(57)【要約】【課題】目に安全で、高強度の光源を提供すること。【解決手段】半導体レーザチップと、前記レーザチップからのレーザ光を受けて、その波長を長くすると共にコヒーレンスを低下させて反射する反射部材と、開口を有して前記レーザチップおよび反射部材を内部に収容するパッケージを備え、前記レーザチップからのレーザ光を反射部材によって反射して開口から出射する発光素子。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体レーザチップと、前記レーザチップからのレーザ光を受けて、その波長を長くすると共にコヒーレンスを低下させて反射する反射部材と、開口を有して前記レーザチップおよび反射部材を内部に収容するパッケージを備え、前記レーザチップからのレーザ光を反射部材によって反射して開口から出射する発光素子。
【請求項２】
反射部材は、半導体レーザチップからのレーザ光によって励起されレーザ光よりも波長の長い光を生成する蛍光体からなる請求項１記載の発光素子。
【請求項３】
半導体レーザチップが紫乃至青色レーザ光を出射するチップであり、反射部材が紫乃至青色レーザ光に励起されて白色を含む可視光を生成する蛍光層を備えた請求項１記載の発光素子。
【請求項４】
半導体レーザチップが２つの端面からそれぞれレーザ光を出射する端面発光型のレーザチップである請求項１記載の発光素子。
【請求項５】
パッケージが前記開口を有する有底の筒状部材からなり、前記反射部材が筒状部材の底の内面に設けられ、前記開口が透光性の保護板で閉じられてなる請求項１記載の発光素子。
【請求項６】
半導体レーザチップが第１および第２発光端面からそれぞれレーザ光を出射する端面発光型のレーザチップであり、第１発光端面が反射部材に面し第２発光端面が保護板に面するように半導体レーザチップを支持する支持部材をさらに備える請求項５記載の発光素子。
【請求項７】
半導体レーザーチップは、第１発光端面側の内部反射率が第２発光端面側よりも小さく設定されてなる請求項６記載の発光素子。
【請求項８】
支持部材が筒状部材の内部側壁から中心に向かって延び、先端に前記レーザチップを支持する請求項６記載の発光素子。
【請求項９】
筒状内壁から中心に向かって延びる棒状電極をさらに備え、支持部材が導電体からなり、半導体レーザチップは棒状電極と支持部材とを介して給電される請求項８記載の発光素子。
【請求項１０】
半導体レーザチップは第１電極層と、第１電極層と極性の異なる第２電極層と、第１および第２電極層との間で第１電極層寄りに設けられレーザ光を発生する活性層とを備え、第１電極層が支持部材に接続され第２電極層が棒状電極に接続されてなる請求項９記載の発光素子。
【請求項１１】
保護板の内面に設けられ第２端面からの光を反射部材の方向へ反射する反射板をさらに備える請求項６記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は発光素子に関し、とくに半導体レーザチップを用いた発光素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
この発明に関連する背景技術としては、透明樹脂に混入させた蛍光体を発光ダイオード（ＬＥＤ）で励起して白色光を生成するようにした光源が知られている（例えば、特許文献１参照）。
そして、このようにＬＥＤを用いた光源は、近年、信号機や計器盤の表示などにおいて従来の電球に置き換えて利用されはじめている。また、一般家庭用の照明器具（例えばデスクスタンド）にも適用されつつある。
【特許文献１】特許公報第２９２７２７９号（〔００１７〕−〔００１８〕）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、ＬＥＤチップはその出力が数ｍＷから高々１０ｍＷであり、大きい出力を得ることが難しい。これに対し、半導体レーザチップは、３０〜10０ｍＷと大きい出力を有するが、光の波の位相が揃っており、いわゆるコヒーレンス（可干渉性）を有し、ヒトの目に有害であるため、一般の光源として利用することが難しいという問題がある。
この発明はこのような事情を考慮してなされたもので、半導体レーザチップを使用し、そのコヒーレンスを低下させることにより一般的な照明光源として利用可能な発光素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、半導体レーザチップと、前記レーザチップからのレーザ光を受けて、その波長を長くすると共にコヒーレンスを低下させて反射する反射部材と、開口を有して前記レーザチップおよび反射部材を内部に収容するパッケージを備え、前記レーザチップからのレーザ光を反射部材によって反射して開口から出射する発光素子を提供するものである。
【発明の効果】
【０００５】
この発明によれば、半導体レーザチップの出射したレーザ光は、パッケージ内で長波長の光に変換されコヒーレンスが低下されてパッケージから出射されるので、目に安全で、高強度の光源を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
この発明による発光素子は、半導体レーザチップと、前記チップからのレーザ光を受けて、その波長を長くすると共にコヒーレンスを低下させて反射する反射部材と、開口を有して前記レーザチップおよび反射部材を内部に収容するパッケージを備え、前記レーザチップからのレーザ光を反射部材によって反射して開口から出射することを特徴とする。
この発明において、反射部材は、半導体レーザチップからのレーザ光によって励起されてレーザ光よりも波長の長い蛍光を生成する（波長を長くしてコヒーレンスを低下させる）蛍光体から構成できる。蛍光はコヒーレンスを有することがない。
【０００７】
この場合、蛍光体は、基体，付活体および融剤からなり、基体は、亜鉛，カドミウム，マグネシウム，シリコン，イットリウム等の希土類元素等の酸化物，硫化物，珪酸塩，バナジン酸塩等の無機蛍光体又はフルオレセイン，エオシン，油類（鉱物油）等の有機蛍光体から選択され、付活体は銀，銅，マンガン，クロム，ユウロビウム，亜鉛，アルミニウム，鉛，リン，砒素，金から選択され、融剤は塩化ナトリウム，塩化カリウム，炭酸マグネシウム，塩化バリウムから選択することができる。
【０００８】
また、この発明において、半導体レーザチップが紫乃至青色レーザ光を出射するチップであり、反射部材が紫乃至青色レーザ光に励起されて白色光を生成する蛍光層であってもよい。
【０００９】
ここで紫乃至青色レーザ光とは、３２０〜４８０ｎｍの波長を有するレーザ光であり、このレーザ光に励起されて白色光を生成する蛍光層としては、セリウムで付活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体、例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ，Ｙ3(Ａｌ0.6Ｇａ0.4)5Ｏ12：Ｃｅ，又はＹ3(Ａｌ0.5Ｇａ0.5)5Ｏ12：Ｃｅなどを好適に用いることができる。
【００１０】
また、反射部材の光反射面は、入射レーザ光の位相を乱して反射するように粗面化処理されていてもよい。
なお、粗面化処理された表面粗さ（凹凸）は、高低差が入射レーザ光の波長の数倍から数十倍であることが好ましい。それによって入射レーザ光は位相が効率的に乱されてコヒーレンスが低下又は消滅する。
【００１１】
パッケージが前記開口を有する有底の筒状部材からなり、前記反射部材が筒状部材の底の内面に設けられ、前記開口が透光性の保護板で閉じられてもよい。
この場合、透光性の保護板に凸レンズ，凹レンズ又はシリンドリカルレンズのようなレンズ作用を持たせれば、用途に応じてその集光，発散特性を利用することができる。
半導体レーザチップが第１と第２の発光端面からそれぞれレーザ光を出射する端面発光型のレーザチップであり、第１発光端面が反射部材に面し第２発光端面が保護板に面するように半導体レーザチップを支持する支持部材をさらに備えてもよい。
【００１２】
半導体レーザーチップは、第１発光端面側の内部反射率が第２発光端面側よりも小さく設定されてもよい。
筒状内壁から中心に向かって延びる棒状電極をさらに備え、支持部材が導電体からなり、半導体レーザチップは棒状電極と支持部材とを介して給電されてもよい。
半導体レーザチップは第１電極層と、第１電極層と極性の異なる第２電極層と、第１および第２電極層との間で第１電極層寄りに設けられレーザ光を発生する活性層とを備え、第１電極層が支持部材に接続され第２電極層が棒状電極に接続されてもよい。
保護板の内面に設けられ第２端面からの光を反射部材の方向へ反射する反射板をさらに備えてもよい。
また、半導体レーザチップが、青色，緑色および赤色の光をそれぞれ出射する３つの半導体レーザチップからなり、反射部材が、反射面に微小な凹凸を有し、各チップからのレーザ光を受けて、コヒーレンスを低下させて反射するようにしてもよい。なお、コヒーレンスの低下は、開口に設けた透光性保護板で行うこともできる。
【実施例】
【００１３】
以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳述する。これによってこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
第１実施例
図１はこの発明による発光素子の第１実施例を示す上面図，図２は図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。
これらの図に示すように、パッケージ１は、円筒形の金属製の側壁部材２と金属製の底部材３を備える。パッケージ１の内部のほぼ中央に端面発光型半導体レーザチップ４が底部材３を貫通する金属製の支持部材８の上端部に放熱部材（導電体）５を介して設置される。レーザチップ４は内部のＰＮ接合面に対して平行に２方向に波長３５０〜４８０ｎｍのレーザ光Ｌ１，Ｌ２を出射するようになっている。底部材３の内面は断面が図２に示すように凹面形状を有し、その表面に反射部材としての蛍光体層６が積層されている。そして、側壁部材２の上部開口は透光性の保護板７で塞がれている。保護板７の内面中央にはアルミニウム製の反射板１２が取付けられている。
【００１５】
また、棒状の金属端子９が絶縁部材１０を介して底部材３を貫通するように取り付けられる。そして、支持部材８は底部材３と放熱部材５を介してレーザチップ４のｐ型電極へ電気的に接続され、金属端子９は帯状の金属フィルム１１を介してレーザチップ４のｎ型電極へ電気的に接続される。金属フィルム１１には、金，銅，白金，又はアルミニウム等の厚さ３０μｍ程度のフィルムが用いられる。また、金属フィルム１１の代わりに金線のような金属細線を用いてもよい。
【００１６】
ここで、側壁部材２と底部材３はアルミニウムで形成され、放熱部材５、支持部材８および端子９は銅で形成され、保護板７はエポキシ樹脂で形成される。なお、側壁部材２と底部材３は、銅合金や鉄合金などで形成されてもよく、保護板７は、ガラス材で形成されてもよい。また、蛍光体層６は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット系の蛍光体で形成される。レーザチップ４の一方の発光端面（第１端面）は蛍光体層６に面し、他方の発光端面（第２端面）は反射板１２に面している。なお、開口が保護板７で塞がれたパッケージ１の内部は必要に応じて真空にするか、又は不活性ガスを充填することができる。
【００１７】
このような構成において支持部材８と金属端子９の間に、所定の駆動電圧が印加されると、レーザチップ４の第１および第２端面からレーザ光Ｌ１，Ｌ２がそれぞれ出射される。
レーザ光Ｌ１は直接に、レーザ光Ｌ２は反射板１２で反射されて、蛍光体層６に衝突して蛍光体層６を励起する。それによって５００〜６００ｎｍ付近に発光ピークを有しコヒーレンスのない白色光が生成され、保護板７を介してパッケージ１から出射される。
【００１８】
従って、蛍光体層６は、レーザ光Ｌ１，Ｌ２を十分に受入れ、受入れたレーザ光Ｌ１，Ｌ２を効率よく白色光に変換し、かつ、その白色光を効果的にパッケージ１から出射できるような面積と形状を有することが好ましい。
【００１９】
なお、半導体レーザチップ４は、第１端面側の内部反射率（１０％未満）が第２端面側（９０％以上）よりも小さく設定され、レーザ光Ｌ１の放射パワーがレーザ光Ｌ２よりも十分に大きくなるようにしている。
また、半導体レーザチップ４は、ｐ型電極（第１電極層）と、ｎ型電極（第２電極層）と、それらの電極の間でｐ型電極寄りに設けられレーザ光を発生する活性層を備え、前述のように、ｐ型電極が支持部材８に放熱部材５を介して固定される。それは、発振時に発熱する活性層に近いｐ型電極を放熱部材５に固定して活性層の発熱を効率よく放熱するためである。
【００２０】
なお、底部材３の凹面に蛍光体層６を設ける代わりに、保護板７に蛍光体のような波長変換材料を混入しておいてもよい。この場合、レーザ光Ｌ１，Ｌ２は、底部材３の凹面で反射して保護板７を透過するときに可視光に変換される。この波長変換材料としては、蛍光体層６と同様の材料を用いることができる。
【００２１】
第２実施例
図３はこの発明による発光素子の第２実施例を示す上面図，図４は図３のII−II矢視断面図である。
これらの図に示すように、この実施例は第１実施例の一部を変更したものであり、第１実施例の底部材３の下面に絶縁部材１３を付設し、支持部材８と金属端子９の各下端部に接続されるリードフレーム１４、１５を設けている。
つまり、発光素子を所謂チップ部品タイプ（面実装）としたものであり、基板への実装時に、より高い放熱効果が得られる。
【００２２】
第３実施例
図５はこの発明による発光素子の第３実施例を示す上面図、図６は図５のIII−III矢視断面図である。
これらの図に示すように、この実施例は第２実施例の一部を変更したものである。つまり、第２実施例の支持部材８と、金属端子９と、絶縁部材１０をそれぞれ支持部材８ａと、金属端子９ａと、絶縁部材１０ａ、１０ｂとに置換したものであり、その他の構成は、第２実施例と同等である。
そして、支持部材８ａは、リードフレーム１４から、底部材３と側壁部材２の外側面に沿って立上り、側壁部材２をその中心方向（水平方向）に貫通し、その先端が放熱部材５を介してレーザチップ４を支持している。
【００２３】
一方、金属端子９ａは、リードフレーム１５から絶縁部材１０ｂを挟んで底部材３と側壁部材２の外側面に沿って立上り、側壁部材２をその中心方向（水平方向）に絶縁部材１０ａを介して貫通し、その先端が金属フィルム１１を介してレーザチップ４に接続されている。
この実施例は、第２実施例における支持部材８と金属端子９がレーザ光Ｌ１を遮らない配置にしたものである。
なお、この実施例における支持部材８ａと放熱部材５と金属端子９ａは、蛍光体層６からの反射光をできるだけ遮らないように、かつ、放熱効果が得られるように、反射光の進行方向と直角な方向の断面積が最小になるように構成される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明による発光素子の第１実施例の上面図である。
【図２】図１のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】この発明による発光素子の第２実施例の上面図である。
【図４】図３のII−II矢視断面図である。
【図５】この発明による発光素子の第３実施例の上面図である。
【図６】図５のIII−III矢視断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  パッケージ
２  側壁部材
３  底部材
４  レーザチップ
５  放熱部材
６  蛍光体層
７  保護板
８  支持部材
９  金属端子
１０  絶縁部材
１１  金属フィルム
１２  反射板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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