JP2011014587A - Light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体レーザ素子と波長変換部材とを備えた発光装置に関するものである。 The present invention relates to a light emitting device including a semiconductor laser element and a wavelength conversion member.
半導体レーザ素子を用いた発光装置として、光源である半導体レーザ素子からの光を波長変換する部材を用いた構造が知られている。
例えば、特許文献１には、半導体レーザ素子と蛍光物質を有し、蛍光物質が半導体レーザ素子からの光を受光し、半導体レーザ素子からの光より長波長の光を発光することができるように構成された発光装置が開示されている。半導体レーザ素子は、金属製のステムに固定され、キャップで覆われている。キャップの上面の取り出し窓の上に蛍光物質層が形成されている。この構成により、半導体レーザ素子からの出射光は、キャップの取り出し窓を通過後、蛍光体により波長変換され、これらの混色光を外部へ出射することができる。
特許文献２には、複数の半導体レーザ素子をヒートシンクに搭載し、各半導体レーザ素子の前方に拡散レンズを配設し、アルゴンガス等を封入した真空ガラス管の内壁面に蛍光体を塗布したものが開示されている。半導体レーザ素子から出力されるレーザビーム光は拡散レンズで拡散され、この拡散光により蛍光体の蛍光物質が励起され、白色光等の可視光が得られる。
2. Description of the Related Art As a light emitting device using a semiconductor laser element, a structure using a member that converts the wavelength of light from a semiconductor laser element that is a light source is known.
For example, Patent Document 1 includes a semiconductor laser element and a fluorescent material so that the fluorescent material can receive light from the semiconductor laser element and emit light having a longer wavelength than the light from the semiconductor laser element. A configured light emitting device is disclosed. The semiconductor laser element is fixed to a metal stem and covered with a cap. A fluorescent material layer is formed on the extraction window on the upper surface of the cap. With this configuration, the emitted light from the semiconductor laser element can be wavelength-converted by the phosphor after passing through the cap extraction window, and the mixed color light can be emitted to the outside.
In Patent Document 2, a plurality of semiconductor laser elements are mounted on a heat sink, a diffusion lens is disposed in front of each semiconductor laser element, and a phosphor is applied to the inner wall surface of a vacuum glass tube filled with argon gas or the like Is disclosed. The laser beam light output from the semiconductor laser element is diffused by a diffusion lens, and the fluorescent material of the phosphor is excited by this diffused light, and visible light such as white light is obtained.
特許文献１の発光装置においては、蛍光物質層によって半導体レーザ素子からの光が四方八方に散乱するため、所望の指向特性を実現することが困難である。また、蛍光体組成物で反射された光や発生した光が、発光素子側への戻り光となる問題がある。これにより光取り出し効率の低減や、戻り光が発光素子に照射され吸収されることによって発光素子の特性を悪化させてしまう虞がある。
特許文献２の発光装置においては、蛍光体の分布領域がガラス管の全面に及ぶため、装置より得られる光の輝度が小さい問題がある。
また、蛍光体を介して、半導体レーザ素子からの光を外部に放出する場合、蛍光体が光に起因する熱により劣化してしまい、光源からの光を十分に外部に放出できなくなったり、場合によっては蛍光体が変色してしまい発光装置として使用できなくなったりする等の問題がある。
本願発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、光広がり角を調整可能にし、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができるとともに、波長変換部材の放熱性に優れた発光装置を提供することを目的とする。
In the light emitting device of Patent Document 1, since the light from the semiconductor laser element is scattered in all directions by the fluorescent material layer, it is difficult to realize desired directivity characteristics. Further, there is a problem that light reflected or generated by the phosphor composition becomes return light to the light emitting element side. As a result, the light extraction efficiency may be reduced, and the characteristics of the light emitting element may be deteriorated by the return light being irradiated and absorbed by the light emitting element.
In the light emitting device of Patent Document 2, since the phosphor distribution region covers the entire surface of the glass tube, there is a problem that the luminance of light obtained from the device is small.
In addition, when light from the semiconductor laser element is emitted to the outside via the phosphor, the phosphor deteriorates due to heat caused by the light, and the light from the light source cannot be emitted to the outside sufficiently. Depending on the case, the phosphor may be discolored and cannot be used as a light emitting device.
The present invention has been made in order to solve the above-described problems. The light divergence angle can be adjusted, the light emitted from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device, and the heat dissipation of the wavelength conversion member. An object of the present invention is to provide a light emitting device excellent in the above.
本発明は、半導体レーザ素子と、前記半導体レーザ素子を覆い、該半導体レーザ素子からの光を出射する貫通孔を有するキャップと、前記半導体レーザ素子からの光を吸収して異なる波長の光を発光する波長変換部材と、を有する発光装置であって、前記貫通孔の内壁面に、前記波長変換部材が配置される水平面を有し、前記水平面よりも下側の前記内壁面が、下側から上側に向かって前記貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲している発光装置に関する。かかる構成によれば、光広がり角を調整可能にし、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができる。また、波長変換部材の放熱性に優れた発光装置とすることができる。 The present invention includes a semiconductor laser element, a cap that covers the semiconductor laser element and has a through hole that emits light from the semiconductor laser element, and absorbs light from the semiconductor laser element to emit light of different wavelengths. A wavelength conversion member that has a horizontal surface on which the wavelength conversion member is disposed on the inner wall surface of the through-hole, and the inner wall surface below the horizontal surface is from the lower side. The present invention relates to a light emitting device that is inclined or curved so that the through hole has a wide opening toward the upper side. According to such a configuration, the light divergence angle can be adjusted, and the emitted light from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device. Moreover, it can be set as the light-emitting device excellent in the heat dissipation of the wavelength conversion member.
前記波長変換部材の下面の面積のうち、前記水平面に接触する面積の比率が２０％以上であることが好ましい。かかる構成によれば、波長変換部材とキャップとの接触面積を十分に確保することができるため、波長変換部材で生じる熱を効率よく放熱させることができる。 Of the area of the lower surface of the wavelength conversion member, the ratio of the area in contact with the horizontal plane is preferably 20% or more. According to such a configuration, a sufficient contact area between the wavelength conversion member and the cap can be ensured, so that heat generated by the wavelength conversion member can be efficiently radiated.
前記水平面よりも上側の前記内壁面が、下側から上側に向かって広口となるように傾斜あるいは湾曲していることが好ましい。かかる構成によれば、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができる。 It is preferable that the inner wall surface above the horizontal plane is inclined or curved so as to have a wide mouth from the lower side toward the upper side. According to such a configuration, light emitted from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device.
前記水平面の上において、少なくとも前記内壁面と前記波長変換部材との間に、半導体レーザ素子からの光を反射させる光反射性部材が設けられていることが好ましい。かかる構成によれば、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができる。 It is preferable that a light reflecting member for reflecting light from the semiconductor laser element is provided at least between the inner wall surface and the wavelength conversion member on the horizontal plane. According to such a configuration, light emitted from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device.
前記貫通孔は、前記水平面よりも上側において、少なくとも前記波長変換部材と対向する領域の内壁面が前記水平面に対して略垂直であり、前記水平面よりも上側の貫通孔に、前記波長変換部材が嵌合されていることが好ましい。かかる構成によれば、波長変換部材とキャップとの接触面積を十分に確保することができるため、波長変換部材で生じる熱を効率よく放熱させることができる。 In the through hole, on the upper side of the horizontal plane, at least the inner wall surface of the region facing the wavelength conversion member is substantially perpendicular to the horizontal plane, and the wavelength conversion member is in the through hole on the upper side of the horizontal plane. It is preferable that it is fitted. According to such a configuration, a sufficient contact area between the wavelength conversion member and the cap can be ensured, so that heat generated by the wavelength conversion member can be efficiently radiated.
前記キャップの上面は、前記波長変換部材よりも上に位置していることが好ましい。かかる構成によれば、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができる。 It is preferable that the upper surface of the cap is located above the wavelength conversion member. According to such a configuration, light emitted from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device.
本発明によれば、光広がり角を調整可能にし、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができるとともに、波長変換部材の放熱性に優れた発光装置を提供することができる。 According to the present invention, the light divergence angle can be adjusted, and the light emitted from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device, and the light emitting device excellent in heat dissipation of the wavelength conversion member can be provided. .
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための、発光装置を例示するものであって、本発明は、発光装置を以下のものに特定しない。また、特定的な記載がない限りは、構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を一の部材で構成することもできるし、逆に、一の要素を複数の部材で構成することもできる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiment described below exemplifies a light emitting device for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention does not specify the light emitting device as follows. Unless otherwise specified, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members are not merely intended to limit the scope of the present invention, but are merely illustrative examples. Note that the size, positional relationship, and the like of the members shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation. Furthermore, each element which comprises this invention can also comprise a some element by one member, and conversely, one element can also be comprised by a plurality of members.
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す概略斜視図である。図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。図３は、第１の実施形態に係る発光装置の一部を拡大した概略断面図である。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a light emitting device according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing the light emitting device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged schematic cross-sectional view of a part of the light emitting device according to the first embodiment.
本実施形態に係る発光装置１００は、半導体レーザ素子１１０と、半導体レーザ素子１１０を載置する台座１２０と、半導体レーザ素子１１０を覆い、半導体レーザ素子１１０からの光を出射する貫通孔１４０を有するキャップ１３０と、半導体レーザ素子１１０からの光を吸収して異なる波長の光を発光する波長変換部材１５０と、を備えて構成される。
The
台座１２０は、リード電極１２３を有する台座底部１２１と、台座底部１２１に設けられる台座柱部１２２と、を有している。台座底部１２１は、略円盤形状であり、下面からリード電極１２３が突出するように延伸して設けられている。このリード電極１２３は外部電極と電気的に接続可能である。さらに、台座底部１２１の縁周近傍であって、台座底部１２１の上面から垂直方向に、円筒形状のキャップ１３０が接着されてなる。キャップ１３０は、キャップ側部１３２の上端を、環状のキャップ上部１３１が覆うようにして構成されている。キャップ上部１３１には、キャップ上部１３１の厚さ方向に開口する貫通孔１４０が形成されている。この貫通孔１４０は、その内壁面に波長変換部材が配置される水平面１４５を有している。また、この水平面１４５よりも下側の内壁面１４１ａが、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲している。また、本実施形態においては、水平面１４５よりも上側の内壁面１４２ａにおいても、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲した形状としてもよい。下側とは、貫通孔の両端口のうち、半導体レーザ素子からの出射光が入光する側を指し、上側とは、他端側を指す。
The
また、キャップ１３０の内部において、台座底部１２１の上面から直立して柱状の台座柱部１２２が設けられる。台座柱部１２２の側面には、半導体レーザ素子１１０がＡｕ−Ｓｎ等の接着部材を介して載置される。キャップ１３０に覆われる半導体レーザ素子１１０は、ワイヤ等を介して電気的にリード電極１２３と接続されており、外部電極と接続可能となる。
ここで、台座底部１２１及び台座柱部１２２とは、便宜上、場所に応じて個々に命名したものであって異部材とは限らない。両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。本明細書では、台座底部１２１と台座柱部１２２とから構成される部材を台座と称す。
In addition, a
Here, for the sake of convenience, the
半導体レーザ素子１１０は、キャップ１３０内の幅方向（図１における左右方向）におけるほぼ中央部に位置される。従って、必然的に、半導体レーザ素子１１０が載置される台座柱部１２２は、台座底部１２１の中央部より円周方向へ偏心した位置に載置されることになる。
さらに、半導体レーザ素子１１０は、光出射面を上面（図２における上側）に備えており、光出射面がキャップ上部１３１と対向するよう離間して載置される。
また、半導体レーザ素子１１０の出射光軸は、キャップ上部１３１に形成された貫通孔１４０の中心軸とほぼ重なる。つまり、半導体レーザ素子１１０から出射される光が、貫通孔１４０内に設けられた波長変換部材１５０を介して外部に放出される。
The
Further, the
Further, the outgoing optical axis of the
本実施形態に係る発光装置１００は、キャップの貫通孔１４０に、波長変換部材１５０が配置される水平面１４５を備えることにより、波長変換部材１５０を簡易に配置することができる。また、波長変換部材から半導体レーザ素子側へと戻る光を水平面によって反射させることができる。したがって、半導体レーザ素子１１０への戻り光を著しく低減でき、光源からの光取り出し効率を向上させることが可能である。また、この水平面の上に波長変換部材１５０を配置することにより、波長変換部材１５０とキャップ１３０との接触面積を十分に確保することができる。これにより、波長変換部材１５０で生じる熱を効率よく放熱させることができるため、波長変換部材１５０の劣化を抑制することができる。また、少なくとも水平面１４５よりも下側の内壁面１４１が、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲しているため、貫通孔１４０内の内壁面に照射された光が外部方向へ効率よく反射され、光取り出し効率の向上を図ることができる。また、水平面１４５よりも上側の内壁面１４２においても、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲した形状とすることにより、波長変換部材１５０から横方向に出射する光を、貫通孔１４０の内壁面によって効率的に反射させることができるため、半導体レーザ素子１１０からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができる。
以下に個々の部材について説明する。
The
The individual members will be described below.
（キャップ）
キャップは、半導体発光素子を被覆するためのものであり、特に、台座に半導体発光素子が配置されたものにおいて、半導体発光素子を気密封止するためのものである。また、キャップは、波長変換部材を保持している。
(cap)
The cap is for covering the semiconductor light emitting element, and particularly for sealing the semiconductor light emitting element in a case where the semiconductor light emitting element is disposed on the pedestal. The cap holds the wavelength conversion member.
キャップの形状は、特に限定されるものではなく、例えば、有底の筒型（円柱又は角柱等）又は錐台型（円錐台又は角錐台等）、ドーム型及びこれらの変形形状等、種々の形状が挙げられる。本実施形態に係る発光装置では、キャップは、円筒形状のキャップ側部と、キャップ側部の上端を覆う環状のキャップ上部とを有している。キャップ側部の下端は台座底部に取り付けられる。キャップ上部は、半導体発光素子からの光を通過させる貫通孔を有している。 The shape of the cap is not particularly limited. For example, there are various types such as a bottomed cylinder (such as a cylinder or a prism) or a truncated cone (such as a truncated cone or a truncated pyramid), a dome, and their deformed shapes. Shape. In the light emitting device according to the present embodiment, the cap has a cylindrical cap side portion and an annular cap upper portion that covers the upper end of the cap side portion. The lower end of the cap side is attached to the pedestal bottom. The upper part of the cap has a through hole through which light from the semiconductor light emitting element passes.
キャップ材質としては、例えば、Ｎｉ−Ｆｅ合金、コバール等のステンレス合金や、ＣｕＷ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、真鍮等が挙げられる。通常、キャップは台座に抵抗溶接や半田付け等で接着される。特に、熱伝導率が高く、且つ、プロジェクションを用いた抵抗溶接が可能であるＦｅ−Ｎｉ合金、コバール、Ｎｉ等が好ましい。 Examples of the cap material include stainless steel alloys such as Ni-Fe alloy and Kovar, CuW, Ni, Co, Fe, and brass. Usually, the cap is bonded to the base by resistance welding or soldering. In particular, Fe—Ni alloy, Kovar, Ni, etc., which have high thermal conductivity and are capable of resistance welding using projection, are preferable.
キャップは、光反射率を高めるため、キャップの材質よりも反射率の高い反射部材を施すこともできる。特に、キャップの上面や貫通孔の内壁面に反射部材を施すことが好ましい。また、キャップの酸化劣化を防止するため、Ｎｉ、Ａｇ等のメッキを施しても良い。
反射部材は、発光素子から出射された光又は波長変換部材から放出された光を反射させる効果を持つ。反射部材を設けることで、光取り出し効率の高い発光装置が作成可能となる。反射部材は、台座全面、キャップ全面に設けることができる。特に、波長変換部材が配置される部位、つまり、キャップの貫通孔の内壁の一部又は全面に配置されていることが好ましい。反射部材は、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｎｉ、Ｉｎ、Ｐｄ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｐｔ等の金属及びこれらの合金、ＡｌＮ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、Ｔａ２Ｏ５、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＺｎＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｔｉ３Ｏ５、Ｔｉ２Ｏ３、ＴｉＯ、Ｎｂ２Ｏ５、ＣｅＯ５、ＺｎＳ、ＭｇＦ２等の多層膜などを少なくとも１以上含むものが好ましい。
In order to increase the light reflectance of the cap, a reflecting member having a reflectance higher than that of the cap material can be applied. In particular, it is preferable to apply a reflective member to the upper surface of the cap or the inner wall surface of the through hole. Moreover, in order to prevent the cap from being oxidized, Ni, Ag, or the like may be plated.
The reflecting member has an effect of reflecting the light emitted from the light emitting element or the light emitted from the wavelength conversion member. By providing the reflecting member, a light emitting device with high light extraction efficiency can be created. The reflection member can be provided on the entire surface of the base and the entire surface of the cap. In particular, it is preferable that the wavelength conversion member is disposed on a part of the inner wall of the through hole of the cap, or on the entire surface. The reflecting member is made of, for example, metals such as Ag, Au, Al, Ni, In, Pd, Ti, Rh, Pt, and alloys thereof, AlN, SiO 2 , TiO 2 , Ta 2 O 5 , SiO, SiN, ZnO, It is preferable to include at least one multilayer film of Al 2 O 3 , Ti 3 O 5 , Ti 2 O 3 , TiO, Nb 2 O 5 , CeO 5 , ZnS, MgF 2, or the like.
反射部材は、保護膜で被覆されていてもよい。保護膜は、反射部材の劣化を抑制する機能を持つ。保護膜を設けることにより、反射部材が外部と接することを防ぎ、反射部材の化学反応や汚染を防止することができる。保護膜は、光透過率の高い材料で形成されることが好ましい。特に、半導体レーザ素子からの光の透過率が７０％以上であるものが好ましい。これは、反射部材で反射された光を効率良く外部へ取り出すことができるためである。具体的には、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＮ、ＩＴＯ、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯＮ，ＡｌＮ、ＡｌＯＮ、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＭｇＦ２、Ｎｂ２Ｏ５、ＧａＮ、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等又はこれらの組み合わせが挙げられる。保護膜は、透光性部材の屈折率と略同一の屈折率、又は透光性部材の屈折率と波長変換部材の屈折率との間の屈折率を有していることが好ましい。また、保護膜は、キャップと波長変換部材との接着に寄与することもできる。 The reflective member may be covered with a protective film. The protective film has a function of suppressing deterioration of the reflecting member. By providing the protective film, the reflecting member can be prevented from coming into contact with the outside, and the chemical reaction and contamination of the reflecting member can be prevented. The protective film is preferably formed of a material having a high light transmittance. In particular, it is preferable that the light transmittance from the semiconductor laser element is 70% or more. This is because the light reflected by the reflecting member can be efficiently extracted to the outside. Specifically, SiO 2 , Al 2 O 3 , SiN, ITO, Si 3 N 4 , SiON, AlN, AlON, In 2 O 3 , SnO 2 , TiO 2 , ZnO, ZrO 2 , MgF 2 , Nb 2 O 5 , GaN, silicone resin, epoxy resin, etc., or a combination thereof. The protective film preferably has a refractive index substantially the same as the refractive index of the translucent member, or a refractive index between the refractive index of the translucent member and the refractive index of the wavelength conversion member. The protective film can also contribute to adhesion between the cap and the wavelength conversion member.
（貫通孔）
キャップの貫通孔は、半導体レーザ素子からの光を出射させる穴である。貫通孔は、キャップの上部又は側部等のいずれの部位に形成されていてもよい。貫通孔の数については、本実施形態では１つの貫通孔を形成したものを例示しているが、これに限らず、２以上の複数個設けてもよい。
本実施形態に係る発光装置では、半導体レーザ素子の光出射方向側からみて、キャップ上部のほぼ中央に貫通孔が形成されていることが好ましい。また、貫通孔の開口幅における中心軸は、半導体レーザ素子からの光出射軸とほぼ同一であることが好ましい。これにより、波長変換率の向上及び光損失の低減を図ることができる。
(Through hole)
The through hole of the cap is a hole for emitting light from the semiconductor laser element. The through hole may be formed in any part such as an upper part or a side part of the cap. Regarding the number of through-holes, in the present embodiment, an example in which one through-hole is formed is illustrated, but the number is not limited to this, and a plurality of two or more through-holes may be provided.
In the light emitting device according to the present embodiment, it is preferable that a through hole is formed in the substantially upper center of the cap as viewed from the light emitting direction side of the semiconductor laser element. Further, it is preferable that the central axis in the opening width of the through hole is substantially the same as the light emission axis from the semiconductor laser element. Thereby, the improvement of a wavelength conversion rate and reduction of optical loss can be aimed at.
貫通孔の内壁面は、貫通孔の中心軸と直交する水平面を有しており、この水平面の上に波長変換部材が配置される。水平面よりも下側の貫通孔の径は、波長変換部材の径（または幅）よりも小さく形成されている。これにより、波長変換部材からの光が半導体発光素子側へと戻り難くなっている。
図２において、波長変換部材の下面のうち、貫通孔の水平面と接触する部分の面積Ｓ１の割合が、２０％以上であることが好ましく、さらに７０％以上であることがより好ましい。これにより、波長変換部材で発生する熱をキャップに伝達させやすくなり、放熱性を高めることができる。
貫通孔内において、水平面よりも下側を第１領域１４１とし、水平面よりも上側を第２領域１４２とする。貫通孔の第１領域１４１及び第２領域１４２は、開口幅における中心軸が略同一となることが好ましい。これにより、光を効率よく導光させることができる。
The inner wall surface of the through hole has a horizontal plane orthogonal to the central axis of the through hole, and the wavelength conversion member is disposed on the horizontal plane. The diameter of the through hole below the horizontal plane is formed smaller than the diameter (or width) of the wavelength conversion member. This makes it difficult for light from the wavelength conversion member to return to the semiconductor light emitting element side.
2, of the lower surface of the wavelength conversion member, the ratio of the area S 1 of the portion in contact with the horizontal surface of the through hole, it is more preferred that preferably 20% or more, further 70% or more. Thereby, it becomes easy to transmit the heat which generate | occur | produces with the wavelength conversion member to a cap, and can improve heat dissipation.
In the through hole, a lower side than the horizontal plane is defined as a
（貫通孔の第１領域）
貫通孔の第１領域は、貫通孔内において、水平面よりも下側の領域である。貫通孔の第１領域は、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲した内壁面を有している。
(First region of the through hole)
The first region of the through hole is a region below the horizontal plane in the through hole. The first region of the through hole has an inner wall surface that is inclined or curved so that the through hole becomes a wide mouth from the lower side toward the upper side.
キャップの上方から見た第１領域の開口形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、多角形又はこれらに近似する形状とすることができる。なかでも、円形とすることが好ましい。第１領域の入光側と出光側とで、異なる開口形状であってもよい。
第１領域の入光側の開口の大きさは、半導体レーザ素子の出射光の広がり角、発光素子とキャップとの距離等によって適宜調整することができる。特に、少なくとも第１領域の入光側においては、半導体発光素子の出射光の外形及び大きさに合わせたものが好ましい。つまり、半導体発光素子からの出射光がほぼ全て貫通孔に進入できるものであればよい。ここで、ほぼ全てとは、全体の出射光の８０％以上を意味する。
The opening shape of the first region viewed from above the cap is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a square, a rhombus, a polygon, or a shape similar to these. Of these, a circular shape is preferable. Different opening shapes may be used on the light incident side and the light emitting side of the first region.
The size of the opening on the light incident side of the first region can be appropriately adjusted depending on the spread angle of the emitted light of the semiconductor laser element, the distance between the light emitting element and the cap, and the like. In particular, at least on the light incident side of the first region, it is preferable to match the outer shape and size of the emitted light of the semiconductor light emitting element. That is, it is only necessary that almost all the light emitted from the semiconductor light emitting element can enter the through hole. Here, almost all means 80% or more of the entire emitted light.
貫通孔の第１領域の入光側から出光側への広がりの程度は、特に限定されるものではないが、例えば、内壁面が貫通孔内の水平面に対して６０〜８０度程度の傾斜角を有していることが好ましい。ここで、傾斜角とは断面形状における貫通孔内の水平面と第１領域の内壁面がなす角度を指す。このような傾斜角に設定することにより、波長変換部材から半導体レーザ素子側へ戻る光を、貫通孔の内壁面によって効率的に反射させることができるため、光の取り出し効率を向上させることができる。また、波長変換部材とキャップとの接触面積を十分に確保することができるため、放熱性を高めることができる。 The extent to which the first region of the through hole extends from the light incident side to the light emitting side is not particularly limited. For example, the inclination angle of the inner wall surface is about 60 to 80 degrees with respect to the horizontal plane in the through hole. It is preferable to have. Here, the inclination angle refers to an angle formed by the horizontal plane in the through hole and the inner wall surface of the first region in the cross-sectional shape. By setting such an inclination angle, the light returning from the wavelength conversion member to the semiconductor laser element side can be efficiently reflected by the inner wall surface of the through hole, so that the light extraction efficiency can be improved. . Further, since the contact area between the wavelength conversion member and the cap can be sufficiently ensured, the heat dissipation can be improved.
貫通孔の第１領域は、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように湾曲した内壁面を有するものでもよい。この場合、貫通孔の第１領域は、入射側近傍では開口径の拡大率が大きく、出射側近傍ではその拡大率が小さいものが好ましい。例えば、貫通孔の内壁面がドーム状外面のように湾曲した曲面状のものが挙げられる。このように貫通孔の内壁面が曲面状であると、内壁面で反射された光を、貫通孔の出射側の中心方向へと屈折させることが可能になる。したがって、貫通孔内での光の反射回数を低減でき、光の損失を低減することができる。 The first region of the through hole may have an inner wall surface that is curved so that the through hole has a wide opening from the lower side toward the upper side. In this case, the first region of the through hole preferably has a large enlargement ratio of the opening diameter in the vicinity of the incident side and a small enlargement ratio in the vicinity of the emission side. For example, a curved surface in which the inner wall surface of the through hole is curved like a dome-shaped outer surface can be mentioned. As described above, when the inner wall surface of the through hole is curved, the light reflected by the inner wall surface can be refracted toward the center of the exit side of the through hole. Therefore, the number of reflections of light in the through hole can be reduced, and light loss can be reduced.
（貫通孔の第２領域）
貫通孔の第２領域は、貫通孔内において、水平面よりも上側の領域である。本実施形態においては、貫通孔の第２領域は、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲した内壁面を有していることが好ましい。
(Second area of the through hole)
The second region of the through hole is a region above the horizontal plane in the through hole. In the present embodiment, it is preferable that the second region of the through hole has an inner wall surface that is inclined or curved so that the through hole becomes a wide opening from the lower side toward the upper side.
キャップの上方から見た第２領域の開口形状は、特に限定されず、例えば、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、多角形又はこれらに近似する形状とすることができる。なかでも、円形とすることが好ましい。第２領域の入光側と出光側とで、異なる開口形状であってもよい。 The opening shape of the second region viewed from above the cap is not particularly limited, and may be, for example, a circle, an ellipse, a rectangle, a square, a rhombus, a polygon, or a shape similar to these. Of these, a circular shape is preferable. Different opening shapes may be provided on the light incident side and the light emitting side of the second region.
貫通孔の第２領域の入光側から出光側への広がりの程度は、特に限定されるものではないが、例えば、貫通孔内の水平面に対して４５〜８０度程度の傾斜角を有していることが好ましい。この傾斜角とは断面形状における貫通孔内の水平面と第２領域の内壁面がなす角度を指す。このような傾斜角に設定することにより、波長変換部材から横方向に出射する光を、貫通孔の内壁面によって効率的に反射させることができるため、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができ、かつ輝度の高い発光装置を得ることが可能となる。 The extent of the spread of the second region from the light entrance side to the light exit side is not particularly limited. For example, the second region has an inclination angle of about 45 to 80 degrees with respect to the horizontal plane in the through hole. It is preferable. This inclination angle refers to an angle formed by the horizontal plane in the through hole and the inner wall surface of the second region in the cross-sectional shape. By setting such an inclination angle, the light emitted from the wavelength conversion member in the lateral direction can be efficiently reflected by the inner wall surface of the through hole, so that the emitted light from the semiconductor laser element is efficiently emitted. A light-emitting device that can be taken out from the device and has high luminance can be obtained.
貫通孔の第２領域は、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように湾曲した内壁面を有するものでもよい。この場合、貫通孔の第２領域は、入射側近傍では開口径の拡大率が大きく、出射側近傍ではその拡大率が小さいものが好ましい。例えば、貫通孔の内壁面がドーム状外面のように湾曲した曲面状のものが挙げられる。このように貫通孔の内壁面が曲面状であると、内壁面で反射された光を、貫通孔の出射側の中心方向へと屈折させることが可能になる。したがって、貫通孔内での光の反射回数を低減でき、光の損失を低減することができる。 The second region of the through hole may have an inner wall surface that is curved so that the through hole has a wide opening from the lower side toward the upper side. In this case, the second region of the through hole preferably has a large enlargement ratio of the opening diameter in the vicinity of the incident side and a small enlargement ratio in the vicinity of the emission side. For example, a curved surface in which the inner wall surface of the through hole is curved like a dome-shaped outer surface can be mentioned. As described above, when the inner wall surface of the through hole is curved, the light reflected by the inner wall surface can be refracted toward the center of the exit side of the through hole. Therefore, the number of reflections of light in the through hole can be reduced, and light loss can be reduced.
貫通孔の第２領域内には、波長変換部材の少なくとも一部が配置されていてもよいが、第２領域内に波長変換部材の全体が配置されることが好ましい。すなわち、キャップの上面は、波長変換部材よりも上に位置していることが好ましい。これにより、半導体レーザ素子からの出射光を効率良く発光装置から取り出すことができる。 Although at least a part of the wavelength conversion member may be disposed in the second region of the through hole, it is preferable that the entire wavelength conversion member is disposed in the second region. That is, it is preferable that the upper surface of the cap is located above the wavelength conversion member. Thereby, the emitted light from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device.
（波長変換部材）
波長変換部材は、半導体レーザ素子から出射された光が照射されることで、その出射された光を異なる波長の光に変換させる機能を有する。
波長変換部材は、入射された光の少なくとも一部を波長変換可能な蛍光体を有するものである。具体的には、例えば、蛍光体の単結晶、多結晶もしくは蛍光体粉末の焼結体等の蛍光体インゴットから切り出したものや、樹脂、ガラス、無機物等に蛍光体粉末を混合して焼結したものが挙げられる。半導体レーザ素子からの光が波長変換部材を通過する際に、波長変換物質としての蛍光体を励起することで、半導体レーザ素子の発光波長とは異なった波長を持つ光が得られ、この結果、波長変換されない光との混色により、所望の色相を有する出射光とすることができる。
(Wavelength conversion member)
The wavelength conversion member has a function of converting the emitted light into light of a different wavelength when irradiated with light emitted from the semiconductor laser element.
The wavelength conversion member has a phosphor capable of converting the wavelength of at least part of incident light. Specifically, for example, the phosphor powder mixed with a phosphor ingot such as a phosphor single crystal, polycrystal, or phosphor powder sintered body, resin, glass, inorganic, etc. is sintered. The thing which was done is mentioned. When the light from the semiconductor laser element passes through the wavelength conversion member, the phosphor as the wavelength conversion material is excited to obtain light having a wavelength different from the emission wavelength of the semiconductor laser element. By mixing colors with light that is not wavelength-converted, it is possible to obtain outgoing light having a desired hue.
青色発光素子と好適に組み合わせて白色発光とでき、波長変換部材に用いられる代表的な蛍光体としては、例えば、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）系、ＢＯＳ（Barium ortho-Silicate）系等の蛍光体などが好適に用いられる。白色に発光可能な発光装置とする場合、波長変換部材に含有される蛍光体の濃度によって白色となるよう調整される。蛍光体の濃度は、適宜変更可能であるが、例えば、３〜５０％程度である。波長変換部材の厚みが薄いほうが光取り出し効率が良いため好ましいが、薄くなるほど強度が下がるため、前述の蛍光体濃度と厚みの好ましい範囲内にて、適宜調整されるのが好ましい。 As a typical phosphor that can be used for wavelength conversion member and can emit white light suitably combined with a blue light emitting element, for example, phosphor such as YAG (Yttrium Aluminum Garnet), BOS (Barium ortho-Silicate), etc. Are preferably used. When it is set as the light-emitting device which can be light-emitted white, it adjusts so that it may become white with the density | concentration of the fluorescent substance contained in a wavelength conversion member. Although the density | concentration of fluorescent substance can be changed suitably, it is about 3 to 50%, for example. Although it is preferable that the wavelength conversion member has a small thickness because the light extraction efficiency is good, the strength decreases as the thickness becomes thinner. Therefore, it is preferable that the wavelength conversion member is appropriately adjusted within the above-described preferable ranges of the phosphor concentration and thickness.
波長変換部材は、半導体レーザ素子からの光を入射する面となる下面と、半導体レーザ素子からの光を出射する面となる上面とを有している。波長変換部材の上面および下面は、互いに略平行な平坦面であってもよいし、平坦面に凹凸形状を有する構造であってもよいし、曲面を有してもよい。例えば、光出射面側にレンズ形状を構成してもよい。また、例えば、波長変換部材の上面をレンズ形状とし、半導体レーザ素子からの光を集光することもできるし、凹凸構造として半導体レーザ素子からの光を拡散させることもできる。入射面側になる波長変換部材の下面に凹凸を設けることもできる。波長変換部材の下面に形成される凹凸により、半導体レーザ素子からの入射光を散乱させることができ、輝度ムラや色ムラが低減されやすい。 The wavelength conversion member has a lower surface serving as a surface on which light from the semiconductor laser element is incident and an upper surface serving as a surface from which the light from the semiconductor laser element is emitted. The upper surface and the lower surface of the wavelength conversion member may be flat surfaces that are substantially parallel to each other, a structure having an uneven shape on the flat surface, or a curved surface. For example, a lens shape may be configured on the light exit surface side. In addition, for example, the upper surface of the wavelength conversion member can be formed into a lens shape so that the light from the semiconductor laser element can be condensed, or the light from the semiconductor laser element can be diffused as an uneven structure. Concavities and convexities can be provided on the lower surface of the wavelength conversion member on the incident surface side. The unevenness formed on the lower surface of the wavelength conversion member can scatter incident light from the semiconductor laser element, and luminance unevenness and color unevenness are easily reduced.
波長変換部材の上面及び下面の形状は、円形、楕円形、長方形、正方形、菱形、多角形又はこれらの形状に近似する形状とすることができる。なかでも、円形とすることが好ましい。これにより、発光装置の色度ばらつきを低減することができる。 The shape of the upper surface and the lower surface of the wavelength conversion member can be a circle, an ellipse, a rectangle, a square, a diamond, a polygon, or a shape that approximates these shapes. Of these, a circular shape is preferable. Thereby, the chromaticity dispersion | variation of a light-emitting device can be reduced.
波長変換部材には、光拡散部材を含有してもよい。光拡散部材は、半導体発光素子から出射された光や、波長変換部材にから出射された光を拡散させる機能を持つ。これにより、色ムラを低減し色分布の良好な光源を得ることができる。例えば、光拡散部材として、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、銀などを用いることができる。波長変換部材に対する光拡散部材の含有量は、体積比率にして５〜２０％とすることが好ましい。 The wavelength conversion member may contain a light diffusion member. The light diffusing member has a function of diffusing light emitted from the semiconductor light emitting element and light emitted from the wavelength conversion member. As a result, it is possible to obtain a light source with reduced color unevenness and good color distribution. For example, barium titanate, titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, silicon dioxide, heavy calcium carbonate, light calcium carbonate, zirconium oxide, yttrium oxide, silver, or the like can be used as the light diffusing member. The content of the light diffusing member with respect to the wavelength conversion member is preferably 5 to 20% in volume ratio.
波長変換部材は、光の入射面となる波長変換部材の下面と、キャップの貫通孔の水平面とが、接合されている。接合は、Ａｕ−Ｓｎ等の共晶接合材又は接着材を用いて行うことができる。ここでいう「接合」とは、直接接合しているものに限らず、接着剤やその他の部材を介して接合されているものも含むものとする。 In the wavelength conversion member, the lower surface of the wavelength conversion member serving as the light incident surface is joined to the horizontal surface of the through hole of the cap. Bonding can be performed using a eutectic bonding material such as Au-Sn or an adhesive. The term “joining” as used herein is not limited to those that are directly joined, but includes those that are joined via an adhesive or other member.
（波長変換部材の応用例）
以下に、本実施形態に係る波長変換部材の応用例について説明する。
波長変換部材は、無機物粉末と蛍光体粉末を混合して焼結させ、焼結体としたものを用いることができる。波長変換部材は、外部に露出する表層近傍は凹凸状に形成されていることが好ましい。この凹凸を構成する凹部は、深さや内面の形状が一様ではなく、すなわち不規則とする。また表層における凹凸形成領域では、無機物粒子の粒子間に空隙を生じるように積層されており、つまり多孔質状に加工された表層を構成する。そして表層の最表面では、この空隙の少なくとも一部が外部に連通しており、すなわち開口した凹みを形成して波長変換部材の凹部を構成している。
(Application example of wavelength conversion member)
Below, the application example of the wavelength conversion member which concerns on this embodiment is demonstrated.
As the wavelength conversion member, a sintered body obtained by mixing and sintering inorganic powder and phosphor powder can be used. The wavelength conversion member is preferably formed in a concavo-convex shape in the vicinity of the surface layer exposed to the outside. The recesses constituting the unevenness are not uniform in depth and inner surface shape, that is, irregular. Moreover, in the uneven | corrugated formation area | region in a surface layer, it is laminated | stacked so that a space | gap may be produced between the particle | grains of an inorganic particle, ie, the surface layer processed into the porous form is comprised. On the outermost surface of the surface layer, at least a part of the gap communicates with the outside, that is, an open recess is formed to constitute a recess of the wavelength conversion member.
この凹部は、波長変換部材の材料成分の粒子、特に蛍光体粒子が抜脱したような形状であって、つまり凹部の内面形状の少なくとも一部が、波長変換部材の材料成分における粒子の表面形状に略沿うか、あるいは波長変換部材の材料成分の粒子の表面形状と相似関係を満たす。 The concave portion has a shape such that particles of the wavelength conversion member material component, particularly phosphor particles are removed, that is, at least part of the inner surface shape of the concave portion is the surface shape of the particle in the material component of the wavelength conversion member. Or satisfies the similarity relationship with the surface shape of the particle of the material component of the wavelength conversion member.
波長変換部材の表層では、蛍光体粒子の分布域上を無機物粒子が被覆しており、この無機物粒子の被覆領域が表層を構成して外部に露出している。また表層は複数の細孔を備えており、したがって表層から離間した中央層では蛍光体粒子が表層よりも多く分布している。言い換えると、中央層では表層よりも空隙率が低い。蛍光体粒子は、波長変換部材の表層において中央層よりも少なくなる状態に分布され、中央層では略均等に拡散した状態に配置される。また、本明細書において空隙率とは、波長変換焼結体の全容積に対する、その中に含まれるすきまの容積の割合を意味する。尚、成型時に空隙を有する焼結体の場合には、主に観察断面における蛍光体粒子の密度が、表層側が中央層側に比べて低くし、例えば０．１倍以下、好ましくは０．０１倍以下に低くした透過領域を設け、更には表層に密度がほぼ０の蛍光体非含有の透過領域を設けることが好ましい。 In the surface layer of the wavelength conversion member, the inorganic particles are coated on the distribution region of the phosphor particles, and the coated region of the inorganic particles constitutes the surface layer and is exposed to the outside. Further, the surface layer has a plurality of pores, and therefore, more phosphor particles are distributed in the central layer spaced from the surface layer than in the surface layer. In other words, the porosity of the central layer is lower than that of the surface layer. The phosphor particles are distributed in a state of being smaller than the central layer in the surface layer of the wavelength conversion member, and are disposed in a substantially uniformly diffused state in the central layer. Moreover, the porosity in this specification means the ratio of the volume of the clearance contained in the total volume of the wavelength conversion sintered body. In the case of a sintered body having voids at the time of molding, the density of the phosphor particles mainly in the observation cross section is lower on the surface layer side than on the central layer side, for example, 0.1 times or less, preferably 0.01. It is preferable to provide a transmission region that is reduced to a double or less, and further to provide a phosphor-free transmission region having a density of approximately 0 on the surface layer.
波長変換部材内において、蛍光体が上面から離間していることにより、蛍光体粒子へと進行して波長変換された光が波長変換部材の上面に到達するまでの光路を稼ぐことができ、波長変換光が波長変換部材の上面での凹凸形状、更には透過領域によって十分に散乱、拡散される。これにより波長変換光の色相が半導体レーザ素子の光軸上で際立つことなく、略一様な混色光を得られる。特に、上面から、蛍光体粒子の分布領域の上端までの深さを、波長変換部材の総膜厚の５％ないし４０％とすることで、上記、凹凸面による、更には透過領域による波長変換光の光拡散性を有効に高められる。深さが５％よりも小さければ、散乱性が弱くなる。一方、４０％よりも大きければ、混色光における二次光の比率が微小となって所望の混色光を得られない。尚、凹凸領域は、透過領域の一部として図示しているが、全部で有っても良く、例えば透過領域の２０〜８０％としてもよい。 In the wavelength conversion member, since the phosphor is separated from the upper surface, it is possible to earn an optical path until the wavelength-converted light that has traveled to the phosphor particles reaches the upper surface of the wavelength conversion member. The converted light is sufficiently scattered and diffused by the concavo-convex shape on the upper surface of the wavelength conversion member and further by the transmission region. As a result, the color-converted light does not stand out on the optical axis of the semiconductor laser element, and substantially uniform color mixed light can be obtained. In particular, the depth conversion from the upper surface to the upper end of the distribution region of the phosphor particles is set to 5% to 40% of the total film thickness of the wavelength conversion member, so that the wavelength conversion by the uneven surface and further by the transmission region is performed. The light diffusibility of light can be effectively increased. If the depth is smaller than 5%, the scattering property is weakened. On the other hand, if it is larger than 40%, the ratio of the secondary light in the mixed color light becomes minute, and the desired mixed color light cannot be obtained. In addition, although the uneven | corrugated | grooved area | region is illustrated as a part of transmissive area | region, you may have all, for example, it is good also as 20 to 80% of a transmissive area | region.
このような波長変換部材は、例えばエッチング処理により、無機物粒子と蛍光体粒子のレート差を利用して、優先的、選択的に蛍光体粒子を除去して、波長変換部材の表層側に無機物領域、凹凸領域を設けることができる。そのため、両者をそのような関係のものを選択することが好ましい。 Such a wavelength conversion member uses, for example, an etching process to preferentially and selectively remove phosphor particles using the difference in rate between the inorganic particles and the phosphor particles, so that an inorganic region is formed on the surface layer side of the wavelength conversion member. An uneven region can be provided. Therefore, it is preferable to select those having such a relationship.
（半導体レーザ素子）
半導体レーザ素子としては、種々のものが利用できる。半導体レーザ光は指向性が高いため、光を一方向へ導波しやすい。したがって、半導体レーザ素子から出射した光は、発光装置から効率よく外部へ取り出すことが可能となる。半導体レーザは、３００ｎｍ〜５００ｎｍに発光ピーク波長を持つものを使用できるが、４００ｎｍ〜４７０ｎｍに発光ピーク波長を持つものが好ましい。本発明においては、半導体レーザ素子は、１つのみ配置されてもよいし、２以上配置されてもよい。複数の半導体レーザ素子が配置される場合は、それらの波長は、同じ波長帯でもよいし、異なっていても良い。特にＲＧＢに対応する半導体レーザ素子を同じ放熱部材上に配置したものでもよい。
(Semiconductor laser element)
Various semiconductor laser elements can be used. Since semiconductor laser light has high directivity, it is easy to guide light in one direction. Therefore, the light emitted from the semiconductor laser element can be efficiently extracted from the light emitting device to the outside. A semiconductor laser having an emission peak wavelength at 300 nm to 500 nm can be used, but a semiconductor laser having an emission peak wavelength at 400 nm to 470 nm is preferable. In the present invention, only one semiconductor laser element may be arranged, or two or more semiconductor laser elements may be arranged. When a plurality of semiconductor laser elements are arranged, their wavelengths may be the same wavelength band or different. In particular, semiconductor laser elements corresponding to RGB may be arranged on the same heat radiating member.
（台座）
台座は、半導体レーザ素子を載置させる部材である。形状は特に限定されるものではないが、正方形、長方形、円盤、半円、多角形等が挙げられる。また、部材としては、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、真鍮、コバール、ＣｕＷ、ステンレス等のメタル、もしくは、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ダイヤモンド等のセラミックが挙げられる。
また、台座は複数の部材、部位から構成されても構わない。部材、部位間はＡｕ−Ｓｎ等の蝋付け、抵抗溶接、半田付け等で接合される。
また、台座内にリード等を設けるため、絶縁材を用いても構わない。絶縁材としては、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＮ、ＳｉＣ等のセラミックや、シリコーン、エポキシ、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｅｅｋ）等の樹脂、または、低融点ガラス等を用いることができる。
(pedestal)
The pedestal is a member on which the semiconductor laser element is placed. The shape is not particularly limited, and examples include a square, a rectangle, a disk, a semicircle, and a polygon. Examples of the member include metals such as Cu, Fe, Co, Ni, Au, Ag, Al, brass, Kovar, CuW, and stainless steel, or ceramics such as Al 2 O 3 , SiC, AlN, and diamond.
The pedestal may be composed of a plurality of members and parts. The members and parts are joined together by brazing Au—Sn or the like, resistance welding, soldering, or the like.
In addition, an insulating material may be used to provide a lead or the like in the pedestal. As the insulating material, ceramics such as ZrO 2 , Al 2 O 3 , AlN, and SiC, resins such as silicone, epoxy, and polyetheretherketone (peek), low melting point glass, and the like can be used.
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。
第２の実施形態に係る発光装置は、前述した第１の実施形態の発光装置と比べて、キャップの貫通孔の構成が異なる。なお、第１の実施形態と重複するところもあり、一部説明を省略することもある。
<Second Embodiment>
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to the second embodiment of the present invention.
The light emitting device according to the second embodiment differs from the light emitting device of the first embodiment described above in the configuration of the cap through-hole. In addition, there is a place overlapping with the first embodiment, and a part of the description may be omitted.
本実施形態に係る発光装置２００は、半導体レーザ素子２１０と、半導体レーザ素子２１０を載置する台座２２０と、半導体レーザ素子２１０を覆い、半導体レーザ素子２１０からの光を出射する貫通孔２４０を有するキャップ２３０と、半導体レーザ素子２１０からの光を吸収して異なる波長の光を発光する波長変換部材２５０と、を備えて構成される。キャップ２３０の貫通孔２４０は、その内壁面に波長変換部材２５０が配置される水平面２４５を有している。また、この水平面２４５よりも下側の内壁面２４１が、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲している。
The light emitting device 200 according to the present embodiment includes a
さらに、本実施形態の発光装置２００は、水平面よりも上側において、少なくとも波長変換部材２５０と対向する領域の内壁面が水平面２４５に対して略垂直である。さらに、水平面よりも上側の貫通孔に、波長変換部材が嵌合されている。これにより、波長変換部材で生じる熱を波長変換部材の側面からキャップに伝達させることができるため、放熱性を高めることができる。
本実施形態の発光装置は、水平面よりも上側において、波長変換部材よりも上に位置する内壁面を、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲させてもよい。これにより、この内壁面に照射された光を外部方向へ効率よく反射させることができる。
Furthermore, in the light emitting device 200 of the present embodiment, the inner wall surface of at least the region facing the
In the light emitting device of the present embodiment, the inner wall surface located above the wavelength conversion member may be inclined or curved above the horizontal plane so that the through hole becomes a wide mouth from the lower side toward the upper side. Thereby, the light with which this inner wall surface was irradiated can be efficiently reflected in the external direction.
＜第３の実施形態＞
図５は、本発明の第３の実施形態に係る発光装置を示す概略断面図である。
第３の実施形態に係る発光装置は、前述した第１の実施形態の発光装置と比べて、キャップの貫通孔の構成が異なる。なお、第１の実施形態と重複するところもあり、一部説明を省略することもある。
<Third Embodiment>
FIG. 5 is a schematic sectional view showing a light emitting device according to the third embodiment of the present invention.
The light emitting device according to the third embodiment differs from the light emitting device of the first embodiment described above in the configuration of the cap through-hole. In addition, there is a place overlapping with the first embodiment, and a part of the description may be omitted.
本実施形態に係る発光装置３００は、半導体レーザ素子３１０と、半導体レーザ素子３１０を載置する台座３２０と、半導体レーザ素子３１０を覆い、半導体レーザ素子３１０からの光を出射する貫通孔３４０を有するキャップ３３０と、半導体レーザ素子３１０からの光を吸収して異なる波長の光を発光する波長変換部材３５０と、を備えて構成される。キャップ３３０の貫通孔３４０は、その内壁面に波長変換部材が配置される水平面３４５を有している。また、この水平面３４５よりも下側の内壁面３４１が、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲している。
The light emitting device 300 according to the present embodiment includes a
さらに、本実施形態の発光装置３００は、水平面３４５の上において、少なくとも貫通孔３５０の内壁面と波長変換部材３５０との間に、半導体レーザ素子３１０からの光を反射させる光反射性部材３６０が設けられている。
光反射性部材３６０は、発光素子３１０からの光を反射可能な部材からなる。貫通孔３４０内において、光反射性部材３６０は、波長変換部材３５０の側面を包囲するように設けられていることが好ましい。言い換えると、光反射性部材３６０は、水平面の上において、貫通孔３５０の内壁面と波長変換部材３５０との間に充填されていることが好ましい。これにより、波長変換部材３５０と光反射性部材３６０との界面で、波長変換部材からの光を波長変換部材３５０内に反射させる。このように、波長変換部材３５０内を光が伝播し、最終的に波長変換部材の上面から、外部へと出射される。
Further, in the light emitting device 300 of the present embodiment, the
The light
光反射性部材３６０の材料としては、シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、変性エポキシ樹脂、アクリル樹脂、また、これらの樹脂を少なくとも一種以上含むハイブリッド樹脂等の樹脂に反射性物質を含有させることで形成することができる。反射性物質の材料としては、酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライトなどを用いることができる。その含有濃度、密度により光の反射量、透過量が異なるため、発光装置の形状、大きさに応じて、適宜濃度、密度を調整するとよい。例えば、比較的小さい発光装置の場合には、光反射性部材の肉厚を小さくする必要があり、その薄肉部で光の漏れを抑制するために、反射性物質の濃度を高くすることが好ましい。一方で、光反射性部材３６０の塗布、成形などの製造工程において、反射性物質の濃度が高くなると製造上の困難性がある場合には、その濃度を適宜調整する。例えば、反射性物質の含有濃度を３０ｗｔ％以上、その肉厚を２０μｍ以上とするのが好ましい。
As a material of the light
また、反射性に加え、放熱性を併せ持つ材料とすると反射性能を持たせつつ、放熱性を向上させることができる。このような材料として、熱伝導率の高い窒化アルミニウムや窒化ホウ素が挙げられる。また、反射性物質とは別に、放熱性を高める目的で放熱性物質を添加してもよい。これらの放熱材料の、樹脂に対する含有濃度は、例えば５ｗｔ％以上であり、これにより、光反射性部材３６０の熱伝導率を、３Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることが好ましい。
Moreover, if it is a material which has heat dissipation in addition to reflectivity, heat dissipation can be improved, providing reflection performance. Examples of such a material include aluminum nitride and boron nitride having high thermal conductivity. In addition to the reflective material, a heat radiating material may be added for the purpose of enhancing the heat radiating property. The content concentration of these heat dissipation materials with respect to the resin is, for example, 5 wt% or more, and accordingly, the thermal conductivity of the light
光反射性部材３６０の成形方法は、特に限定されず、例えば、射出成形、ポッティング成形、樹脂印刷法、トランスファーモールド法、圧縮成形などで成形することができる。
The molding method of the light
＜第３の実施形態の変形例＞
図６は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る発光装置を示す概略断面図である。
光反射性部材３６０は、波長変換部材３５０の上面の一部を覆うように形成されていてもよい。この変形例において、光反射性部材３６０は、波長変換部材３５０の上面の周縁部を被覆する被覆部３６２を備えている。光反射性部材３６０の被覆部３６２は、波長変換部材３５０を係止可能であって、略中央に開口部３６４を有する。これにより、波長変換部材３５０の脱落を防止することができる。また、被覆部３６２の開口部３６４は、発光装置の外側に向かって拡開するように傾斜あるいは湾曲していてもよい。これにより、光取り出し効率の向上を図ることができる。
<Modification of Third Embodiment>
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a light emitting device according to a modification of the third embodiment of the present invention.
The light
以下、本発明に係る実施例について詳述する。なお、本発明は以下に示す実施例のみに
限定されないことは言うまでもない。
Examples according to the present invention will be described in detail below. Needless to say, the present invention is not limited to the following examples.
図２は、実施例１に係る発光装置を示す概略断面図である。
実施例１に係る発光装置は、半導体レーザ素子１１０と、半導体レーザ素子１１０を載置する台座１２０と、半導体レーザ素子１１０を覆い、半導体レーザ素子１１０からの光を出射する貫通孔１４０を有するキャップ１３０と、半導体レーザ素子１１０からの光を吸収して異なる波長の光を発光する波長変換部材１５０と、を備えて構成される。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view illustrating the light emitting device according to the first embodiment.
The light emitting device according to the first embodiment includes a
台座１２０は、リード電極１２３と台座底部１２１と台座柱部１２２により構成される。台座底部１２１、台座柱部１２２は、それぞれ鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）を主成分とする。リード１２３は、低融点ガラスによって台座底部１２１に固定される。半導体レーザ素子１１０としては、発光スペクトルのピーク波長が４４５ｎｍ近傍のＧａＮ系の半導体レーザを用いる。キャップ１３０は、円筒の上端が環状の上面により被覆された形状を有しており、半導体発光素子１１０の光出射面に対向する部位に、半導体発光素子１１０からの出射光が通過する貫通孔１４０が形成されている。
この貫通孔１４０は、その内壁面に波長変換部材が配置される水平面１４５を有している。また、この水平面１４５よりも下側（第１領域１４１）の内壁面１４１ａが、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲している。また、水平面１４５よりも上側（第２領域１４２）の内壁面１４２ａにおいても、下側から上側に向かって貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲している。
貫通孔の第１領域１４１の直径は、入光側で３５０μｍ、出光側で１０００μｍであり、第１領域の内壁面の傾斜角は、３０°である。貫通孔の第２領域１４２の直径は、入光側で３０００μｍ、出光側で３１５０μｍであり、第２領域の内壁面の傾斜角は、６０°である。半導体レーザ素子の光出射面からキャップ１３０までの距離は、ほぼ１５０μｍである。キャップ上部１３１の厚みは、８２０μｍ程度である。また、キャップ１３０の貫通孔１４０の内壁面から、キャップ１３０の外側の表面の一部に、Ａｇからなる反射部材を設けている。反射部材の上には、ＳｉＯ２からなる保護膜を形成している。
The
The through
The diameter of the
本実施例における波長変換部材１５０は、ＹＡＧとアルミナを混合して焼結することで形成された蛍光体板である。波長変換部材１５０は、光拡散部材として、酸化イットリウム（信越化学社製、ＵＵＨＰ）が含有されている。光拡散部材の含有量は、波長変換部材に対する体積比率が２０％となるように調節している。波長変換部材１５０は、略円盤形状である。
The
以上のようにして作成された発光装置は、半導体発光素子が出射する光と、波長変換部材によって変換される光との混色により白色が得られる。また、広がり角が調整された光を出射することができ、光取り出し効率が高く、さらに、波長変換部材の放熱性に優れた発光装置を実現することができる。 The light emitting device produced as described above can obtain white color by mixing the light emitted from the semiconductor light emitting element and the light converted by the wavelength conversion member. In addition, it is possible to realize a light emitting device that can emit light with an adjusted divergence angle, has high light extraction efficiency, and is excellent in heat dissipation of the wavelength conversion member.
１１０、２１０、３１０ 半導体レーザ素子
１２０、２２０、３２０ 台座
１２１、２２１、３２１ 台座底部
１２２、２２２、３２２ 台座柱部
１２３、２２３、３２３ リード
１３０、２３０、３３０ キャップ
１３１、２３１、３３１ キャップ上部
１３２、２３２、３３２ キャップ側部
１４０、２４０、３４０ 貫通孔
１４１ 第１領域
１４２ 第２領域
１４５、２４５、３４５ 水平面
１５０、２５０、３５０ 波長変換部材
３６０ 光反射性部材
３６２ 被覆部
３６４ 開口部
110, 210, 310
Claims (6)
前記貫通孔の内壁面に、前記波長変換部材が配置される水平面を有し、
前記水平面よりも下側の前記内壁面が、下側から上側に向かって前記貫通孔が広口となるように傾斜あるいは湾曲していることを特徴とする発光装置。 A semiconductor laser element, a cap that covers the semiconductor laser element and has a through hole that emits light from the semiconductor laser element, and a wavelength conversion member that absorbs light from the semiconductor laser element and emits light of different wavelengths A light emitting device comprising:
The inner wall surface of the through hole has a horizontal surface on which the wavelength conversion member is disposed,
The light-emitting device, wherein the inner wall surface below the horizontal plane is inclined or curved so that the through hole becomes a wide mouth from the lower side to the upper side.
前記水平面よりも上側の貫通孔に、前記波長変換部材が嵌合されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の発光装置。 The through hole is above the horizontal plane, at least the inner wall surface of the region facing the wavelength conversion member is substantially perpendicular to the horizontal plane,
The light-emitting device according to claim 1, wherein the wavelength conversion member is fitted into a through-hole above the horizontal plane.
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