JP5162955B2 - 半導体発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体発光素子を備えた半導体発光装置に係り、特に複数の半導体発光素子と光透過体を備えた半導体発光装置の構造に関するものである。

半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光素子を備えた半導体発光装置には、個別に形成された複数の発光素子あるいは一体的に形成された複数の発光素子を備えた構造のものがある。以下の説明では、半導体発光素子を単に発光素子、半導体発光装置を単に発光装置と記す場合がある。

特許文献１の図１には、赤・緑・青の三原色を発光する３つのＬＤをヒートシンクに取り付け、各ＬＤの前方に拡散レンズを配設し、各拡散レンズからの拡散レーザ光をコリメータレンズを介して集合レンズに重ね合わせて白色光を出力する照明用光源装置が開示されている。しかし、各ＬＤの発熱を効率的に排除する必要があるので、３個のＬＤをコンパクトに搭載することは困難である。また、ＬＤの向きを拡散レンズに対して傾けて配置する場合においても、発光効率の高い発光装置を得るには、ＬＤの向き（配置角度）も限定される。しかし、ＬＤの発光出力は光密度が高いので、色むらの少ない光源を得るためにはＬＤの向きの指定が必要であり、発光効率と色むらの両方を満足するようにＬＤの向きを指定することが困難である。

特許文献２の発光装置には、複数の発光領域が一次元状（図３参照）、または、二次元状（図４参照）に配列されたスタックレーザにおいて、発光領域の幅が例えば１０μｍである点が開示されている。

また、特許文献３の発光装置には、青色光を放出するレーザ素子と赤色光を放出するレーザ素子とを有する光源と、この光源からの光を伝達する導光板と、これらの光源と導光板との間にシリンドリカルレンズと、導光板の光取り出し面に塗布されたＹＡＧ蛍光体とを有する点が開示されている。

上記したような各発光装置においては、光源である発光素子からの出射光をいかに効率よく外部へ取り出すかが大きな課題である。また、ＬＤ光を蛍光体に照射して波長変換を行う発光装置は、ＬＥＤ光を蛍光体に照射する発光装置と比べて、ＬＤ光の発光スペクトルの半値幅（発光半値幅）が非常に狭いので、演色性が劣る光源になり、また、ＬＤ光により励起が可能な蛍光体の種類が非常に限られる。例えば、発振波長が４０５ｎｍのＬＤではＹＡＧ蛍光体を十分励起することができない。演色性を向上させるために、ＬＤ光により多数の蛍光体を励起して可視光域の全体をカバーしようとした場合、例えば、発振波長が４０５ｎｍのＬＤで、赤色・緑色・青色変換用の各蛍光体を励起して白色光源を実現しようとした場合、ストークス損失が大きくなり、発光効率が悪い光源になる。
特開平７−２８２６０９号公報（図１） 特開２００２−９４０２号公報（図３，図４） 特開２００６−７３２０２号公報（図１）

本発明は前記した問題点を解決すべくなされたもので、発光効率が高く、色むらの少ない光源を実現し得る半導体発光装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、演色性を効率よく向上させることができ、発光効率が高く、色むらが少ない光源を実現し得る半導体発光装置を提供することにある。

本発明の半導体発光装置は、それぞれ指向性を有する光を所定方向に出射可能である複数の半導体発光素子と、前記複数の半導体発光素子から出射された光が光入射面から入射し、入射光の少なくとも一部を吸収して波長変換を行う波長変換物質を含有する光透過体と、を具備し、少なくとも１つの半導体発光素子の光軸が当該光透過体の光入射面の内側方向に向くように傾いて配設されていることを特徴とする。

本発明の第１の態様では、複数の半導体発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が同じであり、かつ、それぞれの光軸が光透過体の光入射面の内側方向に向くように傾いて配設されており、それぞれの出射光が光透過体の同じ部分に入射している。

本発明の第２の態様では、複数の半導体発光素子は、発光スペクトルのピーク波長が同じであり、かつ、それぞれの出射光が光透過体の光入射面の内側方向の相異なる部分に入射する向きに配設されており、それぞれの光軸が光透過体の光入射面とは異なる位置で交差する向きに配設されている。

本発明の第３の態様では、光透過体が一種類の波長変換物質を含有しており、複数の半導体発光素子は、前記波長変換物質を励起する第１の半導体発光素子およびこれとは異なる第２の半導体発光素子とからなり、第１の半導体発光素子から出射される光は光透過体の光入射面に対して正面方向から中央部に入射し、第２の半導体発光素子から出射される光は光透過体の光入射面の外周付近に入射する。この場合、第２の半導体発光素子から光透過体の外周付近に入射する光を光透過体の端面部で反射して光透過体の中央部に拡散させるように、光透過体の表面には、第２の半導体発光素子の光軸上に反射膜を形成することが望ましい。

本発明の第４の態様では、光透過体が二種類以上の波長変換物質を含有しており、複数の半導体発光素子は、第１のレーザ素子と第２のレーザ素子と第３のレーザ素子とからなり、第１のレーザ素子の発光出力は光透過体の光入射面に対して正面方向から中央部に入射し、２のレーザ素子の発光出力は光透過体の光入射面の外周付近に入射し、３のレーザ素子の発光出力も光透過体の光入射面の外周付近に入射する。

本発明の第５の態様では、光透過体が一種類以上の波長変換物質を含有しており、複数の半導体発光素子は、複数色のうちの少なくとも１つの色の光を選択的に発光する第１のレーザ素子と、前記複数色とは異なる色の光を発光する第２のレーザ素子とを含む。

本発明の半導体発光装置によれば、所望の波長あるいは色度を有する光を出射することができ、発光効率が高く、色むらの少ない光源を実現することができる。さらに、複数の半導体発光素子のそれぞれの発光スペクトルのピーク波長が互いに異なる場合には、演色性を効率よく向上させることができる。そして、複数の半導体発光素子からそれぞれ出射された光が光透過体の相異なる部分に入射するように各発光素子を配設することにより、各発光素子の発光出力が光透過体の同一部分に入射して高エネルギーが集中することはないので、光透過体に光学的な損傷が発生するという問題は生じない。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための半導体発光装置を例示するものであって、本発明は、半導体発光装置を以下のものに特定しない。なお、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の半導体発光装置の外観の一例を示す斜視図である。図１において、10は発光装置、11は台座、12は光透過体、13はキャップ本体である。9 は台座11の一部をなすステム底部、8 はリード端子である。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す縦断面図である。この発光装置10は、それぞれ強い指向性を有する光を所定方向に出射可能であって別チップに形成された複数の発光素子14と、この複数の発光素子14を載置する台座11と、台座11上で発光素子14の周囲を囲むように離れて配設された例えば円筒形状のキャップ本体13と、このキャップ本体13により保持された例えば凸レンズ形状の１つの光透過体12と、を有する。ここで、強い指向性を有する光とは、例えば半導体レーザ素子、端面発光ダイオード素子などから出射する光である。

上記光透過体12およびキャップ本体13は、キャップを形成しており、その内部空間の複数の発光素子14を外部から気密封止している。キャップ本体13は、複数の発光素子14の光出射方向に対向している上面中央部にキャップ本体13の内外を貫通させる開口部が形成されており、この開口部を塞ぐように光透過体12が配設されている。

光透過体12は、複数の発光素子14から出射された光が入射して波長変換を行う波長変換部材を含有しており、さらに、光を反射する光拡散物質を含有することが望ましい。

複数の発光素子14は、半導体レーザ素子もしくは端面発光ダイオード素子である。本例では、発光スペクトルのピーク波長がそれぞれ同じである２個のＧａＮ系のＬＤが用いられており、それぞれの光出射面が光透過体12の光入射面と対向しており、それぞれの光軸が光透過体12の光入射面の内側方向に向くように傾いて配設されている。ここで、光入射面の内側方向とは、光入射面の中央部方向のことである。

この場合、複数の発光素子14は、それぞれの発光出力が光透過体12の同じ部分あるいは相異なる部分に入射する向きに配設されており、２個の発光素子14の相互間の最短距離は０．０３ｍｍ以上である。なお、本発明において、発光素子14の光出射面とは、その面全てから光が出射されるものだけを意味するのではなく、面の一部から光が出射されるものも含む。

なお、複数の発光素子14は、それぞれの発光スペクトルのピーク波長が可視光、望ましくは３００〜６００ｎｍ、より望ましくは３６５〜４７０ｎｍの範囲内であり、発光スペクトルのピーク波長が３８５ｎｍ〜４２５ｎｍもしくは４２５ｎｍ〜４６５ｎｍの範囲内のものを少なくとも１つ含むことが望ましい。

また、複数の発光素子14は、それぞれの高さが異なるサブマウントを介して台座に実装されてもよい。

上記した第１の実施形態の発光装置10によれば、それぞれ指向性を有する光を所定方向に出射可能である複数の発光素子から出射された光が、入射光の少なくとも一部を吸収して波長変換を行う波長変換物質を含有する１つの光透過体12の光入射面から入射し、少なくとも１つの発光素子の光軸が光透過体12の光入射面の内側方向に向くように傾いて配設されている。この際、複数の発光素子は、同じピーク波長あるいは互いに異なるピーク波長を有するものを用いることができる。このように複数の発光出力を１つの光透過体に入射させることにより、所望の波長あるいは色度を有する光を出射することができ、発光効率が高く、色むらの少ない光源を実現することができる。

なお、各発光素子14の発光出力を光透過体12の相異なる部分に入射させる場合には、光透過体12に高エネルギーが集中することはないので、光透過体12に光学的な損傷が発生するという問題は生じない。各発光素子14から出射された光を光透過体12の同じ部分に入射させるには、各発光素子14のそれぞれの光軸が光透過体12の光入射面上で交差する向きに配設すればよい。また、各発光素子14から出射された光を光透過体12の相異なる部分に入射させるには、各発光素子14のそれぞれの光軸が光透過体12の光入射面とは異なる位置で交差する向きに配設すればよい。

以下、前記した個々の部材について詳細に説明する。

（発光素子14） 発光素子14としては、半導体レーザ素子、発光ダイオードなど種々のものが利用できるが、第１の実施形態では半導体レーザ素子を使用した。半導体レーザ光は指向性が高いので、光を一方向へ導波し易い。したがって、半導体レーザ素子からの出射光を高効率で発光装置10の外部へ取り出すことが可能となる。半導体レーザ素子は、特に限定せず、n 型半導体層とp 型半導体層との間に活性層を形成し、この活性層が多重量子井戸構造、または単一量子井戸構造をなすものである。また、青色系半導体レーザ素子であれば、III-V 族窒化物半導体より形成されるのが好ましい。

III-V 族窒化物半導体から成る半導体レーザ素子の具体例としては、サファイア、SiC 、GaN 等の基板上に、下地層としてノンドープAl_x Ga_1-x N(0 ≦x ≦1)から成る窒化物半導体を成長させ、その上にSiドープAl_x Ga_1-x N(0<x<1)から成るn 型コンタクト層（省略可能）、SiドープIn_x Ga_1-x N(0 ≦x ≦1)から成るクラック防止層（省略可能）、ノンドープAl_x Ga_1-x N(0 ≦x ≦1)とSiドープGaN とから成る超格子構造であるn 型クラッド層、GaN から成るn 型ガイド層、井戸層ノンドープIn_x Ga_1-x N(0<x<1)と障壁層SiドープまたはノンドープのIn_x Ga_1-x N(0<x<1)とを有する多重量子井戸構造である活性層、MgドープAl_x Ga_1-x N(0<x<1)から成るキャップ層、ノンドープGaN から成るp 型ガイド層、ノンドープAl_x Ga_1-x N(0 ≦x ≦1)とMgドープGaN とから成る超格子構造であるp 型クラッド層、MgドープGaN から成るp 型コンタクト層を積層したものが挙げられる。さらに、この半導体レーザ素子には光導波路端面の反射面に酸化膜から成る光反射膜を有することで高反射率とする。

この他、発光素子14に発光ダイオードを使用する場合、端面発光型のものが好適である。端面発光型ダイオードとは、発光ダイオードを構造面から分類した場合の一種であり、半導体レーザと同じように活性層の端面から光を取り出すものをいう。これは、活性層の屈折率を高くして光導波作用を起こさせることで、端面から光を出力させることを可能にしている。このように光出力面積を絞ることで、発光素子14からの出力光を、後述する開口部5 内へ導波させ易くすることができる。ひいては、発光素子14からの光取り出し効率を高められる。

（光透過体12） 光透過体12は、発光素子14の光で励起されて蛍光を発する蛍光体等の波長変換物質で構成できる。つまり、発光素子14の光を異なる波長の光に変換し、発光素子14の光と光透過体12で波長変換された光との混色光を外部に取り出すことが可能となる。よって、必要に応じた光透過体12を選択することで、所望の波長を得ることができる。

波長変換物質としては蛍光体が好適に利用できる。例えば、波長変換物質を用いて白色光を得るには次のような方法がある。第１の方法は、発光素子14から発光される可視光の短波長側領域の青色光により黄色発光の蛍光体を励起させる。これにより、一部波長変換された黄色光と、変換されない青色光が混色し、これらの補色の関係にある２色は白色光として放出される。第２の方法は、発光素子14から放出される紫外から可視光の短波長側領域の光により、R ・G ・B 蛍光体を励起させる。波長変換された３色光が混色し、白色光として放出される。

代表的な蛍光体としては、銅で付括された硫化カドミ亜鉛やセリウムで付括されたYAG系蛍光体およびLAG 系蛍光体が挙げられる。特に、高輝度かつ長時間の使用時においては、（Re_1-x Sm_x ）₃ （Al_1-y Gay ）₅ O ₁₂:Ce （0 ≦x ＜1 、0 ≦y ≦1 、但し、Reは、Y 、Gd、La、Luからなる群より選択される少なくとも一種の元素である。）等が好ましい。

第１の実施形態における波長変換物質としては、YAG またはLAG 蛍光体を使用した。そして、このような蛍光体をガラスや樹脂の表面に直接に付着したものを用いてもよく、あるいは、有機材料や無機材料をバインダにして蛍光体を固めたものを用いてもよい。ここで、上記有機材料は、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などであり、上記無機材料は、ガラス、ＳｉＯ₂ 、ＡｌＮ、ＺｒＯ₂ 、ＳｉＮ、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＺｎＯ、ＺｎＳｅ、ＧａＮのいずれかを含むものである。なお、耐熱性の観点からは、無機材料をバインダにして蛍光体を固めたものが好ましい。第１の実施形態における光透過体12は、波長変換物質である蛍光体が円盤状に固化されたものである。

光透過体12における波長変換物質の配置密度は均一であることが好ましい。但し、波長変換物質が部分的に偏在するように配置することもできる。例えば、光透過体12において、発光素子14の光出射面との対面側には波長変換物質が少なく、光透過体12の光出射面側には波長変換物質が多く含まれるよう偏在させることも可能である。発光素子14と波長変換物質とを離間させることにより、発光素子14で発生した熱や高密度な光エネルギーを波長変換物質に伝達し難くして波長変換物質の劣化を抑制できる。

また、波長変換物質は、２種類以上の蛍光体を混合させてもよい。即ち、Al、Ga、Y 、La、LuおよびGdやSmの含有量が異なる２種類以上の（Re_1-x Sm_x ）₃ （Al_1-y Gay ）₅ O ₁₂:Ce （0 ≦x ＜1 、0 ≦y ≦1 ）蛍光体を混合させて、RGB の波長成分を増やすことができる。また、黄〜赤色発光を有する窒化物蛍光体等を用いて赤味成分を増し、平均演色評価数Raの高い照明や電球色LED 等を実現することもできる。具体的には、発光素子の発光波長に合わせてCIE の色度図上の色度点の異なる蛍光体の量を調整して含有させることで、蛍光体間と発光素子で結ばれる色度図上の任意の点を発光させることができる。

以上のようにして形成される蛍光体は、一層からなる発光層中に二種類以上存在してもよく、二層からなる発光層中にそれぞれ一種類あるいは二種類以上存在してもよい。また、蛍光体は各層において均一に分散させることが好ましい。これによって、波長変換物質の部位によらず均一に波長変換を行い、ムラのない均一な混色光を得ることができる。

（拡散剤等） 光透過体12は、波長変換物質の他、粘度増量剤、光拡散物質、顔料、蛍光物質等、使用用途に応じて適切な部材を添加することができる。光拡散物質として、例えば、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、二酸化珪素、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、銀、および、これらを少なくとも一種以上含む混合物等を挙げることができる。これによって良好な指向特性を有する発光装置が得られる。また、外来光や発光素子からの不要な波長をカットするフィルタ効果を持たせたフィルタ材として、各種着色剤を添加させることもできる。

光拡散物質と蛍光体等の波長変換物質を併用することで、発光素子14からの出射光および蛍光体からの光を良好に乱反射させ、大きな粒径の蛍光体を用いることによって生じ易い色ムラを抑制することができるので、好適に使用できる。また、発光スペクトルの半値幅を狭めることができ、色純度の高い発光装置が得られる。一方、粒径が１ｎｍ以上１μｍ未満の光拡散物質は、発光素子4 からの光波長に対する干渉効果が低い反面、透明度が高く、光度を低下させることなく樹脂粘度を高めることができる。

（台座11） 台座11は、円盤形状のステム底部9 の底面（図中では下側）から鉛直方向にリード端子8 が延伸されている。このリード端子8 は外部電極と電気的に接続可能である。ステム底部1 の上面から柱状のステム柱体7 が直立して配設されており、ステム柱体7 の側面には複数の発光素子14がAu-Sn 等の接着材を介して装着される。そして、複数の発光素子14がワイヤ等（図示せず）を介してリード端子8 と電気的に接続されており、これにより外部電極と接続可能になる。ステム底部9 の周縁近傍には、ステム上面から垂直方向に円筒形状のキャップ本体13が固定されている。

また、発光素子14の使用中に発生した熱が素子内に蓄熱されると、その特性が悪化し、ライフ寿命が低減する。これを防止するため、発光素子14から生じた熱は、機械的および電気的に接続されるステム柱体7 およびステム底部9 に伝導され、さらに外気へと放出される構造をとる。つまり、ステム底部9 およびステム柱体7 はヒートシンクの役割を担っており、放熱効果を奏す。

したがって、ステム底部9 およびステム柱体7 からなる台座11は、熱媒体となり得るよう、その材質は熱伝導率の良いものが好ましい。具体的には、SPC 、銅、真鍮、タングステン、アルミニウム、銅・タングステン合金などが挙げられる。また、後述するが、ステム底部9 はキャップ本体13と接着されるので、キャップ本体13の材質およびこれとの密着性を考慮して決定すればよい。

また、ステム底部9 およびステム柱体7 は、異部材とは限らず、両者は同一部材とすることも可能であり、これにより製品の部品点数を削減することができる。また、台座11とキャップ本体13の形状は、上記例では、キャップ本体13が複数の発光素子11の周囲を囲んで発光素子14を封止するように配設されているが、これに限らず、例えば、台座11を構成するステム底部9 を、内部に空洞を有する略筒状とし、その上部を閉塞するように略円盤状のキャップ本体を形成することもできる。また、キャップ本体13の内面で少なくとも光透過体12の近傍には、反射膜（図示せず）を形成してもよい。

（キャップ本体13） キャップ本体13の上面のほぼ中央に、キャップ本体13の上面の厚さ方向においてキャップ本体13の内外と開通した開口部が形成される。熱源である発光素子14とキャップ本体13の離間距離を大きくとることにより、熱による損傷を低減できる。両者の離間距離が大き過ぎると、発光素子14からの出射光を光透過体内ヘ高効率で集光し難くなるので、発光素子14の指向性を考慮して離間距離を決定するのが好ましい。

キャップ本体13の材質は、熱伝導率の高いものが好ましい。これにより、光透過体12をキャップ本体13により保持した場合、光透過体12から生じる熱、あるいは後述する波長変換物質等を有する際には波長変換物質等から生じる熱を放熱可能にする。具体的に述べると、光透過体12からの発熱はキャップ本体13に伝送され、さらにキャップ本体13の側面の下部で連結されたステム底部9 へと熱伝導し、放熱される。つまり、光透過体12からの発熱はキャップ本体13を経由してステム底部9 へと伝熱される。

一方で、発光素子14からの発熱はステム柱体7 を経由してステム底部9 へと熱伝導され、放熱される。換言すれば、異なる熱源に対して個別のヒートシンク部材を設けているので、各々を効率よく放熱できる。

このように放熱効果を高めるため、キャップ本体13の材質としては、SPC 、コバール、アルミニウム、銅、真錨、またはアルミナ、窒化アルミナ、SiC 等のセラミック系のものが挙げられる。また、キャップ本体13は、その下端面においてステム底部9 と接着するので、ステム底部9 の部材との接着性を考慮して材質を決定するのが好ましい。具体的には、キャップ本体13の材質を、鉄−ニッケル−コバルト合金（コバール）、ニッケル、ＳＵＳ等の鉄系材料またはそれらの合金とすればよい。そして、キャップ本体13とステム底部9とに所定の電圧差を印加して通電させ、両者の接着面を溶融後に結合させる際に、両者の固着度が高まり、台座11とキャップ本体13により内部の発光素子14を気密に封止することが可能になる。なお、キャップ本体13とステム底部9 との固着は、抵抗溶接のほか、ＹＡＧレーザ溶接あるいは他の溶接方法を用いてもよい。

＜第１の実施形態の変形例＞
前述した第１の実施形態の発光装置において、各発光素子のうち、少なくとも１つ以上の素子は、１チップ内に複数の導波路構造を有する発光素子を用いるように変更してもよい。導波路構造としては、例えばリッジ（マルチリッジ、マルチストライプ）、電流狭窄などがある。この場合、複数の導波路に各対応する発光色は、青／青、青／青紫、青紫／青紫、青／紫外（ＵＶ）、ＵＶ／ＵＶ、青紫／ＵＶの場合や、青／青紫／ＵＶ、青／緑／赤、青紫／緑／赤、ＵＶ／緑／赤、青紫／青／赤の場合や、青紫／青／緑／赤の場合など、種々の組み合わせが実施可能である。

なお、複数のリッジ構造は、例えば本願出願人の出願に係る特開２００３−２６４３４０号公報中の図１、国際公開ＷＯ２００３／００５５１５号パンフレット中の図１、図２に開示されているようなものであり、ここではその説明を省略する。

＜第２の実施形態＞
本発明の第２の実施形態に係る発光装置は、前述した第１の実施形態の発光装置と比べて、複数の発光素子の各発光スペクトルのピーク波長が互いに異なる点が異なる。

図３は、本発明の第２の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す縦断面図である。この発光装置10a は、図２を参照して前述した発光装置10と比べて、次の点が異なる。複数の発光素子は、第１の色を発光する第１のレーザ素子141 と、第２の色を発光する第２のレーザ素子142 とからなる。そして、第１のレーザ素子141 から出射された光は光透過体12の光入射面に対して正面方向から中央部に入射する。すなわち、第１のレーザ素子141 の出射光軸は、光透過体12の入射面の中心軸とほぼ重なっている。第２のレーザ素子142から出射された光は、光透過体12の光入射面の外周付近に入射する。ここで、光入射面の外周付近とは、光入射面の中心から外周縁までの距離の８０％以上の位置に対応する領域である。

なお、光透過体12の外周付近に入射する第２のレーザ素子142 から光を光透過体12の端面部で反射して光透過体12の中央部に拡散させるように、光透過体12の表面には、第２のレーザ素子142 の光軸上に反射膜20を形成することが望ましい。

本例において、第１のレーザ素子141 が青色発光ＬＤであり、光透過体12中にＹＡＧ蛍光体が含有されている場合には、ＹＡＧ蛍光体は青色ＬＤ光の一部により励起されて黄色を発光し、青色ＬＤ光との混色により白色を発光するが、赤味成分が不足する。そこで、第２のレーザ素子142 として赤色発光ＬＤを用い、赤色発光ＬＤの光を光透過体12の周辺部に入射して光透過体内部に拡散させれば、赤味成分の不足を補うことができる。

上記した第２の実施形態の発光装置10a によれば、複数の発光素子141,142 から互いに異なるピーク波長を有する指向性が強い光を１つの光透過体12の相異なる部分に入射し、所望の波長あるいは色度を有する光を出射するので、発光効率が高く、色むらが少なく、演色性を効率よく向上させることができる。

なお、第１のレーザ素子141 の発光色／第２のレーザ素子142 の発光色の組み合わせは上記例に限らず、青／青、青紫／青、赤／青、赤／青紫、ＵＶ／青なども可能である。

＜第２の実施形態の変形例１＞
前述した第２の実施形態の発光装置10a において、光透過体12に二種類以上の波長変換部材を含有させるように変更することができる。例えば、第１の発光素子141 として発光スペクトルのピーク波長が３８５ｎｍ〜４２５ｎｍもしくは４２５ｍｍ〜４６５ｎｍの範囲内のＬＤを用い、このＬＤからの出射光の一部により励起されて黄色を発光するＹＡＧ蛍光体と、上記ＬＤ光の一部により励起されて緑色を発光するＬＡＧ蛍光体とを用いることにより、混色による白色光が得られる。この場合、赤味成分が不足するので、第２の発光素子142 として赤色発光ＬＤを用い、赤色発光ＬＤからの出射光を光透過体12の周辺部に入射して光透過体内部に拡散させれば、赤味成分の不足を補うことができる。

＜第２の実施形態の変形例２＞
図４は、第２の実施形態の変形例２に係る発光装置の一例を概略的に示す縦断面図である。この発光装置10b は、前述した第２の実施形態の発光装置において、二種類以上の波長変換部材を含有させた光透過体12a を用い、さらに、第３の発光素子として第３のＬＤ143 を付加配設し、その出射光を光透過体12の光入射面に対して前記外周付近とは別の外周付近に入射するように変更したものである。この場合、二種類以上の波長変換部材は、複数の発光波長にそれぞれ対応して効率的に波長変換を行うものを選定することが望ましい。

このように、二種類以上の波長変換部材を含有する光透過体12と３つのＬＤ141,142,143 の出射光との組み合わせにより、演色性をより向上させることができる。

なお、光透過体12と３つのＬＤ141,142,143 の出射光との組み合わせは上記例に限らず、ＬＤ141,142,143 の各発光色が対応して青／青紫／ＵＶの場合や、ＬＤ141,142,143の各発光色が対応して青／青紫／赤の場合なども実施可能である。

また、３つのＬＤ141,142,143 のうちで中央に配置するＬＤ141 は拡散効果が少ないものを用い、両側に配置するＬＤ142,143 は拡散効果が大きいものを用いることにより、発光装置から出射される光の色むらを低減することが可能になる。上記拡散効果は、波長変換部材として用いる蛍光体の種類によって異なるので、用いる蛍光体の種類に応じてＬＤ141 を選定することが望ましい。例えばＹＡＧ蛍光体を用いる場合には、前記したようにＬＤ141,142,143 が対応して青／青紫／ＵＶを発光するように選定し、あるいは、ＬＤ141,142,143 が対応して青／青紫／赤を発光するように選定する。

＜第２の実施形態の変形例３＞
前述した第２の実施形態において、光透過体12には一種類以上の波長変換部材を含有させ、複数の発光素子として、複数色のうちの少なくとも１つの色を選択的に発光する第１のレーザ素子141 と、この複数色とは異なる色を発光する第２のレーザ素子142 とを用いるように変更することができる。上記第１のレーザ素子141 の一例としては、青色発光レーザ素子上に、赤色・赤外光を発光するハイブリッド構造のレーザ素子を搭載したものが存在する。この場合、青色発光レーザ素子上に緑色を発光するレーザ素子を搭載することも可能である。また、第１のレーザ素子141 の他の例としては、ヒートシンク上に青紫色発光レーザ素子のチップを搭載し、さらにその上に、赤色発光レーザ素子および赤外光発光レーザ素子を搭載したものが存在する。その他、緑色発光レーザ素子と青色発光レーザ素子との組み合わせ、紫外色発光レーザ素子と青色発光レーザ素子との組み合わせも実施可能である。

このように、二種類以上の波長変換部材を含有する光透過体12と、複数色のうちの少なくとも１つの色を選択的に発光する発光する第１のレーザ素子141 の出射光と、この複数色とは異なる色を発光する第２のレーザ素子142 の出射光との組み合わせにより、演色性をより向上させることができる。

実施例１の発光装置は、図２を参照して前述した第１の実施形態の一具体例であり、２個の発光素子14としてそれぞれ発振波長が４４５ｎｍのレーザ素子、光透過体12中の蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を使用する。２個の発光素子14は、それぞれの光軸の角度が１つの光透過体12の光入射面に対して互いに異なり、かつ、光透過体12の相異なる部分に入射する向きに配設されている。これにより、同じピーク波長を有する指向性が強い２つの出射光が１つの光透過体12に入射するので、所望の波長あるいは色度を有する光を出射することができ、発光効率が高く、色むらの少ない光源を実現することができる。この場合、各発光素子14から出射される光が光透過体12の同一部分に入射して高エネルギーが集中することはないので、光透過体12に光学的な損傷が発生するという問題は生じない。

実施例２の発光装置は、図３を参照して前述した第２の実施形態の一具体例であり、第１の発光素子141 として発振波長が４４５ｎｍのレーザ素子、光透過体12中の蛍光体としてＹＡＧ蛍光体を使用する。ＹＡＧ蛍光体は青色ＬＤ光の一部により励起されて黄色を発光し、第１の発光素子141 の発光との混色により白色を発光するが、赤味成分が不足する。そこで、第２のレーザ素子142 として赤色発光ＬＤを用い、赤色発光ＬＤの出射光を光透過体12の周辺部に入射して光透過体内部に拡散させ、赤味成分の不足を補う。

本発明の発光装置は、CD、DVD 、LBP 、ポインタ、バーコードスキャナ等に用いられる半導体レーザー装置に好適に利用できる。

本発明の半導体発光装置の外観の一例を示す斜視図。 本発明の第１の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す縦断面図。 本発明の第２の実施形態に係る発光装置の一例を概略的に示す縦断面図。 第２の実施形態の変形例に係る発光装置の一例を概略的に示す縦断面図。

符号の説明

10…発光装置、11…台座、12…光透過体、13…キャップ本体、141,142 …発光素子。

Claims (4)

1. 複数の半導体レーザ素子と、
   前記複数の半導体レーザ素子が側面に載置されたステム柱体と、
   前記ステム柱体と接続されたステム底部と、
   前記半導体レーザ素子の周囲を囲むように前記ステム底部上に設けられ、上面中央部に開口部を有するキャップ本体と、
   前記開口部を塞ぎ、波長変換物質を含有する光透過体と、を具備し、
   １以上の半導体レーザ素子の光軸が前記光透過体の光入射面の内側方向に傾いており、出射された光が前記光透過体の異なる部分に入射するように前記複数の半導体レーザ素子が配設されていることを特徴とする半導体発光装置。
2. 前記複数の半導体レーザ素子は青色発光レーザを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
3. 前記波長変換物質はＹＡＧ系蛍光体、又は、ＬＡＧ系蛍光体の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体発光装置。
4. 前記複数の半導体レーザ素子は赤色発光レーザを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の半導体発光装置。

Images