JP6511766B2 - 発光装置 - Google Patents
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Description
図1Aは実施形態1に係る発光装置の模式的平面図であり、図1Bは実施形態1に係る発光装置の模式的断面図(図1A中のA−A断面図)である。また、図1Cは透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的平面図(その1)であり、図1Dは透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的断面図(その1)である。図1Aから図1Dに示すように、実施形態1に係る発光装置は、発光素子10と、発光素子10から離間して設けられるとともに、発光素子10の光が入射する側とは反対側であって発光素子10の光が照射される範囲内に複数の凹部Xを有する透光性部材20と、複数の凹部X内に設けられた蛍光体含有部材30と、を備え、透光性部材20に入射した光の一部は蛍光体含有部材30間を通り抜けて蛍光体含有部材30を通ることなく透光性部材20から出射可能である発光装置である。実施形態1によれば、発光素子10から出射した光により蛍光体が励起されて発光し、発光素子10からの光と蛍光体からの光との混合光(例えば白色光)が得られる。以下、詳細に説明する。
発光素子10としては、半導体レーザ素子や発光ダイオード素子などを用いることができる。半導体レーザ素子や発光ダイオード素子などとしては、例えば、窒化物半導体を用いた半導体レーザ素子や発光ダイオード素子などを用いることができる。なお、一般に、レーザ光は光密度が高く蛍光体が高温になりやすいため、蛍光体の発光効率低下は、発光素子10として半導体レーザ素子を用いる場合に特に効果的に防止される。発光素子10は単数でもよく複数でもよい。
透光性部材20は、発光素子10から離間して設けられる。より具体的に説明すると、透光性部材20は、キャップ70が有する窓部70aに設けられている。透光性部材20を発光素子10から離間して設けることにより、発光素子10で生じた熱の蛍光体含有部材30への伝搬が抑制されるとともに、蛍光体含有部材30で生じた熱の発光素子10への伝搬が抑制される。なお、本実施形態においては、発光素子10の上方に透光性部材20が配置され、透光性部材20の上面に複数の凹部Xが形成されている。
蛍光体含有部材30は、複数の凹部X内に設けられ、複数の凹部X間における透光性部材20の上面には設けられない。これにより、透光性部材20に入射した光の一部が蛍光体含有部材30間を通り抜けて蛍光体含有部材30を通ることなく透光性部材20から出射可能になる。蛍光体含有部材30は複数の凹部Xの内面に接触していることが好ましい。このようにすれば、蛍光体含有部材30で生じた熱をより効率的に放熱することができる。また、蛍光体含有部材30は凹部Xの下端から上端まで充填されていることが好ましい。このようにすれば、凹部Xの一部のみに充填されている場合と比較して蛍光体含有部材30と透光性部材20の接触面積を大きくすることができるので、蛍光体含有部材30からの放熱をより効果的に行うことができる。
透光性部材20の光出射側(上面)には光拡散部材80を設けることが好ましい。このようにすれば色ムラを低減することができる。また、この場合、光拡散部材80は透光性部材20の光出射面に接していることが好ましい。このようにすれば、蛍光体含有部材30で生じた熱が光拡散部材80からも放熱されるようになり、より一層、蛍光体の発光効率低下を防止することができる。光拡散部材80の厚みは、色ムラを低減できる程度に厚くすることが好ましく、例えば蛍光体含有部材30の厚みよりも大きくすることができる。光拡散部材80としては、発光素子10および蛍光体含有部材30からの光に対して透光性を有する樹脂等を母材として用い、この母材中に母材とは屈折率の異なるTiO2等の拡散粒子を分散させた部材や、透光性を有するシリカ(SiO2)等の酸化物の焼結体などを用いることができるほか、熱伝導率に優れた例えばアルミナ(Al2O3)やマグネシア(MgO)などを用いることができる。
透光性部材20の光入射側(下面)には、発光素子10から出射した光を透過する一方で、蛍光体含有部材30から出射した光を反射するフィルター90を設けることが好ましい。このようにすれば、蛍光体含有部材30から発光素子10へ向かう光(戻り光)をフィルター90で透光性部材20の上面方向に反射させることができるため、発光装置からより効率的に光を取り出すことが可能となる。このようなフィルター90としては、蛍光体の波長変換光に対する反射率が、発光素子10の発光波長に対する反射率よりも高いバンドパスフィルターを用いることができる。例えば、蛍光体の波長変換光に対する反射率が80%以上であり、発光素子10の発光波長に対する反射率が10%以下であるバンドパスフィルターを用いる。フィルター90としては、例えば、SiO2やTiO2などの誘電体膜を複数積層した誘電体多層膜を用いることができ、それぞれの波長に対する反射率は誘電体膜の材料や膜厚により制御することができる。
発光素子10は、台座40上のサブマウント50に載置される。また、発光素子10はワイヤー等を介して電極60から給電される。発光素子10は窓部70aを有するキャップ70によって覆われており、発光素子10から出射した光は、キャップ70が有する窓部70aを通ってキャップ70の外部に取り出される。台座40やサブマウント50としては、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を用いることが好ましい。また、キャップ70としては、金属(ステンレス、銅、真鍮、コバール、アルミニウム、銀等)、アルミナ(Al2O3)、炭化珪素(SiC)、CuW、Cuダイヤモンド、ダイヤモンドなどを用いることができる。台座40およびキャップ70は、それぞれ筒状や円盤状などにすることができるが、発光素子10を保護できる形状であれば特に限定されない。
図2Aは透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的平面図(その2)であり、図2Bは透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的断面図(その2)である。図2A、図2Bに示すように、複数の凹部Xはメッシュ状に配置されてもよい。このようにしても複数の凹部Xがドット状に配置される場合と同様に、蛍光体の発光効率低下を防止することができるとともに、発光装置全体の発光効率低下を防止することができる。なお、図2A、図2Bに示した複数の凹部Xがメッシュ状に配置された発光装置は、見方を変えると、複数の凸部Yがドット状に配置された発光装置と捉えることができる。この場合、蛍光体含有部材30は複数の凸部Y間に設けられることになる。このような見方をしても、透光性部材20に入射した光の一部が蛍光体含有部材30間を通り抜けて蛍光体含有部材30を通ることなく透光性部材20から出射可能であることに変わりはない。
図3Aは透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的平面図(その3)であり、図3Bは透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的断面図(その3)である。図3A、図3Bに示すように、複数の凹部Xはストライプ状に配置されてもよい。このようにしても複数の凹部Xがドット状に配置される場合と同様に、蛍光体の発光効率低下を防止することができるとともに、発光装置全体の発光効率低下を防止することができる。なお、図3A、図3Bに示した複数の凹部Xがストライプ状に配置された発光装置は、見方を変えると、複数の凸部Yがストライプ状に配置された発光装置と捉えることができる。この場合、蛍光体含有部材30は複数の凸部Y間に設けられることになる。このような見方をしても、透光性部材20に入射した光の一部が蛍光体含有部材30間を通り抜けて蛍光体含有部材30を通ることなく透光性部材20から出射可能であることに変わりはない。ストライプ状に配置された複数の凹部Xや凸部Yは、ダイサーなどを用いて透光性部材20の表面に格子状の溝を設けることで簡便に形成することができる。
図4、図5、図6、及び図7は、それぞれ、透光性部材及び蛍光体含有部材を拡大して示す模式的断面図(その4)、(その5)、(その6)、及び(その7)である。複数の凹部Xの断面形状は、図1D、図2B、図3Bに示すように矩形状にしてもよいし、図4に示すようにV字状(逆三角形状)にしてもよいし、図5に示すように半円状にしてもよいし、図6に示すように底のみが逆三角形状であって両側面が平行(ほぼ平行を含む。)となる形状にしてもよいし、図7に示すように底のみが三角形状であって両側面が平行(ほぼ平行を含む。)となる形状にしてもよい。これらによっても、複数の凹部Xの断面形状が矩形状である場合と同様に、蛍光体の発光効率低下を防止することができるとともに、発光装置全体の発光効率低下を防止することができる。なお、図6や図7に示すように、複数の凹部Xの断面形状を底のみが逆三角形状または三角形状であって両側面がほぼ平行となる形状にすれば、矩形状の場合よりも凹部Xの表面積を増やすことができ、放熱性が向上する。
図8Aは実施形態2に係る発光装置の模式的平面図であり、図8Bは実施形態2に係る発光装置の模式的断面図である。図8A、図8Bに示すように、実施形態2に係る発光装置では、発光素子10が、パッケージ100に収容され、また封止樹脂110により封止される。実施形態2においては、封止樹脂110の上面に上述した透光性部材20が設けられる。透光性部材20や蛍光体含有部材30の構成は実施形態1の場合と同様である。実施形態2に係る発光装置によっても、実施形態1に係る発光装置と同様に、蛍光体の発光効率低下を防止することができるとともに、発光装置全体の発光効率低下を防止することができる。なお、パッケージ100としては樹脂パッケージやセラミックパッケージなどを用いることができる。また、封止樹脂110としてはシリコン樹脂など透光性の樹脂を用いることができる。
20 透光性部材
30 蛍光体含有部材
40 台座
50 サブマウント
60 電極
70 キャップ
80 光拡散部材
90 フィルター
100 パッケージ
110 封止樹脂
X 凹部
Y 凸部
W 凹部の幅
D 凹部の中心間の距離
S 傾斜面
P 垂直面
Claims (10)
- 半導体レーザ素子である発光素子と、
前記発光素子から離間して設けられるとともに、前記発光素子の光が入射する側とは反対側であって前記発光素子の光が照射される範囲内に複数の凹部を有する透光性部材と、
前記複数の凹部内に設けられ、蛍光体と透光性の母材又はバインダ粒子とを有する蛍光体含有部材と、を備え、
前記透光性部材に入射した光の一部は前記蛍光体含有部材間を通り抜けて前記蛍光体含有部材を通ることなく前記透光性部材から出射可能であり、
前記透光性部材は、前記蛍光体及び前記透光性の母材又は前記バインダ粒子のいずれよりも高い熱伝導率を有し、
前記透光性部材は、前記発光素子の光が入射する側に逆テーパー状の傾斜面を有し、前記発光素子からのレーザ光の光軸に平行な線と前記傾斜面とで成す角は、前記発光素子からのレーザ光の広がり角よりも大きいことを特徴とする発光装置。 - 前記複数の凹部の断面形状は、矩形状、V字状、または半円状であることを特徴とする請求項1に記載の発光装置。
- 前記複数の凹部はドット状に配置されたことを特徴とする請求項1または2に記載の発光装置。
- 前記凹部の幅は10〜100μmである請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 前記凹部の深さは前記透光性部材の厚みの半分よりも浅い請求項1から3のいずれか1項に記載の発光装置。
- 半導体レーザ素子である発光素子と、
前記発光素子から離間して設けられるとともに、前記発光素子の光が入射する側とは反対側であって前記発光素子の光が照射される範囲内に複数の凸部を有する透光性部材と、
前記複数の凸部間に設けられ、蛍光体と透光性の母材又はバインダ粒子とを有する蛍光体含有部材と、を備え、
前記透光性部材に入射した光の一部は前記蛍光体含有部材間を通り抜けて前記蛍光体含有部材を通ることなく前記透光性部材から出射可能であり、
前記透光性部材は、前記蛍光体及び前記透光性の母材又は前記バインダ粒子のいずれよりも高い熱伝導率を有し、
前記透光性部材は、前記発光素子の光が入射する側に逆テーパー状の傾斜面を有し、前記発光素子からのレーザ光の光軸に平行な線と前記傾斜面とで成す角は、前記発光素子からのレーザ光の広がり角よりも大きいことを特徴とする発光装置。 - 前記複数の凸部間の断面形状は、矩形状、V字状、または半円状であることを特徴とする請求項6に記載の発光装置。
- 前記複数の凸部はドット状に配置されたことを特徴とする請求項6または7に記載の発光装置。
- 前記透光性部材の光出射側に光拡散部材が設けられており、
前記光拡散部材は前記透光性部材の光出射面に接しており、
前記透光性部材の光入射側にフィルターが設けられており、
前記フィルターは、前記発光素子から出射した光を透過する一方、前記蛍光体含有部材から出射した光を反射する、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の発光装置。 - 前記透光性部材は、サファイアまたはマグネシアからなる請求項1から9のいずれか1項に記載の発光装置。
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