JP2011187285A - 発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体レーザダイオードを光源とし、輝度分布の均一性の高い可視光を効率よく得られる発光装置を提供する。
【解決手段】レーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、上面、下面、対向する２つの側面および対向する２つの端面を備え、レーザ光が第１の端面から入射され、下面に凹凸を有し、レーザ光を下面で反射し上面方向に出射する導光体と、導光体の上面側に設けられ、導光体から出射されるレーザ光を吸収し可視光を発する発光体と、導光体の下面および２つの側面に接する導光体よりも低屈折率の物質を有することを特徴とする発光装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体レーザダイオードを光源とする発光装置に関する。

半導体発光素子と蛍光物質を組み合わせた種々の発光装置が提案されている。このような発光装置は、蛍光物質が半導体発光素子からの励起光を吸収し、励起光と異なる波長の光を放出するものである。

特許文献１には、半導体レーザダイオードから出射されるレーザ光を導光体で反射させ、導光体の上面に設けられる蛍光物質を含有する発光体に入射させて、可視光を発する発光装置が記載されている。

特開２００６−７３２０２号公報

もっとも、発光体から発せられる可視光の輝度分布の均一性を効率よく上げるためには、上記技術では必ずしも十分ではない。

本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、その目的とするところは、半導体レーザダイオードを光源とし、輝度分布の均一性の高い可視光を効率よく得られる発光装置を提供することにある。

本発明の一態様の発光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、上面、下面、対向する２つの側面および対向する２つの端面を備え、前記レーザ光が第１の端面から入射され、前記下面に凹凸を有し、前記レーザ光を前記下面で反射し前記上面方向に出射する導光体と、前記導光体の前記上面側に設けられ、前記導光体から出射されるレーザ光を吸収し可視光を発する発光体と、前記導光体の前記下面および前記２つの側面に接する前記導光体よりも低屈折率の物質を有することを特徴とする。

上記態様の発光装置において、前記物質が気体であることが望ましい。

上記態様の発光装置において、前記導光体がガラスであることが望ましい。

上記態様の発光装置において、前記下面の凹凸が、前記レーザ光の中心軸と交差する方向に、線状に設けられることが望ましい。

上記態様の発光装置において、前記下面の凹凸が、前記第１の端面から第２の端面に向けて密になることが望ましい。

上記態様の発光装置において、前記下面が、前記第１の端面から第２の端面に向けて、前記レーザ光の中心軸との距離が近接する向きに傾斜することが望ましい。

上記態様の発光装置において、前記導光体の、前記第２の端面側に拡散部材または反射部材をさらに有することが望ましい。

上記態様の発光装置において、前記半導体レーザダイオードと前記導光体との間に、前記レーザ光の光路を変える光学部材をさらに有することが望ましい。

本発明によれば、半導体レーザダイオードを光源とし、輝度分布の均一性の高い可視光を効率よく得られる発光装置を提供することが可能となる。

第１の実施の形態の発光装置の概略断面図である。 第１の実施の形態の発光装置の概略斜視図である。 半導体レーザダイオードの第１の具体例の断面図である。 半導体レーザダイオードの第２の具体例の断面図である。 半導体レーザダイオードの第３の具体例の断面図である。 半導体レーザダイオードが出射するレーザ光の強度分布の説明図である。 第１の実施の形態の発光装置の作用を説明する図である。 第１の実施の形態の発光装置の作用を説明する図である。 第１の実施の形態の発光体の一例を示す断面図である。 第１の実施の形態の発光体の一例の一部断面図である。 第２の実施の形態の発光装置の概略断面図である。 第２の実施の形態の発光装置の可視光の輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。 第２の実施の形態の発光装置の可視光の輝度分布の実測結果を示す図である。 第３の実施の形態の発光装置の概略断面図である。 第４の実施の形態の発光装置の概略断面図である。 第５の実施の形態の発光装置の概略断面図である。 第６の実施の形態の発光装置の概略断面図である。 第６の実施の形態の発光装置に導光板を組み合わせた面状の発光装置の概略斜視図である。 第７の実施の形態の発光装置の概略断面図である。

以下、図面を用いて実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。なお、便宜上、本明細書中、導光体においてレーザ光が取り出される面を「上面」、その上面に対向する面を「下面」と称するものとする。また、本明細書中、屈折率とは真空の屈折率を１．０とした場合の絶対屈折率を意味するものとする。

（第１の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、レーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、上面、下面、対向する２つの側面および対向する２つの端面を備え、レーザ光が第１の端面から入射され、下面に凹凸を有し、レーザ光を下面で反射し上面方向に出射する導光体と、導光体の上面側に設けられ、導光体から出射されるレーザ光を吸収し可視光を発する発光体と、導光体の下面および２つの側面に接する導光体よりも低屈折率の物質を有する。この発光装置は、例えば液晶ディスプレイのバックライトに用いられる。

本実施の形態の発光装置は、導光体に入射するレーザ光の強度分布に応じた凹凸を導光体の下面に設けることで、発光体へ入射されるレーザ光の強度分布の均一性を高める。これにより、輝度分布の均一性の高い可視光を発する発光装置が実現される。また、導光体の下面および側面と接する物質を導光体よりも低屈折率の物質とすることで、レーザ光の導光体内での反射を全反射とすることが可能となる。したがって、反射の際のエネルギー損失が低減され、発光効率の高い発光装置を実現することが可能となる。

図１は、本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図１（ａ）がレーザ光の中心軸に平行な断面図、図１（ｂ）がレーザ光の中心軸に垂直な断面図である。図２は、本実施の形態の発光装置の概略斜視図である。

発光装置１００は、レーザ光（図中実線矢印）を出射する半導体レーザダイオード１０を備えている。そして、この半導体レーザダイオード１０から出射されるレーザ光が入射される導光体１２を備えている。

導光体１２は、例えば石英ガラス等の透光性のガラスで形成され、上面１２ａ、下面１２ｂ、対向する第１の側面１２ｃ、第２の側面１２ｄ、および、対向する第１の端面１２ｅ、第２の端面１２ｆを備える。導光体１２の下面１２ｂには凹凸が設けられている。本実施の形態では、凹凸は、レーザ光の中心軸Ｌａ（図中一点鎖線矢印）と交差する方向に線状に設けられ、断面が楔型（三角形）の溝となっている。レーザ光は導光体１２の第１の端面１２ｅから入射され、下面１２ｂで反射される。そして、上面１２ａ方向に出射される。

導光体１２の上面１２ａ側には、導光体１２から出射されるレーザ光を吸収し可視光（図中白抜き矢印）を発する発光体１４を備えている。そして、例えばガラスである導光体１２の下面１２ｂ、第１の側面１２ｃ、第２の側面１２ｄに接する導光体１２よりも低屈折率の物質１６、例えば空気を有する。

半導体レーザダイオード１０、発光体１４は例えばアルミニウム製の筐体２０に固定される。また、導光体１２は、筐体２０の内面との間が中空、すなわち空気が介在するよう支持部２２によって支持される。本実施の形態では、導光体１２はレーザ中心軸Ｌａ方向に細長く伸びる形状、棒状を呈する。発光体１４も導光体１２に対応する形でレーザ中心軸Ｌａ方向に細長く伸びる形状となっている。したがって、発光装置１００の可視光の発光形状は線形状になる

半導体レーザダイオード１０としては、４３０ｎｍ以下の波長領域の青から紫外の発光ピーク波長を有するものを用いるのが望ましい。例えば、ＡｌＧａＩｎＮ系レーザダイオードを用いることが可能である。

図３は、半導体レーザダイオードの第１の具体例の断面図である。この半導体レーザダイオードは、発光層としてＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体であるＧａＩｎＮを用いる端面発光型のＡｌＧａＩｎＮ系レーザダイオードである。

この半導体レーザダイオードは、ｎ型ＧａＮ基板３０上に、ｎ型ＧａＮバッファ層３１、ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層３２、ｎ型ＧａＮ光ガイド層３３、ＧａＩｎＮ発光層３４、ｐ型ＧａＮ光ガイド層３５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６、ｐ型ＧａＮコンタクト層３７をそれぞれ順次積層した構造を有する。ｐ型ＧａＮコンタクト層３７のリッジ側面及びｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３６の表面には、絶縁膜３８が設けられている。また、ｐ側電極３９が、ｐ型ＧａＮコンタクト層３７及び絶縁膜３８の表面に、ｎ側電極４０が、ｎ型ＧａＮ基板３０の裏面に、それぞれ設けられている。ｐ側電極３９とｎ側電極４０との間に動作電圧を印加することで、ＧａＩｎＮ発光層３４からレーザ光が出射される。

図４は、半導体レーザダイオードの第２の具体例の断面図である。この半導体レーザダイオードは、発光層としてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＭｇＺｎＯを用いる端面発光型のＭｇＺｎＯレーザダイオードである。

この半導体レーザダイオードは、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板１３０上に、金属反射層１３１、ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層１３２、ｉ型ＭｇＺｎＯ発光層１３３、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層１３４、ｎ型ＭｇＺｎＯコンタクト層１３５をそれぞれ順次積層した構造を有する。ｎ型コンタクト層１３５には、ｎ側電極１３６が設けられる。また、基板１３０にはｐ側電極１３７が設けられる。

図５は、半導体レーザダイオードの第３の具体例の断面図である。この半導体レーザダイオードも、発光層としてＩＩ−ＶＩ族化合物半導体であるＭｇＺｎＯを用いる端面発光型のＭｇＺｎＯレーザダイオードである。

この半導体レーザダイオードは、Ｓｉ基板１４０上に、ＺｎＯバッファ層１４１、ｐ型ＭｇＺｎＯクラッド層１４２、ＭｇＺｎＯ発光層１４３、ｎ型ＭｇＺｎＯクラッド層１４４をそれぞれ順次積層した構造を有する。ｎ型クラッド層１４４には酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）電極層１４５を介してｎ側電極１４６が設けられる。また、ｐ型クラッド層１４２にはＩＴＯ電極層１４７を介してｐ側電極１４８が設けられる。

図６は、半導体レーザダイオードが出射するレーザ光の強度分布の説明図である。半導体レーザダイオード１０の端面から出射されるレーザ光は、図６に示すように、そのレーザ光の最大強度の方向である中心軸Ｌａを中心に、例えば６０度の広がり角θを上下方向に有する。また、レーザ光の強度分布は、図６に示すように中心軸の強度を平均値とするガウス分布を示す。

図７は、本実施の形態の発光装置の作用を説明する図である。仮に、レーザ光の強度分布がガウス分布ではなく一定分布とすると、導光体１２の下面に照射されるレーザ光の単位面積当たりのエネルギーは、同一の角度範囲にある２つのレーザ光の照射領域が図中のようにＬ_１＜Ｌ_２となることから、半導体レーザダイオード１０側が高い。すなわち、第１の端面１２ｅ側のエネルギーが最も高く、第２の端面１２ｆ側に向かって低くなっていく。

したがって、発光体１４に向けて照射されるレーザ光の強度分布の均一性を上げるためには、第２の端面１２ｆ側でのレーザ光の上面１２ａ側への反射を、第１の端面１２ｅ側での反射に比べて大きくすることが望ましい。

本実施の形態においては、図１（ａ）に示すように、導光体１２の下面１２ｂに凹凸を設けレーザ光を反射させる。そして、この凹凸が第１の端面１２ｅから第２の端面１２ｆに向けて密になることによって、第２の端面１２ｆ側でのレーザ光の反射を、第１の端面１２ｅ側での反射に比べて大きくしている。

なお、実際には、レーザ光の強度分布はガウス分布となっているため、一定分布の場合よりも、第１の端面１２ｅ側でのエネルギーは低くなることが予想される。凹凸の導光体１２内での最適な密度は、レーザ光の分布、半導体レーザダイオード１０と導光体１２との距離、導光体１２のサイズ等によって変わる。よって、各種のパラメータを考慮して最適な密度を設定すれば良い。

図８は、本実施の形態の発光装置の作用を説明する図である。図中の折れ線は、導光体１２の下面１２ｂの一部を示す。発光装置１００では、例えばガラスである導光体１２の下面１２ｂ、第１の側面１２ｃ、第２の側面１２ｄに接する導光体１２よりも低屈折率の物質１６、例えば空気を有する。導光体１２の屈折率をｎ_ｂ、低屈折率の物質１６の屈折率をｎ_ａとする。例えば石英ガラスの屈折率は１．５程度、空気は１．０程度である。

レーザ光（図中実線矢印）の入射角θが臨界角以上、すなわちｓｉｎθ≧ｎ_ａ／ｎ_ｂを充足する時、レーザ光は全反射する。例えば導光体１２ｂの下面にミラーや拡散板を設けて、レーザ光を反射させる場合、ミラーや拡散板がレーザ光の一部を吸収することによるエネルギー損失が生ずる。レーザ光を全反射させることで、反射によるレーザ光のエネルギー損失はゼロになる。

本実施の形態では、レーザ光の入射角θが、全反射の条件を可能な限り満たすように導光体１２の下面１２ｂの凹凸が設計される。したがって、ミラーや拡散板による反射に起因するレーザ光のエネルギー損失が抑制される。

また、第１の側面１２ｃおよび第２の側面１２ｄでのレーザ光の反射も可能な限り全反射となるよう設計する。特に、本実施の形態のような線形状の発光装置の場合、導光体１２が細長い棒状となるため、必然的に第１の側面１２ｃおよび第２の側面１２ｄへのレーザ光の入射角が浅くなる。したがって、全反射条件を充足しやすくなる。

このように、本実施の形態の発光装置では、全反射を利用してレーザ光の光路を変化させて発光強度の均一性の向上を実現する。したがって、エネルギー損失の少ない高効率な発光装置を実現できる。

全反射をおこす臨界角が小さいほど、設計の自由度があがるため、低屈折率の物質１６の屈折率ｎ_ａと導光体１２の屈折率ｎ_ｂとの比、ｎ_ａ／ｎ_ｂはできる限り小さいことが好ましい。

なお、導光体１２の材料としては、高エネルギーのレーザ光を入射しても変質しにくく、導光体１２自体の光の吸収も少ない石英ガラス等の透光性ガラスを使用することが望ましい。しかし、例えば、透明樹脂を用いることも可能である。

また、ここでは、発光装置１００を線形状の可視光を発する装置とするために、細長い棒状の導光体１２を用いる場合を例に説明したが、導光体１２は発光装置１００を面形状の可視光を発する装置とする場合には、板状の形状であっても構わない。

また、凹凸の形状は、レーザ光の反射効率を考慮すると、レーザ光の中心軸Ｌａ（図中一点鎖線矢印）と交差する方向に線状に設けられことが好ましいが、線状の溝等ではなく、例えば、ピット状等の別の形状の凹凸を適用することも可能である。また、凹凸の断面形状についても、楔型（三角形）ではなくとも、台形、矩形または半球形等、均一な輝度分布と全反射条件を満たす上で最適な形状を選択すればよい。また、線状についても直線状であっても曲線状であっても構わない。

低屈折率の物質１６は、本実施の形態のように、屈折率の極めて低い点から、空気等の気体であることが望ましい。

図９は、本実施の形態の発光体の一例を示す断面図である。発光体１４は、例えば透明なガラス基板等の透明基板５４に異なる波長の可視光を発する第１の蛍光体粒子５６ａと第２の蛍光体粒子５６ｂが結着剤５８により層状に結着されて形成されている。

図１０は、本実施の形態の発光体の一例の一部断面図である。図９のように、ガラス基板上に蛍光体粒子を結着するのではなく、図１０のように、例えば、シリコーン樹脂等の透明基材５０中に蛍光体粒子５２が分散される構造であってもよい。

発光体１４の内部に入射する励起光となるレーザ光は、蛍光体粒子に吸収され、励起光とは異なる波長の可視光に変換される。

蛍光体粒子としては、白色光を出すために、例えば、青色発光体である（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕと、黄色発光体である（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_２Ｓｉ_２Ｏ_４：Ｅｕを用いる。

そして、例えば、上記、図９の２種の蛍光体粒子のうち、導光体１２に近い側、すなわち、図９のガラス基板５４側に波長の長い光を発する黄色発光体、その上に波長の短い光を発する青色発光体を結着剤で結着する。このような積層構造とすることにより、黄色発光体による青色発光体の発光の再吸収を低減させ発光効率を向上させることが可能となる。

または、上記、２種の蛍光体粒子を、図１０のように、それぞれ、シリコーン樹脂中に分散させて黄色と青色の２種類の発光体を形成する。そして、この２種類の発光体を積層させて発光体１４を形成してもよい。この際も、導光体１２に近い側に黄色発光体を設けることが好ましい。

また、発光体１４を積層構造とする場合、上記のようにより長波長の発光体を導光体１２に近い側に配置することに代えて、レーザ光の吸収率の高い発光体を導光体１２に近い側に配置することも、導光体１２側に戻るレーザ光の割合を減少させて発光効率を向上させるため好適である。

ここでは、２種類の蛍光体粒子を用いて、発光体１４を形成する場合を例にして説明したが、蛍光体粒子は目的に応じて、種類や種類数を適宜変更することが可能である。例えば、青色蛍光体粒子、黄色蛍光体粒子、緑色蛍光体粒子の３種類を用いて白色光を発する発光体であっても構わない。

蛍光体粒子としては、粒径５〜２５μｍのものが望ましく、特に、発光強度並びに発光効率の高い、粒径約２０ｎｍ以上の大粒径粒子を含むものを使用することが望ましい。蛍光体粒子の粒径が５μｍ未満の場合には、発光体の吸収率が低く、また発光体が劣化しやすいため使用に適さない。２５μｍを超える場合には、発光体１４の成形が難しくなり、色むらなどが生じやすい。

また、ここでは、発光体１４と導光体１２との間に気体が介在する構成を例に説明した。レーザ光の経路等のシミュレーションを容易にし、装置の設計効率を上げる観点からはこの構成が望ましいが、発光体１４と導光体１２を密着させて、発光装置をより小型化する構成であっても構わない。

なお、導光体１２の下面１２ｂ、側面１２ｃ、側面１２ｄおよび第２の端面１２ｆに対向する筐体２０の内面全体若しくはその一部を拡散反射面または鏡面反射面としてもよい。この場合、導光体１２の表面で全反射せずに透過した光を筐体２０の内面で反射して再利用できるため全体の発光効率が向上する。さらに、本形態では、導光体１２の第２の端面１２ｆと、第２の端面１２ｆに対向する筐体２０の内面との間に隙間を設けてあるが、この隙間をなくして筐体２０の内面に密着させるように組み付けてもよい。この場合、筐体２０の内面に形成した反射面で第２の端面１２ｆに達した光を反射して有効な光として利用することができる。

以上のように、本実施の形態によれば、半導体レーザダイオードを光源とし、輝度分布の均一性の高い可視光を効率よく得られる発光装置が実現される。

（第２の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、導光体の下面が、第１の端面から第２の端面に向けて、レーザ光の中心軸との距離が近接する向きに傾斜する点以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１１は、本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図に示すように、発光装置２００は、導光体１２の下面１２ｂが、第１の端面１２ｅから第２の端面１２ｆに向けて、レーザ光の中心軸Ｌａとの距離が近接する向きに傾斜する。すなわち、半導体レーザダイオード１０側から導光体１２の厚さが薄くなるように底面１２ｂがスロープ形状を有している。

本実施の形態によれば、第２の端面１２ｆから導光体１２の外に抜けるレーザ光が減少する。したがって、第１の実施の形態より、さらにエネルギー損失が少なく、高効率な発光装置が実現される。

図１２は、本実施の形態の発光装置の可視光の輝度分布のシミュレーション結果を示す図である。光源として波長４００ｎｍのレーザダイオードを設定し、導光体１２として、幅２ｍｍ長さ５０ｍｍの石英ガラスを用いた。また、導光体１２の第１の端面１２ｅの高さを１．６ｍｍ、第２の端面１２ｆの高さを０．５ｍｍとしてスロープ形状をもたせた。図１２の横軸は、導光体１２の第１の端面ｅを基準とした測定点の位置［ｍｍ］、縦軸は最大輝度を基準として算出した相対輝度［−］である。比較のために導光体１２にスロープのない第１の実施の形態およびスロープも凹凸もない比較例のシミュレーション結果も示す。図に示したように、第１の実施の形態によって均一性の高い可視光の輝度分布が得られ、本実施形態の発光装置２００によれば、極めて均一性の高い可視光の輝度分布が得られる。

図１３は、本実施の形態の発光装置の可視光の輝度分布の実測結果を示す図である。半導体レーザダイオード１０としては、波長４００ｎｍのレーザ光を発する、発光層としてＧａＩｎＮを用いる端面発光型のＡｌＧａＩｎＮ系レーザダイオードを用いている。また、導光体１２としては幅２ｍｍ長さ６０ｍｍの石英ガラスを用いている。縦軸は、可視光の輝度をリニアスケールで示す。図のように、本実施の形態の発光装置２００によれば、極めて均一性の高い可視光の輝度分布が得られる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、導光体の、第２の端面側に拡散部材をさらに有すること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１４は、本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図に示すように、発光装置３００は、導光体１２の第２の端面１２ｆ側に拡散部材２４を有している。拡散部材２４は、例えば、酸化亜鉛の白色拡散反射材である。

本実施の形態によれば、拡散部材２４を設けることで、第２の端面１２ｆに達したレーザ光が、導光体１２側に戻され、発光体１４の発光に寄与するようになる。したがって、第１の実施の形態より、さらにエネルギー損失が少なく、高効率な発光装置が実現される。

なお、本実施の形態においては、拡散部材２４によって導光体１２側に戻されるレーザ光も考慮して下面１２ｂの凹凸の形状を設計することが望ましい。

（第４の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、導光体の、第２の端面側に反射部材をさらに有すること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１５は、本実施の形態の本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図に示すように、発光装置４００は、導光体１２の第２の端面１２ｆ側に反射部材２６を有している。反射部材２６は、例えば、誘電体多層膜によりレーザ光の波長を反射するよう構成したミラーである。

本実施の形態によれば、反射部材２６を設けることで、第２の端面１２ｆに達したレーザ光が、導光体１２側に戻され、発光体１４の発光に寄与するようになる。したがって、第１の実施の形態より、さらにエネルギー損失が少なく、高効率な発光装置が実現される。

なお、本実施の形態においても、第３の実施の形態同様、反射部材２６によって導光体１２側に戻されるレーザ光も考慮して下面１２ｂの凹凸の形状を設計することが望ましい。

（第５の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、低屈折率の物質が空気ではなく、低屈折率樹脂であること以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１６は、本実施の形態の本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図に示すように、発光装置５００は、導光体１２の下面１２ｂおよび２つの側面１２ｃ、１２ｄに接する導光体１２よりも低屈折率の物質１６が、例えばフッ素系樹脂等の低屈折率樹脂で構成されている。

本実施の形態によれば、低屈折率の物質１６を空気のような気体ではなく、固体にすることで、導光体１２を強固に筐体２０に固定することが可能である。したがって、第１の実施の形態より、機械的強度に優れ、かつ製造容易な発光装置が実現される。

（第６の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、半導体レーザダイオードと導光体との間に、レーザ光の光路を変える光学部材として光ファイバーをさらに有する以外は、第１の実施の形態と同様である。したがって、第１の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１７は、本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図に示すように、発光装置６００には、半導体レーザダイオード１０と導光体１２との間に、レーザ光を伝播する光ファイバー９０が設けられている。

本実施の形態によれば、最も発熱量の大きい半導体レーザダイオード１０を発光部と分離して、自由に配置することが可能となる。したがって、発光部の配置等、設計の自由度の高い発光装置が実現される。例えば、半導体レーザダイオード１０をヒートシンク上に配置するなどして、第１の実施の形態より、放熱性に優れた発光装置を実現することができる。

図１８は、本実施の形態の発光装置と導光板を組み合わせた面状の発光装置の概略斜視図である。この面状の発光装置は、導光板９２の下側端面に、発光装置６００が３個直列に配置されている。導光板９２の下側端面から入射される可視光が導光板９２内で拡散され導光板９２の側面上で発光する。そして、図のように、３個の半導体レーザダイオード１０を一か所にまとめて一つのヒートシンクに配置することで、放熱性に優れた面状の発光装置が実現される。

なお、図１８では、発光装置６００を用い、熱的に有利な面状の発光装置を実現する形態を例に示したが、発光装置６００に代えて発光装置１００〜５００を用いることで、その他の設計自由度の高い面状の発光装置を実現することも可能である。

（第７の実施の形態）
本実施の形態の発光装置は、半導体レーザダイオードと導光体との間に、レーザ光の光路を変える光学部材として光学レンズと、導光体の第２の端面側に反射部材とをさらに有する以外は、第２の実施の形態と同様である。したがって、第２の実施の形態と重複する内容については記載を省略する。

図１９は、本実施の形態の発光装置の概略断面図である。図に示すように、発光装置７００は、半導体レーザダイオード１０と導光体１２との間に、レーザ光を集束し、例えば平行光とする光学レンズ９４が設けられている。また、導光体１２の第２の端面１２ｆ側に反射部材２６を有している。反射部材２６は、例えば、誘電体多層膜によりレーザ光の波長を反射するよう構成したミラーである。

本実施の形態によれば、光学レンズ９４でレーザ光を集束させることで、導光体１２内を、より長い距離にわたってレーザ光のエネルギーを保ったまま伝播させることが可能となる。したがって、第２の実施の形態より、細長い導光体１２を適用し、より細長い可視光の発光形状が得られる発光装置を実現することが可能である。そして、光学レンズ９４でレーザ光を集束させることから第２の端面１２ｆ側に到達するレーザ光も増すため、反射部材２６を設けることがエネルギー損失を低減する観点から有効である。

なお、ここでは光学レンズ９４によってレーザ光を集束させる場合を例に説明したが、例えば、導光体１２を板状にして、面状の発光装置を形成する場合に、光学レンズを用いてレーザ光を広げる構成とすることも可能である。

以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。上記、実施の形態はあくまで、例として挙げられているだけであり、本発明を限定するものではない。また、実施の形態の説明においては、発光装置等で、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略したが、必要とされる発光装置に関わる要素を適宜選択して用いることができる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を構成することが可能である。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施の形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

例えば、実施の形態では白色光を放出する発光体を用いた発光装置について示した。しかし、白色光を放出する発光体を用いた発光装置に限定されず、他の色の可視光を放出する発光体を用いた発光装置にも適用可能である。例えば、赤、橙、黄、黄緑、緑、青緑、青、紫等の可視光を放射する発光体を用途に応じて用いることができる。

また、実施の形態では、発光体の形状は、矩形のものを用いたが、これに限らず、種々の形状のものを用いることが出来る。

また、発光装置の用途として、テレビジョン若しくはパーソナルコンピュータの液晶表示装置のバックライトに限らず、一般照明器具、業務用照明器具、又は自動車、自動二輪車若しくは自転車のライト等を挙げることが出来る。

また、例えば、実施の形態においては、発光層をＧａＩｎＮとするＡｌＧａＩｎＮ系レーザダイオードを用いる場合を例に説明した。発光層（活性層）として、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体である窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体である酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）等を用いた半導体レーザダイオードを用いることが出来る。例えば、発光層として用いるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎからなる群から選ばれた少なくとも１種を含む窒化物半導体である。この窒化物半導体は、具体的には、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦（ｘ＋ｙ）≦１）と表わされるものである。このような窒化物半導体には、ＡｌＮ、ＧａＮ、及びＩｎＮの２元系、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ（０＜ｘ＜１）、Ａｌ_ｘＩｎ_{（１−ｘ）}Ｎ（０＜ｘ＜１）、及びＧａ_ｙＩｎ_{（１−ｙ）}Ｎ（０＜ｙ＜１）の３元系、更にすべてを含む４元系のいずれもが含まれる。Ａｌ、Ｇａ、及びＩｎの組成ｘ、ｙ、（１−ｘ−ｙ）に基づいて、紫外から青までの範囲の発光ピーク波長が決定される。また、ＩＩＩ族元素の一部をホウ素（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）等に置換することができる。更に、Ｖ族元素のＮの一部をリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等に置換することができる。

同様に、発光層として用いるＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、Ｍｇ及びＺｎの少なくとも１種を含む酸化物半導体することができる。具体的には、Ｍｇ_ｚＺｎ_{（１−ｚ）}Ｏ（０≦ｚ≦１）と表されるものがあり、Ｍｇ及びＺｎの組成ｚ、（１−ｚ）に基いて、紫外領域の発光ピーク波長が決定される。

また、発光体の透明基材としては、シリコーン樹脂を例に説明したが、励起光の透過性が高く、かつ耐熱性の高い任意の材料を用いることができる。そのような材料として、例えば、シリコーン樹脂の他に、エポキシ樹脂、ユリア樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂等が使用可能である。特に、入手し易く、取り扱いやすく、しかも安価であることから、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂が好適に使用される。また、樹脂以外でも、ガラス、焼結体、イットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）とアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を組み合わせたセラミックス構造体等を用いることもできる。

また、蛍光体粒子としては、紫外から青色までの波長領域の光を吸収して可視光を放射する材料で形成されるものが用いられる。例えば、珪酸塩系蛍光体材料、アルミン酸塩蛍光体材料、窒化物系蛍光体材料、硫化物系蛍光体材料、酸硫化物系蛍光体材料、ＹＡＧ系蛍光体材料、硼酸塩系蛍光体材料、燐酸塩硼酸塩系蛍光体材料、燐酸塩系蛍光体、及びハロリン酸塩系蛍光体材料等の蛍光体材料を使用することができる。各蛍光体材料の組成を下記に示す。

（１）珪酸塩系蛍光体材料：（Ｓｒ_{（１−ｘ−ｙ−ｚ）}Ｂａ_ｘＣａ_ｙＥｕ_ｚ）_２Ｓｉ_ｗＯ_{（２＋２ｗ）}（０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０．０５≦ｚ≦０．２、０．９０≦ｗ≦１．１０） 上記式により表される珪酸塩系蛍光体材料の中では、ｘ＝０．１９、ｙ＝０、ｚ＝０．０５、ｗ＝１．０の組成が望ましい。なお、結晶構造を安定化したり、発光強度を高めるたりするために、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、及びカルシウム（Ｃａ）の一部をＭｇ及びＺｎの少なくともいずれか一方に置き換えてもよい。他の組成比の珪酸塩系蛍光体材料としては、ＭＳｉＯ_３、ＭＳｉＯ_４、Ｍ_２ＳｉＯ_３、Ｍ_２ＳｉＯ_５、及びＭ_４Ｓｉ_２Ｏ_８（ＭはＳｒ、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、及びＹからなる群から選択される少なくとも１つの元素）が使用可能である。なお、発光色を制御するために、Ｓｉの一部をゲルマニウム（Ｇｅ）に置き換えてもよい（例えば、（Ｓｒ_{（１−ｘ−ｙ−ｚ）}Ｂａ_ｘＣａ_ｙＥｕ_ｚ）_２（Ｓｉ_{（１−ｕ）}Ｇｅ_ｕ）_２Ｏ_４）。また、Ｔｉ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ａｓ、Ａｌ、Ｐｒ、Ｔｂ、及びＣｅからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素を賦活剤として含有してもよい。

（２）アルミン酸塩系蛍光体材料：Ｍ_２Ａｌ_１０Ｏ_１７（但し、Ｍは、Ｂａ、Ｓｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、及びＣａからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素） 賦活剤として、Ｅｕ及びＭｎの少なくとも１つを含む。他の組成比のアルミン酸塩系蛍光体材料としては、ＭＡｌ_２Ｏ_４、ＭＡｌ_４Ｏ_１７、ＭＡｌ_８Ｏ_１３、ＭＡｌ_１２Ｏ_１９、Ｍ_２Ａｌ_１９Ｏ_１７、Ｍ_２Ａｌ_１１Ｏ_１９、Ｍ_３Ａｌ_５Ｏ_１２、Ｍ_３Ａｌ_１６Ｏ_２７、及びＭ_４Ａｌ_５Ｏ_１２（ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂｅ及びＺｎからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素）が使用可能である。また、Ｍｎ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｎｄ、及びＣｅからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素を賦活剤として含有していてもよい。

（３）窒化物系蛍光体材料（主にシリコンナイトライド系蛍光体材料）：Ｌ_ｘＳｉ_ｙＮ_{（２ｘ／３＋４ｙ／３）}：Ｅｕ、又はＬ_ｘＳｉ_ｙＯ_ｚＮ_{（２ｘ／３＋４ｙ／３−２ｚ／３）}：Ｅｕ（ＬはＳｒ、Ｃａ、Ｓｒ及びＣａからなる群からなる群から選択される少なくとも１つの元素） 上記組成において、ｘ＝２かつｙ＝５、又はｘ＝１かつｙ＝７であることが望ましいが、ｘ及びｙは、任意の値とすることができる。上記式により表される窒化物系蛍光体材料として、Ｍｎが賦活剤として添加された（Ｓｒ_ｘＣａ_{（１−ｘ）}）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、Ｓｒ_ｘＣａ_{（１−ｘ）}Ｓｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、ＳｒＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ、ＣａＳｉ_７Ｎ_１０：Ｅｕ等の蛍光体材料を使用することが望ましい。これらの蛍光体材料には、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｚｎ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｃｒ、及びＮｉからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素が含有されてもよい。また、Ｃｅ，Ｐｒ、Ｔｂ、Ｎｄ、及びＬａからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素を、賦活剤として含有してもよい。

（４）硫化物系蛍光体材料：(Ｚｎ_{（１−ｘ）}Ｃｄ_ｘ)Ｓ：Ｍ（Ｍは、Ｃｕ、Ｃｌ、Ａｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、及びＺｎからなる群から選択される少なくとも１つの元素、ｘは０≦ｘ≦１を満足する数値） なお、Ｓを、Ｓｅ及びＴｅの少なくともいずれかに置き換えてもよい。

（５）酸硫化物蛍光体材料：（Ｌｎ_{（１−ｘ）}Ｅｕ_ｘ）Ｏ_２Ｓ（ＬｎはＳｃ、Ｙ、Ｌａ、Ｇｄ、及びＬｕからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、ｘは０≦ｘ≦１を満足する数値） なお、Ｔｂ、Ｐｒ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｇａ、Ｓｍ、及びＴｍからなる群から選ばれる少なくとも１種を、賦活剤として含有してもよい。

（６）ＹＡＧ系蛍光体材料：（Ｙ_{（１−ｘ−ｙ−ｚ）}Ｇｄ_ｘＬａ_ｙＳｍ_ｚ）_３（Ａｌ_{（１−ｖ）}Ｇａ_ｖ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ，Ｅｕ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１．０≦ｖ≦１） なお、ＣｒおよびＴｂの少なくとも一種を、賦活剤として含有してもよい。

（７）硼酸塩系蛍光体材料：ＭＢＯ_３：Ｅｕ（ＭはＹ、Ｌａ、Ｇｄ、Ｌｕ、及びＩｎからなる群から選択される少なくとも１つの元素） なお、賦活剤として、Ｔｂを含有してもよい。他の組成比の硼酸塩系蛍光体材料として、Ｃｄ_２Ｂ_２Ｏ５_５：Ｍｎ、（Ｃｅ，Ｇｄ，Ｔｂ）ＭｇＢ_５Ｏ_１０：Ｍｎ、ＧｄＭｇＢ_５Ｏ_１０：Ｃｅ，Ｔｂなどが使用可能である。

（８）燐酸塩硼酸塩系蛍光体材料：２（Ｍ_{（１−ｘ）}Ｍ’_ｘ）Ｏ・ａＰ_２Ｏ_５・ｂＢ_２Ｏ_３（ＭはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、及びＺｎからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、Ｍ’はＥｕ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｆｅ、及びＣｒからなる群から選択される少なくとも１つの元素、ｘ、ａ、ｂは０．００１≦ｘ≦０．５、０≦ａ≦２、０≦ｂ≦３、０．３＜（ａ＋ｂ）を満足する数値）

（９）燐酸塩系蛍光体：（Ｓｒ_{（１−ｘ）}Ｂａ_ｘ）_３（ＰＯ_４）_２：Ｅｕ、又は（Ｓｒ_{（１−ｘ）}Ｂａ_ｘ）_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ、Ｓｎ なお、Ｔｉ及びＣｕのいずれか一方を、賦活剤として含有してもよい。

（１０）ハロリン酸塩系蛍光体材料：（Ｍ_{（１−ｘ）}Ｅｕ_ｘ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２、又は（Ｍ_{（１−ｘ）}Ｅｕ_ｘ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ（ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、及びＣｄからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素、ｘは０≦ｘ≦１を満足する数値） なお、Ｃｌの少なくとも一部を、フッ素（Ｆ）に置き換えてもよい。また、Ｓｂ及びＭｎの少なくとも１つを、賦活剤として含有してもよい。

上記の蛍光体材料を適宜選択して、青色発光体、黄色発光体、緑色発光体、赤色発光体、白色発光体として使用することができる。また、蛍光体材料を複数種組み合わせることで、中間色を発光する発光体を形成することができる。白色発光体を形成する場合には、光の三原色の赤緑青（ＲＧＢ）のそれぞれに対応する色の蛍光体材料を組み合わせるか、もしくは青と黄色のような補色関係にある色の組み合わせを用いればよい。

また、蛍光体粒子を組み合わせる場合、複数の蛍光体粒子を混合した発光体を用いても、蛍光体粒子１種を１層とした積層構造にしても良い。例えば、ＲＧＢのそれぞれに対応する色の蛍光体粒子の層を、発光体内でＲＧＢそれぞれに対応する層として積層して形成する。このとき、より短波長の発光を示す層を半導体レーザダイオードに近い上方の層に配置することによって、効率よく白色光を発する発光装置が得られる。また、ＲＧＢの蛍光体粒子を同一の透明基材中に混合しても、発光体が白色光を発する発光装置が得られる。

その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての発光装置は、本発明の範囲に包含される。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその均等物の範囲によって定義されるものである。

１０ 半導体レーザダイオード
１２ 導光体
１２ａ 上面
１２ｂ 下面
１２ｃ 第１の側面
１２ｄ 第２の側面
１２ｅ 第１の端面
１２ｆ 第２の端面
１４ 発光体
１６ 低屈折率の物質
２４ 拡散部材
２６ 反射部材
１００ 発光装置
Ｌａ 中心軸

Claims (8)

1. レーザ光を出射する半導体レーザダイオードと、
   上面、下面、対向する２つの側面および対向する２つの端面を備え、前記レーザ光が第１の端面から入射され、前記下面に凹凸を有し、前記レーザ光を前記下面で反射し前記上面方向に出射する導光体と、
   前記導光体の前記上面側に設けられ、前記導光体から出射されるレーザ光を吸収し可視光を発する発光体と、
   前記導光体の前記下面および前記２つの側面に接する前記導光体よりも低屈折率の物質を有することを特徴とする発光装置。
2. 前記物質が気体であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
3. 前記導光体がガラスであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の発光装置。
4. 前記下面の凹凸が、前記レーザ光の中心軸と交差する方向に、線状に設けられることを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれか一項記載の発光装置。
5. 前記下面の凹凸が、前記第１の端面から第２の端面に向けて密になることを特徴とする請求項１ないし請求項４いずれか一項記載の発光装置。
6. 前記下面が、前記第１の端面から第２の端面に向けて、前記レーザ光の中心軸との距離が近接する向きに傾斜することを特徴とする請求項１ないし請求項５いずれか一項記載の発光装置。
7. 前記導光体の、前記第２の端面側に拡散部材または反射部材をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項６いずれか一項記載の発光装置。
8. 前記半導体レーザダイオードと前記導光体との間に、前記レーザ光の光路を変える光学部材をさらに有することを特徴とする請求項１ないし請求項７いずれか一項記載の発光装置。
   
   
   
   

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