JP6565755B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光が通過する貫通孔が設けられた支持部材と、
前記貫通孔の内壁に固定された側面、前記レーザ光が入射する第1主面、該第1主面の対向面である第2主面及び中心から周縁に向かって薄膜となるように傾斜し、第2主面及び前記側面と連結する傾斜面を有する波長変換部材とを備え、
前記傾斜面は、前記第2主面側からの平面視において、前記第1主面における前記レーザ光が照射される領域と部分的に重なる位置に配置されていることを特徴とする発光装置である。
本実施形態の発光装置10は、図1に示すように、半導体レーザ素子11と、支持部材13と、波長変換部材14とを備える。
支持部材13は、波長変換部材14を支持するための部材であり、半導体レーザ素子11から出射されるレーザ光が通過する貫通孔12が設けられている。
波長変換部材14は、側面14a、第1主面14b、第1主面14bの対向面である第2主面14c及び傾斜面14dを有する。側面14aは、貫通孔12の内壁に固定されている。第1主面14bは、レーザ光が入射する面である。傾斜面14dは、中心から周縁に向かって薄膜となるように傾斜し、第2主面14cと側面14aとの双方に連結する。
また、この発光装置10では、さらに透光部材15を、波長変換部材14の第2主面14c側に備えていてもよい。この場合、透光部材15は、第2主面14cに一部接触して配置されており、貫通孔12の内壁、傾斜面14d及び透光部材15に囲まれて、空隙16が配置されている。
半導体レーザ素子11は、レーザ光を発振することができるものであれば、特に制限なく使用することができる。例えば、300nm〜500nmの発光ピーク波長を有するものが挙げられ、430nm〜470nm又は400nm〜470nmが好ましく、420nm〜470nmがより好ましい。このような波長帯のレーザ光は、YAG系蛍光体の励起に適している。このような波長帯のレーザ光を出射するレーザ素子としては、窒化物半導体を用いたレーザ素子が挙げられる。
1つの発光装置に、複数の半導体レーザ素子を備えていてもよい。
支持部材13は、波長変換部材14を支持するために、下方(半導体レーザ素子11が出射するレーザ光が入射する光入射側)から上方(光出射側)に向かって広がる貫通孔12を有する。貫通孔12が上方に向かって広がるように形成されていることにより、波長変換部材14から下方に進行する一部の光を反射させて上方に取り出すことができる。言い換えると、支持部材13の貫通孔12が光の進行方向に沿って拡がる、つまり、貫通孔12の直径又は長さが主要な光の進行方向に沿って大きくなっており、貫通孔12がテーパ形状を構成する面を有することを意味する。
貫通孔12の下方から上方に向かって広がる程度は、用いる波長変換部材の形状によって適宜設定することができる。貫通孔12は、部分的に、波長変換部材の側面の形態と一致する部位を含むことが好ましい。これにより、波長変換部材との接触面積を向上させて、強固な固定を実現することができる。
波長変換部材14は、半導体レーザ素子11からの光を波長変換するための部材である。波長変換部材14は、少なくとも蛍光体(第1蛍光体)を含み、例えば半導体レーザ素子11からの光をそれよりも長波長の光に波長変換する。
波長変換部材14は、図1及び図2に示すように、側面14aと、第1主面14b、第1主面14bの対向面である第2主面14c及び傾斜面14dを有する。
側面14aは、貫通孔12の内壁に固定されている。
第1主面14bは、レーザ光が入射する面であり、第2主面14cは、第1主面14bの対向面である。第2主面14cから出射する光が発光装置10の発光として利用される。第1主面14b及び第2主面14cは、いずれも平坦であることが好ましい。また、第1主面14b及び第2主面14cは、実質的に互いに平行であることが好ましい。さらに、波長変換部材14は、第1主面14b及び第2主面14cが半導体レーザ素子11の出射するレーザ光の光軸に実質的に垂直に交わるように、支持部材13に固定されることが好ましい。
傾斜面14dは、側面14aと傾斜面14dとの結合部位から第2主面14cまでの高さ(図1AのH)が、波長変換部材14の最大厚みの10〜70%であることが好ましく、20〜40%がより好ましい。これにより、波長変換部材における傾斜面14dのバランスをはかり、色むらを効果的に低減することができる。例えば、波長変換部材14の最大厚みは、50〜500μmが挙げられる。傾斜面の高さHは、5〜350μmが挙げられる。
図1Aに示すように、波長変換部材14の第2主面14c側に透光部材15を設けてもよい。透光部材15は、波長変換部材14からの光を透過することができ、かつ支持部材13に固定することができるものが好ましい。透光部材15は、波長変換部材14の第2主面14cを部分的に又は全体的に被覆する。透光部材15は、波長変換部材14から離間していてもよいが、波長変換部材14に接していることが好ましい。支持部材13に固定された透光部材15が波長変換部材14に接していることにより、波長変換部材14の熱を、透光部材15を経由して支持部材13へ放熱させることができる。また、透光部材15は、貫通孔12外に配置されていてもよいし、部分的に貫通孔12からはみ出していてもよく、また、全部が貫通孔12内に配置されていてもよい。
光の取り出し効率を向上させるためには、透光部材15は薄いことが好ましい。透光部材15の最大膜厚は、例えば、波長変換部材の最大膜厚よりも薄い。
透光部材15は、光散乱材を含んでいてもよい。
発光装置10では、支持部材13の貫通孔12に、波長変換部材14を配置させることにより、貫通孔12の内壁と傾斜面14dとの間に空隙16が配置される。さらに透光部材15が配置される場合は、空隙16は貫通孔12の内壁、傾斜面14d及び透光部材15に囲まれたものである。空隙16の大きさ及び形状は、主として、支持部材13の貫通孔12の形状及び波長変換部材14の傾斜面の形態によって適宜調整することができる。なお、この空隙16には、空気等の気体が充填されていることが好ましい。
そこで、上述したような空隙16を配置する。すなわち波長変換部材14の第2主面14c側の周縁部分を除去し、中心から周縁に向かって薄膜となるように傾斜させる形状とする。これにより、波長変換部材14の中央付近の全厚み方向の蛍光体含有量と、周縁付近の全厚み方向の蛍光体含有量とを変動させることができるため、色むらを効果的に改善することができる。言い換えると、中心部で波長変換された光の強度が大きく、周辺部で小さいという、レーザ光の出力分布に適合した、蛍光体の分布を実現することができる。
発光装置10においては、半導体レーザ素子11は、上述した支持部材13等とともに、パッケージ形態で用いられる。つまり、半導体レーザ素子11は、ヒートシンク21を用いて板状のステム22に固定されており、半導体レーザ素子11を含む。内部空間23は、ステム22と支持部材13によって密閉されている。ステム22には、外部電力と電気的に接続するための複数のリード端子24がそれぞれステム22に設けた複数の貫通孔25を通して配置されている。貫通孔25は、低融点ガラスなどの材料から構成される封止材でさらに密閉することができる。半導体レーザ素子11は、ワイヤー等の導電部材を介してリード端子24と電気的に接続されている。半導体レーザ素子11と波長変換部材14との間には、例えば、レーザ光を集光させることのできるレンズなどの部材を設けてもよい。レーザ光が光ファイバを経由する場合は、光ファイバ中を伝搬することでレーザ光の中心と外周の強度差が緩和されやすい。しかし、レーザ光が光ファイバを介さずに波長変換部材14に照射される構造であれば、レーザ光は中心と外周の強度差が大きいまま照射されやすい。このため、特に、光ファイバを用いない場合に傾斜面14dを設けることが好ましい。あるいは、発光装置10の外部には、発光装置10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。
この実施形態の発光装置30は、図3A及び3Bに示すように、半導体レーザ素子11と波長変換部材14との間に光ファイバ31が配置されている。これにより、半導体レーザ素子11からの光を、光ファイバ31を通して波長変換部材14に伝搬して波長変換部材14に照射することができる。よって、両者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。光ファイバ31は、例えば、石英ガラスから構成することができる。
光ファイバ31の端部、つまり、半導体レーザ素子11側の端部には、図3Aに示すように、光ファイバ31と半導体レーザ素子11又はこれを含むデバイスとの接続を容易にするためにコネクタ33が配置されている。コネクタ33と半導体レーザ素子11又はこれを含むデバイスとの間には、例えば、レンズ34等が配置されていてもよい。
図3Bに示すように、光ファイバ31の他の端部、つまり、光ファイバ31の波長変換部材14側の端部は、支持部材13と接続するために先端部材32が配置されている。先端部材32は、光ファイバ31の外周を取り囲むように配置されている。
11 半導体レーザ素子
12 貫通孔
12B 貫通孔
12C 貫通孔
13 支持部材
13a 台座部
13b スリーブ部
14 波長変換部材
14a 側面
14b 第1主面
14c 第2主面
14d 傾斜面
15 透光部材
16 空隙
21 ヒートシンク
22 ステム
23 内部空間
24 リード端子
25 貫通孔
31 光ファイバ
32 先端部材
33 コネクタ
34 レンズ
H 高さ
Claims (8)
- 半導体レーザ素子と、
前記半導体レーザ素子から出射されるレーザ光が通過する貫通孔が設けられた支持部材と、
前記貫通孔の内壁に固定された側面、前記レーザ光が入射する第1主面、該第1主面の対向面である第2主面及び中心から周縁に向かって薄膜となるように傾斜し、第2主面及び前記側面と連結する傾斜面を有する波長変換部材とを備え、
前記傾斜面は、前記第2主面側からの平面視において、前記第1主面における前記レーザ光が照射される領域と部分的に重なる位置に配置されていることを特徴とする発光装置。 - さらに、前記波長変換部材の第2主面側に配置された透光部材と、
前記貫通孔の内壁、前記傾斜面及び前記透光部材に囲まれた空隙とを備える請求項1に記載の発光装置。 - 前記波長変換部材は、第1蛍光体を含有し、前記透光部材は、第1蛍光体とは異なる第2蛍光体を含有する請求項2に記載の発光装置。
- 前記波長変換部材は、前記透光部材の最大膜厚よりも大きな最大膜厚を有する請求項3に記載の発光装置。
- 前記傾斜面は、前記第2主面側からの平面視において、前記第2主面を囲むように配置されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記傾斜面は、平面である請求項1〜5のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記第2主面と垂直な方向における断面視において、前記傾斜面と前記第2主面とがなす角度が90°より大きく175°以下である請求項1〜6のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記傾斜面は、前記第2主面側からの平面視において、前記波長変換部材の面積の20〜80%の面積を占有する請求項1〜7のいずれか1項に記載の発光装置。
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