点又は軟化点を有する材料であることが好ましい。このようなガラス層１４を用いる場合には、ガラス層１４の一部が溝内に入り込んでいるとともに、第２透光性部材１２の一部も、ガラス層１４の表面（支持部材１３と反対側の面）において、溝１３ｃ、１３Ａｃ内に入り込んでいることが好ましい。これによって、第２透光性部材１２を支持部材１３により強固に固定することができる。
なお、ガラス層１４は、溝１３ｃ内のみならず、内壁１３ｂの表面に配置されていてもよい。この場合には、図３Ａに示すように、第１透光性部材１１と支持部材１３との隙間において、第２透光性部材１２を介さないで、ガラス層１４のみが配置された部位が存在していてもよい。このようなガラス層１４によっても、第１透光性部材１１を支持部材１３の内壁１３ｂに固定することができる。

第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２は、光入射開口部側及び／又は光出射開口部側の表面に機能性膜が形成されていてもよい。機能性膜としては、単層又は積層構造の公知の膜を用いることができ、例えば、反射防止膜（ＡＲ膜）、ショートパスフィルター、ロングパスフィルター等が挙げられる。

〔光学部材の製造方法〕
この実施形態の光学部材の製造方法は、
内壁１３ｂに溝１３ｃが設けられ、光入射開口部１３Ｉ及び光出射開口部１３Ｏを有する貫通孔１３ａを備えた支持部材１３を準備し、
貫通孔１３ａの中に第１透光性部材１１を配置し、
貫通孔１３ａ内の第１透光性部材１１上に第２透光性部材１２を配置し、
第２透光性部材１２を溶融して、溝１３ｃ内にその一部を入り込ませて第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２を貫通孔１３ａ内に固定することを含む。

（支持部材１３の準備）
例えば、支持部材１３となる板状のセラミックスを準備する。図１Ｂに示すように、この板状のセラミックスを金型による成型や切削等により、適当な大きさに加工し、一方向に向かうに従って幅広となる貫通孔１３ａを形成する。
あるいは、セラミックスのグリーンシートを準備し、セラミックグリーンシートを所定の形状に成形し、焼成することで支持部材１３を形成してもよい。貫通孔１３ａの形成は、当該分野で公知の方法によって行うことができる。例えば、研削及び金型を用いて形成する。

貫通孔１３ａの内壁１３ｂへの溝１３ｃの形成は、例えば、スクリューを用いて行うことができる。この場合、貫通孔１３ａの一部にのみ、スクリューを用いて溝を形成することができる。例えば、図１Ｂに示すように、第２透光性部材１２が配置される位置の側方にのみ溝を形成することができる。また、光入射開口部１３Ｉから光出射開口部１３Ｏの間において、大きさが異なるスクリューをそれぞれ用いて、図２Ｂに示すように、貫通孔１３ａの光入射開口部１３Ｉ側から光出射開口部１３Ｏ側にわたって、溝１３Ａｃを形成してもよい。つまり、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２が配置される位置の側方に、溝１３Ａｃを形成してもよい。この場合、大きさが異なるスクリューごとに、溝の形成位置を異ならせ、溝同士を縁切りすることが好ましい。これにより、溝が分断されるため、ここに埋め込まれる材料の抜け出しの可能性を低減することができる。溝は、第１透光性部材１１の最も光入射開口部１３Ｉ側の面よりも光出射開口部１３Ｏ側に形成することができる。

（第１透光性部材１１の配置）
第１透光性部材１１となる材料による平板を準備する。この第１透光性部材１１となる材料には、蛍光体と、任意に光散乱材又はフィラーが含有されていてもよい。
例えば、アルミナセラミック板を準備する場合、アルミナセラミック板を準備する方法としては、酸化アルミニウムを主成分とする材料に、任意に添加剤、蛍光体、光拡散剤等を添加して混合し、得られた混合物を、固体圧縮焼結法等によって焼結する方法が挙げられる。

加工した第１透光性部材１１を、図１Ｃに示すように、貫通孔１３ａ内の光入射開口部１３Ｉ側に配置する。
ここで、第１透光性部材１１は、貫通孔１３ａ内で、最も光入射開口部１３Ｉ側の面の外周が内壁１３ｂに接触することが好ましい。これにより、後工程における第２透光性部材１２及び／又はガラス層１４の溶融物が、支持部材１３の光入射開口部１３Ｉ側に漏れる可能性を低減することができる。また、第１透光性部材１１は、貫通孔１３ａ内で、最も光出射開口部１３Ｏ側の面の外周が内壁１３ｂから離間することが好ましい。これにより、後工程における第２透光性部材１２及び／又はガラス層の溶融物が支持部材１３と第１透光性部材１１との隙間に入り込むことによって、両者を効果的に固定させることができる。

（第２透光性部材の配置）
第２透光性部材１２となる材料による個片１２ａを準備する。この第２透光性部材１２となる材料には、蛍光体と、任意に光散乱材又はフィラーが含有されていてもよい。
第２透光性部材となる個片１２ａを、図１Ｄに示すように、貫通孔１３ａ内に配置する。この場合、第１透光性部材１１の上（つまり、光出射開口部１３Ｏ側）に第２透光性部材となる個片１２ａを配置する。個片１２ａは後述する工程で溶融させるため、個片１２ａの形状は、貫通孔１３ａに沿った形状でもよく、それとは異なる形状であってもよい。第２透光性部材となる個片１２ａは、第１透光性部材１１と離間するように配置してもよい。

（第２透光性部材の固定）
図１Ａに示すように、第２透光性部材となる個片１２ａを溶融させて、溝１３ｃ内にその一部を入りこませる。そのために、第２透光性部材となる個片１２ａを加熱する。この加熱は、個片１２ａのみを加熱する方法でもよいが、第１透光性部材１１及び個片１２ａを貫通孔１３ａに配置した支持部材１３を、所定の雰囲気温度の加熱炉内に入れて加熱する方法でもよい。
ここでの加熱温度は、用いる材料によって適宜調整することができる。例えば、第２透光性部材となる個片１２ａの軟化点又は融点よりも高く、第１透光性部材１１及び支持部材１３の軟化点又は融点よりも低い温度が挙げられる。個片１２ａと第１透光性部材１１と支持部材１３のそれぞれの軟化点又は融点のいずれを基準とするかについて、ガラスのように軟化点を有する材料の場合は軟化点を基準とし、それ以外の材料の場合は融点を基準とすることができる。具体的には、第２透光性部材となる個片１２ａの軟化点又は融点は、７５０℃から８７０℃が挙げられる。個片１２ａの加熱は、個片１２ａが溶融して第２透光性部材１２が溝１３ｃ内に入り込む程度の時間行う。この加熱時間は、例えば、１０分間から４０分間が挙げられる。

その後、第１透光性部材１１と第２透光性部材１２と支持部材１３との複合体を室温の場所に移動させる。これにより、第２透光性部材１２が固化し、第２透光性部材１２を支持部材１３の貫通孔１３ａ内に固着させることができる。また、このように固着された第２透光性部材１２によって、貫通孔１３ａの光入射開口部１３Ｉ側に配置された第１透光性部材１１の押さえとすることができる。これにより、第１透光性部材１１を効果的に貫通孔１３ａ内に固定することができ、第１透光性部材１１が貫通孔１３ａから外れたり、飛び出したりする可能性を低減することができる。さらに、第２透光性部材１２が、第１透光性部材１１と支持部材１３との隙間を塞ぐように配置する場合には、第１透光性部材１１で発生した熱を、第２透光性部材１２を通して、支持部材１３に逃がすことができるために、第１透光性部材１１の放熱性を向上させることができる。
第２透光性部材１２は、図１Ａに示すように、第１透光性部材１１の上面よりも上側にのみ配置してもよい。また、第１透光性部材１１と支持部材１３の内壁１３ｂとの間に隙間がある場合には、第２透光性部材１２の一部を、第２透光性部材１２の側方の溝１３ｃ内に配置し、他の一部を、第１透光性部材１１と支持部材１３の内壁１３ｂとの隙間に入り込ませてもよい。さらに、図２Ａに示すように、溝１３Ａｃが、第１透光性部材１１の側方まで配置されている場合には、第２透光性部材１２は、第２透光性部材１２の側方の溝１３Ａｃ内及び第１透光性部材１１の側方の溝１３Ａｃ内に入り込んでいてもよい。これによって、第１透光性部材１１を支持部材１３により強固に固定させることができる。また、第１透光性部材１１が第２透光性部材１２を介して支持部材１３に接続されるために、放熱経路を確保することができる。

（ガラス層の形成）
支持部材１３を準備した後、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２（個片１２ａ）を貫通孔１３ａ内に配置する前に、任意に、図３Ｂ及び図４Ｂのように、ガラス層１４を形成してもよい。ガラス層１４は、貫通孔１３ａの内壁１３ｂに、特に、溝１３ｃ、１３Ａｃ内に形成することができる。ガラス層１４は、例えば、溝１３ｃ、１３Ａｃ以外の内壁１３ｂ及び／又は支持部材１３の上面等にも形成してもよい。

ガラス層１４は、例えば、ゾルゲル法、スピンコート法、スパッタ法、蒸着等の公知の方法によって形成することができる。ガラス層１４は、マスクを用いるなどして、内壁１３ｂ及び／又は溝１３ｃ、１３Ａｃ内の一部に形成してもよい。ガラス層は、例えば、スパッタ法により形成することができる。例えば、ホウケイ酸ガラスからなるターゲットを用い、スパッタ装置により、スパッタして成膜する方法が挙げられる。ガラス層１４の厚みは、特に限定されず、溶融して、第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２を支持部材１３の貫通孔内１３ａに融着し得る厚みであればよい。

貫通孔１３ａの内壁１３ｂにガラス層１４を形成した場合、その後、図３Ｃ及び３Ｄ、図４Ｃ及び４Ｄに示すように、上述した工程、つまり、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２の配置、第２透光性部材の溶融、固化によって、同様に、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２を貫通孔１３ａ内に固定することができる。この場合、ガラス層１４は、第２透光性部材１２の溶融時に、第２透光性部材１２とともに溶融し、溝１３ｃ、１３Ａｃ内で、第１透光性部材１１又は溶融した第２透光性部材１２に融着し、その後、第２溶融性部材とともに固化させるとよい。これによって、ガラス層１４によって第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２を貫通孔１３ａ内に固定することができる。

ガラス層１４が存在する場合においても、第２透光性部材１２は、図３Ａに示すように、第１透光性部材１１の上面よりも上側にのみ配置してもよい。この場合、第１透光性部材１１は、ガラス層１４によって、支持部材１３に固定することができる。また、第１透光性部材１１と支持部材１３の内壁１３ｂとの間に隙間がある場合には、第２透光性部材１２の一部を、第２透光性部材１２の側方の溝１３ｃ内に配置し、他の一部を、第１透光性部材１１と支持部材１３の内壁１３ｂとの隙間に入り込ませてもよい。
さらに、図４Ａに示すように、溝１３Ａｃが、第１透光性部材１１の側方まで配置されている場合には、第２透光性部材１２は、ガラス層１４とともに、第２透光性部材１２の側方の溝１３Ａｃ内及び第１透光性部材１１の側方の溝１３Ａｃ内に入り込んでいてもよい。これによって、第１透光性部材１１をより強固に支持部材１３に固定させることができる。また、第１透光性部材１１が第２透光性部材１２を介して支持部材１３に接続されるために、放熱経路を確保することができる。

第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２の第１主面及び／又は第２主面等に、機能性膜を形成してもよい。機能性膜として、例えば、適用する発光装置における発光素子の出射光の波長と同程度の波長の光を透過し、それよりも長波長の光を反射するショートパスフィルター等を形成してもよい。フィルターは、スパッタ法、蒸着等によって形成することができる。このようなフィルターを形成することにより、所望の波長の光を選択的に効率的に取り出すことが可能となる。なお、機能性膜は、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２の固定の前後のいずれかのタイミングに、適宜、第１透光性部材１１及び／又は第２透光性部材１２の第１主面及び／又は第２主面に形成することができる。

〔発光装置〕
この実施形態の発光装置３０は、図５に示すように、発光素子３１及び上述した光学部材１０を含む。光学部材１０は、発光素子３１からの光が光入射開口部に入射する位置に配置されている。
発光素子３１は、レーザダイオード、発光ダイオード等の種々のものが挙げられる。発光素子３１としては、例えば、レーザダイオードのようにレーザ光を発振するレーザ素子を使用することができる。発光素子３１が出射する光のピーク波長としては、例えば、３００ｎｍから５００ｎｍが挙げられる。ＹＡＧ蛍光体と組み合わせる場合は、例えば４００ｎｍから４７０ｎｍ、より好ましくは４２０ｎｍから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。この発光装置は、上述したとおり、透光性部材の脱離の可能性を低減することができる光学部材を備えるため、発光素子３１としてレーザ素子を採用する場合に特に有効である。

発光装置３０は、発光素子３１としてレーザ素子を用いている。発光装置３０は、発光素子３１が出射する光の光路上に光学部材１０、特に、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２が位置するように、外側キャップ２７Ｂを備えている。外側キャップ２７Ｂは、内側キャップ２７Ａの光出射側を包囲するように配置される。

また、発光装置３０は、ステム２８Ａと、ステム２８Ａを貫通する２本のリード端子２８Ｂと、ステム２８Ａが有する凸部の側面に固定されたサブマウント２６と、サブマウント２６に固定された発光素子３１と、発光素子３１とリード端子２８Ｂのそれぞれとを電気的に接続するワイヤ２９とを備える。
内側キャップ２７Ａは、ステム２８Ａに固定された内側キャップ本体２７１と、内側キャップ本体２７１に設けられた貫通孔に固定されたレンズ２７２とを有する。外側キャップ２７Ｂは、外側キャップ本体２７３と、下側押さえ部２７４と、上側押さえ部２７５と、光学部材１０とを有する。
光学部材１０は、下側押さえ部２７４と上側押さえ部２７５とで挟持されるように固定されている。
発光素子３１から出射したレーザ光は、レンズ２７２で集光され、光学部材１０の手前で焦点を結び、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２に入射する。ステム２８Ａと内側キャップ２７Ａにより、発光素子３１が気密封止されている。なお、内側キャップ２７Ａと外側キャップ２７Ｂとステム２８Ａはパッケージ部材を構成する。

このような構成を有する発光装置３０は、図５に示すように、発光素子３１から出射された光が、入射光として、支持部材１３の貫通孔を通って、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２に照射され、出射光として出射される。
このような発光装置３０においては、発光素子３１からの光の進行方向に位置する第２透光性部材１２が外れる可能性が低減されているため、長時間の保管及び／又は駆動においても、発光装置３０が発する光の品質の劣化を抑制することができる。また、光学部材１０の各部品がより小型化されても、支持部材１３と第２透光性部材１２の接触面積を増大させることができるため、強固な固定を確保することができる。また、接触面積を増大させることにより、第２透光性部材１２から支持部材１３側、ひいては外側キャップ２７Ｂ等への熱引きをより良好に行うことができ、発光装置３０の信頼性を向上させることが可能となる。

また、図６に示すように、発光装置４０は、筐体４１の底面にサブマウント２６を介して載置された発光素子３１と、発光素子３１から出射される光の進行方向に配置された反射部材２３と、反射部材２３で反射して変更した光路上に配置された光学部材１０とを備えるものであってもよい。光学部材１０は、光路上に、第１透光性部材１１及び第２透光性部材１２が位置するように、押さえ４２によって、筐体４１上に配置されている。押さえ４２としては、例えば樹脂を用いる。

発光装置の構成は、上述したものに限らない。例えば、別の発光装置として、発光素子と、発光素子からの光を集光させるレンズと、発光素子からの光を光ファイバに接続させるためのコネクタと、光ファイバと、光ファイバの先端部分を保持する先端部材と、先端部材と接続された光学部材とをこの順に連結させたものが挙げられる。この発光装置では、発光素子からの光の一部が、光ファイバにより、光学部材に導入され、外部に所望の光を取り出すことができる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ 光学部材
１１ 第１透光性部材
１２ 第２透光性部材
１３、１３Ａ 支持部材
１３Ｉ 光入射開口部
１３Ｏ 光出射開口部
１３ａ 貫通孔
１３ｂ 内壁
１３ｃ、１３Ａｃ 溝
１４ ガラス層
２３ 反射部材
２６ サブマウント
２７Ａ 内側キャップ
２７Ｂ 外側キャップ
２８Ａ ステム
２８Ｂ リード端子
２９ ワイヤ
３０、４０ 発光装置
３１ 発光素子
２７１ 内側キャップ本体
２７２ レンズ
２７３ 外側キャップ本体
２７４ 下側押さえ部
２７５ 上側押さえ部
４１ 筐体
４２ 押さえ

Claims (12)

1. 内壁に溝が設けられ、光入射開口部及び光出射開口部を有する貫通孔を備えた支持部材と、
   前記貫通孔内に配置された第１透光性部材と、
   前記貫通孔内に配置され、かつ前記溝内にその一部が入り込んだ第２透光性部材とを備える光学部材。
2. 前記貫通孔は、前記支持部材の前記光入射開口部よりも前記光出射開口部において開口径が大きい請求項１に記載の光学部材。
3. 前記第２透光性部材は、少なくとも前記第１透光性部材と前記光出射開口部との間に配置されている請求項１または２に記載の光学部材。
4. 前記第２透光性部材は、ガラスからなる請求項１〜３のいずれか１つに記載の光学部材。
5. 前記第１透光性部材の融点は、前記第２透光性部材の軟化点よりも高い請求項４に記載の光学部材。
6. 前記第１透光性部材及び前記第２透光性部材に蛍光体が含有されている請求項１〜５のいずれか１つに記載の光学部材。
7. 前記溝として、第１溝と、前記第１溝から離間した第２溝とを少なくとも含む請求項１〜６のいずれか１つに記載の光学部材。
8. 前記第１溝は、前記貫通孔の内壁において時計回りの螺旋状に配置されており、
   前記第２溝は、前記貫通孔の内壁において反時計回りの螺旋状に配置されている請求項７に記載の光学部材。
9. 前記第１透光性部材は、前記光出射開口部側に位置する第１主面と、該第１主面とは反対の側の第２主面と、前記第１主面と前記第２主面とを繋ぐ側面と、を有し、
   少なくとも前記側面の前記第１主面側の端が前記貫通孔の内壁から離間し、該内壁と前記側面の前記第１主面側の端との間に前記第２透光性部材の一部が埋め込まれている請求項１〜８のいずれか１つに記載の光学部材。
10. 前記溝の少なくとも一部は、前記第１透光性部材の前記側面の側方の前記貫通孔の内壁に配置され、前記第２透光性部材の一部が入り込んでいる請求項９に記載の光学部材。
11. 内壁に溝が設けられ、光入射開口部及び光出射開口部を有する貫通孔を備えた支持部材を準備し、
    前記貫通孔の中に第１透光性部材を配置し、
    前記貫通孔内の前記第１透光性部材上に第２透光性部材を配置し、
    該第２透光性部材を溶融して、前記溝内にその一部を入り込ませて前記第１透光性部材及び前記第２透光性部材を貫通孔内に固定することを含む光学部材の製造方法。
12. 発光素子と、
    請求項１〜１０のいずれか１つに記載の光学部材とを含む発光装置であって、
    前記光学部材は、前記発光素子からの光が前記光入射開口部に入射する位置に配置された発光装置。

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