JP6449830B2 - 試験装置および発光装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光装置の試験装置に関する。

ＬＥＤなどの発光装置は、長時間の通電試験により信頼性が評価される。このような通電試験を行うための試験装置として、例えば、半導体発光素子を搭載した発光部品を基板等に実装することなく、常温より高温または低温の環境下で試験できる試験装置が挙げられる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２３７３５０号公報

深紫外光などの波長が短く高エネルギーの光を出力する発光装置を試験する場合、試験装置が備える受光装置が高エネルギーの光により劣化してしまい、長時間の通電試験を適切に実行できないことがある。そうすると、試験工程の信頼性が損なわれてしまう。

本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その例示的な目的のひとつは、信頼性の高い連続通電試験が可能な試験装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の試験装置は、試験対象となる発光装置を保持する保持部と、保持部に保持される発光装置から出力される光を導光する光導波路と、光導波路から出力される光を拡散させる光拡散板と、光拡散板により拡散された光を受光する受光装置と、を備える。

この態様によれば、光導波路を通過することにより中心付近のピーク強度が高められた光を光拡散板により拡散させ、拡散されてピーク強度が低くなった光を受光装置に入射させることができる。これにより、高強度の光が受光面の一部に集中することで他の部分よりも早く劣化してしまう影響を低減し、受光装置が使えなくなるまでの寿命を長くできる。受光装置を長期間使用できるようにすることで、長時間の通電試験を適切に実行できるようにし、試験の信頼性を向上させることができる。

試験装置は、保持部および保持部に保持される発光装置を内部に収容し、発光装置の動作温度を制御するよう構成される恒温装置をさらに備えてもよい。受光装置は、恒温装置の外部に設けられ、光導波路は、恒温装置の内部から外部に光を導光してもよい。

試験装置は、受光装置の受光面の外周領域に向かう光を遮るよう配置される遮蔽板をさらに備えてもよい。

発光装置は、３６０ｎｍ以下の波長の深紫外光を出力してもよい。

光導波路は、石英（ＳｉＯ_２）ガラスのロッドで構成されてもよい。

光拡散板は、光を拡散させるための凹凸面を有する石英ガラス板であってもよい。

本発明の別の態様は、発光装置の製造方法である。この方法は、発光装置から出力される光を光導波路および光拡散板を介して受光装置で受光し、発光装置の光出力を試験する工程を備える。

この態様によれば、光導波路を通過することにより中心付近のピーク強度が高められた光を光拡散板により拡散させ、拡散されてピーク強度が低くなった光を受光装置に入射させることができる。これにより、高強度の光が受光面の一部に集中することで他の部分よりも早く劣化してしまう影響を低減し、受光装置が使えなくなるまでの寿命を長くできる。これにより、受光装置が早期に劣化することによる試験の信頼性の低下を防ぎ、適切な試験がなされた信頼性の高い発光装置を提供できる。

本発明によれば、信頼性の高い通電試験を提供できる。

実施の形態に係る試験装置の構成を概略的に示す図である。 導光部から出力される光の強度分布を模式的に示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。なお、説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。

図１は、実施の形態に係る試験装置１０の構成を概略的に示す図である。試験装置１０は、恒温装置１２と、複数の保持部２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）と、複数の導光部３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）と、複数の受光装置４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）と、遮蔽板５０とを備える。試験装置１０は、複数の発光装置６０（６０ａ，６０ｂ，６０ｃ）の通電試験を一括して実行するための装置である。

試験対象となる発光装置６０は、深紫外光を出力するＵＶ−ＬＥＤ（Ultra Violet-Light Emitting Diode）である。発光装置６０は、ピーク波長または中心波長が２００ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲となる深紫外光を出力するよう構成される。このような紫外光ＬＥＤとして、例えば、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）を用いたものが知られている。

恒温装置１２は、複数の保持部２０および複数の保持部２０のそれぞれに保持される発光装置６０を内部に収容する容器１４を有する。恒温装置１２は、例えば恒温槽であり、容器１４に囲われる内部空間１６の温度が一定となるように加熱または冷却する装置である。恒温装置１２は、発光装置６０の通電試験に用いる温度条件（例えば−２０℃〜８５℃）が所定の試験時間にわたって維持されるようにする。恒温装置１２は、一定周期で温度を上下させるサイクル試験を実施できるように構成されてもよい。容器１４には、複数の導光部３０を挿通させるための複数の取付孔１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）が設けられる。

保持部２０は、試験対象となる発光装置６０を保持する。保持部２０は、発光装置搭載基板２２と、ヒートシンク２４とを有する。発光装置搭載基板２２は、発光装置６０の電極と接続される端子を有し、端子を通じて発光装置６０を駆動するための駆動電流を供給する。発光装置搭載基板２２は、図示しない外部電源に接続される。ヒートシンク２４は、発光装置搭載基板２２に取り付けられる。ヒートシンク２４は、発光装置搭載基板２２および発光装置６０の温度と、恒温装置１２の内部空間１６の温度とが等しくなるのを助ける。

保持部２０は、恒温装置１２の内部に複数設けられる。図示する例では、３個の保持部２０が設けられているが、保持部２０の数は２個以下であってもよいし、４個以上であってもよい。複数の保持部２０は、恒温装置１２の内部で一列（一次元アレイ状）に並んでいてもよいし、マトリックス状（二次元アレイ状）に配置されていてもよい。ある実施例において、複数の保持部２０は５×１５のマトリックス状に配置されていてもよい。図示する例において、保持部２０は、一つの発光装置６０を保持するよう構成されている。変形例では、一つの保持部が複数の発光装置６０を保持できるよう構成されてもよい。例えば、複数の保持部２０ａ，２０ｂ，２０ｃを一体化させ、一つの保持部に３個の発光装置６０が搭載できるようにしてもよい。

保持部２０は、搭載される発光装置６０からの出力光が対応する導光部３０に入射するように配置される。保持部２０は、搭載される発光装置６０の光出射面６２と、導光部３０の光入射端３１とが対向するように配置され、好ましくは、発光装置６０の光出射面６２と導光部３０の光入射端３１が近接するように配置される。保持部２０は、試験装置１０の使用時に恒温装置１２の内部に収容されるが、試験装置１０の非使用時には恒温装置１２の外部に容易に取り出せるよう構成されてもよい。保持部２０は、例えば、恒温装置１２の内部に設けられるラックに収納できるよう構成されてもよい。

導光部３０は、対応する発光装置６０と受光装置４０の間に設けられ、発光装置６０からの出力光を受光装置４０に導くよう構成される。導光部３０は、恒温装置１２の内部から外部に発光装置６０の出力光を取り出すために設けられる。導光部３０の光入射端３１は、恒温装置１２の内部に設けられ、保持部２０に搭載される発光装置６０の近傍に位置する。一方、導光部３０の光出射端３２は、恒温装置１２の外部に設けられ、受光装置４０の受光面４８の近傍に位置する。

導光部３０は、光導波路３４と、光量フィルタ３６と、光拡散板３８とを有する。光導波路３４は、対応する発光装置６０から受光装置４０に向けて長手方向に延在する部材である。光導波路３４は、発光装置６０が出力する深紫外光により劣化しにくい材料で構成されることが好ましく、例えば、石英（ＳｉＯ_２）ガラスで構成される。光導波路３４は、例えば、柱状の石英ガラスのロッドで構成される。光導波路３４は、例えば、発光装置６０の光出射面６２より大きい断面積を有し、例えば、断面の寸法（直径）が５ｍｍ以上である。ある実施例において、光導波路３４の直径は６ｍｍ程度である。

光導波路３４は、光ファイバのようなコアとクラッドを有してもよいし、コアだけで構成されてもよい。光導波路３４は、中空管であってもよく、石英管、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂製の管、内面がアルミニウム（Ａｌ）で構成される樹脂管または金属管であってもよい。光導波路３４の長手方向と直交する断面の形状は特に問わず、円形、楕円形、三角形、四角形、五角形、六角形などであってよい。光導波路３４は、複数本の光ファイバを束ねて構成されてもよい。

光量フィルタ３６は、いわゆるＮＤ（Neutral Density）フィルタであり、導光部３０を通過する光の強度を一定割合で減衰させる。光量フィルタ３６の透過率は、特に限定されないが、例えば、１％、５％、１０％、２０％などの値を用いることができる。光量フィルタ３６は、深紫外光により劣化しにくい材料で構成されることが好ましく、例えば、石英ガラスがベース材として用いられる。深紫外光に対する耐久性の高い材料を用いることで、深紫外光による劣化によりフィルタの透過率が時間経過とともに変化してしまう影響を抑えることができる。

光量フィルタ３６は、導光部３０の光入射端３１に設けられ、発光装置６０と光導波路３４の間の位置に設けられる。光量フィルタ３６を光導波路３４より手前側に配置することで、光導波路３４に高強度の深紫外光が入射して光導波路３４が劣化する影響を抑えることができる。変形例においては、光導波路３４と受光装置４０の間に光量フィルタ３６が配置されてもよい。具体的に、光量フィルタ３６は、光導波路３４と光拡散板３８の間に配置されてもよいし、光拡散板３８と受光装置４０の間に配置されてもよい。

光拡散板３８は、導光部３０の光出射端３２に設けられる。光拡散板３８は、光導波路３４から出力される光を拡散させ、受光装置４０に入射する光の強度分布を調整する。光拡散板３８は、光導波路３４からの出力光の強度分布を均一化させる。つまり、出力光のピーク強度値が低くなり、強度分布の半値全幅値が大きくなるようにする。光拡散板３８は、深紫外光により劣化しにくい材料で構成されることが好ましく、例えば、石英ガラスがベース材として用いられる。光拡散板３８は、いわゆる「すりガラス」であってよく、石英ガラス板の一主面または両面に光を拡散させるための微細な凹凸面を形成したものであってもよい。光拡散のための凹凸面は、均一かつ緻密な砂目を有するように形成されることが好ましい。

図２は、導光部３０から出力される光の強度分布を模式的に示す図であり、受光面４８に沿った方向（ｘ方向）の光強度Ｉの分布を示す。破線６４は、光拡散板３８がない場合に光導波路３４から出力される光の強度分布の一例を示す。光導波路３４からの出力光は、中心付近に強いピークを持つ強度分布となるため、図示されるような先鋭かつ広がり幅の小さな強度分布となる。実線６６は、光拡散板３８がある導光部３０から出力される光の強度分布の一例を示す。光拡散板３８を通過させることにより、破線６４よりもピーク強度が低く、広がり幅の大きい強度分布を持つ拡散光が出力される。

受光装置４０は、恒温装置１２の外部に設けられ、導光部３０を通過した光を受光する。受光装置４０は、それぞれが対応する発光装置６０から出力された光を受光する。例えば、第１受光装置４０ａは、第１発光装置６０ａから出力され、第１導光部３０ａを通過した光を受光する。同様に、第２受光装置４０ｂは、第２発光装置６０ｂから出力され、第２導光部３０ｂを通過した光を受光し、第３受光装置４０ｃは、第３発光装置６０ｃから出力され、第３導光部３０ｃを通過した光を受光する。複数の受光装置４０は、受光装置搭載基板５４に取り付けられている。

受光装置４０は、受光素子４２と、パッケージ４４と、受光窓４６とを有する。受光素子４２は、フォトダイオードなどの光電変換素子であり、入射光の強度を計測する。受光素子４２は、入射光の強度分布を計測できるよう構成されてもよい。受光素子４２は、パッケージ４４の内部に収容されている。受光窓４６は、受光素子４２に向かう光を透過させる。受光窓４６は、パッケージ４４に取り付けられ、パッケージ４４とともに受光素子４２をパッケージ４４の内部に封止する。受光窓４６は、例えば、受光窓４６の外周に設けられる接着剤によりパッケージ４４に取り付けられる。受光窓４６は、受光装置４０が検出すべき光が入射する受光面４８を形成する。

遮蔽板５０は、導光部３０と受光装置４０の間に配置される。遮蔽板５０は、複数の受光装置４０（４０ａ，４０ｂ，４０ｃ）の受光面４８の中央領域に向かう光を通過させる複数の開口５２（５２ａ，５２ｂ，５２ｃ）を有する。開口５２は、受光装置４０の受光面４８の形状に対応した形状を有し、例えば、円形または矩形状である。遮蔽板５０は、受光装置４０の受光面４８の中央領域に向かう光を透過させる一方、受光面４８の外周領域に向かう光を遮蔽する。これにより、パッケージ４４と受光窓４６の間を接合する接着剤に深紫外光が照射されて接着剤が劣化し、パッケージ４４の封止性が損なわれることを防ぐ。

つづいて、試験装置１０の使用方法について述べる。まず、複数の保持部２０のそれぞれに発光装置６０が搭載される。恒温装置１２の内部が所定の温度に設定され、発光装置６０が点灯される。発光装置６０が発する深紫外光は、光量フィルタ３６にて強度が減衰され、光導波路３４を透過し、光拡散板３８にて強度分布が均一化される。受光装置４０は、導光部３０を通過した光を受光する。発光装置６０は、試験に必要な時間（例えば、１００時間、１０００時間、５０００時間、１００００時間、５００００時間）にわたって連続して通電される。受光装置４０は、連続通電試験が実行される時間にわたって入射する光の強度または強度分布を計測する。

本実施の形態によれば、深紫外光による導光部３０や受光装置４０の劣化を好適に防ぎながら、深紫外光を出力する発光装置６０の通電試験を実行できる。波長が３６０ｎｍ以下の深紫外光は光エネルギーが高い（３．４ｅＶ以上）ため、従来の試験装置の構成のままでは、導光部３０および受光装置４０に用いる材料にダメージを与え、導光部３０や受光装置４０を劣化させてしまう。例えば、導光部３０の材料として通常の光学ガラスや樹脂材料を用いた場合、深紫外光による劣化の影響を受けて、光学材料が黄変したり、脆くなったりしてしまう。また、受光素子４２に用いるシリコン（Ｓｉ）などの半導体材料も高強度の深紫外光を受けて劣化し、長時間の連続使用に耐えられない場合がある。例えば、本発明者らの実験によれば、波長３００ｎｍ、光出力３０ｍＷの発光装置６０からの出力光を光量フィルタ３６および光拡散板３８が含まれない構成で計測した場合、１０００時間程度で受光素子４２の中央付近が黒変し、正しく光強度を計測できない状態となった。一方、透過率１０％の光量フィルタ３６と、＃２２０番の砂目の光拡散板３８とを組み合わせて用いた場合、５００００時間程度まで受光装置４０の寿命が延びることが分かった。したがって、本実施の形態に係る試験装置１０によれば、長時間の連続通電試験を適切に実行することを可能にし、発光装置６０の寿命試験の信頼性を高めることができる。

本実施の形態によれば、受光装置４０が恒温装置１２の外部に設けられるため、室温下で動作する仕様の受光装置４０を用いることができる。これにより、低温および高温下で動作可能な特別な受光装置を用意する必要がなく、受光装置４０のコストを抑えることができる。また、遮蔽板５０により受光装置４０のパッケージ４４と受光窓４６との接合部を保護する構成としているため、耐光性の高い特別仕様の受光装置を用いる必要がなく、受光装置４０のコストを抑えることができる。

本実施の形態によれば、光拡散板３８を用いて、光導波路３４から出力されるピーク強度の高い光を拡散させてから受光するため、受光装置４０が受光可能な有効面積を広く使って感度の高い計測をすることができる。これにより、試験装置１０を用いた発光試験の信頼性を高めることができる。

つづいて、試験装置１０を用いた試験工程を含む発光装置６０の製造方法について述べる。まず、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）系の半導体材料で構成される半導体発光素子を作成し、作成した発光素子をＬＥＤパッケージ内に封入することで発光装置６０を製造する。つづいて、試験装置１０を用いて発光装置６０の点灯試験を実行する。点灯試験では、発光装置６０から出力される光が光量フィルタ３６、光導波路３４および光拡散板３８を介して受光装置４０で受光され、発光装置６０の光出力が試験される。この試験工程は、特性を安定化させ、規格外品または不良品などを排除するために高温環境下で一定時間通電されるバーンイン試験であってもよい。発光装置６０は、バーンイン試験を経ることにより完成してもよい。この製造方法によれば、深紫外光による悪影響を受けにくい試験装置１０を用いて試験がなされるため、試験工程の信頼性を高めることができ、出荷される発光装置６０の信頼性を高めることができる。

以上、本発明を実施例にもとづいて説明した。本発明は上記実施の形態に限定されず、種々の設計変更が可能であり、様々な変形例が可能であること、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは、当業者に理解されるところである。

上述の実施の形態では、一つの恒温装置１２を用いた試験装置１０について述べた。変形例においては、試験装置１０が複数の恒温装置１２を備えてもよい。複数の恒温装置１２は一列に並べられてもよいし、（例えば２×２などの）マトリックス状に配置されてもよい。複数の保持部２０は、複数の恒温装置１２のそれぞれに配置されてもよい。複数の恒温装置１２を用いることで、異なる温度条件に係る試験を同時に実行することができ、試験効率を高めることができる。

上述の実施の形態では、深紫外光を出力する発光装置６０を試験対象とする場合について示した。変形例においては、深紫外光以外の光を出力する発光装置に対して上述の試験装置１０を用いてもよい。例えば、３６０ｎｍ〜４００ｎｍの紫外光を出力する発光装置、４００ｎｍ〜４５０ｎｍの青色光を出力する発光装置を試験対象としてもよい。緑色、黄色、赤色などの可視光を出力する発光装置を試験対象としてもよいし、赤外光を出力する発光装置を対象としてもよい。

１０…試験装置、１２…恒温装置、２０…保持部、３０…導光部、３４…光導波路、３６…光量フィルタ、３８…光拡散板、４０…受光装置、４８…受光面、５０…遮蔽板、６０…発光装置。

Claims (7)

1. 試験対象となる発光装置を保持する保持部と、
   前記保持部に保持される発光装置から出力される光を導光する光導波路と、
   前記光導波路から出力される光を拡散させる光拡散板と、
   前記光拡散板により拡散された光を受光する受光装置と、
   前記受光装置の受光面の外周領域に向かう光を遮るよう配置される遮蔽板と、を備えることを特徴とする試験装置。
2. 試験対象となる発光装置を保持する保持部と、
   前記保持部に保持される発光装置から出力される光を導光する石英（ＳｉＯ _２ ）ガラスのロッドで構成される光導波路と、
   前記光導波路から出力される光を拡散させる光拡散板と、
   前記光拡散板により拡散された光を受光する受光装置と、を備えることを特徴とする試験装置。
3. 前記保持部および前記保持部に保持される発光装置を内部に収容し、前記発光装置の動作温度を制御するよう構成される恒温装置をさらに備え、
   前記受光装置は、前記恒温装置の外部に設けられ、前記光導波路は、前記恒温装置の内部から外部に光を導光することを特徴とする請求項１または２に記載の試験装置。
4. 前記発光装置は、３６０ｎｍ以下の波長の深紫外光を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の試験装置。
5. 前記光拡散板は、光を拡散させるための凹凸面を有する石英ガラス板であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の試験装置。
6. 発光装置から出力される光を光導波路および光拡散板を介して受光装置で受光し、前記発光装置の光出力を試験する工程を備え、前記受光装置の受光面の外周領域に向かう光が遮蔽板により遮られることを特徴とする発光装置の製造方法。
7. 発光装置から出力される光を石英（ＳｉＯ _２ ）ガラスのロッドで構成される光導波路および光拡散板を介して受光装置で受光し、前記発光装置の光出力を試験する工程を備えることを特徴とする発光装置の製造方法。

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