JP2011054759A - Wavelength converting member-holding member and method of manufacturing the same, heat radiation structure of the wavelength converting member, and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、レーザ光の照射を受けて異なる波長の光に変換して放射する波長変換部材の保持部材とその製造方法、波長変換部材の放熱構造、発光装置に関する。 The present invention relates to a holding member for a wavelength conversion member that receives a laser beam and converts it into light of a different wavelength and emits it, a method for manufacturing the same, a heat dissipation structure for the wavelength conversion member, and a light emitting device.
従来、半導体レーザ素子（ＬＤ）と、このレーザ光を導光する屈曲可能な光ファイバと、この光ファイバに導光されたレーザ光の照射を受けて異なる波長の光に変換して放射する波長変換部材とを有する発光装置であって、この光ファイバの端部に波長変換部材を保持する保持部材を備えた発光装置が知られている（特許文献１参照）。 Conventionally, a semiconductor laser element (LD), a bendable optical fiber that guides the laser light, and a wavelength that is irradiated with the laser light guided to the optical fiber and converted into light of a different wavelength and emitted. 2. Description of the Related Art A light-emitting device that includes a conversion member and includes a holding member that holds a wavelength conversion member at the end of the optical fiber is known (see Patent Document 1).
この発光装置では、光源として半導体レーザ素子を用いているので、光源として、例えば、ハロゲンランプなどを用いる場合に比べて、光源から出射される光の輝度を高くすることが可能である。 In this light emitting device, since the semiconductor laser element is used as the light source, the luminance of the light emitted from the light source can be increased as compared with the case where a halogen lamp or the like is used as the light source.
しかしながら、波長変換部材でレーザ光の波長が変換される際に一部熱エネルギーにも変換され、レーザ光の照射された部分で局所的に発熱し、波長変換部材が劣化（変色や変形）する場合がある。このため、波長変換部材の熱を放熱しないと発光装置の寿命が短くなるという問題点がある。 However, when the wavelength of the laser beam is converted by the wavelength conversion member, it is also partially converted into thermal energy, and heat is locally generated in the portion irradiated with the laser beam, and the wavelength conversion member is deteriorated (discolored or deformed). There is a case. For this reason, there is a problem that the lifetime of the light emitting device is shortened unless the heat of the wavelength conversion member is dissipated.
そこで、上記特許文献１では、保持部材に、ワイヤ状やパイプ状の熱伝導部材の一端を熱的に接続し、この熱伝導部材を、光ファイバに沿って延伸することにより、波長変換部材で発生した熱を熱伝導部材を介して搬送し、放熱するようにした放熱構造が開示されている。
Therefore, in
しかし、上記特許文献１の放熱構造は、熱伝導部材が保持部材とは別体で構成されたものであるため、部品点数が多く、構造が複雑となる問題があった。また、熱伝導部材は屈曲可能な光ファイバに沿って放熱側に導かれるので、構造上にも制限があり、波長変換部材の発熱量が大きくなると、充分な放熱が出来なくなるという問題がある。
However, the heat dissipation structure of
本発明は、上記問題に鑑み、波長変換部材の保持部材に、当該波長変換部材を所定位置に取り付ける取付部材の機能と、放熱部材への熱伝導部材の機能を兼ねさせることで、波長変換部材の放熱構造を簡素化すると共に放熱効果の向上を図ることを目的とする。 In view of the above problems, the present invention allows the wavelength conversion member holding member to have both the function of the mounting member for attaching the wavelength conversion member to a predetermined position and the function of the heat conduction member to the heat radiating member. An object of the present invention is to simplify the heat dissipation structure and improve the heat dissipation effect.
上記目的を達成するために、本発明は、レーザ光の照射を受けて異なる波長の光に変換して放射する波長変換部材を保持する保持部材であって、前記波長変換部材を保持する保持部と、該保持部から、前記レーザ光の照射光軸の外周方向に突設された取付支持部とを有し、前記保持部と前記取付支持部とが良熱伝導材料により一体に形成されたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the present invention provides a holding member for holding a wavelength conversion member that receives a laser beam and converts it into light of a different wavelength and emits it, and holds the wavelength conversion member. And a mounting support portion protruding from the holding portion in the outer peripheral direction of the laser light irradiation optical axis, and the holding portion and the mounting support portion are integrally formed of a heat-conductive material. It is characterized by that.
この構成によると、保持部材の保持部と取付支持部とが良熱伝導材料により一体に形成されているので、波長変換部材で発生した熱は、保持部に直接伝達され、一体に形成した取付支持部内を伝熱するので、熱伝導部材が保持部材とは別体で構成されたものに比べて、構造が簡単な上、放熱効率が向上する。従って、波長変換部材の大部分に放熱用の部材を接合する必要がなく、最低限の面積を接合面とすれば良いので、小さい発光点を実現する場合に好適となる。 According to this configuration, since the holding portion of the holding member and the mounting support portion are integrally formed of a good heat conductive material, the heat generated by the wavelength conversion member is directly transmitted to the holding portion, and the integrally formed mounting Since heat is transferred in the support portion, the structure is simple and the heat dissipation efficiency is improved as compared with the case where the heat conducting member is formed separately from the holding member. Therefore, it is not necessary to join a heat radiating member to most of the wavelength conversion member, and a minimum area may be used as the joining surface, which is suitable for realizing a small light emitting point.
また、前記取付支持部をもって、放熱部材に取り付けた場合には、波長変換部材を所定場所に位置させると同時にこの波長変換部材の放熱構造が得られ、前記取付支持部を介して効果的な放熱を行うことができる。 In addition, when the mounting support portion is attached to the heat radiating member, the wavelength conversion member is positioned at a predetermined place, and at the same time, a heat radiating structure of the wavelength conversion member is obtained, and effective heat dissipation is achieved via the mounting support portion. It can be performed.
しかも、取付支持部間は空間となるので、重量が重く成らず、波長変換された光が保持部材を通過する構造とした場合でもにあまり光の通過の妨げにならず、発光装置にも好適となる。また、波長変換部材の発熱量が大きい場合には、取付支持部の径を少し太くしたり、取付支持部の数を増やすことにより、容易に対応することができる。 In addition, since the space between the mounting support portions becomes a space, the weight does not increase, and even when the wavelength-converted light passes through the holding member, it does not hinder the passage of light so much and is suitable for the light emitting device. It becomes. Moreover, when the calorific value of the wavelength conversion member is large, it can be easily handled by slightly increasing the diameter of the mounting support part or increasing the number of mounting support parts.
また、本発明では、上記構成の保持部材が伝熱異方性材料から成り、前記取付支持部の方向を伝熱異方性材料の熱伝導性の高い方向に合致させたことを特徴としている。これによると、保持部に伝えられた波長変換部材の熱は、保持部から、取付支持部の突出方向に速やかに伝熱され、突出方向とは直交する方向には熱が伝わりにくくなる。従って、取付支持部の部分で空気が暖められることによる通過する光のゆらぎを少なくすることができる。 In the present invention, the holding member having the above-described structure is made of a heat transfer anisotropic material, and the direction of the mounting support portion is matched with the direction of high heat conductivity of the heat transfer anisotropic material. . According to this, the heat of the wavelength conversion member transmitted to the holding portion is quickly transferred from the holding portion in the protruding direction of the mounting support portion, and the heat is hardly transferred in the direction orthogonal to the protruding direction. Therefore, it is possible to reduce the fluctuation of the light passing through the warming of the air at the mounting support portion.
なお、伝熱異方性材料としては、グラファイトを好適に使用することができる。グラファイトの熱伝導率は非常に大きいので、取付支持部の径を細くすることができる。ひいては軽量化が可能で発光装置の軽量化に寄与する。その場合、グラファイトブロックのＸＹ面内で切り出すことにより、取付支持部の突出方向を伝熱異方性材料の熱伝導性の高い方向に合致した保持部材を容易に製造できる。グラファイトは錆などによる経時劣化の影響が少なく、保持部材としての強度も備えるため好適な伝熱異方性材料である。 Note that graphite can be suitably used as the heat transfer anisotropic material. Since the thermal conductivity of graphite is very large, the diameter of the mounting support portion can be reduced. As a result, the weight can be reduced, which contributes to the weight reduction of the light emitting device. In that case, by cutting out in the XY plane of the graphite block, it is possible to easily manufacture a holding member that matches the protruding direction of the mounting support portion with the direction of high thermal conductivity of the heat transfer anisotropic material. Graphite is a suitable heat transfer anisotropic material because it is less affected by aging due to rust and the like and has strength as a holding member.
また、本発明の波長変換部材の放熱構造は、上記の保持部材の取付支持部の端部を、放熱部材に熱的に接合したことを特徴としている。この放熱構造によると、波長変換部材で発生した熱は、保持部材の保持部で吸熱され、取付支持部を伝熱し、放熱部材で放熱される。つまり、保持部材が熱伝導部材の機能を兼ねるので、熱伝導部材が保持部材とは別体で構成されたものに比べて、波長変換部材の放熱構造を簡素化することができる。 Moreover, the heat dissipation structure for a wavelength conversion member of the present invention is characterized in that the end portion of the mounting support portion of the holding member is thermally joined to the heat dissipation member. According to this heat dissipation structure, the heat generated by the wavelength conversion member is absorbed by the holding portion of the holding member, is transferred to the mounting support portion, and is radiated by the heat dissipation member. That is, since the holding member also functions as a heat conducting member, the heat dissipation structure of the wavelength conversion member can be simplified as compared with the heat conducting member configured separately from the holding member.
そして、上記の放熱構造を有する本発明の発光装置は、波長変換部材が放射する光を外部の所定方向に出射する反射部材を備えており、前記放熱部材として、前記反射部材を用いたことを特徴としている。これによると、保持部材の取付支持部は反射部材に熱的に接合される。つまり、反射部材が放熱部材を兼ねるので、反射部材とは別に放熱部材を用意する場合に比べてコスト削減が図られる。また、反射部材は広い面積を有するので、放熱面積が大きく効率が良い。 The light emitting device of the present invention having the above heat dissipation structure includes a reflective member that emits light emitted from the wavelength conversion member in a predetermined external direction, and the reflective member is used as the heat dissipation member. It is a feature. According to this, the attachment support part of the holding member is thermally joined to the reflecting member. That is, since the reflecting member also serves as the heat radiating member, the cost can be reduced as compared with the case where the heat radiating member is prepared separately from the reflecting member. Moreover, since the reflecting member has a large area, the heat radiation area is large and the efficiency is good.
また、上記の放熱構造を有する本発明の発光装置は、波長変換部材が放射する光を外部の所定方向に出射する反射部材を備えており、前記放熱部材は、前記反射部材の外周形状に合致する放熱リングとし、反射部材の外周に固定したことを特徴としている。これによると、反射部材が放熱部材の固定用の部材を兼ねるので、放熱部材の固定構造を簡素化することができる。しかも、放熱部材である放熱リングは反射部材の外周に整合するので、発光装置のデザイン性を悪くすることがない。 Further, the light emitting device of the present invention having the above heat dissipation structure includes a reflection member that emits light emitted from the wavelength conversion member in a predetermined external direction, and the heat dissipation member matches the outer peripheral shape of the reflection member. The heat dissipating ring is fixed to the outer periphery of the reflecting member. According to this, since the reflecting member also serves as a member for fixing the heat radiating member, the structure for fixing the heat radiating member can be simplified. In addition, since the heat dissipating ring as the heat dissipating member is aligned with the outer periphery of the reflecting member, the design of the light emitting device is not deteriorated.
この場合、前記波長変換部材を保持した前記保持部材を前記放熱リングに圧入することで、取付支持部の端部を容易に放熱部材に熱的に接合することができる。 In this case, the end of the mounting support portion can be easily thermally bonded to the heat dissipation member by press-fitting the holding member holding the wavelength conversion member into the heat dissipation ring.
なお、上記のように反射部材を備える本発明の発光装置では、波長変換部材の外側方向（周囲）には保持部材の複数の取付支持部が突出しており、反射部材により出射された光は一部取付支持部に遮光され、出射光の輝度が幾分犠牲になることが考えられる。しかし、取付支持部の機能を発揮できる必要最小限の数や太さに設定し、隣接する取付支持部のなす角を均等な中心角（取付支持部が３本の場合は中心角１２０°）に設定しておけば、発光装置としての出射光の輝度は十分確保できる。 In the light emitting device of the present invention having the reflecting member as described above, a plurality of mounting support portions of the holding member protrude in the outer direction (periphery) of the wavelength conversion member, and the light emitted by the reflecting member is one. It is conceivable that the brightness of the emitted light is somewhat sacrificed by being shielded by the part mounting support part. However, it is set to the minimum number and thickness necessary to exhibit the function of the mounting support part, and the angle formed by the adjacent mounting support parts is a uniform central angle (in the case of three mounting support parts, the central angle is 120 °). If set to, the luminance of the emitted light as the light emitting device can be sufficiently secured.
また、本発明の発光装置は、上記構成の発光装置において、前記波長変換部材は、前記反射部材の中央部から出射するレーザ光が背面に照射されることを特徴としている。これによると、反射部材８からの光の出射効率を最大となり、発光装置としての性能が良くなる。
Moreover, the light emitting device of the present invention is characterized in that, in the light emitting device configured as described above, the wavelength converting member is irradiated with a laser beam emitted from a central portion of the reflecting member. According to this, the light emission efficiency from the reflecting
前記反射部材の反射面は放物面であり、前記反射部材の放物面の焦点位置に、前記保持部材により前記波長変換部材を保持した。これによると、波長変換部材から出射される光は反射部材で平行光として反射されるため、発光装置を前照灯として利用することができる。 The reflection surface of the reflection member is a paraboloid, and the wavelength conversion member is held by the holding member at a focal position of the paraboloid of the reflection member. According to this, since the light emitted from the wavelength conversion member is reflected as parallel light by the reflecting member, the light emitting device can be used as a headlamp.
本発明によると、保持部材の保持部と取付支持部とが良熱伝導材料により一体に形成されているので、波長変換部材で発生した熱は、保持部に直接伝達され、一体に形成した取付支持部内を伝熱するので、熱伝導部材が保持部材とは別体で構成されたものに比べて、構造が簡単な上、放熱効率が向上する。従って、波長変換部材の大部分に放熱用の部材を接合する必要がなく、最低限の面積を接合面とすれば良いので、小さい発光点を実現する場合に好適となる。 According to the present invention, since the holding portion of the holding member and the mounting support portion are integrally formed of a good heat conductive material, the heat generated by the wavelength conversion member is directly transmitted to the holding portion and is integrally formed. Since heat is transferred in the support portion, the structure is simple and the heat dissipation efficiency is improved as compared with the case where the heat conducting member is formed separately from the holding member. Therefore, it is not necessary to join a heat radiating member to most of the wavelength conversion member, and a minimum area may be used as the joining surface, which is suitable for realizing a small light emitting point.
また、前記取付支持部をもって、放熱部材に取り付けた場合には、波長変換部材を所定場所に位置させると同時にこの波長変換部材の放熱構造が得られ、前記取付支持部を介して効果的な放熱を行うことが出来る。 In addition, when the mounting support portion is attached to the heat radiating member, the wavelength conversion member is positioned at a predetermined place, and at the same time, a heat radiating structure of the wavelength conversion member is obtained, and effective heat dissipation is achieved via the mounting support portion. Can be done.
しかも、取付支持部間は空間となるので、重量が重く成らず、波長変換された光が保持部材を通過する構造とした場合でもにあまり光の通過の妨げにならず、発光装置にも好適となる。また、波長変換部材の発熱量が大きい場合には、取付支持部の径を少し太くしたり、取付支持部の数を増やすことにより、容易に対応することができる。 In addition, since the space between the mounting support portions becomes a space, the weight does not increase, and even when the wavelength-converted light passes through the holding member, it does not hinder the passage of light so much and is suitable for the light emitting device. It becomes. Moreover, when the calorific value of the wavelength conversion member is large, it can be easily handled by slightly increasing the diameter of the mounting support part or increasing the number of mounting support parts.
以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による発光装置の構造について説明する。 With reference to FIGS. 1-5, the structure of the light-emitting device by one Embodiment of this invention is demonstrated.
本発明の一実施形態による発光装置１は、図１に示すように、半導体レーザ素子２ａ（図２参照）を含む半導体レーザ装置２と、半導体レーザ装置２（半導体レーザ素子２ａ）で発生した熱を放熱するための放熱部材３と、半導体レーザ素子２ａから出射（発振）された光を導光する光ファイバ４と、光ファイバ４により導光された光が照射される波長変換部材５と、波長変換部材５を保持するとともに波長変換部材で発生する熱を放熱するための保持部材６と、保持部材６の熱を放熱するための放熱部材７とを備えている。反射部材８は、波長変換部材５により変換された光を特定方向に反射する凹部８ａを有するもので、例えば金属製の放物面鏡である。また、反射部材８の焦点位置に波長変換部材５が配置されている。この発光装置１は、例えば、車両用前照灯などに用いられる。
As shown in FIG. 1, a
半導体レーザ装置２は、図２に示すように、光源として機能する半導体レーザ素子２ａと、半導体レーザ素子２ａが搭載されるステム２ｂと、ステム２ｂに固定された２つの外部端子２ｃと、ステム２ｂ上に取り付けられた金属製の円筒部２ｄと、半導体レーザ素子２ａから出射された光（レーザ光）を集光する集光レンズ２ｅと、円筒部２ｄの開口部に取り付けられた蓋部材２ｆとによって構成されている。
As shown in FIG. 2, the semiconductor laser device 2 includes a
半導体レーザ素子２ａの裏面は、導電性を有する接着剤（図示せず）により、ステム２ｂに固定されている。そして、半導体レーザ素子２ａの裏面は、導電性を有する接着剤（図示せず）を介して、一方の外部端子２ｃに電気的に接続されている。また、半導体レーザ素子２ａの上面は、金属線（図示せず）を介して、他方の外部端子２ｃに電気的に接続されている。
The back surface of the
また、半導体レーザ素子２ａは、例えば約４５０ｎｍ以下の波長を有する光（レーザ光）を発振する。具体的には、半導体レーザ素子２ａは、例えば青色光、青紫色光または紫外光のレーザ光を発振する機能を有する。なお、青色光のレーザ光は、約４５０ｎｍの中心波長を有するレーザ光であり、青紫色光のレーザ光は、約４０５ｎｍの中心波長を有するレーザ光である。また、紫外光のレーザ光は、約１０ｎｍ以上約３８０ｎｍ（約３６０ｎｍ〜約４００ｎｍ）以下のいずれかに中心波長を有するレーザ光である。
The
ステム２ｂは、円筒部２ｄよりも大きい直径（外径）を有する。また、ステム２ｂは図３に示すように、金属板９と放熱部材３とに挟み込まれた状態で、ネジ２０を用いて、放熱部材３に固定されている。また、外部端子２ｃ（図２参照）は、放熱部材３の端子ソケット（図示せず）に挿入されている。
The
このような構造においては、ステム２ｂと放熱部材３との間に、放熱グリース（図示せず）を塗布しておいてもよい。このように構成すれば、半導体レーザ装置２（半導体レーザ素子２ａ）の放熱性をより向上させることが可能である。
In such a structure, heat radiation grease (not shown) may be applied between the
また、放熱部材３は、例えば、放熱フィン、放熱板（放熱ブロック）およびペルチェ素子などを用いてもよい。
Moreover, the
集光レンズ２ｅは、半導体レーザ素子２ａから出射された光（レーザ光）を光ファイバ４の光入力端面４ａに集光する機能を有する形状であればよい。すなわち、集光レンズ２ｅは、例えば、両面（光入射面および光出射面）が凸状であってもよいし、片面（光入射面または光出射面）のみが凸状であってもよい。なお、集光レンズ２ｅを設けることによって、半導体レーザ素子２ａから出射される光の利用効率を向上させることが可能である。
The condensing
また、集光レンズ２ｅは、半導体レーザ素子２ａおよび光ファイバ４から離れた状態で配置してもよいし、半導体レーザ素子２ａまたは光ファイバ４に接触するように配置してもよい。
Further, the
蓋部材２ｆには、光ファイバ４が挿入される挿入孔２ｇが形成されている。そして、蓋部材２ｆにより、光ファイバ４の光入射端面４ａ側の部分が保持されている。
An
なお、図２および図３に示した光ファイバ４の半導体レーザ装置２に対する取付構造は、ピグテイル型と呼ばれる構造であり、光ファイバ４と半導体レーザ装置２とが一体的に形成されている。
The attachment structure of the
図１に示すように、光ファイバ４は、例えばプラスチックなどにより形成されており、湾曲可能である。なお、光ファイバ４は、例えば石英ガラスを用いて形成されていてもよい。また、光ファイバ４は、例えば、約０．２ｍｍ〜約１．０ｍｍの直径（Ｄ１）（図２参照）を有する。
As shown in FIG. 1, the
また、光ファイバ４は、図２に示すように、中心部に配置されるコア４ｂと、コア４ｂの周囲を覆うクラッド４ｃと、クラッド４ｃの周囲を覆う被覆層４ｄとによって構成されている。
As shown in FIG. 2, the
波長変換部材５は、図４に示すように、光ファイバ４の光出射端面４ｅが臨設している。波長変換部材５は、光ファイバ４の直径（Ｄ１）よりも大きな直径（Ｄ２）を有する、例えば円柱形状に形成されている。また、波長変換部材５は、光出射端面４ｅから出射された光（レーザ光）が背面の略中央部分から略直角に照射する位置に配置されている。なお、臨設には、光出射面４ｅが波長変換部材５と接して設けられる構成も含まれる。
As shown in FIG. 4, the
保持部材６は、図１および図５に示すように、波長変換部材５を保持する保持部６ａと、保持部６ａから、レーザ光の照射光軸の外周方向に突設された複数の取付支持部６ｂとを有し、保持部６ａと取付支持部６ｂとが良熱伝導材料（本実施形態では、後述するように伝熱異方性材料）により一体に形成されたものである。本実施形態では、レーザ光の照射光軸は、光ファイバ４の光出射端面４ｅの中心を通って該面４ｅに直交する線となり、その外周方向は波長変換部材５の軸線を中心とした放射方向となる。
As shown in FIGS. 1 and 5, the holding
保持部６ａは、波長変換部材５の直径（Ｄ２）とほぼ同じ内径を有する、例えば円筒形状に形成されている。保持部６ａの内周に、波長変換部材５が嵌着されている。波長変換部材５の光ファイバ４側は、光照射領域Ｓに近く発熱が激しいので、少なくともこの部分の近傍の外周部が覆われるように保持部６ａを配置するのが放熱効率の面で好ましい。保持部６ａの長さは、波長変換部材５から放出される光が大幅に減殺されないように、波長変換部材５の長さよりも短く設定する必要がある。保持部６ａの厚みは、吸熱量と材料コストを考慮して適当な寸法に選ばれる。
The holding
取付支持部６ｂは、例えば、角棒状であり、図５に示すように、保持部６ｂの中心を中心として放射状に３本突設されている。隣接する取付支持部６ｂ、６ｂのなす角は均等な中心角の１２０°に設定されている。よって、取付支持部６ｂ、６ｂ間は空間となる。
The
本実施形態では、保持部材６の材料である良熱伝導材料として、グラファイトなどの伝熱異方性材料を用いている。次の表１は、伝熱異方性材料の一例であるグラファイト、非熱伝導材料の一例であるシリコーンラバー、等法的な熱伝導性を示す良熱伝導材料の一例である銅、アルミニウムの熱伝導率の値を示すものである。表１に示すように、グラファイトは、ｘｙ方向に関しては良熱伝導材料の代表である銅、アルミニウムなどの金属よりも１桁大きい極めて高い熱伝導率を示す一方、ｚ方向に関しては非熱伝導材料の代表であるシリコーンラバーに匹敵するほど小さな熱伝導率を有し、熱伝導率の方向依存性が高い材料であることが理解される。
In the present embodiment, a heat transfer anisotropic material such as graphite is used as the good heat conductive material that is the material of the holding
保持部材６の材料として伝熱異方性材料を用いる場合は、取付支持部６ｂの突出方向を伝熱異方性材料の熱伝導性の高い方向に合致させるようにすると、保持部６ａに伝えられた波長変換部材５の熱は、保持部６ａから、取付支持部６ｂの突出方向に速やかに伝熱され、突出方向とは直交する方向には熱が伝わりにくくなる。従って、取付支持部の部分で空気が暖められることによる通過する光のゆらぎを少なくすることができる。
When a heat transfer anisotropic material is used as the material of the holding
グラファイトの熱伝導率は非常に大きいので、取付支持部の径を細くすることができる。ひいては軽量化が可能で発光装置の軽量化に寄与する。その場合、グラファイトブロックのＸＹ面内で切り出すことにより、取付支持部６ｂの突出方向を伝熱異方性材料の熱伝導性の高い方向に合致した保持部材６を容易に製造できる。グラファイトは錆などによる経時劣化の影響が少なく、保持部材としての強度も備えるため好適な伝熱異方性材料である。伝熱異方性材料としては、グラファイトの他、例えば、水晶のように、六方晶系の結晶構造を有する材料を使用することができる。
Since the thermal conductivity of graphite is very large, the diameter of the mounting support portion can be reduced. As a result, the weight can be reduced, which contributes to the weight reduction of the light emitting device. In that case, by cutting out in the XY plane of the graphite block, it is possible to easily manufacture the holding
放熱部材７は、図１に示すように、反射部材８の外周形状に合致する放熱リングであり、反射部材８の外周に固定されている。具体的には、放熱部材７の一端にはボルト孔を有するフランジ７ａが形成されており、フランジ７ａに対応して反射部材８の外周に形成されたボルト孔を有するフランジ８ｃが合わされ、ボルト２１とナット２２で締結される。これによると、反射部材８が放熱部材７の固定用の部材を兼ねるので、放熱部材７の固定構造を簡素化することができる。しかも、放熱部材７である放熱リングは反射部材８の外周に整合するので、発光装置１のデザイン性を悪くすることがない。
As shown in FIG. 1, the
保持部材６の３本の取付支持部６ｂの突出方向の長さは等しい長さに設定されている。つまり、３本の取付支持部６ｂの端は、保持部６ａの中心を中心とする同一円周上に位置する。この円の直径は、放熱部材（放熱リング）７の内周の直径（Ｄ３）と同程度か若干大きい寸法に設定されている。よって、波長変換部材５を保持部６ａに保持した保持部材６を放熱部材７に圧入するだけで、取付支持部６ｂの端部を容易に放熱部材７に熱的に接合することができる。
The length of the three
波長変換部材５は、半導体レーザ素子２ａから出射された光ファイバ４により導光された光（レーザ光）の少なくとも一部を、異なる波長を有する光に変換し出射（発光）する機能を有する。具体的には、波長変換部材５は、半導体レーザ素子２ａからの光の一部を、黄色光や、青色光、赤色光および緑色光などに変換し出射する機能を有する。そして、波長変換部材５から出射される光が混色されることによって、例えば白色光が得られる。
The
このような波長変換部材５は、例えば、透光性部材と、透光性部材内に分散された粒子状の蛍光体とにより形成することが可能である。この透光性部材は、例えば樹脂により形成してもよい。
Such a
また、蛍光体は、半導体レーザ素子２ａからの光の少なくとも一部を異なる波長を有する光に変換することが可能であれば特に限定されないが、サイアロンなどの酸窒化物系の材料により形成することが好ましい。蛍光体をサイアロンなどの酸窒化物系の材料により形成すれば、蛍光体（波長変換部材５）の耐熱性を向上させることが可能であるので、蛍光体（波長変換部材５）が熱により劣化（変色や変形）するのを抑制することが可能である。
The phosphor is not particularly limited as long as at least a part of the light from the
蛍光体の別の好適な例としては、III−Ｖ族の化合物半導体からなるナノメータサイズの粒子を用いた半導体ナノ粒子蛍光体を用いることもできる。同一の化合物半導体（例えばインジウムリン：ＩｎＰ）を用いても、その粒子径を変更させることにより、量子サイズ効果によって発光色を変化させうることが半導体ナノ粒子蛍光体の特徴の一つである。なお、照射する光の波長は、当該半導体ナノ粒子蛍光体の吸収のピーク波長よりも短ければ良いので、上記青紫光に限られず紫外光でも良い。また、赤色に発光する半導体ナノ粒子蛍光体に対しては、青色光でも緑色光でも良い。 As another suitable example of the phosphor, a semiconductor nanoparticle phosphor using nanometer-sized particles made of a III-V compound semiconductor can also be used. One feature of the semiconductor nanoparticle phosphor is that even when the same compound semiconductor (for example, indium phosphide: InP) is used, the emission color can be changed by the quantum size effect by changing the particle diameter. In addition, since the wavelength of the light to irradiate should just be shorter than the absorption peak wavelength of the said semiconductor nanoparticle fluorescent substance, it is not restricted to the said blue-violet light, An ultraviolet light may be sufficient. For semiconductor nanoparticle phosphors that emit red light, blue light or green light may be used.
また、半導体ナノ粒子蛍光体は、半導体ベースであるので蛍光寿命が短く、励起光のパワーを素早く蛍光として放射できるのでハイパワーの励起光に対して耐性が強いという特徴もある。これは、上記半導体ナノ粒子蛍光体の発光寿命が、１０ナノ秒程度であり、希土類を発光中心とする通常の蛍光体材料の発光寿命に比べて５桁も小さいためである。発光寿命が短いため、励起光の吸収と蛍光の発光とを素早く繰り返すことができる。その結果、強い励起光に対して高い変換効率を保つことができ、蛍光体からの発熱が低減される。よって、波長変換部材５が熱により劣化（変色や変形）するのをより抑制することができる。これにより、光の出力が高い半導体レーザ素子２ａを光源として用いる場合に、発光装置１の寿命が短くなるのをより抑制することができる。
In addition, since the semiconductor nanoparticle phosphor is semiconductor-based, it has a short fluorescence lifetime and can emit the excitation light power quickly as fluorescence, and thus has a feature of high resistance to high-power excitation light. This is because the emission lifetime of the semiconductor nanoparticle phosphor is about 10 nanoseconds, which is five orders of magnitude shorter than the emission lifetime of a normal phosphor material having a rare earth-based emission center. Since the emission lifetime is short, absorption of excitation light and emission of fluorescence can be repeated quickly. As a result, high conversion efficiency can be maintained for strong excitation light, and heat generation from the phosphor is reduced. Therefore, it is possible to further suppress the
上記のような発光装置１では、波長変換部材５の光照射領域Ｓで発生した熱は、光照射領域Ｓ近傍周囲から保持部材６の保持部６ａに伝達される。そして、その熱が取付支持部６ｂを伝わって放熱部材７に伝達され、放熱される。これによって、波長変換部材５で発生した熱は、継続的に放熱される。すなわち、波長変換部材５で発生した熱を放熱することができる。
In the
図１に示すように、反射部材８の凹部８ａの反射面（内面）は、光を反射する機能を有する鏡面に形成されている。また、反射部材８の凹部８ａの反射面は、例えば、放物面であてもよいし、楕円面の一部であってもよい。また、凹部８ａの反射面は、上下方向や左右方向に非対称な面であってもよい。なお、反射部材８の凹部８ａの反射面（内面）は、光を反射する機能を有していれば、鏡面でなくてもよい。
As shown in FIG. 1, the reflecting surface (inner surface) of the
また、反射部材８は、波長変換部材５から放射された光を所定の方向に出射する（反射する）機能を有する。
The
また、反射部材８の凹部８ａの反射面（放物面）の頂点には、光ファイバ４が挿入される挿入孔８ｂが形成されている。そして、光ファイバ４は、反射部材８の凹部の反射面（放物面）の頂点から反射部材８の凹部８ａの内側に突出している。これにより、反射部材８の中央部からレーザ光が波長変換部材５の背面に照射されるので、反射部材８からの光の出射効率を最大にでき、発光装置としての性能が良くなる。反射部材８は、例えば、約３０ｍｍの直径を有するように形成されている。
In addition, an
また、反射部材８は、放熱性を有するように、金属などにより形成されていてもよいし、表面に金属層が形成された部材により形成されていてもよい。この場合、反射部材８を放熱部材７に固定または接触させることによって、波長変換部材５で発生した熱を、反射部材８からも放熱させることが可能である。
Moreover, the reflecting
本発明によると、保持部材の保持部と取付支持部とが良熱伝導材料により一体に形成されているので、波長変換部材で発生した熱は、保持部に直接伝達され、一体に形成した取付支持部内を伝熱するので、熱伝導部材が保持部材とは別体で構成されたものに比べて、構造が簡単な上、放熱効率が向上する。従って、波長変換部材の大部分に放熱用の部材を接合する必要がなく、最低限の面積を接合面とすれば良いので、小さい発光点を実現する場合に好適となる。 According to the present invention, since the holding portion of the holding member and the mounting support portion are integrally formed of a good heat conductive material, the heat generated by the wavelength conversion member is directly transmitted to the holding portion and is integrally formed. Since heat is transferred in the support portion, the structure is simple and the heat dissipation efficiency is improved as compared with the case where the heat conducting member is formed separately from the holding member. Therefore, it is not necessary to join a heat radiating member to most of the wavelength conversion member, and a minimum area may be used as the joining surface, which is suitable for realizing a small light emitting point.
また、前記取付支持部をもって、放熱部材に取り付けた場合には、波長変換部材を所定場所に位置させると同時にこの波長変換部材の放熱構造が得られ、前記取付支持部を介して効果的な放熱を行うことが出来る。 In addition, when the mounting support portion is attached to the heat radiating member, the wavelength conversion member is positioned at a predetermined place, and at the same time, a heat radiating structure of the wavelength conversion member is obtained, and effective heat dissipation is achieved via the mounting support portion. Can be done.
しかも、取付支持部間は空間となるので、重量が重く成らず、波長変換された光が保持部材を通過する構造とした場合でもにあまり光の通過の妨げにならず、発光装置にも好適となる。また、波長変換部材の発熱量が大きい場合には、取付支持部の径を少し太くしたり、取付支持部の数を増やすことにより、容易に対応することができる。 In addition, since the space between the mounting support portions becomes a space, the weight does not increase, and even when the wavelength-converted light passes through the holding member, it does not hinder the passage of light so much and is suitable for the light emitting device. It becomes. Moreover, when the calorific value of the wavelength conversion member is large, it can be easily handled by slightly increasing the diameter of the mounting support part or increasing the number of mounting support parts.
なお、今回開示された実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。 In addition, it should be thought that embodiment disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and further includes meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.
例えば、本発明の発光装置は、インジケータランプ（表示灯）、イルミネーション、プロジェクタまたはレーザポインタや、その他の各種発光装置に適用可能である。また、本発明の発光装置は、車両用前照灯以外に、表示装置用のバックライト、室内用照明装置または内視鏡用照明装置や、その他の各種照明装置にも適用可能である。 For example, the light emitting device of the present invention can be applied to an indicator lamp (indicator light), illumination, a projector or a laser pointer, and other various light emitting devices. The light emitting device of the present invention can be applied to a backlight for a display device, an indoor lighting device or an endoscope lighting device, and other various lighting devices in addition to the vehicle headlamp.
また、本発明の発光装置の半導体レーザ素子は、高出力型の半導体レーザ素子であっても、低出力型の半導体レーザ素子であってもよい。 Further, the semiconductor laser element of the light emitting device of the present invention may be a high output type semiconductor laser element or a low output type semiconductor laser element.
また、上記実施形態では、発光素子として半導体レーザ素子を用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、発光素子として、半導体レーザ素子以外の、例えば発光ダイオードなどを用いてもよい。 In the above embodiment, an example in which a semiconductor laser element is used as a light emitting element has been described. However, the present invention is not limited to this, and a light emitting element other than the semiconductor laser element, such as a light emitting diode, may be used.
また、上記実施形態では、導光部材として光ファイバを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、光を導光する機能を有していれば、光ファイバ以外の部材を用いてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which used the optical fiber as a light guide member was shown, this invention is not restricted to this, As long as it has the function to guide light, it uses members other than an optical fiber. May be.
また、上記実施形態では、発光素子から離れた場所に導光部材（光ファイバ）を用いて導光し波長変換部材５に照射する例について示したが、本発明はこれに限らず、導光部材を用いなくてもよい。例えば、図８に示すように、光反射部材８に設けた透孔８ｄを通して、発光素子２ａから出射されるレーザ光を直接、波長変換部材５に照射するようにしてもよい。
In the above embodiment, an example in which light is guided to a place away from the light emitting element using a light guide member (optical fiber) and irradiated to the
また、上記実施形態では、保持部材の保持部の内周に、波長変換部材を嵌着する例について示したが、本発明はこれに限らず、導電性接着層を用いて接着してもよい。導電性接着層は、通常、非導電性の接着層に比べて熱伝導率が高いので、波長変換部材で発生した熱を、導電性接着層を介して、より効率よく保持部に伝達させることができる。 Moreover, in the said embodiment, although the example which fits the wavelength conversion member to the inner periphery of the holding | maintenance part of a holding member was shown, this invention is not restricted to this, You may adhere using a conductive contact bonding layer. . Since the conductive adhesive layer usually has higher thermal conductivity than the non-conductive adhesive layer, the heat generated by the wavelength conversion member can be more efficiently transferred to the holding portion via the conductive adhesive layer. Can do.
また、上記実施形態では、保持部材の保持部を円筒形状に形成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、円筒形状以外の形状に形成してもよい。例えば、図６に示すように、保持部６ａを板状或いは柱状に形成して、その中心に設けた貫通孔に光ファイバ４の光出射側端部を嵌入するとともに、その一側の面に波長変換部材５を導電性接着剤１０を用いて接着してもよい。これによると、保持部６ａにより、光ファイバ４の光出射側端部も保持されるので、レーザ光の照射位置の精度を高めることができる。或いは、図７に示すように、円筒形状の保持部６ａの一端に内向きのフランジを形成し、波長変換部材５をエッジ部分で保持する構成としてもよい。これによると、波長変換部材５の軸方向の位置決めを確実に行えるため、波長変換部材５を反射部材８の焦点位置に精度良く配置することが可能となる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the example which formed the holding part of the holding member in the cylindrical shape, this invention is not restricted to this, You may form in shapes other than a cylindrical shape. For example, as shown in FIG. 6, the holding
また、上記実施形態では、保持部材の材料として伝熱異方性材料を用いる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、伝熱異方性材料以外の良熱伝導材料を用いてもよい。例えば、良熱伝導材料の代表例である、金、銀、銅、アルミニウム、ステンレスなどの金属材料を用いてもよい。 In the above embodiment, the case where the heat transfer anisotropic material is used as the material of the holding member has been described. However, the present invention is not limited to this, and a good heat conductive material other than the heat transfer anisotropic material may be used. Good. For example, a metal material such as gold, silver, copper, aluminum, stainless steel, which is a representative example of a good heat conductive material, may be used.
また、上記実施形態では、保持部材の取付支持部を角棒状に形成した場合について示したが、本発明はこれに限らず、各棒状以外の形状に形成してもよい。例えば、取付支持部を丸棒状、フィン状などに形成してもよい。 Moreover, although the case where the attachment support part of the holding member was formed in the shape of a square bar was shown in the above embodiment, the present invention is not limited to this and may be formed in a shape other than each bar shape. For example, the attachment support portion may be formed in a round bar shape, a fin shape, or the like.
また、上記実施形態では、保持部材の取付支持部の数を３本とした場合について示したが、本発明はこれに限らず、１本あるいは２本あるいは３本より多い数としてもよい。伝熱効率と強度の面から言えば取付支持部の数は多い方が好ましいが、あまり多いと波長変換部材から放射される光および反射部材からの出射光が大幅に減殺されるため、発光装置としての機能を損なわない範囲の数とするのがよい。 Moreover, although the case where the number of attachment support portions of the holding member is three has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this and may be one, two, or more than three. In terms of heat transfer efficiency and strength, it is preferable to have a large number of mounting support portions. However, if the number is too large, the light emitted from the wavelength conversion member and the light emitted from the reflecting member are greatly diminished. The number should be in a range that does not impair the function.
また、上記実施形態では、図１に示すように、反射部材８とは別に放熱部材７を設ける例について説明したが、本発明はこれに限らず、放熱部材として、反射部材を用いてもよい。例えば、図９に示すように、反射部材８の凹部８ａに面した内周に取付支持部６ｂに対応した溝孔８ｄを周方向に等間隔で複数設け、溝孔８ｄに保持部材６の取付支持部６ｂの端部に嵌合するようにしてもよい。これによると、保持部材６の取付支持部６ｂは反射部材８に熱的に接合される。つまり、反射部材８が放熱部材を兼ねるので、反射部材８とは別に放熱部材７を用意する場合に比べてコスト削減が図られる。また、反射部材８は広い面積を有するので、放熱面積が大きく効率が良い。
Moreover, in the said embodiment, as shown in FIG. 1, although the example which provides the
また、上記実施形態では、波長変換部材を円柱形状に形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、波長変換部材を、円柱形状以外の形状に形成してもよい。例えば、波長変換部材を半球形状に形成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although shown about the example which formed the wavelength conversion member in the column shape, this invention is not limited to this, You may form a wavelength conversion member in shapes other than a column shape. For example, the wavelength conversion member may be formed in a hemispherical shape.
また、上記実施形態では、波長変換部材を、透光性部材と、透光性部材内に分散された蛍光体とにより形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、波長変換部材を、蛍光体のみにより形成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which formed the wavelength conversion member with the translucent member and the fluorescent substance disperse | distributed in the translucent member was shown, this invention is not limited to this, The wavelength conversion member May be formed of phosphor alone.
また、上記実施形態では、波長変換部材が放熱部材に固定されている場合について示したが、本発明はこれに限らず、波長変換部材は、放熱部材に固定されていなくても当接されていればよい。この場合、波長変換部材を支持する部材を別途設けてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the case where the wavelength conversion member was fixed to the heat radiating member was shown, this invention is not restricted to this, The wavelength conversion member is contact | abutted even if it is not fixed to the heat radiating member. Just do it. In this case, a member that supports the wavelength conversion member may be provided separately.
また、上記実施形態では、波長変換部材が放熱部材のみにより支持されている場合について説明したが、本発明はこれに限らず、波長変換部材や放熱部材を支持する部材を別途設けてもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the wavelength conversion member was supported only by the heat radiating member, this invention is not restricted to this, You may provide the member which supports a wavelength conversion member and a heat radiating member separately.
また、上記実施形態では、波長変換部材を、反射部材の凹部内に配置した例について示したが、本発明はこれに限らず、波長変換部材を、反射部材の凹部の外側に配置してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although shown about the example which has arrange | positioned the wavelength conversion member in the recessed part of a reflection member, this invention is not limited to this, Even if it arrange | positions a wavelength conversion member in the recessed part of a reflection member. Good.
また、上記実施形態では、波長変換部材の光ファイバ側の面が、例えば平坦面に形成されている例について説明したが、本発明はこれに限らず、波長変換部材の光ファイバ側の面に凹部を設けてもよい。この場合、凹部内に光ファイバの光出射端面が位置するように、光ファイバを配置してもよい。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the example in which the surface by the side of the optical fiber of a wavelength conversion member was formed in the flat surface, for example, this invention is not restricted to this, The surface by the side of the optical fiber of a wavelength conversion member A recess may be provided. In this case, the optical fiber may be arranged so that the light emitting end face of the optical fiber is located in the recess.
また、上記実施形態では、光ファイバと半導体レーザ装置とを、ピグテイル型に構成した例について示したが、本発明はこれに限らず、光ファイバと半導体レーザ装置とを、互いに分離可能なコネクタ型（レセプタクル型）に構成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which comprised the optical fiber and the semiconductor laser apparatus in the pigtail type was shown, this invention is not restricted to this, The connector type which can isolate | separate an optical fiber and a semiconductor laser apparatus mutually. You may comprise (receptacle type).
また、上記実施形態では、波長変換部材から出射される光が混色されることによって白色光が得られるように、半導体レーザ素子および波長変換部材を構成する例について示したが、本発明はこれに限らず、白色光以外の光が得られるように、半導体レーザ素子および波長変換部材を構成してもよい。 Moreover, in the said embodiment, although shown about the example which comprises a semiconductor laser element and a wavelength conversion member so that white light can be obtained by mixing the light radiate | emitted from a wavelength conversion member, this invention is shown to this. However, the semiconductor laser element and the wavelength conversion member may be configured so that light other than white light is obtained.
また、上記実施形態では、約４５０ｎｍ以下の波長を有する光（青色光、青紫色光または紫外光のレーザ光）を出射する半導体レーザ素子を用いる例について示したが、本発明はこれに限らず、約４５０ｎｍよりも大きい波長を有する光（レーザ光）を出射する半導体レーザ素子を用いてもよい。 In the above-described embodiment, an example in which a semiconductor laser element that emits light having a wavelength of about 450 nm or less (blue light, blue-violet light, or ultraviolet laser light) is used has been described, but the present invention is not limited thereto. A semiconductor laser element that emits light (laser light) having a wavelength greater than about 450 nm may be used.
また、上記実施形態では、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に、集光レンズを設けた例について示したが、本発明はこれに限らず、半導体レーザ素子と光ファイバとの間に集光レンズを設けなくてもよい。 In the above embodiment, an example in which a condensing lens is provided between the semiconductor laser element and the optical fiber has been described. However, the present invention is not limited to this, and condensing is performed between the semiconductor laser element and the optical fiber. It is not necessary to provide a lens.
また、上記実施形態では、金属板を用いて、半導体レーザ装置を放熱部材に取り付けた例について示したが、本発明はこれに限らず、例えばステムにネジ挿入穴を設け、金属板を用いずに、半導体レーザ装置（ステム）を放熱部材に取り付けてもよい。 Moreover, in the said embodiment, although the example which attached the semiconductor laser apparatus to the heat radiating member using the metal plate was shown, this invention is not restricted to this, For example, a screw insertion hole is provided in a stem and a metal plate is not used. In addition, the semiconductor laser device (stem) may be attached to the heat radiating member.
１ 発光装置（照明装置）
２ａ 半導体レーザ素子（発光素子）
３ 放熱部材
４ 光ファイバ（導光部材）
５ 波長変換部材
６ 保持部材
６ａ 保持部
６ｂ 取付支持部
７ 放熱部材
８ 反射部材
Ｓ 光照射領域
1 Light-emitting device (lighting device)
2a Semiconductor laser element (light emitting element)
3
DESCRIPTION OF
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