JP4638837B2 - 光部品及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、光源からの光を波長変換する波長変換部材を備えた光部品及び該光部品を備えた発光装置に関する。

従来、光源からの光を、光ファイバなどのセパレータを介してディスパーサに伝え、光を所望のパターンに分散させたり、光の色を変化させたりなどする光源が提案されている（特許文献１参照）。

また、半導体レーザー素子を気密封止したキャンパッケージが知られている。このキャンパッケージは、半導体レーザー素子が実装されたステムと、厚さ一定のキャップとで気密封止されている。このキャップには、レーザー光取り出し用のガラス窓が形成されており、ガラスがキャップの内側に樹脂接着剤を介して固定されている。
特表２００３−５１５８９９号公報

しかしながら、上記従来の光源は、ディスパーサを光ファイバなどのセパレータの先端に単に取り付けているだけであり、取り付け方法によっては発光効率が悪く、光ファイバの端部に取り付け可能な光部品としては、より改善の必要性がある。

また、キャンパッケージの方は、ガラスを樹脂接着剤で固定しているため、樹脂接着剤から有機成分が揮発していた。この有機成分は不純物となりキャンパッケージ内、特にガラス及び半導体レーザー素子の出射端部に付着し、レーザー光の光出力の低下を招いていることもある。

そこで、本発明は、簡易な構成であり、かつ、光出力の低下を生じさせない光部品及び該光部品を備えた発光装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、上記課題は、次のようにして解決される。

本発明の光部品は、貫通孔を有する固定部材と、前記貫通孔内に少なくとも一部が配置されている波長変換部材とを備えており、前記固定部材は、前記貫通孔の長手方向に対して略垂直な方向に、切り込み若しくは穴部が形成されていることを特徴とする。これにより簡易な構成で、かつ、光出力の低下を生じさせない構成を採ることができる。

尚、前記波長変換部材は、固着部材を用いて前記固定部材に固定されていることが好ましい。これにより波長変換部材を固定部材に強固に固定することができる。また、気密にすることもできる。

前記固着部材は、低融点ガラスであることが好ましい。特に、６５０℃以下の軟化点を有する低融点ガラスであることが好ましい。これにより光部品の劣化を抑えることができる。

前記固着部材を用いて波長変換部材を固定部材に固定する場合、前記固着部材は、固定部材に形成された切り込み若しくは穴部に充填されていることが好ましい。このようにすることで、固定部材への波長変換部材の取り付けを、少ない量の固着部材にて確実に行え、固着部材の光吸収による光出力の低下を抑えることができる。

前記固定部材は、上記の構成に加えて、前記貫通孔側に波長変換部材を嵌合するための突起部若しくは凹部を設けてもよい。前記固定部材が貫通孔側に突起部を設ける場合、前記波長変換部材は、突起部に嵌合する凹部を設けることが好ましく、また、貫通孔側に凹部を設ける場合、前記波長変換部材は、凹部に嵌合する突起部を設けることが好ましい。これにより、波長変換部材をさらに強固に固定することができる。

前記固定部材は、筒状体であり、かつ、内孔の横断面形状が円形であることが好ましい。これにより固定部材の欠けや割れを防止することができる。

前記固定部材は、前記貫通孔に段差が設けられていることが好ましい。これにより波長変換部材を固定部材の段差部分で位置決めすることができ、常に一定の位置に配置することができる。

前記固定部材は、前記貫通孔の少なくとも一部の直径が、前記波長変換部材の直径と同じか若しくは該直径よりも大きいことが好ましい。これにより固定部材からの波長変換部材の脱離が生じ難くなる。

前記波長変換部材は、前記固定部材の貫通孔内に嵌合されていることが好ましい。これにより貫通孔内への異物の侵入を防止することができる。

前記波長変換部材は、蛍光物質をガラス中に含有させ分散させたものであることが好ましい。これにより波長変換部材の劣化を防止することができる。

前記ガラスは、ケイ酸塩ガラスであることが好ましい。特に、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硼酸、燐酸、亜鉛酸化物のいずれか一種以上を含有するケイ酸塩ガラスであることが好ましい。これにより波長変換部材の耐候性が向上し、波長変換部材の劣化を防止することができる。
本発明の発光装置は、光源と、上記本発明の光部品とを有し、光源からの光が波長変換部材に導出されていることを特徴としている。

本発明によれば、簡易な構成であり、かつ、光出力低下を生じさせない光部品及び該光部品を備えた発光装置を提供することができる。

以下に、添付した図面を参照しつつ、本発明を実施するための最良の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す図である。

図１に示すように、第１の実施の形態に係る光部品は、固定部材１と波長変換部材２とを備えている。固定部材１は、波長変換部材２を嵌合する嵌合部３−２、および段部４を挟んで嵌合部３−２に接する貫通孔３−１を具備している。固定部材１は、筒状体であれば、その外形は円形、矩形、楕円形、等どのような形状でもよいが、特に円形であることが好ましい。また、貫通孔３−１及び嵌合部３−２である筒状体の内孔の横断面形状も円形、矩形、楕円形、等どのような形状でもよいが、特に円形であることが好ましい。また波長変換部材２は円柱、四角柱、楕円柱、球、半球、等どのような形状でもよいが、特に円柱形状が好ましい。波長変換部材２は、固定部材１が具備する嵌合部３−２に配置され、嵌合部３−２の側面に配置された切り込み部５−１を固着部材５−２で充填することによって固定部材１に固定されている。このとき、切り込み部５−１の数は何個でもかまわないが、波長変換部材２の周辺に均等に配置されているのが好ましい。

固定部材１と波長変換部材２との固定方法は、固定部材１の嵌合部３−２に、波長変換部材２を配置させた状態で、切り込み部５−１に、予め切り込み部の形状に合うように成型した固着部材（低融点ガラス）５−２を押し付け、この状態で加熱して切り込み部５−１に固着部材５−２を充填させることによって、波長変換部材２を固定部材１に固定することができる。

固定部材１の材質としては、防食性を有し、低融点ガラスに接着し易い材質を用いることが好ましく、ステンレス材を用いることができる。

この第１の実施の形態によれば、固定部材１への波長変換部材２の取り付けを、波長変換部材の側面に低融点ガラスを盛った取り付け方法（図３参照）よりも少ない量の固着部材５−２にて確実に行えるため、固着部材５−２による光吸収等の特性への影響が少ない。したがって、第１の実施の形態によれば、波長変換部材２から出射される光が、減衰することなく放出されるので、発光効率を改善することができる。

図２は、本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す図である。

図２に示すように、第２の実施の形態に係る光部品は、固定部材１と波長変換部材２とを備えている。固定部材１は、波長変換部材２を嵌合する嵌合部３−２および段部４を挟んで嵌合部３−２に接する貫通孔３−１を具備している。固定部材１は、筒状体であれば、その外形は円形、矩形、楕円形、等どのような形状でもよいが、特に円形であることが好ましい。また、貫通孔３−１及び嵌合部３−２である筒状体の内孔の横断面形状も円形、矩形、楕円形、等どのような形状でもよいが、特に円形であることが好ましい。また波長変換部材２は円柱、四角柱、楕円柱、球、半球、等どのような形状でもよいが、特に円柱形状が好ましい。波長変換部材２は、固定部材１が具備する嵌合部３−２に配置され、嵌合部３−２の側面に配置された穴部６−１を固着部材６−２で充填することによって固定部材１に固定されている。このとき、穴部６−１の数は何個でもかまわないが、波長変換部材２の周辺に均等に配置されているのが好ましい。

固定部材１と波長変換部材２との固定方法は、固定部材１の嵌合部３−２に、波長変換部材２を配置させた状態で、穴部６−１に固着部材である顆粒状の低融点ガラス６−２を充填し、この状態で加熱することによって、波長変換部材２を固定部材１に固定することができる。

この第２の実施の形態によれば、固定部材１への波長変換部材２の取り付けを、少ない量の固着部材６−２にて確実に行えるため、固着部材６−２による光吸収等の特性への影響が少ない。したがって、第２の実施の形態によれば、波長変換部材２から出射される光が、減衰することなく放出されるので、発光効率を改善することができる。

図３は、波長変換部材の側面に固着部材を盛った取り付け方法による比較例の光部品の構成を示す図である。

図３に示すように、波長変換部材の側面に低融点ガラスを盛った光部品は、固定部材１と波長変換部材２とを備えている。固定部材１は、波長変換部材２を嵌合する嵌合部３−２および段部４を挟んで嵌合部３−２に接する貫通孔３−１を具備しているが、嵌合部３−２の側面に切り込み部及び穴部は配置されておらず、図１及び図２に示す光部品とは異なる。尚、固定部材１は、円形の内孔を有する筒状体である。また、波長変換部材２は円柱形状である。固定部材１と波長変換部材２との固定方法は、固定部材１の嵌合部３−２に、波長変換部材２を配置させた状態で、波長変換部材２にリング状に成型した低融点ガラス６−３を挿入し、この状態で加熱することによって、波長変換部材２を固定部材１に固定される。

図３に示す光部品では、固定部材１の嵌合部３−２の側面に切り込み部及び穴部は配置されてないため、少ない量の固着部材６−３で固定部材１と波長変換部材２を固定することはできず、波長変換部材２の全周に亘って固着部材６−３を配置する必要がある。そのため、固定部材１と波長変換部材２の固定部分は、波長変換部材の側面に低融点ガラスを盛った形状となる。この場合、波長変換部材２から出射される光の一部は、固着部材６−３に吸収され、遮断されるため、発光効率は低くなる。

図４は、本発明の第１の実施の形態に係る光部品を備えた発光装置の構成を示す図である。

図４に示す発光装置は、固定部材１の波長変換部材２が嵌合された嵌合部３−２とは反対に設けられた貫通孔３−１側に、実装基盤７が接合部９を介して固定されている。固定の方法は、溶接固定や固着剤固定、ロウ付け等がある。実装基盤７には光源８が配置されており、光源８から出射された光が、効率よく波長変換部材に導光される位置に配置されている。

固定部材１への波長変換部材２の取り付けを、少ない量の固着部材５−２にて確実に行えるため、貫通孔３−１側にまわりこむ固着部材５−２が無く、光吸収等の特性への影響が無い。したがって、光源８から出射される光が、減衰することなく波長変換部材２に導光されるので、発光効率を改善することができる。光源８は３００ｎｍ〜５００ｎｍの波長域に発光ピークがある光を出射するものであり、例えば発光ダイオードや半導体レーザー素子などが光源として挙げられる。

図５は、本発明の第１の実施の形態に係る光部品を備えた別の発光装置の構成を示す図である。

図５に示す発光装置は、固定部材１の波長変換部材２が嵌合された嵌合部３−２とは反対に設けられた貫通孔３−１側に、ライトガイド１０を具備したライトガイド保持部材１１が、固定部材１の側面に配置された接合部１２を介して固定されている。固定の方法は、溶接固定や固着剤固定等がある。

溶接固定の場合、例えば、ＹＡＧレーザ溶接で、固定部材１とライトガイド保持部材１１を溶接固定することができる。ＹＡＧレーザ溶接は、固定部材１にＹＡＧレーザを照射し、固定部材１を溶かし、固定部材１とライトガイド保持部材１１を溶接固定するものである。従って、ＹＡＧ溶接によって溶接固定された部分が接合部１２となる。

固着剤固定の場合、予め、固定部材１の側面に穴を空けておき、ライトガイド保持部材１１を貫通孔３−１内に挿入した後、固着部材１側面に設けた穴部に固着材を充填し、固定部材１とライトガイド保持部材１１を固着剤固定するものである。従って、固着材によって固定された部分が接合部１２となる。

固定部材１への波長変換部材２の取り付けを、少ない量の固着部材５−２にて確実に行えるため、貫通孔３−１側にまわりこむ固着部材５−２が無く、ライトガイド１０を波長変換部材２に近づける事が可能である。したがって、ライトガイド１０から出射される光が、減衰することなく波長変換部材２に導光されるので、発光効率を改善することができる。

尚、波長変換部材に使用するガラスとしては、ケイ酸塩ガラスであることが好ましい。特に、アルカリ金属酸化物、アルカリ土類金属酸化物、硼酸、燐酸、亜鉛酸化物のいずれか一種以上を含有するケイ酸塩ガラスであることが好ましい。波長変換部材は、蛍光物質粉末とガラス粉末を混合し、この混合粉末を、例えば加熱プレス成形することにより得ることができる。

また、固着部材としては、６５０℃以下の軟化点を有する低融点ガラスであることが好ましい。

図６は、本発明の実施例１に係る光部品の評価に用いた発光装置を示す図である。

実施例１では、固定部材１および貫通孔３−１と嵌合部３−２の横断面形状は円形である。固定部材１の外径は、１．２５ｍｍであり、貫通孔３−１の内径は０．７ｍｍ、嵌合部３−２の内径は、０．９ｍｍである。嵌合部３−２の深さは０．１ｍｍであり、切り込み部５−１のサイズは半径０．２ｍｍ、深さ０．１ｍｍで、嵌合部３−２の側面に２箇所、対角に配置されている。波長変換部材２も、円柱形状であり、直径が０．９ｍｍ、厚さが０．４５ｍｍである。波長変換部材２は嵌合部３−２に嵌合され、切り込み部５−１に固着部材５−２を充填することで固定されている。固定に用いた固着部材５−２の材料は軟化点が５２０℃の低融点ガラスであり、０．０７ｍｇ充填されている。固定部材１の貫通孔３−１にライトガイド１０を具備したライトガイド保持部材１１が挿入され、固定部１３により固定されている。固定にはＹＡＧレーザ溶接を使用した。

図６のライトガイド１０入射側から、約４４５ｎｍのレーザー光を入射したときの波長変換部材２から出射される光の出力特性を図７に示す。本発明を用いずに、図３に示すような波長変換部材の側面に低融点ガラスを盛った形状のサンプルの光出力特性を比較対照とする。結果、本発明により≒１．３倍の発光効率の向上が確認できた。

本発明は、発光ダイオードや半導体レーザー素子などの発光装置に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る光部品の構成を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る光部品の構成を示す図である。 波長変換部材の側面に固着部材を盛った比較例の光部品の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光部品を備えた発光装置の構成を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る光部品を備えた別の発光装置の構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る光部品の評価に用いた発光装置を示す図である。 本発明の実施例１の効果を示す図である。

符号の説明

１ 固定部材
２ 波長変換部材
３−１ 貫通孔
３−２ 嵌合部
４ 段部
５−１ 切り込み部
５−２ 固着部材（低融点ガラス）
６−１ 穴部
６−２ 固着部材（低融点ガラス）
６−３ 固着部材（低融点ガラス）
７ 実装基板
８ 光源（発光ダイオード、半導体レーザー素子等）
９ 接合部（固定部材と実装基板の接合）
１０ ライトガイド（光ファイバ）
１１ ライトガイド保持部材（光ファイバ保持部材）
１２ 固定部（ＹＡＧ溶接）
１３ ライトガイド保持部材用固定部材

Claims (22)

1. 貫通孔を有する固定部材と、前記貫通孔内に少なくとも一部が配置されている波長変換部材と、を備えており、前記固定部材は、前記貫通孔の長手方向に対して略垂直な方向に、切り込み若しくは穴部が形成されていることを特徴とする光部品。
2. 前記波長変換部材は、固着部材を用いて前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の光部品。
3. 前記固着部材は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項２に記載の光部品。
4. 前記固着部材は、前記切り込み若しくは穴部に充填されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の光部品
5. 前記固定部材は、筒状体であり、かつ、内孔の横断面形状が円形であることを特徴とする請求項１項に記載の光部品。
6. 前記固定部材は、前記貫通孔に段差が設けられていることを特徴とする請求項１又は５に記載の光部品。
7. 前記固定部材は、前記貫通孔の少なくとも一部の直径が、前記波長変換部材の直径と同じか若しくは該直径よりも大きいことを特徴とする請求項１、５及び６の少なくともいずれか一項に記載の光部品。
8. 前記波長変換部材は、前記固定部材の貫通孔内に嵌合されていることを特徴とする請求項１、５乃至７の少なくともいずれか一項に記載の光部品。
9. 前記波長変換部材は、蛍光物質をガラス中に含有させてなることを特徴とする請求項１、５乃至８の少なくともいずれか一項に記載の光部品。
10. 前記ガラスは、ケイ酸塩ガラスであることを特徴とする請求項９に記載の光部品。
11. 光源と；
    貫通孔を有する固定部材と、前記貫通孔内に少なくとも一部が配置されている波長変換部材とを備え、前記固定部材の前記貫通孔の長手方向に対して略垂直な方向に、切り込み若しくは穴部が形成されている光部品と；を有し、
    前記光源からの光が前記波長変換部材に導出されていることを特徴とする発光装置。
12. 前記波長変換部材は、固着部材を用いて前記固定部材に固定されていることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
13. 前記固着部材は、低融点ガラスであることを特徴とする請求項１２に記載の発光装置。
14. 前記固着部材は、前記切り込み若しくは穴部に充填されていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の発光装置。
15. 前記固定部材は、筒状体であり、かつ、内孔の横断面形状が円形であることを特徴とする請求項１１に記載の発光装置。
16. 前記固定部材は、前記貫通孔に段差が設けられていることを特徴とする請求項１１又は１５に記載の発光装置。
17. 前記固定部材は、前記貫通孔の少なくとも一部の直径が、前記波長変換部材の直径と同じか若しくは該直径よりも大きいことを特徴とする請求項１１、１５及び１６の少なくともいずれか一項に記載の発光装置。
18. 前記波長変換部材は、前記固定部材の貫通孔内に嵌合されていることを特徴とする請求項１１、１５乃至１７の少なくともいずれか一項に記載の発光装置。
19. 前記波長変換部材は、蛍光物質をガラス中に含有させてなることを特徴とする請求項１１、１５乃至１８の少なくともいずれか一項に記載の発光装置。
20. 前記ガラスは、ケイ酸塩ガラスであることを特徴とする請求項１９に記載の発光装置。
21. 前記光源は、３００ｎｍ乃至５００ｎｍの波長域に発光ピークがある光を出射することを特徴とする請求項１１乃至２０の少なくともいずれか一項に記載の発光装置。
22. 前記固定部材は、前記光源からの光を導出するライトガイドと接続されていることを特徴とする請求項１１乃至２１の少なくともいずれか一項に記載の発光装置。

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