JP7506316B2 - Light-emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光装置に関する。 The present invention relates to a light-emitting device.
半導体レーザ素子と蛍光部材とを組み合わせた発光装置が知られている。特許文献1には、励起光を出射する励起光源と、励起光を受光して蛍光を発する発光部と、を有する発光装置が記載されている。特許文献1の発光装置では、蛍光体層の周囲に反射体を形成する等、発光部の発光パターンを規定するための構造を設けている。反射体の材料は例えば白色顔料やセラミックスである。 Light-emitting devices that combine a semiconductor laser element and a fluorescent material are known. Patent Document 1 describes a light-emitting device that has an excitation light source that emits excitation light, and a light-emitting section that receives the excitation light and emits fluorescence. The light-emitting device of Patent Document 1 has a structure for defining the light-emitting pattern of the light-emitting section, such as forming a reflector around the phosphor layer. The material of the reflector is, for example, a white pigment or ceramics.
しかしながら、セラミックスのように屈折率差によって光を反射する部品は、光の一部がその部品の内部に入射する。このため、セラミックスを光反射部材として用いた発光装置では、光反射部材の表面から光が漏れる場合がある。 However, in components that reflect light due to differences in refractive index, such as ceramics, some of the light enters the interior of the component. For this reason, in light-emitting devices that use ceramics as a light-reflecting material, light may leak from the surface of the light-reflecting material.
本開示は、以下の発明を含む。レーザ素子と、前記レーザ素子からの光の少なくとも一部を波長変換する蛍光部材と、前記蛍光部材の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されたセラミックスからなる光反射部材と、を備え、前記蛍光部材は、前記蛍光部材からの光が取り出される主面となる光取出面を有し、前記光反射部材には、前記蛍光部材の前記光取出面の側にある表面に溝が設けられている発光装置。 The present disclosure includes the following invention: A light-emitting device comprising a laser element, a fluorescent member that converts the wavelength of at least a portion of the light from the laser element, and a light-reflecting member made of ceramics that is fixed to a side surface of the fluorescent member directly or via a translucent joining member, the fluorescent member having a light extraction surface that is the main surface through which light from the fluorescent member is extracted, and the light-reflecting member having grooves on the surface on the side of the light extraction surface of the fluorescent member.
本開示の発光装置によれば、光反射部材からの光の漏れを低減することができる。 The light-emitting device disclosed herein can reduce light leakage from the light-reflecting member.
以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置の製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。 The following describes an embodiment of the invention with reference to the drawings as appropriate. However, the manufacturing method of the light emitting device described below is intended to embody the technical concept of the present invention, and unless otherwise specified, the present invention is not limited to the following. The size and positional relationship of the components shown in each drawing may be exaggerated for clarity of explanation.
図1は、実施形態に係る発光装置100を示す模式的な断面図である。図2Aは、図2BのIIA-IIA線における模式的な断面図である。図2Bは、実施形態に係る蛍光部材12および光反射部材11を示す模式的な上面図である。実施形態の発光装置100は、レーザ素子21と、蛍光部材12と、光反射部材11とを有する。蛍光部材12は、レーザ素子21からの光の少なくとも一部を波長変換する部材である。蛍光部材12は、蛍光部材12からの光が取り出される主面となる光取出面12aを有する。光反射部材11は、セラミックスからなり、蛍光部材12の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されている。光反射部材11には、蛍光部材12の光取出面12aの側にある表面(第1面11a)に溝11cが設けられている。
Figure 1 is a schematic cross-sectional view showing a light-
発光装置100によれば、溝11cが設けられていることで、蛍光部材12からの光を溝11cによって反射することができるため、光反射部材11の第1面11aからの光の漏れを低減することができる。したがって、光反射部材11からの光の漏れを低減することができる。
According to the
図2A及び図2Bに示すように、光反射部材11は、第1面11aと、第1面11aの反対の側の第2面11bとを有する。第1面11aは蛍光部材12の光取出面12aの側にある表面であり、第2面11bは蛍光部材12の光入射面12bの側にある表面である。
As shown in Figures 2A and 2B, the
図2Aに示すように、光反射部材11は、貫通孔を有することができる。この貫通孔が光の通路となるため、この場合、貫通孔の内壁を反射面とする。光反射部材11の材料としては、高熱伝導率及び高反射率であるアルミナ(Al2O3)セラミックスを用いることが好ましい。光反射部材11の厚みは、強度を考慮すると0.2mm以上であることが好ましい。また、光反射部材11は蛍光部材12を保持できる程度の厚みがあればよく、コスト増大及び発光装置100の高さの増大を抑えるため、光反射部材11の厚みは2mm以下とすることができる。
As shown in FIG. 2A, the
図2Aでは、光反射部材11の貫通孔の内壁は、光の進行方向に沿って拡がる形状である。このような形状とすることにより、入射した光の戻り光を貫通孔の内壁によって反射させて、光出射側に効率的に取り出すことができる。貫通孔の開口の形状としては、三角形及び四角形等の多角形のほか、円形又は楕円形であるものが挙げられる。貫通孔の形状としては、柱状、錐形状又はこれらを組み合わせた形状が挙げられる。
In FIG. 2A, the inner wall of the through hole of the
光反射部材11の第1面11aには溝11cが設けられている。図2Bに示すように、上面視において、すなわち、蛍光部材12の光取出面12aの側から視て、溝11cの内縁の形状は、蛍光部材12の外縁の形状と同じであることが好ましい。これにより、蛍光部材12の光取出面12aの上面視形状と同じ形状の発光パターンを得ることができる。光取出面12aの側から視て、溝11cの内縁の形状及び蛍光部材12の外縁の形状は、円形とすることができる。これらの形状が円形であることにより、発光パターンの形状も円形となるため、レンズとの組み合わせに適している。例えば、溝11cは、蛍光部材12の外縁と同じ中心であって直径が異なる円形で設けることができる。図2Bにおいて、溝11cは、蛍光部材12の全周囲に亘って途切れなく設けられている。これにより、蛍光部材12の全周囲において光反射部材11の第1面11aからの光漏れを低減することができる。
The
図2Aに示すように、溝11cの深さd1は、光反射部材11の第1面11aから第2面11bまでの距離d2よりも小さい。光反射部材11の第1面11aから第2面11bまでの距離d2は、光反射部材11の厚みと言い換えることができる。図2Aに示すように光反射部材11の厚みが一定でない場合は、溝11cが設けられた部分の厚みを距離d2とする。溝11cの深さd1は、光反射部材11の第1面11aから第2面11bまでの距離d2の1/10以上1/3以下の範囲内とすることができる。1/10以上とすることにより、溝11cによる光の漏れ低減の効果をより確実に得ることができる。1/3以下とすることにより、溝11cに起因する光反射部材11の破損の可能性を低減することができる。溝11cの深さd1は、0.07mm以上とすることができる。溝11cの深さd1は、0.2mm以下であってもよい。
As shown in FIG. 2A, the depth d1 of the
図2Bに示すように、蛍光部材12の光取出面12aの側から視て、溝11cは、蛍光部材12と接しない位置に設ける。蛍光部材12の光取出面12aの側から視て、溝11cと蛍光部材12との距離は、0.07mm以上とすることができ、0.1mm以下とすることができる。溝11cと蛍光部材12との距離を0.1mm以下とすることにより、光反射部材11からの光の漏れをより効果的に低減することができる。また、蛍光部材12が光反射部材11の貫通孔の内壁に固定されている場合、蛍光部材12の光取出面12aの側から視て、溝11cと貫通孔との距離d3は、溝11cと蛍光部材12との距離と等しくしてよい。溝11cと貫通孔との距離d3は、0.07mm以上とすることができ、0.1mm以下とすることができる。
2B, the
溝11cは、例えば空気で満たされている。この場合、空気と光反射部材11との屈折率差により、光反射部材の内部の光を溝11cにおいて反射することができる。上面視において、溝11cの幅は、例えば15μm以上とすることができ、40μm以下とすることができる。図2Aにおいて、溝11cの内壁は、第2面11bから第1面11aに向けて溝11cの内径が拡がるように傾斜している。溝11cの内壁がこのような形状であることにより、溝11cにおいて光を第2面11bに向かう方向に反射させ易い。このため、光反射部材11の第1面11aからの光漏れをより低減することができる。溝11cは、例えば、レーザ照射によるレーザ加工によって形成することができる。
The
光反射部材11は、蛍光部材12の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されている。透光性の接合部材としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス等のガラスが挙げられる。例えば、500℃~900℃の間に軟化点を有するホウ珪酸ガラスを透光性の接合部材として用いることができる。図2A及び図2Bにおいて、光反射部材11には貫通孔が設けられ、蛍光部材12は貫通孔の内壁に固定されている。
The
蛍光部材12は、励起光によって蛍光を発する蛍光体を含有する。励起光とは、レーザ素子21が出射する光である。蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)、ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO-Al2O3-SiO2)、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)2SiO4)、αサイアロン蛍光体、βサイアロン蛍光体などが挙げられる。蛍光体としては、耐熱性が良好な蛍光体であるYAG蛍光体を用いることが好ましい。
The
図2Aに示すように、蛍光部材12は、光反射部材11の貫通孔内に配置することができる。蛍光部材12は、光取出面12aと光入射面12bとを有する。蛍光部材12は、さらに、光取出面12aと光入射面12bとを繋ぐ側面を有することができる。側面は、図2Aに示すように、貫通孔の内壁と略一致した形状とすることにより、光反射部材11との密着性を向上させ、蛍光部材12で生じる熱を効果的に光反射部材11側に逃がすことができる。
As shown in FIG. 2A, the
蛍光部材12としては、蛍光体を含有するセラミックス又は蛍光体の単結晶が挙げられる。蛍光部材12がこのような耐光性及び耐熱性の良好な材料によって形成されていることにより、レーザ光のような高密度の光が照射されても変質が生じ難い。蛍光部材12の厚みは、例えば、0.1mm~1.5mm程度が挙げられる。蛍光部材12は、例えば、蛍光体と酸化アルミニウム(Al2O3、融点:約1900℃~2100℃)等の透光性材料とを焼結させた蛍光体セラミックスとすることができる。この場合、蛍光体の含有量は、蛍光部材12の総重量に対して0.05~50重量%とすることが好ましく、1~30重量%がより好ましい。また、このような透光性材料を用いずに蛍光体の紛体を焼結させることにより形成する、実質的に蛍光体のみからなる蛍光体セラミックスを蛍光部材12として用いてもよい。また、蛍光部材12として、蛍光体からなる単結晶を用いてもよい。なお、蛍光部材12の表面には、バンドパスフィルター等のコーティングが施されていてもよい。蛍光部材12は、単一層から構成されていてもよく、2以上の複数層から構成されていてもよい。
The
レーザ素子21は、出射するレーザ光が蛍光部材12の光入射面12bに照射されるように配置される。レーザ素子21は、例えば半導体レーザ素子である。なお、蛍光部材12の光入射面12b側にサファイア等の蛍光体を含有しない透光性部材を配置してもよい。この場合、レーザ素子21からの光が透光性部材を介して蛍光部材12に照射することになる。
The
発光装置100は、図1に示すように、レーザ素子21を有するパッケージを有する。光反射部材11は、押さえ部15と蓋部16とに挟まれて固定されている。光反射部材11は貫通孔を有し、その貫通孔内には、蛍光部材12が配置されている。図1に示すように、蓋部16は、光反射部材11の下面である第2面11bに配置される第1蓋部16Aと、第1蓋部16Aの下面に接続された第2蓋部16Bとの2つの部分からなってもよい。
As shown in FIG. 1, the
パッケージは、図1に示すように、ステム24と、ステム24を貫通するリード端子25と、ステム24が有する凸部の側面に固定されたサブマウント26と、サブマウント26に固定されたレーザ素子21を有する。パッケージは、さらに、ステム24に固定されたキャップ22と、キャップ22が有する開口に固定されたレンズ23とを有する。蓋部16は、ステム24に固定されている。図1に一点鎖線で示すように、レーザ素子21から出射したレーザ光は、レンズ23で集光され、蛍光部材12の手前で焦点を結び、蛍光部材12に入射する。発光装置100の発光が白色光である場合、例えば、蛍光部材12が発する蛍光を黄色光とし、レーザ素子21が出射するレーザ光を青色光(ピーク波長が420nm~470nm程度)とする。蛍光部材12が含有する蛍光体としては、YAG蛍光体等の黄色蛍光体が挙げられる。青色レーザ光を出射するレーザ素子21としては、InGaN井戸層の活性層を有するGaN系レーザ素子が挙げられる。パッケージは、レーザ素子21とリード端子25のそれぞれとを電気的に接続するワイヤを有してよい。
As shown in FIG. 1, the package has a
(実験例)
実験例1~5として、図2A及び図2Bに示す蛍光部材12及び光反射部材11を作製した。実験例1~5において、光反射部材11の厚みは0.67mmであった。実験例1~5において、光反射部材11の上面視形状は直径4mmの円形であり、蛍光部材12の上面視形状は直径0.65mmの円形であった。溝11cは、蛍光部材12の外縁と同じ中心であって直径が異なる円形で設けた。溝11cについて、実験例1~3は直径0.8mmの位置にレーザ加工によって形成し、実験例4及び5は直径1.2mmの位置にレーザ加工によって形成した。上面視における溝11cと蛍光部材12の距離は、実験例1~3で約0.07mmであり、実験例4及び5で約0.27mmであった。溝11cの深さは、実験例1は0.07mm、実験例2は0.14mm、実験例3は0.2mm、実験例4は0.14mm、実験例5は0.2mmで形成した。実験例1~5の蛍光部材12の光入射面12bに励起光を照射し、光取出面12a側から観察した。その結果を図3に示す。
(Experimental Example)
As Experimental Examples 1 to 5, the
図3から、溝11cと蛍光部材12の距離が近いほど、また、溝11cの深さが大きいほど、光反射部材11の表面からの光漏れを低減可能であるといえる。
From Figure 3, it can be said that the closer the distance between the
11 光反射部材
11a 第1面
11b 第2面
11c 溝
12 蛍光部材
12a 光取出面
12b 光入射面
15 押さえ部
16 蓋部
16A 第1蓋部
16B 第2蓋部
21 レーザ素子
22 キャップ
23 レンズ
24 ステム
25 リード端子
26 サブマウント
100 発光装置
REFERENCE SIGNS
Claims (7)
前記レーザ素子からの光の少なくとも一部を波長変換する蛍光部材と、
前記蛍光部材の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されたセラミックスからなる光反射部材と、
を備え、
前記蛍光部材は、前記蛍光部材からの光が取り出される主面となる光取出面を有し、
前記光反射部材には、前記蛍光部材の前記光取出面の側にある表面に溝が設けられている発光装置。 A laser element;
a fluorescent member that converts the wavelength of at least a portion of the light from the laser element;
a light reflecting member made of ceramics fixed to a side surface of the fluorescent member directly or via a light-transmitting bonding member;
Equipped with
the fluorescent member has a light extraction surface that is a main surface through which light from the fluorescent member is extracted,
The light emitting device has a surface of the light reflecting member that is adjacent to the light extraction surface of the fluorescent member and has grooves formed thereon.
前記溝の深さは、前記光反射部材の前記第1面から前記第2面までの距離の1/10以上1/3以下の範囲内である請求項1~3のいずれか1項に記載の発光装置。 the light reflecting member has a first surface on which the groove is provided and a second surface opposite to the first surface,
4. The light emitting device according to claim 1, wherein the depth of the groove is within a range of 1/10 to 1/3 of the distance from the first surface to the second surface of the light reflecting member.
前記蛍光部材は前記貫通孔の内壁に固定されている請求項1~4のいずれか1項に記載の発光装置。 The light reflecting member has a through hole,
5. The light emitting device according to claim 1, wherein the fluorescent member is fixed to an inner wall of the through hole.
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