JP4642054B2 - Surface emitting device - Google Patents
Surface emitting device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4642054B2 JP4642054B2 JP2007252078A JP2007252078A JP4642054B2 JP 4642054 B2 JP4642054 B2 JP 4642054B2 JP 2007252078 A JP2007252078 A JP 2007252078A JP 2007252078 A JP2007252078 A JP 2007252078A JP 4642054 B2 JP4642054 B2 JP 4642054B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- light guide
- guide plate
- emitting device
- semiconductor laser
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Liquid Crystal (AREA)
- Planar Illumination Modules (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Description
この発明は、面発光装置に関し、特に、エッジライト方式の面発光装置に関する。 The present invention relates to a surface light emitting device, and more particularly to an edge light type surface light emitting device.
従来、液晶表示装置のバックライトなどに好適に用いられる面発光装置として、透明な平行平板や断面楔形平板などからなる導光板の側端面から光を入射させ、その光を面状に発光させる、いわゆるエッジライト方式の面発光装置が広く普及している。 Conventionally, as a surface light emitting device suitably used for a backlight of a liquid crystal display device or the like, light is incident from a side end surface of a light guide plate made of a transparent parallel plate or a wedge-shaped flat plate, and the light is emitted in a planar shape. A so-called edge light type surface emitting device is widely used.
ところで、導光板内を進む光は多くの反射と屈折を繰り返す。理想的な金属面を利用した反射の場合であっても一回の反射につき通常10〜15%程度のエネルギーロスを伴うので、通常は数回の反射を繰り返しただけで光のエネルギーは半分以下となってしまう。しかしながら、エッジライト方式の面発光装置では、導光板内外の屈折率の差(屈折率界面)に起因する全反射を利用しているので、反射に伴うエネルギーロスがない。すなわち、一旦導光板内に入射した光は、途中での吸収がなければ、入射端の反対側まで減衰することなく到達することができる。これが導光板を用いた面発光装置が実用に即した理由である。 By the way, the light traveling in the light guide plate repeats many reflections and refractions. Even in the case of reflection using an ideal metal surface, it usually involves an energy loss of about 10 to 15% per reflection, so the light energy is usually less than half after only a few reflections. End up. However, since the edge light type surface light emitting device uses total reflection caused by the difference in refractive index between the inside and outside of the light guide plate (refractive index interface), there is no energy loss due to reflection. That is, the light once incident on the light guide plate can reach the opposite side of the incident end without being attenuated if there is no midway absorption. This is the reason why the surface light emitting device using the light guide plate is practical.
このような導光板を用いた面発光装置の光源としては、従来CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp、冷陰極管)が多用されてきた。それに加えて、近年では複数のLED(Light Emitting Diode、発光ダイオード素子)を入射面に配列するような形態も現れてきた(たとえば、特許文献1参照)。 Conventionally, a CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp, cold cathode tube) has been widely used as a light source of a surface light emitting device using such a light guide plate. In addition, in recent years, a form in which a plurality of LEDs (Light Emitting Diodes, light emitting diode elements) are arranged on an incident surface has appeared (for example, see Patent Document 1).
CCFLは、直径数mm程度の非常に細い蛍光管であり、導光板の発展とともに近年急速に発展した。冷陰極管の発光原理は普通の蛍光管(熱陰極管)と基本的に変わりはないが、電極にフィラメントがないので構造が簡単で細径化に適している。またCCFLは、線状に発光する。そのため、CCFLを導光板の側端面の長手方向に沿って配置すれば、CCFLが出射した光を当該側端面からより多く導光板に入射することができるので、CCFLはエッジライト方式の面発光装置の光源として適している。ただし、電極を加熱せず、電界放出を用いるために放電電圧は熱陰極管に比べて非常に高電圧(300〜700V)となる。また水銀を使用しているというデメリットがある。 CCFL is a very thin fluorescent tube with a diameter of several millimeters, and has rapidly developed in recent years with the development of light guide plates. The light emission principle of a cold cathode tube is basically the same as that of an ordinary fluorescent tube (hot cathode tube), but since the electrode has no filament, the structure is simple and suitable for reducing the diameter. CCFL emits light linearly. Therefore, if the CCFL is arranged along the longitudinal direction of the side end face of the light guide plate, more light emitted from the CCFL can be incident on the light guide plate from the side end face. Therefore, the CCFL is an edge light type surface emitting device. Suitable as a light source. However, since the electrodes are not heated and field emission is used, the discharge voltage is very high (300 to 700 V) compared to the hot cathode tube. Another disadvantage is the use of mercury.
一方、近年採用が増えているLEDは、冷陰極管のように水銀を使用せず、また動作電圧が大幅に低い(すなわち低電圧で発光する)などのメリットがある。反面、LED1素子あたりの光量が小さいために複数の素子を必要とし、現状では高コストである。また大型化したときに消費電力が冷陰極管よりも大きくなる。このように、両者には一長一短が見られる。
しかしながら、CCFLとLEDには、導光板に対して光を入射させる際の光の利用効率が悪いという共通する課題がある。つまり、CCFLの場合、無指向性光源であるから、エネルギーロスを生じさせずにCCFLから発した光を全て導光板に入射させることができない。導光板に向かわない一部の光について、金属反射鏡などでその向きを変えて再度導光板に向かわせるとしても、反射時にエネルギーロスが発生する。また、LEDの場合、たとえば砲弾型の形状に樹脂でモールドし光を集中させることによりある程度指向性を有する光を出射させることが可能であるが、LEDからあらゆる方向へ放射される光の全てを漏れなく集光することは困難である。また、LEDは点光源であり、光が円状に放射されて拡散するために、LEDから発した光を、特に導光板の厚み方向に、全て入射させることができない場合がある。 However, CCFL and LED have a common problem that the light use efficiency is low when light is incident on the light guide plate. That is, in the case of CCFL, since it is an omnidirectional light source, it is impossible to make all light emitted from CCFL incident on the light guide plate without causing energy loss. Even if a part of the light that does not go to the light guide plate is redirected to the light guide plate by changing its direction with a metal reflecting mirror or the like, an energy loss occurs at the time of reflection. In the case of an LED, for example, it is possible to emit light having directivity to some extent by concentrating the light by molding it with a resin in a bullet shape, but all of the light emitted from the LED in all directions It is difficult to collect light without leakage. Further, the LED is a point light source, and light is emitted and diffused in a circular shape, and therefore, there is a case where all the light emitted from the LED cannot be incident particularly in the thickness direction of the light guide plate.
それゆえに、この発明の主たる目的は、光の利用効率を向上させることのできる面発光装置を提供することである。 Therefore, a main object of the present invention is to provide a surface light emitting device capable of improving the light use efficiency.
この発明に係る面発光装置は、発光層を含む積層構造を有する端面発光型の半導体レーザ素子を備える。また、半導体レーザ素子の光出射面に受光端面が対向して配置された導光部材を備える。また、導光部材における受光端面に沿う方向の断面形状が長手方向を有し、半導体レーザ素子は、積層構造の積層方向が上記長手方向に沿うように配置されている。 A surface emitting device according to the present invention includes an edge emitting semiconductor laser element having a laminated structure including a light emitting layer. In addition, a light guide member having a light receiving end face opposed to the light emitting surface of the semiconductor laser element is provided. Moreover, the cross-sectional shape of the light guide member in the direction along the light receiving end surface has a longitudinal direction, and the semiconductor laser element is arranged so that the lamination direction of the laminated structure is along the longitudinal direction.
ここで受光端面とは、導光部材の側端面(板状体の小口面)であって、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が入射する面である。レーザ光は、導光部材の側端面のうち一つの面へ入射してもよく、複数の面へ入射してもよい。すなわち、受光端面は一面でも複数面でもよい。また受光端面は平面に限られず、曲面、凹凸を有する面、鋸歯状のぎざぎざを有する面など、任意の形状であってもよい。受光端面に沿う方向の断面とは、すなわち、レーザ光の光軸に対し略直交する(たとえばレーザ光の光軸に対し80°以上100°以下の角度を形成する)、導光部材の断面をいう。半導体レーザ素子から出射されたレーザ光は、後述するように帯状の広がりを有するが、広がり角が0°となるレーザ光の経路を、レーザ光の光軸という。 Here, the light receiving end surface is a side end surface of the light guide member (a facet of the plate-like body) and is a surface on which the laser light emitted from the semiconductor laser element is incident. The laser light may be incident on one of the side end surfaces of the light guide member, or may be incident on a plurality of surfaces. That is, the light receiving end surface may be one surface or a plurality of surfaces. The light receiving end face is not limited to a flat surface, but may be any shape such as a curved surface, a surface having irregularities, or a surface having serrated jagged edges. The cross section in the direction along the light receiving end face is a cross section of the light guide member that is substantially orthogonal to the optical axis of the laser beam (for example, forms an angle of 80 ° to 100 ° with respect to the optical axis of the laser beam). Say. The laser light emitted from the semiconductor laser element has a belt-like spread as will be described later, and the path of the laser light having a spread angle of 0 ° is referred to as an optical axis of the laser light.
また、受光端面に沿う方向の導光部材の断面内で2次元直交座標系(X−Y座標系)を考えた場合に、当該断面の径(差し渡しの長さ)のX方向における最大値がY方向における最大値よりも大きいとき、X方向が長手方向となる。つまり、導光部材の断面内において、一の方向の断面の径が、当該一の方向に直交する方向の断面の径に対してより大きくなる場合、当該一の方向を長手方向という。 In addition, when a two-dimensional orthogonal coordinate system (XY coordinate system) is considered in the cross section of the light guide member in the direction along the light receiving end surface, the maximum value in the X direction of the diameter of the cross section (passing length) is When larger than the maximum value in the Y direction, the X direction becomes the longitudinal direction. That is, in the cross section of the light guide member, when the diameter of the cross section in one direction is larger than the diameter of the cross section in the direction orthogonal to the one direction, the one direction is referred to as the longitudinal direction.
上記面発光装置において好ましくは、発光層は、光出射面に、レーザ光が出射する発光部を有する。積層方向と直交する幅方向における発光部の寸法を、積層方向における発光部の寸法で割った比の値が、50以上である。ここで、発光層は半導体レーザ素子における活性層のことであって、発光部とは活性層のうち、レーザ光が発振され、出射される部分のことである。 In the above surface light emitting device, the light emitting layer preferably has a light emitting portion for emitting laser light on the light emitting surface. The ratio value obtained by dividing the dimension of the light emitting part in the width direction perpendicular to the stacking direction by the dimension of the light emitting part in the stacking direction is 50 or more. Here, the light emitting layer is an active layer in the semiconductor laser element, and the light emitting portion is a portion of the active layer from which laser light is oscillated and emitted.
また好ましくは、導光部材から光が出射する導光部材の出射面と反対側に、光を反射して出射面側に導く、光反射部材が設けられている。 Preferably, a light reflecting member is provided on the opposite side of the light guide member from which light is emitted from the light guide member.
また好ましくは、光反射部材には、半導体レーザ素子が出射するレーザ光を吸収して、レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体が含まれている。 Preferably, the light reflecting member includes a phosphor that absorbs laser light emitted from the semiconductor laser element and emits light having a wavelength different from the wavelength of the laser light.
また好ましくは、受光端面と、受光端面と反対側の導光部材の端面との、少なくとも一方に、半導体レーザ素子が出射するレーザ光を吸収して、レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体層が設けられている。 Preferably, at least one of the light receiving end surface and the end surface of the light guide member opposite to the light receiving end surface absorbs laser light emitted from the semiconductor laser element, and emits light having a wavelength different from the wavelength of the laser light. A phosphor layer is provided that emits.
また好ましくは、受光端面は、導光部材の角部に設けられている。角部を形成する端面を除く導光部材の端面に、半導体レーザ素子が出射するレーザ光を吸収して、レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体層が設けられている。 Preferably, the light receiving end face is provided at a corner of the light guide member. A phosphor layer that absorbs the laser beam emitted from the semiconductor laser element and emits light having a wavelength different from the wavelength of the laser beam is provided on the end surface of the light guide member excluding the end surface that forms the corner. .
また好ましくは、導光部材は、透明な材料からなる。
また好ましくは、導光部材から光が出射する導光部材の出射面に、半導体レーザ素子が出射するレーザ光を吸収して、レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体層が設けられている。
Preferably, the light guide member is made of a transparent material.
Preferably, the phosphor layer that absorbs the laser beam emitted from the semiconductor laser element and emits light having a wavelength different from the wavelength of the laser beam on the emission surface of the light guide member from which light is emitted from the light guide member Is provided.
また好ましくは、受光端面に、レーザ光を透過し、レーザ光と異なる波長の光を反射し得る、光学膜が形成されている。 Preferably, an optical film capable of transmitting laser light and reflecting light having a wavelength different from that of the laser light is formed on the light receiving end face.
また好ましくは、受光端面以外の導光部材の端面の少なくとも一部に、光を反射する端面光反射部が設けられている。 Preferably, at least a part of the end face of the light guide member other than the light receiving end face is provided with an end face light reflecting portion that reflects light.
この発明の面発光装置では、半導体レーザ素子の積層構造の積層方向が、導光部材における受光端面に沿う方向の断面の長手方向に沿うように、半導体レーザ素子および導光部材が配置されている。そのため、半導体レーザ素子から出射されたレーザ光が帯状に広がる光の長手方向を、導光部材の断面形状の長手方向に揃えることができる。よって、帯状に広がるレーザ光のほぼ全てを、半導体レーザ素子の光出射面に対向して配置された導光部材の受光端面に入射させることができる。半導体レーザ素子から出射されたレーザ光のほぼ全てを導光部材に入射させることができるので、光源から発した光の利用効率を向上させ、光度を向上させた面発光装置を得ることができる。 In the surface emitting device according to the present invention, the semiconductor laser element and the light guide member are arranged so that the stacking direction of the stacked structure of the semiconductor laser elements is along the longitudinal direction of the cross section along the light receiving end face of the light guide member. . Therefore, the longitudinal direction of the light in which the laser light emitted from the semiconductor laser element spreads in a band shape can be aligned with the longitudinal direction of the cross-sectional shape of the light guide member. Therefore, almost all of the laser beam spreading in a band shape can be incident on the light receiving end face of the light guide member arranged to face the light emitting surface of the semiconductor laser element. Since almost all of the laser light emitted from the semiconductor laser element can be incident on the light guide member, it is possible to improve the use efficiency of the light emitted from the light source and to obtain a surface emitting device with improved luminous intensity.
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1の面発光装置の分解斜視図である。図2は、面発光装置を組み立てた状態における、図1に示すII−II線による断面図である。図1および図2に示すように、面発光装置1は、導光部材としての導光板2を備える。導光板2は、たとえばアクリル樹脂などの透明な材料からなるのが好ましいが、透光性を有する材料であればどのような材料を用いてもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an exploded perspective view of the surface light emitting device according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II shown in FIG. 1 in a state where the surface light emitting device is assembled. As shown in FIGS. 1 and 2, the surface light emitting device 1 includes a
導光板2は、平面形状矩形の板状の形状に形成されている。面発光装置1の光源である半導体レーザ素子101は、矩形板状の導光板2の側端面の一つである端面2cに対向するように、配置される。実施の形態1における導光板2の端面2cは、半導体レーザ素子101の光出射面に対向する、受光端面である。導光板2の端面2c側には、半導体レーザ素子101が出射するレーザ光を吸収して、レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体層3が設けられている。
The
矩形板状の導光板2の、側端面でない広い面である表面2aは、導光板2から光が出射する出射面である。導光板2の表面2a側には、導光板2から出射する光を拡散する樹脂がコーティングされ、光を拡散させてより均一な面光源とするための、拡散部材としての拡散シート5が形成されている。また、表面2aと反対側の面である導光板2の裏面2b側には、出射面とは反対方向に出された光を反射させ、出射面側に導くことで光のロスを減らし輝度を向上させる、光反射部材としての反射シート4が設けられている。
A
導光板2、蛍光体層3、反射シート4、拡散シート5および半導体レーザ素子101は、ケース6に収納される。ケース6は、たとえば樹脂成型によって、上面が開口した偏平な略箱型形状に形成されている。ケース6にカバー7を被せることにより、ケース6に収納された導光板2などが固定保持される。カバー7には、拡散シート5を介在させて出射面である表面2aを外部へ露出するための、矩形の開口部7aが形成されている。ケース6およびカバー7は、面発光装置の周囲の枠(額縁部)である、ベゼルを構成する。
The
図3および図4は、半導体レーザ素子が出射するレーザ光に対する導光板の配置を示す模式図である。図3と図4とは、半導体レーザ素子101からレーザ光130が出射されて、蛍光体層3を通って、レーザ光130が受光端面である導光板2の端面2cへ入射している状態を示し、図3では斜投影法、図4では等角投影法を用いて、同一の状態を異なった角度から図示している。なお図4では、図3に示されている反射シート4および拡散シート5は省略されている。図3および図4を参照して、半導体レーザ素子101が出射するレーザ光130の、導光板2内部における挙動について説明する。
3 and 4 are schematic views showing the arrangement of the light guide plate with respect to the laser light emitted from the semiconductor laser element. 3 and 4 show a state in which the
図3および図4に示すように、半導体レーザ素子101から発振したレーザ光130は、帯状に広がる放射特性を有する。レーザ光130は、導光板2の端面2cにおいて、帯状の広がりの長手方向が端面2cの矩形形状の長辺方向に沿い、帯状の広がりの短手方向が端面2cの矩形形状の短辺方向に沿うように、蛍光体層3を通って導光板2に入射する。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
ここで、導光板2の屈折率がn、導光板2の周囲が空気(屈折率=1)である場合に、導光板2の表面2aまたは裏面2bにおける光の臨界角(全反射が起きる時の、最小入射角)θcは、θc=sin−1(1/n)の関係を満たす。すなわち、θc=sin−1(1/n)を満たす角度以下を反射角として導光板2の表面2aまたは裏面2bで反射する光は、全反射する。
Here, when the refractive index of the
導光板2が矩形板であって、受光端面と表面2aおよび裏面2bが成す角度がいずれも直角である場合、受光端面における光の入射角をαとすると、スネルの法則より、以下の関係式が成立する。
When the
sinα=n・sin(π/2−θc)=n・cosθc
上式にθc=sin−1(1/n)を代入すると、
sinα=√(n2−1)
上式が成立するのは、1<n≦√2を満たす場合であって、nの値がこの範囲内であるときは、α<sin−1(√(n2−1))を満たす入射角で導光板2に入射する光は、表面2aおよび裏面2bにおいて全反射する。またn>√2の場合には、入射角αに関わらず、導光板2に入射した光は、表面2aおよび裏面2bにおいて全反射する。つまり、導光板2の屈折率nとして、n>√2を満たすような材質を用いて上述のような導光板を形成すると、一旦導光板2に入射した光を全て全反射させることができる。
sin α = n · sin (π / 2−θc) = n · cos θc
Substituting θc = sin −1 (1 / n) into the above equation,
sin α = √ (n 2 −1)
The above formula is satisfied when 1 <n ≦ √2 is satisfied, and when the value of n is within this range, the incident satisfies α <sin −1 (√ (n 2 −1)). The light incident on the
上記の入射角αに係る条件を満たして導光板2に入射したレーザ光は、導光板2の表面2aおよび裏面2bで全反射しながら、導光板2の内部を伝播する。導光板2の出射面が、受光端面と反対側の側端面である端面2dである場合には、導光板2内外の屈折率の差によって、導光板2に入射したレーザ光は導光板2の内部を全反射して出射面に至る。しかし、たとえば導光板2の出射面が導光板2の側端面でない表面2aである場合には、導光板2内部でレーザ光が全反射するために、光が出射面から出射しない。
The laser light that has entered the
そのような場合には、導光板2から光が出射する出射面である表面2aと反対側の裏面2bに、光を反射して出射面側へ導く、光反射部材としての反射シート4を設ける。反射シート4を設けることによって、導光板2の裏面側に向かう光は反射されて、表面2a側に導かれる。たとえば、反射シート4に光散乱用の突起を形成したり、密度勾配を設けたりすることによって、導光板2の裏面2b側におけるレーザ光の反射角を変えて、表面2a側にレーザ光を反射させることができる。
In such a case, a
レーザ光は、導光板2から光が出射する出射面である表面2aから、矢印VLに示すように、外部に出射される。導光板2の外部の表面2a側には、図示しない表示パネルが配置されて、導光板2の表面2aから出射される光が、バックライトとして上記表示パネルに入射されるようになっている。このようにして、面発光装置1は、たとえば液晶ディスプレイのエッジライト方式バックライトとして、用いることができる。
The laser light is emitted to the outside as indicated by an arrow VL from the
図2〜図4に示すように、面発光装置1では、受光端面である導光板2の端面2c側に、蛍光体層3が設けられている。レーザ光130は蛍光体層3を通って導光板2へ入射する。蛍光体層3には、半導体レーザ素子101が出射するレーザ光130を吸収して、レーザ光130の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体が含まれている。レーザ光130を受けて所定の色の光を発する蛍光体によって、任意の色の光を導光板2から出射させることができる。
As shown in FIGS. 2 to 4, in the surface light emitting device 1, the
たとえば、半導体レーザ素子101が出射する単一波長のレーザ光130を受けて、赤色、緑色、青色の光を発する3種類の蛍光体を、蛍光体層3に含ませることができる。たとえばレーザ光130の波長が405nmである場合、赤色蛍光体としてCaAlSiN3:Eu2+、緑色蛍光体としてβ−SiAlON:Eu2+、青色蛍光体としてLaSiAlON:Ce3+が、蛍光体層3に含まれるものとすることができる。これらの蛍光体を半導体レーザ素子101で励起することで、演色性のよい(つまり、太陽光線で見たときとの色の見え方の差が小さい)白色光を発する、面発光装置1を実現することができる。蛍光体層3が表面積の小さい端面2c側に設けられているために、蛍光体の必要量を低減することができる。
For example, the
次に、半導体レーザ素子101の構造、およびレーザ光の放射特性に基づいた半導体レーザ素子101の配置について説明する。半導体レーザ素子101は、発光層を含む積層構造を有する、端面発光型である。図5は、導光板の受光端面と反対側の端面側から見た半導体レーザ素子を示す模式図である。図5から分かるように、半導体レーザ素子101を構成する半導体層の積層方向が、矩形板形状の導光板2の断面の長手方向に沿うように、半導体レーザ素子101が設置されている。
Next, the arrangement of the
この半導体レーザ素子101では、GaN基板上にInGaN/AlGaN系の半導体層をエピタキシャル成長させて製造された半導体レーザチップ103が、サブマウント104を介在させてステム105に実装されている。半導体レーザ素子101からレーザ光が発振する波長は、発光層などの半導体層の組成および厚みを適宜調整することによって、任意に調整することができる。たとえば、波長445nmで発振する青色の半導体レーザ素子101とすることができる。
In this
図6は、半導体レーザ素子のチップ部分を示す模式図である。図6に示すように、半導体レーザチップ103は金属ワイヤ106、107、およびターミナル108、109を介在させて、ステム105の電極ピン(不図示)に接続されている。また、半導体レーザチップ103は、光源として高出力の光を取り出すために、1チップに6本のストライプ(共振器)を備えている。1本のストライプ幅は10μm、共振器長は400μmである。
FIG. 6 is a schematic diagram showing a chip portion of the semiconductor laser element. As shown in FIG. 6, the
図7は、半導体レーザ素子を構成するストライプ1本部分の斜視図であって、図6に示す領域VIIの拡大図である。図7に示すように、半導体レーザチップ103は、n型GaNからなる基板110、n型GaNからなるバッファ層111、n型AlGaNからなる下クラッド層112、InGaNの多重量子井戸からなる活性層113、p型AlGaNからなる上クラッド層114、p型GaNからなるコンタクト層115によって構成される。また半導体レーザチップ103は、Pdからなるp側電極116、Hf/Alからなるn側電極117、SiO2からなる絶縁膜118、Auからなる引き出し電極119、Auからなるパッド電極120、溶断金属膜層121、各ストライプを電気的に分離する溝部122を有する。ステム105の電極ピンを通してこの半導体レーザ素子101に直流電流を流すと、閾値電流0.9Aにて波長445nmでレーザ発振を開始する。たとえば、駆動電流3Aのとき、光出力3Wを得ることができる。
FIG. 7 is a perspective view of one stripe portion constituting the semiconductor laser device, and is an enlarged view of a region VII shown in FIG. As shown in FIG. 7, the
図8は、半導体レーザ素子から出射される光の放射特性を示す模式図である。積層構造をなす半導体層の積層方向を、両矢印LDで示す。図8に示すように、半導体レーザ素子101の光出射面においてレーザ光130が出射する発光部131は、横長に形成されている。積層方向と直交する幅方向における発光部131の寸法を、積層方向における発光部131の寸法で割った比の値が、50以上となるように形成することができる。ここで、積層方向における発光部131の寸法とは、半導体レーザ素子101の活性層113の厚みのことである。たとえば、発光部131の厚み50nm、幅2.5μmとすれば、上記比の値は50である。また、たとえば発光部131の厚み50nm、幅5μmとして、上記比の値を100としてもよい。発光部131の、積層方向の寸法に対する幅方向の寸法の比が50以上である(つまり、ストライプ状の発光部131を有する)半導体レーザ素子101は、いわゆるブロードエリア(BA)型の半導体レーザを構成する。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a radiation characteristic of light emitted from the semiconductor laser element. The stacking direction of the semiconductor layers having a stacked structure is indicated by a double arrow LD. As shown in FIG. 8, the
半導体レーザ素子101が発する光は、指向性が極めて高い。つまり、半導体レーザ素子101から出射されたレーザ光130は、一定の方向に直進する性質を有する。レーザ光130の放射特性は、光出射面から数cm以上離れた位置で計測されるレーザ光130の形状とその強度分布を示すFFP(Far Field Pattern、遠視野像)によって示される。
The light emitted from the
BA型の半導体レーザ素子101では、発光部131が横長になっており、縦方向のスペースが狭いため、発光部131から出た光は回折作用によって回り込むような形で拡がる。そのため、出射されたレーザ光130の広がりは、出口(発光部131)が狭い縦方向(半導体層の積層方向)の方が出口の広い横方向(幅方向)に比べて大きくなる。上記光の回折効果によって、BA型の半導体レーザ素子101から出射されるレーザ光130の放射特性は、半導体レーザの積層方向におけるレーザ光130の拡がり角度が大きく、積層方向に直交する幅方向の拡がり角度が小さい、帯状になる。たとえば駆動電流3Aのときのレーザ光130の半値角は、半導体層の積層方向に20°、幅方向に7°である。
In the BA type
つまり、端面発光型の半導体レーザ素子101から出射されるレーザ光130の放射特性は、半導体層の積層構造の積層方向に長い、帯状になる。半導体レーザ素子101から出射されたレーザ光130は、半導体層の積層方向に相対的に大きく、幅方向に相対的に小さく広がる特性を有している。そのため、半導体レーザ素子101の光出射面に平行な面において、半導体層の積層方向におけるレーザ光130の寸法を幅方向におけるレーザ光130の寸法で割った比の値は、光線が半導体レーザ素子101から離れるにつれて大きくなる。
That is, the radiation characteristic of the
そこで、このような帯状のレーザ光130を出射する半導体レーザ素子101を、図5に示すように、導光板2の端面2cの長手方向に対して半導体レーザチップ103の半導体層の積層方向が沿うように設置する。つまり、半導体レーザ素子101の積層構造の積層方向が、矩形板形状の導光板2における受光端面(端面2c)に沿う方向の断面の長手方向に沿うように、半導体レーザ素子101および導光板2を配置する。これにより、導光板2に照射されるレーザ光130は、導光板2の断面に沿った形となる。
Therefore, in the
換言すると、実施の形態1では導光板2は平面形状矩形の平板形状であり、受光端面である端面2cは導光板2の矩形板形状の短辺側の側端面であるから、端面2cは矩形をなすように形成されている。導光板2の、端面2cに沿った断面形状もまた、矩形となる。よって、実施の形態1では、端面2cに沿った導光板2の断面形状が矩形であるから、矩形の長辺が長手方向となる。この長手方向に、積層構造の半導体層の積層方向が沿うように、半導体レーザ素子101と導光板2との配置が調整される。
In other words, in Embodiment 1, the
このように、BA型の半導体レーザ素子101の配置を揃えることにより、半導体レーザ素子101から出射されたレーザ光130が帯状に広がる光の長手方向を、導光板2の断面形状の長手方向に揃えることができる。よって、帯状に広がるレーザ光130のほぼ全てを、半導体レーザ素子101の光出射面に対向して配置された、導光板2の受光端面に入射させることができる。半導体レーザ素子101を光源とする面発光装置1では、半導体レーザ素子101から出射されたレーザ光130のほぼ全てを導光板2に入射させることができるので、等方的に光が放射される冷陰極管やLEDに対して、光の利用効率を向上させ、光度を向上させた面発光装置1を得ることができる。
In this way, by aligning the arrangement of the BA type
導光板2の断面に沿った形となるレーザ光130が導光板2に照射されるので、レーザ光130は、導光板2の断面の長手方向に広がるように、導光板2の内部を伝播する。そして、反射シート4の作用によって、レーザ光は出射面である表面2a側に反射される。反射シート4により反射されて、外部へ出射し得る入射角で表面2aに至った光は、拡散シート5によって拡散する。よって、出射面である表面2aの全面から均一に光が出射できる、均一な面光源を提供することができる。
Since the
ここで、帯状に広がるレーザ光130の広がりの角度と、半導体レーザ素子101から導光板2までの距離とを調整することにより、レーザ光130を受光端面である端面2cのより広い範囲に広げて、導光板2に入射することが望ましい。このようにすれば、導光板2の出射面の全面から、より均一な光を出射させることができる。たとえば板形状の導光部材の、側端面でない広い面である表面2aが出射面である場合に、受光端面(端面2c)においてレーザ光130が入射していない面積が大きければ、導光板2から面発光する光が不均一となりやすいためである。なお、半導体レーザ素子130を導光板2から離して配置すると面発光装置1の大型化につながるため、半導体層の厚みやリッジ幅を調整することによって、レーザ光130の広がりの角度を調整することがより望ましい。
Here, by adjusting the spread angle of the
レーザ光130の半値角の2倍以内の範囲に含まれるレーザ光130の光量は、全出射光の98%以上である。そのため、レーザ光130の半値角の2倍以内となる範囲が受光端面に含まれるように調整すれば、光の利用効率をより向上することができる。レーザ光130は半導体層の積層方向(つまり、受光端面における導光板2の厚み方向に直交する方向)における広がりが大きいため、上記積層方向に対するレーザ光130の半値角を調整することによって、レーザ光130を受光端面のより広い範囲に広げることができる。なお半値角とは、光の指向性を示すパラメータであり、光の放射強度がピーク値に対して半分になる点の光軸からのずれ角度で定義される。
The amount of the
レーザ光130の半値角、および半導体レーザ素子101と導光板2との間の距離によって、受光端面においてレーザ光130が照射される面積は自ずと決定されることになる。一方、導光板2の厚み方向の寸法はmmオーダーであり、半導体レーザ素子101の発光層の厚みは最大でも0.1μm程度であって、また導光板2の厚み方向へのレーザ光130の広がり角度は5°程度であるから、導光板2の厚み方向へはレーザ光130のほぼ全てを受光端面に入射させることが可能と考えられる。
Depending on the half-value angle of the
また、半導体レーザ素子101をBA型として、発光部131の面積をより大きくすることにより、発光部131の電流密度および光密度を低減することができる。発光部131の面積が小さい場合、大電流を流すと、過大な電流密度のために半導体レーザ素子101が破壊される可能性がある。BA型とすることで発光部131の電流密度が低減し、半導体レーザにより大きな電流を流すことができるので、面発光装置1の光源としての半導体レーザの高出力化を達成することができる。
Moreover, the current density and the light density of the
なお、BA型の半導体レーザ素子101では、発光部131の幅方向の寸法(リッジ幅)を大きくすることにより、出射されるレーザ光130が単一モードでなくなり、高次(2次以上)のモードのレーザ光130が発振され、光強度の大きくなる点が複数生じる可能性がある。通信や信号読み取りなどに使用される場合には、高次のモードのレーザ光130が発振されると、光強度の高い点が不安定となり、かつ損失が大きくなるため、問題となる場合がある。しかし、面発光装置1では、導光板2の表面2a側に配置され光を拡散する拡散部材としての拡散シート5と、出射面でない裏面2b側に配置される光反射部材としての反射シート4と、の設計によって、光を均一に出射させる対応が可能である。そのために、BA型の半導体レーザ素子101から高次のモードのレーザ光130が発振されても、問題とはならないと考えられる。
In the BA type
(実施の形態2)
図9は、実施の形態2の面発光装置の構成を示す模式図である。実施の形態2の面発光装置と、上述した実施の形態1の面発光装置とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態2では、蛍光体層3の設置位置が図9に示すような位置となっている点で実施の形態1とは異なっている。具体的には、図9に示すように、蛍光体層3は、導光板2から光が出射する出射面である導光板2の表面2aに設けられている。
(Embodiment 2)
FIG. 9 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the second embodiment. The surface light emitting device of the second embodiment and the surface light emitting device of the first embodiment described above basically have the same configuration. However, the second embodiment is different from the first embodiment in that the installation position of the
蛍光体は入射した光を受けてあらゆる方向に光を放出する。実施の形態1では蛍光体層3を受光端面である端面2cに設けたが、蛍光体層を導光板2の受光端面に設けると、蛍光体から半導体レーザ素子側に放出された光がエネルギーロスとなり、その結果、光の利用効率が低下する場合がある。そこで、図9に示すように、蛍光体層3を出射面である導光板2の表面2aに配置する構成とすれば、蛍光体が放出する光の一部はそのまま外部へ放出される。また導光板2側へ放出された一部の光は、導光板2の裏面2bまたは反射シート4(図3参照)によって反射されて、表面2a側へ導かれ、外部へ放出される。よって、蛍光体層3から放出される光を効率よく外部へ出射することができるので、光の利用効率をより向上させることができる。
The phosphor receives incident light and emits light in all directions. In the first embodiment, the
(実施の形態3)
図10は、実施の形態3の面発光装置の構成を示す模式図である。実施の形態3の面発光装置と、上述した実施の形態1の面発光装置とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態3では、蛍光体層3の設置位置が図10に示すような位置となっている点で実施の形態1とは異なっている。具体的には、図10に示すように、蛍光体層3は、受光端面である導光板2の端面2cと反対側の端面2d側に設けられている。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the third embodiment. The surface light-emitting device of
実施の形態1と同様に、蛍光体層3が導光板2の側端面である端面2d側に設けられているために、蛍光体層3が設けられる導光板2の表面の面積が小さくなり、蛍光体の必要量を低減することができる。また、蛍光体層3が導光板2の端面に設けられている実施の形態1および3の構成では、導光板2を透明な材料とし、導光板の裏面2b側に反射シート4を配置することにより、外光の反射によって液晶を照らすことが可能な構成を実現することができる。導光板2を形成する透明な材料としては、石英などの無機ガラスや、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、シクロオレフィン系樹脂などを用いることができる。
As in the first embodiment, since the
たとえば日中の屋外などの十分明るい環境において、外光の反射によって液晶を照らすことができれば、携帯機器の液晶のバックライトを常時点灯させる必要はない。つまり、暗い場所でのみバックライトを点灯させれば、省電力化およびバックライトの長寿命化を達成することができる。 For example, in a sufficiently bright environment such as outdoors during the day, if the liquid crystal can be illuminated by reflection of outside light, it is not necessary to always turn on the liquid crystal backlight of the portable device. That is, if the backlight is turned on only in a dark place, power saving and a longer lifetime of the backlight can be achieved.
図10に示す、蛍光体層3が導光板2の端面2dにのみ設けられている構成では、受光端面である端面2cから入射したレーザ光が端面2dへ到達する経路において、導光板2の裏面側に設けられた反射部材によって、表面2aへ導かれる場合が考えられる。つまり、レーザ光の単色光が表面2aから出射する可能性がある。これを防止するためには、たとえば表面2a側に、レーザ光の波長をカットするフィルタを設けることができる。またたとえば、蛍光体層3の配置を、端面2cおよび端面2dの組合せ、または表面2aおよび端面2dの組合せとすることができる。蛍光体層3を組み合わせて使用する場合、蛍光体濃度に分布をつけることができる。たとえば、端面2c側の蛍光体濃度を小さくし、端面2d側の蛍光体濃度をより大きくすることができる。この場合、蛍光体濃度の小さい端面2c側の蛍光体層3では一部のレーザ光のみが白色光化される。しかし、端面2c側の蛍光体層3で白色光化されなかったレーザ光は、端面2d側の蛍光体層3で完全に白色光化することができる。したがって、レーザ光の単色光から効率よく白色光を得ることができる。
In the configuration in which the
(実施の形態4)
図11は、実施の形態4の面発光装置の構成を示す模式図である。実施の形態4では、半導体レーザ素子101が図11に示す配置となっている点で、上述した実施の形態2と異なっている。具体的には、図11に示すように、半導体レーザ素子101は、矩形板形状の辺部を構成する導光板2の側端面に対向する配置ではなく、矩形板形状の導光板2の角部に配置されている。矩形板形状の角部の一部が切り欠かれることにより、受光端面である端面2cが形成されている。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the fourth embodiment. The fourth embodiment is different from the second embodiment described above in that the
導光板2の出射面から均一な光を出射させるためには、導光板2に入射するレーザ光が、導光板2の内部のすべての領域に伝播することが好ましい。よって、半導体レーザ素子が矩形板形状の辺部に対向するように配置される場合、導光板2の出射面から均一な光を出射させるためには、レーザ光は導光板2に入射する以前に導光板2の外部において帯状に広がり、受光端面の広い領域からレーザ光が入射される必要があった。しかしながら、半導体レーザ素子101が導光板2の角部に配置された場合、半導体レーザ素子101から出射するレーザ光は、角部から導光板2に入射するために、導光板2の内部でレーザ光が端面2eにまで達するように広がり得る。このようにすれば、レーザ光は導光板2の内部の全ての領域に伝播するため、出射面から均一な光を出射できることになる。よって、半導体レーザ素子101を、より導光板2に近接させて配置することができる。
In order to emit uniform light from the exit surface of the
たとえば図3を用いて説明した実施の形態1の構成では、半導体レーザ素子101を導光板2に接触するほどに近接させて配置させた場合、受光端面である端面2cのより広範囲に光を広げるためには、ほぼ±90°の半値角でレーザ光130が広がる必要がある。一方、半導体レーザ素子101が導光板2の角部に配置されている場合、導光板2の外部においてレーザ光が大きく広がる必要はないことになる。たとえば、図11に示す構成では、半導体レーザ素子101は、矩形板形状の導光板2の直角をなす角部に配置される。この場合、端面2cに沿った導光板2の断面形状の長手方向(つまり、当該断面における導光板2の厚み方向に対して直交する方向)への、レーザ光の広がりは、半値角±45°でよいことになる。
For example, in the configuration of the first embodiment described with reference to FIG. 3, when the
半値角が小さいほど、半導体層の厚みやリッジ幅などの、半導体レーザ素子101作製時のパラメータの調整が容易となる。そのため、角部に半導体レーザ素子が配置される構成は、導光部材の辺部に半導体レーザ素子が対向するように配置される構成に対し、製造時の歩留りをより向上させることが可能となる。なおリッジ幅とは、発光部の幅方向の寸法と概略等しく、図7に示す幅Wである。半導体レーザ素子101を導光板2の角部に配置する構成は、導光板2の平面形状が正方形またはそれに近い矩形(すなわちアスペクト比(長辺/短辺比)が略1である)場合には、より出射面から出射される光の照度ムラを低減できるため好適である。一方、導光板2の平面形状が矩形である場合には、当該矩形の短辺を形成する導光板2の側端面に対向するように半導体レーザ素子101を配置する構成が、光の照度ムラをより低減できるため適当である。
As the half-value angle is smaller, parameters such as the thickness of the semiconductor layer and the ridge width are easily adjusted when the
また、実施の形態1と比較して、導光板2の角部に受光端面である端面2cが形成され、半導体レーザ素子101は導光板2により近接して配置されているために、面発光装置のベゼル(周囲の枠(額縁部))を小さくできる、狭額化が可能となる。そのため、面発光装置の表面積に対する、出射面である導光板2の表面2aの面積の比をより大きくすることができる。また、面発光装置の小型化を達成することができる。そのため、導光板2の角部に半導体レーザ素子101を配置した面発光装置は、携帯機器の液晶ディスプレイのバックライトなどに、好適に用いることができる。
Further, compared with the first embodiment, the
(実施の形態5)
図12は、実施の形態5の面発光装置の構成を示す模式図である。実施の形態5では、蛍光体層3が図12に示す配置となっている点で、上述した実施の形態4と異なっている。具体的には、図12に示すように、蛍光体層3は、受光端面である端面2cと反対側の導光板2の端面である、端面2d側に配置されている。つまり、矩形板形状の導光板2において、半導体レーザ素子101が配置されている角部を形成する2つの側端面を除く導光板2の側端面である、端面2dに、蛍光体層3が設けられている。
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the fifth embodiment. The fifth embodiment is different from the fourth embodiment described above in that the
実施の形態4の、表面2a側に蛍光体層3を設ける構成に対し、蛍光体層3が表面積の小さい端面2d側に設けられているために、蛍光体の必要量を低減することができる。また、実施の形態3で説明した通り、レーザ光の単色光が表面2aから出射する点については、表面2a側にレーザ光の波長をカットするフィルタを設ける、蛍光体層3の配置を表面2aおよび端面2dの組合せとする、などの対応が可能である。
In contrast to the configuration in which the
実施の形態4および5では、導光板2の角部に配置された半導体レーザ素子101は、受光端面である端面2cに対向するように配置されている例について説明した。半導体レーザ素子101が出射するレーザ光の全てが、導光板2の角部に形成された端面2cから入射される必要はない。つまり、レーザ光は、端面2cだけでなく、端面2cを挟むような導光板2の2面の側端面からも、導光板2に入射できる。
In the fourth and fifth embodiments, the example in which the
また、半導体レーザ素子101は、角部に埋め込まれるように配置されてもよい。たとえば、角部の端面2cにザグリ部を形成し、当該ザグリ部に半導体レーザチップ103、サブマウント104およびステム105をはめ込む構造とすることができる。半導体レーザ素子101を角部に埋め込むことによって、面発光装置のベゼルをさらに小さくすることができるので、面発光装置の一層の小型化を達成することができる。
Further, the
(実施の形態6)
図13は、実施の形態6の面発光装置の構成を示す模式図である。図14は、図13に示す面発光装置の側面図である。実施の形態6では、蛍光体層3に加えて光学膜8が設けられている点で、上述した実施の形態1と異なっている。具体的には、図13および図14に示すように、導光板2の端面2c側に蛍光体層3が設けられており、蛍光体層3のさらに光源側に、光学膜8が形成されている。光学膜8は、レーザ光を透過し、レーザ光の波長とは異なる波長の光を反射し得る特性を有するものとする。
(Embodiment 6)
FIG. 13 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the sixth embodiment. 14 is a side view of the surface light emitting device shown in FIG. The sixth embodiment is different from the first embodiment described above in that an
本実施の形態では、光源である半導体レーザ素子101は、波長405nmで発振するものとする。蛍光体層3には、波長405nmの光を受けて赤色と青緑色の光をそれぞれ発する2種類の蛍光体材料(それぞれ赤色がCaAlSiN3:Eu2+、青緑色がCa−α−SiAlON:Ce3+)が含まれている。光学膜8は、波長405nmのレーザ光を透過し、レーザ光と異なる波長の光を反射できるように、半導体レーザ素子101側から順にAlN薄膜とAl2O3薄膜とを蒸着により積層形成されている。
In the present embodiment, it is assumed that the
なお、光学膜8は、レーザ光の波長である405nmの波長近傍のみを透過させる特性を有することが好ましい。しかし、405nm付近の波長(たとえばレーザ光の波長に対し±15nmの範囲である、390nm以上420nm以下)の波長を透過する特性を有するものであれば、本実施の形態の光学膜8に含まれるものとする。
The
このように、蛍光体層3の光源側表面に光学膜8を形成することで、レーザ光の波長を選択的に透過させることができるので、蛍光体層3中で発生した光が、光源である半導体レーザ素子側へ出射されることを防止することができる。したがって、より光の取り出し効率が向上した面発光装置を実現することができる。
Thus, by forming the
(実施の形態7)
図15は、実施の形態7の面発光装置の構成を示す模式図である。実施の形態7では、導光板2の側端面に端面光反射部9が設けられている点で、上述した実施の形態3と異なっている。具体的には、図15に示すように、受光端面である端面2cと反対側の、受光端面でない導光板2の側端面である端面2dには蛍光体層3が設けられており、蛍光体層3の導光板2と対向しない面側に、光を反射する端面光反射部9が設けられている。また、導光板2のその他の側端面である端面2e側にも、端面光反射部9が設けられている。端面光反射部9は、たとえば反射率の高い金属であるAgやAlを蒸着させることによって、形成することができる。
(Embodiment 7)
FIG. 15 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the seventh embodiment. The seventh embodiment is different from the above-described third embodiment in that an end surface light reflecting portion 9 is provided on the side end surface of the
導光板2から光が出射する出射面は、表面2aである。つまり、受光端面と反対側の端面2dは、出射面ではない。この場合、端面2dに端面光反射部9を設けることによって、導光板2内部を全反射して端面2dに至った光は、端面光反射部9によって反射されるので、端面2dから光が外部へ出射されることを防止することができる。端面2dの、蛍光体層3が設けられているさらに外側に端面光反射部9が設けられているので、たとえば白色光などの任意の色の光を蛍光体層3において発光させて、出射面である表面2aから出射させることができる。また、端面2eにも端面光反射部9が設けられており、また表面2aと反対側の裏面2bに反射シート4を配置する(図3参照)ことにより、端面2eおよび裏面2bから光が外部へ出射することをも防止することができる。したがって、所定の出射面からのみ光を外部へ出射させることのできる、光の利用効率が一層向上した面発光装置を実現することができる。図15では、端面2d、2eの全面に端面光反射部9が設けられている構成を示しているが、端面光反射部9を導光板2の受光端面以外の側端面の少なくとも一部に設ける構成であれば、端面光反射部9によって光を反射し、光の利用効率を向上できる効果を、同様に得ることができる。
The emission surface from which light is emitted from the
実施の形態1〜7では、導光板2の表面2aから光が出射される面発光装置について説明した。端面でない広い面である表面2aから光が出射されるので、このような面発光装置は、携帯機器用のエッジライト型バックライトに、特に有利に適用され得る。ただし、この発明の面発光装置は表面2aを出射面とした構成に限られるものではない。たとえば導光板2の側端面のうち一面または複数面を出射面としてもよい。また、導光板の表面および側端面の両方から光が出射する面発光装置としてもよい。
In the first to seventh embodiments, the surface emitting device that emits light from the
(実施の形態8)
これまでの実施の形態では、バックライトとして好適に用いられる面発光装置の例について説明したが、以下では、面発光装置が室内照明として用いられる例について説明する。図16は、実施の形態8の面発光装置の構成を示す模式図であって、室内照明として面発光装置が用いられる例について示す模式図である。図16に示すように、面発光装置11では、2枚の導光板2がV字型に組み合わされている。面発光装置11の光源である半導体レーザ素子101は、矩形板状の導光板2の端面2cに対向するように、配置される。半導体レーザ素子101は、図示しない適切な支持体上に載置されている。導光板2の端面2c側には、蛍光体層3が設けられている。
(Embodiment 8)
In the embodiments so far, the example of the surface light emitting device suitably used as the backlight has been described. However, in the following, an example in which the surface light emitting device is used as indoor lighting will be described. FIG. 16 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the eighth embodiment, and is a schematic diagram illustrating an example in which the surface light emitting device is used as room illumination. As shown in FIG. 16, in the surface light-emitting
2枚の導光板2が形成するV字型に架け渡されるように、貼着部材12が配置されており、導光板2および貼着部材12は中空の三角柱形状を形成している。貼着部材12の貼着面12aにおいて、面発光装置11は天井や壁面に貼着固定される。導光板2および貼着部材12の内側に形成される空間13内には、半導体レーザ素子101を駆動するための電源部14が配置されている。半導体レーザ素子101と電源部14とは、金属ワイヤ15によって接続されている。
The sticking
半導体レーザ素子101から発振するレーザ光は、帯状に広がる放射特性を有する。レーザ光が端面2cにおいて、帯状の広がりの長手方向が端面2cの矩形形状の長辺方向に沿い、帯状の広がりの短手方向が端面2cの矩形形状の短辺方向に沿うように、半導体レーザ素子101は配置される。
Laser light oscillated from the
導光板の表面2aと反対側の面には、図示しない反射シートが貼付されている。また、導光板の表面2aおよび端面2eには、図示しないが、拡散シートが貼付されている。導光板2に入射したレーザ光は、反射シートにより表面2a側に反射され、表面2aおよび端面2eから、矢印VLに示すように外部へ出射される。つまり、導光板2から光が出射する出射面は、表面2aおよび端面2eである。レーザ光は蛍光体層3を通って導光板2へ入射するので、適切な蛍光体を蛍光体層3に含ませることによって、導光板2から出射する光の色を任意に調整可能である。
A reflection sheet (not shown) is affixed to the surface opposite to the
このように、面発光装置11は、室内の天井や壁面に固定されて用いられる室内照明として、特に有利に適用され得る。面発光装置11では、半導体レーザ素子101から出射されたレーザ光のほぼ全てを導光板2に入射させることができるので、光の利用効率を向上させることができる。よって、矩形板状の導光板2が2枚組み合わされて形成された面発光装置11は、光の利用効率が高いために、出射面から光を効率よく出射することにより、広範囲を照射することができる。
Thus, the surface light-emitting
(実施の形態9)
図17は、実施の形態9の面発光装置の構成を示す模式図であって、室内照明として面発光装置が用いられる他の例について示す模式図である。図17に示すように、実施の形態9の導光板2は、矩形板形状ではない。導光板2は、受光端面である端面2cに沿った断面形状において、矩形の一方の長辺が弓状に盛り上がった、蒲鉾型形状に形成されている。
(Embodiment 9)
FIG. 17 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the ninth embodiment, and is a schematic diagram illustrating another example in which the surface light emitting device is used as room lighting. As shown in FIG. 17, the
半導体レーザ素子101から発振した帯状の放射特性を有するレーザ光は、導光板2の端面2cに入射する。蒲鉾型形状の導光板2の、弓状に盛り上がった曲面である表面2aと反対側の面には、反射シート4が貼付される。反射シート4により表面2a側に反射された光は、表面2aから外部へ出射する。つまり、表面2aは出射面である。蛍光体層3は、導光板2の表面2a側に設けられている。外部に出射される光が蛍光体層3を通るために、蛍光体層3から放出される光を効率よく外部へ出射することができ、光の利用効率を向上させることができる。実施の形態9の面発光装置では、蒲鉾型形状の曲面である表面2aが出射面であるために、1つの半導体レーザ素子101で広範囲に光を照射することができる。
Laser light having a band-like radiation characteristic oscillated from the
以上のように、導光板2の形状は矩形板形状に限られるものではない。半導体レーザ素子101から出射されたレーザ光が帯状に広がる方向を、導光板2の受光端面に沿った断面形状の長手方向に揃えることのできるような、略板状の形状であれば、導光板2はどのような形状でもよい。たとえば導光板2は、蒲鉾型形状のほか、断面楔形平板、平面形状が三角形の板状などの形状であってもよい。
As described above, the shape of the
(実施の形態10)
図18は、実施の形態10の面発光装置の構成を示す模式図であって、室内照明として面発光装置が用いられるさらに他の例について示す模式図である。実施の形態10の面発光装置と、上述した実施の形態9の面発光装置とは、基本的に同様の構成を備えている。しかし、実施の形態10では、図18に示すように、出射面である導光板2の表面2aに蛍光体層3が設けられておらず、反射シート4に替えて反射板16が設けられている点で、実施の形態9とは異なっている。
(Embodiment 10)
FIG. 18 is a schematic diagram illustrating a configuration of the surface light emitting device according to the tenth embodiment, and is a schematic diagram illustrating still another example in which the surface light emitting device is used as room lighting. The surface light-emitting device of Embodiment 10 and the surface light-emitting device of Embodiment 9 described above basically have the same configuration. However, in the tenth embodiment, as shown in FIG. 18, the
実施の形態10では、半導体レーザ素子101が出射するレーザ光を吸収して、レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する蛍光体は、光を反射して出射面側に導く光反射部材である、反射板16に含まれている。具体的には、反射板16の導光板2と対向する側の面には、蛍光体を含むドット(突起)が形成されている。ドットは、半導体レーザ素子101に近接する側が疎であって(すなわち、隣接するドットの間隔がより大きい)、光源から離れるに従って密となる(すなわち、隣接するドットの間隔がより小さくなる)ように、形成されている。このような構成とすることによって、当該ドットにレーザ光が当たった場合、蛍光体から放出される光の一部は全反射せず、出射面から導光板2の外部へ放出されることになる。
In the tenth embodiment, the phosphor that absorbs the laser light emitted from the
実施の形態9で示した出射面に蛍光体層3が設けられている構成では、たとえば出射面に埃が堆積して汚れた場合などに出射面を拭き取り清掃するとき、蛍光体が一部剥離するなど、蛍光体層を傷める可能性がある。蛍光体に傷がついたりすると光の照度ムラが発生し均一な光を出射できない。そのため、蛍光体を損傷させないように面発光装置のメンテナンス(清掃)を行なうことが求められる。これに対し、実施の形態10の反射板16に蛍光体が含まれている構成によれば、蛍光体が出射面に設けられていないため、出射面を清掃するときに蛍光体層が破損することを防止することができ、面発光装置のメンテナンス(清掃)が容易となる。
In the configuration in which the
また、導光板2の出射面から均一な光を出射するには、蛍光体から発せられた光を十分混合するために、蛍光体と、光を拡散させる拡散部材との間には、距離が必要と考えられる。出射面である表面2aに蛍光体層3を設ける構成では、蛍光体層3と拡散シートとの間に隙間を形成するように、拡散シートを配置する必要があり、面発光装置の厚みが大きくなる。これに対し、反射板16に蛍光体が含まれている構成では、蛍光体と拡散部材との間に導光板2が配置されており、隙間を形成しなくても蛍光体と拡散部材との間の距離を確保することができるので、面発光装置の小型化が可能である。
Further, in order to emit uniform light from the exit surface of the
これまでの説明においては、半導体レーザ素子101が発振したレーザ光は直接(または、蛍光体層3のみを通って)導光板2に入射される例について説明したが、半導体レーザ素子101と導光板2との間のレーザ光の経路内に、光学部材を配置し、導光板2に入射するレーザ光の放射特性をさらに最適化する構成としてもよい。上記光学部材としては、たとえば円筒型レンズや、凹レンズと凸レンズとの組合せなどが考えられる。たとえば受光端面が大面積であって、半導体レーザ素子から出射されるレーザ光の放射特性によっては受光端面の一部にのみレーザ光を照射できるに留まるような場合にも、上記のように光学部材を配置することによって、1つの光源によって受光端面のより広範囲にレーザ光を照射することができるので、面発光装置から出射する光の照度ムラの小さい面発光装置を提供することができる。
In the above description, an example in which the laser light oscillated by the
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の構成を適宜組合せてもよい。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the configurations of the embodiments may be appropriately combined. In addition, it should be considered that the embodiment disclosed this time is illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 面発光装置、2 導光板、2a 表面、2b 裏面、2c,2d,2e 端面、3 蛍光体層、4 反射シート、5 拡散シート、6 ケース、7 カバー、7a 開口部、8 光学膜、9 端面光反射部、11 面発光装置、12 貼着部材、12a 貼着面、13 空間、14 電源部、15 金属ワイヤ、16 反射板、101 半導体レーザ素子、103 半導体レーザチップ、104 サブマウント、105 ステム、106 金属ワイヤ、108 ターミナル、110 基板、111 バッファ層、112 下クラッド層、113 活性層、114 上クラッド層、115 コンタクト層、116 側電極、117 側電極、118 絶縁膜、119 電極、120 パッド電極、121 溶断金属膜層、122 溝部、130 レーザ光、131 発光部、VL 矢印、W 幅。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Surface light-emitting device, 2 Light-guide plate, 2a surface, 2b back surface, 2c, 2d, 2e End surface, 3 Phosphor layer, 4 Reflective sheet, 5 Diffusing sheet, 6 Case, 7 Cover, 7a Opening part, 8 Optical film, 9 End face light reflection part, 11 surface light emitting device, 12 sticking member, 12a sticking face, 13 space, 14 power supply part, 15 metal wire, 16 reflector, 101 semiconductor laser element, 103 semiconductor laser chip, 104 submount, 105 Stem, 106 metal wire, 108 terminal, 110 substrate, 111 buffer layer, 112 lower cladding layer, 113 active layer, 114 upper cladding layer, 115 contact layer, 116 side electrode, 117 side electrode, 118 insulating film, 119 electrode, 120 Pad electrode, 121 fused metal film layer, 122 groove, 130 laser light, 131 light emission Part, VL arrow, W width.
Claims (10)
前記半導体レーザ素子の光出射面に受光端面が対向して配置された導光部材とを備え、
前記導光部材における前記受光端面に沿う方向の断面が長手方向を有し、
前記半導体レーザ素子は、前記積層構造の積層方向が前記長手方向に沿うように配置されている、面発光装置。 An edge-emitting semiconductor laser device having a laminated structure including a light emitting layer;
A light guide member disposed with a light receiving end face facing the light emitting surface of the semiconductor laser element,
A cross section in a direction along the light receiving end surface of the light guide member has a longitudinal direction,
The surface emitting device, wherein the semiconductor laser element is arranged so that a stacking direction of the stacked structure is along the longitudinal direction.
前記積層方向と直交する幅方向における前記発光部の寸法を、前記積層方向における前記発光部の寸法で割った比の値が、50以上である、請求項1に記載の面発光装置。 The light emitting layer has a light emitting portion from which laser light is emitted on the light emitting surface,
2. The surface light emitting device according to claim 1, wherein a ratio value obtained by dividing the dimension of the light emitting unit in the width direction orthogonal to the stacking direction by the dimension of the light emitting unit in the stacking direction is 50 or more.
前記角部を形成する端面を除く前記導光部材の端面に、前記半導体レーザ素子が出射するレーザ光を吸収して、前記レーザ光の波長とは異なる波長の光を放出する、蛍光体層が設けられている、請求項1から請求項3のいずれかに記載の面発光装置。 The light receiving end face is provided at a corner of the light guide member,
A phosphor layer that absorbs laser light emitted from the semiconductor laser element and emits light having a wavelength different from the wavelength of the laser light on the end face of the light guide member excluding the end face that forms the corner. The surface emitting device according to claim 1, which is provided.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007252078A JP4642054B2 (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Surface emitting device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007252078A JP4642054B2 (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Surface emitting device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009087570A JP2009087570A (en) | 2009-04-23 |
JP4642054B2 true JP4642054B2 (en) | 2011-03-02 |
Family
ID=40660757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007252078A Expired - Fee Related JP4642054B2 (en) | 2007-09-27 | 2007-09-27 | Surface emitting device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4642054B2 (en) |
Families Citing this family (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5375424B2 (en) * | 2009-08-10 | 2013-12-25 | 東芝ライテック株式会社 | LIGHT EMITTING DEVICE AND ITS MANUFACTURING METHOD, LAMP, AND LAMP SYSTEM |
JPWO2013128544A1 (en) * | 2012-02-27 | 2015-07-30 | 株式会社セルシステム | Lighting device |
WO2013128544A1 (en) * | 2012-02-27 | 2013-09-06 | 株式会社 セルシステム | Illumination device |
JP6092522B2 (en) * | 2012-04-11 | 2017-03-08 | サターン ライセンシング エルエルシーSaturn Licensing LLC | LIGHT EMITTING DEVICE, DISPLAY DEVICE, AND LIGHTING DEVICE |
JP6119079B2 (en) * | 2013-03-29 | 2017-04-26 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | Light guide member |
JP2015090959A (en) | 2013-11-07 | 2015-05-11 | ソニー株式会社 | Light-emitting device and display device |
WO2015093399A1 (en) * | 2013-12-19 | 2015-06-25 | シャープ株式会社 | Illumination device, display device, and television reception device |
CN104102010B (en) * | 2014-07-25 | 2016-09-28 | 厦门大学 | Optical-fiber laser backlight apparatus for shaping |
CN106796973B (en) * | 2014-09-02 | 2020-08-11 | 亮锐控股有限公司 | Light emitting device |
JP6365184B2 (en) | 2014-09-26 | 2018-08-01 | 日亜化学工業株式会社 | Backlight unit for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the same |
JP2016072076A (en) * | 2014-09-30 | 2016-05-09 | 日亜化学工業株式会社 | Backlight device |
JP2016092364A (en) * | 2014-11-11 | 2016-05-23 | スタンレー電気株式会社 | Light emission device and lamp equipment |
DE102015219799A1 (en) * | 2015-10-13 | 2017-04-27 | Osram Gmbh | Conversion device and vehicle headlights |
JP2022159826A (en) | 2021-04-05 | 2022-10-18 | 株式会社ジャパンディスプレイ | Illuminating device |
WO2024135473A1 (en) * | 2022-12-23 | 2024-06-27 | シーシーエス株式会社 | Interference fringe inspection device |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002042529A (en) * | 2000-07-24 | 2002-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Surface lighting device |
JP2003066239A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-05 | Nippon Leiz Co Ltd | Light transmission plate and planar illuminator |
JP2003222861A (en) * | 2002-01-29 | 2003-08-08 | Citizen Electronics Co Ltd | Phosphor chromaticity correction plate |
JP2005340576A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Sharp Corp | Semiconductor laser element and its manufacturing method, optical disk device as well as light transmission system |
JP2006066120A (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Seiko Epson Corp | Light source device, electro-optical device, and electronic apparatus |
JP2006073202A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Nichia Chem Ind Ltd | Light emitting device |
JP2006108076A (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Taida Electronic Ind Co Ltd | Backlight module |
JP2006331683A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Sharp Corp | Backlight module, backlight panel, and display device |
JP2007149500A (en) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Sony Corp | Light source device, display device and method of manufacturing light source device |
-
2007
- 2007-09-27 JP JP2007252078A patent/JP4642054B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002042529A (en) * | 2000-07-24 | 2002-02-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Surface lighting device |
JP2003066239A (en) * | 2001-08-28 | 2003-03-05 | Nippon Leiz Co Ltd | Light transmission plate and planar illuminator |
JP2003222861A (en) * | 2002-01-29 | 2003-08-08 | Citizen Electronics Co Ltd | Phosphor chromaticity correction plate |
JP2005340576A (en) * | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Sharp Corp | Semiconductor laser element and its manufacturing method, optical disk device as well as light transmission system |
JP2006066120A (en) * | 2004-08-25 | 2006-03-09 | Seiko Epson Corp | Light source device, electro-optical device, and electronic apparatus |
JP2006073202A (en) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Nichia Chem Ind Ltd | Light emitting device |
JP2006108076A (en) * | 2004-10-01 | 2006-04-20 | Taida Electronic Ind Co Ltd | Backlight module |
JP2006331683A (en) * | 2005-05-23 | 2006-12-07 | Sharp Corp | Backlight module, backlight panel, and display device |
JP2007149500A (en) * | 2005-11-28 | 2007-06-14 | Sony Corp | Light source device, display device and method of manufacturing light source device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2009087570A (en) | 2009-04-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4642054B2 (en) | Surface emitting device | |
JP5216384B2 (en) | Light emitting device | |
US10989863B2 (en) | Slim waveguide coupling apparatus and method | |
EP2064489B1 (en) | Brightness enhancement method and apparatus of light emitting diodes | |
JP4822919B2 (en) | Light emitting device and vehicle headlamp | |
US8328406B2 (en) | Low-profile illumination device | |
US7626210B2 (en) | Low profile side emitting LED | |
US8301002B2 (en) | Slim waveguide coupling apparatus and method | |
JP4498286B2 (en) | Surface light source device and display device using the surface light source device | |
JP5025612B2 (en) | LED light source and light emitter using the same | |
KR100826396B1 (en) | Led packages | |
JP5254418B2 (en) | Lighting device and headlamp | |
US20060139926A1 (en) | Light-emitting device, and illumination apparatus and display apparatus using the light-emitting device | |
JP2011181794A (en) | Light emitting device and back light module using the same | |
JP2004191718A (en) | Led light source device | |
US20080247172A1 (en) | Light recycling illumination systems having restricted angular output | |
KR20160034367A (en) | Flip-chip side emitting led | |
JP2011187285A (en) | Light emitting device | |
WO2013051623A1 (en) | Light-emitting body, illumination device, and headlight | |
JP2012221634A (en) | Lighting system and headlamp | |
CN210951181U (en) | White light laser illumination light source | |
JP5182909B2 (en) | Light emitting device | |
US20200025341A1 (en) | Wavelength conversion device and light source device | |
JP2006278458A (en) | Light-emitting device and manufacturing method thereof, and illuminator | |
JP5109498B2 (en) | Light emitting device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090805 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20101015 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101102 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20101130 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4642054 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131210 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |