特許 6804448 発光デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6804448

(24)【登録日】2020年12月4日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】発光デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/022 20060101AFI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H01S5/022

【請求項の数】12

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2017-530426(P2017-530426)

(86)(22)【出願日】2015年8月27日

(65)【公表番号】特表2017-526192(P2017-526192A)

(43)【公表日】2017年9月7日

(86)【国際出願番号】EP2015069620

(87)【国際公開番号】WO2016034482

(87)【国際公開日】20160310

【審査請求日】2018年8月22日

(31)【優先権主張番号】14183236.0

(32)【優先日】2014年9月2日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】517152128

【氏名又は名称】ルミレッズ ホールディング ベーフェー

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100091214

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 進介

(72)【発明者】

【氏名】シュグ，ヨーゼフ

【審査官】 大和田 有軌

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２４３９５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１４／０３００８９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００３−３４７６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０４９８７５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−０７３２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０８６５６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０３９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０１０９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５４８８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１８２００９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６９９０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２５１６８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０９９６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−０８７５７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１７７２２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２４３７６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０６７２９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｓ ５／００ − ５／５０

Ｈ０１Ｌ ３３／００ − ３３／６４

Ｆ２１Ｋ ９／００ − ９／９０

Ｆ２１Ｓ ２／００ − ４５／７０

Ｆ２１Ｖ ２３／００ − ９９／００

Ｆ２１Ｙ １０１／００ − １１５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光デバイスであって：
ヒートシンク上の基板と；
該基板の上に配置された光透過性光混合素子と；
該光透過性光混合素子の頂部に配置された色変換素子であり、前記光透過性光混合素子からの光が当該色変換素子に結合されるように配置された色変換素子と；
第１色の光を前記光透過性光混合素子へと放出するレーザーダイオードと；
を含み、
前記レーザーダイオードも前記基板の上に配置されて、前記基板が前記光透過性光混合素子及び前記レーザーダイオードのための共通の基板とされ、
前記レーザーダイオードが前記色変換素子に近接して配置され、
前記レーザーダイオードが、前記第１色の光を前記基板の表面に沿って前記光透過性光混合素子に放出するように構成され、
前記色変換素子が、前記第１色の光の一部を第２色へと変換し、前記第１色の光を前記第２色の光に混合して第３色の光を生成し、該第３色の光を放出し；
前記色変換素子は、前記基板の表面に実質的に垂直な方向に光を放出するように配置され；
前記光透過性光混合素子が１０W/mKを越える熱伝導性を有し；
前記色変換素子が温度消光なしに２W/mm²以上のパワー密度に耐えうる；
ことを特徴とする発光デバイス。

【請求項2】

請求項１に記載の発光デバイスであり、
前記光透過性光混合素子がサファイア、アルミニウムオキシナイトライド、イットリウムオキサイド、イットリウムアルミニウムガーネット又はマグネシウムフルオライドから作られている、
発光デバイス。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の発光デバイスであり、
前記色変換素子が、４W/mm²以上のパワー密度に耐えるように適合されている、
発光デバイス。

【請求項4】

請求項１又は２に記載の発光デバイスであり、
前記色変換素子及び／又は前記光透過性光混合素子が反射性被覆を含む、
発光デバイス。

【請求項5】

請求項１又は２に記載の発光デバイスであり、
前記レーザーダイオードが、前記第１色の光を前記光透過性光混合素子の側部のサブ部分に放出し、
前記光透過性光混合素子には、前記サブ部分を除き、全側部の上に反射性被覆が設けられている、
発光デバイス。

【請求項6】

請求項１又は２に記載の発光デバイスであり、さらに、
前記レーザーダイオードと前記光透過性光混合素子との間に配置された光透過性導波管素子であり、前記レーザーダイオードが前記第１色の光を当該光透過性導波管素子を介して前記光透過性光混合素子に放出するように構成された、光透過性導波管素子を、
含む発光デバイス。

【請求項7】

請求項１又は２に記載の発光デバイスであり、さらに、
前記レーザーダイオードと前記光透過性光混合素子との間に配置されたレンズを、
含む発光デバイス。

【請求項8】

請求項１又は２に記載の発光デバイスであり、さらに、
第４色の光を前記光透過性光混合素子へ放出するように構成された追加的レーザーダイオードを、
含み、
前記色変換素子が、前記第１色、前記第２色及び前記第４色の光を混合して、第５色の光を生成し、該第５色の光を放出する、
発光デバイス。

【請求項9】

請求項８に記載の発光デバイスであり、さらに、
一方側にある前記レーザーダイオード及び前記追加的レーザーダイオードと他方側にある前記光透過性光混合素子との間に配置された光透過性導波管素子であり、前記レーザーダイオード及び前記追加的レーザーダイオードが前記第１色の光及び前記第４色の光を当該光透過性導波管素子を介して前記光透過性光混合素子に放出するように構成された、光透過性導波管素子を、
含む発光デバイス。

【請求項10】

請求項８に記載の発光デバイスであり、
前記追加的レーザーダイオードが前記レーザーダイオードに隣接して配置されている、
発光デバイス。

【請求項11】

請求項８に記載の発光デバイスであり、さらに、
前記色変換素子から放出される前記第５色を制御するために、前記レーザーダイオード及び前記追加的レーザーダイオードの光放出パワーを個々的に制御するためのコントローラー、
含む発光デバイス。

【請求項12】

請求項１乃至１１のうち何れか１項に記載の発光デバイスを含むフラッシュモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、色変換を利用する発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

例えば白色光を得るために、ＬＥＤ又はレーザーダイオードから発光された光が、波長変換光と混合される。波長変換光は、ＬＥＤ又はレーザーダイオードから発光された光を吸収した１層の蛍光体層内の蛍光体粒子から発せられる。ＬＥＤ又はレーザーダイオードから発光された光が波長変換されるとき、ストークスシフト（Stokes shift）及び光吸収のために蛍光体層により熱が生成される。当初に発光された光、例えばレーザーダイオードから発光された光の強度又は光束密度が増大すると、蛍光体層の加熱パワーが増大する。

【0003】

上述より理解されるように、蛍光体層の単位面積当たりの加熱パワーは、蛍光体層の面積に依存する。このことは、以下のことを意味する。すなわち、蛍光体層の面積が大きいとき、生成された熱は、例えば蛍光体を載置した基板を通じて、より容易に放散する。一方、蛍光体層の面積が減少すると、単位面積当たりの加熱パワーが増大することを意味する。このようにして、全ての生成熱が放散できるわけではないので、蛍光体層は温度消光（temperature quenching）を受ける。温度消光の効果は、蛍光体層の発光強度が劇的に減少することである。

【0004】

多くの実施形態において、蛍光体層の面積を減少させることが有利である。その理由は、蛍光体層を含む発光デバイスのために利用できる空間が小さいからである。特許出願公開２００９−８７５７０号公報において、そのような寸法減少は、例えばレーザービームと光ガイド（light guide）との間の結合面積を減少させることにより達成されると言われており、それにより、レーザービームと光ガイドとの間の結合面積と、光ガイドと蛍光体層との間の結合面積との比が増大される。しかしながら、熱放散の問題が解決されないことから、蛍光体層を十分小さくすることができず、温度消光のリスクが増大される。

【0005】

したがって、改良された熱特性を有する、蛍光体層を含む発光デバイスを実現する方法を改良する必要性があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許出願公開２００９−８７５７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の一目的は、上述の問題を解決し、改良された熱管理性を有する発光デバイスを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の第１特徴に従って、本目的及び他の目的が発光デバイスにより達成される。該発光デバイスは、基板と；基板の上に配置された光透過性光混合素子と；光透過性光混合素子の頂部に配置された色変換素子であり、光透過性光混合素子からの光が当該色変換素子に結合されるように配置された色変換素子と；第１色の光を光透過性光混合素子へと放出するレーザーダイオードとを含む。色変換素子が、第１色の光の一部を第２色へと変換し、第１色の光を第２色の光に混合して第３色の光を生成し、第３色の光を放出する。光透過性光混合素子は、１０W/mKを越える熱伝導性を有する。

【0009】

本書面において、光透過性は、「光の通過を許す」として理解すべきであり、光透過性材料とは、クリア、すなわち透明であるもの、又は光を通過させ散乱させ、それにより光透過性光混合素子を越えた対象物はクリアには見えないもののいずれをも含む。透明は、「透けて見ることができる」として理解すべきである。

【0010】

表現「第１色の光を一部を第２色に変換するように構成された」は、本明細書の文脈上、第１色の光の制限された一部又は第１色の光の全て若しくは大部分が第２色に変換されるとして理解すべきである。例として、第１色の光は青色であり、その一部が黄色である第２色に変換される。青色光及び黄色光は、白色である第３色の光へと混合される。第２の例として、青色光が、琥珀色光でも良い第２色に完全に変換される。最後の例において、第２色及び第３色は同一である。

【0011】

ストークスシフト又は吸収のために光変換素子内で熱として生成される如何なるパワーもヒートシンクへと放散される必要がある。
３色は同一である。典型的には、この熱は、基板の底部を介して、発光デバイスに付着されたヒートシンクへと移送される。熱放射又は対流による放散量は、一般に、このタイプの応用において非常に低い。こうして、熱が光透過性光混合素子を通過する必要がある。光透過性光混合素子が少なくとも１０W/mKの特定の熱伝導性を有するような発光デバイスを提供することにより、結果としてのヒートシンクと色変換素子との間の温度差が小さくなる。このことによる利点は、色変換素子の温度消光（temperature quenching）のリスク無しに、レーザーダイオードのパワーを増大し得ることである。変形的に、光透過性光混合素子の面積を減少し得る。その理由は、色変換素子内の温度差が、レーザーダイオードのパワー、光透過性光混合素子の面積及び光透過性光混合素子の熱伝導性の間の比に依存するからである。

【0012】

本発明の実施形態に従って、光透過性光混合素子が、サファイア、アルミニウムオキシナイトライド、イットリウムオキサイド、イットリウムアルミニウムガーネット又はマグネシウムフルオライドから作られる。これらの材料は、１０W/mKを越える熱伝導性を有する。いくつかの実施形態に従って、製造が比較的に容易で安く、コスト理由的に利点のある合成サファイアが用いられる。これらの材料のあるものは、ガラスなどの通常の光混合素子材料に比較して、傷に対して改良された耐性を有する。

【0013】

本発明の更なる実施形態に従って、色変換素子内のパワー密度が、２W/mm²以上である。このパワー密度は、現在入手できる大パワーＬＥＤ内で達成され得るパワー密度よりも２〜３倍大きい。このことにより、発光デバイスにより発光される光のより高い輝度が可能になる。光透過性光混合素子が少なくとも１０W/mKの熱伝導性を有するので、色変換素子は、温度消光無しにそのような大きなパワー密度を管理できる。さらなる実施形態に従うと、色変換素子内のパワー密度は４W/mm²以上である。さらなる実施形態に従うと、色変換素子内のパワー密度は１０W/mm²以上である。

【0014】

用語「パワー密度」は、本明細書の文脈上、レーザービームのパワーのうち色変換素子に進入しストークスシフト又は吸収により熱に変換される部分と、色変換素子の面積との間の比として理解される。

【0015】

このことを以下に説明する。

【0016】

本発明の実施形態に従って、基板は共通基板であり、該共通基板の上にレーザーダイオード及び色変換素子が配置されている。このことにより、より小型の発光デバイス及びより簡単な製造プロセスが容易になる。

【0017】

本発明の実施形態に従って、レーザーダイオードが、色変換素子に近接して配置される。レーザーダイオード、すなわち、発光するレーザーダイオードの出口窓は、例えば色変換素子から３０〜７０μｍ離れて配置され得る。このことは、発光デバイスの全体寸法を減少させ得る。このことにより、色変換素子へガイドするための光透過性光混合素子へのレーザービーム上への集束のためのレンズ又は他のコリメーティング手段の必要性を減少させ得る。さらに、色変換素子に近接して、かつ光透過性光混合素子に近接してレーザーダイオードを配置付けることにより、レーザービームに結合するのに必要な光透過性光混合素子の面積を減少させることができる。このことにより、発光デバイスの寸法を小さくできる。

【0018】

本発明の実施形態に従って、色変換素子及び／又は光透過性光混合素子は反射性被覆を含む。故に、色変換素子により発光される光がある方向にガイドされる。更なる効果は、レーザーダイオードからの光の結合入力に用いられず、かつ色変換素子への光の結合出力にも用いられない領域において、反射性被覆を含む光透過性光混合素子の場合において、光透過性光混合素子を介して色変換素子に結合される光部分が増大されることである。

【0019】

本発明の実施形態に従って、レーザーダイオードが、第１色の光を光透過性光混合素子の側部のサブ部分（sub portion）に放出し、光透過性光混合素子には、サブ部分を除き、全側部の上に反射性被覆が設けられる。このことにより、光透過性光混合素子からの光漏出が減少され得るので、発光デバイスにより発光される光の量を増大させ得る。

【0020】

本発明のさらなる実施形態に従って、レーザーダイオードが第１色の光を基板の表面に沿って光透過性光混合素子に放出するように構成され、色変換素子が基板の表面に実質的に垂直な方向に光を放出するように配置されている。このことにより、レーザーダイオードが光透過性光混合素子の下に配置されている場合に比較して、発光デバイスの厚さを薄くできる。

【0021】

用語「発光デバイスの厚さ／高さ」は、本明細書の文脈上、基板から、色変換素子の頂部、すなわち基板から最も遠い色変換素子部分への距離として理解すべきである。

【0022】

本発明の実施形態に従って、発光素子は、さらに、レーザーダイオードと光透過性光混合素子との間に配置された光透過性導波管素子を含む。レーザーダイオードが第１色の光を光透過性導波管素子を介して光透過性光混合素子に放出するように構成される。

【0023】

このことにより、光透過性光混合素子を打つ前のレーザービームの拡散を減少させることができ、レーザーダイオードと光透過性光混合素子との間のある程度の距離が可能になる。このことは、反射性被覆の実現性に関する自由度を増大する。例えば、頂部にある光変換素子及び側部にある導波管素子とともに、基板上に予め組み立てた光透過性光混合素子に対して、拡散反射性側部被覆を適用することができる。導波管素子の表面が、プロセスの間保護され、側部被覆の適用プロセスにより影響を受けないであろう。このことにより、レーザーダイオードからの光が入射する、光透過性光混合素子の側部のサブ部分の高さ及び幅を小さくできる。このことは、光混合素子内での光多重反射後にサブ部分を通過する光の損失を減少させ得るということから、利点である。

【0024】

用語「導波管」は、光を導波管に沿って伝搬しガイドするように配置された構造体として理解すべきである。導波管とその周囲環境のインターフェイスにおける多重反射、すなわち全反射により、導波管内で光が好適に伝搬される。

【0025】

本発明のさらなる実施形態に従って、光透過性光混合素子及び光透過性導波管が一体的に形成される、すなわち、単一ピースの連続材料から製造される。このことにより、発光デバイスの製造プロセスを単純化できる。

【0026】

本発明のさらなる実施形態に従って、発光素子はさらに、レーザーダイオードと光透過性光混合素子との間に配置されたレンズを含む。レーザーダイオードとレンズとの距離及びレンズと光透過性光混合素子との距離が、例えばレンズの焦点長（焦点距離）の２倍である。この中間のレンズは、特に、発光デバイスの高さを減少させるのに用いることができる。その理由は、レーザーダイオードにより発光された光を色変換素子に結合するために要する光透過性光混合素子の面積が減少するからである。このことにより、レーザーダイオードからの光が入射し、かつ反射性側部被覆で覆われていない、光透過性光混合素子の側部のサブ部分の高さ及び幅がさらに減少され、かくして上述したように光損失が減少される。レンズは、回転対称レンズ又は垂直及び水平方向に沿って強度が異なるレンズであって良い。特に、光例えばレーザービームを鉛直方向のみ集束させる円柱レンズでも良く、光透過性光混合素子又は導波管素子に結合される放出光の高さを減少させ、光透過性光混合素子又は導波管素子の高さの減少が可能になる。

【0027】

本発明の実施形態に従って、発光素子がさらに、第４色の光を光透過性光混合素子へ放出するように構成された追加的レーザーダイオードを含む。色変換素子が、第１色、第２色及び第４色の光を混合して、第５色の光を生成し、第５色の光を放出する。このことにより、発光デバイスにより発光される光のスペクトル内容をチューニングする機会が与えられる。

【0028】

本発明の実施形態に従って、追加的レーザーダイオードが第４色の光を光透過性導波管素子を介して光透過性光混合素子に放出するように構成される。追加的レーザーダイオードをレーザーダイオードに隣接して配置することができる。このことにより、発光デバイスの寸法を小さくすることができる。

【0029】

本発明の実施形態に従って、発光デバイスはさらに、色変換素子から放出される第５色を制御するために、レーザーダイオード及び追加的レーザーダイオードの光放出パワーを個々的に制御するためのコントローラーを含む。このことにより、発光デバイスにより発光される光のスペクトル内容をチューニングする機会をより容易にする。

【0030】

本発明の実施形態に従って、発光デバイスはさらに、色変換素子の発光表面に設けられたコリメーター又はさらなるレンズを含む。故に、発光デバイスにより放出された光の方向を都合良く制御できる。

【0031】

上述の発光素子をフラッシュモジュール内で都合良く用いることができる。発光デバイスの小さい寸法が携帯電話の厚さの減少を容易にし得るので、そのようなフラッシュモジュールを携帯電話で都合良く用いることができる。

【0032】

上述の発光素子を遠隔光応用において都合良く用いることができる。本発明の実施形態に従って、発光デバイスがさらに、発光素子から発光された光を更なる導波管素子、例えばファイバーへと集束する更なるレンズ又はレンズ群などの光学部品を含む。

【0033】

本発明は、請求項に記載された特徴の全ての組合せに関することに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0034】

本発明の上述の特徴及び利点が、追加的な目的と同様に、添付図面を参照した、本発明の実施形態の非限定的な詳細な以下の説明を通して、より理解されるであろう。添付図面において、同一の参照符号が同様な素子のために用いられる。

【図1】本発明の第１の実施形態に従った発光デバイスを概略的に示している。

【図2】本発明の第２の実施形態に従った発光デバイスを概略的に示している。

【図3】本発明の第３の実施形態に従った発光デバイスを概略的に示している。

【図4】本発明の第１の実施形態に従った発光デバイスを概略的に示している。

【図5】本発明の第５の実施形態に従った発光デバイスを概略的に示している。

【図6】図５に示した発光デバイスの異なる特徴及び構造を示している。

【図7】図５に示した発光デバイスの異なる特徴及び構造を示している。

【図8】図５に示した発光デバイスの異なる特徴及び構造を示している。

【図9】本発明の実施形態に従った携帯電話を示している。

【図10】本発明の第６の実施形態に従った発光デバイスを概略的に示している。

【発明を実施するための形態】

【0035】

添付図面を参照して、以下に本発明がより完全に説明される。添付図面には本発明の実施形態が図示される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態に実現でき、ここで述べる実施形態に限定されない。これらの実施形態は、完全性のために提供され、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるものである。

【0036】

図１は、例示のために、本発明の第１の実施形態に従った発光デバイス１００を示す。発光デバイスは基板１０２を含み、基板１０２の上に光透過性光混合素子１０８が配置されている。第１のダイオード１０４も、基板１０２上に配置され、第１の色の光１０６を光透過性光混合素子１０８へと発光するように構成されている。光透過性光混合素子１０８の頂部には、色変換素子１１０が設けられ、それにより光透過性光混合素子１０８からの光が色変換素子１１０に結合される。色変換素子１１０は、第１色の光１０６の一部を第２の色に変換し、第１色の光を第２色の光に混合して第３色の光を生成し、第３色の光を発光するように構成されている。第１色及び第２色の光の幾らかも発光され得る。第１色は青色であって良く、第２色は黄色であって良い。これらの２色が混合されると、白色光が生成されて、色変換素子１１０から白色光が発光される。

【0037】

色変換素子１１０において、光が第１色から第２色へと発光されると、ストークスシフト及び光吸収のために色変換素子１１０において熱が生成される。生成される熱の量は、色変換素子１１０の量子収量に依存する。青色レーザービームが結合される蛍光体層などの色変換素子１１０は、通常、１５％−３０％熱放散という結果となる。以下の表１に例を示す。

【表1】

【0038】

レーザービームのパワーのうち、色変換素子１１０に進入しストークスシフト及び／又は吸収により熱に変換される部分（割合）は、第１色の光の波長及び色変換素子のタイプに依存する。青色光の一部を黄色光に変換し、白色光へと混合する場合には、この割合は典型的に１５％と２５％との間の範囲内にあり得る。青色光を完全に琥珀色光に変換する場合には、この割合は２５％と３０％との間の範囲内にあり得る。青色光を完全に赤色光に変換する場合には、この割合は３０％以上になり得る。

【0039】

したがって、カメラフラッシュの要求に対応する１個の２ワット青色レーザーダイオードが、約０．４ワット熱を生成するという結果を生じる。携帯電話内で用いられ得るそのようなカメラフラッシュは、２００μｍ×２００μｍなどの小型であるべきである。０．４W/０．０４mm²は、色変換素子１１０の１０W/mm²パワー密度に等価である。

【0040】

レーザーダイオードが１０Ｗのパワーを有する高輝度光源である場合には、そのような小型の色変換素子のための結果としてのパワー密度は５０W/mm²である。
そのような発光素子が用いられて、高輝度の白色光を生成でき、上述した遠隔発光応用のためにその光を細いファイバー内に効率的に結合することができる。

【0041】

上述したように、色変換素子内において温度が増加し過ぎるならば、温度消光が起き、色変換素子の発光強度を劇的に減少させてしまう。色変換素子から熱を除去するために、光透過性光混合素子の熱伝導性が極めて重要である。本発明の実施形態に従って、光透過性光混合素子１０８は、１０W/mKを越える熱伝導性を有する。光透過性光混合素子は、例えば、サファイア（２７．２１W/mK）、アルミニウムオキシナイトライド（aluminum oxynitride）（１２．３W/mK）、イットリウムオキサイド（yttrium oxide）（２７W/mK）、イットリウムアルミニウムガーネット（yttrium aluminum garnet）（１１−１４W/mK）又はマグネシウムフルオライド（magnesium fluoride）（２１W/mK）から作ることができる。さらなる可能性はダイヤモンドである。これは、PMMA (〜0.2 W/mK), ポリカーボネイト（polycarbonate）(〜0.2 W/mK)、又は水晶ガラス（quartz glass）(1.5 W/mK)などのガラスである、これらのタイプの応用に用いられる従来の材料に比較することができる。

【0042】

光透過性光混合素子にとっての熱抵抗に依存する、色変換素子内の結果としての温度差の計算を以下に示す。

【0043】

この計算に必要な光透過性光混合素子の特性は、以下のとおりである。
厚さ（例えば１００μｍ）： d [m]
表面面積（例えば１mm²）： A [m²]
熱伝導性： λ [W/(mK)]
パワー： P [W]
パワー密度： p = P/A[W/m²]

【0044】

結果としての温度差ΔT [K] = Tin −Toutを以下のように計算できる。
ΔT = P * d / (A * λ)
ΔT = P / A * d/ λ
ΔT = p * d/ λ

【0045】

様々な厚さを有する光透過性光混合素子の異なる材料についての計算の例を以下の表２に示す。

【表2】

【0046】

上述から理解されるように、レーザーダイオードのパワーを増大させるために及び／又は色変換素子１１０の寸法を減少させるために、光透過性光混合素子の材料の選択が極めて重要である。さらに、材料の厚さが関係しており、本発明により達成され得るように、厚さを減少させることは有利である。いくつかの実施形態に従って、光透過性光混合素子の厚さは、１００μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以下であり、さらに好ましくは２０μｍ以下である。

【0047】

ここで図１に戻ると、色変換素子１１０が都合良く設計されて、光透過性光混合素子１０８を、基板表面に主として垂直である鉛直方向に完全に覆っている。このことは、発光デバイス１００の効率を増大させる。

【0048】

いくつかの実施形態に従って、光透過性光混合素子１０８は１００μｍ以下の厚さ、及び０．１mm²以下の面積を有する。色変換素子１１０は、５０μｍ以下の厚さ、及び０．１mm²以下の面積を有して良く、レーザーダイオードのパワーは２ワット以上である。

【0049】

実施形態に従って、基板１０２は共通の基板であり、その上にレーザーダイオード１０４及び色変換素子１１０が配置されている。これらの基板として、当業者に委ねられる高い熱伝導性を有するものが入手可能である。このことは、発光デバイス１００の寸法をさらに減少させることができる。レーザーダイオード１０４は、基板１０２上へのエピダウン構成（an epi-down configuration）内に取り付けることができる。基板１０２は、平坦なセラミックサブマウント（例えば、アルミニウムナイトライド、AlN, 又はベリリウムオキサイド、BeO）であって良い。変形的には、レーザーダイオード１０４は、例えばレーザーダイオード１０４の取付のための適切な表面処理を施した銅リードフレームなどの、高い熱伝導性金属状に直接に取り付けることができる。

【0050】

レーザーダイオード１０４は、基板１０２の表面に沿って、光透過性光混合素子１０８中へと、光１０６を発光するように都合良く構成される。レーザーダイオードをそのような構成に位置づけることにより、光透過性光混合素子１０８の下に位置されるレーザーダイオードの場合に比較して、発光デバイス１００の厚さが減少される。さらに、この構成は、レーザーダイオード１０４を製造プロセス中の如何なる時にも基板上に取り付けることができるので、製造プロセスを単純にする。

【0051】

レーザーダイオード１０４は、色変換素子１１０に近接して配置される。発光（レーザービーム）１０６の開放角度が２５°程度なので、レーザーダイオード１０４の発光窓（図示せず）と光透過性光混合素子１０８の光入力結合表面１１２との間の距離を短くすることにより、光透過性光混合素子１０８の厚さ又は高さの減少が容易になる。レーザーダイオード１０４の発光窓と光透過性光混合素子１０８の光入力結合表面１１２との間の５０μｍの距離の結果として、光透過性光混合素子１０８の光入力結合表面１１２の厚さが５０μｍである必要がある。レーザーダイオードと光透過性光混合素子との間にレンズを位置づけることにより、厚さ要求を減少できる。変形的には、レーザーダイオード１０４の発光窓と光透過性光混合素子１０８の光入力結合表面１１２との間の距離を増大させても良い。光透過性光混合素子１０８の厚さが５０μｍ以下に減少されているとしても、レーザーダイオード１０４とレンズとの距離及びレンズと光透過性光混合素子１０８との距離がレンズの焦点長（焦点距離）の２倍であるような、例えば２ｆ配置で単焦点レンズを用いることにより、レーザーダイオードの極小出口窓（例えば〜３μｍ×１５μｍ）を光透過性光混合素子１０８の入力結合表面１１２上に集束することができる。

【0052】

上述のようなレンズの使用に対して変形的に或いは追加的に、発光素子１００は、レーザーダイオードと光透過性光混合素子との間に配置された光透過性導波管素子４０２を含んでも良い。このことを図４に示す。レーザーダイオード１０４は、本実施形態に従って、第１色の光１０６を、導波管素子４０２を介して光透過性光混合素子（図示せず）中へと発光するように構成される。光透過性光混合素子及び光透過性導波管素子４０２が、本実施形態に従って、一体的に形成される。光透過性導波管素子４０２は、光混合素子の厚さの要求をさらに減少することができる。その理由は、レーザーダイオードにより放出される光１０６の鉛直広がりが、光透過性導波管素子４０２に進入するときに停止されるからである。上述したように、光透過性導波管素子は、光透過性光混合素子１０８中への放出光１０６の殆ど全て又は大部分を、全反射（total inner reflection (TIR)）の手段によりガイドする。いくつかの実施形態に従って、光透過性導波管素子４０２の材料は、光透過性光混合素子の材料と同一である。このことは、発光素子１００の製造プロセスを単純化する。
更なる実施形態に従うと、光透過性導波管素子４０２及び光透過性光混合素子の材料は異なる。この場合、光透過性導波管素子の材料は、ガラスその他の適切な導波管材料であって良い。

【0053】

図２乃至図５及び図１０に示されているように、色変換素子１１０及び光透過性光混合素子１０８は、反射性被覆２０２を含んで良い。反射性被覆２０２は、光透過性光混合素子の底部、すなわち光透過性光混合素子１０８と基板１０２との間にも設けて良い。金属鏡であって良いそのような被覆は、基板１０２上への光透過性光混合素子のハンダ付けをさらに容易にする。光透過性光混合素子の側部上の反射性被覆２０２は、薄膜又は金属被覆であって良い。本発明の実施形態に従って、反射性被覆２０２は、又は少なくとも光透過性光混合素子１０８の底部に設けられた反射性被覆は、少なくとも１０W/mKを越える熱伝導性を有する薄い金属被覆であって良い。そのような金属被覆は、例えば基板に金属表面をハンダ付けすることにより、光透過性光混合素子１０８と基板１０２との間の良好な熱接触を可能にする。光透過性光混合素子１０８の側部上の被覆は、金属製側部被覆又は高い反射性の拡散側部被覆であって良い。薄い金属製被覆は、銀又はアルミニウムその他の高い反射性金属で構成することができる。酸化を防止するために、信頼性あるハンダ相互接続を可能にする、さらなる１層又は複数層の保護層を薄い金属製被覆の頂部上に追加することができる。

【0054】

図４にも示されているように、レーザーダイオード１０４は、光透過性光混合素子の側部のうちのサブ部分中に第１色の光１０６を放出するように構成することができ、光透過性光混合素子にはサブ部分を除く全側部上に反射性被覆２０２が設けられる。この場合においてサブ部分は、光透過性光混合素子と光透過性導波管素子４０２との間のインターフェイスである。光透過性光混合素子１０８に対して、サブ部分５０２を除く全ての側部１１２上に反射性被覆２０２を設けるという特徴は、図５にも示されている。このことの効果は、光透過性光混合素子からの光の漏出が減少されるということである。レーザーダイオード１０４を光透過性光混合素子に非常に近接して位置づけることにより、或いは上述のレンズ又は光透過性導波管素子４０２の手段により、サブ部分５０２の寸法を減少させることには利点があり得る。

【0055】

図６〜８は、図５に示した発光デバイスの異なる特徴及び構造を例示する。図６は、光透過性光混合素子１０８の光混合特徴を概略的に示している。図６において、レーザーダイオードにより放出された光１０６は、光入力結合表面１１２で光透過性光混合素子１０８に進入し、光透過性光混合素子１０８内部で混合される。光透過性光混合素子１０８の混合特性により、白色光が後に色変換素子１１０により放出される場合、より良好な色均質性を容易にする。図７は、反射性被覆２０２の一実施形態の設計を示す。反射性被覆２０２は、光透過性光混合素子１０８及び色変換素子１１０からの光漏出を減少させる、すなわち、光が色変換素子１１０の放出表面５０４に向けてガイドされることを容易にする。図８において、色変換素子１１０の一部に対して反射性被覆２０２を設けることができることが理解されるであろう。

【0056】

図２は、発光デバイス１００の更なる実施形態を示す。本実施形態に従うと、光透過性光混合素子１０８の入力結合表面１１２において、反射性被覆２０２は設けられない。このことにより、反射性被覆２０２に必要とされる量が減少するので、発光素子の製造プロセスが単純化され、コスト節約がもたらされる。他図と同様、図２からも理解されるように、色変換素子１１０は、基板１０２の表面に実質的に垂直な方向に発光するように配置構成することもできる。しかしながら、この構成は、例示のためだけに示されている。他の実施形態に従えば、例えば、反射性材料２０２を異なる方法で提供することにより、基板１０２の表面に実質的に沿った方向に発光するように色変換素子１１０を配置するように発光デバイス１００を構成し得る。

【0057】

本発明のいくつかの実施形態に従うと、発光デバイスが、追加的なレーザーダイオードをさらに含む。このことは図３に示されている。追加的なレーザーダイオード３０２は、第４の光３０４、例えば赤色光を、光透過性光混合素子１０８中へと放出するように構成される。この実施形態の利点は、追加的なダイオード３０２からの長波長（赤色）光を光透過性光混合素子内で混合することにより、スペクトル内容のチューニングが実行可能であることである。実施形態に従えば、赤色光は、色変換素子内で変換されない。色変換素子１１０は、このように、第１色、第２色及び第４色の光を混合し、第５色の光を生成し、第５色の光を発光（放出）するように配置され得る。第１色、第２色及び／又は第４色のうちの一部も又放出され得る。色変換素子１１０から放出される第５色を制御するために、レーザーダイオード１０４の発光パワーと追加的なレーザーダイオード３０２とを個々的に制御するためのコントローラーにより、チューニングを制御できる。レーザーダイオード１０４に近接して追加的なダイオード３０２を位置づけることにより、光透過性光混合素子１０８及び色変換素子１１０の寸法は影響を受ける必要がない。追加的なダイオード３０２から第４色の光３０４を放出することに対する変形として、レーザーダイオード１０４により放出される光１０６と同一色の光３０４を追加的なダイオードが放出することができる。この場合において、光混合素子１０８の頂部に２つの異なる色変換素子を設けることにより、チューニングが実行可能である。２つの異なる色変換素子の各々は、異なる色ポイントを有する、すなわち異なる色の光を放出することができる。

【0058】

図１０は、本発明の更なる実施形態を示しており、発光デバイス１００が、色変換素子１１０の発光表面５０４に設けられたコリメーター１００２をさらに含む。変形的には、コリメーターは、フレネルレンズ又は通常の球形レンズなどのレンズにより置換されても良い。コリメーター又は追加的なレンズは、色変換素子の発光表面５０４からの放出光を所望の方向にガイドするために用いることができる。

【0059】

図９は、本発明の実施形態に従った携帯電話９０２を示す。この実施形態において、携帯電話９０２内のフラッシュモジュール９０４が上述の発光素子１００を含む。

【0060】

上述から理解されるように、異なる図面に関して説明した特徴を本発明の一実施形態として組み合わせることができる。本発明は上述の実施形態にどのようにも限定されないことを当業者は認識する。反対に、添付の請求項の範囲内で多くの修正及び変形が可能である。例えば、図３に示す実施形態は、図４に示す実施形態と組み合わせることができ、それにより図３の追加的なダイオード３０２が、図４の光透過性導波管素子４０２を介して光透過性光混合素子１０８中へと第４色の光を放出するように構成される。

【0061】

さらに、基板１０２上に配置されたレーザーダイオード１０４を有し、光透過性光混合素子１０８中へ第１色の光１０６を放出するように構成された特徴は、第１色の光を放出する複数のレーザーダイオードを有する可能性をも包含することを理解すべきであることに留意されたい。複数のレーザーダイオードから放出された第１色の光は、光透過性光混合素子１０８に進入する前に混合される。そのような複数のレーザーダイオードを用いることは、単一のレーザーダイオードの使用に比べてパワー入力が増大されるので、利点がある。パワー入力をさらに増大させるために、光透過性光混合素子１０８の２以上の側部、例えば光透過性光混合素子１０８の２個、３個又は４個の側部に、上述の単一レーザーダイオード１０４又は複数のレーザーダイオードを提供することが可能である。故に、第１色の光が、光透過性光混合素子１０８の２個、３個又は４個の側部を介して、光透過性光混合素子１０８中への結合される。

【0062】

さらに、レーザーダイオード１０４、３０２から光透過性光混合素子１０８に進入する光が、入射ビームに垂直な小さなプリズム構造（光を上方に反射する）の手段によって、光変換素子１１０に向かって方向付けられるように、本発明のいくつかの実施形態に従って少なくとも底部表面を構成し、且つ本発明のいくつかの実施形態に従って光透過性光混合素子１０８の側部を構成することができることに留意されたい。

【0063】

さらに、図面、明細書、添付の請求項の検討から、請求項に記載された発明を実施する際に、ここで開示した実施形態に対する変形が当業者に理解され実行され得る。請求項において、「含む」の語は、他の要素又はステップを排除せず、不定冠詞（単数表現）は、複数形を排除しない。互いに異なる従属請求項において異なる手段が記載されているという事実は、それらの手段の組合せが利点のために用いられることがないことを意味しない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】