JP4934331B2 - 面状発光デバイス - Google Patents

Description

本発明は、平面状に発光する面状発光デバイスの技術に関する。

現在、導波路を用いた発光素子が、さまざまな技術分野において利用されている。この導波路は、端面からのみ光の入出力が可能であり、更に導波方向以外には光が漏れることはない特徴を有している。

その一方で、この導波路に入力された光（以下、「導波モード光」と称する）を、導波路に沿って線上に取り出す方法がある。具体的には、Ｂｒａｇｇ散乱次数が２次以上の回折格子を導波路に沿う方向に形成することにより、この回折格子に結合した導波モード光を、放射モード光として外部に取り出すことができる。

図１２で示した発光素子は、２次のＢｒａｇｇ散乱次数の回折格子１１が上面に形成された平面導波路コア１０、及びこの平面導波路コア１０の全体を囲む透明な平面導波シート２０を有する構成である。更に、平面導波路コア１０に光を入力するために、平面導波路コア１０の一方の端面にプリント基板３２上の発光体３０を備えている。

発光体３０からの出力は、平面導波路コア１０の一方の端面から入力される。入力された光は、導波モード光１００として平面導波路コア１０に沿って進行する。平面導波路コア１０の上面に形成された回折格子が２次の場合は、平面導波路コア１０の上面及び下面から、ほぼ垂直な方向に放射モード光２００を取り出すことができる。尚、本願に関係する技術として、特許文献１が知られている。
特開２０００−１５１０１４号公報

しかしながら、上述した導波路、及びその導波路に形成された回折格子を利用することにより、点状の光源から線状の光源にすることは可能であるが、幅の広い面状の光源としては視認できないという問題があった。

また、放射モード光が導波路モード光にとっての損失となるため、導波モード光の進行に伴い、導波モード光の強度が徐々に減衰するという問題があった。

本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、第１に平面的な発光の拡がりを実現することにある。第２に、発光面の輝度を向上することにある。

第１の本発明に係る面状発光デバイスは、導波モード光を外部に取り出すホログラフィックな光学構造を、長手方向に沿った側面の全部又は一部に有する矩形導波路コアと、前記矩形導波路コアの側面方向に広がる平面導波シートと、を有し、前記光学構造である２次の回折格子の周期は、前記矩形導波路コアの端面に結合して前記導波モード光とされるレーザ光の波長の周期と同じであり、前記回折格子から取り出された放射モード光のスペクトル若しくは当該スペクトルのピーク波長は、前記平面導波シートに含まれる蛍光材料の励起波長帯若しくは当該励起波長帯のピーク波長と一致することを特徴とする。

本発明にあっては、導波モード光を外部に取り出すホログラフィックな光学構造を、長手方向に沿った側面に有することにより、光学構造を上面に有する場合と比べて、より平面的な発光の拡がりを実現することができる。

上記面状発光デバイスにおいて、発した光が前記矩形導波路コアに光結合する発光体を前記矩形導波路コアの片端又は両端に更に有することを特徴とする。

本発明にあっては、矩形導波路コアに光結合する発光体を矩形導波路コアの両端に有することにより、遠端の導波モード光の強度低下を補うことができ、発光面である平面導波シート全体の輝度を向上させ、且つ輝度分布の制御を容易とすることができる。

上記面状発光デバイスにおいて、前記矩形導波路コアを複数有し、各矩形導波路コアの片端又は両端には発光体がそれぞれ配置され、当該各発光体から光結合される導波モード光の波長が、他の前記矩形導波路コアとは異なることを特徴とする。

本発明にあっては、矩形導波路コアを複数有し、各矩形導波路コアの片端又は両端には発光体がそれぞれ配置され、当該各発光体から光結合される導波モード光の波長が、他の前記矩形導波路コアとは異なるので、複数の色合いの混色を得ることができる。

上記面状発光デバイスにおいて、前記平面導波シートは、前記発光体の波長に励起されて発光する少なくとも１種類以上の蛍光材料若しくは波長変換材料が含まれることを特徴とする。

本発明にあっては、平面導波シートに発光体の波長に励起されて発光する蛍光材料若しくは波長変換材料を含むことにより、矩形導波路コアから取り出された放射モード光を、発光面である平面導波シート全体から効率良く平面状に取り出すことができる。

上記面状発光デバイスにおいて、青色又は紫外色と同一の波長の導波モード光が光結合によって導波される光を発する発光体が矩形導波路コアの片端又は両端にそれぞれ配置され、赤色，緑色，青色の前記蛍光材料若しくは前記波長変換材料が前記平面導波シートに含まれることを特徴とする。

本発明にあっては、青色又は紫外色と同一の波長の導波モード光が光結合によって導波される光を発する発光体が矩形導波路コアのそれぞれ配置し、赤色，緑色，青色の蛍光材料若しくは波長変換材料を平面導波シートに含むことにより、発光面である平面導波シート全体から、白色発光を得ることができる。

上記面状発光デバイスにおいて、前記平面導波シートは、光学拡散効果を有する材料を有することを特徴とする。

本発明にあっては、平面導波シートに光学拡散効果を有する材料が含まれることにより、矩形導波路コアから取り出された放射モード光を拡散させ、発光面である平面導波シート全体から平面状に取り出すことができる。

上記面状発光デバイスにおいて、前記光学構造は、前記導波モード光に対して２次以上のＢｒａｇｇ回折格子を有することを特徴とする。

本発明によれば、より平面的な発光の拡がりを実現し、発光面の輝度を向上することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスの基本構造は、２次の回折格子１１を長手方向の全側面に有する矩形導波路コア１０、及び矩形導波路コア１０の側面方向に広がる平面導波シート２０を備えた構成である。この平面導波シート２０には、光を拡散散乱することが可能な光学拡散効果を有する材料である拡散粒子４０が内部全体に含まれており、平面導波シート２０とは異なる屈折率を持つ透明材料により形成されている。尚、２次の回折格子１１は、２次のＢｒａｇｇ散乱により放射モード光を発生する周期構造を備えた回折格子である。

この基本構造の他に、矩形導波路コア１０の一方の片端に配置された発光体３０を備えている。この発光体３０の側面には、矩形導波路コア１０への結合効率を上げるために集光レンズ３１が設けられている。発光体３０は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）チップを利用する。ＬＥＤチップそのままでは扱いにくいので、外囲器を設けることにより、パッケージ化することができる。以下、発光体３０については、ＬＥＤを用いるものとする。

次に、本実施形態における面状発光デバイスの動作について説明する。ＬＥＤ３０の発光により出力された光は、集光レンズ３１を介して矩形導波路コア１０の一方の端面に結合される。結合された光は、矩形導波路コア１０に沿って導波モード光１００として進行する。導波モード光１００は、矩形導波路コア１０の側面に形成された２次の回折格子１１により、矩形導波路コア１０の側面にほぼ垂直な方向に放射モード光２００として取り出される。放射モード光２００は、導波モード光１００の進行に伴い、徐々に矩形導波路コア１０の側面に放射され、平面導波シート２０全体に２次元的に広がる。その後、拡散粒子４０により拡散（矢印Ａ）され、平面導波シート２０全体から平面的に取り出される。

本実施形態によれば、矩形導波路コア１０に沿って進行する導波モード光１００を、矩形導波路コア１０の側面に形成された２次の回折格子１１により、矩形導波路コア１０の側面にほぼ垂直な方向に放射モード光２００として取り出すことができるので、平面的な発光の拡がりを実現することができる。更に、取り出された放射モード光２００を拡散粒子４０により拡散することができるので、より確実に平面的な光を取り出すことができる。

尚、図２に示すように、２次の回折格子１１を矩形導波路コア１０の上面に形成し、矩形導波路コア１０の上面及び下面から、ほぼ垂直な方向に放射モード光２００の出力を取り出すことも可能である。取り出された放射モード光２００を、拡散板５００により拡散（矢印Ｂ）することにより、ある程度幅の広い発光面として視認することができる。しかしながら、矩形導波路コア１０の上面又は下面に限定された発光では、あくまでも矩形導波路コア１０に沿う線状の発光が主であり、面状の発光を得るためには並列に配置された複数の矩形導波路の間隔を密にする必要がある。従い、本実施形態に示したように、矩形導波路コア１０の側面から放射モード光２００を出力することにより、より平面的な光を得ることが可能となる。

図３は、図１で示した第１の実施形態の第１変形例を示す斜視図である。本変形例における面状発光デバイスの基本構成は、第１の実施形態における基本構成に加えて、第１の実施形態として構成されていたＬＥＤ３０ａ及び集光レンズ３１ａと機能的に同一であるＬＥＤ３０ｂ及び集光レンズ３１ｂを、矩形導波路コア１０の他方の片端に配置する構成である。その他の構成、及び基本的な動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本変形例によれば、矩形導波路コア１０の両端にＬＥＤを配置することにより、平面導波シート２０全体の輝度を向上させることができる。ＬＥＤ３０ａにより片端面のみから光を入射した場合、矩形導波路コア１０を進行する導波モード光１００ａは、放射モード光２００として矩形導波路コア１０の外部に光エネルギーが放出されるので、進行方向に沿って徐々に強度が低下することになる。また、回折格子１１の深さや形状が一定であれば、遠端ほど導波モード光１００ａの強度が小さいため、一定の割合で進行方向に沿って放射される放射モード光２００の強度もそれに比例して低下する。従い、ＬＥＤ３０ｂにより遠端からも光を入射して導波モード光１００ｂを利用することで、遠端の強度低下を補うことができる。従って、発光面の輝度分布についても、容易に制御することができる。

図４は、図１で示した第１の実施形態の第２変形例を示す斜視図である。本変形例における面状発光デバイスの基本構成は、第１の実施形態における基本構成と同様であるが、２次の回折格子が形成される領域が異なる。つまり、矩形導波路コア１０の全側面に形成されるのではなく、複数の領域である２次の回折格子１１ａ〜１１ｃに分かれて形成されている。その他の構成、及び基本的な動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本変形例によれば、放射モード光２００は、２次の回折格子１１ａ〜１１ｃが形成された領域から出力されるので、２次の回折格子が形成されてない１１ａ〜１１ｃ以外の領域については、背景技術で述べたように光が放射されることはない。従い、必要な部分にのみ放射モード光２００を出力することができる。

更に、回折格子１１の深さを変化させることにより、平面導波シート２０全体の輝度分布の制御を容易とすることができる。つまり、回折格子の深さがより深ければ、導波モード光１００から放射モード光２００に変換される割合が高くなるので、放射モード光２００の強度を大きくすることができる。一方、導波モード光１００の進行に従い、放射モード光２００として、矩形導波路コア１０から光エネルギーが散逸することになる。即ち、導波モード光１００の強度が、近端で大きく遠端で小さくなる。また、回折格子の深さが一定の場合、放射モード光２００の強度は、導波モード光１００の強度に比例するので、放射モード光２００の強度についても、同様に近端で大きく遠端で小さくなる。故に、回折格子の深さを、近端で浅くして遠端ほど深く加工することにより、矩形導波路コア１０方向で均一な放射モード光２００を得ることができる。従って、２次の回折格子の構造を固定する必要はなく、目的に応じて様々な変形をすることが可能である。

図５は、図１で示した第１の実施形態の第３変形例を示す斜視図である。本変形例における面状発光デバイスの基本構成は、第１の実施形態における基本構成と基本的には同様であるが、平面導波シート２０の内部に含まれていた拡散粒子４０に代わり、平面導波シート２０の底面に導光板構造２１が形成されている。

矩形導波路コア１０の側面からほぼ垂直に取り出された放射モード光２００は、導光板構造２１により拡散（矢印Ｃ）され、平面導波シート２０全体から平面的に取り出される。その他の構成、及び基本的な動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本変形例によれば、平面導波シート２０の底面に導光板構造２１を有することにより、矩形導波路コア１０から取り出された放射モード光２００を拡散させ、発光面である平面導波シート２０全体から平面状に取り出すことができる。

［第２の実施形態］
図６は、第２の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスの基本構造は、第１の実施形態における基本構成と基本的には同様であるが、矩形導波路コア１０ａ〜１０ｃを並列に複数有している。更に、矩形導波路コア１０ａ〜１０ｃのそれぞれに対応する複数のＬＥＤ３０ａ〜３０ｃ及び集光レンズ３１ａ〜３１ｃを備えている。

ここで、ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃは、それぞれ、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の光を出力する。また、矩形導波路コア１０ａ〜１０ｃの側面に形成された２次の回折格子１１ａ〜１１ｃの周期を、それぞれ、ＲＧＢと同一波長の周期に合わせる。その他の構成、及び基本的な動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、矩形導波路コア１０ａ〜１０ｃの側面から放射される放射モード光の波長がそれぞれ異なるので、拡散材料４０により拡散散乱される際に、光が混色されることになり、様々な色合いの混色を得ることができる。特に、ＲＧＢの場合には、平面状の白色発光を得ることができる。

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスの基本構造は、第１の実施形態における基本構成と基本的には同様であるが、平面導波シート２０の内部に含まれていた拡散粒子４０に代わり、蛍光材料又は波長変換材料である黄色の蛍光体（ＹＡＧ又はＴＡＧ）４１が平面導波シート２０の内部に含まれている。この蛍光体４１は、ＬＥＤ３０の発光により出力された光が矩形導波路コア１０に沿って導波モード光として進行するに伴い２次の回折格子により取り出された放射モード光２００の波長に励起されて発光する。尚、ＬＥＤ３０は、青色（ドミナント波長が４７０ｎｍ付近）の光を出力する。その他の構成、及び基本的な動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、ＬＥＤ３０から出力される発光色が青色であり、且つ蛍光体４１が黄色であるので、黄色の蛍光体４１が効率良く励起される。つまり、蛍光体４１は、矩形導波路コア１０の側面に形成された２次の回折格子１１から放出された青色の放射モード光２００を拡散散乱させると同時に、黄色で発光する。結果として、平面導波シート２０から、青色とその補色である黄色が混合した平面状疑似白色発光を得ることができる。尚、第１の実施形態（第１変形例及び第２変形例を含む）及び第２の実施形態の構成について、拡散粒子４０を蛍光体４１に変更することにより、他の構成を変更することなく本第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１の実施形態の第３変形例の構成については、蛍光体４１を平面導波シート２０の内部に含めることにより、他の構成を変更することなく本第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスの基本構造は、第２の実施形態における基本構成と基本的には同様であるが、平面導波シート２０の内部に含まれていた拡散粒子４０に代わり、蛍光材料又は波長変換材料である蛍光体４１ａ〜４１ｃが平面導波シート２０の内部に含まれている。この蛍光体４１ａ〜４１ｃは、ＬＥＤの発光により出力された光が矩形導波路コアに沿って導波モード光として進行するに伴い２次の回折格子により取り出された放射モード光の波長に励起されて発光する。

ここで、ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃは、青色又は紫外色の光を出力する。蛍光体４１ａ〜４１ｃは、ぞれぞれ、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の蛍光体である。その他の構成、及び基本的な動作については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃから出力される発光色が青色又は紫外色であるので、ＲＧＢの蛍光体４１ａ〜４１ｃが効率良く励起される。つまり、蛍光体４１ａ〜４１ｃからの発光が、可視光の三原色として平面状の白色発光を得ることができる。

なお、ＲＧＢの蛍光体４１ａ〜４１ｃにおける最も効率の良い励起波長は、微妙に異なっている。全ての蛍光体４１ａ〜４１ｃをより効率良く励起するには、各励起波長帯に合った波長で励起する光源が必要である。つまり、ＬＥＤ３０ａ〜３０ｃは、ＲＧＢの三原色の蛍光体４１ａ〜４１ｃが最も効率良く励起される波長で発光するように選択されることが必要である。更に、回折格子の周期を、放射モード光のスペクトル若しくはこのスペクトルのピーク波長が、蛍光体４１ａ〜４１ｃの励起波長帯若しくはこの励起波長帯のピーク波長に概一致するように用いるようにする。特に、蛍光体４１ａ〜４１ｃを、それぞれ効率良い波長が結合した矩形導波路コア１０の周囲に多く分布させることにより、さらに効率を向上することが可能となる。

［第５の実施形態］
実施形態１乃至４に記載した導波路（矩形導波路コア）は受動素子であり、発光する能動素子とは分離していた。本実施形態では、導波路が自身の長手方向に沿って発光する発光機能を有する場合について記載する。具体的には、半導体チップ上に本実施形態を適用することができる。

導波路を用いた発光素子として、例えば、半導体レーザ（ＬＤ）や端面放射型ＬＥＤが挙げられる。導波路型発光素子は、広く用いられる表面発光型ＬＥＤと異なり、狭いストライプ（導波路兼発光領域）に通電し、このストライプ状の導波路が発光する。ＬＤの場合は、ストライプに沿って導波された光波が両劈開端面で反射を繰り返すことにより、ゲインを得てレーザ発振する。

次に、本実施形態の構成について説明する。図９は、第５の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスは、ＡｌＩｎＧａＰ／ＧａＡｓ系の導波路型発光素子に適用するものである。ｎ型ＧａＡｓ基板１上に、ｎ型（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層２（０＜ｘ＜１）、それよりバンドギャップの小さいアンドープ（Ａｌ_yＧａ_１−ｙ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層３（０＜ｙ＜１，ｙ＜ｘ）、ｐ型（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層４を連続結晶成長する。次に、導波路構造（以下、「メサストライプ」と称する）５を最上部（ｐ側）に形成する。メサストライプ５の側面には２次の回折格子１１が形成され、側面の中央部分には１／４波長位相シフト１１’が設けられている。金ワイア１４をボンドする部分には、絶縁するために酸化膜（ＳｉＯ_２薄膜）１７が堆積されている。酸化膜１７及びメサストライプ５の上に、ｐ側電極８を形成する。一方、ｎ側全面電極９をｎ型ＧａＡｓ基板１の底面に形成する。メサストライプ５の側面方向に広がるように、透明な酸化膜（ＳｉＯ_２）２０’を堆積させる。この酸化膜クラッド２０’が、第１の実施形態に記載した平面導波シート２０に相当する。透明な酸化膜クラッド２０’の中には、放射モード光２００を拡散散乱させるための材料として拡散粒子４０が混入されている。尚、拡散粒子４０は、パターニングとエッチングによって酸化膜クラッド２０’に凹みを形成し、その上に屈折率の異なる酸化ジルコニウムなどの薄膜を堆積させる工程を繰り返して拡散散乱機構を形成することも可能である。

続いて、本実施形態における面状発光デバイスの動作について説明する。電流はメサストライプ５に含まれる活性層３の部分に流れ、この活性層３の部分で発光した光波は、導波路としてのメサストライプ５に沿って導波し、側面の回折格子１１から放射モード光２００として酸化膜クラッド２０’に放射される。放射された放射モード光２００は、拡散粒子４０により拡散散乱し、酸化膜クラッド２０’全体から平面的に取り出されることになり、結果としてチップ面全体で発光する。

本実施形態によれば、導波路が自身の長手方向に沿って発光する発光機能を有することにより、導波路自身からの発光を利用して酸化膜クラッド２０’から平面発光を得ることができる。

また、メサストライプ５側面に形成された２次の回折格子１１の中央付近に１／４波長位相シフト１１’を設けることにより、放射モード光２００の取り出し効率を上げることができる。つまり、メサストライプ５内部を往復する導波から発生する放射モード光２００に強め合う干渉が起こる位相条件を形成することができる。尚、位相シフト１１’がない場合には、弱め合う干渉の位相条件となり、放射モード光２００の分布がメサストライプ５の中央で落ち込み、取り出し効率は大きく低下することになる。

また、放射モード光２００は、メサストライプ５の導波路方向から垂直に出射されるので、臨界角以上の広角による全反射の影響を受けることはない。つまり、メサストライプ５に含まれる活性層３の屈折率は、一般に３．２以上であり、酸化膜クラッド２０’の屈折率１．５付近と大きな差がある。回折格子等の構造のないフラットな結晶と酸化膜（酸化膜クラッド２０’）との界面に、屈折率の大きな結晶側から光が酸化膜側へ入射する場合は、この界面に対する臨界角以上の広角な入射光は全反射されて、結晶内部に全て戻ることになる。更に、活性層３からの表面発光を用いるので、広角の発光成分が多くなる。ゆえに、従来の表面発光ＬＥＤの場合は、光の取り出し効率が低いものであった。しかしながら、本実施形態の場合は、メサストライプ５から垂直に放射モード光２００を取り出すことにより、広角の出射成分が存在せず、チップから極めて高い光の取り出し効率を得ることが可能となる。更に、本メサストライプ５を同一チップ内で複数設けることにより、実質的に回折格子１１の面積を増加することができ、より確実に効率を上げることが可能となる。

［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスの基本構造は、第５の実施形態における基本構成と基本的には同様であるが、酸化膜クラッド２０’の内部に含まれていた拡散粒子４０に代わり、蛍光材料又は波長変換材料である黄色の蛍光体（ＹＡＧ又はＴＡＧ）４１が酸化膜クラッド２０’の内部に含まれている。この蛍光体４１は、活性層の部分で発した光がメサストライプ５に沿って導波し、側面の２次の回折格子１１により取り出された放射モード光２００の波長に励起されて発光する。尚、メサストライプ５の側面に形成された２次の回折格子１１から放出される放射モード光２００の波長は、青色（ドミナント波長が４７０ｎｍ付近）と同一の波長である。その他の構成、及び基本的な動作については、第５の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、活性層の部分で発した光がメサストライプ５に沿って導波し、側面の２次の回折格子１１により取り出された放射モード光２００の波長に励起されて発光する蛍光体４１を酸化膜クラッド２０’に含むことにより、メサストライプ５から取り出された放射モード光２００を、発光面である平面導波シート全体から効率良く平面状に取り出すことができる。また、放射モード光２００の波長が青色と同一の波長であり、且つ蛍光体４１が黄色であるので、黄色の蛍光体４１が効率良く励起される。つまり、蛍光体４１は、メサストライプ５の側面に形成された２次の回折格子１１から放出された青色の放射モード光２００を拡散散乱させると同時に、黄色で発光する。結果として、メサストライプ５から、青色とその補色である黄色が混合した平面状疑似白色発光を得ることができる。また、第５の実施形態と同様な構成であるので、第５の実施形態の効果と同様に、チップから極めて高い光の取り出し効率を得ることが可能となり、チップ全体から白色発光を得ることができる。

［第７の実施形態］
図１１は、第７の実施形態を示す斜視図である。本実施形態における面状発光デバイスの基本構造は、第５の実施形態における基本構成と基本的には同様であるが、酸化膜クラッド２０’の内部に含まれていた拡散粒子４０に代わり、蛍光材料又は波長変換材料である蛍光体４１ａ〜４１ｃが酸化膜クラッド２０’の内部に含まれている。この蛍光体４１ａ〜４１ｃは、活性層の部分で発した光がメサストライプ５に沿って導波し、側面の２次の回折格子１１により取り出された放射モード光２００の波長に励起されて発光する。

ここで、メサストライプ５の側面に形成された２次の回折格子１１から放出される放射モード光２００の波長は、青色又は紫外色の光と同一の波長である。蛍光体４１ａ〜４１ｃは、ぞれぞれ、赤色（Ｒ），緑色（Ｇ），青色（Ｂ）の蛍光体である。その他の構成、及び基本的な動作については、第５の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

本実施形態によれば、活性層の部分で発した光がメサストライプ５に沿って導波し、側面の２次の回折格子１１により取り出された放射モード光２００の波長に励起されて発光する蛍光体４１ａ〜４１ｃを酸化膜クラッド２０’に含むことにより、メサストライプ５から取り出された放射モード光２００を、発光面である平面導波シート全体から効率良く平面状に取り出すことができる。また、放射モード光２００の波長が青色又は紫外色と同一の波長であるので、ＲＧＢの蛍光体４１ａ〜４１ｃが効率良く励起される。つまり、蛍光体４１ａ〜４１ｃからの発光が、可視光の三原色として平面状の白色発光を得ることができる。また、第５の実施形態と同様な構成であるので、第５の実施形態の効果と同様に、チップから極めて高い光の取り出し効率を得ることが可能となり、チップ全体から白色発光を得ることができる。

第１の実施形態を示す斜視図 第１の実施形態において、矩形導波路コアの上面に回折格子を形成した場合の実施形態を示す斜視図 第１の実施形態の第１変形例を示す斜視図 第１の実施形態の第２変形例を示す斜視図 第１の実施形態の第３変形例を示す斜視図 第２の実施形態を示す斜視図 第３の実施形態を示す斜視図 第４の実施形態を示す斜視図 第５の実施形態を示す斜視図 第６の実施形態を示す斜視図 第７の実施形態を示す斜視図 従来の導波路を利用した場合の発光デバイスを示す斜視図

符号の説明

Ａ〜Ｃ…矢印
１…ｎ型ＧａＡｓ基板
２…ｎ型（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層
３…アンドープ（Ａｌ_yＧａ_１−ｙ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐ活性層
４…ｐ型（Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘ）_０．５Ｉｎ_０．５Ｐクラッド層
５…メサストライプ
８…ｐ側電極
９…ｎ側電極
１０…矩形導波路コア，平面導波路コア
１１，１１ａ〜１１ｃ…回折格子
１１’…位相シフト
１４…金ワイア
１７…酸化膜
２０…平面導波シート
２０’…酸化膜クラッド
２１…導光板構造
３０，３０ａ〜３０ｃ…発光体（ＬＥＤ）
３１，３１ａ〜３１ｃ…集光レンズ
３２…プリント基板
４０…拡散材料，拡散粒子
４１，４１ａ〜４１ｃ…蛍光体
１００，１００ａ，１００ｂ…導波モード光
２００…放射モード光
５００…拡散板

Claims (7)

1. 導波モード光を外部に取り出すホログラフィックな光学構造を、長手方向に沿った側面の全部又は一部に有する矩形導波路コアと、
   前記矩形導波路コアの側面方向に広がる平面導波シートと、を有し、
   前記光学構造である２次の回折格子の周期は、前記矩形導波路コアの端面に結合して前記導波モード光とされるレーザ光の波長の周期と同じであり、
   前記回折格子から取り出された放射モード光のスペクトル若しくは当該スペクトルのピーク波長は、前記平面導波シートに含まれる蛍光材料の励起波長帯若しくは当該励起波長帯のピーク波長と一致することを特徴とする面状発光デバイス。
2. 発した光が前記矩形導波路コアに光結合する発光体を前記矩形導波路コアの片端又は両端に更に有することを特徴とする請求項１記載の面状発光デバイス。
3. 前記矩形導波路コアを複数有し、各矩形導波路コアの片端又は両端には発光体がそれぞれ配置され、当該各発光体から光結合される導波モード光の波長が、他の前記矩形導波路コアとは異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の面状発光デバイス。
4. 前記平面導波シートは、前記発光体の波長に励起されて発光する少なくとも１種類以上の蛍光材料若しくは波長変換材料が含まれることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の面状発光デバイス。
5. 青色又は紫外色と同一の波長の導波モード光が光結合によって導波される光を発する発光体が矩形導波路コアの片端又は両端にそれぞれ配置され、赤色，緑色，青色の前記蛍光材料若しくは前記波長変換材料が前記平面導波シートに含まれることを特徴とする請求項４に記載の面状発光デバイス。
6. 前記平面導波シートは、光学拡散効果を有する材料を有することを特徴とする請求項１，２，３のいずれか１項に記載の面状発光デバイス。
7. 前記光学構造は、前記導波モード光に対して２次以上のＢｒａｇｇ回折格子を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の面状発光デバイス。
   
   

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