(57)【要約】      （修正有）【課題】放熱性に優れた発光装置を提供する。【解決手段】基体１０と、光が側方へ出射するよう前記基体上に設けられた複数の半導体レーザ素子２０と、前記基体上に設けられ、前記複数の半導体レーザ素子からの光を反射する反射部材７０と、前記基体上に設けられ、前記複数の半導体レーザ素子及び前記反射部材を囲む囲み部３０と、前記基体上において前記囲み部の外側まで延伸するよう設けられ、前記複数の半導体レーザ素子に電気的に接続される配線部４０と、金属又はセラミックの少なくとも一方を含む、前記囲み部上に設けられた開口を有する放熱体５０と、前記放熱体の開口に設けられ、前記反射部材において上方に向けて反射された前記複数の半導体レーザ素子の光を波長変換する波長変換部材６０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体と、
光が側方へ出射するよう前記基体上に設けられた複数の半導体レーザ素子と、
前記基体上に設けられ、前記複数の半導体レーザ素子からの光を反射する反射部材と、
前記基体上に設けられ、前記複数の半導体レーザ素子及び前記反射部材を囲む囲み部と、
前記基体上において前記囲み部の外側まで延伸するよう設けられ、前記複数の半導体レーザ素子に電気的に接続される配線部と、
金属又はセラミックの少なくとも一方を含む、前記囲み部上に設けられた開口を有する放熱体と、
前記放熱体の開口に設けられ、前記反射部材において上方に向けて反射された前記複数の半導体レーザ素子の光を波長変換する波長変換部材と、
を備えたことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記放熱体は、平板状に形成されており、その周縁が前記囲み部の周縁よりも外側にあることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
【請求項３】
前記放熱体の熱伝導率が前記囲み部の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記波長変換部材の下方に、前記複数の半導体レーザ素子から出射した光を透過し、前記波長変換部材において波長変換された光を反射するフィルタを備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項５】
前記フィルタは４５度以上の入射角で入射する所定の波長の光に対して反射率が９０％以上であり、前記所定の波長は前記複数の半導体レーザ素子から出射した光の波長であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
【請求項６】
前記放熱体の開口は、開口面が上方に行くほど広がるよう傾斜した内面を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項７】
前記囲み部と前記放熱体との間に設けられた開口を有するキャップと、
前記キャップの開口に設けられた封止部材と、
を備え、
前記キャップの開口は、前記放熱体の開口と少なくとも一部が重なる、
ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の発光装置。
【請求項８】
前記放熱体の上面の面積は前記基体の上面の面積よりも大きいことを特徴とする請求項１から７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】
本開示は、発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、基体上（放熱器１７）に、複数の半導体レーザ素子（ＬＤ１６）と、波長変換部材（蛍光体層６５）と、を備えた発光装置が提案された（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
放熱性に優れた発光装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
基体と、光が側方へ出射するよう前記基体上に設けられた複数の半導体レーザ素子と、前記基体上に設けられ、前記複数の半導体レーザ素子からの光を反射する反射部材と、前記基体上に設けられ、前記複数の半導体レーザ素子及び前記反射部材を囲む囲み部と、前記基体上において前記囲み部の外側まで延伸するよう設けられ、前記複数の半導体レーザ素子に電気的に接続される配線部と、金属又はセラミックの少なくとも一方を含む、前記囲み部上に設けられた開口を有する放熱体と、前記放熱体の開口に設けられ、前記反射部材において上方に向けて反射された前記複数の半導体レーザ素子の光を波長変換する波長変換部材と、を備えたことを特徴とする発光装置である。
【発明の効果】
【０００６】
半導体レーザ素子の劣化と波長変換部材の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態１に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の分解図であり、（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ端面図である。
【図２】実施形態２に係る発光装置の模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の分解図であり、（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ端面図である。
【図３】放熱器を備えた発光装置の一例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
［実施形態１に係る発光装置１］
図１は、実施形態１に係る発光装置１の模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の分解図であり、（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ端面図である。なお、図１（ａ）においては、理解を容易にするため、破線を用いて部材の一部を透過的に示している。
【０００９】
図１に示すように、発光装置１は、基体１０と、光が側方へ出射するよう基体１０上に設けられた複数の半導体レーザ素子２０と、基体１０上に設けられ、複数の半導体レーザ素子２０からの光を反射する反射部材７０と、基体１０上に設けられ、複数の半導体レーザ素子２０及び反射部材７０を囲む囲み部３０と、基体１０上において囲み部３０の外側まで延伸するよう設けられ、複数の半導体レーザ素子２０に電気的に接続された配線部４０と、金属又はセラミックの少なくとも一方を含む、囲み部３０上に設けられた開口５１を有する放熱体５０と、放熱体５０の開口５１に設けられ、反射部材７０において上方に向けて反射された複数の半導体レーザ素子２０の光を波長変換する波長変換部材６０と、を備える。
【００１０】
発光装置が複数の半導体レーザ素子を備える場合は、個々の半導体レーザ素子に生じた熱が基体から排熱されにくくなるため、半導体レーザ素子に熱が溜まりやすく、半導体レーザ素子が劣化しやすい。そこで、発光装置１では、個々の半導体レーザ素子２０を光が側方（横方向）に出射されるよう基体１０に配置した。このようにすれば、半導体レーザ素子２０から基体１０までの距離が短くなり放熱性が向上するので、半導体レーザ素子２０の劣化を抑制することができる。
【００１１】
また、発光装置が複数の半導体レーザ素子を備える場合は、波長変換部材に複数の半導体レーザ素子から出射した光が入射するため、波長変換部材の発熱量が大きくなり、波長変換部材が劣化しやすい。そこで、発光装置１では、金属又はセラミックの少なくとも一方を含む放熱体５０に波長変換部材６０を設けることとした。このようにすれば、波長変換部材６０で生じた熱を放熱体５０を用いて逃がすことができるため、波長変換部材６０の劣化を抑制することができる。
【００１２】
以下、発光装置１に用いられる主な部材などについて順に説明する。
【００１３】
（発光装置１）
発光装置１は、例えば、表面実装型の発光装置として好ましく用いることができる。
【００１４】
（基体１０）
基体１０としては、窒化アルミニウムや酸化アルミニウムなどのセラミックを含んだ部材を用いることができる。複数の半導体レーザ素子２０で生じた熱は、基体１０を介して放熱される。
【００１５】
（複数の半導体レーザ素子２０）
複数の半導体レーザ素子２０は、光が側方へ出射するよう基体１０上に設けられている。半導体レーザ素子２０は、基体１０上に直接設けられていてもよいし、基体１０上にサブマウント（例：窒化アルミニウム、炭化珪素等）を介して設けられていてもよい。半導体レーザ素子２０には、窒化物系半導体レーザ素子などを用いることができる。複数の半導体レーザ素子２０から側方へ出射した光は、反射部材７０によって反射されることにより上方に向きを変え、放熱体５０の開口５１に設けられている波長変換部材６０に入射する。
【００１６】
図１（ｂ）に示すように、半導体レーザ素子２０は、その主面が基体１０側に向くよう設けられているので、半導体レーザ素子２０の熱を基体１０を介して効率よく排熱することができる。半導体レーザ素子２０の基体１０側の主面（図１における下面）にはｎ電極またはｐ電極のいずれか一方の電極が設けられ、当該電極はサブマウントを介する等して配線部４０に電気的に接続される。また、上記の主面（図１における下面）の反対側の主面（図１における上面）にはｎ電極またはｐ電極のいずれか他方の電極が設けられ、当該電極は金属ワイヤを介する等して配線部４０に電気的に接続される。
【００１７】
１つの発光装置１に設ける半導体レーザ素子２０の数は、少なくとも２以上であり、例えば１０以上とすることができ、パッケージサイズを大きくすれば１０〜１００程度とすることもできる。反射部材７０の一方の側に複数の半導体レーザ素子２０を配置するときには、隣接する半導体レーザ素子２０間の距離を例えば２００μｍ以上１０００μｍ以下とすることができる。
【００１８】
（反射部材７０）
反射部材７０は、複数の半導体レーザ素子２０からの光を波長変換部材６０に向けて反射する部材であり、基体１０上に設けられる。反射部材７０の形状は特に限定されない。例えば反射部材７０が複数の半導体レーザ素子２０に挟まれる場合には、図１に示すような略三角柱状（断面が三角形に近い台形）の部材などを反射部材７０として用いることができる。
【００１９】
反射部材７０としては、例えば、合成石英等で構成された光学ガラスのうちレーザ光が照射される部分に反射膜を設けたものを用いることができる。これらの部材は耐熱性に優れているため、複数の半導体レーザ素子２０からの光があたっても劣化することなく使用することができる。反射膜としては、銀若しくはアルミニウム等の金属膜、又は酸化ケイ素／酸化タンタル等の酸化膜を積層した誘電体多層膜を用いることができる。
【００２０】
（囲み部３０）
囲み部３０は、基体１０上に設けられ、複数の半導体レーザ素子２０及び反射部材７０を囲んでいる。これにより、複数の半導体レーザ素子２０の光集塵などによる出力低下が抑制されるため、発光装置１の寿命を伸ばすことができる。
【００２１】
囲み部３０には、セラミック又は鉄などの金属を用いることができる。
【００２２】
（配線部４０）
配線部４０は、基体１０上において囲み部３０の外側（囲み部３０周縁より外側）まで延伸するよう設けられている。これにより、基体１０の下方に配線部４０を配置する必要がなくなるため、基体１０の下面全面を放熱面とすることができる。つまり、複数の半導体レーザ素子２０で生じた熱が基体１０を介して効率的に放熱される。
【００２３】
配線部４０は、複数の半導体レーザ素子２０に電気的に接続されている。配線部４０への通電により、複数の半導体レーザ素子２０に電力を供給することができる。配線部４０は、アノード（ｐ電極側）とカソード（ｎ電極側）に分かれている。図１に示す発光装置１では、アノードとカソードをそれぞれ異なる方向から外部へ引き出したが、同じ方向としてもよい。
【００２４】
（放熱体５０）
放熱体５０は、囲み部３０上に設けられている。放熱体５０と囲み部３０とを別部材で構成することにより、波長変換部材６０の放熱経路を半導体レーザ素子２０の放熱経路とは別に確保しやすくなるため、波長変換部材６０で生じた熱が放熱体５０を介して効率的に放熱される。放熱体５０は、囲み部３０上に直接設けられていてもよいし（図１参照）、囲み部３０上に他の部材を介して設けられていてもよい（図２参照）。放熱体５０は、ＡｕＳｎや低融点ガラス等を用いて、囲み部３０又は囲み部３０と放熱体５０との間に設けられた他の部材と接続することができる。
【００２５】
放熱体５０には、熱伝導率が１００Ｗ／ｍＫ以上の材料を用いるのが好ましい。例えば、銅若しくはアルミニウムなどの金属、ＡｌＮ焼結体若しくはＳｉＣ焼結体などのセラミック、又はこれらの金属とセラミックを組み合わせたもの等の放熱性の良好な材料を用いる。
【００２６】
放熱体５０は、開口５１を有している。複数の半導体レーザ素子２０は、複数の半導体レーザ素子２０から出射した光を反射する囲み部３０によって囲まれており、複数の半導体レーザ素子２０から出射した光は、囲み部３０の上方に設けられた放熱体５０の開口５１を通過することによって囲み部３０の外部へ出射することができる。したがって、発光装置１においては、開口５１の開口面が発光面となる。
【００２７】
放熱体５０が有する開口５１の形状は特に限定されない。例えば、円柱、円錐台、多角錐台、直方体などは、開口５１の形状の一例である。なお、特に限定されるわけではないが、放熱体５０が有する開口５１は、その開口面が上方に行くほど広がるよう傾斜した内面を有することが好ましい。このようにすれば、発光装置１の光取り出し効率が向上する。このような形状の一例としては、逆円錐台や逆多角錐台などを挙げることができる。
【００２８】
放熱体５０の内面には、反射膜を設けることができる。こうすることで、放熱体５０に吸収される光を反射膜で反射させることができるため、光取り出し効率が向上する。反射膜としては例えば、Ａｕ、Ａｇ、又はＡｌを含む金属を用いることができる。
【００２９】
波長変換部材６０は、放熱体５０の開口５１の内部に設けるのが好ましい。このとき、放熱体５０の開口５１は、その周縁が囲み部３０の周縁よりも内側になるように形成することができる。こうすることで、発光面の大きさを大きくすることなく高出力の光を出射することができ、さらには、このような波長変換部材６０に複数の半導体レーザ素子２０からの光を集めることで、波長変換部材６０から出射する光を高輝度な光とすることができる。
【００３０】
放熱体５０は例えば平板状に形成されている。このようにすれば、放熱体５０の上面に放熱器などを設けることが容易になる。また、放熱体５０が平板状である場合は、放熱体５０が曲面状である場合や放熱体５０が凹凸を有する場合などと比較して放熱体５０の開口５１（波長変換部材６０）が反射部材７０に近接する。これにより、複数の半導体レーザ素子２０から出射した光が拡がり切る前に波長変換部材６０に入射し出射するようになるため、発光装置１の発光面が小さくなり、発光装置１から高輝度な光を取り出すことが可能となる。
【００３１】
放熱体５０の周縁は、例えば囲み部３０の周縁よりも外側にある。このようにすれば、波長変換部材６０の熱をより拡散しやすくなる。
【００３２】
放熱体５０の熱伝導率は、囲み部３０の熱伝導率よりも大きくすることができる。このようにすれば、波長変換部材６０で生じた熱の放熱体５０を介した放熱が促進されるため、熱による波長変換部材６０の変換効率の低減を抑制する事ができる。
【００３３】
放熱体５０の上面の面積は、基体１０の上面の面積と同じであってもよいが、基体１０の上面の面積より大きくてもよい。放熱体５０の上面の面積が基体１０の上面の面積より大きい場合は、放熱体５０の上面の面積が基体１０の上面の面積と同じである場合よりも波長変換部材６０で生じた熱が放熱体５０を介してより排熱されやすくなる。
【００３４】
（波長変換部材６０）
波長変換部材６０は、放熱体５０の開口５１に設けられる。複数の半導体レーザ素子２０から出射した光は、反射部材７０において反射された後、波長変換部材６０に入射してその一部が波長変換され波長変換部材６０から出射する。波長変換部材６０は、板状であるのが好ましい。なお、複数の波長変換部材６０を設けることもできるが、高輝度な光を得るためには、図１（ａ）等に示すように単一の波長変換部材６０を設けることが好ましい。
【００３５】
波長変換部材６０には、蛍光体を含有する透光性の部材などを用いることができる。この場合は、複数の半導体レーザ素子２０から出射した光が透光性の部材に含まれる蛍光体を励起し、複数の半導体レーザ素子２０から出射した光とは異なる波長の光が蛍光体から発せられ、透光性の部材から出射する。なお、非コヒーレント光は、波長変換部材６０から出射する光の一例である。
【００３６】
半導体レーザ素子２０として青色光のものを用いる場合、半導体レーザ素子２０からの励起光により黄色光を発する蛍光体を用いることができる。この場合、波長変換部材６０から出射する光は、青色光と黄色光が混合された白色の光となる。黄色光を発する蛍光体としては、ＹＡＧ系蛍光体、ＴＡＧ系蛍光体、ストロンチウムシリケート系蛍光体等があげられる。また透光性の部材としては、無機部材を用いるのが好ましく、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、又はガラス等を用いることができる。これにより、熱や光に対する耐性が高い波長変換部材６０とすることができる。本実施形態では、波長変換部材６０としてＹＡＧ系蛍光体と酸化アルミニウムとの焼結体を用いている。
【００３７】
波長変換部材６０の下方には、複数の半導体レーザ素子２０から出射した光を透過し、波長変換部材６０において波長変換された光を反射するフィルタ８０を設けてもよい。このようにすれば、発光装置１の光取り出し効率が向上するため、発光装置１からより高輝度の光を取り出すことができる。このようなフィルタ８０としては、例えば、４５度以上の入射角で入射する所定の波長の光（複数の半導体レーザ素子２０から出射した光と同じ波長を有する光）に対して反射率が９０％以上である部材を用いることができる。波長変換部材６０の下方から波長変換部材６０内に入射した光（複数の半導体レーザ素子２０から出射した光）のなかには、波長変換部材６０内で反射されて波長変換部材６０の下方へ出射しようとする光も存在する。しかしながら、上記の部材をフィルタ８０として用いれば、そのような光はフィルタ８０により効率的に反射され、波長変換部材６０内に戻される。したがって、発光装置１の光取り出し効率が向上し、発光装置１からより高輝度の光を取り出すことが可能となる。
【００３８】
（放熱器）
放熱体５０の上面は放熱器に接続することができる。このようにすれば、発光装置１全体として放熱性が向上する。また、囲み部３０の熱伝導率が低いために「放熱体５０の下面→囲み部３０」という経路での熱引きが難しい場合であっても、「放熱体５０の上面→放熱器」という経路で熱引きをすることができる。
【００３９】
［実施形態２に係る発光装置２］
図２は、実施形態２に係る発光装置２の模式図であり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）中の分解図であり、（ｃ）は（ａ）中のＡ−Ａ端面図である。なお、図２（ａ）においても、図１（ａ）と同様に、理解を容易にするため、破線を用いて部材の一部を透過的に示している。
【００４０】
図２に示すように、実施形態２に係る発光装置２は、囲み部３０と放熱体５０との間に開口９１を有するキャップ９０が設けられている点で、実施形態１に係る発光装置１と相違する。キャップ９０の開口９１は、放熱体５０の開口５１から光が出射可能なよう放熱体５０の開口５１と少なくとも一部が重なるように設けられる。実施形態２に係る発光装置２によれば、キャップ９０で気密性を確保しながら、放熱性の高い材料を放熱体５０に使用することができる。
【００４１】
キャップ９０の開口９１には、図２に示すように封止部材１００を設けることが好ましい。このようにすれば、複数の半導体レーザ素子２０を気密封止することができる。これにより、光集塵などによる出力低下がより一層抑制されるため、発光装置の寿命をより一層伸ばすことができる。封止部材１００には、セラミックやガラスなどの透光性の部材を用いることができる。
【００４２】
気密封止するためには、キャップ９０と囲み部３０を溶接することが好ましく、このためには、キャップ９０の全部または少なくとも囲み部３０と接する側の端部と、囲み部３０の全部または少なくともキャップ９０と接する側の端部を金属部材から構成することが好ましい。
【００４３】
キャップ９０の材料としては、公知の材料を用いることができる。例えば、キャップ９０と囲み部３０とを溶接により接合する場合はキャップ９０の材料としてコバール等の溶接性が良好な材料を用いることができる。また、キャップ９０と囲み部３０とをＡｕＳｎや低融点ガラスにより接合する場合はキャップ９０の材料としてセラミックやコバール以外の金属を用いることができる。なお、キャップ９０と囲み部３０との接合部分のみを溶接することによりキャップ９０と囲み部３０とを接合すれば、半導体レーザ素子２０等を熱的劣化させることなくキャップ９０と囲み部３０とを接合させることができる。
【００４４】
（放熱器）
図３は放熱器を備えた発光装置の一例を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。なお、図３（ｂ）においては温度調節器５６が配置される位置の一例が分かりやすいように、放熱フィン５５の図示を省略している。
【００４５】
図３に示すように、放熱器は、放熱フィン５５と温度調節器５６とを備えている。放熱フィン５５は、例えば、アルミニウムや銅等により構成されている。また、温度調節器５６は、例えばペルチェ素子等により構成されている。
【００４６】
図３に示すように、発光装置は、さらに、放熱台５７を備えていてもよい。放熱台５７は、例えば、基体１０の下面全面に接続される。このようにすれば、複数の発光素子１０から生じる熱を放熱台５７へと排熱しやすくなる。
【００４７】
以上、実施形態について説明したが、これらの説明は一例に関するものであり、特許請求の範囲に記載された構成を何ら限定するものではない。
【符号の説明】
【００４８】
１      発光装置
２      発光装置
１０    基体
２０    半導体レーザ素子
３０    囲み部
４０    配線部
５０    放熱体
５１    放熱体の開口
５５    放熱フィン
５６    温度調節器
５７    放熱台
６０    波長変換部材
７０    反射部材
８０    フィルタ
９０    キャップ
９１    キャップの開口
１００  封止部材
【図１】
2015207646.tif 000003
【図２】
2015207646.tif 000004
【図３】
2015207646.tif 000005