CN110247296A - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

一种发光器件，包括：半导体激光元件，其被布置在第一空间；树脂构件，其被布置在第二空间；光传输构件，该光传输构件传输从半导体激光元件发出的光，光传输构件被包括在将第一空间与第二空间分隔开的壁上；以及波长转换构件，该波长转换构件吸收从半导体激光元件发出并穿过光传输构件的光并对光的波长进行转换。第一空间和第二空间相互隔离，使得在第一空间和第二空间之间不交换任何气体。

Description

发光器件
本申请基于2018年3月8日提交的日本专利申请第2018-041506号，其全部内容在此并入作为参考。
技术领域
本发明涉及发光器件。
背景技术
相关技术
众所周知，在发光器件中，在中心具有光通过孔的壁被设置在包围半导体激光元件(激光二极管)的外壳中，并且通过壁将容纳半导体激光元件的空间和容纳波长转换构件的空间分隔开(见，例如JP 5083205B)。
JP 5083205 B中描述的发光器件具有高的光提取效率，因为由波长转换构件进行波长转换后的光的仅一小部分穿过光通过孔返回到容纳半导体激光元件的空间(返回光的量很小)，而大多数被容纳波长转换构件的空间中形成的半球形光反射表面反射。
发明内容
JP 5083205 B的发光器件被构造成使得外壳(或包装)内部的空间相互连通。在这个器件中，如果在包装中布置或使用用于提高光提取效率的含有树脂的反射材料或者用于固定波长转换构件等的含有树脂的粘合剂，那么半导体激光元件的表面可能会受到从树脂材料蒸发的气体(例如，产生自硅树脂的硅氧烷气体)的污染，造成激光震荡问题。因此，在发光器件的外壳内布置含有树脂的构件时，发光器件可能存在上述问题。
本发明的目的是提供一种发光器件，该发光器件光提取效率高并且防止由外壳内的树脂构件产生的气体造成的半导体激光元件的污染。
根据本发明的实施方式，可以提供由以下[1]到[7]限定的发光器件。
[1]一种发光器件，包括：
半导体激光元件，其被布置在第一空间；
树脂构件，其被布置在第二空间；
光传输构件，该光传输构件传输从半导体激光元件发出的光，包括将第一空间与第二空间分隔开的壁内的光传输构件；以及
波长转换构件，该波长转换构件吸收从半导体激光元件发出的并穿过光传输元件的光并且对光的波长进行转换。
其中，壁和光传输构件将第一空间和第二空间是相互隔离，使得它们中间没有交换任何气体。
[2]根据[1]的发光器件，其中光传输构件包括玻璃。
[3]根据[1]或[2]的发光器件，其中壁包括光传输构件和支撑光传输构件的板形支撑构件，以及从半导体激光元件的高度位置到光传输构件的底部表面的高度位置的距离大于从半导体激光元件的高度位置到支撑构件的底表面的高度位置的距离。
[4]根据[3]的发光器件，其中光传输构件和支撑构件之间的接触表面是倾斜的，以致从第一空间向第二空间加宽。
[5]根据[1]到[4]的任一项的发光器件，其中树脂构件包括用于固定波长转换构件的粘合剂。
[6]根据[1]到[5]的任一项的发光器件，其中树脂构件包括在第二空间的内表面上形成的反射材料。
[7]根据[1]到[6]的任一项的发光器件，其中树脂构件包括硅基树脂。(本发明的效果)
根据本发明的实施方式，可以提供一种光提取效率高并且防止由外壳内的树脂构件产生的气体造成的半导体激光元件的污染。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行更详细地描述，其中：
图1A是示出第一实施方式中的发光器件的垂直剖面图；
图1B是示出发光器件中的光传输构件和靠近光传输构件的第一盖的一部分的放大剖面图。
图2是示出用于将光传输构件固定至第一盖的方法的优选示例的垂直剖面图；
图3A到3C是示出光传输构件的形状的示例的垂直剖面图；
图4是示出第一实施方式中的发光器件的修改的垂直剖面图；
图5是示出第一实施方式中的发光器件的另一修改的垂直剖面图；
图6是示出第二实施方式中的发光器件的垂直剖面图；以及
图7是示出第二实施方式中的发光器件的修改的垂直剖面图。
具体实施方式
第一实施方式
发光器件的配置
图1A是示出第一实施方式中的发光器件1的垂直剖面图。发光器件1具有被称为CAN包装的形式，并且被设置有具有电极销11的座10、安装在座10上的半导体激光元件12、包围半导体激光元件12的第一盖13、适配到第一盖13上的开口的光传输构件14、布置在第一盖13外侧的第二盖15，以及适配到第二盖15上的开口的波长转换构件16。
第一空间S1，该空间是在第一盖13内部并且容纳半导体激光元件12的空间，该空间被座10、第一盖13以及光传输构件14包围，并且被气密地密封。
同时，第二空间S2是在第二盖15内部并且在第一盖13外部的空间，并且树脂构件被布置在第二空间S2中。树脂构件是包含树脂的构件，并且是例如反射材料17以及粘合剂19(后面描述)。
如上所述，第一空间S1被气密地密封，并且在空间上与第二空间S2隔离，使得气体没有交换。在这种配置中，由于被布置在第二空间S2的树脂构件产生的气体基本上不进入第一空间S1，因此可以防止半导体激光元件12由于这样的气体的污染。
任何树脂，不论其类型如何，都会产生某种气体。当半导体激光元件12暴露于这种气体时，表面被污染并且这可能导致激光震荡问题。特别是由硅基树脂的蒸发产生的硅氧烷气体严重污染半导体激光元件12。因此，当被布置在第二空间S2的树脂构件包含硅基树脂时，以上描述的防止半导体激光元件12的污染的效果变得更加重要。
图1B是示出发光器件1中的光传输构件14和靠近光传输构件14的第一盖13的一部分的放大剖面图。第一盖13具有在其上壁13a上的开口13b，并且光传输构件14被适配到开口13b。第一盖13的上壁13a和适配在其上的光传输构件14形成将第一空间S1与第二空间S2隔离的壁。
座10由金属材料或者具有高热导性的绝缘材料构成。电极销11包括连接至半导体激光元件12的n极的电极销、连接至p极的电极销以及(如果需要)连接至例如用于测量半导体激光元件12的温度的温度传感器(未示出)的电极销。
半导体激光元件12用作波长转换构件16的激发光源。处于被布置在底座18上的状态的半导体激光元件12被安装在座10上。
半导体激光元件12的波长不受特别限制，并且根据例如波长转换构件16的材料(吸收波长)以及从发光器件1提取的光的颜色进行适当地选择。例如，当半导体激光元件12发出蓝光并且波长转换构件16呈现黄荧光时，可以从发光器件1提取的光是作为黄荧光与没有被波长转换构件16波长转换而提取的蓝光的一部分混合的白光。
第一盖13被开口侧向下放置并且被固定至座10，使得半导体激光元件12被容纳在第一盖13中。第一盖13由利用其能够获得高密封性的材料构成，例如不锈钢或铁。
光传输构件14由传输从半导体激光元件12发出的光的材料构成。光传输构件14位于半导体激光元件12的光轴上。从半导体激光元件12发出的光能够通过光传输构件14从第一空间S1行进至第二空间S2。
光传输构件14由诸如硼酸盐基玻璃、硅酸盐基玻璃或蓝宝石玻璃的玻璃或者诸如聚碳酸酯或亚克力的树脂形成。在这一点上，相比于产生潜在可能污染半导体激光元件12的气体的树脂，玻璃更优选作为光传输构件14的材料。光传输构件14的平面形状通常是正方形，但也可以是圆形或者不同于正方形的多边形。
为了将光传输构件14固定至第一盖13，优选的是避免含有树脂的粘合剂的使用。
图2是示出用于将光传输构件14固定至第一盖13的方法的优选示例的垂直剖面图。在图2示出的方法中，首先，从第一盖13的后侧(从第一空间S1侧)引入加热元件20至与第一盖13的开口13b的周边接触以对第一盖13的开口13b的周边进行加热。加热元件20在这里是由金属形成的构件，并且被加热至不低于光传输构件14的熔点的温度。
于是，在第一盖13的开口13b的周边的温度不小于光传输构件14的熔点的状态下，压力机21从第一盖13的前侧将光传输构件14压入开口13b。这使得与开口13b的侧表面接触的光传输构件14的一部分熔化。熔化部分随着温度降低而凝固，光传输构件14从而被固定在第一盖13的开口13b内部。
在图2所示的方法中，第一盖13的熔点需要高于光传输构件14的熔点，使得第一盖13在加热期间不熔化。
同时，在图2所示的方法中，当将光传输构件14推入第一盖13的开口13b时，如果光传输构件14进入至与加热元件20接触，那么光传输构件14可能熔化并且变形。因此，为了防止光传输构件14与加热元件20接触，从半导体激光元件12的高度位置到光传输构件14的底表面的高度位置的距离优选地大于从半导体激光元件12的高度位置到第一盖13的上壁13a的底表面的高度位置的距离，该第一盖13是支撑光传输构件14的板形支撑构件。
图3A到3C是示出光传输构件14的形状的示例的垂直剖面图。在图3A所示的示例中，光传输构件14和上壁13a之间的接触表面是倾斜的，以致从第一空间S1向第二空间S2加宽。因此，可以仅通过将光传输构件14从第一盖13的前侧推入开口13b，容易地将光传输构件14固定在预期的位置。
在图3B所示的示例中，水平差被设置在开口13的侧表面上，使得开口13b在第一空间S1侧的直径比第二空间S2侧的小。光传输构件14被适配至第二空间S2侧的区域中的开口13b。因此，可以通过将光传输构件14从第一盖13的前侧推入开口13b，容易地将光传输构件14固定在预期的位置。
在图3C所示的示例中，光传输构件14具有朝向第二空间S2凸出超出第一盖13的上壁13a的圆顶形透镜区域14a。从半导体激光元件12发出的光被透镜区域14a聚焦，使得光提取效率提高。
DBR(分布式布拉格反射器)薄膜可以被设置在第一空间S1侧或者第二空间S2侧上的光传输构件14的表面上。DBR薄膜能够传输从半导体激光元件12发出的光并且反射从波长转换构件16发出的荧光。
第二盖15被开口向下放置并且被固定至座10，使得第一盖13的侧表面被覆盖。第二空间S2是被第一盖13的上壁、第二盖15以及波长转换构件16包围的空间。
第二盖15可以由与第一盖13相同的材料形成，但是由于第二盖15内部的空间(第二空间S2)不需要是密封的，不像第一盖13那样，可以通过将显著性放置在来自波长转换构件16的散热上，因此第二盖15可以由诸如铝的具有高散热的材料形成。因此，第二盖15优选地由具有高于第一盖13的热导率的材料形成。
入射在波长转换构件16上并在第二空间S2中向后散射的光大部分被用作将第一空间与第二空间隔离的壁的第一盖13的上壁13a反射，并且不太可能返回到第一空间S1。因此，被半导体激光元件12、底座18或者第一盖13的内表面等吸收的光很少，使得发光器件1能够具有高的光提取效率。
反射材料17优选地被设置在第二空间S2的内表面上以增大第二空间S2的内表面的反射比，并由此进一步提高发光器件1的光提取效率。
反射材料17是由含有反射填充物的树脂形成的薄膜。硅基树脂或者环氧基树脂等可以被用作构成反射材料17的树脂。诸如TiO2、BaSO4、ZnO、BaCO3、或SiO2的高反射材料的粒子可以被用作反射填充物。
反射材料17是包含树脂的树脂构件，并且潜在可能污染半导体激光元件12的气体是由于蒸发从反射材料17产生的。然而，如上所述，由于第一空间S1和第二空间S2在空间上相互隔离，从反射材料17产生的气体不进入第一空间S1。
当第一盖13的上壁13a被反射材料17覆盖时，整个第一盖13可以由用于形成光传输构件14的材料形成。在这种情况下，由于第一盖13也用作光传输构件，因此不需要光传输构件14并且第一盖13不具有开口13b。反射材料17覆盖除光轴上以及光轴附近的区域以外的上壁13a。
波长转换构件16被适配到第二盖15的上壁的开口。波长转换构件16通常位于半导体激光元件12的光轴上。
波长转换构件16是包含荧光体的构件，该荧光体吸收从半导体激光元件12发出的光并发出荧光。例如，波长转换构件16是包含以诸如氧化铝、玻璃或树脂或者烧结荧光体为基础材料的荧光体粒子的构件。
包含在波长转换构件16中的荧光体没有特别限制并且可以是，例如，诸如YAG(钇铝石榴石)荧光体、α-SiAlON荧光体或者BOS(原硅酸钡)荧光体的黄色荧光体、或者可以是诸如β-SiAlON荧光体的绿色荧光体以及诸如(Ca,Sr)2Si5N8:Eu、CaAlSiN3:Eu的红色荧光体。
波长转换构件16的平面形状通常是正方形，但也可以是圆形或者不同于正方形的其它多边形。
通过配置光传输构件14可以进一步减少从第二空间S2到第一空间S1的返回光，使得在第二空间S2侧的表面具有比波长转换构件16的区域更小的区域。
如图1所示，波长转换构件16可以通过包含树脂的粘合剂19被固定至第二盖15。粘合剂19优选地是高导热率的粘合剂，使得波长转换构件16的热量能够被有效地传递至第二盖15。例如，粘合剂19是包含高热导率填充物的硅基粘合剂。
粘合剂19是包含树脂的树脂构件，并且潜在可能污染半导体激光元件12的气体是由于蒸发从粘合剂19中产生的。然而，如上所述，由于第一空间S1和第二空间S2在空间上相互隔离，因此从粘合剂19产生的气体不进入第一空间S1。
修改的发光器件的配置
图4是示出发光器件2的垂直剖面图，该发光器件2是第一实施方式中的发光器件1的修改。
发光器件2被配置成由第二盖25限定的第二空间S2中的内壁(不包括上表面的内壁)具有弯曲表面。因此，由波长转换构件16向后散射的光容易地返回至波长转换构件16，使得发光器件2能够具有高的光提取效率。
此外，如图4所示，反射材料27可以在第二盖25限定的第二空间中的弯曲内壁上形成。在这种情况下，可以增大第二空间S2的内壁的反射比并由此进一步提高发光器件2的光提取效率。
反射材料27是包括树脂的树脂构件，并且由与第一实施方式中的反射材料17相同的材料形成。
图5是示出发光器件3的垂直剖面图，该发光器件3是第一实施方式中的发光器件1的另一个修改。
发光器件3被配置成半导体激光元件12的光轴的方向是关于波长转换构件16的底表面(光入射表面)倾斜的。在这种配置中，由于从半导体激光元件12发出的光不以直角入射在波长转换构件16的光入射表面上，光中的镜面反射成分不太可能通过光传输构件14返回到第一空间S1。这防止半导体激光元件12、底座18或者第一盖13的内表面等对光的吸收，使得发光器件3能够具有高的光提取效率。
第二实施方式
第二实施方式不同于第一实施方式的是，发光器件是表面安装器件(SMD)。与第一实施方式中相同的构件用相同的引用数字表示，其解释将被省略或简化。
发光器件的配置
图6是示出第二实施方式中的发光器件4的垂直剖面图。发光器件4具有被称为SMD的形式，并且被设置有半导体激光元件12、用于反射从半导体激光元件12发出的光的反射器40、包围半导体激光元件12和反射器40的第一外壳43、适配至第一外壳43上的开口的光传输构件14、被布置在第一外壳43上的第二外壳45、以及被适配至第二外壳45上的开口的波长转换构件16。
第一空间S1，该空间为在第一外壳43内部并且容纳半导体激光元件12的空间，第一空间S1被第一外壳43和光传输构件14包围并且被气密地密封。
同时，第二空间S2是第二外壳45内部的空间，并且树脂构件被布置在第二空间S2中。树脂构件是包含树脂的构件并且是例如反射材料17或粘合剂19。
如上所述，第一空间S1被气密地密封，并且在空间上与第二空间S2隔离，使得气体没有交换。在这种配置中，由于从被布置在第二空间S2的树脂构件产生的气体基本上不进入第一空间S1，因此可以防止这样的气体对半导体激光元件12的污染。
第一外壳43在其上壁上具有开口，并且光传输构件14被适配至开口。第一外壳43的上壁以及适配至其的光传输构件14形成将第一空间S1与第二空间S2隔离开的壁。
半导体激光元件12用作波长转换构件16的激发光源。处于被布置到底座48的状态的半导体激光元件12被封装在第一外壳43中。
以与第一实施方式中第一盖13同样的方式，第一外壳43由利用其可以获得高气密性的材料形成，例如不锈钢或铁。
第一外壳43的开口具有与第一实施方式中的第一盖13的开口13b相同的形状和相同的其它特征，并且通过用于将光传输构件14适配至第一盖13的开口13b的方法，光传输构件14能够被适配至第一外壳43的开口。
从半导体激光元件12发出的光被例如镜子的反射器40反射，然后通过光传输构件14从第一空间S1行进至第二空间S2。
第二外壳45被固定在第一外壳43的上壁上。第二空间S2是被第一外壳43的上壁、第二外壳45以及波长转换构件16包围的空间。
第二外壳45可以由与第一实施方式中的第二盖15相同的材料形成。
入射在波长转换构件16并在第二空间S2中向后散射的光大部分被用作将第一空间S1与第二空间S2隔离开的壁的第一外壳43的上壁反射并且不太可能返回到第一空间S1。因此，由半导体激光元件12、底座48或第一外壳43的内表面等吸收的光很少，使得发光器件4能够具有高的光提取效率。
反射材料17优选地被设置在第二空间S2的内表面上以增大第二空间S2的内表面的反射比，并由此进一步提高发光器件4的光提取效率。
反射材料17是含有树脂的树脂构件，并且潜在可能污染半导体激光元件12的气体是由于蒸发从反射材料17产生的。然而，如上所述，由于第一空间S1和第二空间S2在空间上相互隔离，因此从反射材料17产生的气体不进入第一空间。
波长转换构件16被安装至第二外壳45的上壁上的开口处。波长转换构件16可以通过含有树脂的粘合剂19被固定至第二外壳45。
粘合剂19是包含树脂的树脂构件，并且潜在可能污染半导体激光元件12的气体是由于蒸发从粘合剂19产生的。然而，如上所述，由于第一空间S1和第二空间S2在空间上相互隔离，因此从粘合剂19产生的气体不进入第二空间S2。
修改的发光器件的配置
图7是示出发光器件5的垂直剖面图，该发光器件5是第二实施方式中的发光器件4的修改。
发光器件5被配置成横向提取光。波长转换构件16通过粘合剂19被固定至由第二外壳45限定的第二空间S2的上表面。由波长转换构件16波长转换的光以及没有被波长转换构件16吸收的散射的光通过光传输构件41被提取，该光传输构件41通过粘合剂19被固定至第二外壳45的侧部上的开口。
光传输构件41由传输从半导体激光元件12发出的光以及由波长转换构件16波长转换的光的材料形成，以及例如，由诸如硼酸盐基玻璃、硅酸盐基玻璃或者蓝宝石玻璃的玻璃形成，或者由诸如聚碳酸酯或亚克力的树脂形成。
实施方式的效果
根据第一和第二实施方式，可以提供具有高的光提取效率并且能够防止半导体激光元件被外壳内的树脂构件产生的气体污染的发光器件。
尽管已经对本发明的实施方式进行描述，但本发明并不局限于实施方式，并且可以在不背离本发明的主旨的情况下实施各种修改。另外，可以在不背离本发明的主旨的情况下对实施方式中的组成要素进行任意组合。
此外，根据权利要求的发明不限于这些实施例。此外，请注意，实施例中描述的特征的所有组合对于解决本发明的问题不是必需的。

Claims (7)

1.一种发光器件，包括：
半导体激光元件，其被布置在第一空间；
树脂构件，其被布置在第二空间；
光传输构件，其传输从所述半导体激光元件发出的光，所述光传输构件被包括在将所述第一空间与所述第二空间分隔开的壁上；以及
波长转换构件，其吸收从所述半导体激光元件发出并穿过所述光传输构件的光并对所述光的波长进行转换，
其中，所述第一空间和所述第二空间相互隔离，使得在所述第一空间和所述第二空间之间不交换任何气体。
2.根据权利要求1所述的发光器件，其中所述光传输构件包括玻璃。
3.根据权利要求1或2所述的发光器件，其中所述壁包括所述光传输构件以及支撑所述光传输构件的板形支撑构件，并且从所述半导体激光元件的垂直方向的位置到所述光传输构件的底表面的垂直方向的位置的距离大于从所述半导体激光元件的垂直方向的位置到所述支撑构件的底表面的垂直方向的位置的距离。
4.根据权利要求3所述的发光器件，其中所述光传输构件和所述支撑构件之间的接触表面是倾斜的，以致从所述第一空间向第二空间加宽。
5.根据权利要求1到4的任一项所述的发光器件，其中所述树脂构件包括用于固定所述波长转换构件的粘合剂。
6.根据权利要求1到5的任一项所述的发光器件，其中所述树脂构件包括在所述第二空间的内表面上形成的反射材料。
7.根据权利要求1到6的任一项所述的发光器件，其中所述树脂构件包括硅基树脂。
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