JP4956064B2 - High brightness light emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、小面積領域において高輝度発光するデバイスの技術に関する。 The present invention relates to a technology of a device that emits light with high brightness in a small area.
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、導波路方向以外には光が漏れない特徴を有している。 Currently, light-emitting elements using waveguides are used in various technical fields. This waveguide can input / output light only from the end face, and has a characteristic that light does not leak except in the waveguide direction.
その一方で、この導波路に入力された光を導波路に沿って線状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の長手方向の表面に形成することで、この回折格子に結合した光を放射モード光(radiation mode)として外部に取り出すことができる。回折格子は、一種のホログラムである。 On the other hand, there is a method of taking out light input to the waveguide in a line shape along the waveguide. Specifically, by forming a diffraction grating having a Bragg scattering order of second order or higher on the surface in the longitudinal direction of the waveguide, light coupled to the diffraction grating can be taken out as radiation mode light (radiation mode). it can. A diffraction grating is a kind of hologram.
図15で示した発光素子は、2次のBragg散乱次数の回折格子100が上面に形成された矩形断面の平面導波路コア200、及び、この平面導波路コア200の全体を囲む透明なクラッドシート300を備えた構成である。更に、平面導波路コア200の一方の端面には、この平面導波路コア200に光を入力する半導体レーザ50が近接配置されている。 The light emitting device shown in FIG. 15 includes a rectangular waveguide planar waveguide core 200 having a diffraction grating 100 of the second order Bragg scattering order formed on the upper surface, and a transparent clad sheet surrounding the entire planar waveguide core 200. 300. Further, a semiconductor laser 50 for inputting light to the planar waveguide core 200 is disposed close to one end face of the planar waveguide core 200.
半導体レーザ50から出力された光は、平面導波路コア200の端面から入力される。入力された光は、導波モード光400として平面導波路コア200の長手方向に沿って進行する。平面導波路コア200の上面に形成された回折格子が2次である場合、その導波モード光400は、平面導波路コア200の上面及び下面からほぼ垂直な方向に放射モード光500として放射される。尚、導波路コア200に沿った進行に伴い、放射モード光500としての損失の影響を受けるので、導波モード光400の光強度は減衰する。 Light output from the semiconductor laser 50 is input from the end face of the planar waveguide core 200. The input light travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 200 as guided mode light 400. When the diffraction grating formed on the upper surface of the planar waveguide core 200 is second order, the guided mode light 400 is emitted as radiation mode light 500 in a direction substantially perpendicular to the upper and lower surfaces of the planar waveguide core 200. The In addition, as the light travels along the waveguide core 200, the light intensity of the waveguide mode light 400 is attenuated due to the influence of the loss as the radiation mode light 500.
この技術は、例えば、分布帰還型半導体レーザ(DFB−LD(Distributed FeedBack Laser Diode))に適用されている。この半導体レーザは、GCSEL(Grating−coupled Surface Emitting Laser)とも呼ばれている。 This technique is applied to, for example, a distributed feedback semiconductor laser (DFB-LD (Distributed FeedBack Laser Diode)). This semiconductor laser is also called GCSEL (Grating-coupled Surface Emitting Laser).
尚、この放射モード光に関する技術として、非特許文献1乃至4が知られている。また、GCSELに関する技術として、特許文献1乃至4が知られている。 Note that Non-Patent Documents 1 to 4 are known as techniques related to the radiation mode light. Patent Documents 1 to 4 are known as techniques related to GCSEL.
この発光素子を利用して、拡散材料や拡散板などを用いることで、線状又は面状の発光を実現する技術が存在する(特許文献5参照)。また、平面導波路に代えて円筒状の光ファイバを用いる技術や、ホログラフィックな光取出構造を導波路の長手方向の側面に沿って形成する技術が存在する(特許文献6及び7参照)。これらの技術は、発光面積を広げるか分散させることを目的としている。
しかしながら、図15に示すような従来の発光素子を用いて高輝度化を実現するには、光を出力する複数の半導体レーザ50やLED、及び、複数の平面導波路コア200をアレイ状に並べることが必要なので、所定の狭い領域での高輝度化には限界があるという問題があった。 However, in order to achieve high brightness using a conventional light emitting device as shown in FIG. 15, a plurality of semiconductor lasers 50 and LEDs that output light and a plurality of planar waveguide cores 200 are arranged in an array. Therefore, there is a problem that there is a limit to increasing the brightness in a predetermined narrow area.
また、複数のLEDなどの発光素子を狭い領域で並べた場合、各LEDによって発した光が集中し、LED自身の寿命を短くするなどの影響があるので、上記と同様に、所定の狭い領域における高輝度化には限界があるという問題があった。 In addition, when a plurality of light emitting elements such as LEDs are arranged in a narrow area, the light emitted by each LED is concentrated, and there is an effect such as shortening the lifetime of the LED itself. There has been a problem that there is a limit to the increase in brightness.
本発明は、上記を鑑みてなされたものであり、発光素子の発熱による影響を防ぐと共に、狭い領域で高輝度発光を実現することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to prevent the influence of heat generation of a light emitting element and realize high luminance light emission in a narrow region.
第1の本発明に係る高輝度発光デバイスは、他の導波路構造に対して、一部が狭い間隔で集中的に配置されると共に、光を結合する端面がそれよりも広い間隔で配置された複数の導波路構造と、前記端面に対応する位置にそれぞれ配置された複数の発光体と、前記集中的に配置された導波路構造の部分に形成され、当該導波路構造により導波された光を取り出す光学構造と、を有することを特徴とする。 The high-intensity light-emitting device according to the first aspect of the present invention is partially arranged intensively at a narrow interval with respect to other waveguide structures, and end faces for coupling light are arranged at a wider interval. A plurality of waveguide structures, a plurality of light emitters arranged at positions corresponding to the end faces, and a portion of the concentrated waveguide structure, and guided by the waveguide structure. And an optical structure for extracting light.
本発明にあっては、複数の発光体が、他の導波路構造に対して一部が狭い間隔で集中的に配置されるよりも広い間隔で配置された導波路構造の端面に対応する位置にぞれぞれ配置されるので、複数の発光体により発生した熱の集中を防ぐことが可能である。また、光学構造が、集中的に配置された導波路構造の部分に形成されるので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 In the present invention, the plurality of light emitters correspond to the end faces of the waveguide structure arranged at a wider interval than a part of the other light emitting elements is concentrated at a narrow interval. Therefore, it is possible to prevent concentration of heat generated by a plurality of light emitters. Further, since the optical structure is formed in a portion of the waveguide structure that is intensively arranged, it is possible to realize high-luminance light emission in a narrow region.
第2の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記光学構造が、前記導波路構造の長手方向の表面に形成された2次以上の回折格子を備えたホログラフィック構造であることを特徴とする。 The high-intensity light-emitting device according to the second aspect of the present invention is characterized in that the optical structure is a holographic structure including a second-order or higher-order diffraction grating formed on a longitudinal surface of the waveguide structure. .
本発明にあっては、光学構造が、導波路構造の長手方向の表面に形成された2次以上の回折格子なので、導波路構造を導波する光を長手方向の表面から取り出し可能である。 In the present invention, since the optical structure is a second-order or higher diffraction grating formed on the surface in the longitudinal direction of the waveguide structure, light guided through the waveguide structure can be extracted from the surface in the longitudinal direction.
第3の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記光学構造が、前記導波路構造の端面に形成された斜角反射鏡であることを特徴とする。 A high-luminance light-emitting device according to a third aspect of the present invention is characterized in that the optical structure is an oblique reflector formed on an end face of the waveguide structure.
本発明にあっては、光学構造が、導波路構造の端面に形成された斜角反射鏡なので、導波路構造を導波する光を斜角反射鏡により反射させて取り出し可能である。 In the present invention, since the optical structure is an oblique reflecting mirror formed on the end face of the waveguide structure, the light guided through the waveguide structure can be reflected and extracted by the oblique reflecting mirror.
第4の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記光学構造が、前記導波路構造の長手方向に形成された分岐部分及び/又は曲がり部分であることを特徴とする。 In the high-intensity light-emitting device according to a fourth aspect of the present invention, the optical structure is a branched portion and / or a bent portion formed in the longitudinal direction of the waveguide structure.
本発明にあっては、光学構造が、導波構造の長手方向に形成された分岐部分及び/又は曲がり部分なので、導波路構造を導波する光を分岐部分や曲がり部分から取り出し可能である。 In the present invention, since the optical structure is a branched portion and / or a bent portion formed in the longitudinal direction of the waveguide structure, light guided through the waveguide structure can be extracted from the branched portion and the bent portion.
第5の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記光学構造が、前記導波路構造の端面に形成された複数の材料が絡み合う蔦状導波路構造体であることを特徴とする。 In the high-intensity light-emitting device according to the fifth aspect of the present invention, the optical structure is a saddle-shaped waveguide structure in which a plurality of materials formed on an end face of the waveguide structure are intertwined.
本発明にあっては、光学構造が、導波路構造の端面に形成された複数の材料が絡み合う蔦状導波路構造体なので、導波路構造を導波する光を蔦状導波路構造体から取り出し可能である。 In the present invention, since the optical structure is a saddle-shaped waveguide structure in which a plurality of materials formed on the end face of the waveguide structure are intertwined, the light guided through the waveguide structure is extracted from the saddle-shaped waveguide structure. Is possible.
第6の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記蔦状導波路構造体が、複数の結晶材料が絡み合う複合セラミック材料(MGC)であることを特徴とする。 The high brightness light emitting device according to a sixth aspect of the present invention is characterized in that the saddle-shaped waveguide structure is a composite ceramic material (MGC) in which a plurality of crystal materials are intertwined.
本発明にあっては、蔦状導波路構造体が、1個の部品として取り扱い可能な複数の結晶材料が絡み合う複数セラミック材料(MGC)なので、導波路構造に分岐部分や曲がり部分を加工形成するよりも利便性が高い。 In the present invention, since the saddle-shaped waveguide structure is a plurality of ceramic materials (MGC) in which a plurality of crystal materials that can be handled as one part are intertwined, a branched portion or a bent portion is processed and formed in the waveguide structure. More convenient than.
第7の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記複合セラミック材料(MGC)が、希土類元素をドープした前記結晶材料を少なくとも1つ含むことを特徴とする。 The high brightness light emitting device according to a seventh aspect of the present invention is characterized in that the composite ceramic material (MGC) includes at least one crystal material doped with a rare earth element.
本発明にあっては、複合セラミック材料(MGC)が、希土類元素をドープした結晶材料を少なくとも1つ含むので、導波路構造から導波された光の波長変換が可能である。 In the present invention, since the composite ceramic material (MGC) includes at least one crystal material doped with a rare earth element, wavelength conversion of light guided from the waveguide structure is possible.
第8の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記光学構造の表面に形成され、当該光学構造により取り出された光で励起する波長変換材料を更に有することを特徴とする。 The high-intensity light emitting device according to the eighth aspect of the present invention further includes a wavelength conversion material formed on the surface of the optical structure and excited by light extracted by the optical structure.
本発明にあっては、光学構造から取り出された光で励起する波長変換材料を光学構造の表面に形成するので、光学構造から放射された光の波長変換が可能である。 In the present invention, since the wavelength conversion material excited by the light extracted from the optical structure is formed on the surface of the optical structure, the wavelength of the light emitted from the optical structure can be converted.
第9の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記波長変換材料が、樹脂に混入した蛍光体,希土類元素をドープした結晶材料,希土類元素をドープした結晶材料を少なくとも1つ含む複合セラミック材料(MGC)のうちいずれか1つであることを特徴とする。 A high-luminance light emitting device according to a ninth aspect of the present invention is a composite ceramic material in which the wavelength conversion material includes at least one phosphor mixed in a resin, a crystal material doped with a rare earth element, and a crystal material doped with a rare earth element ( Any one of MGC).
第10の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記光学構造に対応する位置に配置され、当該光学構造により取り出された光の方向を制御する反射構造を更に有することを特徴とする。 A high-luminance light emitting device according to a tenth aspect of the present invention is further characterized by further including a reflecting structure that is disposed at a position corresponding to the optical structure and controls the direction of light extracted by the optical structure.
本発明にあっては、光学構造から取り出された光の方向を制御する反射構造を光学構造に対応する位置に配置するので、光学構造から放射された光の方向を選択的に制御可能である。 In the present invention, since the reflecting structure for controlling the direction of the light extracted from the optical structure is arranged at a position corresponding to the optical structure, the direction of the light emitted from the optical structure can be selectively controlled. .
第11の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記発光体は、青色,緑色,赤色のうちいずれか1つの色の光を発することを特徴とする。 The high-luminance light emitting device according to an eleventh aspect of the present invention is characterized in that the light emitter emits light of any one color of blue, green, and red.
本発明にあっては、発光体が、青色,緑色,赤色のうちいずれか1つの色の光を発するので、白色を含む混色光の放射が可能である。 In the present invention, since the light emitter emits light of any one color of blue, green, and red, it is possible to emit mixed color light including white.
第12の本発明に係る高輝度発光デバイスは、前記発光体が、LED又は半導体レーザであることを特徴とする。 A high-luminance light emitting device according to a twelfth aspect of the present invention is characterized in that the light emitter is an LED or a semiconductor laser.
本発明によれば、発光素子の発熱による影響を防ぐと共に、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present invention, it is possible to prevent the influence of heat generation of the light emitting element and realize high luminance light emission in a narrow area.
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a top view showing a high-intensity light-emitting device according to the first embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、長手方向の中央が狭い間隔で集中的に配置されると共に光を結合する端面がそれよりも広い間隔で並列に配置された5つの平面導波路コア201a〜201e、及び、平面導波路コア201a〜201eの長手方向の全面を囲む直方体状又は立方体状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment has five planar waveguide cores 201a in which the centers in the longitudinal direction are intensively arranged at a narrow interval and end faces for coupling light are arranged in parallel at a wider interval. To 201e, and a rectangular parallelepiped or cubic waveguide clad sheet 300 surrounding the entire surface in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201e.
また、2次以上のBragg散乱次数を有する矩形の回折格子101a〜101eが、それぞれ、平面導波路コア201a〜201eの長手方向の中央上面に形成されている。この回折格子101a〜101eは、狭い間隔で集中的に配置されているので、高輝度発光デバイスにおける長方状又は正方状の極めて小さな発光面に相当することになる。具体的には、平面導波路コア201a〜201eの幅は約5ミクロンであり、回折格子101a〜101eの長手方向の長さは約2ミリなので、25ミクロン(5ミクロン×5つの回折格子101a〜101e)×2ミリ程度の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。 In addition, rectangular diffraction gratings 101a to 101e having second and higher order Bragg scattering orders are formed on the central upper surfaces in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201e, respectively. Since the diffraction gratings 101a to 101e are intensively arranged at a narrow interval, they correspond to extremely small light emitting surfaces having a rectangular shape or a square shape in a high-luminance light emitting device. Specifically, the width of the planar waveguide cores 201a to 201e is about 5 microns, and the length of the diffraction gratings 101a to 101e in the longitudinal direction is about 2 millimeters. Therefore, 25 microns (5 microns × 5 diffraction gratings 101a to 101e) 101e) A very narrow light emission spot having an area of about 2 mm is formed.
更に、回折格子101a〜101eの下面には、この発光スポットとほぼ同一の面積を有する長方状又は正方状の高反射膜600が形成されている。高反射膜600は、具体的には、蒸着金属や誘電体多層膜により形成可能である。誘電体多層膜とは、屈折率の異なる誘電体を堆積させた多層膜であり、光の干渉効果によるブラッグ反射により各層での反射波が強め合うので、その波長の光の反射率を選択的に高くする特徴を有する。 Further, a rectangular or tetragonal highly reflective film 600 having substantially the same area as the light emitting spot is formed on the lower surfaces of the diffraction gratings 101a to 101e. Specifically, the high reflection film 600 can be formed of a deposited metal or a dielectric multilayer film. A dielectric multilayer film is a multilayer film in which dielectrics with different refractive indexes are deposited, and the reflected waves in each layer are strengthened by Bragg reflection due to the interference effect of light, so the reflectance of light of that wavelength is selective. It has the feature which makes it high.
また、平面導波路コア201a〜201eの一端には、それぞれ、光を結合する端面701a〜701eが備えられている。他端にも、同様の機能を有する端面701a’〜701e’が備えられている。 Further, end surfaces 701a to 701e for coupling light are provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201e, respectively. The other end is also provided with end faces 701a 'to 701e' having similar functions.
更に、この一方の端面701a〜701eと他方の端面701a’〜701e’には、それぞれ、半導体レーザ51a〜51eと半導体レーザ51a’〜51e’が近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザは、LEDよりも出力光の方向性が高いので、平面導波路コアの各端面に効率良く光を結合させる特徴を有する。 Further, the semiconductor lasers 51a to 51e and the semiconductor lasers 51a 'to 51e' are disposed close to the one end surfaces 701a to 701e and the other end surfaces 701a 'to 701e', respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the semiconductor laser has higher directivity of output light than the LED, it has a feature of efficiently coupling light to each end face of the planar waveguide core.
半導体レーザ51a,51a’,51e,51e’は、青色の光を出力する。また、回折格子101a,101eの周期は、青色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 The semiconductor lasers 51a, 51a ', 51e, 51e' output blue light. Further, the periods of the diffraction gratings 101a and 101e are designed in accordance with the period of the same wavelength as that of blue.
また、半導体レーザ51b,51b’,51d,51d’は、緑色の光を出力する。回折格子101b,101dの周期は、緑色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 Further, the semiconductor lasers 51b, 51b ', 51d, and 51d' output green light. The periods of the diffraction gratings 101b and 101d are designed in accordance with the period of the same wavelength as that of green.
更に、半導体レーザ51c,51c’は、赤色の光を出力する。回折格子101cの周期は、赤色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 Further, the semiconductor lasers 51c and 51c 'output red light. The period of the diffraction grating 101c is designed according to the period of the same wavelength as that of red.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について、図1及び図2を用いて説明する。図2は、平面導波路コア201aの断面図である。 Next, the operation of the high-luminance light-emitting device in this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a cross-sectional view of the planar waveguide core 201a.
半導体レーザ51a,51a’から出力された青色の光は、それぞれ、平面導波路コア201aの端面701a,701a’に結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光401の進行に伴い、青色の放射モード光501が、回折格子101aが形成された位置の上面及び下面から、平面導波路コア201aに対してほぼ垂直な上下方向に放射される。特に、下面から放射された放射モード光501は、高反射膜600により上面に反射される。 The blue light output from the semiconductor lasers 51a and 51a 'is coupled to the end faces 701a and 701a' of the planar waveguide core 201a, respectively. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. As the guided mode light 401 travels, the blue radiation mode light 501 is emitted in the vertical direction substantially perpendicular to the planar waveguide core 201a from the upper and lower surfaces of the position where the diffraction grating 101a is formed. In particular, the radiation mode light 501 emitted from the lower surface is reflected by the high reflection film 600 on the upper surface.
他の平面導波路コア201b〜201eの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201e are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、回折格子101a,101eの上面からは青色の光、回折格子101b,101dの上面からは緑色の光、及び、回折格子101cの上面からは赤色の光を発光する。 Accordingly, the high brightness light emitting device emits blue light from the upper surfaces of the diffraction gratings 101a and 101e, green light from the upper surfaces of the diffraction gratings 101b and 101d, and red light from the upper surface of the diffraction grating 101c.
本実施の形態によれば、放射モード光501を取り出すことが可能な回折格子101a〜101eを狭い間隔で集中的に配置するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the diffraction gratings 101a to 101e from which the radiation mode light 501 can be extracted are intensively arranged at a narrow interval, so that high-luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51e,51a’〜51e’を離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201eに結合して回折格子101a〜101eから放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51e and 51a 'to 51e' are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that light emitted from the diffraction gratings 101a to 101e by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201e is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、高反射膜600により、平面導波路コア201a〜201eの下面から放射された光を上面に放射するので、青色,緑色,赤色の発光を上面から効率良く得ることが可能である。 According to the present embodiment, light radiated from the lower surface of the planar waveguide cores 201a to 201e is radiated to the upper surface by the highly reflective film 600, so that blue, green, and red light can be efficiently obtained from the upper surface. Is possible.
本実施の形態によれば、非常に狭い間隔で回折格子101a〜101eを配置するので、回折格子101a〜101e(発光スポット)から2ミリ以上の上方では、放射された青色,緑色,赤色の光が拡散し、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to the present embodiment, since the diffraction gratings 101a to 101e are arranged at very narrow intervals, the emitted blue, green, and red light is 2 mm or more above the diffraction gratings 101a to 101e (light emission spots). Can be diffused and mixed color light including white can be obtained.
[第2の実施の形態]
図3は、第2の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a top view showing a high-intensity light emitting device according to the second embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、一定角度で放射状に配置された12つの平面導波路コア201a〜201l、及び、平面導波路コア201a〜201lの長手方向の全面と放射状の中心部分に位置する端面とを囲む円柱状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment is located on twelve planar waveguide cores 201a to 201l arranged radially at a constant angle, and the entire longitudinal surface of the planar waveguide cores 201a to 201l and the radial center portion. A cylindrical waveguide clad sheet 300 is provided to surround the end surface.
また、2次以上のBragg散乱次数を有する矩形の回折格子101a〜101lが、それぞれ、放射状の中心部分に位置する平面導波路コア201a〜201lの長手方向の上面に形成されている。この回折格子101a〜101lは、狭い間隔で集中的に配置されているので、高輝度発光デバイスにおける円面状の極めて小さな発光面に相当することになる。具体的には、回折格子101a〜101lの長手方向の長さは約2ミリなので、半径を約2ミリとする円面状の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。 Further, rectangular diffraction gratings 101a to 101l having second and higher order Bragg scattering orders are respectively formed on the upper surfaces in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201l located at the radial center portions. Since the diffraction gratings 101a to 101l are intensively arranged at a narrow interval, they correspond to a very small light emitting surface having a circular shape in a high luminance light emitting device. Specifically, since the length of the diffraction gratings 101a to 101l in the longitudinal direction is about 2 mm, an extremely narrow light emission spot having a circular region with a radius of about 2 mm is formed.
更に、回折格子101a〜101lの下面には、この発光スポットとほぼ同一の面積を有する円面状の高反射膜600が形成されている。高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, on the lower surfaces of the diffraction gratings 101a to 101l, a circular high reflection film 600 having the same area as that of the light emission spot is formed. Since the characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
また、放射状に伸びた先の平面導波路コア201a〜201lの一端には、それぞれ、光を結合する端面701a〜701lが備えられている。 Further, end faces 701a to 701l for coupling light are provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201l extending radially.
更に、その端面701a〜701lには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51lが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51l are arranged close to the end faces 701a to 701l, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
半導体レーザ51a,51d,51g,51jは、青色の光を出力する。また、回折格子101a,101d,101g,101jの周期は、青色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 The semiconductor lasers 51a, 51d, 51g, and 51j output blue light. The periods of the diffraction gratings 101a, 101d, 101g, and 101j are designed to match the period of the same wavelength as that of blue.
また、半導体レーザ51b,51e,51h,51kは、緑色の光を出力する。回折格子101b,101e,101h,101kの周期は、緑色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 Further, the semiconductor lasers 51b, 51e, 51h, and 51k output green light. The periods of the diffraction gratings 101b, 101e, 101h, and 101k are designed according to the period of the same wavelength as that of green.
更に、半導体レーザ51c,51f,51i,51lは、赤色の光を出力する。回折格子101c,101f,101i,101lの周期は、赤色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 Further, the semiconductor lasers 51c, 51f, 51i, and 51l output red light. The periods of the diffraction gratings 101c, 101f, 101i, and 101l are designed in accordance with the period of the same wavelength as that of red.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光の進行に伴い、青色の放射モード光が、回折格子101aが形成された位置の上面及び下面から、平面導波路コア201aに対してほぼ垂直な上下方向に放射される。特に、下面から放射された放射モード光は、高反射膜600により上面に反射される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. As the guided mode light travels, the blue radiation mode light is emitted in the vertical direction substantially perpendicular to the planar waveguide core 201a from the upper and lower surfaces of the position where the diffraction grating 101a is formed. In particular, the radiation mode light emitted from the lower surface is reflected by the high reflection film 600 to the upper surface.
他の平面導波路コア201b〜201lによる動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201l are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、回折格子101a,101d,101g,101jの上面からは青色の光、回折格子101b,101e,101h,101kの上面からは緑色の光、及び、回折格子101c,101f,101i,101lの上面からは赤色の光を発光する。 Accordingly, the high-intensity light emitting device includes blue light from the upper surface of the diffraction gratings 101a, 101d, 101g, and 101j, green light from the upper surfaces of the diffraction gratings 101b, 101e, 101h, and 101k, and the diffraction gratings 101c, 101f, and 101f. Red light is emitted from the upper surfaces of 101i and 101l.
本実施の形態によれば、放射モード光を取り出すことが可能な回折格子101a〜101lを狭い間隔で集中的に配置するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the diffraction gratings 101a to 101l from which radiation mode light can be extracted are intensively arranged at narrow intervals, so that high-luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51lを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201lに結合して回折格子101a〜101lから放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51l are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the diffraction gratings 101a to 101l by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201l is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、高反射膜600により、平面導波路コア201a〜201lの下面から放射された光を上面に放射するので、青色,緑色,赤色の発光を上面から効率良く得ることが可能である。 According to the present embodiment, the high reflection film 600 radiates light emitted from the lower surface of the planar waveguide cores 201a to 201l to the upper surface, so that blue, green, and red light can be efficiently obtained from the upper surface. Is possible.
本実施の形態によれば、狭い領域から放射された青色,緑色,赤色の光が発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to this embodiment, blue, green, and red light radiated from a narrow region diffuses above the light emission spot, so that mixed color light including white can be obtained.
[第3の実施の形態]
図4は、第3の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a top view showing a high-intensity light-emitting device according to the third embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、一定角度で放射状に配置された12つの平面導波路コア201a〜201l、及び、平面導波路コア201a〜201lの長手方向の全面と中心部分に位置する側の端面とを囲む円柱状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment includes twelve planar waveguide cores 201a to 201l arranged radially at a constant angle, and the sides of the planar waveguide cores 201a to 201l that are located on the entire longitudinal surface and the central portion. A cylindrical waveguide clad sheet 300 is provided to surround the end surface of the cylindrical waveguide clad sheet 300.
また、45°の傾斜角を有する円錐台の斜角反射鏡600が、放射状に配置された平面導波路コア201a〜201lの中心に形成されている。図5は、平面導波路コア201a,201gと斜角反射鏡600の断面図である。斜角反射鏡600の側面と放射状の中心部分に位置する平面導波路コア201a〜201lの端面とは接続され、一体型の形状を有している。 Further, a truncated cone reflecting mirror 600 having an inclination angle of 45 ° is formed at the center of the planar waveguide cores 201a to 201l arranged radially. FIG. 5 is a cross-sectional view of the planar waveguide cores 201 a and 201 g and the oblique reflection mirror 600. The side surface of the oblique reflection mirror 600 and the end surfaces of the planar waveguide cores 201a to 201l located at the radial center portion are connected and have an integral shape.
第1の実施の形態や第2の実施の形態で説明した回折格子や、次の実施の形態で説明する分岐や曲がりなどの形状を備えていない場合、平面導波路コア201a〜201lの長手方向に沿って進行する光は、導波路以外からは漏れ出すことはなく、端面のみから放射可能である。故に、斜角反射鏡600は、図5に示すように、平面導波路コア201a〜201lの端面の縦幅と同程度の高さを有する大きさで十分である。具体的には、平面導波路コア201a〜201lの縦幅は約5ミクロンであり、斜角反射鏡600は45°の傾斜角を有する円錐台の形状なので、底辺の半径と高さを約5ミクロンとする極めて小さな発光スポットが形成される。 The longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201l in the case where the diffraction grating described in the first embodiment or the second embodiment or the shape such as branching or bending described in the next embodiment is not provided. The light traveling along the line does not leak out from other than the waveguide, and can be emitted only from the end face. Therefore, as shown in FIG. 5, the oblique reflector 600 is sufficient to have a height that is approximately the same as the vertical width of the end faces of the planar waveguide cores 201a to 201l. Specifically, since the planar waveguide cores 201a to 201l have a vertical width of about 5 microns and the oblique reflector 600 has a truncated cone shape with an inclination angle of 45 °, the radius and height of the base is about 5 A very small emission spot of micron is formed.
また、放射状に伸びた先の平面導波路コア201a〜201lの一端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701lが備えられている。 In addition, end surfaces 701a to 701l that enable optical coupling are provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201l that extend radially.
更に、この端面701a〜701lには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51lが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51l are arranged close to the end faces 701a to 701l, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
半導体レーザ51a,51d,51g,51jは青色の光を出力し、半導体レーザ51b,51e,51h,51kは緑色の光を出力し、半導体レーザ51c,51f,51i,51lは赤色の光を出力する。 The semiconductor lasers 51a, 51d, 51g, 51j output blue light, the semiconductor lasers 51b, 51e, 51h, 51k output green light, and the semiconductor lasers 51c, 51f, 51i, 51l output red light. .
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について、図4及び図5を用いて説明する。 Next, the operation of the high-luminance light-emitting device in this embodiment will be described with reference to FIGS.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光401は、45°の傾斜角を有する斜角反射鏡600により、90°の角度で上方向に反射され、放射モード光501として高輝度発光デバイスの上面から放射される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. The guided mode light 401 is reflected upward at an angle of 90 ° by the oblique reflector 600 having an inclination angle of 45 °, and is emitted from the upper surface of the high-luminance light emitting device as the radiation mode light 501.
他の平面導波路コア201b〜201lによる動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201l are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、平面導波路コア201a,201d,201g,201jに接続された斜角反射鏡600の側面からは青色の光、平面導波路コア201b,201e,201h,201kに接続された斜角反射鏡600の側面からは緑色の光、及び、平面導波路コア201c,201f,201i,201lに接続された斜角反射鏡600の側面からは赤色の光を発光する。 Accordingly, the high brightness light emitting device is connected to the blue light from the side of the oblique reflector 600 connected to the planar waveguide cores 201a, 201d, 201g, 201j, and to the planar waveguide cores 201b, 201e, 201h, 201k. Green light is emitted from the side surface of the oblique reflection mirror 600, and red light is emitted from the side surface of the oblique reflection mirror 600 connected to the planar waveguide cores 201c, 201f, 201i, and 201l.
本実施の形態によれば、平面導波路コア201a〜201lに導波される放射モード光501を、平面導波路コア201a〜201lの端面の縦幅と同程度の大きさを有する斜角反射鏡600により反射して上面から放射するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the oblique reflection mirror that has the radiation mode light 501 guided to the planar waveguide cores 201a to 201l having the same size as the vertical width of the end surfaces of the planar waveguide cores 201a to 201l. Since the light is reflected by 600 and emitted from the upper surface, it is possible to realize high-luminance light emission in a narrow area.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51lを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201lに結合して斜角反射鏡600から放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51l are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the oblique reflection mirror 600 by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201l is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、狭い領域から放射された青色,緑色,赤色の光が発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to this embodiment, blue, green, and red light radiated from a narrow region diffuses above the light emission spot, so that mixed color light including white can be obtained.
本実施の形態によれば、第1の実施の形態や第2の実施の形態で説明した微細な回折格子の形成や、この回折格子の下面に形成された反射鏡を使用することなく、平面導波路コアに接続した単純な一体型円錐台反射鏡を利用するので、高輝度発光デバイスの製作を容易とし、低廉な費用で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, it is possible to form a plane without using the fine diffraction grating described in the first embodiment or the second embodiment, or using the reflecting mirror formed on the lower surface of the diffraction grating. Since a simple integrated truncated cone reflector connected to the waveguide core is used, it is easy to manufacture a high-intensity light-emitting device, and high-intensity light emission can be realized at low cost.
[第4の実施の形態]
図6は、第4の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Fourth Embodiment]
FIG. 6 is a top view showing a high-intensity light emitting device according to the fourth embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、長手方向の中央が狭い間隔で集中的に配置されると共に光を結合する端面がそれよりも広い間隔で並列に配置された5つの平面導波路コア201a〜201e、及び、平面導波路コア201a〜201eの長手方向の全面を囲む直方体状又は立方体状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment has five planar waveguide cores 201a in which the centers in the longitudinal direction are intensively arranged at a narrow interval and end faces for coupling light are arranged in parallel at a wider interval. To 201e, and a rectangular parallelepiped or cubic waveguide clad sheet 300 surrounding the entire surface in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201e.
また、平面導波路コア201a〜201eの長手方向の中央部分は、分岐や曲がりなどにより複雑に絡み合っている。この中央部分は、狭い間隔で集中的に配置されているので、高輝度発光デバイスにおける長方状又は正方状の極めて小さな発光面に相当することになる。具体的には、2ミリ×2ミリ程度の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。尚、平面導波路コア201a〜201eの水平方向に対する分岐や曲がりは、マスクパターンとエッチングを用いて加工し、上下方向に対する分岐や曲がりは、平面導波路コア201a〜201e自身の厚さを変化させることで加工が可能である。 Further, the central portion in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201e is intertwined in a complicated manner due to branching or bending. Since the central portion is intensively arranged at a narrow interval, it corresponds to an extremely small light emitting surface having a rectangular shape or a square shape in a high-luminance light emitting device. Specifically, an extremely narrow light emission spot having an area of about 2 mm × 2 mm is formed. Note that the branching and bending of the planar waveguide cores 201a to 201e in the horizontal direction are processed using a mask pattern and etching, and the branching and bending in the vertical direction changes the thickness of the planar waveguide cores 201a to 201e themselves. It can be processed.
平面導波路コア201a〜201eの一端には、それぞれ、光を結合する端面701a〜701eが備えられている。他端にも、同様の機能を有する端面701a’〜701e’が備えられている。 One end of each of the planar waveguide cores 201a to 201e is provided with end faces 701a to 701e for coupling light. The other end is also provided with end faces 701a 'to 701e' having similar functions.
更に、この一方の端面701a〜701eと他方の端面701a’〜701e’には、それぞれ、半導体レーザ51a〜51eと半導体レーザ51a’〜51e’が近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, the semiconductor lasers 51a to 51e and the semiconductor lasers 51a 'to 51e' are disposed close to the one end surfaces 701a to 701e and the other end surfaces 701a 'to 701e', respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
半導体レーザ51a,51a’,51e,51e’は青色の光を出力し、半導体レーザ51b,51b’,51d,51d’は緑色の光を出力し、半導体レーザ51c,51c’は赤色の光を出力する。 The semiconductor lasers 51a, 51a ′, 51e, 51e ′ output blue light, the semiconductor lasers 51b, 51b ′, 51d, 51d ′ output green light, and the semiconductor lasers 51c, 51c ′ output red light. To do.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51a,51a’から出力された青色の光は、それぞれ、平面導波路コア201aの端面701a,701a’に結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光の進行に伴い、青色の放射モード光が、分岐や曲がりなどの加工が施された平面導波路コア201aの長手方向の中央部分から放出される。水平方向に曲がった部分からは水平方向に放射され、上下方向に曲がった部分からは上下方向に放射される。 The blue light output from the semiconductor lasers 51a and 51a 'is coupled to the end faces 701a and 701a' of the planar waveguide core 201a, respectively. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. As the guided mode light travels, blue radiation mode light is emitted from the central portion in the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a that has been subjected to processing such as branching and bending. A portion bent in the horizontal direction radiates in the horizontal direction, and a portion bent in the vertical direction radiates in the vertical direction.
他の平面導波路コア201b〜201eの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201e are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、平面導波路コア201a,201eの長手方向の中央部分からは青色の光、平面導波路コア201b,201dの長手方向の中央部分からは緑色の光、及び、平面導波路コア201cの長手方向の中央部分からは赤色の光を発光する。 Therefore, the high-intensity light-emitting device has blue light from the longitudinal center part of the planar waveguide cores 201a and 201e, green light from the longitudinal center part of the planar waveguide cores 201b and 201d, and planar light guide. Red light is emitted from the central portion in the longitudinal direction of the waveguide core 201c.
第1〜第3の実施の形態では、平面導波路コアに対してほぼ垂直に光が放射されるので、指向性を必要とする場合に応用できる。一方、本実施の形態では、広角に散乱する光を必要とする場合に応用できる。また、第1の実施の形態で用いた高反射膜600を、分岐や曲がりが形成された平面導波路コア201a〜201eの中央下面に形成することで、下方への放射の抑制が可能である。尚、高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the first to third embodiments, light is radiated substantially perpendicularly to the planar waveguide core, which can be applied when directivity is required. On the other hand, the present embodiment can be applied when light scattered at a wide angle is required. Further, by forming the highly reflective film 600 used in the first embodiment on the lower surface of the center of the planar waveguide cores 201a to 201e formed with branches and bends, it is possible to suppress downward radiation. . The characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本実施の形態によれば、放射モード光を取り出すことが可能な分岐や曲がりの加工が施された平面導波路コア201a〜201eの中央部分を狭い間隔で集中的に領域に配置するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the central portions of the planar waveguide cores 201a to 201e that have been subjected to the branching and bending processing capable of extracting the radiation mode light are intensively arranged in a region at a narrow interval, so that it is narrow. It is possible to realize high luminance light emission in a region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51e,51a’〜51e’を離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201eに結合して分岐や曲がりが形成された中央部分から放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51e and 51a 'to 51e' are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that light emitted from the central portion where the branching or bending is formed by coupling to the planar waveguide cores 201a to 201e is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emitting spot.
本実施の形態によれば、狭い領域から放射された青色,緑色,赤色の光が発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to this embodiment, blue, green, and red light radiated from a narrow region diffuses above the light emission spot, so that mixed color light including white can be obtained.
[第5の実施の形態]
図7は、第5の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Fifth Embodiment]
FIG. 7 is a top view showing a high-intensity light emitting device according to the fifth embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、長手方向の中央を軸として一定角度で放射状に配置された6つの平面導波路コア201a〜201f、及び、平面導波路コア201a〜201fの長手方向を囲む円柱状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment surrounds the longitudinal direction of six planar waveguide cores 201a to 201f and the planar waveguide cores 201a to 201f that are arranged radially at a constant angle with the center in the longitudinal direction as an axis. A cylindrical waveguide clad sheet 300 is provided.
また、平面導波路コア201a〜201fの長手方向の中央部分は、分岐や曲がりなどにより複雑に絡み合っている。この中央部分は、全ての平面導波路コア201a〜201eの長手方向の中央部分が重なりあい、狭い間隔で集中的に配置されているので、高輝度発光デバイスにおける円面状の極めて小さな発光面に相当することになる。具体的には、半径を約2ミリとする円面状の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。尚、平面導波路コア201a〜201fの水平方向に対する分岐や曲がりは、マスクパターンとエッチングを用いて加工し、上下方向に対する分岐や曲がりは、平面導波路コア201a〜201f自身の厚さを変化させることで加工が可能である。 Further, the central portion in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201f is intertwined in a complicated manner due to branching or bending. Since this central portion overlaps the central portions in the longitudinal direction of all the planar waveguide cores 201a to 201e and is intensively arranged at a narrow interval, it becomes an extremely small light emitting surface having a circular shape in a high luminance light emitting device. It will be equivalent. Specifically, an extremely narrow light emission spot having a circular region with a radius of about 2 mm is formed. The branching and bending of the planar waveguide cores 201a to 201f in the horizontal direction are processed using a mask pattern and etching, and the branching and bending in the vertical direction changes the thickness of the planar waveguide cores 201a to 201f themselves. It can be processed.
平面導波路コア201a〜201fの一端には、それぞれ、光を結合する端面701a〜701fが備えられている。他端にも、同様の機能を有する端面701a’〜701f’が備えられている。 End faces 701a to 701f for coupling light are respectively provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201f. Also on the other end, end faces 701a 'to 701f' having the same function are provided.
また、この一方の端面701a〜701fと他方の端面701a’〜701f’には、それぞれ、半導体レーザ51a〜51fと半導体レーザ51a’〜51f’が近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, the semiconductor lasers 51a to 51f and the semiconductor lasers 51a 'to 51f' are disposed close to the one end surfaces 701a to 701f and the other end surfaces 701a 'to 701f', respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
半導体レーザ51a,51a’,51d,51d’は青色の光を出力し、半導体レーザ51b,51b’,51e,51e’は緑色の光を出力し、半導体レーザ51c,51c’,51f,51f’は赤色の光を出力する。 The semiconductor lasers 51a, 51a ′, 51d and 51d ′ output blue light, the semiconductor lasers 51b, 51b ′, 51e and 51e ′ output green light, and the semiconductor lasers 51c, 51c ′, 51f and 51f ′ Outputs red light.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51a,51a’から出力された青色の光は、それぞれ、平面導波路コア201aの端面701a,701a’に結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光の進行に伴い、青色の放射モード光が、分岐や曲がりなどの加工が施された平面導波路コア201aの長手方向の中央部分から放出される。水平方向に曲がった部分からは水平方向に放射され、上下方向に曲がった部分からは上下方向に放射される。 The blue light output from the semiconductor lasers 51a and 51a 'is coupled to the end faces 701a and 701a' of the planar waveguide core 201a, respectively. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. As the guided mode light travels, blue radiation mode light is emitted from the central portion in the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a that has been subjected to processing such as branching and bending. A portion bent in the horizontal direction radiates in the horizontal direction, and a portion bent in the vertical direction radiates in the vertical direction.
他の平面導波路コア201b〜201fの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201f are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、平面導波路コア201a,201dの長手方向の中央部分からは青色の光、平面導波路コア201b,201eの長手方向の中央部分からは緑色の光、及び、平面導波路コア201c,201fの長手方向の中央部分からは赤色の光を発光する。 Therefore, the high-intensity light emitting device has blue light from the longitudinal center portion of the planar waveguide cores 201a and 201d, green light from the longitudinal center portion of the planar waveguide cores 201b and 201e, and planar light guide. Red light is emitted from the central portion of the waveguide cores 201c and 201f in the longitudinal direction.
第1〜第3の実施の形態では、平面導波路コアに対してほぼ垂直に光が放射されるので、指向性を必要とする場合に応用できる。一方、本実施の形態では、広角に散乱する光を必要とする場合に応用できる。また、第1の実施の形態で用いた高反射膜600を、分岐や曲がりが形成された平面導波路コア201a〜201eの中央下面に形成することで、下方への放射の抑制が可能である。尚、高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the first to third embodiments, light is radiated substantially perpendicularly to the planar waveguide core, which can be applied when directivity is required. On the other hand, the present embodiment can be applied when light scattered at a wide angle is required. Further, by forming the highly reflective film 600 used in the first embodiment on the lower surface of the center of the planar waveguide cores 201a to 201e formed with branches and bends, it is possible to suppress downward radiation. . The characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本実施の形態によれば、放射モード光を取り出すことが可能な分岐や曲がりの加工が施された平面導波路コア201a〜201fの中央部分を狭い間隔で集中的に領域に配置するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the central portions of the planar waveguide cores 201a to 201f that have been subjected to branching and bending processing capable of extracting radiation mode light are intensively arranged in a region at a narrow interval. It is possible to realize high luminance light emission in a region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51f,51a’〜51f’を離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201fに結合して分岐や曲がりが形成された中央部分から放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51f and 51a 'to 51f' are arranged at intervals with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that light emitted from the central portion where the branching or bending is formed by coupling to the planar waveguide cores 201a to 201f is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emitting spot.
本実施の形態によれば、狭い領域から放射された青色,緑色,赤色の光が発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to this embodiment, blue, green, and red light radiated from a narrow region diffuses above the light emission spot, so that mixed color light including white can be obtained.
[第6の実施の形態]
図8は、第6の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Sixth Embodiment]
FIG. 8 is a top view showing a high-intensity light-emitting device according to the sixth embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、長手方向の一端が狭い間隔で集中的に配置されると共に光を結合する端面がそれよりも広い間隔で並列に配置された5つの平面導波路コア201a〜201e、同様の配置を有する5つの平面導波路コア201f〜201j、平面導波路コア201a〜201e及び平面導波路コア201f〜201jの狭い間隔で集中的に配置された端面に接続されたMGC(Melt Growth Composite)800、及び、MGC800と平面導波路コア201a〜201jの長手方向の全面を囲む直方体状又は立方体状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment has five planar waveguide cores 201a in which one end in the longitudinal direction is intensively arranged at a narrow interval and end faces for coupling light are arranged in parallel at a wider interval. To 201e, five planar waveguide cores 201f to 201j having the same arrangement, planar waveguide cores 201a to 201e and planar waveguide cores 201f to 201j connected to end faces intensively arranged at narrow intervals ( And a rectangular parallelepiped or cubic waveguide clad sheet 300 surrounding the entire length of the MGC 800 and the planar waveguide cores 201a to 201j in the longitudinal direction.
MGC800とは、単結晶相とその単結晶相の屈折率に近い屈折率を持つ単結晶相とが隙間のない状態で絡みあう形状を有する複合セラミック結晶である(特許文献8及び9、非特許文献1参照)。それぞれの相は、曲がり,分岐,再接続された連続する一つながりの結晶体である。この二種類の相を持つ二元MGC(binary MGC)の他にも、複数の相を持つ三元MGC(ternary MGC)や四元MGC(quaternary MGC)が存在する。 MGC800 is a composite ceramic crystal having a shape in which a single crystal phase and a single crystal phase having a refractive index close to the refractive index of the single crystal phase are entangled with each other without any gap (Patent Documents 8 and 9, Non-patent Documents). Reference 1). Each phase is a continuous series of crystals that are bent, branched, and reconnected. In addition to binary MGC (binary MGC) having these two types of phases, there are ternary MGC (ternary MGC) and quaternary MGC (quaternary MGC) having a plurality of phases.
図9は、YAG相801とアルミナ相802とで構成されたMGC800を示す斜視図である。YAG相801の屈折率は約1.8でアルミナ相802の屈折率は約1.7であるので、アルミナ相802よりもYAG相801の方が若干大きな屈折率を有している。従い、YAG相801をコアとする導波路構造が自然に形成されることになる。屈折率の差が小さいことに加え、YAG相801とアルミナ相802との界面が非常にスムーズなので光学的損失が非常に少ない。その導波路の曲がり部分,太さの変化した部分,分岐部分などから導波路光の一部が四方八方へ放射モードとして放射される。 FIG. 9 is a perspective view showing an MGC 800 composed of a YAG phase 801 and an alumina phase 802. Since the refractive index of the YAG phase 801 is about 1.8 and the refractive index of the alumina phase 802 is about 1.7, the YAG phase 801 has a slightly larger refractive index than the alumina phase 802. Accordingly, a waveguide structure having the YAG phase 801 as a core is naturally formed. In addition to a small difference in refractive index, the interface between the YAG phase 801 and the alumina phase 802 is very smooth, so that optical loss is very small. A part of the waveguide light is radiated as a radiation mode in all directions from the bent part, the part whose thickness has changed, the branched part, and the like.
また、平面導波路コア201a〜201e及び平面導波路コア201f〜201jがMGC800に接続される部分は狭い間隔で集中的に配置されているので、MGC800は、高輝度発光デバイスにおける直方体状又は立方体状の極めて小さな発光体に相当することになる。具体的には、MGC800の縦幅Xは、約5ミクロンの幅を有する平面導波路コア201a〜201eを接続する長さが必要なので、約25ミクロン(5ミクロン×5つの平面導波路コア201a〜201e)である。MGC800の横幅Yは、約2ミリ程度である。MGC800の高さZは、平面導波路コア201a〜201jの幅とほぼ同一で十分なので、約5ミクロンである。即ち、25ミクロン×2ミリ×5ミクロン程度の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。 In addition, since the portions where the planar waveguide cores 201a to 201e and the planar waveguide cores 201f to 201j are connected to the MGC 800 are intensively arranged at a narrow interval, the MGC 800 has a rectangular parallelepiped shape or a cubic shape in a high-luminance light emitting device. This corresponds to an extremely small illuminant. Specifically, the vertical width X of the MGC 800 requires a length for connecting the planar waveguide cores 201a to 201e having a width of about 5 microns, so that the length is about 25 microns (5 microns × 5 planar waveguide cores 201a to 201m). 201e). The lateral width Y of the MGC 800 is about 2 mm. The height Z of the MGC 800 is approximately the same as the width of the planar waveguide cores 201a to 201j, and is about 5 microns. That is, a very narrow light emission spot having an area of about 25 microns × 2 mm × 5 microns is formed.
MGC800に接続されていない平面導波路コア201a〜201jの他端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701jが備えられている。 End faces 701a to 701j that enable optical coupling are provided at the other ends of the planar waveguide cores 201a to 201j that are not connected to the MGC 800, respectively.
更に、この端面701a〜701jには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51jが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51j are arranged close to the end faces 701a to 701j, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
半導体レーザ51a,51e,51f,51jは青色の光を出力し、半導体レーザ51b,51d,51g,51iは緑色の光を出力し、半導体レーザ51c,51hは赤色の光を出力する。 The semiconductor lasers 51a, 51e, 51f, and 51j output blue light, the semiconductor lasers 51b, 51d, 51g, and 51i output green light, and the semiconductor lasers 51c and 51h output red light.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について、図8及び図9を用いて説明する。 Next, the operation of the high-luminance light-emitting device in this embodiment will be described with reference to FIGS.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光は、MGC800に結合し、MGC800のYAG相801に沿って進行する。導波モード光は、導波路であるYAG相801の曲がり部分や分岐部分などから青色の放射モード光として四方八方に放射される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. The guided mode light is coupled to the MGC 800 and travels along the YAG phase 801 of the MGC 800. The guided mode light is radiated in all directions as blue radiation mode light from a bent portion or a branched portion of the YAG phase 801 that is a waveguide.
他の平面導波路コア201b〜201jの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201j are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、MGC800の全面から青色,緑色,赤色の光を発光する。 Accordingly, the high brightness light emitting device emits blue, green, and red light from the entire surface of the MGC 800.
第1〜第3の実施の形態では、平面導波路コアに対してほぼ垂直に光が放射されるので、指向性を必要とする場合に応用できる。一方、本実施の形態では、広角に散乱する光を必要とする場合に応用できる。また、第1の実施の形態で用いた高反射膜600を、MGC800の下面に形成することで、下方への放射の抑制が可能である。尚、高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the first to third embodiments, light is radiated substantially perpendicularly to the planar waveguide core, which can be applied when directivity is required. On the other hand, the present embodiment can be applied when light scattered at a wide angle is required. Further, by forming the highly reflective film 600 used in the first embodiment on the lower surface of the MGC 800, it is possible to suppress downward radiation. The characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本実施の形態によれば、非常に小さい形状のMGC800を用いて放射モード光を取り出すので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, since the radiation mode light is extracted using the MGC 800 having a very small shape, high luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51jを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201jに結合してMGC800から放射された光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51j are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the MGC 800 by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201j is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、狭い領域から放射された青色,緑色,赤色の光が発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to this embodiment, blue, green, and red light radiated from a narrow region diffuses above the light emission spot, so that mixed color light including white can be obtained.
本実施の形態によれば、1個の部品として取り扱い可能なMGC800を用いるので、第4の実施の形態や第5の実施の形態で説明したマスクパターンを用いて分岐や曲がりを加工形成するよりも利便性が高い。 According to the present embodiment, since the MGC 800 that can be handled as one component is used, branching and bending are processed and formed using the mask patterns described in the fourth and fifth embodiments. Also convenient.
[第7の実施の形態]
図10は、第7の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Seventh Embodiment]
FIG. 10 is a top view showing a high-intensity light-emitting device according to the seventh embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、一定角度で放射状に配置された12つの平面導波路コア201a〜201l、放射状の中心部分に位置する平面導波路コア201a〜201lの端面に接続されたMGC(Melt Growth Composite)800、及び、MGC800と平面導波路コア201a〜201lの長手方向の全面を囲む円柱状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment includes twelve planar waveguide cores 201a to 201l arranged radially at a fixed angle, and MGC connected to the end faces of the planar waveguide cores 201a to 201l located in the radial center portion. (Melt Growth Composite) 800 and a cylindrical waveguide clad sheet 300 that surrounds the entire length of MGC 800 and the planar waveguide cores 201a to 201l in the longitudinal direction.
本実施の形態で用いるMGC800は、YAG相とアルミナ相との二相からなる構成を備えており、第6の実施の形態で用いたMGC800と同様である。また、このMGC800の機能についても、第6の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 The MGC 800 used in the present embodiment has a configuration composed of two phases of a YAG phase and an alumina phase, and is the same as the MGC 800 used in the sixth embodiment. Further, the function of the MGC 800 is the same as that described in the sixth embodiment, and thus the description thereof is omitted here.
また、MGC800に接続された平面導波路コア201a〜201lの端面は狭い間隔で集中的に配置されているので、このMGC800は、高輝度発光デバイスにおける円柱状の極めて発光体に相当することになる。具体的には、MGC800は、半径を約2ミリとし、約5ミクロンの幅を有する平面導波路コア201a〜201lとほぼ同一の高さを持つ円柱状の極めて狭い発光スポットが形成される。 In addition, since the end faces of the planar waveguide cores 201a to 201l connected to the MGC 800 are intensively arranged at a narrow interval, the MGC 800 corresponds to a very cylindrical light emitter in a high-luminance light emitting device. . Specifically, the MGC 800 has a columnar and extremely narrow light emission spot having a height of about 2 mm and substantially the same height as the planar waveguide cores 201a to 201l having a width of about 5 microns.
放射状に伸びた先の平面導波路コア201a〜201lの一端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701lが備えられている。 End surfaces 701a to 701l that enable optical coupling are respectively provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201l that extend radially.
更に、この端面701a〜701lには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51lが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51l are arranged close to the end faces 701a to 701l, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
半導体レーザ51a,51d,51g,51jは青色の光を出力し、半導体レーザ51b,51e,51h,51kは緑色の光を出力し、半導体レーザ51c,51f,51i,51lは赤色の光を出力する。 The semiconductor lasers 51a, 51d, 51g, 51j output blue light, the semiconductor lasers 51b, 51e, 51h, 51k output green light, and the semiconductor lasers 51c, 51f, 51i, 51l output red light. .
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光は、MGC800に結合し、MGC800のYAG相801に沿って進行する。導波モード光は、導波路であるYAG相801の曲がり部分や分岐部分などから青色の放射モード光として四方八方に放射される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. The guided mode light is coupled to the MGC 800 and travels along the YAG phase 801 of the MGC 800. The guided mode light is radiated in all directions as blue radiation mode light from a bent portion or a branched portion of the YAG phase 801 that is a waveguide.
他の平面導波路コア201b〜201lの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201l are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、MGC800の全面から青色,黄色,赤色の光を発光する。 Accordingly, the high brightness light emitting device emits blue, yellow, and red light from the entire surface of the MGC 800.
第1〜第3の実施の形態では、平面導波路コアに対してほぼ垂直に光が放射されるので、指向性を必要とする場合に応用できる。一方、本実施の形態では、広角に散乱する光を必要とする場合に応用できる。また、第1の実施の形態で用いた高反射膜600を、MGC800の下面に形成することで、下方への放射の抑制が可能である。尚、高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the first to third embodiments, light is radiated substantially perpendicularly to the planar waveguide core, which can be applied when directivity is required. On the other hand, the present embodiment can be applied when light scattered at a wide angle is required. Further, by forming the highly reflective film 600 used in the first embodiment on the lower surface of the MGC 800, it is possible to suppress downward radiation. The characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本実施の形態によれば、非常に小さい形状のMGC800を用いて放射モード光を取り出すので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, since the radiation mode light is extracted using the MGC 800 having a very small shape, high luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51lを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201lに結合してMGC800から放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51l are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the MGC 800 by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201l is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、狭い領域から放射された青色,緑色,赤色の光が発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to this embodiment, blue, green, and red light radiated from a narrow region diffuses above the light emission spot, so that mixed color light including white can be obtained.
本実施の形態によれば、1個の部品として取り扱い可能なMGC800を用いるので、第4の実施の形態や第5の実施の形態で説明したマスクパターンを用いて分岐や曲がりを加工形成するよりも利便性が高い。 According to the present embodiment, since the MGC 800 that can be handled as one component is used, branching and bending are processed and formed using the mask patterns described in the fourth and fifth embodiments. Also convenient.
[第8の実施の形態]
図11は、第8の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Eighth Embodiment]
FIG. 11 is a top view showing a high-intensity light emitting device according to the eighth embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、長手方向の一端が狭い間隔で集中的に配置されると共に光を結合する端面がそれよりも広い間隔で並列に配置された5つの平面導波路コア201a〜201e、同様の配置を有する5つの平面導波路コア201f〜201j、平面導波路コア201a〜201e及び平面導波路コア201f〜201jの狭い間隔で集中的に配置された端面に接続されたMGC(Melt Growth Composite)800、及び、MGC800と平面導波路コア201a〜201jの長手方向の全面を囲む直方体状又は立方体状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment has five planar waveguide cores 201a in which one end in the longitudinal direction is intensively arranged at a narrow interval and end faces for coupling light are arranged in parallel at a wider interval. To 201e, five planar waveguide cores 201f to 201j having the same arrangement, planar waveguide cores 201a to 201e and planar waveguide cores 201f to 201j connected to end faces intensively arranged at narrow intervals ( And a rectangular parallelepiped or cubic waveguide clad sheet 300 surrounding the entire length of the MGC 800 and the planar waveguide cores 201a to 201j in the longitudinal direction.
本実施の形態で用いるMGC800は、希土類元素であるCe3+をドープしたYAG相とアルミナ相との二相からなる構成を備えている。このCeイオンは、YAG相を進行する青色の導波モード光を黄色に波長変換する機能を有している。この原理は、YAGレーザが、ドープされたNd3+イオンを光励起して、1060nmの発振波長を得る原理と同様である。 The MGC 800 used in the present embodiment has a configuration composed of two phases of a YAG phase doped with a rare earth element Ce 3+ and an alumina phase. This Ce ion has a function of converting the wavelength of blue guided mode light traveling in the YAG phase to yellow. This principle is similar to the principle in which a YAG laser obtains an oscillation wavelength of 1060 nm by optically exciting doped Nd 3+ ions.
具体的には、YAG相の屈折率は約1.8でアルミナ相の屈折率は約1.7であるので、アルミナ相よりもYAG相の方が若干大きな屈折率を有している。従い、Ce3+をドープしたYAG相をコアとする導波路構造が自然に形成されることになる。屈折率の差が小さいことに加え、YAG相とアルミナ相との界面が非常にスムーズなので光学的損失が非常に少ない。半導体レーザから出力された青色の光がMGC800のYAG相に結合した場合、励起により吸収されるので黄色成分の割合が多い光が、導波路の曲がり部分,太さの変化した部分,分岐部分などから四方八方へ放射される。つまり、青色発光は、黄色発光の増幅に利用されることになる。一方、YAG相に結合されなかった他の青色の光は、アルミナ相を透過する。 Specifically, since the refractive index of the YAG phase is about 1.8 and the refractive index of the alumina phase is about 1.7, the YAG phase has a slightly higher refractive index than the alumina phase. Accordingly, a waveguide structure having a YAG phase doped with Ce 3+ as a core is naturally formed. In addition to the small difference in refractive index, the optical loss is very small because the interface between the YAG phase and the alumina phase is very smooth. When blue light output from a semiconductor laser is coupled to the YAG phase of MGC800, it is absorbed by excitation, so light with a high proportion of yellow component is bent part of waveguide, thickness changed part, branched part, etc. Is emitted in all directions. That is, blue light emission is used for amplification of yellow light emission. On the other hand, the other blue light that is not bonded to the YAG phase passes through the alumina phase.
尚、本実施の形態で用いたYAG相は、蛍光体を樹脂に混入して白色発光を得る従来の方法とは異なる。従来、青色LEDからの青色発光の一部を透明樹脂に混入したCe付活YAG蛍光体に吸収させて黄色に変換し、その黄色発光と青色発光とを混色させて擬似白色光を得る方式が用いられていた。この場合、粒状の蛍光体自身の散乱により、蛍光体を混入した材料中で混色が起こりやすい。一方、MGC800の出力面は、黄色と青色の相がモザイク状に分離しているので、散乱損失が小さく、混色は放射された後に行われる。 The YAG phase used in the present embodiment is different from the conventional method for obtaining white light emission by mixing a phosphor into a resin. Conventionally, a part of blue light emission from a blue LED is absorbed by a Ce-activated YAG phosphor mixed in a transparent resin and converted to yellow, and the yellow light emission and blue light emission are mixed to obtain pseudo white light. It was used. In this case, color mixing tends to occur in the material mixed with the phosphor due to scattering of the granular phosphor itself. On the other hand, since the yellow and blue phases are separated in a mosaic pattern on the output surface of the MGC 800, the scattering loss is small and the color mixture is performed after being emitted.
また、平面導波路コア201a〜201e及び平面導波路コア201f〜201jがMGC800に接続される部分は狭い間隔で集中的に配置されているので、MGC800は、高輝度発光デバイスにおける直方体状又は立方体状の極めて小さな発光体に相当することになる。具体的には、MGC800の縦幅Xは、約5ミクロンの幅を有する平面導波路コア201a〜201eを接続する長さが必要なので、約25ミクロン(5ミクロン×5つの平面導波路コア201a〜201e)である。MGC800の横幅Yは、約2ミリ程度である。MGC800の高さZは、平面導波路コア201a〜201jの幅とほぼ同一で十分なので、約5ミクロンである。即ち、25ミクロン×2ミリ×5ミクロン程度の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。 In addition, since the portions where the planar waveguide cores 201a to 201e and the planar waveguide cores 201f to 201j are connected to the MGC 800 are intensively arranged at a narrow interval, the MGC 800 has a rectangular parallelepiped shape or a cubic shape in a high-luminance light emitting device. This corresponds to an extremely small illuminant. Specifically, the vertical width X of the MGC 800 requires a length for connecting the planar waveguide cores 201a to 201e having a width of about 5 microns, so that the length is about 25 microns (5 microns × 5 planar waveguide cores 201a to 201m). 201e). The lateral width Y of the MGC 800 is about 2 mm. The height Z of the MGC 800 is approximately the same as the width of the planar waveguide cores 201a to 201j, and is about 5 microns. That is, a very narrow light emission spot having an area of about 25 microns × 2 mm × 5 microns is formed.
MGC800に接続されていない平面導波路コア201a〜201jの他端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701jが備えられている。 End faces 701a to 701j that enable optical coupling are provided at the other ends of the planar waveguide cores 201a to 201j that are not connected to the MGC 800, respectively.
更に、その端面701a〜701jには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51jが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51j are arranged close to the end faces 701a to 701j, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
本実施の形態における全ての半導体レーザ51a〜51jは、第1〜第7の実施の形態と異なり、青色の光を出力する。 Unlike the first to seventh embodiments, all the semiconductor lasers 51a to 51j in the present embodiment output blue light.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光は、MGC800に結合し、MGC800のYAG相に沿って進行する。導波モード光は、Ceイオンにより黄色の波長に変換され、導波路であるYAG相の曲がり部分や分岐部分などから黄色の放射モード光として四方八方に放射される。YAG相に結合されなかった残りの青色の光は、アルミナ相を透過してMGC800から放射される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. The guided mode light is coupled to the MGC 800 and travels along the YAG phase of the MGC 800. The guided mode light is converted to a yellow wavelength by Ce ions, and is emitted in all directions as yellow radiation mode light from a bent portion or a branched portion of the YAG phase that is a waveguide. The remaining blue light that is not coupled to the YAG phase passes through the alumina phase and is emitted from the MGC 800.
他の平面導波路コア201b〜201jの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201j are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、MGC800の全面から青色,黄色の光を発光する。 Accordingly, the high-luminance light emitting device emits blue and yellow light from the entire surface of the MGC 800.
第1〜第3の実施の形態では、平面導波路コアに対してほぼ垂直に光が放射されるので、指向性を必要とする場合に応用できる。一方、本実施の形態では、広角に散乱する光を必要とする場合に応用できる。また、第1の実施の形態で用いた高反射膜600を、MGC800の下面に形成することで、下方への放射の抑制が可能である。尚、高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the first to third embodiments, light is radiated substantially perpendicularly to the planar waveguide core, which can be applied when directivity is required. On the other hand, the present embodiment can be applied when light scattered at a wide angle is required. Further, by forming the highly reflective film 600 used in the first embodiment on the lower surface of the MGC 800, it is possible to suppress downward radiation. The characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本実施の形態によれば、非常に小さい形状のMGC800を用いて放射モード光を取り出すので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, since the radiation mode light is extracted using the MGC 800 having a very small shape, high luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51jを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201jに結合してMGC800から放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51j are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the MGC 800 by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201j is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、アルミナ相を透過した青色の光とYAG相のCeイオンにより波長に変換された黄色の光とが発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to the present embodiment, since the blue light transmitted through the alumina phase and the yellow light converted into a wavelength by Ce ions in the YAG phase diffuse above the emission spot, mixed color light including white is obtained. It is possible.
本実施の形態によれば、1個の部品として取り扱い可能なMGC800を用いるので、第4の実施の形態や第5の実施の形態で説明したマスクパターンを用いて分岐や曲がりを加工形成するよりも利便性が高い。 According to the present embodiment, since the MGC 800 that can be handled as one component is used, branching and bending are processed and formed using the mask patterns described in the fourth and fifth embodiments. Also convenient.
[第9の実施の形態]
図12は、第9の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。
[Ninth Embodiment]
FIG. 12 is a top view showing a high brightness light emitting device according to the ninth embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、一定角度で放射状に配置された12つの平面導波路コア201a〜201l、放射状の中心部分に位置する平面導波路コア201a〜201lの端面に接続されたMGC(Melt Growth Composite)800、及び、MGC800と平面導波路コア201a〜201lの長手方向の全面を囲む円柱状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment includes twelve planar waveguide cores 201a to 201l arranged radially at a fixed angle, and MGC connected to the end faces of the planar waveguide cores 201a to 201l located in the radial center portion. (Melt Growth Composite) 800 and a cylindrical waveguide clad sheet 300 that surrounds the entire length of MGC 800 and the planar waveguide cores 201a to 201l in the longitudinal direction.
本実施の形態で用いるMGC800は、希土類元素であるCe3+をドープしたYAG相とアルミナ相との二相からなる構成を備えている。このCeイオンをドープした機能については、第8の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 The MGC 800 used in the present embodiment has a configuration composed of two phases of a YAG phase doped with a rare earth element Ce 3+ and an alumina phase. Since the function of doping Ce ions is the same as that described in the eighth embodiment, the description thereof is omitted here.
また、MGC800に接続された平面導波路コア201a〜201lの端面は狭い間隔で集中的に配置されているので、このMGC800は、高輝度発光デバイスにおける円柱状の極めて発光体に相当することになる。具体的には、MGC800は、半径を約2ミリとし、約5ミクロンの幅を有する平面導波路コア201a〜201lとほぼ同一の高さを持つ円柱状の極めて狭い発光スポットが形成される。 In addition, since the end faces of the planar waveguide cores 201a to 201l connected to the MGC 800 are intensively arranged at a narrow interval, the MGC 800 corresponds to a very cylindrical light emitter in a high-luminance light emitting device. . Specifically, the MGC 800 has a columnar and extremely narrow light emission spot having a height of about 2 mm and substantially the same height as the planar waveguide cores 201a to 201l having a width of about 5 microns.
放射状に伸びた先の平面導波路コア201a〜201lの一端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701lが備えられている。 End surfaces 701a to 701l that enable optical coupling are respectively provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201l that extend radially.
更に、その端面701a〜701lには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51lが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51l are arranged close to the end faces 701a to 701l, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
本実施の形態における全ての半導体レーザ51a〜51lは、第1〜第7の実施の形態と異なり、青色の光を出力する。 Unlike the first to seventh embodiments, all the semiconductor lasers 51a to 51l in the present embodiment output blue light.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光は、MGC800に結合し、MGC800のYAG相に沿って進行する。導波モード光は、Ceイオンにより黄色の波長に変換され、導波路であるYAG相の曲がり部分や分岐部分などから黄色の放射モード光として四方八方に放射される。YAG相に結合されなかった残りの青色の光は、アルミナ相を透過してMGC800から放射される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. The guided mode light is coupled to the MGC 800 and travels along the YAG phase of the MGC 800. The guided mode light is converted to a yellow wavelength by Ce ions, and is emitted in all directions as yellow radiation mode light from a bent portion or a branched portion of the YAG phase that is a waveguide. The remaining blue light that is not coupled to the YAG phase passes through the alumina phase and is emitted from the MGC 800.
他の平面導波路コア201b〜201lの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201l are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、MGC800の全面から青色,黄色の光を発光する。 Accordingly, the high-luminance light emitting device emits blue and yellow light from the entire surface of the MGC 800.
第1〜第3の実施の形態では、平面導波路コアに対してほぼ垂直に光が放射されるので、指向性を必要とする場合に応用できる。一方、本実施の形態では、広角に散乱する光を必要とする場合に応用できる。また、第1の実施の形態で用いた高反射膜600を、MGC800の下面に形成することで、下方への放射の抑制が可能である。尚、高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the first to third embodiments, light is radiated substantially perpendicularly to the planar waveguide core, which can be applied when directivity is required. On the other hand, the present embodiment can be applied when light scattered at a wide angle is required. Further, by forming the highly reflective film 600 used in the first embodiment on the lower surface of the MGC 800, it is possible to suppress downward radiation. The characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, and thus description thereof is omitted here.
本実施の形態によれば、非常に小さい形状のMGC800を用いて放射モード光を取り出すので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, since the radiation mode light is extracted using the MGC 800 having a very small shape, high luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51lを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201lに結合してMGC800から放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51l are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the MGC 800 by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201l is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、アルミナ相を透過した青色の光とYAG相のCeイオンにより波長に変換された黄色の光とが発光スポットの上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to the present embodiment, since the blue light transmitted through the alumina phase and the yellow light converted into a wavelength by Ce ions in the YAG phase diffuse above the emission spot, mixed color light including white is obtained. It is possible.
本実施の形態によれば、1個の部品として取り扱い可能なMGC800を用いるので、第4の実施の形態や第5の実施の形態で説明したマスクパターンを用いて分岐や曲がりを加工形成するよりも利便性が高い。 According to the present embodiment, since the MGC 800 that can be handled as one component is used, branching and bending are processed and formed using the mask patterns described in the fourth and fifth embodiments. Also convenient.
[第10の実施の形態]
図13は、第10の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。本実施の形態は、第1の実施の形態に、粉末蛍光体を透明樹脂で固めた構造900を更に備えた構成である。
[Tenth embodiment]
FIG. 13 is a top view showing a high-intensity light-emitting device according to the tenth embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated. The present embodiment is a configuration in which the structure 900 in which the powder phosphor is solidified with a transparent resin is further provided in the first embodiment.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、長手方向の中央が狭い間隔で集中的に配置されると共に光を結合する端面がそれよりも広い間隔で並列に配置された5つの平面導波路コア201a〜201e、及び、平面導波路コア201a〜201eの長手方向の全面を囲む直方体状又は立方体状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment has five planar waveguide cores 201a in which the centers in the longitudinal direction are intensively arranged at a narrow interval and end faces for coupling light are arranged in parallel at a wider interval. To 201e, and a rectangular parallelepiped or cubic waveguide clad sheet 300 surrounding the entire surface in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201e.
また、2次以上のBragg散乱次数を有する矩形の回折格子101a〜101eが、それぞれ、平面導波路コア201a〜201eの長手方向の中央上面に形成されている。この回折格子101a〜101eは、狭い間隔で集中的に配置されているので、高輝度発光デバイスにおける長方状又は正方状の極めて小さな発光面に相当することになる。具体的には、平面導波路コア201a〜201eの幅は約5ミクロンであり、回折格子101a〜101eの長手方向の長さは約2ミリなので、25ミクロン(5ミクロン×5つの回折格子101a〜101e)×2ミリ程度の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。 In addition, rectangular diffraction gratings 101a to 101e having second and higher order Bragg scattering orders are formed on the central upper surfaces in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201e, respectively. Since the diffraction gratings 101a to 101e are intensively arranged at a narrow interval, they correspond to extremely small light emitting surfaces having a rectangular shape or a square shape in a high-luminance light emitting device. Specifically, the width of the planar waveguide cores 201a to 201e is about 5 microns, and the length of the diffraction gratings 101a to 101e in the longitudinal direction is about 2 millimeters. Therefore, 25 microns (5 microns × 5 diffraction gratings 101a to 101e) 101e) A very narrow light emission spot having an area of about 2 mm is formed.
更に、回折格子101a〜101eの下面には、この発光スポットとほぼ同一の面積を有する高反射膜600が形成されている。高反射膜600は、具体的には、蒸着金属や誘電体多層膜により形成可能である。高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, on the lower surface of the diffraction gratings 101a to 101e, a highly reflective film 600 having substantially the same area as this light emitting spot is formed. Specifically, the high reflection film 600 can be formed of a deposited metal or a dielectric multilayer film. Since the characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
また、回折格子101a〜101eの上面には、この発光スポットとほぼ同一の面積を有するYAGなどの粉末蛍光体を透明樹脂で固めた構造900が形成されている。 Further, on the upper surfaces of the diffraction gratings 101a to 101e, there is formed a structure 900 in which a powder phosphor such as YAG having substantially the same area as the light emission spot is solidified with a transparent resin.
平面導波路コア201a〜201eの一端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701eが備えられている。他端にも、同様の機能を有する端面701a’〜701e’が備えられている。 End faces 701a to 701e that enable optical coupling are provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201e, respectively. The other end is also provided with end faces 701a 'to 701e' having similar functions.
更に、この一方の端面701a〜701eと他方の端面701a’〜701e’には、それぞれ、半導体レーザ51a〜51eと半導体レーザ51a’〜51e’が近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, the semiconductor lasers 51a to 51e and the semiconductor lasers 51a 'to 51e' are disposed close to the one end surfaces 701a to 701e and the other end surfaces 701a 'to 701e', respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
本実施の形態における全ての半導体レーザ51a〜51e,51a’〜51e’は、第1の実施の形態と異なり、青色の光を出力する。また、回折格子101a〜101eの周期は青色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 Unlike the first embodiment, all the semiconductor lasers 51a to 51e and 51a 'to 51e' in the present embodiment output blue light. The period of the diffraction gratings 101a to 101e is designed to match the period of the same wavelength as that of blue.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51a,51a’から出力された青色の光は、それぞれ、平面導波路コア201aの端面701a,701a’に結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光の進行に伴い、青色の放射モード光が、回折格子101aが形成された位置の上面及び下面から、平面導波路コア201aに対してほぼ垂直な上下方向に放射される。特に、下面から放射された放射モード光は、高反射膜600により上面に反射される。上面に放射された青色発光は、構造900の中に混入された粉末蛍光体に吸収され、黄色に波長変換された放射モード光として発光する。その粉末蛍光体により波長変換されなかった青色発光は、そのまま放出される。 The blue light output from the semiconductor lasers 51a and 51a 'is coupled to the end faces 701a and 701a' of the planar waveguide core 201a, respectively. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. As the guided mode light travels, the blue radiation mode light is emitted in the vertical direction substantially perpendicular to the planar waveguide core 201a from the upper and lower surfaces of the position where the diffraction grating 101a is formed. In particular, the radiation mode light emitted from the lower surface is reflected by the high reflection film 600 to the upper surface. The blue light emitted to the upper surface is absorbed by the powdered phosphor mixed in the structure 900 and emitted as radiation mode light having a wavelength converted to yellow. Blue light that has not been wavelength-converted by the powder phosphor is emitted as it is.
他の平面導波路コア201b〜201eの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201e are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、構造900の上面から青色,黄色の光を発光する。 Accordingly, the high brightness light emitting device emits blue and yellow light from the top surface of the structure 900.
尚、本実施の形態では、第1の実施の形態について構造900を追加する構成について説明したが、第2〜第7の実施の形態についても同様にこの構造900を追加する構成を可能とし、同様の効果を得ることが可能である。第2の実施の形態に適用した場合については、次の実施の形態で説明する。 In the present embodiment, the structure for adding the structure 900 to the first embodiment has been described. However, the structure 900 can be similarly added to the second to seventh embodiments. Similar effects can be obtained. The case where it is applied to the second embodiment will be described in the next embodiment.
また、本実施の形態で説明した構造900の代わりに、希土類元素をドープした結晶材料や、第8の実施の形態と第9の実施の形態で説明したCeイオンをドープしたYAG相を含むMGC800を、第1〜第7の実施の形態に用いることも可能とし、本実施の形態と同様の効果を得ることが可能である。 Further, instead of the structure 900 described in this embodiment, a crystal material doped with a rare earth element, or an MGC 800 including a YAG phase doped with Ce ions described in the eighth and ninth embodiments. Can be used in the first to seventh embodiments, and the same effects as in the present embodiment can be obtained.
本実施の形態によれば、放射モード光を取り出すことが可能な回折格子101a〜101eを狭い間隔で集中的に配置するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the diffraction gratings 101a to 101e that can extract radiation mode light are intensively arranged at a narrow interval, so that high-luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51e,51a’〜51e’を離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201eに結合して回折格子101a〜101eから放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51e and 51a 'to 51e' are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that light emitted from the diffraction gratings 101a to 101e by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201e is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、この高反射膜600により、平面導波路コア201a〜201eの下面から放射された光を上面に放射するので、青色の発光を上面から効率良く得ることが可能である。 According to the present embodiment, the high reflection film 600 emits light emitted from the lower surface of the planar waveguide cores 201a to 201e to the upper surface, so that blue light emission can be efficiently obtained from the upper surface. .
本実施の形態によれば、放出された青色の光と構造900の粉末蛍光体により波長変換された黄色の光とが構造900の上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to the present embodiment, since the emitted blue light and the yellow light wavelength-converted by the powder phosphor of the structure 900 are diffused above the structure 900, mixed color light including white can be obtained. Is possible.
[第11の実施の形態]
図14は、第11の実施の形態における高輝度発光デバイスを示す上面図である。最初に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの構成について説明する。本実施の形態は、第2の実施の形態に、粉末蛍光体を透明樹脂で固めた構造900を更に備えた構成である。
[Eleventh embodiment]
FIG. 14 is a top view showing a high brightness light emitting device according to the eleventh embodiment. Initially, the structure of the high-intensity light-emitting device in this Embodiment is demonstrated. The present embodiment is a configuration in which a structure 900 in which a powder phosphor is solidified with a transparent resin is further provided in the second embodiment.
本実施の形態における高輝度発光デバイスは、一定角度で放射状に配置された12つの平面導波路コア201a〜201l、及び、平面導波路コア201a〜201lの長手方向の全面と放射状の中心部分に位置する端面とを囲む円柱状の導波路クラッドシート300を備える。 The high-intensity light-emitting device according to the present embodiment is located on twelve planar waveguide cores 201a to 201l arranged radially at a constant angle, and the entire longitudinal surface of the planar waveguide cores 201a to 201l and the radial center portion. A cylindrical waveguide clad sheet 300 is provided to surround the end surface.
また、2次以上のBragg散乱次数を有する矩形の回折格子101a〜101lが、それぞれ、放射状の中心部分に位置する平面導波路コア201a〜201lの長手方向の上面に形成されている。この回折格子101a〜101lは、狭い間隔で集中的に配置されているので、高輝度発光デバイスにおける円面状の極めて小さな発光面に相当することになる。具体的には、回折格子101a〜101lの長手方向の長さは約2ミリなので、半径を約2ミリとする円面状の領域を持つ極めて狭い発光スポットが形成される。 Further, rectangular diffraction gratings 101a to 101l having second and higher order Bragg scattering orders are respectively formed on the upper surfaces in the longitudinal direction of the planar waveguide cores 201a to 201l located at the radial center portions. Since the diffraction gratings 101a to 101l are intensively arranged at a narrow interval, they correspond to a very small light emitting surface having a circular shape in a high luminance light emitting device. Specifically, since the length of the diffraction gratings 101a to 101l in the longitudinal direction is about 2 mm, an extremely narrow light emission spot having a circular region with a radius of about 2 mm is formed.
更に、回折格子101a〜101lの下面には、この発光スポットとほぼ同一の面積を有する円面状の高反射膜600が形成されている。高反射膜600の特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, on the lower surfaces of the diffraction gratings 101a to 101l, a circular high reflection film 600 having the same area as that of the light emission spot is formed. Since the characteristics of the highly reflective film 600 are the same as those described in the first embodiment, the description thereof is omitted here.
また、回折格子101a〜101lの上面には、この発光スポットとほぼ同一の面積を有するYAGなどの粉末蛍光体を透明樹脂で固めた構造900が形成されている。 Further, on the upper surfaces of the diffraction gratings 101a to 101l, there is formed a structure 900 in which a powder phosphor such as YAG having substantially the same area as the light emission spot is solidified with a transparent resin.
放射状に伸びた先の平面導波路コア201a〜201lの一端には、それぞれ、光結合を可能とする端面701a〜701lが備えられている。 End surfaces 701a to 701l that enable optical coupling are respectively provided at one ends of the planar waveguide cores 201a to 201l that extend radially.
更に、この端面701a〜701lには、それぞれ、半導体レーザ51a〜51lが近接配置されている。尚、半導体レーザに代えて、LED(Light Emitting Diode)を用いることも可能である。半導体レーザの特徴は、第1の実施の形態で説明したものと同様であるので、ここでは説明を省略する。 Further, semiconductor lasers 51a to 51l are arranged close to the end faces 701a to 701l, respectively. In place of the semiconductor laser, an LED (Light Emitting Diode) may be used. Since the characteristics of the semiconductor laser are the same as those described in the first embodiment, description thereof is omitted here.
本実施の形態における全ての半導体レーザ51a〜51lは、第2の実施の形態と異なり、青色の光を出力する。また、回折格子101a〜101lの周期は青色と同一波長の周期に合わせて設計されている。 Unlike the second embodiment, all the semiconductor lasers 51a to 51l in the present embodiment output blue light. The period of the diffraction gratings 101a to 101l is designed in accordance with the period of the same wavelength as that of blue.
次に、本実施の形態における高輝度発光デバイスの動作について説明する。 Next, the operation of the high brightness light emitting device in this embodiment will be described.
半導体レーザ51aから出力された青色の光は、平面導波路コア201aの端面701aに結合される。結合された光(以下、「導波モード光」と称する)は、平面導波路コア201aの長手方向に沿って進行する。導波モード光の進行に伴い、青色の放射モード光が、回折格子101aが形成された位置の上面及び下面から、平面導波路コア201aに対してほぼ垂直な上下方向に放射される。特に、下面から放射された放射モード光は、高反射膜600により上面に反射される。上面に放射された青色発光は、構造900の中に混入された粉末蛍光体に吸収され、黄色に波長変換された放射モード光として発光する。その粉末蛍光体により波長変換されなかった青色発光は、そのまま放出される。 The blue light output from the semiconductor laser 51a is coupled to the end surface 701a of the planar waveguide core 201a. The coupled light (hereinafter referred to as “guided mode light”) travels along the longitudinal direction of the planar waveguide core 201a. As the guided mode light travels, the blue radiation mode light is emitted in the vertical direction substantially perpendicular to the planar waveguide core 201a from the upper and lower surfaces of the position where the diffraction grating 101a is formed. In particular, the radiation mode light emitted from the lower surface is reflected by the high reflection film 600 to the upper surface. The blue light emitted to the upper surface is absorbed by the powdered phosphor mixed in the structure 900 and emitted as radiation mode light having a wavelength converted to yellow. Blue light that has not been wavelength-converted by the powder phosphor is emitted as it is.
他の平面導波路コア201b〜201lの動作についても、基本的には上記で説明した動作と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since the operations of the other planar waveguide cores 201b to 201l are basically the same as the operations described above, the description thereof is omitted here.
従い、高輝度発光デバイスは、構造900の上面から青色,黄色の光を発光する。 Accordingly, the high brightness light emitting device emits blue and yellow light from the top surface of the structure 900.
本実施の形態によれば、放射モード光を取り出すことが可能な回折格子101a〜101lを狭い間隔で集中的に配置するので、狭い領域で高輝度発光の実現が可能である。 According to the present embodiment, the diffraction gratings 101a to 101l from which radiation mode light can be extracted are intensively arranged at narrow intervals, so that high-luminance light emission can be realized in a narrow region.
本実施の形態によれば、半導体レーザ51a〜51lを離れた場所に余裕を持った間隔で配置するので、この半導体レーザによる発熱の影響を防ぐことが可能である。尚、平面導波路コア201a〜201lに結合して回折格子101a〜101lから放射される光は赤外線成分の無い純粋な可視光なので、発光スポットにおける発熱は殆ど発生しない。 According to the present embodiment, since the semiconductor lasers 51a to 51l are arranged at a distance from each other with a margin, it is possible to prevent the influence of heat generated by the semiconductor laser. Note that the light emitted from the diffraction gratings 101a to 101l by being coupled to the planar waveguide cores 201a to 201l is pure visible light having no infrared component, so that almost no heat is generated at the light emission spot.
本実施の形態によれば、この高反射膜600により、平面導波路コア201a〜201lの下面から放射された光を上面に放射するので、青色の発光を上面から効率良く得ることができる。 According to the present embodiment, the high reflection film 600 emits light emitted from the lower surface of the planar waveguide cores 201a to 201l to the upper surface, so that blue light emission can be efficiently obtained from the upper surface.
本実施の形態によれば、放出された青色の光と構造900の粉末蛍光体により波長変換された黄色の光とが構造900の上方で拡散するので、白色を含めた混色光を得ることが可能である。 According to the present embodiment, since the emitted blue light and the yellow light wavelength-converted by the powder phosphor of the structure 900 are diffused above the structure 900, mixed color light including white can be obtained. Is possible.
10…矩形導波路コア
11…回折格子
50…半導体レーザ
51a〜51l,51’a〜51l’…半導体レーザ
100,101a〜101l…回折格子
200,201a〜201l…導波路コア,平面導波路コア
300…クラッドシート,導波路クラッドシート
400,401…導波モード光
500,501…放射モード光
600…高反射膜,斜角反射鏡
701a〜701l…端面
800…MGC
801…YAG相
802…アルミナ相
900…構造
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Rectangular waveguide core 11 ... Diffraction grating 50 ... Semiconductor laser 51a-51l, 51'a-51l '... Semiconductor laser 100, 101a-101l ... Diffraction grating 200, 201a-201l ... Waveguide core, planar waveguide core 300 ... clad sheet, waveguide clad sheet 400, 401 ... waveguide mode light 500, 501 ... radiation mode light 600 ... high reflection film, oblique reflector 701a to 701l ... end face 800 ... MGC
801 ... YAG phase 802 ... Alumina phase 900 ... Structure
Claims (2)
前記端面に対応する位置にそれぞれ配置された複数のレーザーダイオードと、
前記集中的に配置された導波路構造の端面に形成され、当該導波路構造により導波された各レーザーダイオード光を取り出す斜角反射鏡と、
前記斜角反射鏡により集中して取り出されたレーザーダイオード光で励起する蛍光体と、
を有することを特徴とする高輝度発光デバイス。 A plurality of waveguide structures in which a part of the waveguide structure is intensively arranged at a narrow interval with respect to another waveguide structure, and end faces for coupling light are arranged at a wider interval;
A plurality of laser diodes each disposed at a position corresponding to the end face;
An oblique reflector that is formed on an end face of the intensively arranged waveguide structure and takes out each laser diode light guided by the waveguide structure;
A phosphor excited by the laser diode light concentrated and extracted by the oblique reflector;
A high-intensity light-emitting device comprising:
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