CN110277729B

CN110277729B - 发光装置

Info

Publication number: CN110277729B
Application number: CN201910171319.3A
Authority: CN
Inventors: 林健人; 河村有毅; 神谷真央; 和田聪; 大沢政明
Original assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Current assignee: Toyoda Gosei Co Ltd
Priority date: 2018-03-15
Filing date: 2019-03-07
Publication date: 2021-06-25
Anticipated expiration: 2039-03-07
Also published as: US10690319B2; US20190285249A1; JP7043002B2; CN110277729A; JP2019161128A

Abstract

本发明公开了一种发光装置，该发光装置包括：第一半导体激光元件；第二半导体激光元件；以及光出射表面，其发射来自第一半导体激光元件和第二半导体激光元件的光。当从包括在光出射表面的表面上的点并且与光提取方向垂直的平整表面观看时，第一半导体激光元件被设置在比第二半导体激光元件更远的位置处。

Description

发光装置

技术领域

本说明书的技术领域涉及一种发光装置。

背景技术

发光装置可以包括多个发光元件以实现高光强度。在这种情况下，多个发光元件通常以阵列的方式布置在平整表面诸如基板上。在这种技术中，由于光出射表面的面积大，所以亮度低。

另一方面，开发了使来自多个元件的光收集至漫射构件等的技术。例如，JP-A-2009-170723公开了一种包括多个半导体激光元件120和漫射构件130的发光装置(参见JP-A-2009-170723的图8)。使来自设置在平整表面上的多个半导体激光元件120的光照射至漫射构件130。在JP-T-2007-526192中，在基板102的板表面上设置有两个激光二极管104、302(参见JP-T-2007-526192的图3)。

然而，半导体激光元件仍布置在平整表面上。因此，增加了发光装置的光出射表面的总面积。随着光出射表面的总面积增加，亮度降低。

为了解决上述相关技术的问题提出了本说明书的技术。本说明书的技术要解决的问题是提供一种能够实现装置的高亮度和小型化的发光装置。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种发光装置，包括：第一半导体激光元件；第二半导体激光元件；以及发射来自第一半导体激光元件和第二半导体激光元件的光的光出射表面，其中，当从包括在光出射表面的表面上的点并且与光提取方向垂直的平整表面观看时，第一半导体激光元件被设置在比第二半导体激光元件更远的位置处。

在本说明书的发光装置中，当从与光提取方向相反的方向观看时，第一半导体激光元件位于第二半导体激光元件的后面(在第二半导体激光元件的内侧)。因此，由半导体激光元件占用的面积减半。同时，激光束的输出也近似于加倍。此外，使发光装置小型化，从而光出射表面的面积减少。因此，发光装置的亮度为高。

本说明书提供了一种能够实现装置的高亮度和小型化的发光装置。

附图说明

图1是示出根据第一实施方式的发光装置的示意性构造的图。

图2是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(1)。

图3是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(2)。

图4是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(3)。

图5是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(4)。

图6是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(5)。

图7是示出根据第二实施方式的发光装置的示意性构造的图。

图8是示出根据第三实施方式的发光装置的示意性构造的图。

图9是示出根据第四实施方式的发光装置的示意性构造的图。

具体实施方式

(第一实施方式)

1.发光装置

图1是示出根据第一实施方式的发光装置100的示意性构造的图。如图1所示，发光装置100包括壳体110、安装基板120、第一半导体激光元件131、第二半导体激光元件132、第一开口部分141、第二开口部分142、波长转换单元150和散射单元160。发光装置100包括光出射表面S1。光出射表面S1是用于将来自发光装置100的光提取至外部的表面。光出射表面S1发射来自第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132的光。光提取方向K1垂直于光出射表面S1。

壳体110容纳第一半导体激光元件131、第二半导体激光元件132、波长转换单元150和散射单元160。壳体110具有第一表面111、第二表面112和第三表面113。

第一表面111面向光出射表面S1。第二表面112面向第一开口部分141和第二开口部分142。第三表面113面向第二表面112。第一表面111、第二表面112和第三表面113是镜面。第一表面111、第二表面112和第三表面113面向波长转换单元150和散射单元160中至少之一。因此，第一表面111、第二表面112和第三表面113反射由波长转换单元150和散射单元160散射的光。

安装基板120是用于安装第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132的基板。安装基板120面向壳体110。安装基板120连同壳体110一起容纳第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132。

第一半导体激光元件131照射激光束穿过第一开口部分141并且进入波长转换单元150。由第一半导体激光元件131发射的激光束是蓝色激光束。

第二半导体激光元件132照射激光束穿过第二开口部分142并且进入散射单元160。由第二半导体激光元件132发射的激光束是蓝色激光束。

第一开口部分141允许来自第一半导体激光元件131的激光束穿过。第一开口部分141允许来自第一半导体激光元件131的激光束进入波长转换单元150。第二开口部分142允许来自第二半导体激光元件132的激光束穿过。第二开口部分142允许来自第二半导体激光元件132的激光束进入散射单元160。第一开口部分141和第二开口部分142的内径足够小。波长转换单元150和散射单元160散射激光束。因此，几乎没有光的成分从第一开口部分141返回至第一半导体激光元件131。几乎没有光的成分从第二开口部分142返回至第二半导体激光元件132。

波长转换单元150对从第一半导体激光元件131发射的激光束的波长进行转换。波长转换单元150是例如磷光体。更具体地，将诸如YAG磷光体、α-赛隆磷光体、BOS磷光体、β-赛隆、(Ca,Sr)₂Si₅N₈:Eu的磷光体混合到诸如氧化铝、玻璃或树脂的材料中。上述材料仅是示例，并且可以使用其他材料。波长转换单元150还起散射从第一半导体激光元件131发射的激光束的作用。当从光出射表面S1观看时，波长转换单元150被设置在比散射单元160更远的位置处。

散射单元160散射从第二半导体激光元件132发射的激光束和穿过波长转换单元150并且进入第一半导体激光元件131的激光束。散射单元160是包含光散射材料的半透明材料。光散射材料的示例包括二氧化硅和氧化钛的颗粒。半透明材料的示例包括玻璃和树脂。当然，可以使用其他材料。

2.半导体激光元件的布置

当从光出射表面S1观看时，第一半导体激光元件131被设置在比第二半导体激光元件132更远的位置处。当从包括在光出射表面S1的表面上的点并且与光提取方向K1垂直的平整表面S2观看时，第一半导体激光元件131被设置在比第二半导体激光元件132更远的位置处。因此，当从包括在光出射表面S1的表面上的点并且与光提取方向K1垂直的平整表面S2观看时，第一半导体激光元件131的发射部分131a也被设置在比第二半导体激光元件132的发射部分132a更远的位置处。

当从方向K2观看时，第一半导体激光元件131位于第二半导体激光元件132的内侧。方向K2与光提取方向K1相反。第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132被层压。其层压方向D1与光提取方向K1平行。即，层压方向D1与光出射表面S1垂直。

第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132发射近似平行于光出射表面S1的激光束。第一半导体激光元件131沿图1中箭头J1的方向发射激光束。第二半导体激光元件132沿图1中箭头J2的方向发射激光束。第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132以在0°至10°范围内的倾斜角度用激光束照射光出射表面S1。数字范围仅是示例，并且角度可以在该范围之外。在图1中，从第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132发射的激光束的方向(J1、J2)与光出射表面S1的表面方向之间的角度为0°。

波长转换单元150和散射单元160沿着层压方向D2被层压。波长转换单元150和散射单元160的层压方向D2与第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132的层压方向D1平行。当从光出射表面S1观看时，散射单元160和波长转换单元150以这种顺序被设置。

3.来自半导体激光元件的光

从第一半导体激光元件131发射的激光束的波长被波长转换单元150转换并散射。散射光直接进入散射单元160，或被第一表面111、第二表面112和第三表面113反射，然后进入散射单元160。

从第二半导体激光元件132发射的激光束被散射单元160散射。在散射单元160中存在从波长转换单元150进入的激光束。因此，在散射单元160中，来自第二半导体激光元件132的蓝色激光束与来自第一半导体激光元件131的其波长被转换的激光束共存。因此，发光装置100从光出射表面S1发射白光。当然，从光出射表面S1发射的光具有相对于光提取方向K1一定程度的扩展的光分布特性。

4.实施方式的效果

在本实施方式的发光装置100中，当从光提取方向K1的相反方向K2观看时，第一半导体激光元件131隐藏在第二半导体激光元件132的后面。激光束的输出也近似于加倍。因此，发光装置100包括具有高亮度并且在光出射表面S1的面内方向上小型化的壳体110。

第一半导体激光元件131的发射方向J1和第二半导体激光元件132的发射方向J2与光出射表面S1平行。因此，激光束不是直接发射至发光装置100的外部。因此，发光装置具有高安全性。

光出射表面S1被设置为独立于第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132。例如，光出射表面S1可以被设计为非常小。

5.变型

5-1.开口部分变细

图2是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(1)。发光装置200包括第一开口部分241和第二开口部分242。第一开口部分241随着靠近波长转换单元150而变宽。第一开口部分241随着远离第一半导体激光元件131而变宽。第二开口部分242随着靠近散射单元160而变宽。第二开口部分242随着远离第二半导体激光元件132而变宽。第一开口部分241和第二开口部分242朝向第二表面112变宽。因此，来自波长转换单元150和散射单元160的激光束被抑制而不被引向至第一半导体激光元件131和第二半导体激光元件132。第一开口部分241和第二开口部分242的内表面可以是镜面。

5-2.半反射镜

图3是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(2)。发光装置300包括第一半反射镜341和第二半反射镜342。第一半反射镜341被设置在第一半导体激光元件131与波长转换单元150之间的位置处。第二半反射镜342被设置在第二半导体激光元件132与散射单元160之间的位置处。第一半反射镜341透射来自第一半导体激光元件131的光，而几乎不透射由波长转换单元150散射的光。第一半反射镜341可以是如下所述中能够选择要被透射的波长的材料。第二半反射镜342透射来自第二半导体激光元件132的光，而几乎不透射由散射单元160散射的光。

5-3.光选择性透射构件

代替第一半反射镜341，可以设置光选择性透射构件。光选择性透射构件被设置在第一半导体激光元件131与波长转换单元150之间的位置处。光选择性透射构件可以是透射蓝光并且反射黄光的材料。

5-4.倾斜镜

图4是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(3)。发光装置400包括第一倾斜镜441和第二倾斜镜442。第一倾斜镜441和第二倾斜镜442是相对于第一表面111倾斜的镜面。第一倾斜镜441和第二倾斜镜442相对于光出射表面S1倾斜。因此，发光装置400的光分布特性与本实施方式的发光装置100的光分布特性稍有不同。

5-5.漫射镜

图5是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(4)。发光装置500包括漫射镜541。漫射镜541被设置成围绕光出射表面S1。漫射镜541朝向光出射表面S1变宽。因此，来自散射单元160的光被优选地漫射。

5-6.漫射半反射镜

图6是示出根据第一实施方式的变型的发光装置的示意性构造的图(5)。发光装置600包括漫射半反射镜641。漫射半反射镜641在光出射表面S1侧围绕散射层160。漫射半反射镜641朝向光出射表面S1可以变宽或可以不变宽。

5-7.具有弯曲表面的光出射表面

即使光出射表面S1具有弯曲表面，也可以如在第一实施方式中一样限定包括在光出射表面S1的表面上的点并且与光提取方向K1垂直的平整表面S2。

5-8.组合

上述修改可以自由组合。

6.本实施方式的概要

在本实施方式的发光装置100中，当从光出射表面S1观看时，第一半导体激光元件131被设置在比第二半导体激光元件132更远的位置处。来自光出射表面S1的光的强度是正常强度的约两倍。因此，与现有技术相比，发光装置100的亮度非常高。光出射表面S1可以与半导体激光元件的设置分开设计。也就是说，设计自由度高。

(第二实施方式)

将对第二实施方式进行描述。在第二实施方式中，使用具有不同波长的两种类型的半导体激光元件。

1.发光装置

图7是示出根据第二实施方式的发光装置700的示意性构造的图。如图7所示，发光装置700包括壳体110、安装基板120、第一半导体激光元件731、第二半导体激光元件132、第一开口部分141、第二开口部分142和散射单元760。

由第一半导体激光元件731发射的光是黄色激光束。由第二半导体激光元件132发射的光是蓝色激光束。因此，第一半导体激光元件731的激光束的波长与第二半导体激光元件132的激光束的波长不同。

发光装置700不具有波长转换单元。第一半导体激光元件731和第二半导体激光元件132用激光束照射散射单元760。散射单元760散射来自第一半导体激光元件731的激光和来自第二半导体激光元件132的激光。

2.变型

第一实施方式的变型可以与第二实施方式适当地组合。

(第三实施方式)

将对第三实施方式进行描述。在第三实施方式中，使用三种类型的半导体激光元件。

1.发光装置

图8是示出根据第三实施方式的发光装置800的示意性构造的图。如图8所示，发光装置800包括壳体110、安装基板120、第一半导体激光元件831、第二半导体激光元件832、第三半导体激光元件833、第一开口部分141、第二开口部分142、第三开口部分143、第一波长转换单元851、第二波长转换单元852和散射单元160。

当从包括在光出射表面S1的表面上的点并且与光提取方向K1垂直的平整表面S2观看时，第一半导体激光元件831被设置在比第二半导体激光元件832更远的位置处。当从包括在光出射表面S1的表面上的点并且与光提取方向K1垂直的平整表面S2观看时，第二半导体激光元件832被设置在比第三半导体激光元件833更远的位置处。

当从光出射表面S1观看时，第二波长转换单元852被设置在比散射单元160更远的位置处。当从光出射表面S1观看时，第一波长转换单元851被设置在比第二波长转换单元852更远的位置处。

第一半导体激光元件831、第二半导体激光元件832和第三半导体激光元件833中所有都发射蓝色激光束。

第一半导体激光元件831用激光束照射第一波长转换单元851。第二半导体激光元件832用激光束照射第二波长转换单元852。第三半导体激光元件833用激光束照射散射单元160。

第一波长转换单元851将来自第一半导体激光元件831的蓝色激光束转换成红色激光束。第二波长转换单元852将来自第二半导体激光元件832的蓝色激光束转换成绿色激光束。也就是说，由第二波长转换单元852转换的激光束的波长比由第一波长转换单元851转换的激光束的波长短。

因此，在散射单元160中混合三种类型波长的光。发光装置800从光出射表面S1发射白光。

2.变型

第一实施方式的变型可以与第三实施方式适当地组合。

(第四实施方式)

将对第四实施方式进行描述。在第四实施方式中，使用发射红色、绿色和蓝色三种颜色的光的半导体激光元件。

1.发光装置

图9是示出根据第四实施方式的发光装置900的示意性构造的图。如图9所示，发光装置900包括壳体110、安装基板120、第一半导体激光元件931、第二半导体激光元件932、第三半导体激光元件933、第一开口部分141、第二开口部分142、第三开口部分143和散射单元160。

第一半导体激光元件931的激光束的波长、第二半导体激光元件932的激光束的波长和第三半导体激光元件933的激光束的波长彼此不同。由第一半导体激光元件931发射的光是红色激光束。由第二半导体激光元件932发射的光是绿色激光束。由第三半导体激光元件933发射的光是蓝色激光束。

第一半导体激光元件931、第二半导体激光元件932和第三半导体激光元件933用激光束照射散射单元160。因此，红色激光束、绿色激光束和蓝色激光束在散射单元160中共存。因此，发光装置900从光出射表面S1发射白光。

2.变型

第一实施方式的变型可以与第四实施方式适当地组合。

A.补充说明

根据第一方面的发光装置包括第一半导体激光元件、第二半导体激光元件和发射来自所述第一半导体激光元件和所述第二半导体激光元件的光的光出射表面。当从包括在所述光出射表面的表面上的点并且与光提取方向垂直的平整表面观看时，所述第一半导体激光元件被设置在比所述第二半导体激光元件更远的位置处。

根据第二方面的发光装置包括：波长转换单元，其转换激光束的波长；以及散射单元，其散射激光束。当从光出射表面观看时，所述波长转换单元被设置在比所述散射单元更远的位置处。所述第一半导体激光元件用激光束照射所述波长转换单元。所述第二半导体激光元件用激光束照射所述散射单元。

根据第三方面的发光装置包括壳体，所述壳体容纳所述第一半导体激光元件、所述第二半导体激光元件、所述波长转换单元和所述散射单元。所述壳体包括在面向所述波长转换单元和所述散射单元的表面中至少之一上的镜面。

在根据第四方面的发光装置中，所述壳体包括相对于所述光出射表面倾斜的镜面。

根据第五方面的发光装置包括第一开口部分和第二开口部分，第一开口部分用于使来自所述第一半导体激光元件的激光束进入所述波长转换单元，第二开口部分用于使来自所述第二半导体激光元件的激光束进入所述散射单元。

在根据第六方面的发光装置中，所述第一开口部分随着靠近所述波长转换单元而变宽。所述第二开口部分随着靠近所述散射单元而变宽。

根据第七方面的发光装置包括第一半反射镜和第二半反射镜。所述第一半反射镜被设置在所述第一半导体激光元件与所述波长转换单元之间的位置处。所述第二半反射镜被设置在所述第二半导体激光元件与所述散射单元之间的位置处。

根据第八方面的发光装置包括透射蓝光并且反射黄光的光选择性透射构件。所述光选择性透射构件被设置在所述第一半导体激光元件与所述波长转换单元之间的位置处。

根据第九方面的发光装置包括散射激光束的散射单元。所述第一半导体激光元件的激光束的波长与所述第二半导体激光元件的激光束的波长不同。所述第一半导体激光元件和所述第二半导体激光元件用激光束照射所述散射单元。

根据第十方面的发光装置包括第三半导体激光元件。当从包括在所述光出射表面的表面上的点并且与光提取方向垂直的平整表面观看时，所述第二半导体激光元件被设置在比所述第三半导体激光元件更远的位置处。

根据第十一方面的发光装置包括散射激光束的散射单元。所述第一半导体激光元件的激光束的波长、所述第二半导体激光元件的激光束的波长和所述第三半导体激光元件的激光束的波长彼此不同。所述第一半导体激光元件、所述第二半导体激光元件和所述第三半导体激光元件用激光束照射所述散射单元。

根据第十二方面的发光装置包括转换激光束的波长的第一波长转换单元、转换激光束的波长的第二波长转换单元和散射激光束的散射单元。由所述第二波长转换单元转换的激光束的波长比由所述第一波长转换单元转换的激光束的波长短。当从所述光出射表面观看时，所述第二波长转换单元被设置在比所述散射单元更远的位置处。当从所述光出射表面观看时，所述第一波长转换单元被设置在比所述第二波长转换单元更远的位置处。所述第一半导体激光元件用激光束照射所述第一波长转换单元。所述第二半导体激光元件用激光束照射所述第二波长转换单元。所述第三半导体激光元件用激光束照射所述散射单元。

根据第十三方面的发光装置包括在所述光出射表面的一侧围绕散射层的漫射半反射镜。

Claims

1.一种发光装置，包括：

第一半导体激光元件；

第二半导体激光元件；

光出射表面，其发射来自所述第一半导体激光元件和所述第二半导体激光元件的光；

波长转换单元，其转换激光束的波长；

散射单元，其散射激光束；以及

壳体，其容纳所述第一半导体激光元件、所述第二半导体激光元件、所述波长转换单元和所述散射单元，其中，

当从包括所述光出射表面的表面上的点并且与光提取方向垂直的平整表面观看时，所述第一半导体激光元件被设置在比所述第二半导体激光元件更远的位置处，

当从所述光出射表面观看时，所述波长转换单元被设置在比所述散射单元更远的位置处，

所述第一半导体激光元件使用激光束照射所述波长转换单元，并且

所述第二半导体激光元件使用激光束照射所述散射单元，

所述波长转换单元和所述散射单元的层压方向与所述第一半导体激光元件和所述第二半导体激光元件的层压方向平行。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其中，

所述壳体包括面向所述波长转换单元和所述散射单元的表面中的至少一个表面上的镜面。

3.根据权利要求2所述的发光装置，其中，

所述壳体包括相对于所述光出射表面倾斜的镜面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，还包括：

第一开口部分，其允许来自所述第一半导体激光元件的激光束进入所述波长转换单元；以及

第二开口部分，其允许来自所述第二半导体激光元件的激光束进入所述散射单元。

5.根据权利要求4所述的发光装置，其中，

所述第一开口部分随着靠近所述波长转换单元而变宽，以及

所述第二开口部分随着靠近所述散射单元而变宽。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，还包括：

第一半反射镜和第二半反射镜，其中，

所述第一半反射镜被设置在所述第一半导体激光元件与所述波长转换单元之间的位置处，以及

所述第二半反射镜被设置在所述第二半导体激光元件与所述散射单元之间的位置处。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的发光装置，还包括：

光选择性透射构件，其透射蓝光并且反射黄光，其中，

所述光选择性透射构件被设置在所述第一半导体激光元件与所述波长转换单元之间的位置处。

8.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：

散射单元，其散射激光束，其中，

所述第一半导体激光元件的激光束的波长与所述第二半导体激光元件的激光束的波长不同，以及

所述第一半导体激光元件和所述第二半导体激光元件使用激光束照射所述散射单元。

9.根据权利要求1所述的发光装置，还包括：

第三半导体激光元件，其中，

当从包括在所述光出射表面的表面上的点并且与所述光提取方向垂直的平整表面观看时，所述第二半导体激光元件被设置在比所述第三半导体激光元件更远的位置处。

10.根据权利要求9所述的发光装置，还包括：

散射单元，其散射激光束，其中，

所述第一半导体激光元件的激光束的波长、所述第二半导体激光元件的激光束的波长和所述第三半导体激光元件的激光束的波长彼此不同，并且

所述第一半导体激光元件、所述第二半导体激光元件和所述第三半导体激光元件使用激光束照射所述散射单元。

11.根据权利要求9所述的发光装置，还包括：

第一波长转换单元，其转换激光束的波长；

第二波长转换单元，其转换激光束的波长；以及

散射单元，其散射激光束，其中，

由所述第二波长转换单元转换的激光束的波长比由所述第一波长转换单元转换的激光束的波长短，

当从所述光出射表面观看时，所述第二波长转换单元被设置在比所述散射单元更远的位置处，

当从所述光出射表面观看时，所述第一波长转换单元被设置在比所述第二波长转换单元更远的位置处，

所述第一半导体激光元件使用激光束照射所述第一波长转换单元，

所述第二半导体激光元件使用激光束照射所述第二波长转换单元，并且

所述第三半导体激光元件使用激光束照射所述散射单元。

12.根据权利要求1或2或3或5或8或9或10或11所述的发光装置，还包括：

漫射半反射镜，其在所述光出射表面的一侧围绕散射层。