JP6560902B2

JP6560902B2 - LIGHT SOURCE DEVICE AND LIGHTING DEVICE USING THE SAME

Info

Publication number: JP6560902B2
Application number: JP2015106113A
Authority: JP
Inventors: 研二秋貞
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2015-05-26
Filing date: 2015-05-26
Publication date: 2019-08-14
Anticipated expiration: 2035-05-26
Also published as: JP2016219723A

Description

本発明は、たとえばレーザ光を利用した光源装置及びこれを用いた照明装置に関する。 The present invention relates to a light source device using, for example, laser light and an illumination device using the same.

従来、レーザダイオード（ＬＤ）素子を利用した光源装置においては、蛍光体を含む波長変換部材を設け、レーザ光の一部を吸収して波長変換し、波長変換された光と波長変換されない光とを混色して混色光たとえば疑似白色光を出射する。特に、ＬＤ素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）素子に比較して光密度が大きいので、ＬＤ素子の発光部のサイズを小さくして高輝度にできる。従って、レンズの小型化もでき、この結果、光源装置も小型化できる。他方、レーザ光の波長変換部材の発熱量も大きくなり、従って、波長変換部材の熱密度が大きくなり、波長変換部材の放熱効率が低下する。波長変換部材の放熱効率が低下すると、波長変換部材の波長変換効率が低下して発光波長が変化し、白色光の色度が変化する。 Conventionally, in a light source device using a laser diode (LD) element, a wavelength conversion member including a phosphor is provided, a part of the laser light is absorbed and wavelength-converted, and wavelength-converted light and light that is not wavelength-converted Are mixed to emit mixed color light such as pseudo white light. In particular, since the LD element has a higher light density than the light emitting diode (LED) element, the size of the light emitting portion of the LD element can be reduced to increase the luminance. Therefore, the lens can be reduced in size, and as a result, the light source device can also be reduced in size. On the other hand, the amount of heat generated by the wavelength conversion member of the laser light also increases, so that the heat density of the wavelength conversion member increases and the heat dissipation efficiency of the wavelength conversion member decreases. When the heat dissipation efficiency of the wavelength conversion member decreases, the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion member decreases, the emission wavelength changes, and the chromaticity of white light changes.

図６は第１の従来の光源装置を示す（参照：特許文献１）。 FIG. 6 shows a first conventional light source device (see Patent Document 1).

図６においては、ＬＤ素子１０１がステム１０２に搭載され、窓部１０３ａを有する封止キャップ１０３によって封止されている。ステム１０２に設けられたホルダ１０４はレンズ１０５と共に波長変換部材１０６を支持する。この場合、波長変換部材１０６は保持部材１０７によってホルダ１０４の上部に固定される。１０８は外部リード端子である。図６の光源装置においては、ＬＤ素子１０１からの熱は放熱経路Ｐ１０１に沿ってステム１０２へ伝播し、他方、波長変換部材１０６からの熱は放熱経路Ｐ１０２に沿って保持部材１０７及びホルダ１０４を介してステム１０２へ伝播する。 In FIG. 6, an LD element 101 is mounted on a stem 102 and sealed with a sealing cap 103 having a window portion 103a. The holder 104 provided on the stem 102 supports the wavelength conversion member 106 together with the lens 105. In this case, the wavelength conversion member 106 is fixed to the upper portion of the holder 104 by the holding member 107. Reference numeral 108 denotes an external lead terminal. In the light source device of FIG. 6, the heat from the LD element 101 propagates along the heat dissipation path P101 to the stem 102, while the heat from the wavelength conversion member 106 passes the holding member 107 and the holder 104 along the heat dissipation path P102. It propagates to the stem 102 via

図７は第２の従来の光源装置を示す（参照：特許文献２）。 FIG. 7 shows a second conventional light source device (see Patent Document 2).

図７においては、ＬＤ素子２０１がステム２０２に搭載され、封止キャップ２０３によって封止されている。ステム２０２に設けられたホルダ２０４はレンズ２０５を支持する。他方、ステム２０２のホルダ２０４の外側に設けられたキャップ２０７は波長変換部材２０６を支持する。２０８は外部リード端子である。図７の光源装置においては、ＬＤ素子２０１からの熱は放熱経路Ｐ２０１に沿ってステム２０２へ伝播し、他方、波長変換部材２０６からの熱は放熱経路Ｐ２０２に沿ってキャップ２０７を介してステム２０２へ伝播する。 In FIG. 7, an LD element 201 is mounted on a stem 202 and sealed with a sealing cap 203. A holder 204 provided on the stem 202 supports the lens 205. On the other hand, a cap 207 provided outside the holder 204 of the stem 202 supports the wavelength conversion member 206. Reference numeral 208 denotes an external lead terminal. In the light source device of FIG. 7, the heat from the LD element 201 propagates to the stem 202 along the heat dissipation path P201, while the heat from the wavelength conversion member 206 passes through the cap 207 along the heat dissipation path P202. Propagate to.

特開２０１０−１６５８３４号公報JP 2010-165834 A 特許５２３３１７２号公報（特開２００８−３０５９３６号公報）Japanese Patent No. 5233172 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-305936)

しかしながら、上述の図６に示す第１の従来の光源装置においては、ホルダ１０４は、ニッケル、コバルト、鉄、真鍮、ステンレス、ニッケル／鉄合金、鉄／ニッケル／コバルト合金（コバール）等よりなり、その熱伝導率が比較的低い。たとえば、ステム１０２のＳＰＣと溶接可能、波長変換部材１０６との熱膨張係数差が小さい等の理由から、ホルダ１０４の材料としてコバールが選択される。この場合、ホルダ１０４のコバールの熱伝導率は１７Ｗ／ｍ・Ｋと低く、従って、放熱経路Ｐ１０２の熱抵抗が大きくなる。また、ステム１０２は、ＳＰＣ、銅、真鍮、タングステン、アルミニウム、銅／タングステン合金等よりなり、たとえば、ＳＰＣの熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋ程度と小さい。しかも、封止キャップ１０３がステム１０２の上面の大部分を占有しているので、ステム１０２とホルダ１０４との接触面積も小さい。この結果、たとえば、空冷放熱の場合、熱伝導率９７〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度のアルミニウム合金よりなるヒートシンクをステム１０２の底部に接続すると、ホルダ１０４とヒートシンクとの間のステム１０２の熱抵抗は大きくなる。このように、ホルダ１０４の放熱経路Ｐ１０１の熱抵抗及びステム１０２の熱抵抗が大きいので、波長変換部材１０６の温度が上昇し、従って、波長変換効率が低下して白色光の色度が変化するという課題がある。 However, in the first conventional light source device shown in FIG. 6, the holder 104 is made of nickel, cobalt, iron, brass, stainless steel, nickel / iron alloy, iron / nickel / cobalt alloy (Kovar), or the like. Its thermal conductivity is relatively low. For example, Kovar is selected as the material for the holder 104 because it can be welded to the SPC of the stem 102 and the difference in thermal expansion coefficient between the wavelength conversion member 106 and the like is small. In this case, the thermal conductivity of the Kovar of the holder 104 is as low as 17 W / m · K, and thus the thermal resistance of the heat radiation path P102 is increased. The stem 102 is made of SPC, copper, brass, tungsten, aluminum, copper / tungsten alloy or the like. For example, the thermal conductivity of SPC is as small as about 50 W / m · K. In addition, since the sealing cap 103 occupies most of the upper surface of the stem 102, the contact area between the stem 102 and the holder 104 is also small. As a result, for example, in the case of air cooling heat dissipation, when a heat sink made of an aluminum alloy having a thermal conductivity of about 97 to 200 W / m · K is connected to the bottom of the stem 102, the thermal resistance of the stem 102 between the holder 104 and the heat sink is growing. As described above, since the thermal resistance of the heat dissipation path P101 of the holder 104 and the thermal resistance of the stem 102 are large, the temperature of the wavelength conversion member 106 increases, and therefore the wavelength conversion efficiency decreases and the chromaticity of white light changes. There is a problem.

さらに、上述の図６に示す第１の従来の光源装置においては、ＬＤ素子１０１のステム１０２までの放熱経路Ｐ１０１と波長変換部材１０６のステム１０２までの放熱経路Ｐ１０２とは別経路であるが、放熱経路Ｐ１０１と放熱経路Ｐ１０２とはステム１０２によって間接的に繋がっている。従って、ＬＤ素子１０１を高出力とした場合、波長変換部材１０６で発生する熱量が増大し、その熱は放熱経路Ｐ１０２及びステム１０２内の放熱経路Ｐ１０３を経てＬＤ素子１０１に向い、ＬＤ素子１０１の放熱経路Ｐ１０１の熱と干渉し合い、ＬＤ素子１０１の放熱効果を低下させるという課題もある。 Furthermore, in the first conventional light source device shown in FIG. 6 described above, the heat dissipation path P101 to the stem 102 of the LD element 101 and the heat dissipation path P102 to the stem 102 of the wavelength conversion member 106 are different paths. The heat dissipation path P101 and the heat dissipation path P102 are indirectly connected by the stem 102. Therefore, when the LD element 101 has a high output, the amount of heat generated by the wavelength conversion member 106 increases, and the heat passes through the heat dissipation path P102 and the heat dissipation path P103 in the stem 102 to the LD element 101. There is also a problem that the heat dissipation effect of the LD element 101 is reduced by interfering with the heat of the heat dissipation path P101.

他方、上述の図７に示す第２の従来の光源装置においても、キャップ２０７の熱伝導率が比較的小さい。従って、放熱経路Ｐ２０２の熱抵抗が大きくなる。また、ステム２０２の熱伝導率も小さい。しかも、ステム２０２の上面は広くなっているもののキャップ２０７との接触面積も小さい。この結果、たとえば、空冷放熱の場合、熱伝導率９７〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ程度のアルミニウム合金よりなるヒートシンクをステム２０２の底部に接続すると、キャップ２０７とヒートシンクとの間のステム２０２の熱抵抗は大きくなる。このように、キャップ２０７の放熱経路Ｐ２０２の熱抵抗及びステム２０２の熱抵抗が大きいので、波長変換部材２０６の温度が上昇し、従って、波長変換効率が低下して白色光の色度が変化するという課題がある。 On the other hand, also in the second conventional light source device shown in FIG. 7 described above, the thermal conductivity of the cap 207 is relatively small. Therefore, the thermal resistance of the heat dissipation path P202 is increased. In addition, the thermal conductivity of the stem 202 is small. Moreover, although the upper surface of the stem 202 is wide, the contact area with the cap 207 is also small. As a result, for example, in the case of air cooling heat dissipation, when a heat sink made of an aluminum alloy having a thermal conductivity of about 97 to 200 W / m · K is connected to the bottom of the stem 202, the thermal resistance of the stem 202 between the cap 207 and the heat sink is growing. Thus, since the thermal resistance of the heat dissipation path P202 of the cap 207 and the thermal resistance of the stem 202 are large, the temperature of the wavelength conversion member 206 rises, and therefore the wavelength conversion efficiency is lowered and the chromaticity of white light changes. There is a problem.

さらに、上述の図７に示す第２の従来の光源装置においても、ＬＤ素子２０１のステム２０２までの放熱経路Ｐ２０１と波長変換部材２０６のステム２０２までの放熱経路Ｐ２０２とは別経路であるが、放熱経路Ｐ２０１と放熱経路Ｐ２０２とはステム２０２によって間接的に繋がっている。従って、ＬＤ素子２０１を高出力とした場合、波長変換部材２０６で発生する熱量が増大し、その熱は放熱経路Ｐ２０２及びステム２０２内の放熱経路Ｐ２０３を経てＬＤ素子２０１へ伝播し、ＬＤ素子２０１の放熱経路Ｐ２０１の熱と干渉し合い、ＬＤ素子２０１の放熱効果を低下させるという課題もある。 Further, in the second conventional light source device shown in FIG. 7 described above, the heat dissipation path P201 to the stem 202 of the LD element 201 and the heat dissipation path P202 to the stem 202 of the wavelength conversion member 206 are different paths. The heat dissipation path P201 and the heat dissipation path P202 are indirectly connected by the stem 202. Therefore, when the LD element 201 has a high output, the amount of heat generated in the wavelength conversion member 206 increases, and the heat propagates to the LD element 201 through the heat dissipation path P202 and the heat dissipation path P203 in the stem 202, and the LD element 201 There is also a problem that the heat dissipation effect of the LD element 201 is reduced by interfering with the heat of the heat dissipation path P201.

上述の課題を解決するために、本発明に係る光源装置は、半導体発光素子と、半導体発光素子を搭載するステムと、半導体発光素子からの光の一部を波長変換し残りの光と混色して出射する波長変換部材と、波長変換部材を支持するキャップと、ステム及びキャップに接触して設けられたヒートシンクと、ステムに固定され、レンズを支持するホルダと、ホルダの上部をキャップの上部に接続する取付部材とを具備するものである。これにより、半導体発光素子からステムを介してヒートシンクへ到る放熱経路と波長変換部材からキャップを介してヒートシンクへ到る放熱経路とはほとんど干渉しない。また、波長変換部材から発生した熱は、熱伝導率の高い部材から構成されかつ一体で成形されたキャップによりヒートシンクへ到るので、放熱経路の熱抵抗が小さい。 In order to solve the above-mentioned problems, a light source device according to the present invention includes a semiconductor light emitting element, a stem on which the semiconductor light emitting element is mounted, and a part of light from the semiconductor light emitting element that is wavelength-converted and mixed with the remaining light. A wavelength converting member that emits light, a cap that supports the wavelength converting member, a heat sink provided in contact with the stem and the cap, a holder that is fixed to the stem and supports the lens, and an upper portion of the holder is placed on the upper portion of the cap. And an attachment member to be connected . Thereby, the heat radiation path from the semiconductor light emitting element to the heat sink via the stem and the heat radiation path from the wavelength conversion member to the heat sink via the cap hardly interfere with each other. Further, the heat generated from the wavelength conversion member reaches the heat sink by a cap formed of a member having a high thermal conductivity and integrally formed, so that the heat resistance of the heat dissipation path is small.

また、本発明に係る照明装置は、上述の光源装置と、光源装置の出射光を所定方向に投影する投影光学ユニットとを具備するものである。 An illumination device according to the present invention includes the above-described light source device and a projection optical unit that projects light emitted from the light source device in a predetermined direction.

本発明によれば、半導体発光素子の放熱経路と波長変換部材の放熱経路とはほとんど干渉しないので、波長変換部材の放熱効率を向上できる。また、波長変換部材の放熱経路の熱抵抗を小さくすることができ、放熱性能を向上できる。 According to the present invention, since the heat dissipation path of the semiconductor light emitting element and the heat dissipation path of the wavelength conversion member hardly interfere, the heat dissipation efficiency of the wavelength conversion member can be improved. Moreover, the thermal resistance of the heat dissipation path of the wavelength conversion member can be reduced, and the heat dissipation performance can be improved.

本発明に係る光源装置の第１の実施の形態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows 1st Embodiment of the light source device which concerns on this invention. 図１の光源装置の断面図である。It is sectional drawing of the light source device of FIG. 図２の波長変換部材及び保持部材の詳細を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the detail of the wavelength conversion member of FIG. 2, and a holding member. 図２の光源装置の第１の変更例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st modification of the light source device of FIG. 図２の光源装置の第２の変更例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd modification of the light source device of FIG. 図２の光源装置の第３の変更例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 3rd modification of the light source device of FIG. 本発明に係る光源装置の第２の実施の形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows 2nd Embodiment of the light source device which concerns on this invention. 第１の従来の光源装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a 1st conventional light source device. 第２の従来の光源装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd conventional light source device.

図１は本発明に係る光源装置の第１の実施の形態を示す斜視図、図２は図１の光源装置の断面図である。 FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of a light source device according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of the light source device of FIG.

図１、図２においては、ＬＤ素子１がステム２に搭載され、ステム２の側面に接触して設けられたホルダ３はレンズ４を支持する。ステム２はヒートシンク５のプレート部５１に接触している。ヒートシンク５は、プレート部５１に加えて、ザグリ部５２ａを設けたベース部５２及びフィン部５３よりなる。他方、ヒートシンク５のプレート部５１に設けられたキャップ６は保持部材８を介して波長変換部材７を支持する。キャップ６は上部６１、脚部６２及び土台部６３を一体に構成しており、この場合、土台部６３を広くしてキャップ６とヒートシンク５との接触面積を大きくする。また、図１に示すごとく、キャップ６は円形の一部を切り落とした形成をなしている。これは、光源装置を複数個近接して配置した場合に、波長変換部材７の間の距離を小さくするためである。しかし、キャップ６はホルダ３の軸回りを３６０°囲む形状にしてもよい。ホルダ３とキャップ６の上部６１との間は取付部材９によって接着剤または圧入を用いて固定される。取付部材９はホルダ３の中心とキャップ６の中心とを合致させる調整機構を果たしている。 In FIG. 1 and FIG. 2, the LD element 1 is mounted on the stem 2, and the holder 3 provided in contact with the side surface of the stem 2 supports the lens 4. The stem 2 is in contact with the plate portion 51 of the heat sink 5. The heat sink 5 includes a base portion 52 and a fin portion 53 provided with a counterbore portion 52 a in addition to the plate portion 51. On the other hand, the cap 6 provided on the plate portion 51 of the heat sink 5 supports the wavelength conversion member 7 via the holding member 8. The cap 6 integrally includes an upper portion 61, a leg portion 62, and a base portion 63. In this case, the base portion 63 is widened to increase the contact area between the cap 6 and the heat sink 5. Further, as shown in FIG. 1, the cap 6 is formed by cutting off a part of a circle. This is to reduce the distance between the wavelength conversion members 7 when a plurality of light source devices are arranged close to each other. However, the cap 6 may have a shape that surrounds the axis of the holder 3 by 360 °. The holder 3 and the upper portion 61 of the cap 6 are fixed by the attachment member 9 using an adhesive or press-fitting. The attachment member 9 serves as an adjustment mechanism for matching the center of the holder 3 with the center of the cap 6.

ヒートシンク５のベース部５２のザグリ部５２ａには、給電基板１０が収容され、給電基板１０とステム２との間には、リード端子１１が接続される。 The feed board 10 is accommodated in the counterbore part 52 a of the base part 52 of the heat sink 5, and the lead terminal 11 is connected between the feed board 10 and the stem 2.

ステム２は、ＳＰＣ（熱伝導率は５０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅、真鍮、タングステン、アルミニウム、銅／タングステン合金等よりなり、ステム２の熱伝導率は小さい。 The stem 2 is made of SPC (thermal conductivity is 50 W / m · K), copper, brass, tungsten, aluminum, copper / tungsten alloy, etc., and the thermal conductivity of the stem 2 is small.

ホルダ３及び取付部材９は、ニッケル、コバルト、鉄、真鍮、ステンレス（ＳＵＳ）（熱伝導率１６Ｗ／ｍ・Ｋ）、ニッケル／鉄合金、鉄／ニッケル／コバルト合金（コバール）（熱伝導率１７Ｗ／ｍ・Ｋ）等よりなり、やはり、ホルダ３及び取付部材９の熱伝導率は小さい。 The holder 3 and the mounting member 9 are nickel, cobalt, iron, brass, stainless steel (SUS) (thermal conductivity 16 W / m · K), nickel / iron alloy, iron / nickel / cobalt alloy (Kovar) (thermal conductivity 17 W). / M · K), and the thermal conductivity of the holder 3 and the mounting member 9 is small.

ヒートシンク５及びキャップ６は、アルミニウム（熱伝導率１４０Ｗ／ｍ・Ｋ）、銅（熱伝導率３９０Ｗ／ｍ・Ｋ）等よりなり、ヒートシンク５及びキャップ６の熱伝導率は大きい。 The heat sink 5 and the cap 6 are made of aluminum (thermal conductivity 140 W / m · K), copper (thermal conductivity 390 W / m · K) or the like, and the heat conductivity of the heat sink 5 and the cap 6 is large.

図３は図２の波長変換部材７及び保持部材８の詳細を示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing details of the wavelength conversion member 7 and the holding member 8 of FIG.

波長変換部材７は、蛍光体層７１、拡散板７２及び金属反射層７３を有する。蛍光体層７１はたとえばＹＡＧ蛍光体を酸化アルミニウムに分散したＹＡＧセラミック焼結体である。拡散板７２はアルミナ等の光散乱粒子を含む透光性材料（ガラス）等よりなる。金属反射層７３は高反射率のアルミニウム等よりなる。レーザ光Ｌは金属反射層７３の開口から入射し、拡散板７２によって拡散され、蛍光体層７１の全体に亘って入射する。この場合、拡散板７２によって拡散されて蛍光体層７１と反対方向に向かった光は金属反射層７３によって反射されて蛍光体層７１に再び向かうことになる。 The wavelength conversion member 7 includes a phosphor layer 71, a diffusion plate 72, and a metal reflection layer 73. The phosphor layer 71 is, for example, a YAG ceramic sintered body in which a YAG phosphor is dispersed in aluminum oxide. The diffusion plate 72 is made of a translucent material (glass) containing light scattering particles such as alumina. The metal reflection layer 73 is made of aluminum or the like having high reflectivity. The laser light L enters from the opening of the metal reflection layer 73, is diffused by the diffusion plate 72, and enters the entire phosphor layer 71. In this case, the light diffused by the diffusion plate 72 and directed in the direction opposite to the phosphor layer 71 is reflected by the metal reflecting layer 73 and travels again to the phosphor layer 71.

他方、保持部材８は、サブマウント８１、内側スリーブ８２、外側スリーブ８３及び内側スリーブ８２と外側スリーブ８３との間に充填された白色樹脂層８４を有する。波長変換部材７と保持部材８のサブマウント８１との接合はバンブ８５またはＡｕＳｎ接合等の金属接合によって行われる。サブマウント８１は波長変換部材７を直接支持するもので、たとえばセラミックよりなる。内側スリーブ８２、外側スリーブ８３は白色樹脂層８４を堰き止めるためのものであり、チクリ性樹脂またはガラスよりなる。白色樹脂層８４はレーザ光Ｌの外部への漏れを防止して発光部と非発光部との輝度差を大きくする。 On the other hand, the holding member 8 includes a submount 81, an inner sleeve 82, an outer sleeve 83, and a white resin layer 84 filled between the inner sleeve 82 and the outer sleeve 83. The wavelength conversion member 7 and the submount 81 of the holding member 8 are joined by metal joining such as a bump 85 or AuSn joining. The submount 81 directly supports the wavelength conversion member 7 and is made of, for example, ceramic. The inner sleeve 82 and the outer sleeve 83 are for damming the white resin layer 84, and are made of chic resin or glass. The white resin layer 84 prevents the laser light L from leaking to the outside and increases the luminance difference between the light emitting portion and the non-light emitting portion.

波長変換部材７の蛍光体層７１内で発生した熱は、放熱経路Ｐ２に沿って拡散板７２から金属反射層７３、バンプ８５、サブマウント８１、キャップ６の上部６１へ伝播する。 The heat generated in the phosphor layer 71 of the wavelength conversion member 7 propagates from the diffusion plate 72 to the metal reflection layer 73, the bump 85, the submount 81, and the upper portion 61 of the cap 6 along the heat dissipation path P2.

図２に戻ると、ＬＤ素子１からの熱は、放熱経路Ｐ１に沿ってステム２を介してヒートシンク５のプレート部５１に伝播し、さらにヒートシンク５のベース部５２を介してフィン部５３に伝播し、対流、放射によって周囲雰囲気に放熱される。他方、波長変換部材７からの熱は、放熱経路Ｐ２を介してキャップ６の上部６１に入射する。キャップ６の上部６１の放熱経路Ｐ２は、２つの放熱経路Ｐ２１、Ｐ２２に分けられる。
放熱経路Ｐ２１：キャップ６の上部６１→キャップ６の脚部６２→キャップ６の土台部６３→ヒートシンク５のプレート部５１
放熱経路Ｐ２２：キャップ６の上部６１→取付部材９→ホルダ３→ステム２→ヒートシンク５のプレート部５１
いずれの放熱経路Ｐ２１、Ｐ２２の熱もヒートシンク５のベース５２を介してフィン部５３に伝播し、対流、放射によって周囲雰囲気に放熱される。 Returning to FIG. 2, the heat from the LD element 1 propagates along the heat dissipation path P <b> 1 to the plate portion 51 of the heat sink 5 via the stem 2, and further propagates to the fin portion 53 via the base portion 52 of the heat sink 5. The heat is dissipated to the surrounding atmosphere by convection and radiation. On the other hand, the heat from the wavelength conversion member 7 enters the upper portion 61 of the cap 6 through the heat dissipation path P2. The heat radiation path P2 of the upper part 61 of the cap 6 is divided into two heat radiation paths P21 and P22.
Heat dissipation path P21: upper part 61 of cap 6 → leg part 62 of cap 6 → base part 63 of cap 6 → plate part 51 of heat sink 5
Heat dissipation path P22: upper part 61 of cap 6 → mounting member 9 → holder 3 → stem 2 → plate part 51 of heat sink 5
The heat of any of the heat radiation paths P21 and P22 propagates to the fin portion 53 via the base 52 of the heat sink 5, and is radiated to the surrounding atmosphere by convection and radiation.

放熱経路Ｐ２１はステム２を介さずにヒートシンク５に通じているので、放熱経路Ｐ２１の熱はステム２を介する放熱経路Ｐ１の熱とほとんど干渉しない。従って、放熱経路Ｐ２１の熱はＬＤ素子１へほとんど伝播しない。この結果、放熱経路Ｐ２１の熱はＬＤ素子１の放熱効果を低下させない。 Since the heat dissipation path P21 communicates with the heat sink 5 without passing through the stem 2, the heat of the heat dissipation path P21 hardly interferes with the heat of the heat dissipation path P1 via the stem 2. Therefore, the heat of the heat dissipation path P21 hardly propagates to the LD element 1. As a result, the heat of the heat dissipation path P21 does not deteriorate the heat dissipation effect of the LD element 1.

他方、放熱経路Ｐ２２の熱は取付部材９、ホルダ３及びステム２を介してヒートシンク５に伝播する。従って、放熱経路Ｐ２２の熱はＬＤ素子１の放熱経路Ｐ１の熱と干渉してＬＤ素子１の放熱効果を低下させる。この点から、放熱経路Ｐ２２の熱抵抗はできるだけ大きい方がよい。このため、取付部材９の熱抵抗は、大きく、たとえば、上述のごとく、コバール等よりなる。この場合、放熱経路Ｐ２１の熱抵抗と放熱経路Ｐ２２の熱抵抗との比は多くとも０．５以下、好ましくは０．３以下である。理想的には、取付部材９は断熱部材で構成することが好ましい。 On the other hand, the heat of the heat dissipation path P <b> 22 propagates to the heat sink 5 through the attachment member 9, the holder 3 and the stem 2. Therefore, the heat of the heat dissipation path P22 interferes with the heat of the heat dissipation path P1 of the LD element 1 to reduce the heat dissipation effect of the LD element 1. From this point, it is better that the thermal resistance of the heat radiation path P22 is as large as possible. For this reason, the thermal resistance of the attachment member 9 is large, and is made of, for example, Kovar as described above. In this case, the ratio of the thermal resistance of the heat dissipation path P21 and the heat resistance of the heat dissipation path P22 is at most 0.5 or less, preferably 0.3 or less. Ideally, the attachment member 9 is preferably composed of a heat insulating member.

たとえば、キャップ６の材料としてアルミニウム（熱伝導率１４０Ｗ／ｍ・Ｋ）または銅（熱伝導率３９０Ｗ／ｍ・Ｋ）を選択すると、サイズ、形状にも依存するが、波長変換部材７直下のキャップ６の上部６１からヒートシンク５のプレート部５１上部までつまり放熱経路Ｐ２１の熱抵抗は約３〜６℃／Ｗである。これに対し、ホルダ３及び取付部材９の材料を、レンズ４と溶接可能、熱膨張率差が小さいという理由からＳＵＳ（熱伝導率１６Ｗ／ｍ・Ｋ）またはコバール（熱伝導率１７Ｗ／ｍ・Ｋ）を選択すると、サイズ、形状にも依存するが、波長変換部材７直下のキャップ６の上部６１から取付部材９及びホルダ３を介してヒートシンク５のプレート部５１の上部までつまり放熱経路Ｐ２２の熱抵抗は約２０〜３０℃／Ｗである。この場合、放熱経路Ｐ２１の熱抵抗／放熱経路Ｐ２２の熱抵抗は０．１〜０．３となる。このように、熱抵抗が小さい放熱経路Ｐ２１によって波長変換部材７の温度を著しく低くすることができる。 For example, when aluminum (thermal conductivity 140 W / m · K) or copper (thermal conductivity 390 W / m · K) is selected as the material of the cap 6, the cap just below the wavelength conversion member 7 depends on the size and shape. From the upper part 61 of 6 to the upper part of the plate part 51 of the heat sink 5, that is, the heat resistance of the heat radiation path P21 is about 3 to 6 ° C./W. On the other hand, the material of the holder 3 and the mounting member 9 can be welded to the lens 4 and SUS (thermal conductivity 16 W / m · K) or Kovar (thermal conductivity 17 W / m · K) because the difference in thermal expansion coefficient is small. When K) is selected, it depends on the size and shape, but from the upper part 61 of the cap 6 directly below the wavelength conversion member 7 to the upper part of the plate part 51 of the heat sink 5 via the mounting member 9 and the holder 3, that is, the heat dissipation path P22. The thermal resistance is about 20-30 ° C./W. In this case, the thermal resistance of the heat dissipation path P21 / heat resistance of the heat dissipation path P22 is 0.1 to 0.3. Thus, the temperature of the wavelength conversion member 7 can be remarkably lowered by the heat radiation path P21 having a small thermal resistance.

図４Ａは図２の光源装置の第１の変更例を示す。図４Ａにおいては、ホルダ３をステム２の上面に設けてある。図２のホルダ３とステム２の側面との接合部の機械的強度に比較して図４Ａのホルダ３とステム２の上面との接合部の機械的強度は劣る。しかし、ホルダ３は取付部材９によってキャップ６の上部６１に固定されているので、図４Ａのホルダ３とステム２の上面との接合部の機械的強度で十分である。さらに、図４Ａの光源装置においては、キャップ６の直径ＤＡは図２のキャップ６の直径Ｄより小さくなり、従って、図４Ａの放熱経路Ｐ２１は図２の放熱経路Ｐ２１より短くなり、図４Ａの放熱経路Ｐ２２は図２の放熱経路Ｐ２２より短くなる。この結果、図４Ａの放熱経路Ｐ２１の熱抵抗は小さくなり、従って、波長変換部材７の温度をさらに低下させることができる。さらに、光源装置を小型化できる。 FIG. 4A shows a first modification of the light source device of FIG. In FIG. 4A, the holder 3 is provided on the upper surface of the stem 2. The mechanical strength of the joint between the holder 3 and the upper surface of the stem 2 in FIG. 4A is inferior to the mechanical strength of the joint between the holder 3 and the side surface of the stem 2 in FIG. However, since the holder 3 is fixed to the upper portion 61 of the cap 6 by the attachment member 9, the mechanical strength of the joint between the holder 3 and the upper surface of the stem 2 in FIG. 4A is sufficient. Further, in the light source device of FIG. 4A, the diameter DA of the cap 6 is smaller than the diameter D of the cap 6 of FIG. 2, so that the heat dissipation path P21 of FIG. 4A is shorter than the heat dissipation path P21 of FIG. The heat dissipation path P22 is shorter than the heat dissipation path P22 of FIG. As a result, the thermal resistance of the heat dissipation path P21 in FIG. 4A is reduced, and therefore the temperature of the wavelength conversion member 7 can be further reduced. Furthermore, the light source device can be reduced in size.

図４Ｂは図２の光源装置の第２の変更例を示す。図４Ｂにおいては、図４Ａのステム２をヒートシンク５のプレート部５１の段差５１ａに埋込んである。これにより、図４Ｂのキャップ６の高さＨＢは図４Ａのキャップ６の高さＨＡより小さくなる。従って、図４Ｂの放熱経路Ｐ２１は図４Ａの放熱経路Ｐ２１より短くなる。この結果、図４Ｂの放熱経路Ｐ２１の熱抵抗はさらに小さくなり、従って、波長変換部材７の温度をさらに低下させることができる。さらに、光源装置を小型化できる。さらにまた、ステム２とヒートシンク５のプレート部５１との接触面積が増大するので、ＬＤ素子１の放熱効率を大きくできる。 FIG. 4B shows a second modification of the light source device of FIG. In FIG. 4B, the stem 2 of FIG. 4A is embedded in the step 51 a of the plate portion 51 of the heat sink 5. Accordingly, the height HB of the cap 6 in FIG. 4B is smaller than the height HA of the cap 6 in FIG. 4A. Therefore, the heat dissipation path P21 in FIG. 4B is shorter than the heat dissipation path P21 in FIG. 4A. As a result, the thermal resistance of the heat dissipation path P21 in FIG. 4B is further reduced, and therefore the temperature of the wavelength conversion member 7 can be further reduced. Furthermore, the light source device can be reduced in size. Furthermore, since the contact area between the stem 2 and the plate portion 51 of the heat sink 5 increases, the heat dissipation efficiency of the LD element 1 can be increased.

図４Ｃは図２の光源装置の第３の変更例を示す。図４Ｃにおいては、図４Ａのステム２をヒートシンク５のプレート部５１の開口５１ｂに埋込んである。プレート部５１の開口５１ｂの場合、ステム２とプレート部５１との接触面積が減少するが、プレート部５１の段差５１ａより開口５１ｂの方が加工し易い。図４Ｂの場合と同様に、図４Ｃのキャップ６の高さＨＣは図４Ａのキャップ６の高さＨＡより小さくなる。従って、図４Ｃの放熱経路Ｐ２１は図４Ａの放熱経路Ｐ２１より短くなる。この結果、図４Ｃの放熱経路Ｐ２１の熱抵抗はさらに小さくなり、従って、波長変換部材７の温度をさらに低下させることができる。さらに、光源装置を小型化できる。 FIG. 4C shows a third modification of the light source device of FIG. In FIG. 4C, the stem 2 in FIG. 4A is embedded in the opening 51 b of the plate portion 51 of the heat sink 5. In the case of the opening 51 b of the plate part 51, the contact area between the stem 2 and the plate part 51 is reduced, but the opening 51 b is easier to process than the step 51 a of the plate part 51. As in the case of FIG. 4B, the height HC of the cap 6 in FIG. 4C is smaller than the height HA of the cap 6 in FIG. 4A. Therefore, the heat dissipation path P21 in FIG. 4C is shorter than the heat dissipation path P21 in FIG. 4A. As a result, the thermal resistance of the heat dissipation path P21 in FIG. 4C is further reduced, and therefore the temperature of the wavelength conversion member 7 can be further reduced. Furthermore, the light source device can be reduced in size.

図５は本発明に係る光源装置の第２の実施の形態を示す断面図である。 FIG. 5 is a sectional view showing a second embodiment of the light source device according to the present invention.

図５においては、図２の構成要素に、冷却部材１３をキャップ６の上部６１に付加してある。これにより、波長変換部材７からの熱は放熱経路Ｐ２１を伝播する際に、その一部は冷却部材１３にも伝播する。従って、波長変換部材７の温度をさらに低下させることができる。尚、冷却部材１３はキャップ６の上部６１の形状に合わせて脚部６１の全周または一部に設けられる。 In FIG. 5, the cooling member 13 is added to the upper portion 61 of the cap 6 in the components shown in FIG. 2. Thereby, when the heat from the wavelength conversion member 7 propagates through the heat dissipation path P <b> 21, part of the heat also propagates to the cooling member 13. Therefore, the temperature of the wavelength conversion member 7 can be further reduced. The cooling member 13 is provided on the entire circumference or a part of the leg portion 61 according to the shape of the upper portion 61 of the cap 6.

尚、上述の光源装置を投影光学ユニットと組合わせることにより種々の照明装置を構成することができる。たとえば、プロジェクタ型、リフレクタ型の車両用前照灯を構成することができる。 Various illumination devices can be configured by combining the above light source device with the projection optical unit. For example, a projector-type or reflector-type vehicle headlamp can be configured.

また、本発明はＬＤ素子以外の半導体発光素子たとえば高輝度のＬＥＤ素子にも適用できる。 The present invention can also be applied to semiconductor light emitting elements other than LD elements, for example, high-brightness LED elements.

さらに、本発明は上述の実施の形態の自明の範囲内のいかなる変更にも適用し得る。 Furthermore, the present invention can be applied to any modification within the obvious scope of the above-described embodiment.

本発明は車両用前照灯以外の車両用灯具及び一般照明の照明装置に利用できる。 The present invention can be used for a vehicular lamp other than a vehicular headlamp and an illumination device for general illumination.

１：ＬＤ素子
２：ステム
３：ホルダ
４：レンズ
５：ヒートシンク
５１：プレート部
５１ａ：段差
５１ｂ：開口
５２：ベース部
５２ａ：ザグリ部
５３：フィン部
６：キャップ
６１：上部
６２：脚部
６３：土台部
７：波長変換部材
７１：蛍光体層
７２：拡散板
７３：金属反射層
８：保持部材
８１：サブマウント
８２：内側スリーブ
８３：外側スリーブ
８４：白色樹脂層
９：取付部材
１０：給電基板
１１：リード端子
１３：冷却部材
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ２１、Ｐ２２：放熱経路
１０１：ＬＤ素子
１０２：ステム
１０３：封止キャップ
１０３ａ：窓部
１０４：ホルダ
１０５：レンズ
１０６：波長変換部材
１０７：保持部材
１０８：外部リード端子
Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ１３：放熱経路
２０１：ＬＤ素子
２０２：ステム
２０３：封止キャップ
２０４：ホルダ
２０５：レンズ
２０６：波長変換部材
２０７：キャップ
２０８：外部リード端子
Ｐ２１、Ｐ２２、Ｐ２３：放熱経路
1: LD element 2: Stem 3: Holder 4: Lens 5: Heat sink 51: Plate portion
51a: level difference
51b: Opening
52: Base part
52a: counterbore part
53: Fin part
6: Cap 61: Upper part
62: Leg
63: Foundation
7: Wavelength converting member 71: Phosphor layer 72: Diffuser plate 73: Metal reflecting layer 8: Holding member 81: Submount 82: Inner sleeve 83: Outer sleeve 84: White resin layer 9: Mounting member 10: Power supply substrate 11: Lead terminal 13: Cooling members P1, P2, P21, P22: Heat radiation path 101: LD element 102: Stem 103: Sealing cap 103a: Window portion 104: Holder 105: Lens 106: Wavelength conversion member 107: Holding member 108: External Lead terminals P11, P12, P13: heat dissipation path 201: LD element 202: stem 203: sealing cap 204: holder 205: lens 206: wavelength conversion member 207: cap 208: external lead terminals P21, P22, P23: heat dissipation path

Claims

半導体発光素子と、
前記半導体発光素子を搭載するステムと、
前記半導体発光素子からの光の一部を波長変換し残りの光と混色して出射する波長変換部材と、
前記波長変換部材を支持するキャップと、
前記ステム及び前記キャップに接触して設けられたヒートシンクと、
前記ステムに固定され、レンズを支持するホルダと、
前記ホルダの上部を前記キャップの上部に接続する取付部材と
を具備する光源装置。 A semiconductor light emitting device;
A stem on which the semiconductor light emitting element is mounted;
A wavelength converting member that converts a wavelength of a part of the light from the semiconductor light emitting element and mixes the remaining light with the emitted light; and
A cap that supports the wavelength conversion member;
A heat sink provided in contact with the stem and the cap ;
A holder fixed to the stem and supporting the lens;
A light source device comprising: an attachment member that connects an upper portion of the holder to an upper portion of the cap .

前記ホルダは前記ステムの側面に固定された請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1 , wherein the holder is fixed to a side surface of the stem.

前記ホルダは前記ステムの上面に固定された請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1 , wherein the holder is fixed to an upper surface of the stem.

前記ステムは前記ヒートシンクに埋込まれている請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, wherein the stem is embedded in the heat sink.

さらに、前記キャップに接触して設けられた冷却部材を具備する請求項１に記載の光源装置。 The light source device according to claim 1, further comprising a cooling member provided in contact with the cap.

請求項１〜５のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置の出射光を所定方向に投影する投影光学ユニットと
を具備する照明装置。 The light source device according to any one of claims 1 to 5 ,
An illumination device comprising: a projection optical unit that projects light emitted from the light source device in a predetermined direction.