JP2015073043A - 発光装置およびプロジェクター - Google Patents
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Abstract
【課題】光導波路の温度上昇を抑制し、発光効率のより高い発光装置を提供する。
【解決手段】発光装置100は、基板20と、基板20上に電気接続部材30と接合部材31を介して設置される発光素子10と、を備える発光装置であって、発光素子10は、基板20との接合面から発光素子10の内部に向かう孔部(孔50)を備え、接合部材31が、孔50内にも充填されている。
【選択図】図1
【解決手段】発光装置100は、基板20と、基板20上に電気接続部材30と接合部材31を介して設置される発光素子10と、を備える発光装置であって、発光素子10は、基板20との接合面から発光素子10の内部に向かう孔部(孔50)を備え、接合部材31が、孔50内にも充填されている。
【選択図】図1
Description
本発明は、発光装置およびプロジェクターに関する。
近年、固体発光装置を光源としたプロジェクターが実用化されている。しかしながら固体発光装置は発熱により発光効率が低下するという問題もあった。そのため、効率よく放熱することが可能な実装方法が工夫されている。例えば、特許文献1には、微細配線と高い放熱の両立が可能で、かつ許容電流に余裕を持たせられる放熱基板や、これを用いた発光装置(発光モジュール)が提案されている。
しかしながら、特許文献1に記載の発光装置では、放熱基板に実装される発光素子の放熱効果には限界があり、発熱をさらに抑制することが困難であるという課題があった。具体的には、発光素子を構成する部材の熱伝導率が低い場合に、発光素子内部にこもる熱の放散が充分にできないという課題であった。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決、あるいは改善するためになされたものであり、以下の適用例または形態として実現することが可能である。
[適用例1]本適用例に係る発光装置は、基板と、前記基板上に設置される発光素子と、前記基板と前記発光素子とを接合する接合部材と、前記基板と前記発光素子とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、前記発光素子には、前記基板との接合面側に開口部を有する孔部が設けられ、前記接合部材の一部が、前記孔部に入り込んでおり、前記接合部材と前記電気接続部材とが電気的に絶縁されていることを特徴とする。
本適用例によれば、発光素子は、基板との接合面側に開口部を有する孔部を備えており、基板と発光素子とは、接合部材と、電気接続部材によって接合されている。一般に、基板と発光素子との機械的接合に供する接合部材は、比較的熱伝導率の大きな金属材料、または金属粒子を含む樹脂材料等が用いられる。その為、上記構成によれば、発光素子の発光に伴って発光素子内部に発生する熱が、発光素子内部に設けられた孔部に入り込んだ接合部材を通じて、より効率的に基板に伝達される。したがって、発熱した発光素子をより効果的に放熱することにより、発光効率の劣化等が抑制された発光素子を提供することができる。
[適用例2]上記適用例に係る発光装置において、前記発光素子は、内部に光導波路を有するスーパールミネッセントダイオードであって、前記接合部材は、前記基板の厚み方向に平面視したときに、前記光導波路よりも前記発行素子の外周縁に近い位置に設けられ、前記孔部は、前記孔部を形成する内壁面に、前記接合部材を電気的に絶縁する絶縁層を有することが好ましい。
本適用例によれば、発光素子は、内部に光導波路を有するスーパールミネッセントダイオード(以下SLD=Super Luminescent Diode)である。SLDは、駆動時に光導波路が発熱し、SLD全体に蓄熱されることで、光導波路からの発光効率が低下する虞がある。これに対し、上記構成では、発光素子に蓄積される熱が、孔部に入り込んだ接合部材によって、より効率的に基板に伝達される。しかも、孔部は、その内壁面に絶縁層を有しているので、SLDと接合部材とは電気的に絶縁されることから、孔部の内壁面の絶縁層に欠陥があった場合でも電気的に短絡することがない。したがって、発光素子の電気的特性に悪影響を与えることなく、孔部と接合部材とによる放熱効果を得ることができる。
[適用例3]上記適用例に係る発光装置において、複数の前記孔部を備え、前記複数の孔部は、前記発光素子の前記基板との接合面全体に所定の間隔を置いて配置されていることが好ましい。
本適用例によれば、発光装置は、発光素子の基板との接合面全体に規則性を有して配設された複数の孔部による放熱経路が設けられているので、より安定して効果的な放熱硬化を有する発光素子を提供することができる。
[適用例4]上記適用例に係る発光装置において、前記接合部材の熱伝導率は、前記発光素子の基材の熱伝導率よりも大きいことが好ましい。
本適用例によれば、接合部材の熱伝導率は、発光素子の基材の熱伝導率よりも大きいため、発光素子内部に発生する熱が、発光素子内部に設けられた孔部に入り込んだ接合部材を通じて、より効率的に基板に伝達される。したがって、発熱する発光素子をより効果的に放熱させることにより、発光効率の低下が抑制された発光素子を提供することができる。
[適用例5]本適用例に係るプロジェクターは、基板と、前記基板上に設置される発光素子と、前記基板と前記発光素子とを接合する接合部材と、前記基板と前記発光素子とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、前記発光素子は、前記基板との接合面から前記発光素子の内部に向かう孔部を備え、前記接合部材の一部が、前記孔部に入り込んでいることが好ましい。
本適用例によれば、発光効率の低下がより効果的に抑制された発光装置を備えるため、プロジェクターの発光特性をより優れたものとすることができる。
以下に本発明を具体化した実施形態について、図面を参照して説明する。以下は、本発明の一実施形態であって、本発明を限定するものではない。なお、以下の各図においては、説明を分かりやすくするため、実際とは異なる尺度で記載している場合がある。
(実施形態1)
まず、実施形態1に係る発光装置としての発光装置100について説明する。
図1(a)は、発光装置100の平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A線部分拡大断面図である。
発光装置100は、基板20と、基板20の一方の面上に電気接続部材30、接合部材31を介して設置される発光素子10とを備える発光装置である。発光装置100は、基板20との接合面から発光素子10の内部に向かう孔部としての孔50を備え、接合部材31は、図1(c)に示すように、孔50にも充填されている。
まず、実施形態1に係る発光装置としての発光装置100について説明する。
図1(a)は、発光装置100の平面図、図1(b)は、図1(a)のA−A線部分拡大断面図である。
発光装置100は、基板20と、基板20の一方の面上に電気接続部材30、接合部材31を介して設置される発光素子10とを備える発光装置である。発光装置100は、基板20との接合面から発光素子10の内部に向かう孔部としての孔50を備え、接合部材31は、図1(c)に示すように、孔50にも充填されている。
本実施形態の発光素子10は、内部に光導波路40を有するスーパールミネッセンスダイオード(SLD=Super Luminescent Diode)である。発光素子10は、矩形板状の形状を呈しており、基板20との接合面から順に、コンタクト層12、第1クラッド層13、活性層14、第2クラッド層15、バッファー層16、素子基板17、および第2電極18が積層されている。基板20との接合面となるコンタクト層12には、第1電極11が備えられている。
以下、発光素子10の具体例として、赤色系のSLDについて具体的に説明する。
以下、発光素子10の具体例として、赤色系のSLDについて具体的に説明する。
コンタクト層12は、第1電極11とオーミックコンタクトを形成する層であり、好適例として、例えば、p型GaAs層などから形成されている。
第1クラッド層13は、好適例として、例えば、p型AlGaP層などから形成されている。
活性層14は、好適例として、例えば、InGaPウェル層とInGaAlPバリア層とから構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造を有している。
第2クラッド層15は、好適例として、例えば、n型AlGaP層などから形成されている。
バッファー層16は、好適例として、例えば、n型のGaAs層、InGaP層などから形成されている。
素子基板17は、好適例として、例えば、n型のGaAs基板などから形成されている。
第2電極18は、発光素子10を駆動するための一方の電極であり、例えば、素子基板17側からCr層、AuGe層、Ni層、Au層の順序で積層し形成されている。第2電極18は、素子基板17の全面とオーミックコンタクトし、バッファー層16を介して、第2クラッド層15と電気的に接続されている。
第1クラッド層13は、好適例として、例えば、p型AlGaP層などから形成されている。
活性層14は、好適例として、例えば、InGaPウェル層とInGaAlPバリア層とから構成される量子井戸構造を3つ重ねた多重量子井戸(MQW:Multi Quantum Well)構造を有している。
第2クラッド層15は、好適例として、例えば、n型AlGaP層などから形成されている。
バッファー層16は、好適例として、例えば、n型のGaAs層、InGaP層などから形成されている。
素子基板17は、好適例として、例えば、n型のGaAs基板などから形成されている。
第2電極18は、発光素子10を駆動するための一方の電極であり、例えば、素子基板17側からCr層、AuGe層、Ni層、Au層の順序で積層し形成されている。第2電極18は、素子基板17の全面とオーミックコンタクトし、バッファー層16を介して、第2クラッド層15と電気的に接続されている。
第1電極11は、発光素子10を駆動するための他方の電極であり、例えば、コンタクト層12側からCr層、AuZn層、Au層の順序で積層し形成されている。第1電極11は、コンタクト層12を介して、第1クラッド層13と電気的に接続されている。
第1電極11は、図1(a)に示すように、基板20を平面視したときに、長方形の発光素子10の長手方向に対して斜めに傾いて帯状に延在するように設けられている。
第1電極11は、図1(a)に示すように、基板20を平面視したときに、長方形の発光素子10の長手方向に対して斜めに傾いて帯状に延在するように設けられている。
このような構成において、p型の第1クラッド層13、不純物がドーピングされていない活性層14、およびn型の第2クラッド層15により、pinダイオードが構成される。第1クラッド層13および第2クラッド層15の各々は、活性層14よりも禁制帯幅が大きく、屈折率が小さい層である。活性層14は、光を増幅する機能を有する。第1クラッド層13および第2クラッド層15は、活性層14を挟んで、注入キャリア(電子および正孔)並びに光を閉じ込める機能を有する。
第1電極11と第2電極18とによって挟まれる活性層14の一部の領域は、活性層14における電流経路(発光領域)となり、光導波路40として構成される。従って、光導波路40を平面視したときの形状は、第1電極11と略同じ形状で形成される。つまり、光導波路40は、基板20を平面視したときに、第1電極11の配置に従って、長方形の発光素子10の長手方向に対して斜めに傾いて帯状に延在するように形成される。斜めに配置されることにより、光導波路40に生じる光のレーザー発振を抑制または防止することができ、その結果、例えば、プロジェクターの光源として活用した場合などに、スペックルノイズを低減することができる。光導波路40に生じる光は、発光素子10の側面に露出する光導波路40の端面40a、および40bから射出される。
なお、第1電極11および光導波路40の平面形状は、例えば、図1(a)に示すような平行四辺形などであるが、例えば、曲線や、直線と曲線の組み合わせなどによって構成される形状であってもよい。また、第2電極18と素子基板17との接触面が、第1電極11と同じ平面形状を有するように構成しても良い。
なお、第1電極11および光導波路40の平面形状は、例えば、図1(a)に示すような平行四辺形などであるが、例えば、曲線や、直線と曲線の組み合わせなどによって構成される形状であってもよい。また、第2電極18と素子基板17との接触面が、第1電極11と同じ平面形状を有するように構成しても良い。
発光素子10では、第1電極11と第2電極18との間に、pinダイオードの順バイアス電圧を印加すると、活性層14の光導波路40において電子と正孔との再結合が起こる。この再結合により発光が生じる。この生じた光を起点として、連鎖的に誘導放出が起こり、光導波路40内を光が進行し、その間に光強度が増幅され、光導波路40の端面40aから第1出射光L1として出射され、端面40bから第2出射光L2として出射される。第1出射光L1の向きと第2出射光L2の向きとは、例えば、互いに逆方向である。
この発光再結合の確率は、温度に依存し、温度の上昇に伴って発光強度が低下するため、光導波路40の温度上昇を抑制する必要がある。
この発光再結合の確率は、温度に依存し、温度の上昇に伴って発光強度が低下するため、光導波路40の温度上昇を抑制する必要がある。
基板20は、板状体であり、発光素子10を搭載する面に接続パターン21を有している。基板20は、例えば、Cu、Al、Mo、W、Si、C、Be、Auや、これらの化合物(例えば、AlN、BeOなど)や合金(例えばCuMoなど)などを用いることができる。また、これらの例示を組み合わせたもの、例えばCu層とMo層の多層構造などから基板20を構成することもできる。
接続パターン21と第1電極11とは、電気接続部材30によって電気的に接続されている。
また、基板20と発光素子10とは、電気接続部材30によって接合される領域以外の領域において、接合部材31と、接着剤22によって接着されている。なお、電気接続部材30および接合部材31により、基板20と発光素子10との接合強度が十分に確保できる場合には、接着剤22は無い構成としてもよい。
接続パターン21と第1電極11とは、電気接続部材30によって電気的に接続されている。
また、基板20と発光素子10とは、電気接続部材30によって接合される領域以外の領域において、接合部材31と、接着剤22によって接着されている。なお、電気接続部材30および接合部材31により、基板20と発光素子10との接合強度が十分に確保できる場合には、接着剤22は無い構成としてもよい。
発光素子10には、基板20との接合面側に開口部を有する孔部としての孔50が設けられている。
孔50は、基板20との接合面(コンタクト層12の表面)から、接合面に略垂直の方向に発光素子10の内部に向かって形成された孔部であり、図1(b)に示すように、発光素子の基板との接合面の略全体に所定の間隔Dをおいて設けられている。本実施形態では、平面視で光導波路40と重ならない領域に複数の孔50が設けられている。
孔50は、基板20との接合面(コンタクト層12の表面)から、接合面に略垂直の方向に発光素子10の内部に向かって形成された孔部であり、図1(b)に示すように、発光素子の基板との接合面の略全体に所定の間隔Dをおいて設けられている。本実施形態では、平面視で光導波路40と重ならない領域に複数の孔50が設けられている。
孔50の内壁面には、上記した発光素子10の基板20との接合面側に積層された絶縁層51が形成されている。絶縁層51の形成材料には、好適例として、例えば、SiO2、SiN、SiONなどを用いることができる。
なお、孔50の内壁面に形成された絶縁層51上に、金属層を積層させた構成としてもよい。このような構成とすることにより、後述する孔50に充填された接合部材31を介した発光素子10の放熱の効率をさらに高めることができる。この金属層の形成材料としては、例えば金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、ニッケルなどの金属やそれらの合金を用いることができる。
なお、孔50の内壁面に形成された絶縁層51上に、金属層を積層させた構成としてもよい。このような構成とすることにより、後述する孔50に充填された接合部材31を介した発光素子10の放熱の効率をさらに高めることができる。この金属層の形成材料としては、例えば金、銀、銅、クロム、パラジウム、アルミニウム、ニッケルなどの金属やそれらの合金を用いることができる。
コンタクト層12の表面からの孔50の深さは、発光素子10の剛性(製造工程から使用環境までの間で加わる力学的ストレスに耐える強度)を確保できる範囲でより深いことが好ましい。
また、孔50と孔50の間隔Dは、孔50ひとつあたりの放熱量と、発光素子10の単位面積あたりに必要な放熱量とから算出された孔50の必要個数に対応させて設定される。孔50の個数や配置は、発光素子10の素子基材として必要な強度や発光素子としての機能を保てる範囲で配置することがより好ましい。
なお、本実施形態では、発光素子10に複数の孔50が設けられている例を説明するが、必ずしも複数設ける必要はなく、適切な箇所に1つのみ設ける構成であっても良い。
また、孔50は、必要な放熱量に応じて内径(大きさ)を変え設置される。例えば、大きな放熱量が必要な場合は、孔50の内径(大きさ)を大きくする。これにより、孔50と接合部材31との接触面積が大きくなり、また、孔50に入り込む接合部材31の体積が増えることで熱容量が大きくなる。これらの効果として、孔50による放熱性を向上させることが出来る。同様に、小さな放熱量でも良い場合は孔50の内径(大きさ)を小さくする。このように、孔50の内径(大きさ)は、発光素子10の接合面内各所に必要な放熱量や、素子基材としての必要な強度、あるいは発光素子としての機能を保てる範囲で適宜に決定される。
また、孔50と孔50の間隔Dは、孔50ひとつあたりの放熱量と、発光素子10の単位面積あたりに必要な放熱量とから算出された孔50の必要個数に対応させて設定される。孔50の個数や配置は、発光素子10の素子基材として必要な強度や発光素子としての機能を保てる範囲で配置することがより好ましい。
なお、本実施形態では、発光素子10に複数の孔50が設けられている例を説明するが、必ずしも複数設ける必要はなく、適切な箇所に1つのみ設ける構成であっても良い。
また、孔50は、必要な放熱量に応じて内径(大きさ)を変え設置される。例えば、大きな放熱量が必要な場合は、孔50の内径(大きさ)を大きくする。これにより、孔50と接合部材31との接触面積が大きくなり、また、孔50に入り込む接合部材31の体積が増えることで熱容量が大きくなる。これらの効果として、孔50による放熱性を向上させることが出来る。同様に、小さな放熱量でも良い場合は孔50の内径(大きさ)を小さくする。このように、孔50の内径(大きさ)は、発光素子10の接合面内各所に必要な放熱量や、素子基材としての必要な強度、あるいは発光素子としての機能を保てる範囲で適宜に決定される。
基板20と発光素子10との接合に供する接合部材31は、孔50の内部にも充填されている。ここで、接続パターン23と発光素子10との間は絶縁層51により電気的に絶縁されている。即ち、絶縁層51は、接続パターン23の領域に設けられた接合部材31によって発光素子10と接続パターン23とが電気的に接続されないように形成されている。
接合部材31に好適な例として、例えば、高熱伝導性の銀ペーストを用いることができる。具体的に、本実施形態では、上述した発光素子10の積層構造を構成する各材料の熱伝送率より高い熱伝導率(例えば110W/m・K)の銀ペーストを用いている。
なお、接合部材31は、銀ペーストに限定するものではなく、例えば、クリーム半田、異方性導電ペースト、金属ナノ粒子含有の接合部材、導電性インク、UV硬化型の接着剤、液体金属の接合材(液体金属グリス等)、放熱グリスであっても良い。但し、発光素子10の積層構造を構成する各材料よりも高い熱伝導率を有する材料を用いることがより好ましい。
また、発光素子10の積層構造を構成する材料としては、発光利得領域が形成可能な材料系を用いることができる。例えば、AlGaN系、InGaN系、GaAs系、InGaAs系、GaInNAs系、ZnCdSe系、InP系、GaN系、AlGaAs系、GaAsP系、InGaAlP系、ZnSe系、InGaAsP系、GaP系、SiC系、Al2O3などを用いることができる。但し、接合部材31には、これらの材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する部材を用いることがより好ましい。
また、発光素子10の積層構造を構成する材料としては、発光利得領域が形成可能な材料系を用いることができる。例えば、AlGaN系、InGaN系、GaAs系、InGaAs系、GaInNAs系、ZnCdSe系、InP系、GaN系、AlGaAs系、GaAsP系、InGaAlP系、ZnSe系、InGaAsP系、GaP系、SiC系、Al2O3などを用いることができる。但し、接合部材31には、これらの材料の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する部材を用いることがより好ましい。
発光装置100は、第1電極11に接続された接続パターン21と第2電極18との間に発光素子10の順バイアス電圧を印加することにより、SLDとして発光駆動させることができる。
以上述べたように、本実施形態による発光装置100によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態の発光装置100が備える発光素子10は、内部に光導波路40を有するSLDであり、一般に、駆動時に光導波路が発熱し高温となるほど光導波路からの発光効率が低下する。これに対し、本実施形態では、基板20との接合面から発光素子10の内部に向かう孔部としての孔50を備えており、基板20と発光素子10とを接合する接合部材31が、孔50にも充填されている。つまり、発光素子10の内部において、接合部材31は、接合面全体に電気的に絶縁されて設けられている。しかも、接合部材31の熱伝導率は、発光素子10を構成する材料の熱伝導率よりも大きいため、発光素子10の内部に発生する熱が、発光素子10内部に設けられた孔50に充填された接合部材31を通じて、より効率的に基板20に伝達される。つまり、孔50に充填された接合部材31をヒートシンクとして機能させることができる。これにより、発熱した発光素子10が、より効果的に放熱され、光導波路40の温度上昇を抑制することができるので、発光再結合の確率低下が抑制され、発光効率の低下をより効果的に抑制することができる。
また、発光装置100を製造するにあたり、光導波路40のヒートシンクとして機能させる部材は、発光素子10と基板20とを接続させる接合部材31で構成されている。そのため、発光素子10に孔50を備えておくことにより、発光素子10を基板20に搭載する工程において、発光素子10と基板20との接合を図る接合部材31を付与するのと同時にヒートシンクとしての接合部材31を孔50内に充填することが可能となるため、効率よく製造することができる。
なお、上記では、接合部材31が孔50に充填されていると説明したが、必ずしも接合部材31が孔50の内部全体に詰め込まれている必要は無い。孔50内への接合部材31の充填率の差により放熱効果の度合いは異なるものの、接合部材31が孔50の内部に入り込んでいることで放熱の効果を得ることができる。
(実施形態2)
次に、実施形態2に係るプロジェクターとしてのプロジェクター10000について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
次に、実施形態2に係るプロジェクターとしてのプロジェクター10000について説明する。なお、説明にあたり、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略する。
図2は、プロジェクター10000を模式的に示す図である。なお、図2では、プロジェクター10000を構成する筐体は省略している。
プロジェクター10000は、本発明に係る発光装置を含む。以下では、本発明に係る発光装置として、発光装置100を用いた例について説明する。
プロジェクター10000は、本発明に係る発光装置を含む。以下では、本発明に係る発光装置として、発光装置100を用いた例について説明する。
プロジェクター10000において、赤色光を出射する光源1000Rは、上述した発光装置100によって構成されている。また、緑色光、青色光を出射する光源1000G、光源1000Bは、それぞれ、上述した発光装置100と同様の構成の発光装置によって構成されており、発光素子には、好適例として、GaN(窒化ガリウム)系の発光素子を用いている。
プロジェクター10000は、光源1000R,1000G,1000Bから出射された光をそれぞれ画像情報に応じて変調する透過型の液晶ライトバルブ(光変調装置)1004R,1004G,1004Bと、液晶ライトバルブ1004R,1004G,1004Bによって形成された像を拡大してスクリーン(表示面)1010に投射する投射レンズ(投射装置)1008と、を備えている。また、プロジェクター10000は、液晶ライトバルブ1004R,1004G,1004Bから出射された光を合成して投射レンズ1008に導くクロスダイクロイックプリズム(色光合成手段)1006を備えている。
さらに、プロジェクター10000は、光源1000R,1000G,1000Bから出射された光の照度分布を均一化させるため、各光源1000R,1000G,1000Bよりも光路下流側に、均一化光学系1002R,1002G,1002Bを設けており、これらによって照度分布が均一化された光によって、液晶ライトバルブ1004R,1004G,1004Bを照明している。均一化光学系1002R,1002G、1002Bは、例えば、ホログラム1002aおよびフィールドレンズ1002bによって構成される。
各液晶ライトバルブ1004R,1004G,1004Bによって変調された3つの色光は、クロスダイクロイックプリズム1006に入射する。このプリズムは4つの直角プリズムを貼り合わせて形成され、その内面に赤色光を反射する誘電体多層膜と青色光を反射する誘電体多層膜とが十字状に配置されている。これらの誘電体多層膜によって3つの色光が合成され、カラー画像を表す光が形成される。そして、合成された光は投写光学系である投射レンズ1008によりスクリーン1010上に投写され、拡大された画像が表示される。
なお、上述の例では、光変調装置として透過型の液晶ライトバルブを用いたが、液晶以外のライトバルブを用いてもよいし、反射型のライトバルブを用いてもよい。このようなライトバルブとしては、例えば、反射型の液晶ライトバルブや、デジタルマイクロミラーデバイス(Digital Micro Mirror Device)が挙げられる。また、投射光学系の構成は、使用されるライトバルブの種類によって適宜変更される。
次に、光源1000R,1000G,1000Bについて説明する。
光源1000R,1000G,1000Bは、それぞれが備える発光素子の素材が異なる点を除き、同様の構成からなるため、以下の説明では、発光装置100を備える光源1000として説明する。
図3(a)は、光源1000の平面図、図3(b)は、図3(a)のE−E断面図である。
光源1000は、発光装置100と発光装置100を搭載するパッケージ160などから構成される。
光源1000R,1000G,1000Bは、それぞれが備える発光素子の素材が異なる点を除き、同様の構成からなるため、以下の説明では、発光装置100を備える光源1000として説明する。
図3(a)は、光源1000の平面図、図3(b)は、図3(a)のE−E断面図である。
光源1000は、発光装置100と発光装置100を搭載するパッケージ160などから構成される。
パッケージ160は、図3(a),(b)に示すように、第1反射面162と、第2反射面164と、反射部163と、ベース140と、リッド148とを備えている。
第1反射面162は、図3(b)に示すように、第1出射光L1を、発光素子10の上側に向けて反射させることができる。同様に、第2反射面164は、第2出射光L2を、発光素子10の上側に向けて反射させることができる。第1出射光L1は、第1反射面162により反射され、反射光L3として、例えば、発光素子10の上面に対して垂直上向きに進むことができる。同様に、第2出射光L2は、第2反射面164により反射され、反射光L4として、例えば、発光素子10の上面に対して垂直上向きに進むことができる。また、第1反射面162による反射光L3の進む向きと、第2反射面164による反射光L4の進む向きとは同じである。
ベース140は、基板20を介して、間接的に発光素子10を支持している。ベース140としては、例えば、板状(直方体形状)の部材に空間部145を設けたものを用いている。空間部145は、ベース(板状の部材)140の水平方向に対して、45度傾いている4つの傾斜面(側面)を有している。つまり、空間部145の4つの側面により、発光装置100は囲まれている。
発光装置100は、ベース140の水平方向に対して平行に光が出射されるように、配置されている。基板20は、ベース140の空間部145の底面に固定されている。なお、例えば、基板20を設けずに、ベース140が直接的に発光素子10を支持する構成であっても良い。
発光装置100は、ベース140の水平方向に対して平行に光が出射されるように、配置されている。基板20は、ベース140の空間部145の底面に固定されている。なお、例えば、基板20を設けずに、ベース140が直接的に発光素子10を支持する構成であっても良い。
ベース140の熱伝導率は、基板20の熱伝導率よりも高く、基板20の熱伝導率は、発光素子10の熱伝導率よりも高い。ベース140および基板20の各々の熱伝導率は、例えば140W/m・K以上である。ベース140および基板20の各々には、例えば、Cu、Al、Mo、W、Si、C、Be、Auや、これらの化合物(例えば、AlN、BeOなど)や合金(例えばCuMoなど)などを用いることができる。また、これらの例示を組み合わせたもの、例えばCu層とMo層の多層構造などから、ベース140および基板20の各々を構成することもできる。
反射部163は、ベース140の空間部145の側面上に形成されている。反射部163の表面のうち、第1出射光L1が入射する面が第1反射面162であり、第2出射光L2が入射する面が第2反射面164である。反射部163は、例えば、Al、Ag、Auなどからなる。
ベース140には、端子144が設けられている。端子144は、例えばCuなどからなり、ベース140とは絶縁されて、ベース140の裏面(発光装置100が搭載される面の裏側の面)に貫通している。
端子144は、例えば、ボンディングワイヤーなどの第1接続部材142により、発光装置100の第2電極18と接続されている。第1接続部材142は、第1,第2出射光L1,L2の光路を遮らないように設けられている。また、発光装置100の第1電極11は、電気接続部材30を介し、例えば、めっきバンプなどの接続パターン21(図1(c))により、基板20と接続されている。基板20は、ベース140と接続されている。従って、端子144とベース140とに異なる電位を与えることにより、第1電極11と第2電極18との間に電圧を印加することができる。
端子144は、例えば、ボンディングワイヤーなどの第1接続部材142により、発光装置100の第2電極18と接続されている。第1接続部材142は、第1,第2出射光L1,L2の光路を遮らないように設けられている。また、発光装置100の第1電極11は、電気接続部材30を介し、例えば、めっきバンプなどの接続パターン21(図1(c))により、基板20と接続されている。基板20は、ベース140と接続されている。従って、端子144とベース140とに異なる電位を与えることにより、第1電極11と第2電極18との間に電圧を印加することができる。
リッド148は、図3(b)に示すように、ベース140の空間部145を密閉して、空間部145内に設けられた発光装置100を封止している。リッド148は、反射光L3,L4の波長に対して透過性のある材質である。リッド148には、例えば、石英、ガラス、水晶、プラスチックなどを用いることができる。これらは、反射光L3,L4の波長に応じて適宜選択されることが好ましい。
以上の構成により、発光装置100は、発光装置100から水平方向に出射された2つの出射光(第1,第2出射光L1,L2)を共に発光装置100の上側に向けて反射させることができる。これにより、プロジェクター10000の光学系を構成することができる。
本実施形態によれば、プロジェクター10000は、発光効率の劣化がより効果的に抑制された発光装置100を備えるため、プロジェクター10000の発光特性をより優れたものとすることができる。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。変形例を以下に述べる。ここで、上述した実施形態と同一の構成部位については、同一の符号を使用し、重複する説明は省略している。
(変形例1)
図4は、変形例1に係る発光装置の断面図である。
実施形態1では、図1(a),(b)に示すように、発光装置100は、接合面全体に孔部としての孔50を備え、接合面(コンタクト層12の表面)からの孔50の深度は、発光素子10の剛性の許容する範囲でより深いことが好ましいとして説明した。変形例1の発光装置100´では、この孔部としての孔50に、発光素子10を貫通する孔52を備えていることを特徴としている。
孔52は、孔50の最深部(図4においては、最頂部)から、第2電極18まで貫通する孔であり、接合面全体に配置されている孔50にそれぞれひとつ以上設けられている。
孔52の径は、孔50の径と同等、あるいは孔50の径に比較して小さい大きさである。孔52の内壁は、絶縁層で覆う必要は無いが、製造工程において、孔50に充填される接合部材31が、孔52の内部にも入ることが危惧される場合には、孔52の内壁に絶縁層を形成しておくことが好ましい。
図4は、変形例1に係る発光装置の断面図である。
実施形態1では、図1(a),(b)に示すように、発光装置100は、接合面全体に孔部としての孔50を備え、接合面(コンタクト層12の表面)からの孔50の深度は、発光素子10の剛性の許容する範囲でより深いことが好ましいとして説明した。変形例1の発光装置100´では、この孔部としての孔50に、発光素子10を貫通する孔52を備えていることを特徴としている。
孔52は、孔50の最深部(図4においては、最頂部)から、第2電極18まで貫通する孔であり、接合面全体に配置されている孔50にそれぞれひとつ以上設けられている。
孔52の径は、孔50の径と同等、あるいは孔50の径に比較して小さい大きさである。孔52の内壁は、絶縁層で覆う必要は無いが、製造工程において、孔50に充填される接合部材31が、孔52の内部にも入ることが危惧される場合には、孔52の内壁に絶縁層を形成しておくことが好ましい。
本変形例の発光装置100´によれば、接合部材31が充填される孔50は、発光素子10を貫通する孔52を備えている。この孔52は、接合部材31を孔50に充填する際のエア抜き孔として機能させることができるため、発光装置100の製造工程において接合部材31を孔50にスムーズに充填させることができる。つまり、発光素子内部に発生する熱を効果的に放散させる接合部材31が確実に充填された発光装置100が得られる。
また、この孔52は、放熱経路としても機能するため、より効果的に発光素子10の放熱を行なうことができる。
また、この孔52は、放熱経路としても機能するため、より効果的に発光素子10の放熱を行なうことができる。
(変形例2)
実施形態1では、図1(a)〜(c)に示すように、発光装置100は、接合面全体に配置されている孔部としての孔50を備えているとして説明したが、孔部は、孔に限定するものではない。
図5(a)は、変形例2に係る孔部のバリエーションを示す発光装置の平面図である。
図5(a)に示す発光装置100vは、発光素子10vを備えている。発光素子10vは、孔部として、発光素子10vの一方の側面から他方の側面まで貫く溝50vが設けられている。溝50vを形成する内壁面には、孔50と同様に絶縁層(図示せず)を有しており、溝50vの内部には、接合部材31が、接合面から充填されている。また、複数の溝50vは、接合面全体に設けられている。
また、1つの溝50vは、必ずしも連続して形成されている必要はない。例えば、複数の溝に分かれている構成であっても良い。
実施形態1では、図1(a)〜(c)に示すように、発光装置100は、接合面全体に配置されている孔部としての孔50を備えているとして説明したが、孔部は、孔に限定するものではない。
図5(a)は、変形例2に係る孔部のバリエーションを示す発光装置の平面図である。
図5(a)に示す発光装置100vは、発光素子10vを備えている。発光素子10vは、孔部として、発光素子10vの一方の側面から他方の側面まで貫く溝50vが設けられている。溝50vを形成する内壁面には、孔50と同様に絶縁層(図示せず)を有しており、溝50vの内部には、接合部材31が、接合面から充填されている。また、複数の溝50vは、接合面全体に設けられている。
また、1つの溝50vは、必ずしも連続して形成されている必要はない。例えば、複数の溝に分かれている構成であっても良い。
本変形例によれば、発光装置100vは、接合面全体に設けられた複数の溝50vを備えている。複数の溝50vによる放熱経路は、溝50vに充填された接合部材31から基板20への経路、および、溝50vに充填された接合部材31から発光素子10vを貫通し、第2電極18(図1(c))の面に露出する開口への経路に形成される。これらの放熱経路により、より効果的に発光素子の放熱を行なうことができる。
(変形例3)
図5(b)は、変形例3に係る孔部のバリエーションを示す発光素子10wを裏面(基板20の側)から見た発光装置の平面図である。
本変形例の発光装置100wにおいて、発光素子10wは、孔部として孔50wを備えている。孔50wは、図5(b)に示すように、接合面の適所に複数のフィン60を有している。複数のフィン60を備えている点を除き、発光素子10wは、発光素子10と同様である。
図5(b)は、変形例3に係る孔部のバリエーションを示す発光素子10wを裏面(基板20の側)から見た発光装置の平面図である。
本変形例の発光装置100wにおいて、発光素子10wは、孔部として孔50wを備えている。孔50wは、図5(b)に示すように、接合面の適所に複数のフィン60を有している。複数のフィン60を備えている点を除き、発光素子10wは、発光素子10と同様である。
本変形例のように、孔部としての孔50wの内部に複数のフィン60を備えることにより、光導波路40において発生する熱は、孔50wの内部に充填された接合部材31に、より効果的に伝達される。その結果、より効果的に発光素子の放熱を行なうことができる。
このように、本発明における孔部は、単なる孔やくぼみに限定するものではなく、上述したように、溝や貫通孔も含んでおり、それぞれ同様の効果を得ることができる。
L1…第1出射光、L2…第2出射光、L3,L4…反射光、10,10v,10w…発光素子、11…第1電極、12…コンタクト層、13…第1クラッド層、14…活性層、15…第2クラッド層、16…バッファー層、17…素子基板、18…第2電極、20…基板、21…接続パターン、22…接着剤、23…接続パターン、30…電気接続部材、31…接合部材、40…光導波路、40a,40b…端面、50…孔、50v,50w…溝、51…絶縁層、52…孔部としての孔、60…フィン、100,100v…発光装置、140…ベース、142…第1接続部材、144…端子、145…空間部、148…リッド、160…パッケージ、162…第1反射面、163…反射部、164…第2反射面、1000,1000B,1000G,1000R…光源、10000…プロジェクター。
Claims (5)
- 基板と、
前記基板上に設置される発光素子と、
前記基板と前記発光素子とを接合する接合部材と、
前記基板と前記発光素子とを電気的に接続する電気接続部材と、を備え、
前記発光素子には、前記基板との接合面側に開口部を有する孔部が設けられ、
前記接合部材の一部が、前記孔部に入り込んでおり、前記接合部材と前記電気接続部材とが電気的に絶縁されていることを特徴とする発光装置。 - 前記発光素子は、内部に光導波路を有するスーパールミネッセントダイオードであって、
前記接合部材は、前記基板の厚み方向に平面視したときに、前記光導波路よりも前記発行素子の外周縁に近い位置に設けられ、
前記孔部は、前記孔部を形成する内壁面に、前記接合部材を電気的に絶縁する絶縁層を有することを特徴とする請求項1に記載の発光装置。 - 複数の前記孔部を備え、前記複数の孔部は、前記発光素子の前記基板との接合面の略全体に所定の間隔を置いて配置されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- 前記接合部材の熱伝導率は、前記発光素子の基材の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか一項に記載の発光装置。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の発光素子を備えていることを特徴とするプロジェクター。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013208888A JP2015073043A (ja) | 2013-10-04 | 2013-10-04 | 発光装置およびプロジェクター |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101762597B1 (ko) * | 2015-12-15 | 2017-07-31 | 주식회사 세미콘라이트 | 반도체 발광소자용 기판 |
US10008648B2 (en) | 2015-10-08 | 2018-06-26 | Semicon Light Co., Ltd. | Semiconductor light emitting device |
WO2018154758A1 (ja) * | 2017-02-27 | 2018-08-30 | 潘少輝 | スキンケア装置 |
WO2021125524A1 (ko) * | 2019-12-19 | 2021-06-24 | 주식회사 에스엘바이오닉스 | 반도체 발광소자 및 이의 제조방법 |
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2013
- 2013-10-04 JP JP2013208888A patent/JP2015073043A/ja active Pending
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