JP4274536B2 - Semiconductor light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、主に白色光を使用する、発光素子を用いた照明装置或いは液晶のバックライト等に使用される半導体発光装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor light-emitting device that mainly uses white light and is used for an illumination device using a light-emitting element or a liquid crystal backlight.
従来の半導体発光装置として、図3に示すものが知られている(例えば、特許文献1等参照)。図3(a)は半導体発光装置の平面図、図3(b)は図1(a)のA―A線による模式的断面図である。なお、図3(b)においては、ハッチングを省略している。 As a conventional semiconductor light emitting device, the one shown in FIG. 3 is known (for example, see Patent Document 1). 3A is a plan view of the semiconductor light emitting device, and FIG. 3B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1A. In FIG. 3B, hatching is omitted.
この半導体発光装置1aは、一つのパッケージの中に青色(B)の発光ダイオード素子1b、赤色(R)の発光ダイオード素子1cおよび緑色(G)の発光ダイオード素子1dがリードフレーム(または基板)上にダイボンドされており、これら三つの発光ダイオード素子1b〜1dから構成される発光部の周りには、反射板1fが設けられた構成となっている。
The semiconductor light emitting device 1a includes a blue (B) light
上記半導体発光装置の駆動回路は、図4に示すように共通の電源電圧(Vcc)から三つの発光ダイオード素子1b〜1dに与えられる駆動電圧を、各発光ダイオード素子1b〜1dに対してそれぞれ直列に挿入された保護用抵抗1g、1h、1iで適切な値になるように制御する構成となっている。
As shown in FIG. 4, the driving circuit of the semiconductor light emitting device has a driving voltage applied to the three light
図5に、各発光ダイオード素子に関する駆動電流と駆動電圧との特性曲線を示す。 FIG. 5 shows a characteristic curve of drive current and drive voltage for each light emitting diode element.
赤色の発光ダイオード素子の駆動電圧は、緑色及び青色の発光ダイオード素子の駆動電圧に対し、同じ駆動電流であっても大きく異なっている。そのために駆動回路においては、同じ電源電圧を使用する場合には、赤色の発光ダイオード素子1cに対応する抵抗1hの値を大きくし、これにより電圧降下を大きくするようにしている。 The driving voltage of the red light emitting diode element is greatly different from that of the green and blue light emitting diode elements even with the same driving current. Therefore, in the drive circuit, when the same power supply voltage is used, the value of the resistor 1h corresponding to the red light emitting diode element 1c is increased, thereby increasing the voltage drop.
さらに、半導体発光装置の輝度、色調を調整する方法としては、各発光ダイオード素子の電流変化で輝度を変えて、半導体発光装置全体の輝度と色調を調整する方法がある。他の調整方法としては、各発光ダイオード素子を一定のピーク電流でパルス駆動する際のパルス幅或いはDuty比を各発光ダイオード素子に対して変化させる方法や、上記のような調整方法にて所定の調整が終わった後に、輝度と色調を一定に保つように外部のセンサでモニタしてフィードバック制御を行う方法もある。
ところで、近年における半導体発光装置は、従来のランプの代りやカメラのストロボ用としての機能を確保するために高出力化が要求されている。この要求への対応は、電流値を高くすることによってある程度可能である。 By the way, in recent years, semiconductor light emitting devices are required to have a high output in order to ensure the function of a conventional lamp or a camera strobe. This requirement can be accommodated to some extent by increasing the current value.
しかしながら、電流値を高くした場合には、電流増大化に伴う発熱により、光変換効率の低下や半導体発光装置自体の発熱が問題となる。また、上述したように赤色の発光ダイオード素子に関する抵抗は他の色の発光ダイオード素子に関する抵抗よりも抵抗値を大きくしているので、赤色の発光ダイオード素子に関する抵抗では、電力消費が多くなって発熱の原因となる。勿論、駆動電圧が高い緑色及び青色の各発光ダイオード素子に関しては、発光ダイオード素子内部での発熱が問題となる。 However, when the current value is increased, a decrease in light conversion efficiency and a heat generation of the semiconductor light emitting device itself become a problem due to heat generation accompanying an increase in current. In addition, as described above, the resistance related to the red light emitting diode element has a larger resistance value than the resistance related to the light emitting diode elements of the other colors. Cause. Of course, with respect to each of the green and blue light emitting diode elements having a high driving voltage, heat generation inside the light emitting diode element becomes a problem.
以上のように、高出力化のために駆動電流を上げることは、発熱の原因になるとともに光変換効率が低下するため、電源電力を効率的に光出力に変換することはできない。つまり、駆動回路や発光ダイオード素子で起こる発熱エネルギー分がロスとなっている。 As described above, increasing the drive current for higher output causes heat generation and decreases the light conversion efficiency, so that the power supply cannot be efficiently converted into the light output. That is, the amount of heat generated by the drive circuit and the light emitting diode element is lost.
また、発熱に伴い発光ダイオード素子の温度が上昇するために、発光波長及び光出力が変化する。これにより、一度輝度及び色調を調整しても、調整後に輝度及び色調が変動するという難点がある。 Further, since the temperature of the light emitting diode element rises with heat generation, the emission wavelength and the light output change. Thereby, even if it adjusts brightness | luminance and a color tone once, there exists a difficulty that a brightness | luminance and a color tone change after adjustment.
さらに、このような輝度及び色調は、経時変化によっても変動が起こる。そのために、半導体発光装置の外部にモニタ用のセンサを設置して、計測結果に基づいてフィードバック制御を行うことも実施されているが、その場合には、半導体発光装置とモニタ用のセンサとが一体ではないので、経時変化により位置がずれるという不具合や、汚れやゴミ付着等によってモニタの検出精度も変動するという難点がある。 Furthermore, such luminance and color tone also vary with time. Therefore, a monitoring sensor is installed outside the semiconductor light emitting device, and feedback control is performed based on the measurement result. In this case, the semiconductor light emitting device and the monitoring sensor are Since they are not integrated, there is a problem that the position is shifted due to a change with time, and the detection accuracy of the monitor varies due to dirt or dust adhesion.
本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、駆動電流の上昇化に伴う発熱を抑制し、特性の変動を減少させた状態で高出力化を図ることができる半導体発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve such a problem of the prior art, and it is possible to suppress heat generation accompanying an increase in drive current and to achieve high output in a state in which fluctuations in characteristics are reduced. An object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device that can be used.
本発明の半導体発光装置は、 赤色,緑色,青色のそれぞれを発光する少なくとも三つの発光素子を内蔵する半導体発光装置において、該赤色,緑色,青色のうち少なくともいずれかの色の発光素子が半導体レーザ素子であり、前記3つの発光素子のうち、いずれかは発光ダイオード素子であり、該少なくとも三つの発光素子からなる発光部の中心付近に、該半導体レーザ素子の前面からの出射光を発光軸方向に反射させるための反射ミラーが配置されており、該発光部の周囲に反射板が設けられ、該反射ミラーは、放射光の一部を発光軸方向に反射するとともに残りの一部を該反射板に到達させるように寸法規定がなされており、さらに、各発光素子の光出力をそれぞれ受光するフォトダイオード素子を備えるとともに、各フォトダイオード素子が捉えた電気出力に基づいて所定の輝度及び色調となるように各発光素子を制御する駆動回路を備え、該駆動回路は、半導体レーザ素子に対して電流値増減による制御を行い、発光ダイオード素子に対してパルス幅変調による制御を行い、そのことにより上記目的が達成される。
本願明細書に記載された発明は以下のとおりである。
第1発明の半導体発光装置は、赤色,緑色,青色のそれぞれを発光する少なくとも三つの発光素子を内蔵する半導体発光装置において、該赤色,緑色,青色のうち少なくともいずれかの色の発光素子が半導体レーザ素子であることを特徴とするものであり、そのことにより上記目的が達成される。発光素子の種類は3色あるが、3個とは限らず、実際に
、例えば輝度の小さい緑色の発光素子を2個使用して計4個の発光装置も可能である。また、半導体レーザも赤色が量産されており、このいずれかの色は赤色であるのが現実的であるが、青色なども将来的には変わる可能性がある。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light-emitting device including at least three light-emitting elements that emit red, green, and blue, respectively, wherein at least one of the red, green, and blue light-emitting elements is a semiconductor laser. One of the three light-emitting elements is a light-emitting diode element, and emits light emitted from the front surface of the semiconductor laser element near the center of the light-emitting portion composed of the at least three light-emitting elements in the direction of the emission axis. A reflecting mirror is disposed around the light emitting part, and the reflecting mirror reflects a part of the emitted light in the light emitting axis direction and reflects the remaining part of the light. dimension setting so as to reach the plate has been made, further, provided with a photodiode for receiving light output of each light emitting element, respectively, each of the photodiodes A drive circuit that controls each light emitting element so as to obtain a predetermined luminance and color tone based on the electrical output captured by the child, the drive circuit performs control by increasing / decreasing the current value of the semiconductor laser element, and the light emitting diode The element is controlled by pulse width modulation , whereby the above object is achieved.
The invention described gun specification are as follows.
According to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor light-emitting device including at least three light-emitting elements that emit red, green, and blue, respectively, wherein at least one of the red, green, and blue light-emitting elements is a semiconductor. It is a laser element, and the above object is achieved by this. There are three types of light emitting elements, but the number is not limited to three. Actually, for example, a total of four light emitting devices are possible by using two green light emitting elements with low luminance. Also, red is also mass-produced for semiconductor lasers, and it is realistic that any one of these colors is red, but blue and the like may change in the future.
この半導体発光装置にあっては、三つの色の少なくともいずれかの色の発光素子が、発光ダイオード素子よりも輝度の高い高出力化に適する半導体レーザ素子であるので、駆動電流の上昇化に伴う発熱を抑制し、特性の変動を減少させた状態で半導体発光装置の高出力化が容易になる。この場合において、緑及び青色の半導体レーザ素子は開発途中であるので、そのような緑及び青色の半導体レーザ素子を用いると非常に高価になってしまう。そこで、本発明のように特に赤色の発光素子に対して、現在量産されている赤色の半導体レーザ素子を使用すれば、コストを低廉化できるという効果がある。 In this semiconductor light emitting device, the light emitting element of at least one of the three colors is a semiconductor laser element suitable for higher output with higher luminance than the light emitting diode element. It is easy to increase the output of the semiconductor light emitting device in a state in which heat generation is suppressed and fluctuations in characteristics are reduced. In this case, since the green and blue semiconductor laser elements are under development, the use of such green and blue semiconductor laser elements becomes very expensive. Therefore, if a red semiconductor laser element that is currently mass-produced is used for the red light emitting element as in the present invention, the cost can be reduced.
第2発明の半導体発光装置は、第1発明の半導体発光装置において、前記半導体レーザ素子の近傍に、当該半導体レーザ素子からの出射光を受光するフォトダイオード素子が配置されていることを特徴とする。
The second shot light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the first invention, in the vicinity of the semiconductor laser element, and characterized in that the photo diode for receiving the light emitted from the semiconductor laser element is disposed To do.
この半導体発光装置にあっては、半導体レーザ素子からの出射光をフォトダイオード素子が受光するので、そのフォトダイオード素子による検出値を、モニタ用に用いることでフィードバック制御化が可能となる。なお、フォトダイオード素子は、半導体レーザ素子からの出射光を反射させる機能をも有する。 In this semiconductor light emitting device, since the photodiode element receives the light emitted from the semiconductor laser element, feedback control can be realized by using the detection value of the photodiode element for monitoring. Note that the photodiode element also has a function of reflecting light emitted from the semiconductor laser element.
第3発明の半導体発光装置は、第2発明の半導体発光装置において、前記フォトダイオード素子がサブマウント上に形成されているとともに、該サブマウント上に前記半導体レーザ素子のみがダイボンドされていることを特徴とする。
The third shot light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the second invention, said photodiode element with formed on the submount, only the semiconductor laser element on the submount is die-bonded It is characterized by.
この半導体発光装置にあっては、サブマウントの位置を変えることにより、フォトダイオード素子が捉える受光量を調整することが可能となる。 In this semiconductor light emitting device, the amount of received light captured by the photodiode element can be adjusted by changing the position of the submount.
第4発明の半導体発光装置は、第1発明の半導体発光装置において、前記少なくとも三つの発光素子からなる発光部の中心付近に、前記半導体レーザ素子の前面からの出射光を発光軸方向に反射させるための反射ミラーが配置されていることを特徴とする。
The fourth shot light of the semiconductor light-emitting device, reflected by the semiconductor light-emitting device of the first invention, near the center of the at least consists of three light-emitting element emitting portion, the light emitted from the front surface of the semiconductor laser device in the light-emitting axis direction The reflection mirror for making it arrange | position is arrange | positioned.
この半導体発光装置にあっては、反射ミラーにより半導体レーザ素子の前面からの出射光を発光軸方向に反射させることができるので、半導体発光装置の高出力化がより向上する。 In this semiconductor light emitting device, the output light from the front surface of the semiconductor laser element can be reflected in the direction of the light emitting axis by the reflection mirror, so that the output of the semiconductor light emitting device is further improved.
第5発明の半導体発光装置は、第4発明の半導体発光装置において、反射ミラーの代わりにフォトダイオード素子が設置され、該フォトダイオード素子により放射光を受光すると共に反射させることを特徴とする。
The fifth shots light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the fourth aspect of the present invention, a photodiode element is installed in place of the reflecting mirror, and wherein the reflecting while receiving radiation by said photodiode element.
この半導体発光装置にあっては、該フォトダイオード素子により放射光を受光すると共に反射させるので、モニタとしての機能と反射ミラーとしての機能とをフォトダイオード素子により共用させ得、これにより小型化が図れる。 In this semiconductor light emitting device, since the received light is reflected and reflected by the photodiode element, the function as a monitor and the function as a reflection mirror can be shared by the photodiode element, thereby achieving miniaturization. .
第6発明の半導体発光装置は、第4発明の半導体発光装置において、前記発光部の周囲に反射板が設けられ、前記反射ミラーは、放射光の一部を発光軸方向に反射するとともに残りの一部を該反射板に到達させるように寸法規定がなされていることを特徴とする。
Remains with the sixth shot light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the fourth aspect of the present invention, the reflector around the light emitting portion is provided, the reflection mirror reflects a part of the emitted light in the light-emitting axis direction The size is defined so that a part of the light reaches a part of the reflector.
この半導体発光装置においては、反射ミラーが半導体レーザ素子からの放射光の一部を発光軸方向に反射するとともに残りの一部を反射板に到達させるので、半導体発光装置の高出力化がより向上するとともに、他の色光との混色性が向上する。このとき、反射ミラーの寸法規定としては、反射ミラーの高さ及び大きさを適当な値に設定し、また、反射ミラーと半導体レーザ素子との距離を適当な値に設定することが含まれる。 In this semiconductor light emitting device, the reflection mirror reflects a part of the emitted light from the semiconductor laser element in the direction of the light emitting axis and the remaining part reaches the reflecting plate, thereby further improving the output of the semiconductor light emitting device. In addition, the color mixing with other color lights is improved. At this time, the dimension definition of the reflection mirror includes setting the height and size of the reflection mirror to appropriate values and setting the distance between the reflection mirror and the semiconductor laser element to appropriate values.
第7発明の半導体発光装置は、第2発明又は第5発明の半導体発光装置において、前記フォトダイオード素子が捉えた電気出力に基づいて、前記半導体レーザ素子の光出力が一定となるように該半導体レーザ素子の電流値を制御する駆動回路を備えることを特徴とする。
Seventh rounds light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the second invention or the fifth invention, based on the electrical output said photodiode element is captured, the as the light output of the semiconductor laser element becomes constant A drive circuit for controlling the current value of the semiconductor laser element is provided.
この半導体発光装置にあっては、元々駆動電圧が低くて輝度が低い赤色発光素子を発光ダイオード素子から半導体レーザ素子に換え、半導体レーザ素子の光出力が一定となるように半導体レーザ素子の電流値を制御する、所謂APC駆動を行うことによって、輝度が高く、温度変化や経時変化によって光出力が変動しない半導体発光装置を提供することができる。さらに、APCによる電流駆動のために、半導体レーザ素子に直列に挿入された抵抗(保護抵抗)による電圧降下がなく、最適な電圧で駆動することができる。そのために電圧降下で消費される電力がなく、発熱による温度上昇も低減できる。 In this semiconductor light emitting device, the current value of the semiconductor laser element is changed so that the light output of the semiconductor laser element is constant by replacing the light emitting diode element with the red light emitting element, which originally has a low driving voltage and low luminance, from the light emitting diode element. By performing so-called APC driving for controlling the light emission, it is possible to provide a semiconductor light-emitting device that has high luminance and whose light output does not fluctuate due to a temperature change or a change with time. Further, since the current is driven by APC, there is no voltage drop due to a resistor (protective resistor) inserted in series with the semiconductor laser element, and the device can be driven with an optimum voltage. Therefore, there is no power consumed by the voltage drop, and the temperature rise due to heat generation can be reduced.
ところで、半導体レーザ素子の温度特性は、発光ダイオード素子よりも非常に厳しいために、別の駆動回路と光出力のモニタをしなければならない。しかし、従来技術でも赤色の発光ダイオード素子の駆動電圧が、他の色の発光ダイオード素子の駆動電圧と比べて大きく異なるために、他の青色や緑色の発光ダイオード素子の駆動回路とは別の回路で構成されている場合が多く、加えて、一般の半導体レーザ素子の駆動回路では外部或いは内部モニタによるフィードバック制御も行っているので、駆動制御に関しては特に新しい駆動回路を考案する必要は無く、従来技術の半導体レーザ素子の駆動回路を使用することができる。 By the way, the temperature characteristic of the semiconductor laser element is much stricter than that of the light emitting diode element, so that another drive circuit and light output must be monitored. However, since the driving voltage of the red light emitting diode element is greatly different from the driving voltage of the light emitting diode elements of other colors in the prior art, the circuit is different from the driving circuit of the other blue or green light emitting diode elements. In addition, since a general semiconductor laser element drive circuit also performs feedback control by an external or internal monitor, it is not necessary to devise a new drive circuit for drive control. Technical semiconductor laser device drive circuits can be used.
第8発明の半導体発光装置は、第1発明の半導体発光装置において、各発光素子の光出力をそれぞれ受光するフォトダイオード素子を内蔵し、各フォトダイオード素子が捉えた電気出力に基づいて所定の輝度及び色調となるように各発光素子を制御する駆動回路を備えることを特徴とする。
Eighth rounds light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the first invention, the respective light emitting elements light output incorporates a photodiode for receiving respective, predetermined on the basis of the electrical output each photodiode element is captured A driving circuit for controlling each light emitting element so as to obtain luminance and color tone is provided.
この半導体発光装置にあっては、モニタ用のセンサとしてのフォトダイオード素子を半導体発光装置に内蔵して発光素子と一体化することによって、半導体レーザ素子の経時変化および半導体レーザ素子とセンサとの経時変化による位置ずれ、センサの汚れ等を防ぐことが可能となる。 In this semiconductor light emitting device, a photodiode element as a monitoring sensor is incorporated in the semiconductor light emitting device and integrated with the light emitting element, so that the semiconductor laser element changes with time and the semiconductor laser element and sensor change with time. It is possible to prevent positional deviation due to changes, sensor contamination, and the like.
第9発明の半導体発光装置は、第1発明の半導体発光装置において、前記3つの発光素子のうち、いずれかは発光ダイオード素子であり、さらに、各発光素子の光出力をそれぞれ受光するフォトダイオード素子を備えるとともに、各フォトダイオード素子が捉えた電気出力に基づいて所定の輝度及び色調となるように各発光素子を制御する駆動回路を備え、前記駆動回路は、半導体レーザ素子に対して電流値増減による制御を行い、発光ダイオード素子に対してパルス幅変調による制御を行うことを特徴とする。 Ninth rounds light of the semiconductor light emitting device, the semiconductor light-emitting device of the first invention, among the three light emitting elements, one is a light emitting diode element, further, a photodiode for receiving light output of each light emitting element, respectively And a driving circuit that controls each light emitting element so as to obtain a predetermined luminance and color tone based on an electrical output captured by each photodiode element. The driving circuit has a current value for the semiconductor laser element. Control by increase / decrease is performed, and control by pulse width modulation is performed on the light-emitting diode element.
この半導体発光装置にあっては、半導体レーザ素子の駆動に関しては発光ダイオード素子と異なり閾値電流があるので、デューテイ比やパルス幅を制御するパルス幅変調(PWM)による制御よりも、電流値増減による制御の方がより簡単に制御することができる。 In this semiconductor light emitting device, since there is a threshold current for driving the semiconductor laser element, unlike the light emitting diode element, the current value is increased or decreased rather than the control by the pulse width modulation (PWM) for controlling the duty ratio and the pulse width. The control can be controlled more easily.
以上詳述したように本発明による場合には、三色の発光素子のうち少なくともいずれかの色の発光素子が、発光ダイオード素子よりも輝度の高い高出力化に適する半導体レーザ素子であるので、駆動電流の上昇化に伴う発熱を抑制し、特性の変動を減少させた状態で半導体発光装置の高出力化が容易になる。この場合において、緑及び青色の半導体レーザ素子は開発途中であるので、そのような緑及び青色の半導体レーザ素子を用いると非常に高価になってしまう。そこで、本発明のように赤色の発光素子に対して、現在量産されている赤色の半導体レーザ素子を使用すれば、コストを低廉化できるという効果がある。 As described above in detail, in the case of the present invention, the light emitting element of at least one of the three color light emitting elements is a semiconductor laser element suitable for high output with higher luminance than the light emitting diode element. It is easy to increase the output of the semiconductor light-emitting device in a state in which heat generation accompanying an increase in drive current is suppressed and fluctuations in characteristics are reduced. In this case, since the green and blue semiconductor laser elements are under development, the use of such green and blue semiconductor laser elements becomes very expensive. Therefore, if a red semiconductor laser element currently mass-produced is used for the red light emitting element as in the present invention, the cost can be reduced.
以下に、本発明を具体的に説明する。 The present invention will be specifically described below.
図1は、本発明の実施形態に係る半導体発光装置を示す図であり、(a)はその半導体発光装置の平面図、(b)はそのA−A線における模式的断面図である。なお、図1(b)においては、ハッチングを省略している。 1A and 1B are diagrams showing a semiconductor light emitting device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view of the semiconductor light emitting device, and FIG. 1B is a schematic cross-sectional view taken along the line AA. In FIG. 1B, hatching is omitted.
この半導体発光装置4aは、一つのパッケージとして組立てられたもので、このパッケージ内には、発光素子としての青色発光ダイオード素子4hと緑色発光ダイオード素子4gが所定のリードフレームに設けられている。また、リードフレーム4cの上には、サブマウント4jが形成され、そのサブマウント4jの上にはSiフォトダイオード素子4dが形成されているとともに、発光素子としての赤色半導体レーザ素子4eがダイボンドされている。
The semiconductor
上記三つの素子4h、4g、4eを有する発光部の外側には、これらを包囲して円環状の反射板4iが設けられている。この反射板4iは、内側が低く外側が高くなるように形成され、入射した光を装置4aの前面方向(図の上方)に反射されるようになっている。
An annular reflecting plate 4i is provided outside the light emitting portion having the three
また、青色発光ダイオード素子4hと緑色発光ダイオード素子4gとの間であって、発光部の中心付近には、反射ミラー4fが設けられており、この反射ミラー4fは、赤色半導体レーザ素子4eの前面から出射した放射光の一部が入射し、この反射ミラー4fで反射されなかった残りの放射光や赤色半導体レーザ素子4eの後方から出射した放射光は反射板4iにより、前記装置4aの前面方向である発光軸方向(図の上方)に反射される。また、反射板4iには、青色発光ダイオード素子4h及び緑色発光ダイオード素子4gから出射した放射光が入射して、上方に反射される。なお、半導体発光装置4aの側面には、この図示例では6つの電気端子4bが設けられている。
A
上記反射ミラー4fは、放射光の一部を発光軸方向に反射するとともに残りの一部を反射板4iに到達させるように寸法規定がなされている。その寸法規定としては、反射ミラー4fの高さ及び大きさを適当な値に設定し、また、反射ミラー4fと赤色半導体レーザ素子4eとの距離を適当な値に設定することが含まれる。
The
図2は、本発明の実施形態に係る半導体発光装置に備わった駆動回路を示す。 FIG. 2 shows a drive circuit provided in the semiconductor light emitting device according to the embodiment of the present invention.
この駆動回路は、青色発光ダイオード素子4h及び緑色発光ダイオード素子4gに対して、従来同様の駆動を行っている。即ち、共通の電源電圧(Vcc)から二つの発光ダイオード素子4h及び4gに与えられる駆動電圧を、各発光ダイオード素子4h及び4gに対してそれぞれ直列に挿入された保護用抵抗4k、4lで適切な値になるように駆動制御している。
This drive circuit performs the same drive as the prior art to the blue light emitting
一方、赤色半導体レーザ素子4eの駆動は、サブマウント4j上のSiフォトダイオード素子4dで赤色半導体レーザ素子4eの放射光の一部が受光され、Siフォトダイオード素子4dで変換された電流信号が、Siフォトダイオード素子4dに直列に繋がれた抵抗4nで電圧信号として取り出されてアンプ4pを経てAPC(光出力一定)回路4qに入力され、このAPC回路4qによって半導体レーザ素子4eへの電流量を増減させることで、半導体レーザ素子4eの光出力が予め決められた一定値になるように行われる。このAPC回路4qによる駆動により、赤色半導体レーザ素子4eからの光出力は、温度変化や経時変化が有っても一定の光出力を保つ。
On the other hand, the red
このように構成された本実施形態の半導体発光装置による場合には、三つの発光素子の一つが、発光ダイオード素子よりも輝度の高い高出力化に適する赤色半導体レーザ素子4eであるので、駆動電流の上昇化に伴う発熱を抑制し、特性の変動を減少させた状態で半導体発光装置の高出力化が容易になる。この場合において、青色及び緑色の半導体レーザ素子は開発途中であるので、そのような青色及び緑色の半導体レーザ素子を用いると非常に高価になってしまうが、本実施形態のように赤色発光素子に対して、現在量産されている赤色半導体レーザ素子4eを使用することで、コストを低廉化できる利点がある。但し、青色及び緑色の発光素子に半導体レーザ素子を用いるようにして、高出力化を図るようにしてもよい。
In the case of the semiconductor light emitting device of the present embodiment configured as described above, one of the three light emitting elements is the red
また、本実施形態においては、赤色半導体レーザ素子4eの近傍には、赤色半導体レーザ素子4eからの出射光をフォトダイオード素子4dが電気信号として受光するので、そのフォトダイオード素子4dによる検出値を、モニタ用に用いることでフィードバック制御化が可能となる。なお、フォトダイオード素子4dは、赤色半導体レーザ素子4eからの出射光を反射させる機能をも有する。
In the present embodiment, since the
また、本実施形態においては、フォトダイオード素子4dがサブマウント4j上に形成されているとともに、そのサブマウント4j上に赤色半導体レーザ素子4eのみがダイボンドされているので、サブマウント4jの位置(または高さ)を変えることにより、フォトダイオード素子4dが捉える受光量を調整することが可能となる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、発光部の中心付近に、赤色半導体レーザ素子4eの前面からの出射光を発光軸方向に反射させるための反射ミラー4fが配置されているので、この反射ミラー4fにより赤色半導体レーザ素子4eの前面からの出射光を発光軸方向に反射させることができるので、半導体発光装置4aの高出力化をより向上させ得る。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、反射ミラー4fは、放射光の一部を発光軸方向に反射するとともに残りの一部を反射板4iに到達させるように寸法規定がなされているので、半導体発光装置4aの高出力化をより向上させ得るとともに、他の色光との混色性を向上させ得る。加えて、反射ミラー4fの有る半導体発光装置4aの中心部と反射板4iの有る周辺とで、放射光が上方に反射されるために、半導体発光装置4aの発光部全体で光ることになり、他の色の放射光との混色性を良くすることが可能となる。
In the present embodiment, the reflecting
また、本実施形態においては、フォトダイオード素子4dが捉えた電気出力に基づいて、赤色半導体レーザ素子4eの光出力が一定となるように、赤色半導体レーザ素子4eの電流値を制御する駆動回路としてのAPC回路4qを備えるので、輝度が高く、温度変化や経時変化によって光出力が変動しない半導体発光装置4aを提供することができる。さらに、APC回路4qによる電流駆動のために、赤色半導体レーザ素子4eに直列に挿入された抵抗(保護抵抗)4mによる電圧降下がなく、最適な電圧で駆動することができる。そのために電圧降下で消費される電力がなく、発熱による温度上昇も低減できる。この場合において、半導体レーザ素子の温度特性は、発光ダイオード素子よりも非常に厳しいために、別の駆動回路と光出力のモニタをしなければならない。しかし、従来技術でも赤色の発光ダイオード素子の駆動電圧が、他の色の発光ダイオード素子の駆動電圧と比べて大きく異なるために、他の青色や緑色の発光ダイオード素子の駆動回路とは別の回路で構成されている場合が多く、加えて、一般の半導体レーザ素子の駆動回路では外部或いは内部モニタによるフィードバック制御も行っているので、駆動制御に関しては特に新しい駆動回路を考案する必要は無く、従来技術の半導体レーザ素子の駆動回路を使用することができる。
In the present embodiment, as a drive circuit that controls the current value of the red
なお、上述した実施形態では、反射ミラーとフォトダイオード素子の両方を備える構成としているが、本発明はこれに限らず、反射ミラーを省略し、かつフォトダイオード素子により放射光を受光すると共に反射させる構成としてもよい。
この構成の場合には、フォトダイオード素子により放射光を受光すると共に反射させるので、モニタとしての機能と反射ミラーとしての機能とをフォトダイオード素子により共用させ得、これにより小型化が図れる。
In the above-described embodiment, the configuration includes both the reflection mirror and the photodiode element. However, the present invention is not limited to this, and the reflection mirror is omitted, and radiation light is received and reflected by the photodiode element. It is good also as a structure.
In the case of this configuration, since the radiated light is received and reflected by the photodiode element, the function as the monitor and the function as the reflection mirror can be shared by the photodiode element, thereby achieving miniaturization.
また、上述した実施形態では、Siフォトダイオード素子をサブマウントに形成するようにしているが、本発明はこれに限らず、Siフォトダイオード素子に代えて反射ミラーを形成するようにしてもよい。このようにすることにより、構造を簡単にして小型化を図ることが可能となる。 In the embodiment described above, the Si photodiode element is formed on the submount. However, the present invention is not limited to this, and a reflection mirror may be formed instead of the Si photodiode element. By doing so, the structure can be simplified and the size can be reduced.
また、上述した実施形態では、赤色半導体レーザ素子に対してのみSiフォトダイオード素子を配置した構成としているが、本発明はこれに限らず、発光ダイオード素子の近傍にもSiフォトダイオード素子を配置させて、APC駆動を行うようにしてもよい。この場合において、半導体レーザ素子に対して電流値増減による制御を行い、発光ダイオード素子に対してパルス幅変調による制御を行うようにするのが好ましい。その理由は、半導体レーザ素子の駆動に関しては発光ダイオード素子と異なり閾値電流があるので、デューテイ比やパルス幅を制御するパルス幅変調(PWM)による制御よりも、電流値増減による制御の方がより簡単に制御することができるからである。また、モニタ用のセンサとしてのフォトダイオード素子を半導体発光装置に内蔵して発光素子と一体化する構成とすることが好ましい。この構成とすることによって、半導体レーザ素子の経時変化および半導体レーザ素子とセンサとの経時変化による位置ずれ、センサの汚れ等を防ぐことが可能となる。 In the embodiment described above, the Si photodiode element is arranged only for the red semiconductor laser element. However, the present invention is not limited to this, and the Si photodiode element is also arranged in the vicinity of the light emitting diode element. Thus, APC driving may be performed. In this case, it is preferable to control the semiconductor laser element by increasing / decreasing the current value and to control the light emitting diode element by pulse width modulation. The reason for this is that, unlike a light emitting diode element, there is a threshold current for driving a semiconductor laser element, so control by increasing or decreasing the current value is more than control by pulse width modulation (PWM) that controls the duty ratio or pulse width. This is because it can be easily controlled. In addition, it is preferable that a photodiode element as a monitoring sensor is incorporated in the semiconductor light emitting device and integrated with the light emitting element. With this configuration, it is possible to prevent a change in the semiconductor laser element with time, a positional shift due to a change with time in the semiconductor laser element and the sensor, contamination of the sensor, and the like.
主に白色光を使用する、発光素子を用いた照明装置或いは液晶のバックライト等に使用される半導体発光装置の分野において、駆動電流の上昇化に伴う発熱を抑制し、特性の変動を減少させた状態で高出力化を図ることができる。 In the field of semiconductor light-emitting devices used mainly for lighting devices using light-emitting elements or liquid crystal backlights that use white light, heat generation due to an increase in drive current is suppressed, and fluctuations in characteristics are reduced. High output can be achieved in the above state.
4a 半導体発光装置
4b 電気端子
4c リードフレーム
4d Siフォトダイオード
4e 赤色半導体レーザ素子(発光素子)
4f 反射ミラー
4g 緑色発光ダイオード素子(発光素子)
4h 青色発光ダイオード素子(発光素子)
4i 反射板
4j サブマウント
4k、4l 保護用抵抗
4m、4n 抵抗
4p アンプ
4q APC回路
4a Semiconductor light emitting device 4b
4f Reflective mirror 4g Green light-emitting diode element (light-emitting element)
4h Blue light emitting diode element (light emitting element)
4i Reflector 4j Submount 4k, 4l
Claims (1)
該赤色,緑色,青色のうち少なくともいずれかの色の発光素子が半導体レーザ素子であり、
前記3つの発光素子のうち、いずれかは発光ダイオード素子であり、
該少なくとも三つの発光素子からなる発光部の中心付近に、該半導体レーザ素子の前面からの出射光を発光軸方向に反射させるための反射ミラーが配置されており、
該発光部の周囲に反射板が設けられ、該反射ミラーは、放射光の一部を発光軸方向に反射するとともに残りの一部を該反射板に到達させるように寸法規定がなされており、
さらに、各発光素子の光出力をそれぞれ受光するフォトダイオード素子を備えるとともに、各フォトダイオード素子が捉えた電気出力に基づいて所定の輝度及び色調となるように各発光素子を制御する駆動回路を備え、該駆動回路は、半導体レーザ素子に対して電流値増減による制御を行い、発光ダイオード素子に対してパルス幅変調による制御を行うことを特徴とする半導体発光装置。
In a semiconductor light emitting device incorporating at least three light emitting elements that emit red, green, and blue,
The light emitting element of at least one of the red, green, and blue colors is a semiconductor laser element,
One of the three light emitting elements is a light emitting diode element,
A reflection mirror for reflecting light emitted from the front surface of the semiconductor laser element in the direction of the emission axis is disposed in the vicinity of the center of the light emitting unit composed of the at least three light emitting elements.
A reflecting plate is provided around the light emitting unit, and the reflecting mirror is sized so as to reflect a part of the radiated light in the light emitting axis direction and to make the remaining part reach the reflecting plate,
In addition, a photodiode element that receives the light output of each light emitting element is provided, and a drive circuit that controls each light emitting element to have a predetermined luminance and color tone based on the electrical output captured by each photodiode element. , the drive circuit performs a control by the current value increases or decreases with respect to the semiconductor laser element, a semiconductor light emitting device characterized by performing control by pulse width modulation to the light emitting diode element.
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