JP2024078851A - 発光装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】平易なパッケージ構造を有する、レンズを備えた発光装置を提供する。【解決手段】発光装置は、基部と、前記基部の上面に配置され、光を出射する発光素子と、前記上面において配置され、前記光が入射する入射面と、前記入射面とは異なる光出射面とを有し、前記光出射面から光を取り出す波長変換部材と、前記波長変換部材の前記光出射面側で前記波長変換部材と接合するレンズ部材と、前記基部と接続し、前記発光素子、前記波長変換部材、及び前記レンズ部材を封止する封止空間を形成する枠部と、を備える。【選択図】図2

Description

本開示は、発光装置に関する。
レーザ光を波長変換する発光装置において、波長変換光をコリメートレンズなどにより制御する場合がある。特許文献1には、半導体レーザを有し、出射された光をセラミック蛍光体に入射し、セラミック蛍光体に入射した光を異なる波長の光に変換してハウジングの外部に照明光を出射する発光装置が開示されている。特許文献1に開示の発光装置では、ハウジングの外部にレンズを設け、照明光を制御している。
特開2013-254690号公報
特許文献1に開示の技術は、波長変換された光をハウジングの外部に設けられたレンズで制御しているが、ハウジングの構造が複雑である。レンズを備える発光装置を、より簡略化された構造で実現できる余地がある。
本開示の一実施形態に係る発光装置は、基部と、前記基部の上面に配置され、光を出射する発光素子と、前記上面において配置され、前記光が入射する入射面と、前記入射面とは異なる光出射面とを有し、前記光出射面から光を取り出す波長変換部材と、前記波長変換部材の前記光出射面側で前記波長変換部材と接合するレンズ部材と、前記基部と接続し、前記発光素子、前記波長変換部材、及び前記レンズ部材を封止する封止空間を形成する枠部と、を備える。
本開示の一実施形態によれば、平易なパッケージ構造を有するレンズを備えた発光装置を実現できる。
図1は、第1実施形態及び第2実施形態に係る発光装置を例示する斜視図である。 図2は、図1の発光装置から蓋部を除いた斜視図である。 図3は、図2の上面図である。 図4は、図1のIV-IV線における、第1実施形態の発光装置の断面図である。 図5は、本実施形態に係る波長変換部材の斜視図である。 図6は、図5のVI-VI線における波長変換部材の断面図である。 図7は、本実施形態に係る蛍光部の斜視図である。 図8は、図3に示す発光装置の上面図の部分Xを拡大した拡大上面図である。 図9は、図4に示す発光装置の断面図の部分Yを拡大した拡大断面図である。 図10は、第1実施形態の変形例に係る発光装置の断面図の部分Yを拡大した拡大断面図である。 図11は、図1のXI-XI線における、第2実施形態に係る発光装置の断面図である。 図12は、図11に示す発光装置の断面図の部分Zを拡大した拡大断面図である。 図13は、第3実施形態に係る発光装置を例示する斜視図である。 図14は、図13に示す発光装置の上面図である。 図15は、図14のXV-XV線における発光装置の断面図である。 図16は、第3実施形態の変形例に係る発光装置を例示する斜視図である。 図17は、図16に示す発光装置の上面図である。 図18は、図17のXVIII-XVIII線における発光装置の断面図である。 図19は、第4実施形態に係る発光装置を例示する斜視図である。 図20は、図19に示す発光装置から蓋部を取り除いた斜視図である。 図21は、図20に対応する上面図である。 図22は、図19のXXII-XXII線における発光装置の断面図であ 図23は、図19のXXIII-XXIII線における発光装置の断面図である。 図24は、図23の部分Aを拡大した拡大断面図である。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語(例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語)を用いる。しかし、本明細書で用いる「上」、「下」、等の方向や位置を示す用語は、それぞれの構成、部材の相対的な方向や位置関係を明示するために用いるものであり、例えば使用時における関係と一致していなくてもよい。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
また、本開示において、三角形や四角形等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、本開示で記載される“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、台形や円形や凹凸等、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”等と記載するものとする。
さらに、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための発光装置等を例示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施形態において説明する内容は、他の実施形態や変形例にも適用可能である。また、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、誇張している場合がある。さらに、図面が過度に複雑になることを避けるために、一部の要素の図示を省略した模式図を用いたり、断面図として切断面のみを示す端面図を用いたりすることがある。
[第1実施形態]
図1から図10を参照して、第1実施形態に係る発光装置100、101について説明する。図1は、発光装置100、101を例示する斜視図である。図2は、図1に係る発光装置100、101から蓋部113を取り除いた斜視図である。図3は、図2に示す蓋部を取り除いた発光装置100、101の上面図である。図4は、発光装置100、101を例示する、図1のIV-IV線における断面図である。図5は、波長変換部材140の斜視図である。図6は、図5のVI-VI線における波長変換部材140の断面図である。図7は、蛍光部141を例示する斜視図である。図8は、図3に示す発光装置100、101の上面図の部分Xを拡大した拡大上面図である。図9は、図4に示す発光装置100の断面図の部分Yを拡大した拡大断面図である。図10は、図4に示す変形例に係る発光装置101の部分Yを拡大した拡大断面図である。
発光装置100は、パッケージ110、発光素子120、波長変換部材140、及びレンズ部材160と、を備える。図示する例では、サブマウント130及び135と、保護素子150と、配線170と、接合材180と、をさらに備える。なお、これらの構成要素は必須ではない。
まず、図1~図10を参照して、発光装置100の各構成要素について説明する。
図1~図6、及び図8~図10には、参考のため、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸と平行な方向を、それぞれ第1方向X、第2方向Y、第3方向Zとする。
(パッケージ110)
パッケージ110は、基部111と、側部112と、蓋部113とを有している。基部111は、上面111a、及び下面111bを有している。基部111は、上面視で外形が矩形である。この矩形は、長辺と短辺を有する矩形であってよい。なお、上面視における基部111の外形は、矩形でなくてもよい。特に正方形を除外するような言及がされていない限り、矩形には正方形も含まれてよいものとする。
側部112は、基部111の上面111aと接続して上面111aよりも上方に延伸する。側部112は、上面112a、第1下面112b、1又は複数の内側面、1又は複数の外側面を有している。側部112の上面112aは、1又は複数の外側面と交わる。上面112aの外縁形状は、例えば矩形である。上面112aの内縁形状は、例えば矩形である。側部112の1又は複数の内側面は、基部111の上面111aと交わる。
基部111と側部112により、側部112の上面112aから基部111の上面111aの方向に窪んだ凹形状が形成される。凹形状は、上面視で側部112の外形の内側に形成される。上面視で、基部111の上面111aの少なくとも一部は、側部112の1又は複数の内側面が形成する枠によって囲まれる。この枠の外形は、長辺と短辺を有する矩形である。基部111と側部112は、別々に形成され、接合される。なお、基部111と側部112は、一体に形成されても良い。
パッケージ110において、側部112の内側には、段差部が設けられる。具体的には、側部112は、上面視で第1段差部114又は/及び第2段差部115を有する。図2及び図3の例では、上面視で、側部112は、上面112aの内縁形状の第1方向Xに延伸する2辺それぞれに沿って上面114a、上面115aを有する。上面視で、上面114aは、上面112aの第1方向Xに延伸する一方の辺に沿って設けられる。上面視で、上面115aは、上面112aの第1方向Xに延伸する他方の辺に沿って設けられる。側部112において、上面114a及び上面115aは、第1方向Xに延伸する辺の全長に亘って設けられる。また、第1段差部114は、上面114aと交わり下方に進む内側面を有する。第2段差部115は上面115aと交わり下方に進む内側面を有する。
上面114a及び上面115aは、基部111の上面111aよりも上方、かつ、側部112の上面112aよりも下方に位置する。また、上面114a及び上面115aは、例えば、基部111の上面111aと平行になり得る。
ここで、第1段差部114及び第2段差部115について説明する。第1段差部114は、上面114aと、上面114aに交わり下方に進む内側面の部分を指す。同様に、第2段差部115は、上面115aと、上面115aに交わり下方に進む内側面の部分を指す。側部112の上面112aから下方に進み、上面114aと交わる内側面は、第1段差部114に含まれない。同様に、上面112aから下方に進み、上面115aに交わる内側面は、第2段差部115に含まれない。
上面114a及び上面115aには、1又は複数の金属膜が設けられてもよい。また、第1下面112bには、1又は複数の金属膜が設けられてもよい。第1下面112bと上面114a及び上面115aに設けられる金属膜は、側部112の内部に設けられるビア配線を介して、電気的に接続する。なお、上面114a又は/及び上面115aに設けられる1又は複数の金属膜と電気的に接続するように、上面112aに1又は複数の金属膜を設けてもよい。金属膜には、例えば、Ni/Au(Ni、Auの順で積層した金属膜)やTi/Pt/Au(Ti、Pt、Auの順で積層した金属膜)などを用いることができる。
図4に示すように、側部112は、基部111の上面111aと接する第2下面112cをさらに有してもよい。第2下面112cは、基部111の上面111aと、例えば金属接着剤を介して接合される。図示する例では、上面視で、第2下面112cは、上面112aの一部と重なる。側部112は、第2下面112cと交わり、下方に伸びる1又は複数の側面112dをさらに有し得る。これらの側面112dは、さらに第1下面112bと交わる。第2下面112cは、例えば、基部111の上面111aと平行である。図示する例では、側面112dは、基部111の側面と離隔している。
図1、図4に示すように、蓋部113は、上面113aと、下面113bと、上面113a及び下面113bと交わる1又は複数の側面とを有している。1又は複数の側面は上面113aの外縁と下面113bの外縁とを接続する。蓋部113は、例えば、直方体又は立方体である。この場合、蓋部113の上面113a及び下面113bはいずれも矩形であり、蓋部113は4つの矩形の側面を有する。ただし、蓋部113は、直方体や立方体には限定されない。すなわち、蓋部113は、上面視で矩形には限定されず、円形、楕円形、多角形等の任意の形状とすることが可能である。
蓋部113は側部112に支持され、基部111の上面111aの上方に配置されている。蓋部113の下面113bの外周部は、例えば、側部112の上面112aと接合されている。蓋部113が側部112に接合されることで、基部111、側部112、及び蓋部113に囲まれた封止空間が形成される。下面113bは、基部111の上面111aと封止空間を介して対向する。また、下面113bは、少なくともその一部が封止空間を確定する。なお、後述するように、本明細書において、側部112及び蓋部113を合わせて「枠部」と呼ぶ場合がある。
基部111の上面111aに垂直な方向(第3方向Z)において、基部111の上面111aから第1段差部114の上面114a(あるいは第2段差部115の上面115a)までの長さは、第1段差部114の上面114a(あるいは第2段差部115の上面115a)から蓋部113の下面113bまでの長さよりも短い。言い換えると、基部111、側部112、及び蓋部113により形成される封止空間に対して、上面114a(あるいは上面115a)は、その1/2の高さよりも低い位置に配置される。
基部111は、例えば、金属を主材料として形成することができる。例えば、金属として、銅、銅合金等を用いることができる。また、側部112は、例えば、セラミックスを主材料として形成することができる。例えば、セラミックスとして、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いることができる。なお、基部111及び側部112を同じ材料から一体に形成してもよい。例えば、これらの部材を、セラミックスを主材料として形成してもよいし、絶縁性を有する他の材料を主材料として形成してもよい。
蓋部113は、所定波長の光を透過させる光透過領域を有する。、蓋部113の下面113bの少なくとも一部が光入射面であり、上面113aの少なくとも一部が光出射面である。蓋部113の光透過領域は、例えば、サファイアを主材料に用いて形成できる。サファイアは、比較的透過率が高く、比較的強度も高い材料である。なお、蓋部113の光透過領域の主材料には、サファイアの他に、例えば、石英、炭化ケイ素、又は、ガラス等を含む透光性の材料を用いてもよい。また、蓋部113全体を光透過領域として形成してもよい。
(発光素子120)
図示される発光装置100の例では、1つの発光素子120が搭載されている。なお、発光装置100は、複数の発光素子を搭載してもよい。発光素子120は、指向性を有する光を出射する。発光素子120は、例えば、半導体レーザ素子である。図1~図4に例示的に図示される発光装置100では、発光素子120として、半導体レーザ素子が採用されている。
発光素子120は、例えば、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、発光素子120から放射される光の出射端面となる。また、発光素子120の上面及び下面は、出射端面よりも面積が大きい。
ここで、発光素子120が半導体レーザ素子である場合について説明する。発光素子120から放射される光(レーザ光)は拡がりを有し、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。ここで、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を示す。
発光素子120から出射される楕円形状の光に基づき、楕円形状の長径を通る方向をFFPの速軸方向、楕円形状の短径を通る方向をFFPの遅軸方向とする。発光素子120におけるFFPの速軸方向は、発光素子120の活性層を含む複数の半導体層が積層される積層方向と一致し得る。
また、発光素子120のFFPの光強度分布に基づいて、ピーク強度値に対する1/e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。また、この光強度分布において1/eの強度に相当する角度を拡がり角と呼ぶものとする。FFPの速軸方向における拡がり角は、FFPの遅軸方向における拡がり角よりも大きい。
また、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、あるいは、光軸を通る光、と呼ぶものとする。また、FFPの楕円形上の中心を進む光の光路を、その光の光軸、と呼ぶものとする。
発光素子120として、青色光、緑色光、又は赤色光を出射する発光素子を用いることができる。本開示における発光素子120が出射する青色光は、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。青色光及び緑色光を出射する発光素子120としては、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、又はAlGaNを用いることができる。赤色光を出射する発光素子120としては、InAlGaP系、GaInP系、GaAs系、及びAlGaAs系のいずれかの半導体材料を含む半導体レーザ素子が挙げられる。
なお、発光素子120から出射される光の色は、これに限らなくてよい。また、発光素子120は、ここで挙げた波長範囲外の波長の光を出射してもよい。
(サブマウント130)
サブマウント130は、例えば、直方体の形状で構成され、下面、上面、及び、1または複数の側面を有する。また、サブマウント130は上下方向の幅が最も小さい。なお、形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント130は、例えば、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成されるが、他の材料を用いてもよい。また、サブマウント130の上面には、例えば厚さ1μm~300μmの金属部が設けられてよい。この金属部として、例えば銅を用いることができる。金属部を設けることにより、放熱性の高いサブマウントとすることができる。さらに、金属部の上面に、さらに金属膜が設けることができる。金属膜には、例えば、Ni/Au(Ni、Auの順で積層した金属膜)やTi/Pt/Au(Ti、Pt、Auの順で積層した金属膜)などを用いることができる。なお、金属部や金属膜は、所望により省略してもよい。
(サブマウント135)
サブマウント135は、例えば、サブマウント130と同様に直方体であり、同じ材料から形成されるものを用いることができる。なお、サブマウント130と異なる形状を有し、異なる材料から形成されるものを用いても良い。
(波長変換部材140)
波長変換部材140は、入射する特定の波長の光を異なる波長の光に変換する部材である。本実施形態に係る波長変換部材140は、光が入射する光入射面と、光入射面とは異なる位置に設けられる光出射面とを有する。
図5、図6に示す例では、波長変換部材140は、蛍光部141と、包囲部142とを有する。蛍光部141は、光が入射する光入射面を有する。包囲部142は、蛍光部141の複数の側面を包囲する複数の内側面を有する。包囲部142は、蛍光部141の全面を包囲しない。少なくとも、蛍光部141の光入射面と光出射面は、包囲部に包囲されずに露出する。図示する例では、蛍光部141の入射側面141cが波長変換部材140の光入射面の少なくとも一部を構成し、上面141aが波長変換部材140の光出射面の少なくとも一部を構成する。なお、波長変換部材140は、蛍光部141及び包囲部142から構成されなくともよく、例えば蛍光部141のみから構成されてもよい。
図7を参照して、蛍光部141についてさらに説明する。蛍光部141は、上面141aの反対側に下面141bを有する。また、蛍光部141は、入射側面141cを含む複数の側面をさらに有する。図5に示す例では、蛍光部141は、入射側面141cを除く複数の側面が包囲部142に包囲される。
次に包囲部142について説明する。包囲部142は、上面142aと、上面の反対側に位置する1又は複数の下面と、上面142aの内縁と交わり、蛍光部141の複数の側面と接触する複数の内側面と、上面142aの外縁又は/及び下面の外縁に交わる複数の外側面とを有する。また、包囲部142は、1または複数の内側面において、入射する特定の波長の光を反射する。この反射率は、例えば80%以上100%以下であり得る。
包囲部142は、蛍光部141の複数の側面の周囲を被覆する。ただし、蛍光部141の入射側面141cは、包囲部142には被覆されず、包囲部142から露出する。これにより、例えば入射側面141cから入射し、蛍光部141の他の側面から出射する光を蛍光部141に反射する。蛍光部141に入射した光は、上面141aから出射される。
上面視で、包囲部142の、1又は複数の外側面と上面142aとを接続する辺は、いずれも、蛍光部141の側面から離隔する。図示する例では、包囲部142の一つの外側面である接続面142cが、蛍光部141の入射側面141cと連続する一つの平面または曲面を含む1つの面を形成する。図示する例では、接続面142cは、入射側面141cと連続した面を形成しており、入射側面141cと共に、上端が曲面形状を有している。
蛍光部141の上面141aと包囲部142の上面142aが、連続する1つの平面を形成する。また、蛍光部141の下面141bと包囲部142の下面142bが、連続する1つの平面を形成する。
図示する例では、包囲部142は、さらに突出部142tを備える。突出部142tは、入射側面141cよりも上方側において、入射側面141cよりも、入射側面141cに垂直な方向に関して蛍光部141の反対側に向かって突起している。
突出部142tは、包囲部142の上面142aの一部、複数の外側面の一部、及び1つの下面を含む。突出部142tを構成する下面は、前述の包囲部142の下面142bとは別の下面である。また、突出部142tを構成する複数の外側面は、入射側面141c及び接続面142cと同じ方向を向く突出面142dを有する。
蛍光部141の母材は、光の照射により分解されにくい無機材料を主材料に用いて形成することが好ましい。主材料として、例えば、セラミックスが挙げられる。また、セラミックスの例として、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、又は酸化マグネシウムが挙げられる。なお、蛍光部141の母材に用いる主材料は、セラミックスには限定されず、他にサファイアや石英が挙げられる。また、主材料とは、その構成要素において、重量比または体積比で、最も多くの割合を占める材料を指し、主材料のみでその構成要素を形成する場合も含まれる。
蛍光部141は、例えば、蛍光体と、酸化アルミニウム等の透光性材料とを焼結させて形成できる。蛍光体の含有量は、セラミックスの総体積に対して0.05体積%~50体積%とすることができる。また、例えば、蛍光体の紛体を焼結させた、実質的に蛍光体のみからなるセラミックスを用いてもよい。また、蛍光部141は、蛍光体の単結晶で形成されてもよい。
蛍光体としては、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)、ユウロピウムで賦活されたシリケート((Sr,Ba)SiO)、αサイアロン蛍光体、βサイアロン蛍光体等が挙げられる。なかでも、YAG蛍光体は、耐熱性が良好である。
包囲部142は、例えば、セラミックスを主材料として形成された焼結体である。主材料に用いられるセラミックスとしては、例えば、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム等が挙げられる。なお、包囲部142は、セラミックスを主材料としなくてもよい。包囲部142は、例えば、金属や、セラミックスと金属の複合体や、樹脂等を用いて形成されてもよい。
波長変換部材140は、蛍光部141と包囲部142とを一体的に形成して構成することができる。なお、蛍光部141と包囲部142を別々に形成し、これらを接合して波長変換部材140を形成してもよい。蛍光部141と包囲部142とは、例えば、焼結体によって一体的に形成される。例えば、蛍光部141の焼結体を形成した上で、蛍光部141と一体的に包囲部142の焼結体を形成することで、一体焼結体を形成することができる。
ここまで、波長変換部材140の形状、主材料を説明したが、波長変換部材140の構成はこれに限定されない。また、本明細書では、「波長変換部材の光入射面」とは、蛍光部141の入射側面141c及び包囲部142の接続面142c全体を指し、「波長変換部材の光出射面(上面)」とは、蛍光部141の上面141a及び包囲部142の上面142a全体を指すものとする。同様に、「波長変換部材の下面」とは、蛍光部141の下面141b及び包囲部142の下面142b全体を指すものとする。なお、波長変換部材140が蛍光部141のみから構成される場合は、この限りではない。
(保護素子150)
保護素子150は半導体レーザ素子等の発光素子を保護するための構成要素である。例えば保護素子150は、半導体レーザ素子等の特定の素子に過剰な電流が流れて破壊されることを防ぐための構成要素である。保護素子150としては、例えば、Siで形成されたツェナーダイオードを使用できる。また例えば、保護素子150は、特定の素子が温度環境によって故障しないように温度を測定するための構成要素であってもよい。このような温度測定素子としては、サーミスタを使用できる。温度測定素子は、発光素子120の出射端面の近くに配置するのがよい。
(レンズ部材160)
レンズ部材160は、光が入射するレンズ入射面161、及び光が出射するレンズ出射面162を有する。図示する例では、レンズ入射面161は平面形状を有する。レンズ入射面161は、曲面形状を有さない。レンズ出射面は曲面形状と平面形状を有する。図示する例では、レンズ部材160は、曲面形状を有するレンズ部160Aと、平面形状を有する平面部160Bとを有する。レンズ部160Aは、レンズ出射面162の少なくとも曲面形状の一部を含む。レンズ部160Aはレンズ入射面161を含まない。平面部160Bは、レンズ入射面161を含む。平面部160Bは、レンズ出射面162の少なくとも一部を含む。
レンズ入射面161の法線方向から見る上面視で、レンズ部160Aの外縁を平面部160Bが包含する。また、レンズ部160Aは、レンズ出射面162の平面と重なり当該平面に平行な面と、レンズ出射面162の曲面とによって規定される。平面部160Bは、レンズ入射面161と、レンズ入射面161と交わる1又は複数の側面と、レンズ出射面162の平面に重なり、当該平面に平行な面と、によって規定される。当該法線方向において、レンズ部160Aの長さは、平面部160Bの長さよりも長い。ここで、レンズ部160Aの長さとは、同法線方向における、レンズ出射面162の平面から、レンズ出射面162の曲面のレンズ出射面162の平面から最も遠い点までの長さを指す。レンズ部材160は、レンズ入射面161に入射する光をコリメートするコリメートレンズであり得る。なお、レンズ部材160は、コリメートレンズに限定されず、入射する光を集光する集光レンズであってもよい。また、レンズ部材160は、透光性を有する材料から形成され、その材料の例として、例えばガラス、プラスチック、樹脂等が挙げられる。
ここまで、レンズ部材160の形状、材料について説明したが、レンズ部材160の形状、材料についてはこれに限定されない。後述する変形例のように、レンズ部材160は、平面部を有さない形状であってよいし、レンズ入射面が曲面形状を含んでいてもよい。
(配線170)
配線170は、両端を接合部とする線状の形状を有する導電体から構成される。言い換えると、配線170は、線状部分の両端に、他の構成要素と接合する接合部を有する。配線170は、2つの構成要素間の電気的な接続に用いられる。配線170としては、例えば、金属のワイヤを用いることができる。金属としては、例えば、金、アルミニウム、銀、銅、タングステンなどが挙げられる。
(接合材180)
接合材180は、透光性を有する部材であり、例えば透光性を有する接着剤である。ここで、「透光性を有する」とは、特定の波長を有する光に対する透過率が50%以上であることを示すものとする。接合材180の例としては、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂などの接着剤が挙げられる。紫外線硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂又はアクリレート系樹脂の接着剤を用いることができる。熱硬化性樹脂としては、エポキシ系樹脂又は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100)
次に、図1~図10を参照して、発光装置100を説明する。
発光装置100において、基部111の上面111aに、発光素子120及び波長変換部材140が配置される。図示する例では、発光素子120は、サブマウント130を介して上面111aに配置されている。波長変換部材140は、サブマウント135を介して上面111aに配置される。波長変換部材140は、その光入射面と発光素子120の出射端面120aとが対向するように配置される。より具体的には、蛍光部141の入射側面141cと、出射端面120aとが対向する。図示する例では、入射側面141cが有する平面部分と出射端面120aは平行である。なお、入射側面141cが曲面部分を有する場合、曲面部分は出射端面120aと平行でなくともよい。
基部111の上面111aに垂直な第3方向Zにおいて、発光素子120の下面よりも、波長変換部材140の下面のほうが低い位置にある。つまり、第3方向Zにおいて、サブマウント130の厚みは、サブマウント135の厚みよりも厚い。このように、異なる厚みのサブマウントにそれぞれの部材を配置することにより、発光素子120から出射される光のうち、下方に進む光も蛍光部141に効率よく入射させることができる。サブマウント130及びサブマウント135は、例えば、金属接着剤を介して上面111aに接合される。さらに、波長変換部材140の上方に、レンズ部材160が配置される。
発光装置100は、発光素子120、波長変換部材140、及びレンズ部材160の側方及び上方を囲む枠部をさらに有する。基部111及び枠部によって、発光素子120、波長変換部材140、及びレンズ部材160が配置される封止空間を形成する。図示する例において、発光素子120、波長変換部材140、及びレンズ部材160は、基部111、側部112、及び蓋部113によって形成される封止空間に配置される。このように、レンズ部材160が、発光素子120及び波長変換部材140と同じ封止空間に配置されることにより、発光装置100の構造を比較的平易な構造とすることができる。また、レンズ部材160が封止空間内に配置されることで、第3方向Zにおける高さが高くなるように側部112を設ける。これにより、例えば波長変換部材140の破損や、脱落が生じた場合にも、発光素子120から出射した光は側部112に吸収される。発光素子120から出射した光が直接発光装置100の外部に出射されることを抑制できる。
レンズ部材160は、波長変換部材140の光出射面側において、波長変換部材140と接合する。より具体的には、透光性を有する接合材180を介してレンズ部材160のレンズ入射面161が接合される。図9の例では、接合材180はレンズ入射面161全面と接する。また、接合材180は、波長変換部材140の上面において、蛍光部141の上面141a及び包囲部142の上面142aにまたがって接している。なお、接合材180は、レンズ入射面161の全面に接しなくともよい。図10に示す変形例では、発光装置101において、接合材180は、レンズ入射面161の周縁部とのみ接する。また、接合材180は、波長変換部材140の上面において、包囲部142の上面142aに設けられる。接合材180は、蛍光部141の上面141aには設けられない。言い換えると、接合材180は、上面142aと接し、上面141aとは接しない。
図8、図9に示すように、上面視で、レンズ部材160のレンズ入射面161の外縁は、波長変換部材140の上面全体に包含される。より詳細には、上面視で、レンズ入射面161の外縁は、蛍光部141の上面141aの外縁を包含する。上面視で、レンズ入射面161は、包囲部142の上面の少なくとも一部と重なる。また、上面視で、包囲部142の上面142aは、レンズ入射面161の外縁を包含する。包囲部142は、突出部142tにおいてレンズ部材160と接合する。また、上面視で、レンズ部160Aは蛍光部141の上面141aを包含する。上面視で、レンズ部160Aは包囲部142の上面142aの少なくとも一部と重なる。
上面視で、レンズ部材160のレンズ入射面161の外縁は、波長変換部材140の下面には包含されない。同様に、レンズ部160Aは、上面視で、波長変換部材140の下面には包含されない。レンズ部160Aは、上面視で蛍光部141の下面141bを包含する。また、レンズ部160Aは、上面視で包囲部142の下面142bの一部と重なる。
第1方向Xに関して、蛍光部の入射側面141cは、発光素子120の出射端面120aと重なり、当該端面に平行な平面と、レンズ部材160のレンズ光軸OBを通り、出射端面120aに平行な平面の間に位置する。また、第1方向Xに関して、蛍光部の突出面142dと重なり、当該面に平行な平面は、発光素子120と交わる。
上面視で、レンズ部材160全体は、蛍光部141の上面141a及び包囲部142の上面142aと重なる。言い換えると、上面視で、レンズ部材160の平面部160Bは、上面141a及び上面142aと重なる。また、上面視で、レンズ部材160のレンズ部160Aは、上面141a及び上面142aと重なる。また、レンズ部材160のレンズ光軸を通る直線は、蛍光部の上面141a及び下面141bを通過する。
上面視で、レンズ部160Aと蛍光部141の上面141aが重なる面積は、レンズ部160Aと包囲部142の上面142aが重なる面積よりも大きい。上面視で、レンズ部材160全体と上面141aが重なる面積は、レンズ部材160全体と上面142aが重なる面積よりも小さい。言い換えると、上面視で、平面部160Bと上面141aが重なる面積は、平面部160Bと上面142aが重なる面積よりも小さい。
上面視で、レンズ部材160は、蛍光部141の下面141b全面及び包囲部142の下面142bの少なくとも一部と重なる。また、上面視で、レンズ部160Aは、下面141b全面及び下面142bの少なくとも一部と重なる。上面視で、レンズ部160Aと蛍光部141の下面141bとが重なる面積は、レンズ部160Aと蛍光部141の上面141aとが重なる面積よりも小さい。上面視で、レンズ部160Aと下面141bが重なる面積は、レンズ部160Aと上面141aが重なる面積の例えば95%以下である。また、上面視で、レンズ部160Aが、上面141aと重なり、かつ下面141bと重ならない部分の面積は、レンズ部160Aが、上面141a及び下面141bと重なる面積の5%以上である。
発光素子120は、その側方に光を出射する。図示する例では、第1方向Xの正方向に進行するように光を出射する。発光素子120からその側方に出射した光は、波長変換部材140の光入射面に入射する。さらに、波長変換部材140に入射した光は波長変換され、波長変換部材140の光出射面から出射する。この時、光入射面と重なり、光入射面に平行な仮想的な平面と、光出射面に重なり、光出射面に平行な仮想的な平面は、交わる。光入射面の形状と光出射面の形状は異なる。さらに、蛍光部141の入射側面141cの形状と蛍光部141の上面141aの形状は異なる。入射側面141cの面積と、上面141aの面積は異なり、上面141aの面積は、入射側面141cの面積の2倍以上である。光出射面から上方に出射した光は、レンズ部材160に入射する。より具体的には、上面141aから出射された光は、レンズ部材160のレンズ入射面161に入射する。
レンズ部材160のレンズ入射面161に入射した光は、レンズ出射面162から出射する。レンズ出射面162から出射された光は、枠部を通過し、発光装置100の外部に出射される。より具体的には、レンズ出射面162から出射された光は、蓋部113の下面113bに入射し、上面113aから出射される。蓋部113の上面113aにおける光の照射領域の面積は、下面113bにおける光の照射領域の面積の1.5倍以下である。
上面視で、発光素子120の出射端面120aと、波長変換部材140の包囲部142は重なる。より詳細には、上面視で、出射端面120aと包囲部142の突出部142tは重なる。また、出射端面120aとレンズ部材160は重なる。図示する例において、出射端面120aと、レンズ部160A及び平面部160Bとは重なる。
基部111の上面111aの垂直方向(第3方向Z)において、第1段差部114の上面114a(あるいは第2段差部115の上面115a)は、レンズ部材160のレンズ入射面161よりも上方に位置する。また、上面114a(あるいは上面115a)は、レンズ出射面162よりも下方に位置する。また、第3方向Zにおいて、レンズ部材160の長さと、レンズ入射面161からの下面113bまでの長さとの差は、例えば300μm以下である。発光装置100のサイズを小型化するため、同差は、150μm以下であることが望ましい。また、第3方向Zにおいて、レンズ部材160の長さは、封止空間の長さ(基部111の上面111aから蓋部113の下面113bまでの長さ)の1/2以下であり得る。
発光素子120から出射する光の光軸方向(第1方向X)において、レンズ部材160の長さは、波長変換部材140の上面の長さよりも小さい。第1方向Xにおいて、レンズ部材160の長さは、波長変換部材140の下面の長さよりも大きい。第1方向Xにおいて、レンズ部材160の大きさは、対向する内側面の間の距離の0.5倍以下である。
図示する例において、発光素子120から出射される光の光軸をOAで示している。上面視で、レンズ部材160は光軸OAに対して線対称であってもよい。また、上面視で、波長変換部材140は、光軸OAに対して線対称であってもよい。なお、光軸OAの方向は、第1方向Xと平行である。同様に、レンズ部160Aは、光軸OAに対して線対称であり得る。蛍光部141の上面141aは、光軸OAに対して線対称であり得る。
上面視で、サブマウント130は、光軸OAに対して線対称には配置されない。より具体的には、サブマウント130は、光軸OAに対して、第2方向Yの正方向側に寄って基部111の上面111aに配置される。サブマウント130の第2方向Yに延伸する一方の側面と、第1段差部114の側面との距離は、サブマウント130の第2方向Yに延伸する他方の側面と、第2段差部115の側面との距離よりも長い。サブマウント130の第2方向Yに延伸する一方の側面と第1段差部114の側面との距離と、サブマウント130の第2方向Yに延伸する他方の側面と第2段差部115の側面との距離の差は、例えば150μm以上である。
発光素子120は、第2方向Yにおいて、基部111の上面111aのおよそ中央に配置される。発光素子120は、サブマウント130の上面において、第2方向Yに延伸する2辺のうち、一方の辺側に寄って配置される。また、保護素子150は、サブマウント130の上面に配置される。保護素子150は、サブマウント130の上面において、第2方向Yに延伸する2辺のうち、発光素子120に近い辺の反対側の辺側に配置される。
第1段差部114の上面114a及び第2段差部115の上面115aは、例えば、基部111の上面111aを基準として、発光素子120の上面の高さよりも高い。また、図示する例では、上面114a及び上面115aは、例えば、上面111aを基準として、レンズ部材160のレンズ入射面161よりも低い。また、発光素子120の上面から上面114a(上面115a)までの長さは、上面114a(上面115a)からレンズ入射面161までの長さよりも長い。上面114a(上面115a)からレンズ入射面161までの長さは、例えば300μm以下である。
発光素子120は、配線170を介して、上面114a及び上面115aに設けられた金属膜と電気的に接続されている。図示する発光装置100は、複数の配線170を有している。複数の配線170には、両端のうち一端の接合部が上面114aに接合され、他端の接合部が発光素子120の上面に接合される配線170が含まれる。また、複数の配線170には、一端が保護素子150の上面に接合され、他端が上面114aに接合される配線170が含まれる。さらに、一端が上面115aに接合され、他端がサブマウント130上に接合される配線170が含まれる。図示する例において、上面114aに接合される配線170の長さは、上面115aに接合される配線170の長さよりも長い。
発光素子120と外部電源との電気的な接続には、例えば、基部111の下面111b又は/及び側部112の第1下面112bに設けられた金属膜を利用することができる。これにより、ビアホールに設けられた金属材料を介して上面114a又は/及び上面115aに設けられた金属膜と電気的に接続された下面111b又は/及び第1下面112bの金属膜を介して、発光素子120と外部電源とを電気的に接続できる。
蓋部113は、レンズ出射面162から出射した光を外部に出射させる光透過領域を有する。蓋部113の下面113b全体が入射面であり、蓋部113全体が光透過領域であってもよい。蓋部113の光透過領域は、レンズ部材160のレンズ出射面162から出射される光の50%以上、さらには70%以上を透過させることが好ましい。なお、蓋部113はその一部にのみ光透過領域を有してもよい。また、蓋部113の下面113bには、レンズ部材160からの光が照射される光照射領域を除く領域に遮光膜が設けられていてもよい。遮光膜として、例えば金属膜が設けられる。同様に、上面113aに遮光膜が設けられていてもよい。
[第2実施形態]
図1、図11、及び図12を参照して、第2実施形態に係る発光装置200を説明する。図1は、第2実施形態に係る発光装置200の斜視図である。図11は、図1のXI-XI線における発光装置200の断面図である。図12は、図11の部分Zを拡大した拡大断面図である。なお、図11、図12には、参考のため、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸と平行な方向を、それぞれ第1方向X、第2方向Y、第3方向Zとしている。
図に示すように、発光装置200では、少なくともレンズ部材160に代わって、レンズ入射面261が曲面形状を含むレンズ部材260を備える点において、発光装置100と相違する。以下、発光装置200の発光装置100との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する部分については適宜省略する。
(レンズ部材260)
レンズ部材260は、レンズ入射面261と、レンズ出射面262を有する。レンズ入射面261は曲面形状を有する。図示する例において、レンズ部材260のレンズ入射面261は、平面形状と曲面形状を有する。レンズ入射面261は、その外周部分に平面形状を有し、その内側部分に曲面形状を有する。レンズ入射面261の曲面形状は、平面形状に対して、レンズ出射面262側にへこむ形状である。レンズ出射面262は、曲面形状を有する。レンズ出射面262は、平面形状を有さない。なお、レンズ出射面262は、一部に平面形状を含んでいてもよい。
(発光装置200)
発光装置100のレンズ部材160と同様に、発光装置200のレンズ部材260は、波長変換部材140の上方に配置される。レンズ部材260は、レンズ入射面側において、波長変換部材140の上面に接合材180を介して接合される。接合材180は、レンズ入射面261の平面形状の部分と接する。接合材180は、レンズ入射面261の曲面形状の部分とは接しない。接合材180は、波長変換部材140の包囲部142の上面142aと接する。蛍光部141の上面141aとは接しない。また、レンズ部材260のレンズ入射面261と波長変換部材140の蛍光部141との間には、空間がある。
上面視で、レンズ入射面261は、蛍光部141の上面141a及び包囲部142の上面142aと重なる。上面視で、レンズ入射面261の曲面形状は、上面141a及び142aと重なる。上面視で、レンズ入射面261の平面形状は、上面142aと重なる。上面視で、レンズ入射面261の平面形状は、上面141aとは重ならない。
第2方向Yから見る側面視で、波長変換部材140の上面とレンズ入射面261の曲面形状との間の空間の第3方向Zにおける厚みは、一定でない。また、同側面視で、レンズ部材260の光軸を通る直線に関して、空間の第3方向Zにおける長さが最長となる。また、レンズ入射面261の曲面形状の曲率とレンズ出射面262の曲面形状の曲率とは異なる。より具体的には、レンズ入射面261の曲面形状の曲率は、レンズ出射面262の曲面形状の曲率よりも小さい。側面視で、第3方向Zにおけるレンズ部材260の中央部分の長さは、端部の部分の長さよりも長い。第3方向Zにおいて、レンズ入射面261のレンズ光軸OBと交わる点は、レンズ出射面262の平面形状よりも下方に位置する。
発光装置100と同様に、発光装置200において、波長変換部材140の上面から出射した光は、レンズ部材260のレンズ入射面261に入射する。この時、レンズ入射面261は曲面形状を有するため、レンズ入射面261の中央付近だけでなく、端部においても、蛍光部141からの出射光の入射角を小さくすることができる。これにより、レンズ入射面261の端部における入射光の反射を抑制することができる。
[第3実施形態]
図13から図18を参照して、第3実施形態に係る発光装置300、301を説明する。図13は、発光装置300の斜視図である。図14は、図13に示す発光装置300の上面図である。図15は、図14のXV-XV線における発光装置300の断面図である。図16は、第3実施形態の変形例における発光装置301の斜視図である。図17は、図16に示す発光装置301の上面図である。図18は、図17のXVIII-XVIII線における発光装置301の断面図である。図13~図18には、参考のため、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸と平行な方向を、それぞれ第1方向X、第2方向Y、第3方向Zとしている。第1方向X及び第2方向Yは基部111の上面111aに平行であり、第3方向Zは基部111の上面111aに垂直である。
図に示すように、第3実施形態における発光装置300は、少なくともレンズ部材160の上方に、第2レンズ部材360をさらに備える点において、発光装置100及び200と相違する。以下、発光装置300の発光装置100及び200との相違点を中心に説明し、第1実施形態と共通する部分については適宜省略する。
(第2レンズ部材360)
第2レンズ部材360は、レンズ部材160と同様に、光が入射するレンズ入射面361、及び光が出射するレンズ出射面362を有する。図示する例では、レンズ入射面361は平面形状を有する。レンズ入射面361は、曲面形状を含まない。レンズ出射面362は曲面形状と平面形状を有する。さらに、図示する例では、第2レンズ部材360は、レンズ形状を有するレンズ部360Aと、平面形状を有する平面部360Bとを有する。レンズ部360Aは、レンズ出射面362の少なくとも一部を含む。レンズ部360Aはレンズ入射面361を含まない。平面部360Bは、レンズ入射面361を含む。平面部360Bは、レンズ出射面362の少なくとも一部を含む。
レンズ入射面361の法線方向から見る上面視で、レンズ部360Aの外縁を平面部360Bが包含する。また、前述の法線方向において、レンズ部360Aの長さは、平面部360Bの長さよりも長い。第2レンズ部材360は、レンズ部材160と同様に、レンズ入射面361に入射する光をコリメートするコリメートレンズであり得る。また、第2レンズ部材360は、レンズ部材160と同じ透光性を有する材料から形成され得る。
(発光装置300)
第2レンズ部材360は、蓋部113の上面113aに配置される。より詳細には、第2レンズ部材は、接合材380を介して、レンズ入射面361が蓋部113の上面113aに接合される。接合材380は、波長変換部材140とレンズ部材160との接合に用いる接合材180と同じものを用いてよい。第2レンズ部材360は、蓋部113の上面113aにおいて、上面113aの一方の短辺側に寄って配置される。また、図14に示すように、上面視で、第2レンズ部材360は、その外縁がレンズ部材160及び波長変換部材140の外縁を包含する。さらに、第2レンズ部材360のレンズ部360Aの外縁は、レンズ部材160及び波長変換部材140の外縁を包含する。また、上面視で、第2レンズ部材360は、発光素子120の一部と重なる。
第1方向Xにおいて、第2レンズ部材360の長さは、レンズ部材160の長さの2倍以上2.5倍以下である。また、第1方向Xにおいて、第2レンズ部材360の長さは、発光素子120の長さの1.5倍以上2倍以下である。第1方向Xにおいて、第2レンズ部材360の長さは、蓋部113の長さの0.5倍以上0.7倍以下である。
第3方向Zにおいて、第2レンズ部材360の長さは、レンズ部材160の長さの2倍以上2.5倍以下である。第3方向Zにおいて、第2レンズ部材360の長さは、波長変換部材140の長さの2.5倍以上3.0倍以下である。第3方向Zにおいて、第2レンズ部材360の長さは、基部111の上面111aから蓋部113の下面113bまでの長さよりも大きい。また、第3方向Zにおいて、第2レンズ部材360のレンズ部360A長さは、基部111の上面111aから蓋部113の下面113bまでの長さよりも小さい。
このように、2つのレンズ部材を用いることにより、コリメート等による光学制御の精度や、効率を向上することができる。図示する例では、発光装置300が有する封止空間内にレンズ部材160を配置し、封止空間の外部に第2レンズ部材360を配置する。レンズ部材160は、波長変換部材140に近接した位置で制御するため、比較的小型なレンズ部材とすることができる。また、第2レンズ部材360を封止空間の内部ではなく外部に配置することにより、確実に封止空間を形成することができ、封止空間の第3方向Zにおける大型化を抑制できる。封止空間の大型化を抑制することにより、波長変換部材140が脱落等した場合に、波長変換部材140の封止空間内での移動を小さくすることができる。
(変形例)
次に、図16~図18を参照して、第3実施形態の変形例に係る発光装置301について説明する。発光装置301は、第2レンズ部材360が蓋部と一体に設けられる、つまり第2レンズ部材360が封止部材である点で、発光装置300と相違する。なお、変形例では、第2レンズ部材360は、レンズ部と蓋部が一体に設けられている、と見なすことができる。発光装置301において、第2レンズ部材360は、レンズ部と平面部(蓋部)が例えばモールド成形により一体に形成される。
(第2レンズ部材360)
変形例に係る第2レンズ部材は、光が入射するレンズ入射面361、及び光が出射するレンズ出射面362を有する。図示する例では、レンズ入射面361は平面形状を有する。レンズ入射面361は、曲面形状を含まない。レンズ出射面362は曲面形状と平面形状を有する。第2レンズ部材360は、レンズ形状を有するレンズ部360Aと、平面形状を有する平面部360Bとを有する。レンズ部360Aは、レンズ出射面362の少なくとも一部を含む。レンズ部360Aはレンズ入射面361を含まない。平面部360Bは、レンズ入射面361を含む。平面部360Bは、レンズ出射面362の少なくとも一部を含む。
第2レンズ部材360は、上面視で、レンズ部360Aの面積よりも、レンズ部360Aを除く平面部360Bの面積のほうが大きい。また、レンズ部360Aの第3方向Zにおける長さは、平面部360Bの第3方向における長さよりも長い。
(発光装置301)
第2レンズ部材360は、そのレンズ入射面361の外縁において、側部112の上面112aに接合される。発光装置301において、発光素子120、波長変換部材140、及びレンズ部材160は、基部111、側部112、及び第2レンズ部材360によって形成される封止空間内に配置される。このように、第2レンズ部材360を封止部材としても用いることで、第3方向において、発光装置301全体を小型化することができる。
[第4実施形態]
図19から図24を参照して、第4実施形態に係る発光装置400を説明する。図19は、発光装置400の斜視図である。図20は、図19に示す発光装置400から蓋部413を取り除いた斜視図である。図21は、図20に対応する上面図である。図22は、図19のXXII-XXII線における発光装置400の断面図である。図23は、図19のXXIII-XXIII線における発光装置400の断面図である。図24は、図23の部分Aを拡大した拡大断面図である。なお、図24では、仮想線OA1、OA2の説明を簡略化するため、レンズ部材260、及び波長変換部材440のハッチングを省略している。図19~図24には、参考のため、互いに直交するX軸、Y軸、及びZ軸が示されている。X軸、Y軸、及びZ軸と平行な方向を、それぞれ第1方向X、第2方向Y、第3方向Zとしている。第1方向X及び第2方向Yは基部411の上面411aに平行であり、第3方向Zは基部411の上面411aに垂直である。
第4実施形態における発光装置400は、少なくとも発光素子120が配置される第1凸部417Aを有し、発光素子120から出射する光が、波長変換部材440の上面に入射する点で、他の実施形態に係る発光装置とは相違する。以下、発光装置400の発光装置100、200、300との相違点を中心に説明し、これらと共通する部分については適宜省略する。
(パッケージ410)
図22、図23に示すように、パッケージ410は、基部411と、側部412と、蓋部413とを有している。基部411は、1又は複数の凸部を有する。例えば、基部411に、形状の異なる複数の凸部を設けることができる。図示する例では、基部411には第1凸部417A、第2凸部417Bと、第3凸部418A、第4凸部418Bが設けられる。第1凸部417Aと第2凸部417Bとは同じ形状を有しており、第3凸部418Aと第4凸部418Bとは同じ形状を有している。
まず、第1凸部417Aについて説明する。第1凸部417Aは、上面と、複数の側面を有する。複数の側面は、基部の上面411aに対して傾斜する傾斜面417aを含む。この傾斜面417aは、上面411aに対して例えば45度傾斜する。なお、この傾斜角は45度に限定されない。また、第1凸部417Aが有する面のうち、傾斜面417aの面積が最も大きい。傾斜面417aの面積をこのようにすることにより、後に説明する発光素子120を傾斜面に配置することが容易となる。
図21に示すように、基部411にはさらに第2凸部417Bが設けられる。第2凸部417Bは、第1凸部417Aと同じ形状、大きさであってよい。第1凸部417Aの傾斜面417aと第2凸部417Bの傾斜面417bが第1方向Xにおいて対向するように、第1凸部417A、第2凸部417Bは設けられる。上面視で、傾斜面417a、417bは共に第1方向Xにおける長さが、第2方向Yにおける長さよりも長い。第1方向Xから見る側面視において、第1凸部417Aと第2凸部417Bは、その大部分が重なる。さらに、第2方向Yから見る側面視において、第1凸部417Aと第2凸部417Bは、重ならない。
次に、図21、図22を参照して、第3凸部418Aについて説明する。第3凸部418Aは、上面418aと、複数の側面を有する。第3凸部418Aの上面418aは、例えば基部の上面411aに対して平行な平面であり、第3凸部418Aの複数の側面は、上面411aに対して垂直な平面である。第3凸部418Aの有する平面のうち、上面418aを最も面積が大きな平面とすることができる。このようにすることにより、後に説明するレンズ部材160を、上面に配置することが容易となる。
図示する例では、基部411には第4凸部418Bがさらに設けられる。第4凸部418Bは、第3凸部418Aと同じ形状、大きさとすることができる。また、第3凸部418A及び第4凸部418Bは、第1凸部417A(あるいは第2凸部417B)とは異なる形状、大きさを有する。第3凸部418Aの1つの側面と第4凸部418Bの傾1つの側面が第2方向Yにおいて対向するように、第3凸部418A、第4凸部418Bは設けられる。また、上面視で、第3凸部418A、第4凸部418Bの上面418a、418bは共に第1方向Xにおける長さが、第2方向Yにおける長さよりも長い。第1方向Xから見る側面視において、第3凸部418Aと第4凸部418Bは、重ならない。さらに、第2方向Yから見る側面視において、第3凸部418Aと第4凸部418Bは、その大部分が重なる。
第1凸部417A及び第2凸部417Bの長さは、第3凸部418A及び第4凸部418Bのいずれよりも第1方向Xの長さが長い。また、第1凸部417A、及び第2凸部417Bは、第3凸部418A、及び第4凸部418Bのいずれよりも第2方向Yにおける長さが長い。
第1方向Xにおいて、第1凸部417Aから第2凸部417Bまでの最短距離よりも、第3凸部418A(あるいは第4凸部418B)の長さのほうが短い。第2方向Yにおいて、第3凸部418Aから第4凸部418Bまでの最短距離は、第1凸部417A(あるいは第2凸部417B)の長さよりも短い。また、第2方向Yにおいて、第3凸部418Aの第4凸部418Bに最も遠い点から、第4凸部418Bの第3凸部418Aに最も遠い点までの距離は、第1凸部417A(あるいは第2凸部417B)の長さよりも長い。また、上面視で、第1方向Xに関して、第1凸部417A及び第2凸部417Bとの間の領域に、第3凸部418A及び第4凸部418Bが位置している。
側部412は、第1実施形態に係る発光装置100と同様に、基部411の上面411aと接続して上面411aよりも上方に延伸する。側部412は、上面412a、1又は複数の下面、1又は複数の内側面、1又は複数の外側面を有している。側部412の上面412aは、1又は複数の外側面と交わる。上面412aの外縁形状は、例えば矩形である。上面412aの内縁形状は、例えば矩形である。側部412の1又は複数の内側面は、基部411の上面411aと交わる。
側部412の内側には、段差部が設けられる。具体的には、側部412は、上面視で第1段差部414又は/及び第2段差部415を有する。図示の例では、上面視で、側部412は、上面412aの内縁形状の第1方向Xに延伸する2辺それぞれに沿って上面414a、上面415aを有する。つまり、上面視で、第1段差部414及び第2段差部415は、第2方向Yにおいて対向するように設けられる。このように、段差部は、第1凸部417A及び第2凸部417Bが対向する長さよりも相対的に短い第3凸部418A及び第4凸部418Bが対向する方向に対向して設けられる。このように設けられることにより、上面視で、パッケージ410の一方の方向が大型化することを抑制することができる。
それぞれの段差部の上面414a及び上面415aは、第1凸部417A(あるいは第2凸部417B)の最も高い点よりも下方、かつ、第3凸部418A(あるいは第4凸部418B)の上面よりも上方に位置する。また、上面414a及び上面415aは、例えば、基部411の上面411aと平行になり得る。
図示のように、蓋部413は、上面と、下面と、上面及び下面と交わる1又は複数の側面とを有している。1又は複数の側面は上面の外縁と下面の外縁とを接続する。蓋部413は、例えば、直方体又は立方体である。この場合、蓋部413の上面及び下面はいずれも矩形であり、蓋部413は4つの矩形の側面を有する。ただし、蓋部413は、直方体や立方体には限定されない。すなわち、蓋部413は、上面視で矩形には限定されず、円形、楕円形、多角形等の任意の形状とすることが可能である。
蓋部413は第1実施形態に係る発光装置100と同様に、側部412に支持され、基部411の上面411aの上方に配置されている。蓋部413の下面の外周部は、例えば、側部412の上面412aと接合されている。蓋部413が側部412に接合されることで、基部411、側部412、及び蓋部413に囲まれた封止空間が形成される。
基部411は、例えば、セラミックスを主材料として形成することができる。例えば、セラミックスとして、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いることができる。なお、側部412及び蓋部413は、第1実施形態に係る発光装置100の側部112及び蓋部113と同じ材料から形成してもよい。
(波長変換部材440)
波長変換部材440は、第1実施形態に係る波長変換部材140と同様に、入射する特定の波長の光を異なる波長の光に変換する部材である。本実施形態に係る波長変換部材440は、その上面440aが、光が入射する光入射面であり、光を出射する光出射面である。
図示の例では、波長変換部材440の形状は、直方体であり、上面視で矩形である。波長変換部材440は、上面440aと、下面と、複数の側面を有する。波長変換部材440は、例えばその全体が蛍光体を含む部材である。波長変換部材440を形成する材料としては、第1実施形態に係る波長変換部材140の蛍光部141と同じ材料を用いることができる。なお、波長変換部材440は、第1実施形態に係る波長変換部材140の包囲部142に相当する構成をさらに有していてもよい。
(発光装置400)
以降の説明では、図20~図24に示すように、第1発光素子120A、第2発光素子120Bが配置される発光装置400について説明する。ただし、図示する発光装置400は本実施形態における1つの例を示すものであり、発光装置400には、例えば1つの発光素子120のみが配置される形態、3つ以上の発光素子120が配置される形態を含み得る。
発光装置400は、第1発光素子120Aと、第2発光素子120Bと、波長変換部材440と、レンズ部材260と、これらの部材を封止するパッケージ410と、を備える。第1発光素子120A、及び第2発光素子120Bは、それぞれ第1凸部417A、及び第2凸部417Bに配置される。より具体的には、第1サブマウント130A、及び第2サブマウント130Bを介して、第1凸部417A、及び第2凸部417Bに配置される。ここでの第1サブマウント130A、及び第2サブマウント130Bは、第1実施形態に係るサブマウント130と同じ部材を用いることができる。さらに、図示する例において、第1サブマウント130A及び第2サブマウント130Bには、それぞれ保護素子150が配置されている。
波長変換部材440は、基部411の上面411aに配置される。より具体的には、第1凸部417Aと第2凸部417Bとの間の領域に配置される。図示する例において、波長変換部材440は、第1方向Xにおいて対向する第1凸部417Aと第2凸部417Bに挟まれる。また、波長変換部材440の下面には、金属膜が設けられていてよい。第3方向Zにおいて、波長変換部材440の上面440aは、第1発光素子120Aの出射端面120a(あるいは第2発光素子120Bの出射端面120b)の最下点よりも低い位置に配置されている。図示する例では、第1発光素子120Aから出射される光の光軸は、波長変換部材440の上面440aと交わる。第2発光素子120Bから出射される光の光軸は、波長変換部材440の上面440aと交わる。
波長変換部材440は、さらに第2方向Yにおいて対向するように設けられた第3凸部418Aと第4凸部418Bの間に配置される。第1方向Xにおいて、第3凸部418A及び第4凸部418Bのそれぞれの長さは、波長変換部材440の長さよりも長い。また、第2方向Yにおいて、第3凸部418A及び第4凸部418Bの長さは、波長変換部材440の長さよりも短い。さらに、第3方向Zにおいて、第3凸部418A及び第4凸部418Bのそれぞれの長さは、波長変換部材440の長さよりも長い。
波長変換部材440の上方には、レンズ部材260がさらに配置される。より具体的には、レンズ部材260は、第3凸部418A、及び第4凸部418Bに支持されて、波長変換部材440の上方に配置される。このレンズ部材260は、第2実施形態に係るレンズ部材260と同じレンズ部材である。図示する例では、レンズ入射面261の周縁に位置する平面形状が第3凸部418Aの上面418a及び第4凸部418Bの上面418bに接合される。側面視で、レンズ入射面261と波長変換部材440の上面440aとは離隔しており、空間がある。
図24には、第1発光素子120Aの出射点を通り、出射端面120aに垂直な仮想線OA1及び第2発光素子120Bの出射点を通り、出射端面120bに垂直な仮想線OA2を示す。複数の発光素子120は、それぞれ傾斜面に配置されているため、仮想線OA1および仮想線OA2は、基部411の上面411aに対して傾斜している。仮想線OA1及び仮想線OA2は、レンズ出射面262、レンズ入射面261、及び波長変換部材440の上面440aを通過する。また、上面440a上において、仮想線OA1はレンズ部材260のレンズ光軸OBよりも、第1方向Xに関して第1発光素子120A側に位置する。同様に、上面440a上において、仮想線OA2はレンズ部材260のレンズ光軸OBよりも、第1方向Xに関して第2発光素子120B側に位置する。
第1発光素子120A及び第2発光素子120Bから出射した光は、レンズ部材260により集光される。第1発光素子120Aは、仮想線OA1が第1発光素子120A側において上面440aと交わるように配置されている。このように配置することにより、レンズ部材260に入射した光は、仮想線OA1と上面440aとの交点よりもレンズ光軸OB側に照射される。同様に、第2発光素子120Bは、仮想線OA2が第2発光素子120B側において上面440aと交わるように配置されている。このように配置することにより、レンズ部材260に入射した光は、仮想線OA2と上面440aとの交点よりもレンズ光軸OB側に照射される。このように、第1発光素子120A及び第2発光素子120Bは、その光が波長変換部材440の上面440aの中心に向かうように配置されている。
波長変換部材440の上面440aに入射し、波長変換されて上面440aから出射した光は、レンズ部材260でコリメートされ、レンズ出射面262から上方へ出射される。第1発光素子120A及び第2発光素子120Bから出射した光を、レンズ部材260で集光して波長変換部材440に入射させる構成とすることにより、波長変換部材440に入射する光の拡がりを小さくすることができる。結果として、波長変換部材440を小型化することができる。また、波長変換部材440から出射した光をレンズ部材260に入射させることにより、波長変換されて上方に出射する光に関して、コリメート等の制御をすることが可能となる。
上面視で、波長変換部材440は、その外縁がレンズ部材260に包含される。また、第3方向Zにおいて、第1凸部417A(あるいは第2凸部417B)の傾斜面417a(あるいは417b)の最下点は、波長変換部材440の上面440aよりも低い。このような傾斜面とすることにより、第1発光素子120A(あるいは第2発光素子120B)の出射端面120a(120b)を、レンズ部材260のレンズ出射面262に近づけることが可能である。図示の例では、上面視で、波長変換部材440の外縁からレンズ部材260の外縁までの最短距離よりも、出射端面120a(あるいは120b)からレンズ部材260の外縁までの最短距離のほうが短い。
レンズ部材260は、そのレンズ入射面261のうち、平面形状の一部が第3凸部418Aの上面418a及び第4凸部418Bの上面418bと接する。レンズ部材260のレンズ入射面261と上面418aが重なる面積及びレンズ入射面261と上面418bが重なる面積を合計した面積は、上面視におけるレンズ部材260全体の面積の40%以下である。より好ましくは、前述の合計した面積は、上面視で、レンズ部材260全体の面積の30%以下である。また、上面視で、前述の合計した面積は、波長変換部材440の上面440aと同じ面積か、それよりも小さい。より好ましくは、80%以下である。
ここまで、第4実施形態に係る発光装置400について説明したが、レンズ部材260の代わりに、第1実施形態に係るレンズ部材160を用いてもよい。また、第1実施形態に係るレンズ部材160を用いる場合、第3凸部418A及び第4凸部418Bを設けなくともよい。たとえば、波長変換部材440の上面440aとレンズ部材160のレンズ入射面161とを接着剤などを用いて接合してもよい。
発光装置100、101、200、300、301、及び400は、例えば、車載ヘッドライトに利用できる。また、これらの発光装置は、これに限らず、照明、プロジェクター、ヘッドマウントディスプレイ、その他ディスプレイのバックライト等の光源に利用できる。
以上、好ましい実施形態等について詳説したが、前述した実施形態等に制限されることはなく、特許請求の範囲に記載された範囲を逸脱することなく、前述した実施形態等に種々の変形及び置換を加えることができる。
以上の実施形態に加えて、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
基部と、
前記基部の上面に配置され、光を出射する発光素子と、
前記上面において配置され、前記光が入射する光入射面と、前記光入射面とは異なる光出射面とを有し、前記光出射面から光を取り出す波長変換部材と、
前記波長変換部材の前記光出射面側で前記波長変換部材と接合するレンズ部材と、
前記基部と接続し、前記発光素子、前記波長変換部材、及び前記レンズ部材を封止する封止空間を形成する枠部と、を備える発光装置。
(付記2)
前記発光素子は、側方に進行する光を出射し、
前記波長変換部材は、前記発光素子の前記側方に配置され、前記光入射面には、前記側方に進行する前記光が入射し、
前記光出射面を含む仮想的な平面は、前記光入射面を含む仮想的な平面と交わる、付記1に記載の発光装置。
(付記3)
前記波長変換部材は、蛍光体を含む蛍光部と、該蛍光部を囲む包囲部と、を有し、
前記蛍光部の側面の少なくとも一部は、前記光入射面において前記包囲部から露出し、前記蛍光部の上面と前記包囲部の上面は、前記光出射面に含まれる、付記2に記載の発光装置。
(付記4)
前記レンズ部材は、レンズ入射面、及び少なくとも一部に曲面形状を有するレンズ出射面と、を有し、
前記レンズ部材の前記レンズ入射面は、上面視で前記蛍光体部の前記上面の外縁を包含し、かつ、前記包囲部の上面の少なくとも一部と重なる、付記3に記載の発光装置。
(付記5)
前記包囲部の外縁は、前記レンズ入射面の外縁を包含する、付記4に記載の発光装置。
(付記6)
前記レンズ部材は、レンズ部及び平面部と、を有し、
上面視で、前記レンズ部と前記蛍光部の上面とが重なる部分の面積は、前記レンズ部と前記包囲部の上面とが重なる面積よりも大きい、付記4または5に記載の発光装置。
(付記7)
上面視で、前記レンズ部材全体と前記蛍光部の上面とが重なる部分の面積は、前記レンズ部材全体と前記包囲部の上面とが重なる部分の面積よりも小さい、付記6に記載の発光装置。
(付記8)
上面視で、前記レンズ部が、前記蛍光部の上面と重なり、かつ前記蛍光部の下面とは重ならない部分の面積は、前記レンズ部が、前記蛍光部の上面及び下面と重なる面積の5%以上である、付記6または7に記載の発光装置。
(付記9)
前記レンズ部材の光軸を通る直線は、前記蛍光部の上面及び下面を通過する、付記4~8に記載の発光装置。
(付記10)
前記レンズ入射面と前記波長変換部材の前記光出射面は、透光性を有する接合材を介して接合され、
前記接合材は、上面視で、前記蛍光部の上面と前記包囲部の上面にまたがって設けられる、付記4乃至9のいずれかに記載の発光装置。
(付記11)
前記レンズ入射面と前記波長変換部材の前記光出射面は、透光性を有する接合材を介して接合され、
前記接合材は、前記包囲部の上面に設けられ、前記蛍光部の上面には設けられない、付記4乃至9のいずれかに記載の発光装置。
(付記12)
前記レンズ入射面は曲面形状を有し、
前記レンズ部材は、前記包囲部の上面において接合され、前記蛍光部の上面において接合されない、付記11に記載の発光装置。
(付記13)
前記枠部は、前記基部の側方を囲む側部、及び前記側部の上方に配置される蓋部を含み、
前記光の光軸方向において、前記レンズ部材の長さは、前記封止空間の1/2の長さよりも短い、付記1乃至12のいずれかに記載の発光装置。
(付記14)
前記光軸方向において、前記レンズ部材の長さは、前記波長変換部材の下面の長さよりも長い付記13に記載の発光装置。
(付記15)
前記蓋部の上方に配置される第2レンズ部材をさらに備え、
前記光軸方向において、前記第2レンズ部材の長さは、前記レンズ部材の長さの2倍以上である、付記13に記載の発光装置。
(付記16)
前記第2レンズ部材は、前記蓋部の上面と接合する、付記15に記載の発光装置。
(付記17)
前記第2レンズ部材は、前記蓋部と一体に設けられる、付記15に記載の発光装置。
100、101、200、300、301、400 発光装置
110、410 パッケージ
111、411 基部
111a、411a 上面
111b 下面
112、412 側部
112a、412a 上面
112b 第1下面
112c 第2下面
112d 側面
113、413 蓋部
113a 上面
113b 下面
114、414 第1段差部
114a、414a 上面
115、415 第2段差部
115a、415a 上面
120 発光素子
120A 第1発光素子
120B 第2発光素子
120a、120b 出射端面
130、135 サブマウント
130A 第1サブマウント
130B 第2サブマウント
140、440 波長変換部材
141 蛍光部
141a 上面
141b 下面
141c 入射側面
142 包囲部
142a 上面
142b 下面
142c 接続面
142d 突出面
142t 突出部
150 保護素子
160,260 レンズ部材
161,261 レンズ入射面
162,262 レンズ出射面
160A レンズ部
160B 平面部
170 配線
180,380 接合材
360 第2レンズ部材
360A レンズ部
360B 平面部
361 レンズ入射面
362 レンズ出射面
417A 第1凸部
417B 第2凸部
417a、417b 傾斜面
418A 第3凸部
418B 第4凸部
418a、418b 上面
440a 上面
OA 光軸
OA1、OA2 仮想線
OB レンズ光軸

Claims (17)

  1. 基部と、
    前記基部の上面に配置され、光を出射する発光素子と、
    前記上面において配置され、前記光が入射する光入射面と、前記光入射面とは異なる光出射面とを有し、前記光出射面から光を取り出す波長変換部材と、
    前記波長変換部材の前記光出射面側で前記波長変換部材と接合するレンズ部材と、
    前記基部と接続し、前記発光素子、前記波長変換部材、及び前記レンズ部材を封止する封止空間を形成する枠部と、を備える発光装置。
  2. 前記発光素子は、側方に進行する光を出射し、
    前記波長変換部材は、前記発光素子の前記側方に配置され、前記光入射面には、前記側方に進行する前記光が入射し、
    前記光出射面を含む仮想的な平面は、前記光入射面を含む仮想的な平面と交わる、請求項1に記載の発光装置。
  3. 前記波長変換部材は、蛍光体を含む蛍光部と、該蛍光部を囲む包囲部と、を有し、
    前記蛍光部の側面の少なくとも一部は、前記光入射面において前記包囲部から露出し、前記蛍光部の上面と前記包囲部の上面は、前記光出射面に含まれる、請求項2に記載の発光装置。
  4. 前記レンズ部材は、レンズ入射面、及び少なくとも一部に曲面形状を有するレンズ出射面と、を有し、
    前記レンズ部材の前記レンズ入射面は、上面視で前記蛍光部の前記上面の外縁を包含し、かつ、前記包囲部の上面の少なくとも一部と重なる、請求項3に記載の発光装置。
  5. 前記包囲部の外縁は、前記レンズ入射面の外縁を包含する、請求項4に記載の発光装置。
  6. 前記レンズ部材は、レンズ部及び平面部と、を有し、
    上面視で、前記レンズ部と前記蛍光部の上面とが重なる部分の面積は、前記レンズ部と前記包囲部の上面とが重なる面積よりも大きい、請求項4に記載の発光装置。
  7. 上面視で、前記レンズ部材全体と前記蛍光部の上面とが重なる部分の面積は、前記レンズ部材全体と前記包囲部の上面とが重なる部分の面積よりも小さい、請求項6に記載の発光装置。
  8. 上面視で、前記レンズ部が、前記蛍光部の上面と重なり、かつ前記蛍光部の下面とは重ならない部分の面積は、前記レンズ部が、前記蛍光部の上面及び下面と重なる面積の5%以上である、請求項6に記載の発光装置。
  9. 前記レンズ部材のレンズ光軸を通る直線は、前記蛍光部の上面及び下面を通過する、請求項8に記載の発光装置。
  10. 前記レンズ入射面と前記波長変換部材の前記光出射面は、透光性を有する接合材を介して接合され、
    前記接合材は、上面視で、前記蛍光部の上面と前記包囲部の上面にまたがって設けられる、請求項4に記載の発光装置。
  11. 前記レンズ入射面と前記波長変換部材の前記光出射面は、透光性を有する接合材を介して接合され、
    前記接合材は、前記包囲部の上面に設けられ、前記蛍光部の上面には設けられない、請求項4に記載の発光装置。
  12. 前記レンズ入射面は曲面形状を有し、
    前記レンズ部材は、前記包囲部の上面において接合され、前記蛍光部の上面において接合されない、請求項11に記載の発光装置。
  13. 前記枠部は、前記基部の側方を囲む側部、及び前記側部の上方に配置される蓋部を含み、
    前記光の光軸方向において、前記レンズ部材の長さは、前記封止空間の1/2の長さよりも短い、請求項1に記載の発光装置。
  14. 前記光軸方向において、前記レンズ部材の長さは、前記波長変換部材の下面の長さよりも長い請求項13に記載の発光装置。
  15. 前記蓋部の上方に配置される第2レンズ部材をさらに備え、
    前記光軸方向において、前記第2レンズ部材の長さは、前記レンズ部材の長さの2倍以上である、請求項13に記載の発光装置。
  16. 前記第2レンズ部材は、前記蓋部の上面と接合する、請求項15に記載の発光装置。
  17. 前記第2レンズ部材は、前記蓋部と一体に設けられる、請求項15に記載の発光装置。
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