JP2022051125A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】複数の発光素子から出射される光の出射位置が精度良く実装された発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、レンズ面を有するレンズ部材80と、第1発光点から、第1波長に発光ピークを有する第1の光を出射する第1発光素子と、レンズ部材から遠い位置に配置される第2発光点から、第1波長とは異なる第2波長に発光ピークを有する第2の光を出射する第2発光素子と、複数の発光素子20が並べて配置される上面を有するサブマウント30とを備える。サブマウントの上面の外縁は、上面視において、レンズ面の光軸に垂直な平面であり第2発光点を通る第2平面、レンズ面の光軸に平行で第1発光点を通る第1直線、および、レンズ面の光軸に平行で第2発光点を通る第2直線によって囲まれる領域の内側で、第1平面よりもレンズ部材から遠く、かつ、第2平面よりもレンズ部材から近い点を通り、第1の光及び第2の光はレンズ面を通過する。【選択図】図2
Description
本開示は、発光装置に関する。
従来から、パッケージ内に複数の構成要素が実装される発光装置がある。複数の構成要素としては、例えば、複数の発光素子が挙げられる。また、例えば、発光素子に加えてツェナーダイオード、サーミスタ、または、フォトダイオードなどが挙げられる。
例えば、特許文献1には、サブマウントと、サブマウントの上面に配置された複数のレーザダイオードと、複数のレーザダイオードからそれぞれ出射されるレーザ光をコリメートする単一のコリメータレンズと、を備える発光装置が開示されている。パッケージ内に複数の発光素子が実装されることで、小型の発光装置が実現され得る。
複数の発光素子から出射される光の出射位置が精度良く実装された発光装置を提供する。
本開示の発光装置は、例示的で非限定的な実施形態において、少なくとも1のレンズ面を有するレンズ部材と、第1発光点から、第1波長に発光ピークを有する第1の光を出射する第1発光素子と、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に垂直な平面であり前記第1発光点を通る第1平面よりも前記レンズ部材から遠い位置に配置される第2発光点から、前記第1波長とは異なる第2波長に発光ピークを有する第2の光を出射する第2発光素子と、を含む複数の発光素子と、前記複数の発光素子が並べて配置される上面を有するサブマウントと、を備え、前記サブマウントの前記上面の外縁は、前記サブマウントの前記上面の法線方向から見る上面視において、前記第1平面、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に垂直な平面であり前記第2発光点を通る第2平面、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に平行で前記第1発光点を通る第1直線、および、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に平行で前記第2発光点を通る第2直線によって囲まれる領域の内側で、前記第1平面よりも前記レンズ部材から遠く、かつ、前記第2平面よりも前記レンズ部材から近い点を通り、前記第1の光及び第2の光は、前記少なくとも1のレンズ面を通過する。
本開示による発光装置によれば、複数の発光素子から出射される光の出射位置が精度良く実装された発光装置を提供できる。
本明細書または特許請求の範囲において、三角形、四角形などの多角形は、数学的に厳密な意味の多角形に限定されず、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取り等の加工が施された形状も含むものとする。また、多角形の隅(辺の端)に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に多角形と呼ぶものとする。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、本明細書および特許請求の範囲で記載される“多角形”に含まれる。
多角形に限らず、台形や円形や凹凸など、特定の形状を表す言葉についても同様である。その形状を形成する各辺を扱う場合も同様である。つまり、ある辺において、隅や中間部分に加工が施されていたとしても、“辺”には加工された部分も含まれる。部分的な加工のない“多角形”や“辺”を、加工された形状と区別する場合は“厳密な”を付して、例えば、“厳密な四角形”などと記載するものとする。
本明細書または特許請求の範囲において、ある名称によって特定される要素が複数あり、それぞれの要素を区別して表現する場合に、要素のそれぞれの頭に“第1”、“第2”などの序数詞を付記することがある。例えば、請求項では「発光素子が基板上に配されている」と記載されている場合、明細書中において「第1発光素子と第2発光素子とが基板上に配列されている」と記載されることがある。第1”および“第2”の序数詞は、単に2個の発光素子を区別するために使用されている。これらの序数詞の順序に特別の意味はない。同一の序数詞が付された要素名が、明細書と特許請求の範囲との間で、同一の要素を指さない場合がある。例えば、明細書において“第1発光素子”、“第2発光素子”、“第3発光素子”の用語で特定される要素が記載されている場合、特許請求の範囲における“第1発光素子”および“第2発光素子”が、明細書における“第1発光素子”および“第3発光素子”に相当することがある。また、特許請求の範囲に記載された請求項1において、“第1発光素子”の用語が使用され、“第2発光素子”の用語が使用されていない場合、請求項1に係る発明は、1個の発光素子を備えていればよく、その発光素子は、明細書中の“第1発光素子”に限定されず、“第2発光素子”または“第3発光素子”であり得る。
本明細書または特許請求の範囲において、特定の方向または位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」、「後」およびそれらの用語を含む別の用語)を用いる場合がある。それらの用語は、参照した図面における相対的な方向または位置をわかり易さのために用いているに過ぎない。参照した図面における「上」、「下」等の用語による相対的な方向または位置の関係が同一であれば、本開示以外の図面、実際の製品、製造装置等において、参照した図面と同一の配置でなくてもよい。
図面に示される要素または部材の寸法、寸法比率、形状、配置間隔等は、わかり易さのために誇張されている場合がある。また、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略することがある。
以下に、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。実施形態は、本発明の技術思想が具体化されたものではあるが、本発明を限定するものではない。実施形態の説明で示される数値、形状、材料、ステップ、そのステップの順序などは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。以下の説明において、同一の名称、符号によって特定される要素は、同一または同種の要素であり、それらの要素について重複した説明を省略することがある。
本実施形態に係る発光装置100を説明する。図1から図5は、発光装置100の例示的な一形態を説明するための図面である。図1は、本実施形態に係る発光装置100の斜視図である。図2は、発光装置100からパッケージ10のキャップ16を除いた状態の上面図である。図3は、基板90の上面図である。図4は、図1のIV-IV断面線における断面図である。図5は、パッケージ10の内部の上面拡大図である。図4および図5において、発光素子20から出射されるレーザ光LBが点線の矢印で記載されている。説明の便宜上、二次元平面内における1Dおよび2Dの矢印が添付図面に記載されている。2Dの矢印は、レンズ部材80の光軸Lが延びる方向に平行な方向を示し、1Dの矢印は2Dの矢印の方向に直交する方向を示す。
本実施形態に係る発光装置100は、パッケージ10、複数の発光素子20、1または複数のサブマウント30、1または複数の保護素子60A、温度測定素子60B、1または複数の配線70、レンズ部材80、および、基板90を含む複数の構成要素を備える。
図示される発光装置100の例では、パッケージ10の内部の空間に、3つの発光素子20、1つのサブマウント30、3つの保護素子60A、温度測定素子60B、および、複数の配線70が配されている。また、3つの発光素子20から出射された発散光は、それぞれ、パッケージ10から外部に側方に出射された後、レンズ部材80によってコリメートされる。
まず、各構成要素について説明する。
(パッケージ10)
パッケージ10は、実装面11Mが含まれる基部11と、実装面11Mを囲う側壁部12と、を有する。基部11の実装面11Mは、他の構成要素が配される領域である。また、パッケージ10は、基板15と、基板15に固定されるキャップ16と、を有する。基板15が基部11を有し、キャップ16が側壁部12を有する。なお、以降では、基板15と基板90を区別するため、それぞれ第1基板15、第2基板90と称することがある。
パッケージ10は、実装面11Mが含まれる基部11と、実装面11Mを囲う側壁部12と、を有する。基部11の実装面11Mは、他の構成要素が配される領域である。また、パッケージ10は、基板15と、基板15に固定されるキャップ16と、を有する。基板15が基部11を有し、キャップ16が側壁部12を有する。なお、以降では、基板15と基板90を区別するため、それぞれ第1基板15、第2基板90と称することがある。
図示される例において、キャップ16は、実装面11Mに配された他の構成要素を間に挟んで実装面11Mと対向する上面部(蓋部分)と、実装面11Mに配された他の構成要素を囲う側面部(枠部分)とを含む。キャップ16の側面部は、側壁部12を含む。なお、側壁部12は、キャップ16の一部として構成されなくてもよい。例えば、パッケージ10は、基部11と側壁部12が一体となった1つの部材と、上面部を有する他の部材と、で構成されるパッケージに代えることもできる。
基部11の実装面11Mの法線方向から見る上面視で、基部11及びキャップ16の外形は、いずれも矩形である。これらの外形は、いずれも矩形である必要はなく、四角形以外の多角形、または、一部もしくは全部に曲線、屈曲、または凹凸が含まれる形状であってもよい。
基部11は、1以上の上面を有する。基部11が有する1以上の上面には、実装面11Mが含まれる。基部11が有する1以上の上面には、実装面11Mに配置される1または複数の構成要素を囲う周辺領域11Pを有する上面が含まれる。図示される発光装置100の例においては、実装面11Mと周辺領域11Pを有する上面とは同じである。なお、実装面11Mと周辺領域11Pは同一平面になくてもよく、例えば、実装面11Mと周辺領域11Pとが高低差を有する異なる上面に設けられてもよい。
周辺領域11Pは、キャップ16が接合される領域である。周辺領域11Pは、上面視で、基部11の外形と、実装面11Mにおいて複数の構成要素を配置するための配置領域との間に設けられる。図示される発光装置100の例では、上面視で実装面11Mの配置領域はおよそ矩形であり、周辺領域11Pは配置領域を囲う矩形環状に設けられている。周辺領域11Pの上面には、キャップ16の側面部の下面が接合される。周辺領域11Pには、キャップ16との接合のための金属膜が配され得る。
図4に例示されるように、パッケージ10は、透光性を有する領域である透光性領域13を有する。また、パッケージ10は、透光性領域13が含まれる光取出面10Aを有する。この光取出面10Aは、パッケージ10の側壁部12における1または複数の外側面のうちの1面に含まれる。なお、透光性を有するとは、そこに入射する主要な光の透過率が80%以上である性質を意味する。
パッケージ10は、1または複数の外側面において、透光性領域13以外の領域にも透光性を有していてよい。また、パッケージ10は、一部に非透光性の領域(透光性を有していない領域)を有していてもよい。パッケージ10の側壁部12の全体が透光性を有している必要はない。図示される例において、パッケージ10は、矩形に応じた4つの外側面を有し、また、4面全てが透光性を有しているが、光取出面10Aは1面のみである。
キャップ16は、その全体が透光性材料で形成されていてもよいし、側面部のみが透光性材料で形成されてもよい。光取出面10Aを含む一部分が第1透光性材料から形成され、その他の部分が第2透光性材料または非透光性材料から形成されてもよい。
キャップ16は、上面部と側面部とが一体となって形成され得る。例えば、ガラス、プラスチック、石英などの透光性材料から、成形またはエッチングなどの加工技術を利用して、例えば箱型形状などの所望の形状を有するキャップ16を作製することが可能である。キャップ16は、異なる材料を主材料として別個に形成された上面部(蓋部分)と側面部(枠部分)とを接合して形成してもよい。例えば、上面部は単結晶または多結晶シリコンを主材料とし、側面部はガラスを主材料とすることができる。キャップ16は、例えば、高さが0.6mm以上2.5mm以下、上面視で、矩形形状の外形における1辺の長さが1.2mm以上8mm以下の寸法を有し得る。また、例えば、高さが2mm以下、上面視で、矩形形状の外形における1辺の長さが4mm以下の寸法を有し得る。
図示される発光装置100の例において、光取出面10Aは、実装面11Mが拡がる方向に対して垂直である。なお、ここでの垂直は、±5度以内の差を含む。また、光取出面10Aは、基部11の実装面11Mが拡がる方向に対して垂直である必要はなく、傾斜していてもよい。
複数の配線領域14が実装面11Mに設けられる。図5において、全ての配線領域14に符号を付す代わりに、全ての配線領域14に同様のハッチングを施している。複数の配線領域14は、基部11の内部を通るビアホールを介して、基部11の下面に設けられた配線領域と電気的に接続され得る。配線領域14に電気的に接続される配線領域は、基部11の下面に限らず、実装面11Mの配置領域の外側であれば、基部11の他の外表面(上面または外側面)に設けることができる。複数の配線領域14は、金属などの導電体から形成され、パターニングされた膜または層であり得る。
複数の配線領域14には、上面視で、実装面11Mの配置領域において中央領域を間に挟んで一方の側に設けられる1または複数の配線領域14と、この一方とは反対の方向である他方の側に設けられる1または複数の配線領域14と、が含まれ得る。
また、複数の配線領域14には、上面視で、一方の方向に間隔を空けて、並べて配置される複数の配線領域14と、この一方の方向とは垂直な方向に間隔を空けて、並べて配置される複数の配線領域14と、が含まれ得る。
また、複数の配線領域14には、対となって構成される2つの配線領域14を1セットとした場合に、複数セットの配線領域14が含まれ得る。1つのセットを構成する2つの配線領域14は、1つの構成要素と電気的に接続し、パッケージ10の外部から電源供給を受けるために利用される。図5の例において、保護素子60Aに電気的に接続される対の配線領域14は、2Dの矢印の方向に配置され、温度測定素子60Bに電気的に接続される対の配線領域14は、2Dの方向に垂直な1Dの矢印の方向に配置されている。
また、複数の配線領域14には、上面視で、一方の方向に並べて配置される1以上のセットの配線領域14と、一方の方向とは垂直な方向に並べて配置される1以上のセットの配線領域14と、が含まれ得る。
また、上面視で、実装面11Mの配置領域において中央領域を間に挟んで一方の側に、一方の方向に並べて配置される1以上のセットの配線領域14と、一方の方向とは垂直な方向に並べて配置される1以上のセットの配線領域14と、が設けられ得る。
第1基板15は、セラミックを主材料として形成することができる。第1基板15に用いられるセラミックの例は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などを含む。
本実施形態において、第1基板15は、例えば、複数の金属ビアを内部に有するセラミック基板から形成され得る。第1基板15は、発熱する構成要素と熱的に接触する部分にセラミックよりも放熱性に優れた材料(熱伝導率の高い材料)を含んでいることが好ましい。そのような材料の例は、銅、アルミニウム、鉄、銅モリブデン、銅タングステン、銅-ダイヤモンド複合材料を含み得る。
(発光素子20)
発光素子20の例は、半導体レーザ素子である。発光素子20は、上面視で長方形の外形を有し得る。発光素子20が端面出射型の半導体レーザ素子である場合、この長方形の2つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、光の出射端面(光出射面21)である。この例において、発光素子20の上面および下面は、光出射面21よりも面積が大きい。
発光素子20の例は、半導体レーザ素子である。発光素子20は、上面視で長方形の外形を有し得る。発光素子20が端面出射型の半導体レーザ素子である場合、この長方形の2つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、光の出射端面(光出射面21)である。この例において、発光素子20の上面および下面は、光出射面21よりも面積が大きい。
本実施形態における発光素子20は、1つのエミッタを有するシングルエミッタである。なお、発光素子20は、2つ以上のエミッタを有するマルチエミッタであってもよい。発光素子20が複数のエミッタを有する半導体レーザ素子の場合、発光素子20の上面または下面の一方に1つの共通電極を、他方にそれぞれのエミッタに対応する電極を設けることができる。
発光素子20の光出射面21から出射される光は、拡がりを有する発散光である。なお、発散光でなくてもよい。発光素子20に半導体レーザ素子を用いる場合、半導体レーザ素子から出射される発散光(レーザ光)は、光出射面21に平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン(以下、「FFP」という。)を形成する。FFPとは、光出射面から離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。
FFPの楕円形状の中心を通る光、言い換えると、FFPの光強度分布においてピーク強度の光を、光軸を進む光と呼ぶものとする。また、光軸を進む光の光路を、その光の光軸と呼ぶものとする。また、FFPの光強度分布において、ピーク強度値に対して1/e2以上の強度を有する光を、「主要部分」の光と呼ぶものとする。
半導体レーザ素子である発光素子20から出射される光のFFPの楕円形状において、楕円の短径方向をFFPの平行方向、長径方向をFFPの垂直方向というものとする。半導体レーザ素子を構成する、活性層を含んだ複数の層は、FFPの垂直方向に積層される。
FFPの光強度分布に基づき、光強度分布の半値全幅に相当する角度を、その半導体レーザ素子の光の拡がり角とする。FFPの垂直方向における光の拡がり角を垂直方向の拡がり角、FFPの平行方向における光の拡がり角を平行方向の拡がり角というものとする。
発光素子20として、例えば、青色の光を出射する半導体レーザ素子、緑色の光を出射する半導体レーザ素子、または、赤色の光を出射する半導体レーザ素子などを採用することができる。また、これら以外の光を出射する半導体レーザ素子を採用してもよい。
ここで、青色の光は、その発光ピーク波長が420nm~494nmの範囲内にある光をいうものとする。緑色の光は、その発光ピーク波長が495nm~570nmの範囲内にある光をいうものとする。赤色の光は、その発光ピーク波長が605nm~750nmの範囲内にある光をいうものとする。
青色の光を発する半導体レーザ素子、または、緑色の光を発する半導体レーザ素子として、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、GaN、InGaN、およびAlGaNを用いることができる。赤色の光を発する半導体レーザ素子として、InAlGaP系やGaInP系、GaAs系やAlGaAs系の半導体を含むものが挙げられる。
(サブマウント30)
本実施形態におけるサブマウント30の形状の例は六面体である。サブマウント30は、他の構成要素が配置され得る上面30M、および上面30Mの反対側に位置する下面を有する。上面30Mおよび下面は、それぞれ、接合面として機能し得る。上面30Mおよび下面の間の距離、つまり、サブマウントの厚さが他の対向する2面の間の距離よりも短い。サブマウント30の上面30Mの法線方向から見る上面視において、サブマウント30の上面30Mの外縁の形状は、例えば平行四辺形である。ただし、後述するように、外縁の形状は平行四辺形に限定されない。サブマウント30は、例えば、窒化アルミニウム、または炭化ケイ素を用いて形成することができる。上面30Mまたは下面である接合面には、接合のための金属膜が設けられている。
本実施形態におけるサブマウント30の形状の例は六面体である。サブマウント30は、他の構成要素が配置され得る上面30M、および上面30Mの反対側に位置する下面を有する。上面30Mおよび下面は、それぞれ、接合面として機能し得る。上面30Mおよび下面の間の距離、つまり、サブマウントの厚さが他の対向する2面の間の距離よりも短い。サブマウント30の上面30Mの法線方向から見る上面視において、サブマウント30の上面30Mの外縁の形状は、例えば平行四辺形である。ただし、後述するように、外縁の形状は平行四辺形に限定されない。サブマウント30は、例えば、窒化アルミニウム、または炭化ケイ素を用いて形成することができる。上面30Mまたは下面である接合面には、接合のための金属膜が設けられている。
サブマウント30の上面30Mに、他の構成要素に電気的に接続される複数の配線領域31が設けられる。図5において、全ての配線領域31に符号を付す代わりに、全ての配線領域31に同様のハッチングを施している。
(保護素子60A)
保護素子60Aは、特定の素子(例えば発光素子20)に過剰な電流が流れて破壊されてしまうことを防ぐための回路要素である。保護素子60Aの典型例は、ツェナーダイオードなどの定電圧ダイオードである。ツェナーダイオードとしては、Siダイオードを採用できる。
保護素子60Aは、特定の素子(例えば発光素子20)に過剰な電流が流れて破壊されてしまうことを防ぐための回路要素である。保護素子60Aの典型例は、ツェナーダイオードなどの定電圧ダイオードである。ツェナーダイオードとしては、Siダイオードを採用できる。
(温度測定素子60B)
温度測定素子60Bは、周辺の温度を測定するための温度センサとして利用される素子である。温度測定素子60Bとしては、例えば、サーミスタを用いることができる。
温度測定素子60Bは、周辺の温度を測定するための温度センサとして利用される素子である。温度測定素子60Bとしては、例えば、サーミスタを用いることができる。
(配線70)
配線70は、両端を接合部とする線状の形状を有する導電体から構成される。言い換えると、配線70は、線状部分の両端に、他の構成要素に接合する接合部を有する。配線70は、例えば、金属のワイヤである。金属の例は、金、アルミニウム、銀、銅などを含む。
配線70は、両端を接合部とする線状の形状を有する導電体から構成される。言い換えると、配線70は、線状部分の両端に、他の構成要素に接合する接合部を有する。配線70は、例えば、金属のワイヤである。金属の例は、金、アルミニウム、銀、銅などを含む。
(レンズ部材80)
レンズ部材80は、少なくとも1のレンズ面、つまり、1または複数のレンズ面を有して形成される。レンズ部材80は、入射光をコリメートする。例えば、1または複数のレンズ面は、焦点位置から発散する光を受け、屈折によって発散光をコリメート光に変換してレンズ部材80から出射するように設計される。レンズ面は、球面または非球面である。レンズ部材80の光入射側の表面および/または光出射側の表面にレンズ面が形成される。レンズ部材80の光入射側の表面および/または光出射側の表面には、反射防止膜または保護膜などの光学膜が設けられていてもよい。図2に示されるレンズ部材80の例において、光入射側に凹レンズ面80Aが形成され、光出射側に凸レンズ面80Bが形成されている。なお、光入射側の表面に、複数のレンズ面が形成されてもよく、レンズ部材80は、光入射側の表面に1または複数のレンズ面を形成し得る。また、光出射側の表面に複数のレンズ面が形成されてもよく、レンズ部材80は、光出射側の表面に1または複数のレンズ面を形成し得る。
レンズ部材80は、少なくとも1のレンズ面、つまり、1または複数のレンズ面を有して形成される。レンズ部材80は、入射光をコリメートする。例えば、1または複数のレンズ面は、焦点位置から発散する光を受け、屈折によって発散光をコリメート光に変換してレンズ部材80から出射するように設計される。レンズ面は、球面または非球面である。レンズ部材80の光入射側の表面および/または光出射側の表面にレンズ面が形成される。レンズ部材80の光入射側の表面および/または光出射側の表面には、反射防止膜または保護膜などの光学膜が設けられていてもよい。図2に示されるレンズ部材80の例において、光入射側に凹レンズ面80Aが形成され、光出射側に凸レンズ面80Bが形成されている。なお、光入射側の表面に、複数のレンズ面が形成されてもよく、レンズ部材80は、光入射側の表面に1または複数のレンズ面を形成し得る。また、光出射側の表面に複数のレンズ面が形成されてもよく、レンズ部材80は、光出射側の表面に1または複数のレンズ面を形成し得る。
レンズ部材80は、透光性を有する材料、例えばガラスまたはプラスチックから形成され得る。レンズ部材80の光が透過しない部分の形状は任意であるが、他の構成要素に固定され得る形状を有していることが好ましい。図2に示されるレンズ部材80の例において、レンズ部材80は、光軸Lと下面とが平行である。また、レンズ部材80の下面は、平坦な領域を有しており、これが接合領域として機能し得る。
(第2基板90)
図3に示される例において、第2基板90は、複数の配線領域96を有している。図3では、第2基板90に設けられた配線領域96に同様のハッチングが示されている。第2基板90の配線領域96は、第2基板90の下面に設けられた配線領域と電気的に接続される。配線領域96に電気的に接続される配線領域は、第2基板90の下面に限らず、第2基板90のその他の外表面(上面および外側面)に設けることができる。
図3に示される例において、第2基板90は、複数の配線領域96を有している。図3では、第2基板90に設けられた配線領域96に同様のハッチングが示されている。第2基板90の配線領域96は、第2基板90の下面に設けられた配線領域と電気的に接続される。配線領域96に電気的に接続される配線領域は、第2基板90の下面に限らず、第2基板90のその他の外表面(上面および外側面)に設けることができる。
第2基板90は、セラミックを主材料として形成することができる。第2基板90に用いられるセラミックの例は、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などを含む。
第2基板90は、セラミックよりも放熱性に優れた材料(熱伝導率の高い材料)から形成された部分を含んでいることが好ましい。図3に示される第2基板90の例において、第2基板90は、内部に埋め込まれた熱伝導部材97を有している。この熱伝導部材97は、第2基板90の上面から下面まで貫通する開口部を埋めている。熱伝導部材97は、第1基板15の下面に対向する領域に設けられている。熱伝導部材97は、例えば、銅、アルミニウム、鉄、銅モリブデン、銅タングステン、銅-ダイヤモンド複合材料から形成され得る。熱伝導部材97の形状は任意である。図3に示される第2基板90の例において、熱伝導部材97は、図3の上下の2グループに分かれて配列される複数の配線領域96のグループに挟まれた中央領域に配されている。
第2基板90は、発光装置100の構成要素を支持し、これらの構成要素に含まれる電子部品と電気的に接続し得る構造を有している。第2基板90は、発光装置100の構成要素以外の要素、電子部品または光学部品を支持していてもよい。
(発光装置100)
次に、発光装置100について説明する。
次に、発光装置100について説明する。
以下に説明する発光装置の100の例において、複数の発光素子20のそれぞれは端面出射型の半導体レーザ素子(レーザダイオード)である。
発光装置100において、複数の発光素子20は、パッケージ10の内部に配される。複数の発光素子20は、第1基板15の実装面11Mに配され、パッケージ10の側壁部12に囲まれる。各発光素子20は、サブマウント30を介して実装面11Mに配される。
複数の発光素子20は、出射端面が、パッケージ10の光取出面10Aを向くように配置される。また、複数の発光素子20は実装面11Mの中央領域に配置される。また、上面視で、この中央領域を挟んで一方の側とその反対側にそれぞれ設けられる1または複数の配線領域14は、発光素子20から光取出面10Aに向かって出射される光の光路と重ならない。
発光装置100において、1または複数の保護素子60Aは、パッケージ10の内部に配される。1又は複数の保護素子60Aは、実装面11Mに配される。保護素子60Aは、1つまたは2つの配線領域14の上に配置される。また、保護素子60Aは2つの配線領域14と電気的に接続する。図示される発光装置100の例では、保護素子60Aは、2つの配線領域14を跨ぐようにして、それぞれの配線領域14の上に配置される。
また、保護素子60Aは、サブマウント30よりも、パッケージ10の周辺領域11Pに近い位置に配置される。そのため、保護素子60Aからサブマウント30までの距離よりも、保護素子60Aから側壁部12までの距離の方が短い。
保護素子60Aは、発光素子20を保護するために配される。発光装置100において、1の発光素子20に対し、1の保護素子が設けられる。つまり、発光素子20の数と同数の保護素子60Aが配される。
図5に示される例において、3つの発光素子20にそれぞれ対応した3つの保護素子60Aが基部11の実装面11Mに配される。より具体的には、基部11の実装面11Mに設けられた1対の配線領域14に保護素子60Aが実装される。保護素子60Aのアノードが1対の配線領域14の一方に電気的に接続され、保護素子60Aのカソードが1対の配線領域14の他方に電気的に接続される。
発光素子20のp側電極およびn側電極の一方が、サブマウント30の上面30Mに設けられる配線領域31に電気的に接続される。配線70の一端は配線領域31に接合され、配線70の他端は、基部11の実装面11Mに設けられた1対の配線領域14の一方に接合される。また、別の配線70の一端は、発光素子20のp側電極およびn側電極の他方に接合され、別の配線70の他端は、基部11の実装面11Mに設けられた1対の配線領域14の他方に接合される。このような電気的な接続関係の例によれば、保護素子60Aを発光素子20に並列に接続できる。
発光素子20を電気的に接続するための配線70が配線領域14に接合される位置からこの発光素子20までの距離は、この配線領域14と電気的に接続する保護素子60Aから発光素子20までの距離よりも短い。また、上面視で、配線領域14の外縁から、この配線領域14に接合される配線70までの距離よりも、配線領域14の外縁から、この配線領域14に配置される保護素子60Aまでの距離の方が短い。このようにすることで、保護素子60Aを側壁部12に近い位置に配置させることができ、パッケージ10の小型化を図ることが出来る。
図6から図11Cを参照して、本実施形態におけるサブマウント30の構造および複数の発光素子20の配列についてより詳しく説明する。
図6は、3つの発光素子20が配列されたサブマウント30の上面30Mの拡大図である。図7は、3つの発光素子20のそれぞれの光出射面21が位置する側のサブマウント30の外縁の平面拡大図である。
図示される例において、複数の発光素子20は、各光出射面21が同じ方向を向くようにして、並べて配される。複数の発光素子20は、各光出射面21が平行になるように、ならべて配され得る。複数の発光素子20の各光出射面21から出射される光は、光取出面10Aを有するパッケージ10の側面に向かって進む。ただし、複数の発光素子20の各光出射面21は平行である必要はない。
図示される例において、複数の発光素子20は、発光ピーク波長が互いに異なる3つの半導体レーザ素子20A、20Bおよび20Cを含む。半導体レーザ素子20Aの発光ピーク波長は、半導体レーザ素子20Bの発光ピーク波長よりも短く、かつ、半導体レーザ素子20Bの発光ピーク波長は、半導体レーザ素子20Cの発光ピーク波長よりも短い。半導体レーザ素子20Aは、光出射面に位置する発光点22Aから、第1波長に発光ピークを有する第1の光を出射する。半導体レーザ素子20Bは、光出射面に位置する発光点22Bから、第1波長とは異なる第2波長に発光ピークを有する第2の光を出射する。半導体レーザ素子20Cは、光出射面に位置する発光点22Cから、第1波長および第2波長とは異なる第3波長に発光ピークを有する第3の光を出射する。
本実施形態において、第1の光は青色の光であり、第2の光は緑色の光であり、第3の光は赤色の光である。換言すると、半導体レーザ素子20Aは青色の光を出射し、半導体レーザ素子20Bは緑色の光を出射し、半導体レーザ素子20Cは赤色の光を出射する。本実施形態では、上面視において、赤色の光を出射する半導体レーザ素子20Cは、緑色の光を出射する半導体レーザ素子20Bまたは青色の光を出射する半導体レーザ素子20Aと比較して、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸方向における長さが長い。なお、レンズ部材80における1のレンズ面の光軸は、レンズ部材80の光軸Lと一致し得る。長さを調整することにより、レーザ光の出力を調整することができるが、長さの関係はこの例示に限らない。3つの発光素子20をRGBの3色の光で構成する形態は、例えば、カラー画像表示の用途に採用され得る。なお、各発光素子20が発する光の色は、これに限らず、また、用途によっては可視光に限られない。
図示される例において、サブマウント30の上面30Mの法線方向から見る上面視で、1Dの矢印方向における発光点22Aと発光点22Bとの間隔w1は、例えば100μm以上150μm以下であり、発光点22Bと発光点22Cとの間隔w2は、例えば100μm以上150μm以下である。発光点の間隔が小さいほどサブマウント30の形状も1D方向に小さくすることができ、発光装置100を小型にすることができる。説明を分かり易くするために、発光点は1Dの矢印方向において光出射面の中心付近に楕円の形状で記載されているが、本開示はこれに限定されない。発光点は、上面視において光出射面の中心を基準として1Dの矢印方向にシフトし得る。
ここで、幾つかの仮想的な平面および直線を定義する。レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸Lに垂直な平面であり、半導体レーザ素子20Aの発光点22Aを通る平面を第1平面と呼ぶ。また、このレンズ面の光軸Lに垂直な平面であり、半導体レーザ素子20Bの発光点22Bを通る平面を第2平面と呼ぶ。また、このレンズ面の光軸Lに垂直な平面であり、半導体レーザ素子20Cの発光点22Cを通る平面を第3平面と呼ぶ。また、このレンズ面の光軸Lに平行で、かつ、半導体レーザ素子20Aの発光点22Aを通る直線を第1直線と呼ぶ。また、このレンズ面の光軸Lに平行で、かつ、半導体レーザ素子20Bの発光点22Bを通る直線を第2直線と呼ぶ。また、このレンズ面の光軸Lに平行で、かつ、半導体レーザ素子20Cの発光点22Cを通る直線を第3直線と呼ぶ。
図6および図7において、上面視で、第1から第3平面が、それぞれ、一点鎖線m1、m2およびm3によって示されている。同様に、第1から第3直線が、それぞれ、二点鎖線n1、n2およびn3によって示されている。以降、第1から第3平面を、それぞれ、平面m1、m2およびm3と表記し、第1から第3直線を、それぞれ、直線n1、n2およびn3と表記する。
半導体レーザ素子20Bの発光点22Bは平面m1よりもレンズ部材80から遠い位置に配置される。半導体レーザ素子20Cの発光点22Cは平面m2よりもレンズ部材80から遠い位置に配置される。このように、レンズ面の光軸L方向において、半導体レーザ素子20Bの発光点22Bは、半導体レーザ素子20Aの発光点22Aに対して後退し、半導体レーザ素子20Cの発光点22Cは、半導体レーザ素子20Bの発光点22Bに対して後退している。発光点のシフト量は、発光素子の発光ピーク波長、隣接する2つの発光点の間隔、レンズ部材80の、屈折率を含む光学特性などによって適宜調整され得る。本実施形態において、レンズ面の光軸L方向における半導体レーザ素子20Aの発光点22Aに対する半導体レーザ素子20Cの発光点22Cのシフト量、つまり、平面m1と平面m3との間隔d1は、例えば50μm以上100μm以下であり得る。色収差の低減や各光の光路長を調整するなどの光学制御の観点から光を調整する場合に、発光点のシフトによる調整であれば新たな光学部品を必要とせず実行できるため、部品点数の低減に寄与し得る。
発光装置100において、複数の発光素子20が接合されたサブマウント30は、パッケージ10の内部に配される。サブマウント30は、一方の接合面、つまり上面30Mで発光素子20と接合する。また、反対側の他方の接合面で実装面11Mに接合する。
サブマウント30は、複数の発光素子20が並べて配置される上面30Mを有する。図示される例において、サブマウント30の上面30Mの形状は平行四辺形である。この平行四辺形を構成する二組の互いに平行な二辺のうち、一方の互いに平行な二辺は、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸Lに平行である。本実施形態における上面30Mの平行四辺形の高さw3は500μm程度である。光軸L方向(2Dの矢印方向)における平行四辺形の頂点P1からP2までの距離d2は50μm以上100μm以下であり得る。
図7に例示されるように、サブマウント30の上面30Mの外縁30Bは、サブマウント30の上面30Mの法線方向から見る上面視において、平面m1、平面m2、直線n1、および直線n2によって囲まれる領域s1の内側で、平面m1よりもレンズ部材80から遠く、かつ、平面m2よりもレンズ部材80から近い点を通る。サブマウント30の上面30Mの外縁30Bは、さらに、上面視において、平面m2、平面m3、直線n2、および直線n3によって囲まれる領域s2の内側で、平面m2よりもレンズ部材80から遠く、かつ、平面m3よりもレンズ部材80から近い点を通る。
サブマウント30は、上面30Mおよび上面30Mと交わる側面30Aを有する。側面30Aは、発光素子20の発光点が位置する側にあるサブマウント30の端面である。半導体レーザ素子20Aは、発光点22Aが、サブマウント30の上面30Mと側面30Aとの境界に位置する外縁30Bから突き出るように配置される。半導体レーザ素子20Bは、発光点22Bが外縁30Bから突き出るように配置される。半導体レーザ素子20Cは、発光点22Cが外縁30Bから突き出るように配置される。
上面30Mの平行四辺形の4辺のうちの1辺に沿って3つの発光点22A、22Bおよび22Cが並ぶように、3つの半導体レーザ素子20A、20Bおよび20Cがサブマウント30に配置される。上面視において、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸方向(2Dの矢印方向)と、サブマウント30の外縁30Bが延びる方向とは90°以外の角度で交差する。換言すると、サブマウント30の側面30Aは、パッケージ10の側壁部12の内側面との関係で、90°以外の角度を成す。本実施形態において、1Dの矢印方向に対するこの傾斜角度は、上述した発光点のシフト量、および隣り合う2つの発光素子の間隔に基づいて決定され得る。この傾斜角度は例えば5°超20°以下の範囲に調整され得る。発光点のシフト量が同じであっても、傾斜角度を大きくすることによって、隣り合う2つの発光素子の間隔、つまり、2つの発光点の間隔をより小さくすることが可能となる。
半導体レーザ素子20Aの発光点22Aから出射される第1の光(青色の光)、半導体レーザ素子20Bの発光点22Bから出射される第2の光(緑色の光)および半導体レーザ素子20Cの発光点22Cから出射される第3の光(赤色の光)は、それぞれ、レンズ部材80の少なくとも1つのレンズ面を通過する。また、レンズ部材80の1つのレンズ面を、第1の光、第2の光、及び、第3の光が通過する。レンズ部材80の少なくとも1つのレンズ面は第1、第2および第3の光をコリメートする。
第1の光、第2の光および第3の光の少なくとも1つは、レンズ部材80の1のレンズ面の光軸L上を進む光を有し、残りは、このレンズ面の光軸L上を進む光を有しない。図示される例において、レンズ部材80の1のレンズ面を通過する第1の光、第2の光、及び、第3の光のうち、第2の光がこのレンズ面の光軸L上を進む光を有し、第1の光および第3の光は、このレンズ面の光軸L上を進む光を有さない。また、第1の光の発光点22Aからこのレンズ面の光軸Lまでの距離と、第3の光の発光点22Cからこのレンズ面の光軸Lまでの距離は同じになり得る。
本実施形態において、発光素子20の数は3個に限定されず、2個または4個以上であり得る。図8は、2つの発光素子20が配列されたサブマウント30の上面30Mの拡大図である。図9は、2つの発光素子20のそれぞれの光出射面21が位置する側のサブマウント30の外縁の平面拡大図である。
図示される例において、複数の発光素子20は、発光ピーク波長が互いに異なる2つの半導体レーザ素子20A、20Bを含む。半導体レーザ素子20Aの発光ピーク波長は、半導体レーザ素子20Bの発光ピーク波長よりも短い。図示される例において、半導体レーザ素子20Aは青色の光を出射し、半導体レーザ素子20Bは緑色の光を出射する。これ以外の組み合わせとして、例えば、半導体レーザ素子20Aは青色の光を出射し、半導体レーザ素子20Bは赤色の光を出射してもよいし、半導体レーザ素子20Aは緑色の光を出射し、半導体レーザ素子20Bは赤色の光を出射してもよい。
図示される例において、上面視において、少なくとも1のレンズ面の光軸L方向(2Dの矢印方向)に垂直な方向(1Dの矢印方向)における2つの発光点22Aと22Bとの間隔w1は、例えば100μm以上150μm以下である。
半導体レーザ素子20Bの発光点22Bは平面m1よりもレンズ部材80から遠い位置に配置される。レンズ面の光軸L方向において、半導体レーザ素子20Bの発光点22Bは、半導体レーザ素子20Aの発光点22Aに対して後退している。図示される例において、レンズ面の光軸L方向における半導体レーザ素子20Aの発光点22Aに対する半導体レーザ素子20Bの発光点22Bのシフト量、つまり、平面m1と平面m2との間隔d1は、例えば50μm以上100μm以下である。
図9に例示されるように、サブマウント30の上面30Mの外縁30Bは、サブマウント30の上面30Mの法線方向から見る上面視において、平面m1、平面m2、直線n1、および直線n2によって囲まれる領域s1の内側で、平面m1よりもレンズ部材80から遠く、かつ、平面m2よりもレンズ部材80から近い点を通る。
半導体レーザ素子20Aは、発光点22Aが、サブマウント30の上面30Mと側面30Aとの境界に位置する外縁30Bから突き出るように配置される。半導体レーザ素子20Bは、発光点22Bが外縁30Bから突き出るように配置される。
上面30Mの平行四辺形の4辺のうちの1辺に沿って2つの発光点22A、22Bが並ぶように、2つの半導体レーザ素子20A、20Bがサブマウント30に配置されている。上面視において、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸L方向と、外縁30Bが延びる方向とは90°以外の角度で交差する。本実施形態において、1Dの矢印方向に対するこの傾斜角度は、上述した発光点のシフト量、および隣り合う2つの発光素子の間隔に基づいて決定され得る。この傾斜角度は例えば5°超20°以下の範囲に調整され得る。
半導体レーザ素子20Aの発光点22Aから出射される第1の光(青色の光)および半導体レーザ素子20Bの発光点22Bから出射される第2の光(緑色の光)は、それぞれ、レンズ部材80の1つのレンズ面を通過する。レンズ部材80の1つのレンズ面は第1の光および第2の光をコリメートする。
第1の光および第2の光はいずれも、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸L上を進む光を有さない。なお、第1の光および第2の光の少なくとも一方は、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸L上を進む光を有していてもよい。図示される例において、レンズ部材80の1のレンズ面を通過する第1の光および第2の光はいずれも、このレンズ面の光軸L上を進む光を有さない。
1のレンズ面に波長の異なる複数の光を入射させてコリメートなどの光学制御を行う場合に、色収差の問題が生じる場合がある。なお、色収差とは、光の波長によって光軸方向における光の結像位置が異なる軸上色収差を意味する。発光装置100のように、複数の発光素子20の発光点をシフトさせて調整することで、色収差を低減させることができる。
本実施形態によるサブマウントの構造および複数の発光素子の配置の仕方によれば、2つの発光素子の間隔を考慮しつつ、発光素子の発光点を突き出す量に応じて、平行四辺形の高さw3に対する平行四辺形の頂点P1からP2までの距離d2の比率、つまり、傾斜角度を調整することができる。このようにして、発光点のシフトに応じたサブマウント30の形状とすることで、発散光の一部がサブマウントの上面に当たってしまうことを、つまり、サブマウントによる発散光のケラレを抑制できる。本実施形態の発光装置100によれば、複数の発光素子から出射される光の出射位置が精度良く実装された発光装置が実現される。
サブマウントは、板状のサブマウント基板を複数の部分に個片化することによって作製され得る。1枚のサブマウント基板から同一の形状を有する複数のサブマウントを得ることができる。図10は、板状のサブマウント基板99を切断するときの切断線を模式的に示す上面図である。図10に示されるように、サブマウント基板のエッジに平行な方向およびその方向に斜めに交差する方向に板状のサブマウント基板99を切断して個片化することで、個々の上面の形状が平行四辺形である複数のサブマウントを得ることが可能となる。切断は、例えばレーザ加工で行うことができる。この方法によれば、サブマウントとして利用される部分がサブマウント基板内に緻密に並び、かつ、直線状の切断線によって区分されている。上面の形状が平行四辺形であるサブマウントを採用することは、製造の簡便性においても有利である。
図11Aから図11Cを参照して、本実施形態におけるサブマウントの他の構造例を幾つか説明する。図11Aは、サブマウント30_1の上面図である。図11Bは、サブマウント30_2の斜視図である。図11Cは、サブマウント30_3の上面図である。
本開示におけるサブマウントの形状は必ずしも平行四辺形である必要はなく、上面視において、レンズ部材80の少なくとも1のレンズ面の光軸L方向と、サブマウント30の外縁30Bが延びる方向とが90°以外の角度で交差する限りにおいて、パッケージへの実装条件に応じて様々な形状が採用され得る。
図11Aの例において、サブマウント30_1の上面30Mと側面30Aとの境界に位置する辺(または外縁30B)のみが傾斜し、その辺の対辺30Eは傾斜していない。サブマウント30の上面30Mの形状は台形であり得る。
図11Bの例において、サブマウント30_2の上面30Mと側面30Aとの境界に位置する辺(または外縁30B)のみが傾斜し、その辺の対辺は傾斜していない。図11Aの例と図11Bの例との相違は、サブマウント30_2が、発光素子の発光点が位置する側に段差構造30Dを有している点にある。段差構造30Dは側面30Aを内面に有する。このように、発光素子の発光点が位置する側のサブマウントの端面は必ずしもフラットである必要はない。発散光の一部がサブマウントの上面に当たってしまうことを、つまり、サブマウントによる発散光のケラレを抑制できる程度に段差構造30Dを形成し、これによって、三角柱状の空間を発光素子の発光点の下方に確保できればよい。
図11Cの例において、サブマウント30_3の上面30Mの形状は概ね矩形である。ただし、上面視において、発光素子の発光点が位置する側の、サブマウント30の外縁の一部である矩形の一辺は窪みを有している。この窪みによって、サブマウント30の側面30Aに2つの凹部30Fが形成される。凹部30Fは、サブマウント30の厚さ方向に延びる溝である。光出射面21から出射される光の光軸方向における凹部30Fの深さは、上述した発光素子のシフト量に応じて調整される。このように、上面視において、平行四辺形の形状を採用する代わりに、サブマウント30の側面30Aに凹部30Fを設けてもよい。このような構造によっても、発光点を突き出すことによるレーザ光のケラレを抑制し得る。
再び、図1から図5を参照する。
複数の発光素子20は、側方に向かって光を出射する。複数の発光素子20は、光出射面21から、パッケージ10が有する1または複数の外側面のうち光取出面10Aを有する外側面の方向に向かって、発散光を出射する。光出射面21から出射される光軸を進む光は、実装面11Mと平行に進む。発光素子20から出射された光は、パッケージ10の側壁部12を透過して、透光性領域13から側方へと出射される。実装面11Mに配される構成要素が多くなるとパッケージ10の外形は大きくなるが、側面の方が上面よりも外形の拡大を抑えることが出来る。上面よりも側面の方が外形を小さくできる場合、光を側方から出射させることで、光取出面10Aが設けられる面の大きさを抑えることができる。
発光装置100において、温度測定素子60Bは、パッケージ10の内部に配される。温度測定素子60Bは、実装面11Mに配される。温度測定素子60Bは、配線領域14の上に配置される。また、温度測定素子60Bは2つの配線領域14と電気的に接続する。温度測定素子60Bは、発光素子20の温度を測定する目的で配される。
温度測定素子60Bから発光素子20までの距離は、保護素子60Aからこの発光素子20までの距離よりも短い。発光素子20に近い位置に温度測定素子60Bを配置することで、発光素子20の温度の測定精度を向上させることができる。
一方の方向に並べて配置される1セットの配線領域14に保護素子60Aが電気的に接続する場合、温度測定素子60Bは、この一方の方向とは垂直な方向に並べて配置される1セットの配線領域14に電気的に接続する。
複数の保護素子60Aが電気的に接続する複数セットの配線領域14は、同じ方向に並べて配置される。また、保護素子60Aが電気的に接続する1セットの配線領域14において、2つの配線領域14は、上面視で、サブマウント30からの距離がおおよそ等しくなるように並べられる。
一方で、温度測定素子60Bが電気的に接続する1セットの配線領域14において、2つの配線領域14は、上面視で、サブマウント30からの距離が異なっており、その差は、温度測定素子60Bの幅以上である。
保護素子60Aが電気的に接続する配線領域14には、発光素子20との電気的な接続のための配線70が接合される一方で、温度測定素子60Bが電気的に接続する配線領域14には、発光素子20との電気的な接続のための配線70は接合されない。このことに配慮し、配線領域14が並ぶ方向をそれぞれに応じて変えている。
発光装置100において、配線70は、上面視で、発光素子20の光出射面21に平行な直線を境界にして、発光素子20の側(発光素子20の光出射面21とは反対側の面を含む側)で、パッケージ10の配線領域14と発光素子20とを接合する。これにより、配線70が光の光路上に侵入することを回避しやすくなる。
発光装置100において、パッケージ10の内部には封止された閉空間が作り出される。また、第1基板15とキャップ16とを所定の雰囲気下で接合することにより、パッケージ10の内部に気密封止された閉空間が作り出される。発光素子20が配される空間を気密封止することにより、集塵による品質劣化を抑制することができる。なお、発光装置100の全体が、集塵や空気中の水分などの影響による品質劣化を危惧する必要のない環境または雰囲気中で使用される場合、キャップ16は不要である。例えば、発光装置100の全体がエンクロージャによって封止される場合、キャップ16によって発光素子20を覆う必要はない。
発光装置100において、第2基板90に、パッケージ10が実装される。また、パッケージ10の第1基板15が、第2基板90に実装される。第1基板15の複数の配線領域14、および、第2基板90の複数の配線領域96を介して、実装面11Mに配された各種の電子部品は、発光装置100の外部の回路に電気的に接続され得る。
発光装置100において、レンズ部材80が、第2基板90に実装される。なお、第2基板90に限らず、例えば、図示される発光装置100の第1基板15を第2基板90と同じ大きさにし、第1基板15の上にレンズ部材80を実装してもよい。レンズ部材80は、パッケージ10の外側に位置し、側壁部12に囲まれていない。これにより、パッケージ10のサイズを小さくできる。
レンズ部材80の下面は、実装面11Mよりも低い。レンズ部材80の下面を第2基板90の上面に接合することで、レンズ部材80の下面を、実装面11Mよりも低い位置に配することができる。このように配置することで、パッケージ10から出射される光を、実装面11Mを含む平面よりも低い位置でレンズ部材80に入射させることができる。
レンズ部材80には、複数の発光素子20から出射され、透光性領域13からパッケージ10の外部へと出射された光が入射する。また、レンズ部材は、入射した光をコリメートして出射する。
光取出面10Aから取り出される光の中心軸は、基部11の実装面11Mが拡がる方向を向いている。レンズ部材80において光が出射されるレンズ面の光軸Lと、光取出面10Aから取り出される光の中心軸と、は基部11の実装面11Mから同じ高さにある。
光取出面10Aから取り出される光の中心軸は、光取出面10Aに対して垂直である。レンズ部材80において光が出射されるレンズ面の光軸Lも、光取出面10Aに対して垂直である。なお、ここでの垂直は、±5度以内の差を含む。また、光の中心軸は、光取出面10Aに対して必ずしも垂直でなくてもよい。
図示される発光装置100の例では、パッケージ10の内部に複数の発光素子20が配置される。複数の発光素子20から出射され、透光性領域13からパッケージ10の外部へと出射された光は、レンズ部材80の光入射側の1のレンズ面に入射し、光出射側の1のレンズ面から出射される。1のレンズ面から出射する光は、レンズ部材80によりコリメートされている。図示される発光装置100の例では、3つの発光素子20から出射され、透光性領域13からパッケージ10の外部へと出射された光がレンズ部材80の光入射側のレンズ面に入射し、それぞれがコリメートされて光出射側のレンズ面から出射される。1つのレンズ面によって複数の発光素子20からの光をコリメートして制御することで、各発光素子20に別々にレンズ面を設けるよりもレンズ部材80を小さくすることができる。これにより発光装置100の小型化に寄与し得る。
図2に示される例において、上面視で、発光素子20の発光点が位置する側のサブマウント30の外縁が、図面の上側から下側に向けてパッケージ10の側壁部12に近づくようにパッケージ10内にサブマウント30が配される。3つの発光素子20は、上側から例えばRGBの順番でサブマウント30上に配される。ただし、これとは逆に、図12に示されるように、上面視で、発光素子20の発光点が位置する側のサブマウント30の外縁が、図面の上側から下側に向けてパッケージ10の側壁部12から離れるようにパッケージ10内にサブマウント30が配される。この場合、3つの発光素子20は、上側から例えばBGRの順番でサブマウント30上に配される。当然に、このような構成例もまた本開示の範疇であることは言うまでもない。
本実施形態では、半導体レーザ素子20Aが青色の光を出射し、半導体レーザ素子20Bが緑色の光を出射し、半導体レーザ素子20Cが赤色の光を出射する例を説明したが、本開示はこれに限定されない。例えば、半導体レーザ素子20Aが赤色の光を出射し、半導体レーザ素子20Bが緑色の光を出射し、半導体レーザ素子20Cが青色の光を出射し得る。この場合、RGBの半導体レーザ素子の配置の順番が上述した例とは逆になり、3つの発光点22A、22Bおよび22Cのうち、赤色の光を出射する半導体レーザ素子20Aの発光点22Aが最も突き出るように、つまり、側壁部12に最も近づくように配置される。このような配置と、アクロマティックレンズとを組み合わせることにより、色収差を低減することが可能となる。アクロマティックレンズは、光学特性が異なる複数のレンズを貼り合わせた構造を有し、一般に色収差を補正するために用いられる。例えば、赤色のレーザ光が、青色または緑色のレーザ光と比べ、サブマウントの厚さ方向に大きく発散する場合、赤色のレーザ光は、青色または緑色のレーザ光よりも基板90やレンズ部材80のレンズ面以外の部分に当たり易くなる。
赤色の半導体レーザ素子の発光点を最も突き出すことによって、レーザ光のケラレを効果的に抑制することができる一方で、この突き出しによって色収差が発生する。この色収差を補正するように設計したアクロマティックレンズを活用することによって、赤色のレーザ光のケラレを抑制しつつ、色収差を低減することが可能となる。
以上、本発明に係る実施形態を説明してきたが、本発明に係る発光装置は、実施形態の発光装置に厳密に限定されるものではない。つまり、本発明は、実施形態により開示された発光装置の外形や構造に限定されなければ実現できないものではない。例えば、保護素子を有しない発光装置であってもよい。また、全ての構成要素を必要十分に備えることを必須とせずに適用され得るものである。例えば、特許請求の範囲に、実施形態により開示された発光装置の構成要素の一部が記載されていなかった場合、その一部の構成要素については、代替、省略、形状の変形、材料の変更などの当業者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されることを特定するものである。
各実施形態に係る発光装置は、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、照明、ディスプレイ等に使用することができる。
10:パッケージ
10A:光取出面
11:基部
11M:実装面
11P:周辺領域
12:側壁部
13:透光性領域
14:配線領域
15:基板(第1基板)
16:キャップ
20:発光素子
30、30_1、30_2、30_3:サブマウント
30A:側面
30B:外縁
30M:上面
31:配線領域
60A:保護素子
60B:温度測定素子
70:配線
80:レンズ部材
90:基板(第2基板)
96:配線領域
97:熱伝導部材
100:発光装置
10A:光取出面
11:基部
11M:実装面
11P:周辺領域
12:側壁部
13:透光性領域
14:配線領域
15:基板(第1基板)
16:キャップ
20:発光素子
30、30_1、30_2、30_3:サブマウント
30A:側面
30B:外縁
30M:上面
31:配線領域
60A:保護素子
60B:温度測定素子
70:配線
80:レンズ部材
90:基板(第2基板)
96:配線領域
97:熱伝導部材
100:発光装置
Claims (11)
- 少なくとも1のレンズ面を有するレンズ部材と、
第1発光点から、第1波長に発光ピークを有する第1の光を出射する第1発光素子と、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に垂直な平面であり前記第1発光点を通る第1平面よりも前記レンズ部材から遠い位置に配置される第2発光点から、前記第1波長とは異なる第2波長に発光ピークを有する第2の光を出射する第2発光素子と、を含む複数の発光素子と、
前記複数の発光素子が並べて配置される上面を有するサブマウントと、
を備え、
前記サブマウントの前記上面の外縁は、前記サブマウントの前記上面の法線方向から見る上面視において、前記第1平面、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に垂直な平面であり前記第2発光点を通る第2平面、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に平行で前記第1発光点を通る第1直線、および、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に平行で前記第2発光点を通る第2直線によって囲まれる領域の内側で、前記第1平面よりも前記レンズ部材から遠く、かつ、前記第2平面よりも前記レンズ部材から近い点を通り、
前記第1の光及び第2の光は、前記少なくとも1のレンズ面を通過する発光装置。 - 前記少なくとも1のレンズ面は、前記第1の光および前記第2の光をコリメートする請求項1に記載の発光装置。
- 前記サブマウントは、前記上面と交わる側面を有し、
前記第1発光素子および前記第2発光素子は、前記第1発光点および前記第2発光点が、前記サブマウントの前記上面と前記側面との境界に位置する前記外縁から突き出るように配置され、
前記上面視において、前記少なくとも1のレンズ面の光軸方向と、前記外縁が延びる方向とは90°以外の角度で交差する、請求項1または2に記載の発光装置。 - 前記第1の光及び前記第2の光の少なくとも一方は、前記少なくとも1のレンズ面の光軸上を進む光を有し、他方は、前記少なくとも1のレンズ面の光軸上を進む光を有しない、請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記サブマウントの前記上面の形状は平行四辺形である、請求項1から4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記少なくとも1のレンズ面の光軸方向における、前記第1平面と前記第2平面との間隔は50μm以上100μm以下である、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記上面視で前記少なくとも1のレンズ面の光軸方向に垂直な方向における、前記第1発光点と、前記第2発光点との間隔は、100μm以上150μm以下である、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記複数の発光素子は、前記第2平面よりも前記レンズ部材から遠い位置に配置される第3発光点から、前記第1波長および前記第2波長とは異なる第3波長に発光ピークを有する第3の光を出射する第3発光素子をさらに含み、
前記サブマウントの前記上面の外縁は、前記上面視で、前記第2平面、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に垂直な平面であり前記第3発光点を通る第3平面、前記第2直線、および、前記少なくとも1のレンズ面の光軸に平行で前記第3発光点を通る第3直線によって囲まれる領域の内側で、前記第2平面よりも前記レンズ部材から遠く、かつ、前記第3平面よりも前記レンズ部材から近い点をさらに通り、
前記第3の光は、前記少なくとも1のレンズ面を通過する、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第1発光素子は青色の光を出射し、前記第2発光素子は緑色の光を出射し、前記第3発光素子は赤色の光を出射する、請求項8に記載の発光装置。
- 前記第2の光は、前記少なくとも1のレンズ面の光軸上を進む光を有する、請求項8または9に記載の発光装置。
- 前記光軸方向における、前記第1平面と前記第3平面との間隔は50μm以上100μm以下である、請求項8から10のいずれか1項に記載の発光装置。
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