特許 7485097 発光装置

(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】

(24)【登録日】2024-05-08

(45)【発行日】2024-05-16

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/042 20060101AFI20240509BHJP

   H01G 4/40 20060101ALI20240509BHJP

【ＦＩ】

H01S5/042 630

H01G4/40 307A

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2022578311

(86)(22)【出願日】2022-01-21

(86)【国際出願番号】 JP2022002088

(87)【国際公開番号】W WO2022163504

(87)【国際公開日】2022-08-04

【審査請求日】2023-03-28

(31)【優先権主張番号】P 2021013468

(32)【優先日】2021-01-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000006231

【氏名又は名称】株式会社村田製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000970

【氏名又は名称】弁理士法人 楓国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】安藤 翔太

(72)【発明者】

【氏名】松岡 高広

(72)【発明者】

【氏名】大原 達也

【審査官】村川 雄一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２６９７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０１９０４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００２／０１８１５３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／０４２

Ｈ０１Ｇ ４／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ基板に形成又は搭載された、固体発光素子、スイッチ素子、及び前記固体発光素子に放電される駆動電荷をそれぞれに蓄積する複数の駆動キャパシタを備え、
前記固体発光素子と前記スイッチ素子とで直列回路が構成され、
前記複数の駆動キャパシタが前記直列回路にそれぞれ並列接続されることで、前記直列回路を共通経路とする複数の駆動電流ループが構成され、
前記複数の駆動電流ループによってそれぞれ構成される複数の放電経路の時定数が揃っている、
発光装置。

【請求項2】

前記複数の放電経路の時定数が揃っていることにより、
前記駆動キャパシタを単一であるとした場合の前記固体発光素子の発光パルス幅より発光パルス幅が狭い、
請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記複数の放電経路の時定数は、それらの平均値から±５０％の範囲内で揃っている、
請求項１又は２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記複数の駆動キャパシタのキャパシタンスはそれぞれ実質的に等しく、
前記複数の駆動電流ループのインピーダンスはそれぞれ実質的に等しい、
請求項１又は２に記載の発光装置。

【請求項5】

前記複数の駆動キャパシタのキャパシタンスは、それらの平均値から±５０％の範囲内で揃っていて、
前記複数の駆動キャパシタから前記固体発光素子までの距離は、それらの平均値から±５０％の範囲内で揃っている、
請求項４に記載の発光装置。

【請求項6】

前記複数の駆動キャパシタは、前記固体発光素子及び前記スイッチ素子とは重ならない位置に形成された、
請求項１から５のいずれかに記載の発光装置。

【請求項7】

前記基板は上部導体パターン及び下部導体パターンを備え、
前記上部導体パターンは、第１上部導体パターン、第２上部導体パターン、および、第３上部導体パターンを備え、
前記下部導体パターンは、第１下部導体パターンおよび第２下部導体パターンを備え、
前記スイッチ素子の第１端と前記固体発光素子の第１端とは、前記第３上部導体パターンに接続され、
前記固体発光素子の第２端は、前記第１上部導体パターンおよび前記第２上部導体パターンに接続され、
前記スイッチ素子の第２端は前記第１下部導体パターンおよび第２下部導体パターンに接続され、
前記第１上部導体パターンと前記第１下部導体パターンとの間、および、前記第２上部導体パターンと前記第２下部導体パターンとの間にそれぞれキャパシタが形成されることで、前記複数の駆動キャパシタが設けられている、
請求項１から６のいずれかに記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、レーザダイオード等の固体発光素子を駆動する発光装置に関し、特に、効果的に短パルス・高ピークの発光を得る発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

図１２（Ａ）は特許文献１に開示されている発光装置１００の平面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）におけるＩ－Ｉ部分の断面図である。図１３はその発光装置１００の回路図である。

【0003】

特許文献１に開示されている発光装置１００は、コンデンサ１０と、コンデンサ１０から給電されることで発光する固体発光素子２０と、コンデンサ１０から固体発光素子２０への給電を制御する半導体スイッチ素子３０とを備えている。コンデンサ１０の外面には固体発光素子２０が載置されていて、コンデンサ１０の外面又は内部に半導体スイッチ素子３０が設けられている。また、外部電極１１，１２の間には固体発光素子２０と半導体スイッチ素子３０とを直列接続する接続電極３２が形成されている。コンデンサ１０は誘電体セラミック層１３に形成された内部電極１４，１５によって構成されている。発光装置１００の上面には、ゲート引出し電極３１、配線２１，３３が形成されている。発光部２２は固体発光素子２０の側部に設けられている。

【0004】

このように、コンデンサ１０の上部に固体発光素子２０及び半導体スイッチ素子３０を搭載することで、半導体スイッチ素子３０、固体発光素子２０、コンデンサ１０を結ぶ閉ループを短く構成し、これにより、電流経路である閉ループの寄生インピーダンスが低減され、高ピークかつ短パルスの光が出射する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】国際公開第２０１９／２０７９３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１に記載の発光装置では、図１３に示されているように、固体発光素子２０につき１つの電流経路（半導体スイッチ素子３０、固体発光素子２０、コンデンサ１０を結ぶ閉ループ）しかないため、寄生インピーダンスが大きく、効果的に高ピークかつ短パルスの光を出射することはできない。

【0007】

上記出射光パワーは、入力電圧（図１３中のコンデンサ１０への充電電圧）を上げることにより高めることはできる。しかし、この入力電圧を高めるために昇圧回路を別途設けると、それだけ回路が複雑化し、部品点数が増えコストアップ要因となる。また、高電圧の印加により出射光のパルス幅が太くなるため、短いパルス幅と高い瞬時ピークを求められる用途にとって問題となる。

【0008】

そこで、本発明の目的は、効果的に短パルス・高ピークの発光を得る発光装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示の一例としての発光装置は、それぞれ基板に形成又は搭載された、固体発光素子、駆動キャパシタ及びスイッチ素子を備え、前記スイッチ素子はターンオンにより、前記駆動キャパシタの充電電荷を前記固体発光素子へ放電させる駆動電流ループを形成し、前記駆動キャパシタは、前記固体発光素子に対する駆動電荷をそれぞれ蓄積する互いに並列接続された複数のキャパシタで構成され、前記複数のキャパシタのうちの各キャパシタ、前記固体発光素子、及び前記スイッチ素子によって複数の駆動電流ループが構成され、前記複数のキャパシタと前記複数の駆動電流ループとでそれぞれ構成される複数の放電経路の時定数が揃っている、ことを特徴とする。

【0010】

上記構成によれば、複数のキャパシタのうちの各キャパシタ、固体発光素子、及びスイッチ素子によって複数の駆動電流ループが構成されるので、電流経路である複数の閉ループの寄生インピーダンスの合成インピーダンスが低減される。そのため、複数のキャパシタと複数の駆動電流ループとでそれぞれ構成される複数の放電経路の時定数が小さくなる。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、短パルス・高ピークの発光を得る発光装置が構成される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は第１の実施形態に係る発光装置１０１の平面図である。

【図2】図２（Ａ）は図１におけるＡ－Ａ部分での断面図であり、図２（Ｂ）は図１におけるＢ－Ｂ部分での断面図である。

【図3】図３（Ａ）は発光装置１０１の回路図である。図３（Ｂ）は発光装置１０１に駆動電源が接続された状態での全体の回路図である。

【図4】図４は、スイッチ素子Ｑ１のターンオンによって固体発光素子ＬＤ１に流れる駆動電流（スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流）の波形図である。

【図5】図５は、ｎ個の駆動キャパシタを備える発光装置の回路図である。

【図6】図６（Ａ）は図３（Ａ）に示した回路の等価回路図である。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の等価回路をＬＣＲの回路で表した回路図である。

【図7】図７は第２の実施形態に係る発光装置の平面図である。

【図8】図８は第３の実施形態に係る発光装置１０３Ａの平面図である。

【図9】図９は第３の実施形態に係る別の発光装置１０３Ｂの平面図である。

【図10】図１０は、スイッチ素子Ｑ１から駆動キャパシタＣ１までの経路に存在する寄生インピーダンスとして１００ｐＨの寄生インダクタンス成分と０．５Ωの寄生抵抗成分を備え、スイッチ素子Ｑ１から駆動キャパシタＣ２までの経路に存在する寄生インピーダンスとして１００ｐＨの寄生インダクタンス成分と０．５Ωの寄生抵抗成分を備える回路図である。

【図11】図１１は、表１に示したパラメータで、±５０％の範囲を超える駆動キャパシタＣ１，Ｃ２を用いることで、駆動電流の波形に崩れが発生することを表す波形図である。

【図12】図１２（Ａ）は特許文献１に開示されている発光装置１００の平面図であり、図１２（Ｂ）は図１２（Ａ）におけるＩ－Ｉ部分の断面図である。

【図13】図１３は発光装置１００の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以降、図を参照して幾つかの具体的な例を挙げて、本発明を実施するための複数の形態を示す。各図中には同一箇所に同一符号を付している。要点の説明又は理解の容易性を考慮して、実施形態を説明の便宜上、複数の実施形態に分けて示すが、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換又は組み合わせは可能である。第２の実施形態以降では第１の実施形態と共通の事柄についての記述を省略し、異なる点についてのみ説明する。特に、同様の構成による同様の作用効果については実施形態毎には逐次言及しない。

【0014】

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係る発光装置１０１の平面図である。図２（Ａ）は図１におけるＡ－Ａ部分での断面図であり、図２（Ｂ）は図１におけるＢ－Ｂ部分での断面図である。

【0015】

この発光装置１０１は、基板１に形成された、固体発光素子ＬＤ１、２つの駆動キャパシタＣ１，Ｃ２及びスイッチ素子Ｑ１を備える。図１、図２（Ｂ）中の太矢印は固体発光素子ＬＤ１の発光方向を表している。後に示すように、スイッチ素子Ｑ１はターンオンにより、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の充電電荷を固体発光素子ＬＤ１へ放電させる駆動電流ループを形成する。

【0016】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は互いに並列接続されていて、固体発光素子ＬＤ１に対する駆動電荷をそれぞれ蓄積する。

【0017】

駆動キャパシタＣ１、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって第１の駆動電流ループが構成され、駆動キャパシタＣ２、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって第２の駆動電流ループが構成される。

【0018】

図１に表しているように、基板１の平面視で、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は、固体発光素子ＬＤ１及びスイッチ素子Ｑ１とは重ならない位置に形成されている。そして、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は実質的に等しく、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に形成されている。

【0019】

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に示すように、基板１の表層に上部導体パターン６Ａ，６Ｂが形成されていて、内部に下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃが形成されている。基板１は例えばシリコン基板であり、上部導体パターン６Ａ，６Ｂ及び下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃはそれぞれ例えばＡｌパターン又はＣｕパターンである。上部導体パターン６Ａ，６Ｂと下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃとは数μmを隔てて形成されている。図２（Ａ）に表れているように、下部導体パターン８Ａ，８Ｂと上部導体パターン６Ａ，６Ｂとの間に駆動キャパシタＣ１，Ｃ２が設けられている。図２（Ｂ）に表れているように、下部導体パターン８Ｃとスイッチ素子Ｑ１との間に層間接続導体７が形成されている。この層間接続導体７はスイッチ素子Ｑ１の一端（後に示すソース端子）と下部導体パターン８Ｃとを接続する。

【0020】

図２（Ａ）、図２（Ｂ）に表れているように、基板１の表層に上部導体パターン６Ｃが形成されている。この上部導体パターン６Ｃの上部に固体発光素子ＬＤ１がマウントされている。また、上部導体パターン６Ａ，６Ｂの上面から固体発光素子ＬＤ１の上面にかけて、導体パターンによる発光素子接続導体４Ａ，４Ｂが形成されている。

【0021】

図２（Ｂ）に表れているように、スイッチ素子Ｑ１の他端（後に示すドレイン端子）は上部導体パターン６Ｃに接続されている。

【0022】

上部導体パターン６Ａ，６Ｂは本発明に係る「上部導体パターン」に相当し、下部導体パターン８Ａ，８Ｂは本発明に係る「下部導体パターン」に相当する。

【0023】

図３（Ａ）は発光装置１０１の回路図である。図３（Ｂ）は発光装置１０１に駆動電源が接続された状態での全体の回路図である。発光装置１０１は、図３（Ａ）に示すように、固体発光素子ＬＤ１にスイッチ素子Ｑ１が直列接続されている。この例では固体発光素子ＬＤ１はレーザダイオードであり、スイッチ素子Ｑ１はＭＯＳ－ＦＥＴである。この固体発光素子ＬＤ１とスイッチ素子Ｑ１との直列回路に駆動キャパシタＣ１が並列接続されている。また、駆動キャパシタＣ１に駆動キャパシタＣ２が並列接続されている。

【0024】

図３（Ａ）において、発光装置１０１は、スイッチ素子Ｑ１のターンオンにより、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の充電電荷を固体発光素子ＬＤ１へ放電させる駆動電流ループを形成する。

【0025】

上部導体パターン６Ａ，６Ｂ，６Ｃ及び下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃは寄生インピーダンスを有する。図３（Ｂ）において、寄生インピーダンスＺｐＡは上部導体パターン６Ａと下部導体パターン８Ａとによって形成される寄生インピーダンスである。寄生インピーダンスＺｐＢは上部導体パターン６Ｂと下部導体パターン８Ｂとによって形成される寄生インピーダンスである。寄生インピーダンスＺｐＣは上部導体パターン６Ｃと下部導体パターン８Ｃとによって形成される寄生インピーダンスである。

【0026】

図３（Ｂ）においては、定電圧電源Ｅ１と、この定電圧電源Ｅ１からの電流が流れる経路に挿入された抵抗素子Ｒ１についても示している。スイッチ素子Ｑ１がオフ状態であれば、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は定電圧電源Ｅ１で充電される。スイッチ素子Ｑ１がターンオンすると、図３（Ａ）において矢印で示す経路で駆動電流が流れる。

【0027】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は実質的に等しく、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に形成されている。したがって、図３（Ａ）に示すように、固体発光素子ＬＤ１の一端（アノード）と駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の一端とを接続する上部導体パターン６Ａ，６Ｂの長さは実質的に等しく、固体発光素子ＬＤ１の他端（カソード）と駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の他端とを接続する下部導体パターン８Ａ，８Ｂの長さは実質的に等しい。そのため、上部導体パターン６Ａ，６Ｂの寄生インピーダンスは実質的に等しく、下部導体パターン８Ａ，８Ｂの寄生インピーダンスは実質的に等しい。したがって、図３（Ｂ）に示した寄生インピーダンスＺｐＡ，ＺｐＢは実質的に等しい。このことにより、駆動キャパシタＣ１、寄生インピーダンスＺｐＡ，ＺｐＣ、固体発光素子ＬＤ１及びスイッチ素子Ｑ１による閉ループの放電時定数と、駆動キャパシタＣ２、寄生インピーダンスＺｐＢ，ＺｐＣ、固体発光素子ＬＤ１及びスイッチ素子Ｑ１による閉ループの放電時定数とは実質的に等しい。

【0028】

上記「駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は実質的に等しく、」という意味は、「出射光波形に著しい崩れが無い程度に、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンスが揃っている」という意味である。例えば、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２が、それらの平均値から±５０％の範囲内となるように揃っていることである。また、「駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に形成されている。」という意味は、「出射光波形に著しい崩れが無い程度に、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２が固体発光素子ＬＤ１から等距離位置に配置されている」という意味である。例えば、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は固体発光素子ＬＤ１からの距離が、それらの平均値から±５０％の範囲内となるように揃っていることである。

【0029】

次に、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンスが±５０％以内であることが好ましい根拠について示す。図１０は、スイッチ素子Ｑ１から駆動キャパシタＣ１までの経路に存在する寄生インピーダンスとして１００ｐＨの寄生インダクタンス成分と０．５Ωの寄生抵抗成分を備え、スイッチ素子Ｑ１から駆動キャパシタＣ２までの経路に存在する寄生インピーダンスとして１００ｐＨの寄生インダクタンス成分と０．５Ωの寄生抵抗成分を備える回路図である。表１は、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の値をその変動分の例を示している。

【0030】

【表1】

【0031】

図１１は、表１に示したパラメータで、±５０％の範囲を超える駆動キャパシタＣ１，Ｃ２を用いることで、駆動電流の波形（レーザダイオードＬＤの出射光の光波形と相似の波形）に崩れが発生することを表す波形図である。この例では、表１に示すように、４つの水準でシミュレーションを行った。

【0032】

図１１において、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンス誤差が±５０％を超えるキャパシタンスでは、（４）の波形の矢印で示す肩に盛り上がりが発生する。この盛り上がりは、２つの放電経路の時定数が異なることにより発生する。また、この盛り上がりが発生することで、電流ピーク値の減少にもつながっており、レーザダイオードＬＤを効率よく発光させられない。

【0033】

本実施形態によれば、基板１としてシリコン基板を用い、上部導体パターン６Ａ，６Ｂ及び下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃを数μm隔てて設けたので、上部導体パターン６Ａ，６Ｂ及び下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃによる電流ループの面積を小さくできる。そのため、その電流ループによる等価直列インダクタンスＥＳＬを小さくできる。

【0034】

図４は、スイッチ素子Ｑ１のターンオンによって固体発光素子ＬＤ１に流れる駆動電流（スイッチ素子Ｑ１のドレイン電流）の波形図である。図４中の波形Ａは本実施形態の発光装置１０１の波形であり、図４中の波形Ｂは比較例としての発光装置の波形である。この比較例の発光装置は、駆動キャパシタとして、図１、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示した駆動キャパシタＣ１のみを設けたものである。

【0035】

図４に表れているように、比較例の発光装置では、ピーク値は約６０Ａであり、半値幅は約０．６５ｎｓである。本実施形態の発光装置１０１では、ピーク値は９０Ａであり、半値幅は約０．４ｎｓである。このように、本実施形態の発光装置１０１では、短パルス、高ピークの発光を得ることができる。

【0036】

本実施形態の発光装置１０１では、電流経路が増えた分、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の一つあたりのキャパシタンスは減るので、キャパシタンスあたりの寄生インピーダンスが削減される。また、本実施形態の発光装置１０１は、寄生インピーダンスが小さくなるだけではなく、２つの駆動キャパシタＣ１，Ｃ２をそれぞれ含む２つの閉ループの放電時定数が実質的に等しい。このことにより、駆動キャパシタＣ１を介して固体発光素子ＬＤ１に流れる駆動電流と、駆動キャパシタＣ２を介して固体発光素子ＬＤ１に流れる駆動電流との過渡特性が揃って、駆動電流のパルス幅の広がりが抑制される。

【0037】

本発明において、複数のキャパシタのキャパシタンスがそれぞれ実質的に等しいとは、例えばそれらの平均値から±５０％の範囲内で揃っていることである。また、前記複数の駆動電流ループがそれぞれ実質的に等しいとは、例えばそれらの平均値から±５０％の範囲内で揃っていることである。この範囲であれば、出射光波形に著しい崩れが無い。

【0038】

以上に示した例では、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンスが実質的に等しく、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２をそれぞれ含む２つの閉ループの大きさが実質的に等しいことによって、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２をそれぞれ含む２つの閉ループの放電時定数を実質的に等しくした例を示した。しかしながら、複数の駆動キャパシタのキャパシタンスが異なっていても、それに応じて、閉ループの大きさを定めることによって、複数の駆動キャパシタをそれぞれ含む複数の閉ループの放電時定数を実質的に等しくしてもよい。そのことにより、短パルス・高ピークの発光を得る発光装置が構成される。

【0039】

ここで、複数の電流ループを持つ回路を考える。N番目の電流ループに含まれる駆動キャパシタのキャパシタンスをCn、寄生インダクタンスをLn、寄生抵抗をRnで表すとき、各々のループに流れる電流のパルス幅Tnは次式で表される。

【0040】

【数1】

【0041】

上記「複数の駆動キャパシタをそれぞれ含む複数の閉ループの放電時定数を実質的に等しく」という意味は、「出射光波形に著しい崩れが無い程度に、複数の駆動キャパシタをそれぞれ含む複数の閉ループの放電時定数が揃っている」という意味である。例えば、電流ループそれぞれのTn(n=1,2,3…)が、それらの平均値から±５０％の範囲内となるようなCn, Ln, Rnの条件のことである。この範囲であれば、出射光波形に著しい崩れが無い。

【0042】

次に、３つ以上の駆動キャパシタを備える発光装置について例示する。図１から図４に示した例では、２つの駆動キャパシタＣ１，Ｃ２を備える発光装置について示したが、３つ以上の駆動キャパシタを備えてもよい。

【0043】

図５は、ｎ個の駆動キャパシタを備える発光装置の回路図である。固体発光素子ＬＤ１の一端（アノード）と駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎの一端とは上部導体パターン６Ａ，６Ｂ・・・６Ｎを介して接続されている。駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎの各キャパシタンスは実質的に等しい。また、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎは固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に設けられている。

【0044】

上記「駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎは実質的に等しい。」という意味は、「出射光波形に著しい崩れが無い程度に、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎのキャパシタンスが揃っている」という意味である。例えば、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎが、それらの平均値から±５０％の範囲内となるように揃っていることである。また、「駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎは固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に設けられている。」という意味は、「出射光波形に著しい崩れが無い程度に、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎが固体発光素子ＬＤ１から等距離位置に配置されている」という意味である。例えば、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎは固体発光素子ＬＤ１からの距離が、それらの平均値から±５０％の範囲内となるように揃っていることである。

【0045】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２・・・Ｃｎの他端とスイッチ素子Ｑ１のソースとは下部導体パターン８を介して接続されている。スイッチ素子Ｑ１と固体発光素子ＬＤ１とは近接配置でき、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎが固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に形成されることによって、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎはスイッチ素子Ｑ１からも実質的に等距離の位置に形成される。

【0046】

図５では、下部導体パターン８を単一の導体パターンとして描いているので、スイッチ素子Ｑ１の一端（ソース）と各駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎの一端までの距離が不均一のように見えるが、上述のとおり、スイッチ素子Ｑ１から各駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎの一端までの距離は実質的に等しい。このことにより、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，・・・Ｃｎの合成キャパシタンスが大きくなるだけではなく、各駆動キャパシタを介して固体発光素子ＬＤ１に流れる駆動電流の過渡特性が揃って、駆動電流のパルス幅の広がりが抑制される。このように、３つ以上の駆動キャパシタを設けてもよい。

【0047】

ここで、寄生インピーダンスが下がると、短パルス・高ピーク化することについて説明する。図６（Ａ）は図３（Ａ）に示した回路の等価回路図である。図６（Ａ）において、キャパシタＣは駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の合成キャパシタンスを有するキャパシタであり、等価直列抵抗ＥＳＲは、図３（Ｂ）に示した寄生インピーダンスＺｐＡ，ＺｐＢ，ＺｐＣの抵抗成分、等価直列インダクタンスＥＳＬは、図３（Ｂ）に示した寄生インピーダンスＺｐＡ，ＺｐＢ，ＺｐＣのインダクタンス成分である。Ｌｏａｄは固体発光素子ＬＤ１の抵抗成分に相当する。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の等価回路をＬＣＲの回路で表した回路図である。図６（Ｂ）において抵抗素子Ｒの抵抗値はＬｏａｄとＥＳＲの合成抵抗値であり、インダクタＬのインダクタンスはＥＳＬのインダクタンスである。

【0048】

スイッチ素子Ｑ１がオンした後の状態は、次の（１）式で表すことができる。

【0049】

【数2】

【0050】

（２）式からi(t)を導く。まず、（２）式の両辺をtで微分する。

【0051】

【数3】

【0052】

（３）式に示す二階微分方程式を、振動条件(1 / LC > R² / (4L² ))について解くと、次の特殊解が得られる。

【0053】

【数4】

【0054】

（４）式には正弦波の要素が含まれる。本件の発光装置においては、この正弦波の周期の１／２がパルス幅となる。このことから、パルス幅は、次の式で与えられる。

【0055】

【数5】

【0056】

ここで、（５）式から、パルス幅とインダクタンスＬとは単調増加の関係にあることがわかる。また、パルス幅Tpulsと抵抗値Ｒについても、単調増加の関係となっている。つまり、Ｌの低減やＲの低減により短いパルス幅の電流を流すことができるようになる。（５）式におけるインダクタンスＬは等価直列インダクタンスＥＳＬに相当し、（５）式における抵抗素子Ｒには寄生抵抗であるＥＳＲが含まれることから、このＥＳＲの低減により、パルス幅を短くできる。また、キャパシタＣのキャパシタンス及び初期電圧が一定であるとき、パルス幅と駆動電流のピーク値は負の相関となることから、ＥＳＲの低減により、パルス幅が短くなり、駆動電流のピーク値が上がる。

【0057】

《第２の実施形態》
第２の実施形態では、第１の実施形態で示した例とは複数の駆動キャパシタと固体発光素子ＬＤ１との位置関係が異なる発光装置について例示する。

【0058】

図７は第２の実施形態に係る発光装置の平面図である。この発光装置１０２は、基板１に実装された、固体発光素子ＬＤ１、２つの駆動キャパシタＣ１，Ｃ２及びスイッチ素子Ｑ１を備える。

【0059】

基板１の下層には下部導体パターン８Ａ，８Ｂ，８Ｃが形成されている。下部導体パターン８Ａ，８Ｂの端部と駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の下面電極との間には層間接続導体がそれぞれ実装されている。これにより、下部導体パターン８Ａ，８Ｂの端部に駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の下面電極がそれぞれ接続されている。下部導体パターン８Ｃの端部はスイッチ素子Ｑ１のソース電極に接続されている。

【0060】

基板１の上面には上部導体パターン６が形成されている。上部導体パターン６の第１端は固体発光素子ＬＤ１のカソード電極に接続されている。上部導体パターン６の第２端はスイッチ素子Ｑ１のドレインに接続されている。

【0061】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の上面電極と固体発光素子ＬＤ１の上面電極（アノード電極）との間はワイヤ５Ａ，５Ｂを介して接続されている。

【0062】

このように、２層の導体パターンを設けることによって、固体発光素子ＬＤ１の駆動電流ループの面積をできる限り小さくでき、磁束の打ち消し効果（＝寄生インダクタンスの低減）効果を最大化することができる。

【0063】

《第３の実施形態》
第３の実施形態では、複数の駆動キャパシタと固体発光素子ＬＤ１との位置関係についての幾つかの例を示す。

【0064】

図８は第３の実施形態に係る発光装置１０３Ａの平面図である。この発光装置１０３Ａは、基板１にそれぞれ実装された、固体発光素子ＬＤ１、２つの駆動キャパシタＣ１，Ｃ２及びスイッチ素子Ｑ１を備える。

【0065】

基板１の表層には導体パターン２Ａ，２Ｂ，３が形成されている。導体パターン２Ａ，２Ｂの第１端には駆動キャパシタＣ１，Ｃ２がそれぞれ実装されている。これにより、導体パターン２Ａ，２Ｂの第１端に駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の下面電極がそれぞれ接続されている。

【0066】

導体パターン３の第１端には固体発光素子ＬＤ１が実装されている。固体発光素子ＬＤ１の第１端とスイッチ素子Ｑ１の一端（ドレイン端子）とは導体パターン３を介して接続されている。導体パターン２Ａ，２Ｂの第２端及び導体パターン３の第２端にはスイッチ素子Ｑ１が実装されている。導体パターン２Ａ，２Ｂのそれぞれの第２端はスイッチ素子Ｑ１の一端（ソース端子）に接続されている。

【0067】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２の上面電極と固体発光素子ＬＤ１の上面電極との間はワイヤ５Ａ，５Ｂを介して接続されている。駆動キャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタンスは実質的に等しい。また、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に形成されている。

【0068】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２は互いに並列接続されていて、固体発光素子ＬＤ１に対する駆動電荷をそれぞれ蓄積する。駆動キャパシタＣ１、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって駆動電流ループが構成され、駆動キャパシタＣ２、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって駆動電流ループが構成される。

【0069】

この発光装置１０３Ａのように、導体パターンを基板の表層にのみ形成してもよい。

【0070】

図９は第３の実施形態に係る別の発光装置１０３Ｂの平面図である。この発光装置１０３Ｂは、基板１にそれぞれ実装された、固体発光素子ＬＤ１、４つの駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４及びスイッチ素子Ｑ１を備える。

【0071】

基板１の表層には導体パターン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ，３が形成されている。導体パターン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの第１端には駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４がそれぞれ実装されている。これにより、導体パターン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄの第１端に駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の下面電極がそれぞれ接続されている。

【0072】

導体パターン３の第１端には固体発光素子ＬＤ１が実装されている。固体発光素子ＬＤ１の第１端とスイッチ素子Ｑ１の一端（ドレイン端子）とは導体パターン３を介して接続されている。導体パターン２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄのそれぞれの第２端はスイッチ素子Ｑ１の一端（ソース端子）に接続されている。

【0073】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の上面電極と固体発光素子ＬＤ１の上面電極とはワイヤ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを介して接続されている。

【0074】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は互いに並列接続されていて、固体発光素子ＬＤ１に対する駆動電荷をそれぞれ蓄積する。駆動キャパシタＣ１、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって駆動電流ループが構成され、駆動キャパシタＣ２、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって駆動電流ループが構成され、駆動キャパシタＣ３、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって駆動電流ループが構成され、駆動キャパシタＣ４、固体発光素子ＬＤ１、及びスイッチ素子Ｑ１によって駆動電流ループが構成される。

【0075】

駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４のキャパシタンスはそれぞれ実質的に等しい。また、駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４は固体発光素子ＬＤ１から実質的に等距離の位置に形成されている。したがって、固体発光素子ＬＤ１と駆動キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４とを接続するワイヤ５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄの長さは実質的に等しく、それらの寄生インピーダンスは実質的に等しい。この例では、スイッチ素子Ｑ１と固体発光素子ＬＤ１とが比較的離れているので、スイッチ素子Ｑ１から駆動キャパシタＣ１，Ｃ４までの距離と、スイッチ素子Ｑ１から駆動キャパシタＣ２，Ｃ３までの距離とは異なる。しかし、下部導体パターン８の線幅は容易に太くできるので、それらの寄生インピーダンスを相対的に小さくできる。このことにより、各駆動キャパシタを含む閉ループそれぞれの放電時定数を揃えることができる。

【0076】

最後に、本発明は上述した実施形態に限られるものではない。当業者によって適宜変形及び変更が可能である。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲内と均等の範囲内での実施形態からの変形及び変更が含まれる。

【0077】

例えば、レーザダイオード以外に発光ダイオードや有機ＥＬ等の固体発光素子についても同様に適用できる。

【0078】

また、以上に示した例では、単一の固体発光素子ＬＤ１を備えた発光装置について示したが、複数の固体発光素子を備えていてもよい。

【0079】

また、以上に示した例では、個別のチップ状の駆動キャパシタを備えた発光装置について示したが、基板に、基板の誘電体層と、この誘電体層を挟んで対向する電極とで駆動キャパシタを構成してもよい。

【0080】

また、以上に示した例では、単体のスイッチ素子Ｑ１を基板に実装した発光装置について示したが、半導体基板の一部にスイッチ素子を構成してもよい。

【0081】

また、以上に示した例では、固体発光素子ＬＤ１を基板に実装した発光装置について示したが、半導体基板の一部に固体発光素子を構成してもよい。

【符号の説明】

【0082】

Ｃ…キャパシタ
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…駆動キャパシタ
Ｅ１…定電圧電源
ＥＳＬ…等価直列インダクタンス
ＥＳＲ…等価直列抵抗
Ｌ…インダクタ
ＬＤ１…固体発光素子
Ｑ１…スイッチ素子
Ｒ，Ｒ１…抵抗素子
ＺｐＡ，ＺｐＢ，ＺｐＣ…寄生インピーダンス
１…基板
２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄ…導体パターン
３…導体パターン
４Ａ，４Ｂ…発光素子接続導体
５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ…ワイヤ
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ…上部導体パターン
７…層間接続導体
８，８Ａ，８Ｂ，８Ｃ…下部導体パターン
１０…コンデンサ
１１，１２…外部電極
２０…固体発光素子
３０…半導体スイッチ素子
３２…接続電極
１００，１０１，１０２，１０３Ａ，１０３Ｂ…発光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】