TWI802700B

TWI802700B - 發光裝置

Info

Publication number: TWI802700B
Application number: TW108118187A
Authority: TW
Inventors: 三浦創一郎
Original assignee: 日商日亞化學工業股份有限公司
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2023-05-21
Also published as: CN110542059A; US11644178B2; JP2019207788A; EP3575679B1; EP3789664A1; JP7011169B2; US10851968B2; TW202004076A; US20210041081A1; US20190368685A1; EP3575679A1

Abstract

本發明可將反射光與非反射光加以區分地進行聚光、擴散或者準直等光之出射控制。本發明之發光裝置具備：發光元件，其放射光；光反射構件，其具有將光反射之光反射面；及透鏡構件，其具有控制自發光元件放射之光之行進方向之透鏡部；且透鏡部具有與光之行進方向之控制相關之第1透鏡形狀及第2透鏡形狀，第1透鏡形狀控制經放射之光中之朝向光反射面行進且被該光反射面反射之反射光之行進方向，第2透鏡形狀控制經放射之光中之非反射光之行進方向，該非反射光係以光反射面之端部為邊界朝向光反射面行進之除反射光以外之光，且以光反射面之端部為邊界朝向光反射面之外行進之光。

Description

發光裝置

本發明係關於一種發光裝置。

先前以來，已知於將自發光元件放射之光進行聚光、擴散或準直時，利用透鏡。例如於專利文獻1中揭示有如下車輛用照明燈具：自發光元件放射之光經由反射器或者不經由反射器地入射至投影透鏡，向外部出射。 [先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-67380

[發明所欲解決之問題]

然而，於專利文獻1所揭示之發光裝置中，經由反射器反射後入射之光與未經反射而入射之光均通過相同之透鏡構造。因此，無法將反射光與非反射光加以區分地進行聚光、擴散或者準直等光之出射控制。 [解決問題之技術手段]

本發明之發光裝置具備：第1發光元件，其放射光；第1光反射構件，其具有將光反射之光反射面；及透鏡構件，其具有第1透鏡部，該第1透鏡部控制自上述第1發光元件放射之光之行進方向；且上述第1透鏡部具有第1透鏡形狀及第2透鏡形狀，上述第1透鏡形狀控制經放射之光中之朝向光反射面行進且被反射之反射光之行進方向，上述第2透鏡形狀控制經放射之光中之非反射光之行進方向，該非反射光係以光反射面之端部為邊界朝向光反射面行進之除上述反射光以外之光，且以光反射面之端部為邊界朝向光反射面之外行進之光。 [發明之效果]

根據本發明之發光裝置，可根據反射光與非反射光分別進行聚光、擴散或者準直等光之出射控制。

以下，參照圖式對用以實施本發明之形態進行說明。但，以下所示之形態係用以將本發明之技術思想具體化者，而非限定本發明者。進而，於以下之說明中，關於相同名稱、符號係表示相同或同質之構件，適當省略詳細說明。再者，為了明確說明，各圖式所示之構件之大小或位置關係等有時加以誇張表示。

＜第1實施形態＞圖1係第1實施形態之發光裝置1之模式圖。發光裝置1具有基部10、子安裝基板20、半導體雷射元件30、光反射構件40及透鏡構件50。又，發光裝置1係於基部10之平面上配置子安裝基板20、半導體雷射元件30、光反射構件40及透鏡構件50。又，關於發光裝置1，以於基部10配置有光反射構件40之配置面為基準，在較配置於該配置面之上之半導體雷射元件30及光反射構件40更靠上方，配置有透鏡構件50。以下，對發光裝置1之構成要素進行說明。再者，本說明書中所謂「上方」係指以基部10之配置面為基準，配置有半導體雷射元件30之方向。

基部10供於平面上直接配置子安裝基板20及光反射構件40。又，基部10供於平面上介隔子安裝基板20配置半導體雷射元件30。此處，於本案中，在某一面之上直接配置構件之狀態、或者在直接配置於該面之上之其他物體之上直接配置構件之狀態均表達為「於面之上配置構件」。即，於該面之上方配置有構件，且該面與構件經由間接物或者不經由間接物地物理性相連之狀態表述為於該面之上配置有構件之狀態。再者，於特定為在面之上直接配置有構件之情形時，使用語句「直接」來表達。於未特定為直接配置之情形時，表示可任意地配置。

基部10具有用以將半導體雷射元件30與外部電源電性連接之電極，於該電極電性連接有半導體雷射元件30。藉此，基部10發揮將半導體雷射元件30與外部電源電性連接之作用。作為基部10，可使用陶瓷或金屬、及其等之複合體等。

子安裝基板20於其底面與基部10接合，且於其上表面供配置半導體雷射元件30。子安裝基板20擔負如下作用：充分確保自基部10之上表面至半導體雷射元件30放射光之位置為止之高度。因此，若僅利用半導體雷射元件30便已能確保足夠之高度，則子安裝基板20可自發光裝置1之構成中省略。再者，關於子安裝基板20，使用熱導率高於基部10之熱導率者，藉此，除發揮高度確保之作用以外，亦可發揮提高散熱性之作用。於發光裝置1中，半導體雷射元件30之發光點設於靠近光反射構件40一側之側面，光自發光點朝光反射構件40之方向被放射。

此處，所謂欲確保之足夠之高度例如可設為自半導體雷射元件30放射之光之主要部分不直接照射至基部10之高度。若以基部10之配置面為基準來理解，則自半導體雷射元件30放射之光可區分成向配置面行進之光、與配置面平行地行進之光、及離開配置面之光。因此，於該例之情形時將確保高度，以使主要部分中之向配置面行進之光照射至光反射構件40，而非保持原狀直接照射至配置面。因此，所確保之高度係考慮如下因素等決定：自半導體雷射元件30放射之光之擴散、或配置於配置面之上之半導體雷射元件30與光反射構件40之距離。此處，由雷射元件產生之光之主要部分係指雷射光之自峰值強度值降至1/e² 等任意強度為止之強度範圍之部分。

作為子安裝基板20，較理想為與基部10及半導體雷射元件30適宜地接合者。例如，於使用包含氮化物半導體之材料作為半導體雷射元件30，且使用氮化鋁作為基部10之主材料之情形時，作為子安裝基板20，可使用氮化鋁或碳化矽。又，於子安裝基板20設有金屬膜，半導體雷射元件30係利用Au-Sn等導電層固定於子安裝基板20。

半導體雷射元件30於其底面與子安裝基板20接合，自靠近光反射構件40一側之側面放射光。半導體雷射元件30之放射光於與光之出射端面平行之面，具有橢圓形狀之遠場圖案(以下稱為「FFP」)，該遠場圖案之包含活性層之複數個半導體層之積層方向之長度較與該積層方向垂直之方向之長度長。此處所提及之FFP係指於與半導體雷射元件之光出射端面相距某種程度且與光出射端面平行之面，對放射光之光強度分佈進行測定所得者。FFP之形狀被特定為由光之主要部分形成之形狀。

光反射構件40於其底面與基部10接合，將自半導體雷射元件30放射之光反射。經光反射構件40反射之光朝向配置於其上方之透鏡構件50。自半導體雷射元件30放射之光入射至透鏡構件50為止之光路長有如下傾向：與未介置有光反射構件40相比，介置有光反射構件40之光路長較長。光路長較長者可減小由光反射構件40與半導體雷射元件30之安裝偏移所致之影響。

光反射構件40於至少一面具有光反射面。為了接收來自半導體雷射元件30之放射光，光反射構件40較理想為使用耐熱之材料作為主材料，並將反射率較高之材料用於光反射面。作為主材料，可採用石英或BK7(硼矽酸玻璃)等玻璃、鋁等金屬、或Si等，可採用金屬或介電多層膜等作為光反射面。再者，發光裝置1視需要可設為具有複數個光反射面之光反射構件40，亦可為具有光反射構件40以外之光反射構件。

透鏡構件50配置於自半導體雷射元件30放射之光所入射之位置。又，入射至透鏡構件50之光包含：經光反射構件40反射而入射之光；未經光反射構件40反射而向光反射構件40之上方行進並入射之光。為了便於說明，以下，將經光反射構件40反射而入射之光稱為反射光，將未經光反射構件40反射而向光反射構件40之上方行進並入射之光稱為非反射光。對於透鏡構件50，例如可使用BK7、B270等玻璃等。

圖2係用以說明第1實施形態之發光裝置1中本發明之透鏡構件之構造的模式圖。圖3係用以說明自第1實施形態之半導體雷射元件30放射之光之發光裝置1的立體圖。再者，為了便於說明，圖3省略了透鏡構件50。

如圖2所示，發光裝置1之透鏡構件50具有第1透鏡形狀51及第2透鏡形狀52。第1透鏡形狀51具有為了控制自半導體雷射元件30放射之光中之反射光而設計之透鏡形狀。另一方面，第2透鏡形狀52具有為了控制非反射光而設計之透鏡形狀。具體而言，於第1實施形態之發光裝置1中，第1透鏡形狀51係基於反射光之焦點FR而設計透鏡形狀，第2透鏡形狀52係基於非反射光之焦點FD而設計透鏡形狀。再者，所謂使用透鏡構件50之光之控制例如可列舉光之聚光、擴散、準直。

圖2及圖3中以箭頭標記之實線記載了自半導體雷射元件30發出之光L之行進方向。又，圖3中之虛線表示於光反射構件40之光反射面41所在之平面上，被照射自半導體雷射元件30放射之光之主要部分之放射區域。

半導體雷射元件30放射具有橢圓形狀之FFP之光。關於該光之擴散角，垂直方向之擴散角大於水平方向之擴散角。因此，放射區域亦成為據此形成之形狀。又，如圖3所示，於發光裝置1中，放射區域之一部分未收斂於光反射構件40之光反射面41。該一部分光未照射至光反射面41而通過其上方。自半導體雷射元件30放射之光中之照射至光反射面41後反射之光屬於反射光，未照射至光反射面41而朝向光反射面41之上方之光相當於非反射光。

又，較佳為於放射區域中，與光之垂直方向擴散之兩端對應之點LU及LD中之點LD存在於光反射面41。於該情形時，沿光之垂直方向擴散之端行進之光中之朝離開基部10之配置面之方向行進之光成為在光反射構件40之外行進之非反射光，於向朝向基部10之配置面之方向行進之光成為照射至光反射面41後反射之反射光。於光反射面41之端部中之上端部光被放射之部分可理解為反射光與非反射光之邊界。

如圖2所示，第1透鏡形狀51用於控制經由光反射構件40向上方行進之反射光之出射方向者，因此，被設計為，於該邊界經反射之光通過第1透鏡形狀51而向透鏡構件50之外出射。又，被設計為，於光反射面41之靠近下端之位置被反射之主要部分之光亦通過第1透鏡形狀51而向透鏡構件50之外出射。

當照射至圖3之點LD後反射之光照射至半導體雷射元件30或者子安裝基板20而未入射至透鏡構件50時，於光反射面41之靠近下端之位置被反射之光中包含未入射至透鏡構件50之光。光之主要部分是否包含此種光受到半導體雷射元件30之材質或尺寸、雷射光之擴散角、光反射構件40之光反射面41之角度等之影響。

於點LD處之反射光入射至透鏡構件之情形時，只要以於點LD處被反射之光通過第1透鏡形狀之方式設計透鏡構件50即可。另一方面，於未入射之情形時，只要如圖2所示，於光反射面41之靠近下端之位置處被反射之光中之向半導體雷射元件30之上端UE行進之光之行進方向之延長線上設有第1透鏡形狀51即可。此處，於在基部10之配置面與透鏡構件50之光之入射面之間，在自光反射面41向具有透鏡構件50之入射面之平面行進之反射光之進路上存在其他構件之情形時，發光裝置1之上端UE係反射光之進路上之存在其他構件之區域與不存在其他構件之區域之邊界。

第2透鏡形狀52可考慮設計為，自半導體雷射元件30放射之光中之朝向最上方放射之光通過第2透鏡形狀52後向透鏡構件50之外出射。又，於圖2中，只要以將半導體雷射元件30之光之放射點FD與光反射面41之上端部之邊界連結之直線通過第2透鏡形狀52之方式設計透鏡構件50，便可使朝向光反射面41之外之光、即朝向較光反射面41之邊界更靠上方放射之非反射光全部自第2透鏡形狀52出射。

理論上，只要於朝向最上方放射之光之進路與於光反射面41之邊界反射之光之進路之交點CP設置第1透鏡形狀51與第2透鏡形狀52之邊界，便可同時避免反射光通過第2透鏡形狀52與非反射光通過第1透鏡形狀51之情況。然而，若考慮製造發光裝置1時之安裝誤差，則較理想為如圖2所示，於較交點CP遠之位置設定第1透鏡形狀51與第2透鏡形狀52之邊界DP。具體而言，於如下區域設置邊界DP：位於以焦點FD或者FR為基準較點CP遠之位置，且夾於朝向最上方放射之光之進路與於光反射面41之邊界反射之光之進路之間的區域，且理論上反射光與非反射光均不通過之區域。

另一方面，若如此設定DP，則垂直方向之光之擴散角變大，因而發光裝置1之尺寸變大。其原因在於：由於交點CP位於更上方，故而DP亦相應地位於上方，發光裝置1之高度整體上變大。因此，為了抑制發光裝置1之尺寸，亦有於靠近CP之位置設置邊界DP之情況。於此種情形時，於透鏡構件50之透鏡球面，產生出射反射光與非反射光之區域。於該情形時，宜為優先出射反射光，將該區域設為第1透鏡形狀51。由於反射光之光強度較強，故而優先出射反射光會使經控制後出射之光之整體光量較多。因此，不論如何，透鏡構件50均較佳為考慮安裝誤差而以於光反射面41之上端部反射之光通過第1透鏡形狀51之方式加以設計，且較佳為以光之主要部分中之反射光全部通過第1透鏡形狀51之方式加以設計。

再者，於圖2中，由半導體雷射元件30放射之光中之沿與出射端面垂直之方向行進之光之行進方向OA被設計為平行於基部10與光反射構件40之接合面，但無須必須平行。不論以要求平行之發光裝置為對象，還是以未要求平行之發光裝置為對象，均可適用本發明。

圖4A～圖4D係利用透鏡構件50進行之光之控制之例示。圖4A表示將反射光與非反射光準直為相同方向之控制。即，該情形時，第1透鏡形狀51及第2透鏡形狀52分別具有發揮將反射光準直之準直透鏡及將非反射光準直之準直透鏡之功能之形狀。又，第1透鏡形狀51係以將來自焦點FR之光向欲控制之方向準直之形狀加以設計，第2透鏡形狀52係以將來自焦點FD之光向與第1透鏡形狀51欲控制之方向相同之方向準直之形狀加以設計。藉由如此，例如，於由半導體雷射元件30放射之光之一部分成為非反射光之情形時，相較於僅利用反射光，可出射具有更多光量之準直光。

圖4B中，將反射光與非反射光一起準直，但將其等各自準直之方向不同。因此，第1透鏡形狀51及第2透鏡形狀52被設計為分別以焦點FR、FD為基準，分別朝欲控制之方向將光準直。藉由如此，例如可調整反射光與非反射光之比率，將一束自半導體雷射元件30放射之光分光成兩束光，將各束光利用作為準直光。又，例如能以使非反射光朝由反射光形成之準直光之照射區域行進且不發生干涉之方式，控制非反射光之行進方向。

圖4C表示將反射光與非反射光聚光於相同點之控制。該情形時，第1透鏡形狀51與第2透鏡形狀52分別被設計為將反射光與非反射光聚光於相同點。藉由如此，例如，於由半導體雷射元件30放射之光之一部分成為非反射光之情形時，相較於僅利用反射光，可將更多之光聚光。

圖4D表示將反射光與非反射光分別聚光於不同點之控制，第1透鏡形狀51與第2透鏡形狀52係根據欲聚光之點而加以設計。藉由如此，例如，可調整反射光與非反射光之比率，將一束自半導體雷射元件30放射之光分光成兩束光，並使各束光聚光於特定之位置。再者，控制之方法並不限於此。第1透鏡形狀51與第2透鏡形狀52之形狀只要根據欲分別如何控制反射光與非反射光加以設計即可。

以上，根據第1實施形態之發光裝置1，可實現根據自半導體雷射元件30放射之光中之反射光與非反射光之各者的光之出射控制。

＜第2實施形態＞第2實施形態之發光裝置2係自複數個半導體雷射元件放射之光通過透鏡構件後向發光裝置2之外部出射之裝置。又，第2實施形態之發光裝置2具有封裝體及安裝基板，該封裝體具有將經控制之光出射之發光功能。再者，亦可不具有安裝基板。圖5至圖8係說明發光裝置2之圖。圖5表示發光裝置2之立體圖，圖6表示記載有發光裝置2之基部210之框內所配置之各構成要素之俯視圖，圖7表示發光裝置2之俯視圖，圖8表示將圖7之VIII-VIII連結之直線處之該發光裝置之剖視圖。再者，為了便於說明，圖6記載將發光裝置2之與基部210接合之蓋部260卸除後之狀態之圖。圖5至圖8中以虛線記載之S1及S2係用於在圖式間對應表示發光裝置2之方向之輔助線，且並非發光裝置2之構成要素。

如圖5所示，發光裝置2具有作為安裝基板之基板200、作為封裝體之基部210、蓋部260、接著部270及透鏡構件250。又，基部210整體上為凹形，如圖6所示，於基部210之由側部包圍之框內，進而配置有複數個半導體雷射元件、與各半導體雷射元件對應之子安裝基板、及複數個光反射構件。

具體而言，於基部210之框內之平面，配置有第1半導體雷射元件230、第2半導體雷射元件231、第3半導體雷射元件232、供配置第1半導體雷射元件230之第1子安裝基板220、供配置第2半導體雷射元件231之第2子安裝基板221、供配置第3半導體雷射元件232之第3子安裝基板222、與第1半導體雷射元件230對應之第1光反射構件240、與第2半導體雷射元件231對應之第2光反射構件241、及與第3半導體雷射元件232對應之第3光反射構件242。以下，對發光裝置2之構成要素進行說明。

基板200與基部210接合，發揮將配置於基部210之平面上之半導體雷射元件電性連接之作用。圖7所示之複數個金屬膜280係用以實現上述作用者。於基板200之上表面，配置有3組成對之金屬膜280，且各對金屬膜280與各半導體雷射元件對應地配置。各金屬膜280具有由絕緣膜被覆之部分282，金屬膜281及283之區域未被覆蓋。該絕緣膜282抑制了於將基部210焊裝於基板200時，焊料擴散至金屬膜281之區域之情況。基板200例如可藉由陶瓷等絕緣性材料與金屬等導電性材料之組合而形成。

如圖8所示，基部210具有底部與側部，由底部之上表面213與側部之內側面形成凹部。側部之外側面與底部之下表面相交，側部之下表面可理解為底部之下表面之一部分。基部210之側部之上表面211與蓋部260接合，且於底部之下表面與基板200接合。又，如圖6所示，於底部之上表面213直接配置有複數個光反射構件及與各半導體雷射元件對應之子安裝基板。再者，亦可省略子安裝基板而將各半導體雷射元件直接配置於底部之上表面，該點與第1實施形態相同。底部之下表面可以說是與基板200之接合面，底部之上表面可以說是供配置半導體雷射元件、光反射構件或者子安裝基板之配置面，側部之上表面可以說是與蓋部260之接合面。

又，如圖6及圖8所示，基部210於側部之一部分在凹部內具有階差。圖6之例中，於除S1側以外之側部之內側設有階差。於由該階差形成之平面212、即形成於基部210之與底部之上表面213相交之側部之內側面和基部210之與側部之上表面211相交之側部之內側面之間之平面212，設有用於與基板200電性連接之金屬膜。各半導體雷射元件經由導線與該金屬膜電性連接，藉此可自發光裝置2之外部接受電力之供給。

蓋部260與基部210接合，覆蓋基部210之由側部包圍之框。於蓋部260之下表面，於與基部210接合之區域設有金屬膜，基部210與蓋部260經由AuSn等接合並固定。又，藉由基部210與蓋部260接合而形成之封閉空間成為經氣密密封之空間。於該封閉空間內配置有半導體雷射元件等，故而可抑制有機物等集塵於半導體雷射元件之光出射端面。作為蓋部260，例如可使用在玻璃設有金屬膜之蓋部或於藍寶石設有金屬膜者，尤佳為使用在藍寶石設有金屬膜之蓋部。當光擴散時，使該光通過之透鏡部之形狀變大，但藍寶石由於折射率相對較高且可抑制光之擴散，故而可抑制透鏡構件250之透鏡部之大小。又，由於強度較高故不易破損，因此可確保封閉空間之氣密可靠性。

接著部270由將蓋部260與透鏡構件250接著之接著劑形成。接著部270接著於蓋部260之上表面與透鏡構件250之下表面，藉此，蓋部260與透鏡構件250被固定。又，接著部270未形成於蓋部260之上表面之全域或者透鏡構件250之下表面之全域，而以不對自半導體雷射元件發出之光之路徑造成妨礙之方式配置。因此，接著部270較理想為以如下方式加以利用：未形成於與形成有第1透鏡部253、第2透鏡部254及第3透鏡部255之區域對應之透鏡構件250之下表面，而形成於透鏡構件250之外緣之區域。作為形成接著部270之接著劑，較佳為使用紫外線硬化型樹脂。紫外線硬化型樹脂可不經加熱而於相對較短之時間內硬化，故而容易將透鏡構件250固定於所期望之位置。

透鏡構件250具有複數個透鏡部連結而成之透鏡形狀。具體而言，第1透鏡部253、第2透鏡部254及第3透鏡部255連結，各透鏡部使來自不同半導體雷射元件之光通過。又，第1透鏡部253具有第1透鏡形狀251及第2透鏡形狀252。第1透鏡形狀251及第2透鏡形狀252與第1實施形態中所說明之第1透鏡形狀51及第2透鏡形狀52相同。

第2實施形態之發光裝置2具有3個半導體雷射元件，自第1半導體雷射元件230發出之紅色之光L1通過第1透鏡部253，自第2半導體雷射元件231發出之藍色之光L2通過第2透鏡部254，自第3半導體雷射元件232發出之綠色之光L3通過第3透鏡部255。第1透鏡部253之第1透鏡形狀251係以將紅色之反射光準直之透鏡形狀設計，第1透鏡部253之第2透鏡形狀252係以將紅色之非反射光準直之透鏡形狀設計。第2透鏡部254係以將藍色之反射光準直之透鏡形狀設計，第3透鏡部255係以將綠色之反射光準直之透鏡形狀設計。

藍色光之發光峰值波長較佳為處於420 nm～494 nm之範圍內，更佳為處於440 nm～475 nm之範圍內。作為發出藍色之雷射光之半導體雷射元件，可列舉包含氮化物半導體之半導體雷射元件。作為氮化物半導體，例如可使用GaN、InGaN及AlGaN。

綠色光之發光峰值波長較佳為處於495 nm～570 nm之範圍內，更佳為處於510 nm～550 nm之範圍內。作為發出綠色之雷射光之半導體雷射元件，可列舉包含氮化物半導體之半導體雷射元件。作為氮化物半導體，例如可使用GaN、InGaN及AlGaN。

紅色光之發光峰值波長較佳為處於605 nm～750 nm之範圍內，更佳為處於610 nm～700 nm之範圍內。作為發出紅色光之半導體雷射元件，例如可列舉包含InAlGaP系或GaInP系、GaAs系或AlGaAs系之半導體之元件。此處，作為發出紅色光之半導體雷射元件，使用具備兩個以上波導區域之元件。包含該等半導體之半導體雷射元件與包含氮化物半導體之半導體雷射元件相比，容易因熱而導致輸出降低。因此，藉由增加波導區域，可使熱量分散，而減輕半導體雷射元件之輸出降低。

再者，關於發光裝置2，除使用紅色、藍色、綠色該三種顏色之半導體雷射元件以外，亦可改變顏色之組合。如上所述，紅色光對熱之輸出特性與其他顏色相比較差，藍色光之發熱量較綠色光少。於發光裝置2中將3個半導體雷射元件中之放射綠色光之半導體雷射元件231配置於中央之原因在於：半導體雷射元件231之熱特性最好。換言之，即便於使用紅色、藍色、綠色該三種顏色之半導體雷射元件以外之情形時，亦宜為將3個半導體雷射元件中之熱特性最好之元件配置於正中。

光反射構件係針對每個半導體雷射元件而準備。與第1半導體雷射元件230對應之第1光反射構件240、與第2半導體雷射元件231對應之第2光反射構件241、及與第3半導體雷射元件232對應之第3光反射構件242配置於基部210之平面。

於基部210之框內，第1半導體雷射元件230、第2半導體雷射元件231及第3半導體雷射元件232該3個半導體雷射元件之光之出射端面對齊配置。即，3個半導體雷射元件之光之出射端面配置為存在於共通之1個平面上。

又，與3個半導體雷射元件之各者對應之光反射構件係以自對應之半導體雷射元件之出射端面至光反射面為止之距離相等之方式配置。圖6之例中，3個半導體雷射元件之出射端面對齊，3個光反射構件之光反射面亦對齊。又，出射端面與光反射面之半導體雷射元件側之邊平行。

進而，各光反射構件之光反射面相對於基部210之底部之上表面呈相同角度。圖6之例中，任一光反射構件均被設計為其底面與光反射面所成之角度為45度，因此，相對於基部210之底部之上表面之角度亦約為45度。又，沿與出射端面垂直之方向行進之光經由光反射構件之光反射面而反射，與基部210之底部上表面垂直地向上方行進。

3個半導體雷射元件放射橢圓形狀之光，沿與出射端面垂直之方向行進之光之行進方向和供配置光反射構件之基部210之平面平行。此外，光之發光位置以自基部210之配置面起成為相同高度之方式對齊，故而沿與出射端面垂直之方向行進之光照射至光反射面之位置對齊。

再者，若放射之光之橢圓形狀一致，則自3個半導體雷射元件放射之光以相同方式照射至對應之光反射構件，並以相同方式通過對應之透鏡部而出射。另一方面，於第2實施形態之發光裝置2中，自3個半導體雷射元件放射之光之橢圓形狀不同。例如，半導體雷射元件230與半導體雷射元件231或232相比，具有較大之橢圓形狀之放射區域。圖6中，與圖3所示者同樣地，以L1、L2、L3表示自各半導體雷射元件放射之光之放射區域。第2實施形態中，僅自半導體雷射元件230放射之光具有未完全收斂於對應之光反射構件之光反射面內之放射區域。

第2實施形態之發光裝置2中，以半導體雷射元件之出射端面、光反射構件之形狀、光反射面之大小及角度等一致之方式加以設計，但即便並非此種設計亦可適用本發明。例如，亦可為，僅對特定之半導體雷射元件將其與光反射構件之距離拉開，或僅對特定之光反射構件將其光反射面增大，或根據各半導體雷射元件來調整光反射面之角度等。然而，例如，僅對特定之半導體雷射元件將其與光反射構件之距離拉開有可能對應確保之框內之空間大小造成影響，而影響到基部210之側部之大小。又，藉由增大光反射面，光反射構件之高度變大，有可能影響到基部210之側面之高度。即，根據半導體雷射元件、子安裝基板、光反射構件之配置，有可能成為與發光裝置2相比尺寸較大之發光裝置。又，亦考慮到，於僅對特定之半導體雷射元件將其與光反射構件之距離拉開之情形時，朝向配置面行進之光將無法照射至光反射面。其原因在於：若距光反射面之距離變長，則朝向配置面行進之光會相應地朝下方行進。再者，亦可將3個半導體雷射元件全部配置於1個子安裝基板上，亦可利用1個光反射構件形成將自3個半導體雷射元件放射之光反射之光反射面。

於圖7中，虛線L1、L2及L3分別表示自第1半導體雷射元件230、第2半導體雷射元件231及第3半導體雷射元件232放射之光之主要部分通過透鏡構件250後出射時之通過區域。

如虛線L1至L3所示，自1個半導體雷射元件放射之光之主要部分之通過區域收斂於1個透鏡部。又，如虛線L1所示，自第1半導體雷射元件230放射之光之主要部分具有通過第1透鏡形狀251之光、及通過第2透鏡形狀252之光。

各透鏡部係根據自對應之半導體雷射元件放射之光之波長或焦點等特性來設計透鏡形狀。如圖6所示，於第2實施形態之發光裝置2中，自第1半導體雷射元件230放射之光之主要部分之一部分具有未照射至第1光反射構件240之光反射面之非反射光。另一方面，自第2半導體雷射元件231放射之光之主要部分全部經由第2光反射構件241之光反射面反射，自第3半導體雷射元件232放射之光之主要部分全部經由第3光反射構件242之光反射面反射。

因此，第1至第3透鏡部具有對自對應之半導體雷射元件放射且經由對應之光反射構件之光反射面反射之反射光進行控制之第1透鏡形狀。又，第1透鏡部253具有對自對應之半導體雷射元件放射且未照射至光反射面而朝向光反射面之外行進之非反射光進行控制之第2透鏡形狀。關於第2透鏡部254及第3透鏡部255，自對應之半導體雷射元件放射之主要部分之光全部經由對應之光反射面反射，故而不具有第2透鏡形狀。再者，亦可為第2透鏡部254或第3透鏡部255具有第2透鏡形狀。因此，關於自第1至第3半導體雷射元件放射之光中之至少主要部分之光，可藉由透鏡構件250使其等發揮所意圖之控制。

於第2實施形態之發光裝置2中，透鏡構件250具有複數個透鏡部連結而成之透鏡形狀，但較理想為各透鏡部至少具有將來自對應之半導體雷射元件之光所通過之區域覆蓋之大小。於此基礎上，為了使發光裝置2小型化，必須將各半導體雷射元件靠近地配置，故而亦將據此對透鏡構件250之尺寸進行加工。於與放射之橢圓形狀之光之長徑對應之透鏡部之寬度較相鄰之半導體雷射元件之間之距離大之情形時，必須設計為與放射之橢圓形狀之光之短徑對應之透鏡部的寬度小於與長徑對應之寬度。

關於第2實施形態之發光裝置2，與光之長徑對應之第1透鏡部253之透鏡寬度之半值和與光之長徑對應之第2透鏡部254之透鏡寬度之半值之和大於第1半導體雷射元件230與第2半導體雷射元件231之間之距離。因此，各透鏡部並非半球形，而具有如圖7所記載般連結而成之構造，與放射之橢圓形狀之光之短徑對應之透鏡部之寬度小於與長徑對應之透鏡部之寬度。

圖8係將圖7之VIII-VIII連結之直線處之發光裝置2之剖視圖。如圖8所示，自第1半導體雷射元件230放射之光中之經由第1光反射構件240之光反射面反射之光通過蓋部260，並通過因接著部270產生之透鏡構件250與蓋部260之間之間隙而向透鏡構件250入射。繼而，入射至透鏡構件250之光通過第1透鏡部253之第1透鏡形狀251向發光裝置2之外部出射。圖8之例中，出射光自基板200於垂直方向上行進。

又，自第1半導體雷射元件230放射之光中之未經由第1光反射構件240之光反射面而朝向光反射面之上方行進之光通過蓋部260，並通過因接著部270產生之透鏡構件250與蓋部260之間之間隙而向透鏡構件250入射。繼而，入射至透鏡構件250之光通過第1透鏡部253之第2透鏡形狀252向發光裝置2之外部出射。如圖8所示，該出射光亦自基板200於垂直方向上行進。

因此，關於自第1半導體雷射元件230放射之光中之反射光及非反射光之任一者，於通過透鏡構件250自發光裝置2向外部出射時，均可於相同方向上準直。又，關於自第2半導體雷射元件231及第3半導體雷射元件232放射之光，於自發光裝置2向外部出射時，可於與第1半導體雷射元件230之出射光相同之方向上準直。因此，可提供紅色、綠色及藍色該三種顏色之光之出射方向得到控制之發光裝置。

再者，如發光裝置2，於自第1半導體雷射元件230放射之光經由第1光反射構件240之光反射面或者未經由第1光反射構件240之光反射面入射至透鏡構件250為止之期間，即便通過了蓋部260等其他構件，第1透鏡部253亦具有以用於控制反射光之形狀加以設計之第1透鏡形狀、及以用於控制非反射光之形狀加以設計之第2透鏡形狀，該點與第1實施形態之發光裝置1相比並無改變。

第2實施形態之發光裝置2中，複數個半導體雷射元件中之至少1個半導體雷射元件之光之垂直方向之擴散角大於其他半導體雷射元件之垂直方向之擴散角。因此，若將光反射面增大以使自垂直方向之擴散角較大之半導體雷射元件放射之光全部照射至光反射構件之光反射面，則光反射構件之高度變大，發光裝置2之尺寸變大。

第2實施形態之發光裝置2至少確保可將自垂直方向之擴散角最小之半導體雷射元件放射之光全部反射之光反射面，容許自垂直方向之擴散角較大之半導體雷射元件放射之光之一部分未照射至光反射面之狀況。因此，相較使光反射面之大小與垂直方向之擴散角較大之光一致，可減小發光裝置2之尺寸。

第2實施形態之發光裝置2具備具有第1透鏡形狀與第2透鏡形狀之透鏡部、及具有第1透鏡形狀而不具有第2透鏡形狀之透鏡部。又，關於與光之垂直方向擴散對應之透鏡部之長徑之長度，具有第2透鏡形狀之情形時與不具有第2透鏡形狀之情形時相比較小。因此，藉由設置第2透鏡形狀，透鏡部之尺寸將不會變大。

＜實施例1＞其次，對第2實施形態所示之發光裝置2之實施例進行說明。實施例1之發光裝置2具有邊長為10 mm左右，且S1側之邊長與S2側之邊長相比長數mm左右之基板200。又，關於基部210之外側面之長度，S1側之邊約為7.0 mm，S2側之邊約為6.0 mm。又，自基部210之底部之下表面至透鏡構件250之透鏡部之頂點為止之高度約為5.1 mm，若亦將基板200之厚度包含在內，則發光裝置2成為高度6.0 mm左右之裝置。

基部210之自底部之下表面至側部之上表面211為止之高度約為2.0 mm，透鏡構件250之自下表面至透鏡部之頂點為止之高度約為2.5 mm，透鏡部之自底面至頂點為止之高度約為1.90 mm。再者，所謂透鏡部之底面相當於如下平面：視作於平面上配置有具有透鏡形狀之透鏡部時之供配置透鏡部之平面。又，透鏡構件250之自下表面至透鏡部之底面為止之高度約為0.6 mm。

透鏡構件250之S1側之邊長約為6.0 mm，S2側之邊長約為5.5 mm，透鏡部之S1方向之長度約為5.0 mm。相鄰之半導體雷射元件間之間隔約為1.25 mm，與光之垂直方向擴散對應之第1透鏡部253之長度約為4.32 mm，第2透鏡部254之長度約為4.48 mm，第3透鏡部255之長度約為4.46 mm。再者，設為無第2透鏡形狀時之第1透鏡形狀之長度約為4.43 mm。關於各透鏡部之S1方向之長度，第1透鏡部253為1.87 mm，第2透鏡部254為1.25 mm，第3透鏡部255為1.88 mm。

與自發出紅色光之第1半導體雷射元件230放射之光之主要部分對應之第1透鏡部253之通過區域且與橢圓形狀之光之長徑對應之放射區域之長度約為4.0 mm，與自發出綠色光之第2半導體雷射元件231放射之光之主要部分對應之第2透鏡部254之通過區域且與橢圓形狀之光之長徑對應之放射區域之長度約為3.3 mm，與自發出藍色光之第3半導體雷射元件232放射之光之主要部分對應之第3透鏡部255之通過區域且與橢圓形狀之光之長徑對應之放射區域之長度約為3.3 mm。同樣地，與橢圓形狀之光之短徑對應之放射區域之長度分別為約0.80 mm、約0.65 mm、約0.80 mm。

如此，實施例1之發光裝置2中，與各雷射之橢圓形狀之光之長徑對應之放射區域之長度大於相鄰之半導體雷射元件之間之距離。當覆蓋該放射區域之透鏡部之長度大於放射區域之長度，且使與光之短徑對應之透鏡部之長度相同時，必須與此相應地將半導體雷射元件間之距離亦拉開。於是，基部210之側部亦變大，結果將導致封裝體變大。為了使封裝體之尺寸小型化，宜為根據半導體雷射元件間之間隔來調整透鏡部之形狀並予以連結，而非根據透鏡部之透鏡直徑來調整半導體雷射元件間之間隔。

又，關於實施例1之發光裝置2，於具有S1側之邊約為7.0 mm、S2側之邊約為6.0 mm之外側面之基部210之框內配置有3個半導體雷射元件，將紅色、綠色、藍色之光分別準直後向發光裝置之外部出射。於測定與三種顏色之光之各者相關之光強度或中心波長等光特性進行測定時，宜為使用複數個分色鏡，分別將各顏色之光之主要部分進行分光。例如，使自第1透鏡部253出射之紅色之準直光向1個分色鏡之方向行進，使自第2透鏡部254出射之綠色之準直光向另一分色鏡且另一方向行進。藉此，三束光分別向不同之方向行進，故而藉由於各行進目的地設置測定器，可於同時放射三種顏色之光之狀態下對自實施例1之發光裝置2出射之各顏色之光之光特性進行測定，與逐次發出一種顏色之光並進行測定相比，可高效率地進行測定。

以上，基於各實施形態、實施例對本發明之發光裝置進行了說明，但實現本發明技術思想之發光裝置並不限於此。例如，雖然採用了半導體雷射元件作為放射光之元件，但亦可為其他發光元件。第1至第3半導體雷射元件係第1至第3發光元件之一例。

就本發明之發光裝置而言，自發光元件放射之光於向光反射構件之方向行進時，以具有寬度之形式而非以點之形式照射至光反射構件之光反射面。而且，該光之一部分未照射至光反射構件而穿過。於產生此種狀況之情形時，本發明所揭示之具有透鏡構件之發光裝置可對反射光及非反射光之任一者進行控制。

又，具有本發明所揭示之技術特徵之發光裝置並不限於發光裝置1或者發光裝置2之構造。例如，對於具有第1及第2實施形態之任一者中均未揭示之構成要素之發光裝置亦可適用本發明，與所揭示之發光裝置存在差異並不會成為無法適用本發明之依據。又，亦可將第2實施形態中所揭示且第1實施形態中並未揭示之構成必要條件併入至第1實施形態之發光裝置。

上述情況亦即，即便不必充分必要地具備第1實施形態或者第2實施形態所揭示之發光裝置之全部構成要素，亦可適用本發明。例如，於在申請專利範圍中未記載第1實施形態或者第2實施形態所揭示之發光裝置之一部分構成要素之情形時，關於該構成要素，並不限於本實施形態中所揭示之內容，亦認可替代、省略、形狀變形、材料變更等諸如此類之由本領域技術人員進行設計之自由度，並於此基礎上應用申請專利範圍中所記載之發明。 [產業上之可利用性]

各實施形態中所記載之發光裝置可用於投影儀、車載前照燈、照明燈及顯示器之背光燈等。

1‧‧‧發光裝置 2‧‧‧發光裝置 10‧‧‧基部 20‧‧‧子安裝基板(submount) 30‧‧‧半導體雷射元件 40‧‧‧光反射構件 41‧‧‧光反射面 50‧‧‧透鏡構件 51‧‧‧第1透鏡形狀 52‧‧‧第2透鏡形狀 200‧‧‧基板 210‧‧‧基部 211‧‧‧側部之上表面 212‧‧‧平面 213‧‧‧底部之上表面 220‧‧‧第1子安裝基板 221‧‧‧第2子安裝基板 222‧‧‧第3子安裝基板 230‧‧‧第1半導體雷射元件 231‧‧‧第2半導體雷射元件 232‧‧‧第3半導體雷射元件 240‧‧‧第1光反射構件 241‧‧‧第2光反射構件 242‧‧‧第3光反射構件 250‧‧‧透鏡構件 251‧‧‧第1透鏡形狀 252‧‧‧第2透鏡形狀 253‧‧‧第1透鏡部 254‧‧‧第2透鏡部 255‧‧‧第3透鏡部 260‧‧‧蓋部 270‧‧‧接著部 280‧‧‧金屬膜 281、283‧‧‧金屬膜 282‧‧‧絕緣膜 CP‧‧‧點 DP‧‧‧邊界 FD‧‧‧焦點 FR‧‧‧焦點 L‧‧‧光 L1‧‧‧紅色之光 L2‧‧‧藍色之光 L3‧‧‧綠色之光 LD‧‧‧點 LU‧‧‧點 UE‧‧‧半導體雷射元件之上端

圖1係第1實施形態之發光裝置之模式圖。圖2係用以說明該發光裝置之透鏡構件之構造之模式圖。圖3係省略了透鏡構件之該發光裝置之立體圖。圖4A係基於透鏡構件之光之控制方法之一例。圖4B係基於透鏡構件之光之控制方法之另一例。圖4C係基於透鏡構件之光之控制方法之另一例。圖4D係基於透鏡構件之光之控制方法之另一例。圖5係第2實施形態之發光裝置之立體圖。圖6係為了說明該發光裝置之半導體雷射元件等之配置而省略一部分構成所得之俯視圖。圖7係該發光裝置之俯視圖。圖8係圖6之連結VIII-VIII之直線處之該發光裝置之剖視圖。

2‧‧‧發光裝置

200‧‧‧基板

210‧‧‧基部

250‧‧‧透鏡構件

251‧‧‧第1透鏡形狀

252‧‧‧第2透鏡形狀

253‧‧‧第1透鏡部

254‧‧‧第2透鏡部

255‧‧‧第3透鏡部

260‧‧‧蓋部

270‧‧‧接著部

L1‧‧‧紅色之光

L2‧‧‧藍色之光

L3‧‧‧綠色之光

Claims

一種發光裝置，其具備：第1發光元件，其放射光；第1光反射構件，其具有將光反射之光反射面；及透鏡構件，其具有第1透鏡部，該第1透鏡部控制自上述第1發光元件放射之光之行進方向；且上述第1光反射構件與上述透鏡構件分離而配置，上述第1透鏡部具有用於控制光之行進方向之第1透鏡形狀及第2透鏡形狀，上述第1透鏡形狀控制經放射之光中之朝向光反射面行進且被該光反射面反射之反射光之行進方向，上述第2透鏡形狀控制經放射之光中之非反射光之行進方向，該非反射光係以光反射面之端部為邊界朝向光反射面行進之除上述反射光以外之光，且以光反射面之端部為邊界朝向光反射面之外行進之光。
如請求項1之發光裝置，其中上述第1透鏡部具有將上述反射光準直之上述第1透鏡形狀、及將上述非反射光準直之上述第2透鏡形狀。
如請求項1或2之發光裝置，其中於上述第1透鏡部中，至少上述反射光之主要部分不通過上述第2透鏡形狀。
如請求項1或2之發光裝置，其具備基部，且上述第1發光元件及上述第1光反射構件配置於上述基部之平面上。
如請求項4之發光裝置，其中上述透鏡構件具有上述第1透鏡形狀及上述第2透鏡形狀，上述第1透鏡形狀係供經由上述光反射面反射後朝離開上述基部之上述平面之方向行進之上述反射光通過，上述第2透鏡形狀係供未經由上述光反射面而朝離開上述基部之上述平面之方向行進之上述非反射光通過。
如請求項1或2之發光裝置，其具備：第2發光元件，其放射光；及第2光反射構件，其與上述第1光反射構件一體地構成，或者與上述第1光反射構件分開地構成，且具有光反射面；且上述透鏡構件具有上述第1透鏡部及第2透鏡部，該第2透鏡部控制自上述第2發光元件放射之光之行進方向，上述第2透鏡部具有上述第1透鏡形狀。
如請求項6之發光裝置，其中上述透鏡構件由上述第1透鏡部與上述第2透鏡部連結而形成。
如請求項6之發光裝置，其中自上述第2發光元件放射之光中之至少主要部分之光全部照射至上述第2光反射構件之光反射面。
如請求項6之發光裝置，其中自上述第1發光元件放射之光之垂直方向之擴散角大於自上述第2發光元件放射之光之垂直方向之擴散角。
如請求項6之發光裝置，其具備：第3發光元件，其放射光；及第3光反射構件，其與上述第1及第2光反射構件一體地構成，或者與上述第1及第2光反射構件分開地構成，且具有將光反射之光反射面；且上述透鏡構件具有上述第1透鏡部、上述第2透鏡部及控制自上述第3發光元件放射之光之行進方向之第3透鏡部，上述第3透鏡部具有上述第1透鏡形狀。
如請求項10之發光裝置，其中上述第1發光元件放射紅色光，上述第2發光元件放射藍色光，上述第3發光元件放射綠色光。
如請求項11之發光裝置，其中經由上述透鏡構件出射紅色光、綠色光及藍色光之準直光。
如請求項1或2之發光裝置，其中上述第1至第3發光元件係半導體雷射元件。
一種發光裝置，其具備：基部；第1發光元件，其放射光；第1光反射構件，其具有將光反射之光反射面；及透鏡構件，其具有第1透鏡部，該第1透鏡部控制自上述第1發光元件放射之光之行進方向；上述第1發光元件及上述第1光反射構件配置於上述基部之平面上，上述第1透鏡部具有第1透鏡形狀及第2透鏡形狀，上述第1透鏡形狀控制經放射之光中之朝向光反射面行進且被該光反射面反射之反射光之行進方向，上述第2透鏡形狀控制經放射之光中之非反射光之行進方向，該非反射光係以光反射面之端部為邊界朝向光反射面行進之除上述反射光以外之光，且以光反射面之端部為邊界朝向光反射面之外行進之光；且上述第1透鏡形狀係供經由上述光反射面反射後朝離開上述基部之方向行進之上述反射光通過，上述第2透鏡形狀係供未經由上述光反射面而朝離開上述基部之方向行進之上述非反射光通過。
一種發光裝置，其具備：基部；第1發光元件，其放射光；第1光反射構件，其具有將光反射之光反射面；及透鏡構件，其具有第1透鏡部，該第1透鏡部控制自上述第1發光元件放射之光之行進方向；上述第1發光元件及上述第1光反射構件配置於上述基部之平面上，上述第1透鏡部具有第1透鏡形狀及第2透鏡形狀，上述第1透鏡形狀控制經放射之光中之朝向光反射面行進且被該光反射面反射之反射光之行進方向，上述第2透鏡形狀控制經放射之光中之非反射光之行進方向，該非反射光係以光反射面之端部為邊界朝向光反射面行進之除上述反射光以外之光，且以光反射面之端部為邊界朝向光反射面之外行進之光；且自上述第1發光元件放射之出射光包含經由上述光反射構件之光反射面而反射且相對於上述基部於垂直方向往上方行進之光。