特許 7506316 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】2024-06-18

(45)【発行日】2024-06-26

(54)【発明の名称】発光装置

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/022 20210101AFI20240619BHJP

【ＦＩ】

H01S5/022

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020149152

(22)【出願日】2020-09-04

(65)【公開番号】P2022043713

(43)【公開日】2022-03-16

【審査請求日】2023-08-04

(73)【特許権者】

【識別番号】000226057

【氏名又は名称】日亜化学工業株式会社

(72)【発明者】

【氏名】小谷 靖長

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１４－１６０５５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１８３２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２１２４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４５９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０７２５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０６６６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００５２１６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０１４４０５６６（ＣＮ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／００６３０３２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１０６４８６８８６（ＣＮ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／００９１１７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１１４９０２４（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／０２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

レーザ素子と、
前記レーザ素子からの光の少なくとも一部を波長変換する蛍光部材と、
前記蛍光部材の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されたセラミックスからなる光反射部材と、
を備え、
前記蛍光部材は、前記蛍光部材からの光が取り出される主面となる光取出面を有し、
前記光反射部材には、前記蛍光部材の前記光取出面の側にある表面に溝が設けられている発光装置。

【請求項2】

前記光取出面の側から視て、前記溝の内縁の形状は、前記蛍光部材の外縁の形状と同じである請求項１に記載の発光装置。

【請求項3】

前記光取出面の側から視て、前記溝の内縁の形状及び前記蛍光部材の外縁の形状は、円形である請求項２に記載の発光装置。

【請求項4】

前記光反射部材は、前記溝が設けられた第１面と、前記第１面とは反対の側の第２面と、を有し、
前記溝の深さは、前記光反射部材の前記第１面から前記第２面までの距離の１／１０以上１／３以下の範囲内である請求項１～３のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項5】

前記光反射部材には貫通孔が設けられており、
前記蛍光部材は前記貫通孔の内壁に固定されている請求項１～４のいずれか１項に記載の発光装置。

【請求項6】

前記光取出面の側から視て、前記溝と前記貫通孔との距離は、０．０７ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲内である請求項５に記載の発光装置。

【請求項7】

前記溝は空気で満たされている請求項１～６のいずれか１項に記載の発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体レーザ素子と蛍光部材とを組み合わせた発光装置が知られている。特許文献１には、励起光を出射する励起光源と、励起光を受光して蛍光を発する発光部と、を有する発光装置が記載されている。特許文献１の発光装置では、蛍光体層の周囲に反射体を形成する等、発光部の発光パターンを規定するための構造を設けている。反射体の材料は例えば白色顔料やセラミックスである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開2015-002160号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、セラミックスのように屈折率差によって光を反射する部品は、光の一部がその部品の内部に入射する。このため、セラミックスを光反射部材として用いた発光装置では、光反射部材の表面から光が漏れる場合がある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本開示は、以下の発明を含む。レーザ素子と、前記レーザ素子からの光の少なくとも一部を波長変換する蛍光部材と、前記蛍光部材の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されたセラミックスからなる光反射部材と、を備え、前記蛍光部材は、前記蛍光部材からの光が取り出される主面となる光取出面を有し、前記光反射部材には、前記蛍光部材の前記光取出面の側にある表面に溝が設けられている発光装置。

【発明の効果】

【0006】

本開示の発光装置によれば、光反射部材からの光の漏れを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態に係る発光装置を示す模式的な断面図である。

【図2A】図２ＢのIIＡ－IIＡ線における模式的な断面図である。

【図2B】本発明の実施形態に係る蛍光部材および光反射部材を示す模式的な上面図である。

【図3】実験例１～５の観察結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、発明の実施の形態について適宜図面を参照して説明する。ただし、以下に説明する発光装置の製造方法は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。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。

【0009】

図１は、実施形態に係る発光装置１００を示す模式的な断面図である。図２Ａは、図２ＢのIIＡ－IIＡ線における模式的な断面図である。図２Ｂは、実施形態に係る蛍光部材１２および光反射部材１１を示す模式的な上面図である。実施形態の発光装置１００は、レーザ素子２１と、蛍光部材１２と、光反射部材１１とを有する。蛍光部材１２は、レーザ素子２１からの光の少なくとも一部を波長変換する部材である。蛍光部材１２は、蛍光部材１２からの光が取り出される主面となる光取出面１２ａを有する。光反射部材１１は、セラミックスからなり、蛍光部材１２の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されている。光反射部材１１には、蛍光部材１２の光取出面１２ａの側にある表面（第１面１１ａ）に溝１１ｃが設けられている。

【0010】

発光装置１００によれば、溝１１ｃが設けられていることで、蛍光部材１２からの光を溝１１ｃによって反射することができるため、光反射部材１１の第１面１１ａからの光の漏れを低減することができる。したがって、光反射部材１１からの光の漏れを低減することができる。

【0011】

図２Ａ及び図２Ｂに示すように、光反射部材１１は、第１面１１ａと、第１面１１ａの反対の側の第２面１１ｂとを有する。第１面１１ａは蛍光部材１２の光取出面１２ａの側にある表面であり、第２面１１ｂは蛍光部材１２の光入射面１２ｂの側にある表面である。

【0012】

図２Ａに示すように、光反射部材１１は、貫通孔を有することができる。この貫通孔が光の通路となるため、この場合、貫通孔の内壁を反射面とする。光反射部材１１の材料としては、高熱伝導率及び高反射率であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）セラミックスを用いることが好ましい。光反射部材１１の厚みは、強度を考慮すると０．２ｍｍ以上であることが好ましい。また、光反射部材１１は蛍光部材１２を保持できる程度の厚みがあればよく、コスト増大及び発光装置１００の高さの増大を抑えるため、光反射部材１１の厚みは２ｍｍ以下とすることができる。

【0013】

図２Ａでは、光反射部材１１の貫通孔の内壁は、光の進行方向に沿って拡がる形状である。このような形状とすることにより、入射した光の戻り光を貫通孔の内壁によって反射させて、光出射側に効率的に取り出すことができる。貫通孔の開口の形状としては、三角形及び四角形等の多角形のほか、円形又は楕円形であるものが挙げられる。貫通孔の形状としては、柱状、錐形状又はこれらを組み合わせた形状が挙げられる。

【0014】

光反射部材１１の第１面１１ａには溝１１ｃが設けられている。図２Ｂに示すように、上面視において、すなわち、蛍光部材１２の光取出面１２ａの側から視て、溝１１ｃの内縁の形状は、蛍光部材１２の外縁の形状と同じであることが好ましい。これにより、蛍光部材１２の光取出面１２ａの上面視形状と同じ形状の発光パターンを得ることができる。光取出面１２ａの側から視て、溝１１ｃの内縁の形状及び蛍光部材１２の外縁の形状は、円形とすることができる。これらの形状が円形であることにより、発光パターンの形状も円形となるため、レンズとの組み合わせに適している。例えば、溝１１ｃは、蛍光部材１２の外縁と同じ中心であって直径が異なる円形で設けることができる。図２Ｂにおいて、溝１１ｃは、蛍光部材１２の全周囲に亘って途切れなく設けられている。これにより、蛍光部材１２の全周囲において光反射部材１１の第１面１１ａからの光漏れを低減することができる。

【0015】

図２Ａに示すように、溝１１ｃの深さｄ１は、光反射部材１１の第１面１１ａから第２面１１ｂまでの距離ｄ２よりも小さい。光反射部材１１の第１面１１ａから第２面１１ｂまでの距離ｄ２は、光反射部材１１の厚みと言い換えることができる。図２Ａに示すように光反射部材１１の厚みが一定でない場合は、溝１１ｃが設けられた部分の厚みを距離ｄ２とする。溝１１ｃの深さｄ１は、光反射部材１１の第１面１１ａから第２面１１ｂまでの距離ｄ２の１／１０以上１／３以下の範囲内とすることができる。１／１０以上とすることにより、溝１１ｃによる光の漏れ低減の効果をより確実に得ることができる。１／３以下とすることにより、溝１１ｃに起因する光反射部材１１の破損の可能性を低減することができる。溝１１ｃの深さｄ１は、０．０７ｍｍ以上とすることができる。溝１１ｃの深さｄ１は、０．２ｍｍ以下であってもよい。

【0016】

図２Ｂに示すように、蛍光部材１２の光取出面１２ａの側から視て、溝１１ｃは、蛍光部材１２と接しない位置に設ける。蛍光部材１２の光取出面１２ａの側から視て、溝１１ｃと蛍光部材１２との距離は、０．０７ｍｍ以上とすることができ、０．１ｍｍ以下とすることができる。溝１１ｃと蛍光部材１２との距離を０．１ｍｍ以下とすることにより、光反射部材１１からの光の漏れをより効果的に低減することができる。また、蛍光部材１２が光反射部材１１の貫通孔の内壁に固定されている場合、蛍光部材１２の光取出面１２ａの側から視て、溝１１ｃと貫通孔との距離ｄ３は、溝１１ｃと蛍光部材１２との距離と等しくしてよい。溝１１ｃと貫通孔との距離ｄ３は、０．０７ｍｍ以上とすることができ、０．１ｍｍ以下とすることができる。

【0017】

溝１１ｃは、例えば空気で満たされている。この場合、空気と光反射部材１１との屈折率差により、光反射部材の内部の光を溝１１ｃにおいて反射することができる。上面視において、溝１１ｃの幅は、例えば１５μｍ以上とすることができ、４０μｍ以下とすることができる。図２Ａにおいて、溝１１ｃの内壁は、第２面１１ｂから第１面１１ａに向けて溝１１ｃの内径が拡がるように傾斜している。溝１１ｃの内壁がこのような形状であることにより、溝１１ｃにおいて光を第２面１１ｂに向かう方向に反射させ易い。このため、光反射部材１１の第１面１１ａからの光漏れをより低減することができる。溝１１ｃは、例えば、レーザ照射によるレーザ加工によって形成することができる。

【0018】

光反射部材１１は、蛍光部材１２の側面に直接的に又は透光性の接合部材を介して固定されている。透光性の接合部材としては、例えば、ホウケイ酸ガラス、ソーダ石灰ガラス、ソーダガラス、鉛ガラス等のガラスが挙げられる。例えば、５００℃～９００℃の間に軟化点を有するホウ珪酸ガラスを透光性の接合部材として用いることができる。図２Ａ及び図２Ｂにおいて、光反射部材１１には貫通孔が設けられ、蛍光部材１２は貫通孔の内壁に固定されている。

【0019】

蛍光部材１２は、励起光によって蛍光を発する蛍光体を含有する。励起光とは、レーザ素子２１が出射する光である。蛍光体としては、例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、ユウロピウム及び／又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム（ＣａＯ－Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２）、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４）、αサイアロン蛍光体、βサイアロン蛍光体などが挙げられる。蛍光体としては、耐熱性が良好な蛍光体であるＹＡＧ蛍光体を用いることが好ましい。

【0020】

図２Ａに示すように、蛍光部材１２は、光反射部材１１の貫通孔内に配置することができる。蛍光部材１２は、光取出面１２ａと光入射面１２ｂとを有する。蛍光部材１２は、さらに、光取出面１２ａと光入射面１２ｂとを繋ぐ側面を有することができる。側面は、図２Ａに示すように、貫通孔の内壁と略一致した形状とすることにより、光反射部材１１との密着性を向上させ、蛍光部材１２で生じる熱を効果的に光反射部材１１側に逃がすことができる。

【0021】

蛍光部材１２としては、蛍光体を含有するセラミックス又は蛍光体の単結晶が挙げられる。蛍光部材１２がこのような耐光性及び耐熱性の良好な材料によって形成されていることにより、レーザ光のような高密度の光が照射されても変質が生じ難い。蛍光部材１２の厚みは、例えば、０．１ｍｍ～１．５ｍｍ程度が挙げられる。蛍光部材１２は、例えば、蛍光体と酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３、融点：約１９００℃～２１００℃）等の透光性材料とを焼結させた蛍光体セラミックスとすることができる。この場合、蛍光体の含有量は、蛍光部材１２の総重量に対して０．０５～５０重量％とすることが好ましく、１～３０重量％がより好ましい。また、このような透光性材料を用いずに蛍光体の紛体を焼結させることにより形成する、実質的に蛍光体のみからなる蛍光体セラミックスを蛍光部材１２として用いてもよい。また、蛍光部材１２として、蛍光体からなる単結晶を用いてもよい。なお、蛍光部材１２の表面には、バンドパスフィルター等のコーティングが施されていてもよい。蛍光部材１２は、単一層から構成されていてもよく、２以上の複数層から構成されていてもよい。

【0022】

レーザ素子２１は、出射するレーザ光が蛍光部材１２の光入射面１２ｂに照射されるように配置される。レーザ素子２１は、例えば半導体レーザ素子である。なお、蛍光部材１２の光入射面１２ｂ側にサファイア等の蛍光体を含有しない透光性部材を配置してもよい。この場合、レーザ素子２１からの光が透光性部材を介して蛍光部材１２に照射することになる。

【0023】

発光装置１００は、図１に示すように、レーザ素子２１を有するパッケージを有する。光反射部材１１は、押さえ部１５と蓋部１６とに挟まれて固定されている。光反射部材１１は貫通孔を有し、その貫通孔内には、蛍光部材１２が配置されている。図１に示すように、蓋部１６は、光反射部材１１の下面である第２面１１ｂに配置される第１蓋部１６Ａと、第１蓋部１６Ａの下面に接続された第２蓋部１６Ｂとの２つの部分からなってもよい。

【0024】

パッケージは、図１に示すように、ステム２４と、ステム２４を貫通するリード端子２５と、ステム２４が有する凸部の側面に固定されたサブマウント２６と、サブマウント２６に固定されたレーザ素子２１を有する。パッケージは、さらに、ステム２４に固定されたキャップ２２と、キャップ２２が有する開口に固定されたレンズ２３とを有する。蓋部１６は、ステム２４に固定されている。図１に一点鎖線で示すように、レーザ素子２１から出射したレーザ光は、レンズ２３で集光され、蛍光部材１２の手前で焦点を結び、蛍光部材１２に入射する。発光装置１００の発光が白色光である場合、例えば、蛍光部材１２が発する蛍光を黄色光とし、レーザ素子２１が出射するレーザ光を青色光（ピーク波長が４２０ｎｍ～４７０ｎｍ程度）とする。蛍光部材１２が含有する蛍光体としては、ＹＡＧ蛍光体等の黄色蛍光体が挙げられる。青色レーザ光を出射するレーザ素子２１としては、ＩｎＧａＮ井戸層の活性層を有するＧａＮ系レーザ素子が挙げられる。パッケージは、レーザ素子２１とリード端子２５のそれぞれとを電気的に接続するワイヤを有してよい。

【0025】

（実験例）
実験例１～５として、図２Ａ及び図２Ｂに示す蛍光部材１２及び光反射部材１１を作製した。実験例１～５において、光反射部材１１の厚みは０．６７ｍｍであった。実験例１～５において、光反射部材１１の上面視形状は直径４ｍｍの円形であり、蛍光部材１２の上面視形状は直径０．６５ｍｍの円形であった。溝１１ｃは、蛍光部材１２の外縁と同じ中心であって直径が異なる円形で設けた。溝１１ｃについて、実験例１～３は直径０．８ｍｍの位置にレーザ加工によって形成し、実験例４及び５は直径１．２ｍｍの位置にレーザ加工によって形成した。上面視における溝１１ｃと蛍光部材１２の距離は、実験例１～３で約０．０７ｍｍであり、実験例４及び５で約０．２７ｍｍであった。溝１１ｃの深さは、実験例１は０．０７ｍｍ、実験例２は０．１４ｍｍ、実験例３は０．２ｍｍ、実験例４は０．１４ｍｍ、実験例５は０．２ｍｍで形成した。実験例１～５の蛍光部材１２の光入射面１２ｂに励起光を照射し、光取出面１２ａ側から観察した。その結果を図３に示す。

【0026】

図３から、溝１１ｃと蛍光部材１２の距離が近いほど、また、溝１１ｃの深さが大きいほど、光反射部材１１の表面からの光漏れを低減可能であるといえる。

【符号の説明】

【0027】

１１ 光反射部材
１１ａ 第１面
１１ｂ 第２面
１１ｃ 溝
１２ 蛍光部材
１２ａ 光取出面
１２ｂ 光入射面
１５ 押さえ部
１６ 蓋部
１６Ａ 第１蓋部
１６Ｂ 第２蓋部
２１ レーザ素子
２２ キャップ
２３ レンズ
２４ ステム
２５ リード端子
２６ サブマウント
１００ 発光装置

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3】