JP2022060370A - 発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 長時間の使用がなされた後も接着状態の安定した発光装置を実現する。【解決手段】 半導体レーザ素子と、気密封止された空間を有し、空間内に半導体レーザ素子が配置されるパッケージと、パッケージに固定される光学部材と、光学部材をパッケージに固定する第１接着剤、及び、第１接着剤よりも光に対する耐性に優れた第２接着剤と、 を有し、第１接着剤及び第２接着剤は、パッケージの出射面と光学部材の入射面との間で、光学部材に接合され、光学部材において、第１接着剤が接合する１以上の第１接合領域及び第２接着剤が接合する１以上の第２接合領域は透光性を有する発光装置。【選択図】 図１
Description
本発明は、発光装置に関する。
特許文献１には、半導体レーザ素子を気密封止された空間に配するパッケージと、光学部材と、を位置調整した上で、紫外線硬化樹脂の接着剤により接合することが開示されている。特許文献１によれば、位置調整をして固定できるため、精度良く実装することができる。
また、半導体レーザ素子などの発光素子を有する発光装置は、プロジェクタや車のヘッドライトなど、種々の製品に組み込まれて使用される。
接着状態の安定した発光装置を実現する。
開示される発光装置は、半導体レーザ素子と、気密封止された空間を有し、空間内に前記半導体レーザ素子が配置されるパッケージと、前記パッケージに固定される光学部材と、前記光学部材を前記パッケージに固定する第１接着剤、及び、前記第１接着剤よりも光に対する耐性に優れた第２接着剤と、を有し、前記半導体レーザ素子からの光は、前記パッケージの出射面から外部へと出射し、前記パッケージの出射面から外部へと出射する光は、前記光学部材の入射面に入射して、前記光学部材の出射面から出射し、前記第１接着剤及び前記第２接着剤は、前記パッケージの出射面と前記光学部材の入射面との間で、前記光学部材に接合され、前記光学部材において、前記第１接着剤が接合する１以上の第１接合領域及び前記第２接着剤が接合する１以上の第２接合領域は、前記光学部材の出射面よりも前記光学部材の入射面に近い位置に設けられ、前記光学部材において、前記１以上の第１接合領域及び前記１以上の第２接合領域は透光性を有する。
本発明によれば、接着状態の安定した発光装置を実現できる。
本明細書または特許請求の範囲において、三角形や四角形などの多角形に関しては、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取り等の加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶものとする。また、隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に、多角形と呼ぶものとする。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、本明細書及び特許請求の範囲で記載される“多角形”の解釈に含まれるものとする。
また、多角形に限らず、台形や円形や凹凸など、特定の形状を表す言葉についても同様である。また、その形状を形成する各辺を扱う場合も同様である。つまり、ある辺において、隅や中間部分に加工が施されていたとしても、“辺”の解釈には加工された部分も含まれる。なお、部分的な加工のない“多角形”や“辺”を、加工された形状と区別する場合は“厳密な”を付して、例えば、“厳密な四角形”などと記載するものとする。
また、本明細書または特許請求の範囲において、ある構成要素に関し、これに該当するものが複数あり、それぞれを区別して表現する場合に、その構成要素の頭に“第１”、“第２”と付記して区別することがある。また、本明細書と特許請求の範囲とで区別する対象や観点が異なる場合、本明細書と特許請求の範囲との間で、同一の付記が、同一の対象を指さない場合がある。
例えば、本明細書において“第１”、“第２”、“第３”と付記されて区別される対象があり、本明細書の“第１”及び“第３”のみを対象として特許請求の範囲を記載する場合に、特許請求の範囲において“第１”、“第２”と付記された対象が、本明細書において“第１”“第３”と付記された対象を指すことがある。
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、示される形態は、本発明の技術思想が具体化されたものではあるが、本発明を限定するものではない。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略することがある。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解の便宜を図るために誇張していることがある。
＜実施形態＞
実施形態に係る発光装置１を説明する。図１乃至図８は、発光装置１の例示的な一形態を説明するための図面である。図１は、発光装置１の斜視図である。図２は、発光装置１におけるパッケージ１０の斜視図である。図３は、パッケージ１０から蓋部材１５を除いた状態の斜視図である。図４は、パッケージ１０に設けられる接着剤８０の配置箇所を説明するため、発光装置１から光学部材７０を除いた状態の斜視図である。図５は、発光装置１の上面図である。図６は、パッケージ１０の上面図である。図７は、図３と同様の状態の上面図である。図８は、図５のVIII-VIII断面線における断面図である。
実施形態に係る発光装置１を説明する。図１乃至図８は、発光装置１の例示的な一形態を説明するための図面である。図１は、発光装置１の斜視図である。図２は、発光装置１におけるパッケージ１０の斜視図である。図３は、パッケージ１０から蓋部材１５を除いた状態の斜視図である。図４は、パッケージ１０に設けられる接着剤８０の配置箇所を説明するため、発光装置１から光学部材７０を除いた状態の斜視図である。図５は、発光装置１の上面図である。図６は、パッケージ１０の上面図である。図７は、図３と同様の状態の上面図である。図８は、図５のVIII-VIII断面線における断面図である。
なお、図５において点線で囲まれ、ハッチングが施してある領域は、光学部材７０の接合領域７１を示している。また、図６において実線で囲まれ、ハッチングが施してある領域は、蓋部材１５の接合領域１７を示している。また、接合領域１７に係るハッチングの他に、点線と蓋部材１５の外形との間でハッチングが施してある領域は、蓋部材１５の金属膜１６が設けられる領域を示している。
発光装置１は、構成要素として、パッケージ１０、半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、反射部材４０、保護素子５０、複数の配線６０、光学部材７０、及び、接着剤８０を有する。また、パッケージ１０は、基部１１、及び、蓋部材１５を有する。
また、半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、保護素子５０、及び、複数の配線６０は、パッケージ１０によって形成される気密封止された閉空間に配される。また、光学部材７０は、接着剤８０によって、パッケージ１０に固定される。
図示される発光装置１の例では、基部１１と蓋部材１５とで気密封止された空間内に、４つの半導体レーザ素子２０が並べて配置されている。また、いずれの半導体レーザ素子２０もサブマウント３０を介して基部１１に配されている。また、反射部材４０は、半導体レーザ素子２０から出射された光を反射する位置に配されている。半導体レーザ素子２０から出射された光は蓋部材１５を通過して、パッケージ１０の外部へと出射される。
また、光学部材７０が、接着剤８０により蓋部材１５と接合する。また、光学部材７０と蓋部材１５との接合には、２種類の接着剤８０、第１接着剤８１及び第２接着剤８２が用いられる。パッケージ１０の外部へと出射された光は、光学部材７０を通過して、発光装置１の外部へと出射される。
まず、各構成要素について説明する。
（基部１１）
基部１１は、他の構成要素が配置される領域である配置領域と、配置領域を囲う側壁と、を有する。また、基部１１は凹部を有し、配置領域と側壁によって凹部は構成されている。凹部は、基部１１の上面から下面の方向に向かって窪む。ここで、凹部の窪みの底となる面を底面と呼ぶ。底面は、配置領域の主要な部分となり得る。
（基部１１）
基部１１は、他の構成要素が配置される領域である配置領域と、配置領域を囲う側壁と、を有する。また、基部１１は凹部を有し、配置領域と側壁によって凹部は構成されている。凹部は、基部１１の上面から下面の方向に向かって窪む。ここで、凹部の窪みの底となる面を底面と呼ぶ。底面は、配置領域の主要な部分となり得る。
上面視で、基部１１の外形は矩形である。また、上面視で、凹部の窪み部分の外形は矩形である。また、上面視で、基部１１の底面の外形は矩形である。底面の外形は窪み部分の外形よりも小さい。なお、これらの外形は、いずれも矩形でなくてもよい。
基部１１は、底面部１２と、側面部１３と、を有する。底面部１２は、基部１１の底面を構成する部分である。また、底面部１２には、基部１１の底面、及び、下面が含まれる。また、底面部１２は、平板形状で形成される。この平板は、上面視で、基部１１の外側面よりも小さい。
側面部１３は、基部１１の側壁を構成する部分である。したがって、側面部１３は、基部１１の底面を囲い、かつ、底面から上方に向かって伸びる。側面部１３には、基部１１の１以上の外側面、１以上の内側面、及び、外側面と内側面とに交わる上面が含まれる。また、基部１１の下面が含まれる。
ここで、基部１１における内側面あるいは外側面の面数は、底面を囲う形状による。例えば、底面を囲う形状が矩形ならば、矩形の４辺のそれぞれに対応した内側面が形成され、内側面の面数は複数になる。また例えば、底面を囲う形状が円形ならば、１つの円に対応した内側面が形成され、内側面の面数は１つになる。外側面についても同様である。
基部１１には、複数の配線領域１４が設けられる。また、凹部の窪み部分に１以上の配線領域１４が、窪み部分の外側に１以上の配線領域１４が設けられる。また、窪み部分に設けられた配線領域１４は、窪み部分の外側に設けられた配線領域１４と電気的に接続する。
図示される発光装置１の例では、底面と内側面で構成される凹部の窪み部分に、複数の配線領域１４が設けられている。また、窪み部分の外側である基部１１の下面に、複数の配線領域１４が設けられている。なお、基部１１の下面に限らず、例えば、上面や外側面に設けることもできる。
基部１１の底面部１２と側面部１３とは、異なる材料を主材料として形成される。例えば、側面部１３にはセラミックを、底面部１２には金属を、主材料に用いることができる。基部１１は、底面部１２と側面部１３とを接合して形成される。なお、底面部１２と側面部１３とを一体にして形成した基部１１を採用してもよい。この場合、例えば、セラミックを主材料に用いることができる。
セラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などが挙げられる。金属としては、例えば、銅、アルミニウム、鉄など、あるいは、複合物として、銅モリブデン、銅-ダイヤモンド複合材料、銅タングステンなどを用いることができる。底面部１２に採用される金属は、側面部１３に採用されるセラミックよりも放熱性に優れたもの（熱伝導率の高いもの）が好ましい。
基部１１の配線領域１４およびこれと電気的に接続する配線領域に相当する箇所には、それぞれ金属膜が設けられる。また、電気的な接続のため内部を通る箇所にも金属が設けられ、これにより電気的な接続が図られる。
（蓋部材１５）
蓋部材１５は、下面と、上面と、を有し、直方体の平板形状で構成される。なお、直方体でなくてもよい。また、蓋部材１５は、光を透過する透光性を有する。そのため、蓋部材１５は、透光性部材ということもできる。なお、蓋の役割を有さない透光性部材を用いてもよい。
蓋部材１５は、下面と、上面と、を有し、直方体の平板形状で構成される。なお、直方体でなくてもよい。また、蓋部材１５は、光を透過する透光性を有する。そのため、蓋部材１５は、透光性部材ということもできる。なお、蓋の役割を有さない透光性部材を用いてもよい。
ここで、透光性とは、光に対する透過率が８０％以上であることとする。なお、全ての波長の光に対して８０％以上の透過率を有していなくてもよい。また、蓋部材１５は、一部に非透光性の領域（透光性を有していない領域）を有していてもよい。
また、蓋部材１５には、表面上の一部の領域に、金属膜１６が設けられている。この金属膜１６は、他の構成要素との接合のために設けられる。従って、金属膜１６が設けられる領域の一部または全部が、他の構成要素と接合する接合領域となる。また、金属膜１６は、蓋部材１５の下面に設けられる。また、金属膜１６は、蓋部材１５の外縁に沿って、環状に設けられる。また、金属膜１６の直上は透光性を有する。
蓋部材１５は、サファイアを用いて形成することができる。サファイアは透光性を有しており、また、比較的屈折率が高く、比較的強度も高い材料である。なお、サファイアの他に、例えばガラス等を用いることもできる。また、金属膜１６は、例えば、Ｔｉ／Ｐｔ／Ａｕで形成することができる。
（半導体レーザ素子２０）
半導体レーザ素子２０は、上面視で長方形の外形を有する。また、長方形の２つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、半導体レーザ素子２０から出射される光の出射端面となる。また、半導体レーザ素子２０の上面及び下面は、出射端面よりも面積が大きい。
半導体レーザ素子２０は、上面視で長方形の外形を有する。また、長方形の２つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、半導体レーザ素子２０から出射される光の出射端面となる。また、半導体レーザ素子２０の上面及び下面は、出射端面よりも面積が大きい。
半導体レーザ素子２０から出射される光（レーザ光）は拡がりを有し、光の出射端面と平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰとは、出射端面から離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。
ここで、ＦＦＰの楕円形状の中心を通る光、言い換えると、ＦＦＰの光強度分布においてピーク強度の光を、光軸を進む光、と呼ぶものとする。また、ＦＦＰの光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ２以上の強度を有する光を、主要部分の光と呼ぶものとする。
半導体レーザ素子２０から出射される光のＦＦＰの形状は、活性層を含む複数の半導体層の層方向よりも、それに垂直な積層方向の方が長い楕円形状である。なお、層方向をＦＦＰの水平方向、積層方向をＦＦＰの垂直方向というものとする。
また、ＦＦＰの光強度分布に基づき、光強度分布の半値全幅に相当する角度を、その半導体レーザ素子の光の拡がり角とする。ＦＦＰの垂直方向における光の拡がり角を垂直方向の拡がり角、ＦＦＰの水平方向における光の拡がり角を水平方向の拡がり角というものとする。
半導体レーザ素子２０として、例えば、青色の光を出射する半導体レーザ素子、緑色の光を出射する半導体レーザ素子、または、赤色の光を出射する半導体レーザ素子などを採用することができる。また、これら以外の光を出射する半導体レーザ素子を採用してもよい。
ここで、青色の光は、その発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。緑色の光は、その発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。赤色の光は、その発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。
青色の光を発する半導体レーザ素子、または、緑色の光を発する半導体レーザ素子として、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発する半導体レーザ素子として、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。
なお、半導体レーザ素子２０は、１つのエミッターを有するシングルエミッターであるが、２つ以上のエミッターを有するマルチエミッターであってもよい。半導体レーザ素子２０が複数のエミッターを有する場合、それぞれのエミッターに係る出射端面から、楕円形状のＦＦＰを形成するレーザ光が出射される。
（サブマウント３０）
サブマウント３０は、２つの接合面を有し、直方体の形状で構成される。また、一方の接合面の反対側に他方の接合面が設けられる。また、２つの接合面の間の距離は、他の対向する２面の間の距離よりも小さい。なお、サブマウント３０の形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント３０は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成することができる。また、接合面には、接合のための金属膜が設けられている。
サブマウント３０は、２つの接合面を有し、直方体の形状で構成される。また、一方の接合面の反対側に他方の接合面が設けられる。また、２つの接合面の間の距離は、他の対向する２面の間の距離よりも小さい。なお、サブマウント３０の形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント３０は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成することができる。また、接合面には、接合のための金属膜が設けられている。
（反射部材４０）
反射部材４０は、光を反射する光反射面を有する。また、光反射面は、下面に対して傾斜している。つまり、光反射面は、下面からみた配置関係が垂直でも平行でもない。例えば、光反射面は、平面形状で、下面に対して４５度の傾斜角を成す傾斜面に設けられる。なお、平面形状でなく曲面形状であってもよい。また、傾斜角は４５度に限らなくてもよい。曲面形状の場合、局所的に下面から見て垂直或いは平行な部分を有することがある。
反射部材４０は、光を反射する光反射面を有する。また、光反射面は、下面に対して傾斜している。つまり、光反射面は、下面からみた配置関係が垂直でも平行でもない。例えば、光反射面は、平面形状で、下面に対して４５度の傾斜角を成す傾斜面に設けられる。なお、平面形状でなく曲面形状であってもよい。また、傾斜角は４５度に限らなくてもよい。曲面形状の場合、局所的に下面から見て垂直或いは平行な部分を有することがある。
反射部材４０は、主材料に、ガラスや金属などを用いることができる。主材料は熱に強い材料がよく、例えば、石英若しくはＢＫ７（硼珪酸ガラス）等のガラス、アルミニウム等の金属を用いることができる。また、Ｓｉを主材料に用いて形成することもできる。また、光反射面は、例えば、Ａｇ、Ａｌ等の金属やＴａ２Ｏ５／ＳｉＯ２、ＴｉＯ２／ＳｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５／ＳｉＯ２等の誘電体多層膜を用いて形成することができる。
光反射面において、反射させるレーザ光のピーク波長に対する光反射率は９５％以上である。また、９９％以上の光反射率を実現することもできる。これらの光反射率は１００％以下あるいは１００％未満である。
（保護素子５０）
保護素子５０は、特定の素子（例えば半導体レーザ素子２０）に過剰な電流が流れて破壊されてしまうことを防ぐためのものである。保護素子５０としては、例えば、ツェナーダイオードがあげられる。また、ツェナーダイオードとしては、Ｓｉで形成されたものを採用できる。
保護素子５０は、特定の素子（例えば半導体レーザ素子２０）に過剰な電流が流れて破壊されてしまうことを防ぐためのものである。保護素子５０としては、例えば、ツェナーダイオードがあげられる。また、ツェナーダイオードとしては、Ｓｉで形成されたものを採用できる。
（配線６０）
配線６０は、両端を接合部とする線状の形状で構成される。つまり、線状部分の両端が、他の構成要素との接合部分になる。配線６０は、例えば、金属のワイヤである。金属には、例えば、金、アルミニウム、銀、銅などを用いることができる。
配線６０は、両端を接合部とする線状の形状で構成される。つまり、線状部分の両端が、他の構成要素との接合部分になる。配線６０は、例えば、金属のワイヤである。金属には、例えば、金、アルミニウム、銀、銅などを用いることができる。
（光学部材７０）
光学部材７０は、上面と、下面と、側面と、を有する。また、レンズ面を有する。レンズ面は、平面と交わる。例えば、側面と交わり平面で構成される上面と、レンズ面が交わる。この場合、光学部材７０の上面は、平面で構成される領域とレンズ面で構成される領域と、を有すると言える。なお、上面に代えて、あるいは、上面に加えて、下面にレンズ面を有していてもよい。また、レンズ面のみで上面が構成されてもよい。
光学部材７０は、上面と、下面と、側面と、を有する。また、レンズ面を有する。レンズ面は、平面と交わる。例えば、側面と交わり平面で構成される上面と、レンズ面が交わる。この場合、光学部材７０の上面は、平面で構成される領域とレンズ面で構成される領域と、を有すると言える。なお、上面に代えて、あるいは、上面に加えて、下面にレンズ面を有していてもよい。また、レンズ面のみで上面が構成されてもよい。
光学部材７０は、全体として、平板形状の上面に半円型のレンズが配されたような形状である。なお、これらをそれぞれ、平板部、レンズ部、と呼ぶと、側面と交わる平らな上面が、平板部の上面に相当し、レンズ面で構成される上面が、レンズ部の上面に相当する。また、光学部材７０は、平板部とレンズ部とが一体となって形成される。なお、別体で形成し、これらを接合してもよい。
また、上面視あるいは下面視における光学部材７０の外形は矩形である。なお、矩形でなくてもよい。レンズ部は、上面視で、レンズ面と重なる部分ということもできる。また、光学部材７０のうちレンズ部を除く部分を非レンズ部と呼ぶものとする。
また、レンズ面は、複数のレンズが連なった形状で構成される。また、レンズ面は、複数のレンズが並んだ形状で構成される。また、複数のレンズが同じ方向に並んで配置された形状で構成される。レンズ面は、複数のレンズが並ぶ方向の長さの方が、個々のレンズの長径（複数のレンズが並ぶ方向に垂直な方向の長さ）よりも長い。なお、短くてもよい。
光学部材７０は、透光性を有する。また、光学部材７０は、レンズ部及び非レンズ部のいずれにおいても透光性を有する。また、光学部材７０は、全体として、透光性を有する。光学部材７０は、例えば、ＢＫ７等のガラスを用いて形成することができる。
（接着剤８０）
接着剤８０には、２種類の接着剤、第１接着剤８１と第２接着剤８２とが含まれる。また、２種類の接着剤のうち、第１接着剤８１は紫外線硬化樹脂であり、第２接着剤８２は熱硬化樹脂である。なお、第１接着剤８１と第２接着剤８２の組み合わせはこれに限らない。以降、第１接着剤８１及び第２接着剤８２のどちらに対してもいえることについては、接着剤８０として説明を記載する。
接着剤８０には、２種類の接着剤、第１接着剤８１と第２接着剤８２とが含まれる。また、２種類の接着剤のうち、第１接着剤８１は紫外線硬化樹脂であり、第２接着剤８２は熱硬化樹脂である。なお、第１接着剤８１と第２接着剤８２の組み合わせはこれに限らない。以降、第１接着剤８１及び第２接着剤８２のどちらに対してもいえることについては、接着剤８０として説明を記載する。
第２接着剤８２には、第１接着剤よりも、光に対する耐性に優れている接着剤が採用される。ここでの「光に対する耐性に優れている」とは、接着剤８０が接合され、発光装置１が実装された後において耐性が優れていることを意味する。また、第２接着剤８２には、第１接着剤よりも、可視光（４００ｎｍ以上７６０ｎｍ以下の波長範囲）に対する耐性に優れている接着剤が採用される。また、第２接着剤８２には、第１接着剤よりも、青色の光に対する耐性に優れている接着剤が採用される。
例えば、硬化された接着剤８０に所定の値のエネルギー密度［Ｗ／ｍｍ２］の光が照射され続けることで接合力が損なわれ、接着剤として機能しなくなることがある。同じエネルギー密度の光を照射した場合に、第１接着剤の方が第２接着剤よりも短時間で接着剤として機能しなくなるようであれば、第２接着剤８２の方が第１接着剤８１よりも光に対する耐性に優れているということができる。
紫外線硬化樹脂としては、エポキシ系樹脂やアクリレート系樹脂の接着剤を用いることができる。熱硬化樹脂としては、エポキシ系樹脂やシリコーン系樹脂の接着剤を用いることができる。
（発光装置１）
次に、発光装置１について説明する。
発光装置１は、半導体レーザ素子２０、半導体レーザ素子２０が配置されるパッケージ１０、及び、パッケージ１０に固定される光学部材７０を有する。また、光学部材７０は、接着剤８０を用いて、パッケージ１０に固定される。また、光学部材７０の固定において、少なくとも２種類の接着剤８０、第１接着剤８１及び第２接着剤８２、が使用される。なお、半導体レーザ素子２０に代えて、ＬＥＤなどの他の発光素子を用いてもよい。
次に、発光装置１について説明する。
発光装置１は、半導体レーザ素子２０、半導体レーザ素子２０が配置されるパッケージ１０、及び、パッケージ１０に固定される光学部材７０を有する。また、光学部材７０は、接着剤８０を用いて、パッケージ１０に固定される。また、光学部材７０の固定において、少なくとも２種類の接着剤８０、第１接着剤８１及び第２接着剤８２、が使用される。なお、半導体レーザ素子２０に代えて、ＬＥＤなどの他の発光素子を用いてもよい。
また、パッケージ１０には、半導体レーザ素子２０の他に、サブマウント３０、反射部材４０、及び、保護素子５０が配置される。また、これらの構成要素は、パッケージ１０の基部１１に配置される。また、配線６０によって、半導体レーザ素子２０及び保護素子５０は、配線領域１４と電気的に接続する。
また、半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、反射部材４０、保護素子５０、及び、配線６０が基部１１に配置された後に、基部１１と蓋部材１５とを接合させて、半導体レーザ素子２０が配置される空間を封止し、パッケージ１０を完成させる。この封止空間は、基部１１及び蓋部材１５が接合することによって形成される。また、蓋部材１５の金属膜１６が、基部１１と接合する接合領域となる。
このような発光装置１は、半導体レーザ素子２０が配置されたパッケージ１０を作成する工程、あるいは、半導体レーザ素子２０が配置されたパッケージ１０を用意する工程の後に、光学部材７０をパッケージ１０に固定する工程を経て、製造される。
パッケージ１０の作成において、半導体レーザ素子２０が、基部１１の底面（配置領域）に配される。なお、複数の半導体レーザ素子２０が配されてもよい。また、複数の半導体レーザ素子２０が、出射端面が同じ方向を向くようにして、並べて配置されてもよい。またあるいは、出射端面が互いに対向して配置されてもよい。また、隣り合う半導体レーザ素子２０の間で、それぞれの出射端面と交わる側面同士が対向するように配置されてもよい。
図示される発光装置１の例では、４つの半導体レーザ素子２０が同じ出射端面を向いて、並べて配置されている。また、上面視で、複数の半導体レーザ素子２０は、パッケージ１０の長手方向に並べて配置されている。また、隣り合う半導体レーザ素子２０の間で、それぞれの出射端面と交わり対向する側面同士は、上面視で平行である。
また、４つの半導体レーザ素子２０はそれぞれ、青色の光を出射する半導体レーザ素子で構成されている。なお、パッケージ１０に複数の半導体レーザ素子２０が配置される場合、全ての半導体レーザ素子２０が同じ色の光を出射する構成でなくてもよい。また、出射する光の色は青に限らず、別の色であってもよい。また、互いに異なる色の光を出射する複数の半導体レーザ素子を配置し、複数の色の光を出射するパッケージ１０としてもよい。
サブマウント３０は、一方の接合面で半導体レーザ素子２０と接合する。また、反対側の他方の接合面で基部１１の底面と接合する。また、１つのサブマウント３０に１つの半導体レーザ素子２０のみが配される。したがって、複数の半導体レーザ素子２０を有する場合、半導体レーザ素子２０の数と同数の複数のサブマウント３０を有する。なお、１つのサブマウント３０に複数の半導体レーザ素子２０が配されてもよい。
図示される発光装置１の例では、１つのサブマウント３０に１つの半導体レーザ素子２０が配され、基部１１の底面に半導体レーザ素子２０と同じ数のサブマウント３０が接合されている。また、各半導体レーザ素子２０の出射端面は、半導体レーザ素子２０から出射された主要部分の光がサブマウント３０の上面の照射されないように、サブマウント３０の側端の近傍に配される。
なお、サブマウント３０の基部１１への接合は、半導体レーザ素子２０をサブマウント３０に接合させた後に行われる。あるいは、基部１１にサブマウント３０を接合させた後に、半導体レーザ素子２０をサブマウント３０に接合させてもよい。また、半導体レーザ素子２０は、サブマウント３０を介さずに直接基部１１の底面に配されてもよい。
反射部材４０は、基部１１の底面に配される。また、半導体レーザ素子２０から出射された光が光反射面に照射される向きで反射部材４０は配される。反射部材４０の光反射面には、半導体レーザ素子２０から出射された主要部分の光が照射される。
１つの半導体レーザ素子２０に１つの反射部材４０が対応し、１つの反射部材４０の光反射面に、１つの半導体レーザ素子２０からの主要部分の光が照射される。複数の半導体レーザ素子２０を有する場合、半導体レーザ素子２０の数と同数の複数の反射部材４０を有する。なお、１つの反射部材４０に複数の半導体レーザ素子２０からの主要部分の光が照射されてもよい。
図示される発光装置１の例では、１つの反射部材４０に１つの半導体レーザ素子２０が対応し、基部１１の底面に４つの反射部材４０が接合されている。また、複数の半導体レーザ素子２０が並ぶ方向と同じ方向に、複数の反射部材４０も並べて配置されている。また、光反射面は、光軸を通る光の進行方向に対して４５度の角度で傾いている。
図示される発光装置１の例では、反射部材４０の光反射面は、照射された主要部分の光の９８％以上を反射する。反射部材４０は、半導体レーザ素子２０から側方に向かって出射された光を上方に反射する。なお、発光装置１は、反射部材４０を有していなくてもよい。この場合、例えば、半導体レーザ素子２０の出射端面が上面を向く。
保護素子５０は、基部１１の配線領域１４に配される。また、凹部の窪み部分に設けられた配線領域１４に配される。また、２つの配線領域１４の上に配され、これにより、電気的に接続する。なお、１つの配線領域１４の上に配され、他方の配線領域１４とは配線で接続してもよい。図示される発光装置１の例では、上面視で、保護素子５０は、２つの配線領域１４に跨って配されている。
配線６０は、基部１１の配線領域１４と接合する。また、凹部の窪み部分に設けられた配線領域１４と接合する。また、半導体レーザ素子２０と接合する。また、サブマウント３０と接合する。配線６０は、半導体レーザ素子２０を配線領域１４と電気的に接続するために設けられる。複数の半導体レーザ素子２０を有する場合、複数の半導体レーザ素子２０を電気的に直列に接続する。なお、電気的に並列に接続してもよい。
蓋部材１５は、基部１１の上面に配される。蓋部材１５が接合されることで、基部１１と蓋部材１５によって囲まれる閉空間が生まれる。半導体レーザ素子２０や反射部材４０など、基部１１に配された構成要素はこの空間に閉じ込められる。また、所定の雰囲気下で蓋部材１５は基部１１に接合され、この閉空間は気密封止された空間となる。気密封止された空間内に半導体レーザ素子２０が配置され、これにより集塵による品質劣化を抑制できる。
蓋部材１５は、金属膜１６において基部１１と接合する。また、基部１１が蓋部材１５と接合する領域にも接合のための金属膜が設けられる。また、基部１１と蓋部材１５とは、金属接合材を使用して接合する。例えば、基部１１の接合領域にＡｕＳｎの金属接合剤を配し、そこに、蓋部材１５の接合領域を重ねて、基部１１と蓋部材１５とを接合する。なお、金属接合材としては、ＡｕＳｎなどの金属ろうの他、はんだなどを使用することもできる。
蓋部材１５は、半導体レーザ素子２０から出射される光に対して透光性を有する。また、半導体レーザ素子２０から出射された主要部分の光は、蓋部材１５の透光性の領域を通過して、蓋部材１５の上面からパッケージ１０の外部へと光が出射される。蓋部材１５の下面は、半導体レーザ素子２０から出射される光の入射面といえる。また、蓋部材１５の上面は、半導体レーザ素子２０から出射される光の出射面といえる。
図示される発光装置１の例では、基部１１の上面と蓋部材１５の下面における接合領域にＮｉメッキが設けられ、蓋部材１５と基部１１とが接合している。また、蓋部材１５の金属膜１６が設けられた領域または接合領域の上方は透光性を有する。言い換えると、パッケージ１０において、蓋部材１５の上方から金属膜１６に向けて出射した光は、蓋部材１５の透光性を有する領域を通過して、金属膜１６に達する。
このようにして作成されたパッケージ１０において、半導体レーザ素子２０から出射された光は、反射部材４０によって反射され、上方に配された蓋部材１５を通過して、パッケージ１０の上方へと出射する。また、半導体レーザ素子２０から出射された主要部分の光の９０％以上がパッケージ１０の外部へと出射する。図示される発光装置１の例では、９８％以上がパッケージ１０の外部へと出射する。
次に、光学部材７０をパッケージ１０に固定する工程において、光学部材７０がパッケージ１０に固定される。また、パッケージ１０の蓋部材１５に固定される。また、光学部材７０は、パッケージ１０の上面、言い換えると、蓋部材１５の上面の上に配置される。
光学部材７０は、接着剤８０を介して、パッケージ１０に固定される。接着剤８０がパッケージ１０の上面に設けられ、その上から光学部材７０を接着剤８０に接合させて固定する。接着剤８０は、パッケージ１０と光学部材７０とに接合する。
接着剤８０を用いた固定は、第１接着剤８１による接合の工程と、第２接着剤８２による接合の工程と、を有する。まず、パッケージ１０の光学部材７０との接合箇所に、第１接着剤８１及び第２接着剤８２を設ける。この状態では、まだ接着剤は固まっていない。
次に、光学部材７０と第１接着剤８１が接した状態で、第１接着剤８１を硬化させ、第１接着剤８１を介して、パッケージ１０と光学部材７０とを接合する。これにより、第１接着剤８１は固まり、第２接着剤は固まっていない状態となる。
なお、第１接着剤８１は、光学部材７０のパッケージ１０に対する位置および高さの調整に利用される。つまり、光学部材７０のパッケージ１０に対する位置および高さを調整し、その配置で停止させた状態で、第１接着剤８１を固めることで、位置および高さが調整された状態で、光学部材７０をパッケージ１０に固定させることができる。
配置が調整された状態で光学部材７０とパッケージ１０を停止させておくために、例えば、実装装置のステージ上にパッケージ１０が載置され、実装装置のコレットによって光学部材７０が保持される。紫外線硬化樹脂は、素早く接合することができるため、効率的に発光装置１を製造することができる。
光学部材７０の配置は、半導体レーザ素子２０から出射された光が光学部材７０のレンズ面によって精度良く光学制御されるように調整される。そのため、製造する個々の発光装置１に応じて調整される。なお、複数の発光装置１のまとまりの単位で調整を行ってもよい。
調整によっては、介在する第１接着剤８１の厚み（パッケージ１０の上面から光学部材７０の下面までの距離）は、２００μｍ以上となり得る。一方で、レンズ面までの光路長が長くなるほど主要部分の光の照射範囲は広くなるため、第１接着剤８１の厚みは最大でも５００μｍ以下となるように調整されるのが好ましい。
また、第１接着剤８１の厚みは、厚みが薄い場合でも、１００μｍ以上となり得る。なお、厚みはこれに限定されず、１００μｍ以下であってもよい。また、５００μｍ以上であってもよい。紫外線硬化樹脂のような樹脂接着剤は、硬化処理の際に、有機ガスを発生するが、パッケージ１０において蓋部材１５で半導体レーザ素子２０を封止し、蓋部材１５と光学部材７０とを接合させることで、集塵による品質劣化を抑制できる。
次に、光学部材７０と接した状態の第２接着剤８２を硬化させ、第２接着剤８２を介して、パッケージ１０と光学部材７０とを接合する。これにより、第１接着剤８１及び第２接着剤８２が固まった状態となる。
なお、パッケージ１０と光学部材７０とは、既に、第１接着剤８１によって固定されている。熱硬化樹脂は、接合箇所を温める処理を要することから紫外線硬化樹脂と比べて接合に時間がかかるが、光学部材７０を実装装置で支持しなくてよいため、複数の発光装置１に係る硬化処理をまとめて行うことができる。紫外線硬化樹脂によって固定した後にで、効率的に製造することができる。
発光装置１において、パッケージ１０の出射面から外部へと出射する光は、光学部材７０の入射面に入射して、光学部材７０の出射面から出射する。また、接着剤８０は、パッケージ１０の出射面と光学部材７０の入射面との間で、光学部材７０に接合される。
また、同様に、接着剤８０は、パッケージ１０の出射面と光学部材７０の入射面との間で、パッケージ１０に接合される。なお、パッケージ１０と光学部材７０との間に、更に、他の構成要素を有し、この中間部材を介在させて光学部材７０がパッケージ１０に固定されてもよい。この場合、接着剤８０は、パッケージ１０に代えて、中間部材に接合されることになる。
接着剤８０は、半導体レーザ素子２０からの主要部分の光が、パッケージ１０の出射面から出射してから光学部材７０の入射面に入射するまでの光路上に侵入することなく、光学部材７０と接合する。つまり、パッケージ１０の出射面から光学部材７０の入射面へと進む光が通過する位置を避けて、接着剤８０は設けられる。これにより、接着剤８０の劣化を抑制できる。
また、パッケージ１０の出射面から外部へと出射した光が入射する光学部材７０の入射面、または、光学部材７０の入射面を通過した光が出射する光学部材７０の出射面はレンズ面である。これにより、例えば、パッケージ１０から出射する光をコリメートして、発光装置１から出射させることができる。なお、入射面及び出射面がレンズ面であってもよい。
図示される発光装置１の例では、光学部材７０の出射面がレンズ面となっている。接着剤８０は、レンズ面の外周に設けられている。また、発光装置１を光の出射側からみたときに、光学部材７０と接する前のパッケージ１０に配された接着剤８０は、パッケージ１０に接合された後の光学部材７０におけるレンズ面とは重ならない。なお、この例では、発光装置１を光の出射側からみると、上面視となる。
なお、図９は、光学部材の入射面がレンズ面となっている発光装置２の一例を示している。図示される発光装置２は、光学部材２７０の形状が、光学部材７０と異なっている点を除けば、図示される発光装置１と同様の構成要素で構成することができる。
ここで、接着剤８０を介してパッケージ１０と光学部材７０とが固定された状態で、光学部材７０において接着剤８０が接触する領域を接合領域７１と呼ぶものとする。また、第１接着剤８１が接触する領域を第１接合領域７２、第２接着剤８２が接触する領域を第２接合領域７３と呼ぶものとする。
また、パッケージ１０において接着剤８０が接触する領域についても接合領域１７と呼ぶものとする。図示される発光装置１の例では、蓋部材１５が接合領域１７を有している。また、第１接着剤８１が接触する領域を第３接合領域１８、第２接着剤８２が接触する領域を第４接合領域１９と呼ぶものとする。
第１接着剤８１及び第２接着剤８２は、それぞれ一以上の箇所に設けられる。また、光学部材７０は、互いに離れている（互いに接していない）複数の接合領域７１を有する。また、互いに離れている第１接合領域７２及び第２接合領域７３を有する。また、パッケージ１０についても同様のことがいえる。
なお、パッケージ１０についても同様のことがいえるとは、光学部材７０をパッケージ１０、接合領域７１を接合領域１７、第１接合領域７２を第３接合領域１８、第２接合領域７３を第４接合領域１９に置き換えても同じことがいえるということである。
図示される発光装置１の例では、それぞれ複数の箇所に第１接着剤８１及び第２接着剤８２が設けられている。また、それぞれの箇所における接合領域７１が互いに離れている。また、入射面側から見た外形が矩形である光学部材７０において、第１接着剤８１は、矩形の一方の対角に設けられ、第２接着剤８２は、矩形の他方の対角に設けられる。矩形の一方の対角に計２箇所、第１接着剤８１が設けられ、これに対応して、光学部材７０は２つの第１接合領域７２を有する。また、矩形の他方の対角に計２箇所、第２接着剤８２が設けられ、これに対応して、光学部材７０は２つの第２接合領域７３を有する。２つの第１接合領域７２と、２つの第２接合領域７３と、は互いに離れている。また、２つの第１接合領域７２も互いに離れており、２つの第２接合領域７３も互いに離れている。また、パッケージ１０についても同様のことがいえる。
第１接着剤８１及び第２接着剤８２を離して設けることで、一方の接着剤８０を接着させるときに、他方の接着剤８０の干渉を避けられる。また、第１接着剤８１及び第２接着剤８２を、対角同士に設けることで、一方の接着剤８０による安定した接合を実現できる。なお、第１接着剤８１及び第２接着剤８２は、対角同士に設けなくてもよい。例えば、対向する２辺の一方に第１接着剤８１を、他方に第２接着剤８２を設けてもよい。
例えば、蓋部材１５を有しておらず、半導体レーザ素子２０が配置される空間が封止されていないパッケージ１０に光学部材７０を接合させる場合、このように接着剤８０を離して設けると、封止ができなくなる。蓋部材１５で半導体レーザ素子２０を封止し、蓋部材１５と光学部材７０とを接合させることで、集塵による品質劣化を抑制しつつ、第１接着剤８１及び第２接着剤８２を離して設けることができる。
また、光学部材７０において、１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３は、光学部材７０の出射面よりも光学部材７０の入射面に近い位置に設けられる。また、光学部材７０は、平面上に、１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３を有する。パッケージ１０の平面に光学部材７０を接合させる場合に、平面の接合領域７１を有する方が、接合領域に亘る接着力のムラを低減できる。
また、光学部材７０は、仮想的な同一の平面上に１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３を有する。これにより、第１接着剤８１による厚みと第２接着剤８２による厚みの差を小さくすることができ、第１接合領域７２と第２接合領域７３の間の接着力のムラを低減できる。
また、光学部材７０は、光学部材７０の出射面と反対側の平面上に１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３を有する。また、光学部材７０の入射面よりも出射面の方が光の照射範囲は拡がるため、光学部材７０の出射面に近い平面、例えば、光学部材７０の出射面と交わる平面上に第１接合領域７２及び第２接合領域７３を有さないのが好ましい。
図示される発光装置１の例では、光学部材７０は、光学部材７０の入射面と同じ平面上に１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３を有する。これにより、例えば、レンズ面を上面あるいは出射面に設けた発光装置を実現することができる。
なお、図示される発光装置２の例では、光学部材２７０は、パッケージ１０の出射面までの距離が光学部材２７０の入射面よりも近い位置に１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３を有する。これにより、例えば、レンズ面を下面あるいは入射面に設けた発光装置を実現することができる。
発光装置１には、上面視で、第１接合領域７２が光学部材７０の角に位置し、かつ、第３接合領域１７がパッケージ１０の角に位置する、第１接着剤８１が含まれる。また、発光装置１には、上面視で、第１接合領域７２が光学部材７０の角に位置し、かつ、第３接合領域１７がパッケージ１０の角には位置しない、第１接着剤８１が含まれる。第２接着剤８２についても同様のことがいえる。このようにすることで、上面視における光学部材７０の外形を、パッケージ１０よりも小さくすることができる。
第１接合領域７２及び第２接合領域７３は、それぞれ、円形のような形となる。第３接合領域１８及び第４接合領域１９も同様に、円形のような形となる。なお、第１接着剤８１及び第２接着剤８２は、パッケージ１０と光学部材７０の間で押圧された形状で固まるため、ここでの“円形のような形”は、厳密な円形であるとはいえない。
複数の第１接合領域７２はそれぞれ、同じような形及び大きさを有する。つまり、それぞれにおいて配される第１接着剤８１の量が同じで、押圧による圧力の作用についてもおよそ同等である。但し、光学部材７０は、位置調整されるため、圧力の作用が厳密に同じであるとはいえない。複数の第２接合領域７３についても同様に、それぞれ同じような形及び大きさを有する。
第１接合領域７２の面積は、第２接合領域７３の面積の０．５倍以上１．５倍以下である。好ましくは、０．８倍以上１．２倍以下である。第３接合領域１８の面積は、第４接合面積１９の面積の０．５倍以上１．５倍以下である。好ましくは、０．８倍以上１．２倍以下である。このように２つの接合領域の面積に大きな差が生じないようにすることで、非レンズ部を小さくすることができ、光学部材７０を小型にすることができる。
発光装置１は、上面視で、配線領域１４に一部が重なる第１接合領域７２を有する。また、発光装置１は、上面視で、配線領域１４に一部が重なる第２接合領域７３を有する。第３接合領域１８及び第４接合領域１９についても同様のことがいえる。配線領域１４と重なる位置に接着剤８０の接合領域が設けられるようにすることで、パッケージ１０から出射される光を邪魔せずに、また、パッケージ１０の大きさを抑えることができる。
発光装置１において、接着剤８０に係る全ての接合領域は、上面視で、複数の半導体レーザ素子２０のそれぞれから出射される光の光軸を通る仮想的な直線が通過する位置には設けられない。このようにすることで、非レンズ部を小さくすることができ、光学部材７０を小型にすることができる。
上面視で、パッケージ１０の長手方向に互いに離れている第１接合領域７２と第２接合領域７３とを最短距離で結ぶ仮想的な直線は、複数の半導体レーザ素子２０のそれぞれから出射される光の光軸を通る仮想的な直線の全てと交差する。上面視で、パッケージ１０の短手方向に互いに離れている第１接合領域７２と第２接合領域７３とを最短距離で結ぶ仮想的な直線は、複数の半導体レーザ素子２０のそれぞれから出射される光の光軸を通る仮想的な直線の全てと交差しない。
光学部材７０において、第１接合領域７２、及び、第２接合領域７３は透光性を有する。また、複数の第１接合領域７２、及び、複数の第２接合領域７３は透光性を有する。また、光学部材７０の全ての接合領域７１は透光性を有する。なお、全てでなくてもよく、１以上の第１接合領域７２、及び、１以上の第２接合領域７３が透光性を有する光学部材７０であってもよい。また、パッケージ１０についても同様のことがいえる。
また、発光装置１の光学部材７０において、第１接合領域７２内を通り第１接合領域７２に垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲は透光性を有する。また、この範囲は、第１接合領域７２内を通るいずれの直線も包含する。また、第１接合領域７２を第３接合領域１８に置き換えた場合の仮想的な直線が光学部材７０を通過する範囲は透光性を有する。
また、第２接合領域７３についても同様である。つまり、発光装置１の光学部材７０において、第２接合領域７３内を通り第２接合領域７３に垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲は透光性を有する。また、第２接合領域７３を第４接合領域１９に置き換えた場合の仮想的な直線が光学部材７０を通過する範囲は透光性を有する。
例えば、図示される発光装置１の例では、平面に第１接合領域７２および第２接合領域７３のそれぞれを有するため、第１接合領域７２内を通り第１接合領域７２を含む平面と垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲、および、第２接合領域７３内を通り第２接合領域７３を含む平面と垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲、のそれぞれは透光性を有する。図５において、接合領域７１と重なる部分がこの範囲を示している。
このように、光学部材７０の接合領域７１が透光性を有するため、光学部材７０の出射面から入射した光は、光学部材７０を通過して、接着剤８０に入射することができる。例えば、発光装置１が搭載される空間において、発光装置１が出射した光に基づく戻り光や、他の発光装置からの出射光などが、接着剤８０に入射することが考えられる。
また、発光装置１の蓋部材１５において、第３接合領域１８内を通り第３接合領域１８に垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲は、金属膜１６を除き、透光性を有する。また、この範囲は、第１接合領域７２内を通るいずれの直線も包含する。また、第３接合領域１８を第１接合領域７２に置き換えた場合の仮想的な直線が蓋部材１５を通過する範囲は、金属膜１６を除き、透光性を有する。
また、発光装置１の蓋部材１５において、第３接合領域１８内を通り第３接合領域１８に垂直な方向に進む仮想的な直線は、金属膜１６を通過する。また、第３接合領域１８を第１接合領域７２に置き換えた場合の仮想的な直線は、金属膜１６を通過する。また、第４接合領域１９についても同様である。また、第４接合領域１９を第２接合領域７３に置き換えた場合も同様である。
このように、蓋部材１５の接合領域１７が透光性を有するため、蓋部材１５の金属膜１６で反射された光は、蓋部材１５を通り、接着剤８０に入射することができる。例えば、発光装置１が搭載される空間において、発光装置１が出射した光に基づく戻り光や、他の発光装置からの出射光などが、金属膜１６に入射し、さらに、接着剤８０に入射することが考えられる。
発光装置１を光の出射側からみたときに、一箇所に設けられた接着剤８０による接合領域７１及び接合領域１７は、金属膜１６と重なる領域を有する。少なくとも一箇所の接合領域７１において、この重なる領域は接合領域７１の５０％以上を占める。また、少なくとも一箇所の接合領域１７において、この重なる領域は接合領域１７の５０％以上を占める。
図６において、２つのハッチングが重なる領域がこれを示している。図示される発光装置１の例では、光の出射側となる上面視で、パッケージＵの角に設けられた二箇所の接着剤８０に係る接合領域７１（一箇所は第１接合領域７２、一箇所は第２接合領域７３）及び接合領域１７（一箇所は第３接合領域１８、一箇所は第４接合領域１９）の７０％以上が、金属膜１６と重なっている。
また、いずれの接合領域７１及び接合領域１７においても、２０％以上が金属膜１６と重なる。図示される発光装置１の例では、パッケージＵの角からは離れた位置に設けられた二箇所の接着剤８０に係る接合領域７１（一箇所は第１接合領域７２、一箇所は第２接合領域７３）及び接合領域１７（一箇所は第３接合領域１８、一箇所は第４接合領域１９）の３０％以上が、金属膜１６と重なっている。
また、この領域内で、光学部材７０から金属膜１６に至るまでの範囲に亘って、光学部材７０及び蓋部材１５は、透光性を有する。図６において、２つのハッチングが重なる領域と重なる部分がこの範囲を示している。また、接着剤８０も、ある程度、光を透過する。例えば、発光装置１が製造された時点で、第１接着剤８１は、０％を超え１０％以下の透過率を有する。また、第２接着剤８２は、８０％以上１００％未満の透過率を有する。
接着剤８０がこのような位置に設けられることから、第１接着剤８１よりも光に対する耐性に優れた第２接着剤８２を用いることで、第１接着剤８１の接着力が戻り光などの影響で劣化し、十分な接着力が得られなくなった場合でも、パッケージ１０と光学部材７０との安定した固定が維持される。
図１０は、金属の上に光学部材を配し、この光学部材を第１接着剤及び第２接着剤のそれぞれで接合した状態で、上方からレーザ光を出射して、光学部材を通り接着剤へと照射させたときの、接着剤が焼けるまでの時間を測定した実験結果である。図１０は、接着剤に照射される光のエネルギー密度［Ｗ／ｍｍ２］と、焼け焦げるまでの時間［hours］と、の相関をグラフにしている。
なお、この実験では、接着剤の近傍に熱電対を設置し、熱電対の温度変化を測定した。また、実際に発光装置１が動作したときの状況を想定して温度を調整した。測定の結果、熱電対の温度が、安定した状態からある時点で急な上昇を始め、２～３度、あるいは、それ以上の温度上昇を起こした。そして、接合部分を観測すると、接着剤は黒く変色していた。
ここで、図１０に示されるプロットＰにおける測定結果を図１１乃至図１３に示す。この測定では、測定を開始する前に、接合部分の周辺温度を７５度に調整した。また、測定を開始し、熱電対の温度が７５度付近で安定したことを確認してからレーザ光を照射した。図１２に示すように、測定開始から３０秒～４０秒が経過した時点でレーザ光の照射が開始され、これによって、熱電対の温度が８２度付近に上昇した。
レーザ光の照射による温度上昇は８２度付近で緩やかになり、およそ一定の温度で安定した。なお、図１１に示すように、長時間を掛けてわずかに上昇している。そして、４万秒を超えたあたりで、安定した状態から急激に温度上昇を始めた。４万２千秒の時点で測定を終了し、このとき、接着剤が黒く変色していることが確認された。
この結果から、接着剤が光の照射により温度上昇を起こし、焼け焦げたものと推察された。そこで、熱電対の温度が安定した状態から急に上昇し始めた時点を、接着剤の焼けが発生し始めた時点と推定し、ここまでの照射時間を接着剤が焼けるまでの時間として、図１０の実験結果は表されている。
図１０の結果からわかるように、第１接着剤は、１．０［Ｗ／ｍｍ２］のエネルギー密度の光の照射に対して、１００時間以内で焼けている。そのため、発光装置が搭載される製品によっては、光に対する耐性がこれよりも優れた発光装置を求められることも考えられる。
また、第１接着剤よりも第２接着剤の方が、光に対する耐性に優れていることがわかる。従って、仮に、第１接着剤８１が焼け焦げて接着力を保てなくなったとしても、発光装置１においては光学部材７０の固定は維持される。従って、長時間の使用がなされた後も接着状態の安定した発光装置１を実現することができる。
なお、第１接着剤８１と第２接着剤８２は、実験で用いられたものに限らず、適当な接着剤を選択すればよい。発光装置１に採用される第１接着剤８１と第２接着剤８２としては、実験結果から、以下のような組合せの例が考えられる。
例えば、所定のエネルギー密度の光の照射に対して、１０時間以内に焼け焦げる第１接着剤８１と、１００時間では焼け焦げない第２接着剤８２との組合せが挙げられる。なお、図１０の実験では、２．７［Ｗ／ｍｍ２］のエネルギー密度の光の照射に対して、第１接着剤は３時間で焼け焦げた一方で、第２接着剤は２５０時間経過しても焼け焦げなかった。
また例えば、所定のエネルギー密度の光の照射に対して１時間以内で焼け焦げる第１接着剤８１と、１０時間では焼け焦げない第２接着剤８２との組合せが挙げられる。図１０の実験では、３．６［Ｗ／ｍｍ２］のエネルギー密度の光の照射に対して、第１接着剤は５０分で焼け焦げた一方で、第２接着剤は１１時間経過しても焼け焦げなかった。
また例えば、所定のエネルギー密度の光の照射に対して３０分以内で焼け焦げる第１接着剤８１と、５時間では焼け焦げない第２接着剤８２との組合せが挙げられる。図１０の実験では、４．５［Ｗ／ｍｍ２］のエネルギー密度の光の照射に対して、第１接着剤は１５分で焼け焦げた一方で、第２接着剤は５時間経過しても焼け焦げなかった。
また、第２接着剤８２は、少なくとも、５．０［Ｗ／ｍｍ２］以下のエネルギー密度の範囲での光の照射に対して、第１接着剤８１よりも光に対する耐性に優れている。なお、発光装置１が搭載される環境にもよるが、少なくとも、１．０［Ｗ／ｍｍ２］以下のエネルギー密度の範囲での光の照射に対して、第１接着剤８１よりも光に対する耐性に優れている第２接着剤８２であってもよい。
なお、発光装置１において、第１接着剤８１は、第２接着剤８２ではその効果が得られない、効果を得づらい、あるいは、同じ効果を得るために効率性が下がるなどといったような、第２接着剤８２に対する何らかの優位性を有している。例えば、発光装置１では、配置調整した光学部材７０を効率的に接合するために、第１接着剤８１が用いられている。
以上、本発明に係る実施形態を説明してきたが、本発明に係る発光装置は、実施形態の発光装置に厳密に限定されるものではない。つまり、本発明は、実施形態により開示された発光装置の外形や構造に限定されなければ実現できないものではない。また、全ての構成要素を必要十分に備えることを必須とせずに適用され得るものである。例えば、特許請求の範囲に、実施形態により開示された発光装置の構成要素の一部が記載されていなかった場合、その一部の構成要素については、代替、省略、形状の変形、材料の変更などの当業者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されることを特定するものである。
各実施形態に記載の発光装置は、プロジェクタ、車載ヘッドライト、ヘッドマウントディスプレイ、照明、ディスプレイ等に使用することができる。
１、２ 発光装置
１０ パッケージ
１１ 基部
１２ 底面部
１３ 側面部
１４ 配線領域
１５ 蓋部材
１６ 金属膜
１７ 接合領域
１８ 第３接合領域
１９ 第４接合領域
２０ 半導体レーザ素子
３０ サブマウント
４０ 反射部材
５０ 保護素子
６０ 配線
７０、２７０ 光学部材
７１ 接合領域
７２ 第１接合領域
７３ 第２接合領域
８０ 接着剤
８１ 第１接着剤
８２ 第２接着剤
１０ パッケージ
１１ 基部
１２ 底面部
１３ 側面部
１４ 配線領域
１５ 蓋部材
１６ 金属膜
１７ 接合領域
１８ 第３接合領域
１９ 第４接合領域
２０ 半導体レーザ素子
３０ サブマウント
４０ 反射部材
５０ 保護素子
６０ 配線
７０、２７０ 光学部材
７１ 接合領域
７２ 第１接合領域
７３ 第２接合領域
８０ 接着剤
８１ 第１接着剤
８２ 第２接着剤
Claims (11)
- 半導体レーザ素子と、
気密封止された空間を有し、空間内に前記半導体レーザ素子が配置されるパッケージと、
前記パッケージに固定される光学部材と、
前記光学部材を前記パッケージに固定する第１接着剤、及び、前記第１接着剤よりも光に対する耐性に優れた第２接着剤と、
を有し、
前記半導体レーザ素子からの光は、前記パッケージの出射面から外部へと出射し、
前記パッケージの出射面から外部へと出射する光は、前記光学部材の入射面に入射して、前記光学部材の出射面から出射し、
前記第１接着剤及び前記第２接着剤は、前記パッケージの出射面と前記光学部材の入射面との間で、前記光学部材に接合され、
前記光学部材において、前記第１接着剤が接合する１以上の第１接合領域及び前記第２接着剤が接合する１以上の第２接合領域は、前記光学部材の出射面よりも前記光学部材の入射面に近い位置に設けられ、
前記光学部材において、前記１以上の第１接合領域及び前記１以上の第２接合領域は透光性を有する発光装置。 - 前記第１接着剤は紫外線硬化樹脂であり、前記第２接着剤は熱硬化樹脂である請求項１に記載の発光装置。
- 前記光学部材において、仮想的な同一の平面上に前記第１接合領域及び前記第２接合領域を有する請求項１または２に記載の発光装置。
- 前記光学部材において、前記光学部材の出射面と反対側の平面上に前記第１接合領域及び前記第２接合領域を有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記光学部材において、前記光学部材の入射面と同じ平面上に前記第１接合領域及び前記第２接合領域を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第１接着剤及び前記第２接着剤は、前記半導体レーザ素子からの主要部分の光が、前記パッケージの出射面から出射してから前記光学部材の入射面に入射するまでの光路上に侵入することなく、前記光学部材と接合する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記第１接合領域及び前記第２接合領域は、平面上の領域であり、
前記光学部材において、前記第１接合領域内を通り前記第１接合領域を含む平面と垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲、及び、前記第２接合領域内を通り前記第２接合領域を含む平面と垂直な方向に進む仮想的な直線が通過する範囲は、透光性を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記第１接着剤及び前記第２接着剤は、前記パッケージ及び前記光学部材に接合され、
前記パッケージの出射面から前記光学部材の入射面までの距離が１００μｍ以上である請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記光学部材の前記入射面または前記出射面は、レンズ面である請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
- 前記パッケージは、前記半導体レーザ素子が配される基部と、前記パッケージの出射面を有し前記基部と接合する透光性の蓋部材と、を有し
前記第１接着剤及び前記第２接着剤は、前記光学部材と前記蓋部材とに接合する請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。 - 前記蓋部材は、前記基部と接合する領域に金属膜を有し、
前記第１接合領域は、光の出射側からみて、前記金属膜と重なる領域を有し、
前記第２接合領域は、光の出射側からみて、前記金属膜と重なる領域を有する請求項１０に記載の発光装置。
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