JP6529713B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
図1に、本実施形態に係る発光装置100の概略断面図を示す。図2は、300nm〜800nmの波長範囲における光に対する銀の反射率およびアルミニウムの反射率の変動を示すグラフである。それぞれの反射率は屈折率の実測値から計算した。
発光装置100では、蛍光部材3の励起光源として、ピーク波長が445nmの半導体レーザ素子1を用いている。
基体2は、蛍光部材3を支持するための部材である。基体2は、下方から上方に向かって広がるような貫通孔2aを有し、貫通孔2aは基体の内面2−1により規定されている。また、基体の内面2−1は、その全域において貫通孔2aが下方から上方に向かって広がるように傾斜した傾斜面2−1aを含む。貫通孔2aが上方に向かって広がるように形成されていることで、蛍光部材3から下方に進行する一部のレーザ光を反射させて上方に取り出すことができる。
蛍光部材3は、少なくとも蛍光体を含み、半導体レーザ素子1からの光を長波長側に波長変換するための部材である。蛍光部材3は、蛍光体そのものを用いることができるが、典型的には、蛍光体(正確には複数の蛍光体粒子)とそれらを結着するバインダとを含む。発光装置100では、蛍光部材3にYAG系蛍光体を用い、バインダとして酸化アルミニウムを用いている。
反射膜4は、蛍光部材3から基体の内面2−1へと向かう光を反射させて取り出すための部材であり、アルミニウムを含む材料から構成される。ここで「アルミニウムを含む材料」とは、アルミニウムの純度が80%以上の材料を意味し、好ましくは純度90%以上、より好ましくは純度95%以上、さらに好ましくは純度99%以上のアルミニウムとすることができる。本実施形態では、純度が99.9%のアルミニウムを反射膜4として用いている。なお、反射膜4は実質的に銀を含んでいない構成とすることができる。つまり、反射膜4は、銀を全く含まない場合はもとより、反射膜4が硫化しない程度であれば微量の銀を含む構成であってもよい。
蛍光部材3を貫通孔2a内に形成する場合は、蛍光部材3の上面には透光性部材5を設けることができる。透光性部材5は、蛍光部材3と基体2とを固定するための部材であり、本実施形態では、透光性部材5としてホウ珪酸ガラスを用いている。
蛍光部材3の下方には、貫通孔2aの下端を含む面から上方に離間して、蛍光部材3からの蛍光を反射するフィルタ7が設けられている。つまり、フィルタ7よりも下方に反射膜4が形成された傾斜面2−1aが存在するようにフィルタ7は配置されている。こうすることで、フィルタ7よりも下方に反射膜4を形成した傾斜面2−1aを有するため光を効率よく取り出すことができる。なお、フィルタ7は、レーザ光の進行方向に対して入射角が90°±30°となるように配置する。こうすることで、レーザ光が入射しやすくなる。
発光装置100では、蛍光部材3の下方において、蛍光部材3とフィルタ7との間に蛍光部材3よりも小さな屈折率を有する低屈折率膜6を設けている。なお、蛍光部材3が蛍光体とバインダとを含んで構成される場合は、両者のいずれよりも屈折率が小さい材料を用いる。これにより、蛍光部材3から半導体レーザ素子1へと戻る光のうち、浅い角度で入射した光を全反射させて取り出すことができる。低屈折率膜6としては、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等を用いることができる。膜厚は、150nm以上2000nm以下、好ましくは300nm以上1000nm以下とすることができる。
なお、発光装置100の外部には、発光装置100から出射したレーザ光と蛍光との混色光の配向を制御するレンズを設けてもよい。この場合、例えばレンズの表面に特定の波長域の光をカットするようなフィルタを設けることもできる。これにより、発光装置から所望の色度が得られない場合であっても不必要な一部の波長をカットすることができるので、所望の色度へとシフトさせることができる。つまり、規格外となる発光装置も利用することができるようになるので、歩留まりが向上する。
図3に本実施形態に係る発光装置200の概略断面図を示す。発光装置200は、次に説明する事項以外は、第1実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
図4に本実施形態に係る発光装置300の概略断面図を示す。発光装置300は、次に説明する事項以外は、第1実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
図5に本実施形態に係る発光装置400の概略断面図を示す。発光装置400は、次に説明する事項以外は、第2実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
接続部材9は、反射膜4と基体2との間に設けられている。接続部材9としては、銀、金、パラジウムなどの導電ペーストや金スズ共晶はんだ等を用いることができるが、放熱性の高い金スズ共晶はんだにより接続するのが好ましい。こうすることで、基体2と蛍光部材3との密着性が良好となるため、放熱性を向上させることができる。
接続部材9と反射膜4との間にバリア層8を設けることもできる。これにより、接続部材9が反射膜4へと拡散するのを防止することができ、接続部材9の材料の選択範囲が広がる。バリア層8としては、Ti、Ni、Ru、Pt等を用いることができる。
図6に本実施形態に係る発光装置500の概念図を示す。また、図7は、発光装置500の先端部分(基体2近傍)の構造を説明するための断面図を示す。発光装置500は、半導体レーザ素子1と、半導体レーザ素子1からの光を集光するためのレンズ10と、光ファイバ12に接続させるためのコネクタ11と、光ファイバ12と、光ファイバ12の先端部分を保持する先端部材13と、を有する以外は、第1実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
半導体レーザ素子1と光ファイバ12との間にはレンズ10が配置されている。これにより、半導体レーザ素子1からの光を集光させ、効率良く蛍光部材3へと光を出射できる。レンズ10は無機ガラスが好ましいが、樹脂等により形成することもできる。
コネクタ11は、光ファイバ12を保持するものである。コネクタ11により、光ファイバ11の端部の位置決めが容易となる。
光ファイバ12は、例えば、ガラス、好ましくは石英ガラス、樹脂などから構成される。光ファイバ12は湾曲することができるので、半導体レーザ素子1及び蛍光部材3の相対的な位置関係を比較的自由に設計することができる。
先端部材13は、光ファイバ12におけるレーザ光の出射端に設けられている部材であり、光ファイバ12の外周を取り囲むように形成されている。先端部材13を設けることにより、光ファイバ12の先端部の加工をし易くすることができる。先端部分13の材料としては、レーザ光や蛍光に対して反射率が高いものにより構成される。例えば、アルミニウム、プラチナ、酸化アルミニウム、ジルコニア、ダイヤモンド等が挙げられるが、アルミニウムを用いるのが好ましい。
1…半導体レーザ素子
2…基体
2a…貫通孔
2−1…基体の内面
2―1a…傾斜面
2−1b…平坦面
3…蛍光部材
4…反射膜
5…透光性部材
6…低屈折率膜
7…フィルタ
8…バリア層
9…接続部材
10…レンズ
11…コネクタ
12…光ファイバ
13…先端部材
Claims (8)
- ピーク波長が400nm以上455nm以下の範囲にあるレーザ光を放出する半導体レーザ素子と、前記レーザ光を下方から上方に通す貫通孔が設けられた基体と、前記貫通孔を塞ぐようにして設けられた蛍光部材と、を備える発光装置であって、
前記蛍光部材の下面には、前記蛍光部材よりも小さな屈折率を有する低屈折率膜を介して、前記蛍光部材からの蛍光を反射するフィルタが設けられ、
前記フィルタは、前記貫通孔の下端を含む面から上方に離間して設けられ、
少なくとも前記フィルタよりも下方において、
前記貫通孔を規定する基体の内面は、前記貫通孔が下方から上方に向かって広がるように傾斜した傾斜面を含み、
前記傾斜面には、アルミニウムを含む反射膜が形成されている、ことを特徴とする発光装置。 - 前記蛍光部材は、前記貫通孔内に設けられている、ことを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記蛍光部材の側方において、前記基体の内面と前記蛍光部材との間には、前記フィルタがさらに設けられている、ことを特徴とする請求項2に記載の発光装置。
- 前記基体の内面は、その一部に前記レーザ光の進行方向と直交する面となる平坦面と、前記平坦面よりも下方に位置する前記傾斜面と、を有し、
前記反射膜は、前記傾斜面のみに設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記基体の内面は、その一部に前記レーザ光の進行方向と直交する面となる平坦面と、前記平坦面よりも下方に位置する前記傾斜面と、を有し、
前記蛍光部材は、前記平坦面よりも上方に設けられ、
前記反射膜は、前記傾斜面に設けられる第1反射膜と、前記蛍光部材の側方において、前記基体の内面と前記蛍光部材との間に設けられる第2反射膜と、を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記第2反射膜と前記基体との間に設けられる接続部材と、
前記第2反射膜と前記接続部との間に設けられるバリア層と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載の発光装置。 - 前記フィルタは、前記平坦面の上に設けられる請求項4〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記蛍光部材の上面には、透光性部材が設けられていることを特徴とする請求項2又は請求項2を引用する請求項3若しくは4に記載の発光装置。
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