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JP2024075773A - 発光装置 - Google Patents

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JP2024075773A
JP2024075773A JP2024053663A JP2024053663A JP2024075773A JP 2024075773 A JP2024075773 A JP 2024075773A JP 2024053663 A JP2024053663 A JP 2024053663A JP 2024053663 A JP2024053663 A JP 2024053663A JP 2024075773 A JP2024075773 A JP 2024075773A
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JP
Japan
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light
wiring
emitting device
electronic component
step portion
Prior art date
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JP2024053663A
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English (en)
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将太 村上
Shota Murakami
創一郎 三浦
Soichiro Miura
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nichia Chemical Industries Ltd
Original Assignee
Nichia Chemical Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

【課題】 配線の接合が容易な発光装置を実現する。【解決手段】 底面を囲い上方に伸びる側面部を有する基部と、底面に配される発光素子と、底面に配され発光素子から出射された光が照射される電子部品と、発光素子と電気的に接続される第１配線と、電子部品と電気的に接続される第２配線と、を有し、側面部は内側面と上面とで構成される段差部として第１段差部と、第１段差部よりも底面から高い位置にある第２段差部と、を有し、第１段差部には、１または複数の第１配線領域が設けられ、第２段差部には、１または複数の第２配線領域が設けられ、第１配線の一端は第１配線領域および第２配線領域のうちの一方に接合され、第２配線の一端は他方に接合される発光装置。【選択図】 図２

Description

本発明は、発光装置に関する。
特許文献１に開示されるように、凹部が形成された基体に段差を設け、この段差部分にボンディングワイヤを接続する光学モジュールが既に知られている。また、特許文献１の光学モジュールでは、凹部内に、発光素子の他、受光素子が配置されている。
特開２０１４－１５７８７３
特許文献１の光学モジュールは、発光素子、及び、受光素子のそれぞれを配線により電気的に接続させる形態ではない。したがって、発光素子と、受光素子などの電子部品と、のそれぞれに配線が接合される形態において、これらの配線の接合を容易にすることについては開示がない。
本発明に係る発光装置は、底面を囲い前記底面から上方に伸びる側面部を有する基部と、前記底面に配される１以上の発光素子と、前記底面に配され、前記発光素子から出射された光が照射される電子部品と、前記発光素子と電気的に接続される１または複数の第１配線と、前記電子部品と電気的に接続される１または複数の第２配線と、を有し、前記側面部は、内側面と上面とで構成される段差部として、第１段差部と、前記第１段差部よりも前記底面から高い位置にある第２段差部と、を有し、前記第１段差部には、１または複数の第１配線領域が設けられ、前記第２段差部には、１または複数の第２配線領域が設けられ、前記第１配線の一端は、前記第１配線領域および前記第２配線領域のうちの一方に接合され、前記第２配線の一端は、前記第１配線領域および前記第２配線領域のうちの他方に接合され、前記第１配線および前記第２配線のうち、前記第１配線領域に接合された配線の他端は、前記第２配線領域に接合された配線の他端よりも、前記底面からの高さが低い位置で接合される。
本発明によれば、発光素子および電子部品が配置される発光装置において、発光素子および電子部品に係る配線の接合を容易にすることができる。
図１は、第１実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図２は、第１実施形態に係る発光装置から蓋部材を除いた状態の斜視図である。 図３は、第１実施形態に係る発光装置から蓋部材を除いた状態の上面図である。 図４は、図３のIV-IV線における断面図である。 図５は、第２実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図６は、第２実施形態に係る発光装置から蓋部材を除いた状態の斜視図である。 図７は、第２実施形態に係る発光装置から蓋部材を除いた状態の上面図である。 図８は、図７のVIII-VIII線における断面図である。 図９は、第２実施形態に係る電子部品の上面図である。 図１０は、第３実施形態に係る発光装置の斜視図である。 図１１は、第３実施形態に係る発光装置から蓋部材を除いた状態の上面図である。
本明細書または特許請求の範囲において、三角形や四角形などの多角形に関しては、多角形の隅に角丸め、面取り、角取り、丸取り等の加工が施された形状も含めて、多角形と呼ぶものとする。また、隅（辺の端）に限らず、辺の中間部分に加工が施された形状も同様に、多角形と呼ぶものとする。つまり、多角形をベースに残しつつ、部分的な加工が施された形状は、本明細書及び特許請求の範囲で記載される“多角形”の解釈に含まれるものとする。
また、多角形に限らず、台形や円形や凹凸など、特定の形状を表す言葉についても同様である。また、その形状を形成する各辺を扱う場合も同様である。つまり、ある辺において、隅や中間部分に加工が施されていたとしても、“辺”の解釈には加工された部分も含まれる。なお、部分的な加工のない“多角形”や“辺”を、加工された形状と区別する場合は“厳密な”を付して、例えば、“厳密な四角形”などと記載するものとする。
また、本明細書または特許請求の範囲において、ある構成要素に関し、これに該当するものが複数あり、それぞれを区別して表現する場合に、その構成要素の頭に“第１”、“第２”と付記して区別することがある。また、本明細書と特許請求の範囲とで区別する対象や観点が異なる場合、本明細書と特許請求の範囲との間で、同一の付記が、同一の対象を指さない場合がある。
例えば、本明細書において“第１”、“第２”、“第３”と付記されて区別される対象があり、本明細書の“第１”及び“第３”のみを対象として特許請求の範囲を記載する場合に、特許請求の範囲において“第１”、“第２”と付記された対象が、本明細書において“第１”“第３”と付記された対象を指すことがある。
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態を説明する。ただし、示される形態は、本発明の技術思想が具体化されたものではあるが、本発明を限定するものではない。また、以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略することがある。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、理解の便宜を図るために誇張していることがある。
＜第１実施形態＞
第１実施形態に係る発光装置１を説明する。図１乃至図４は、発光装置１の例示的な一形態を説明するための図面である。図１は、発光装置１の斜視図である。図２は、発光装置１から蓋部材８０を除いた状態の斜視図である。図３は、図２と同様の状態の上面図である。図４は、図３のIV-IV断面線における断面図である。
発光装置１は、構成要素として、基部１０、３つの半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、電子部品４０、支持台５０、光学部品６０、複数の配線７０、及び、蓋部材８０を有する（支持台５０については、特に図４を参照）。
発光装置１では、基部１０と蓋部材８０とで囲まれた空間内に、３つの半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、電子部品４０、支持台５０、光学部品６０、及び、複数の配線７０が配置されている。また、発光装置１では、空間内に配置された３つの半導体レーザ素子２０からの光が出射される。まずは、各構成要素について説明する。
（基部１０）
基部１０は、他の構成要素を配置するための領域である配置領域と、配置領域を囲う側壁と、を有する。また基部は、この配置領域及び側壁を含んだ凹部を有する。凹部は、基部１０の上面から下面の方向に向かって窪んでいる。ここでは、凹部の窪みの底となる面を底面と呼ぶものとする。底面は、配置領域の主要な部分となり得る。
上面視で、基部１０の外形は矩形である。また、上面視で、凹部の窪み部分の外形は矩形である。また、上面視で、基部１０の底面の外形は矩形であり、窪み部分の外形よりも小さい。なお、これらの外形は、いずれも矩形でなくてもよい。
基部１０は、底面部１１と、側面部１２と、を有する。底面部１１は、基部１０の底面を構成する部分である。また、底面部１１には、基部１０の底面、及び、下面が含まれる。側面部１２は、基部１０の側壁を構成する部分である。したがって、側面部１２は、基部１０の底面を囲い、かつ、底面から上方に向かって伸びている。また、側面部１２には、基部１０の１以上の外側面、１以上の内側面、及び、外側面と内側面とに交わる上面が含まれる。
ここで、基部１０の内側面あるいは外側面の面数は、底面を囲う形状による。例えば、底面を囲う形状が矩形ならば、矩形の４辺のそれぞれに対応した内側面が形成され、内側面の数は複数になる。また例えば、底面を囲う形状が円形ならば、１つの円に対応した内側面が形成され、内側面の数は１つになる。外側面についても同様である。
基部１０は、複数の段差部を有する。ここで、段差部は、上面及びこの上面と交わり下方に伸びる内側面のみで構成される部分を指すものとする。複数の段差部は、基部１０の側面部１２に含まれる。また、複数の段差部のそれぞれは、基部１０の底面から上面に達するまでの間に設けられる。また、上面視で、基部１０の窪み部分の外形と底面の外形との間に形成される。
複数の段差部は、基部１０の上面と交わる内側面に沿って形成される。そのため、複数の段差部の上面は、基部１０の上面と交わる内側面と交わる。また、複数の段差部によって形成される段差は、基部１０の配置領域を囲う１以上の内側面の全周に亘る。なお、段差は全周に亘って形成されなくてもよい。
複数の段差部には、第１段差部１３と、第２段差部１５と、が含まれる。図示される発光装置１の例では、複数の段差部は、第１段差部１３と第２段差部１５のみで構成されているが、この他に段差部を有していてもよい。
第１段差部１３と、第２段差部１５とは、高さが異なる。つまり、第１段差部１３と第２段差部１５とは、基部１０の底面から段差部の上面までの高さが異なる。図示される発光装置１の例では、第２段差部１５の方が第１段差部１３よりも基部１０の底面からの高さが大きい。なお、第１段差部１３の方が第２段差部１５よりも高さの大きな基部であってもよい。
第１段差部１３の上面及び第２段差部１５はそれぞれ、基部１０の上面と交わる１以上の内側面の一部分に沿って形成される。そのため、第１段差部１３の上面は、基部１０の上面と交わる１以上の内側面の一部と交わり、第２段差部１５の上面は、基部１０の上面と交わる１以上の内側面の一部であって第１段差部１３の上面が交わる部分とは異なる部分と交わる。
上面視で、基部１０の上面と交わる１以上の内側面に対して、第１段差部１３が沿う長さの方が、第２段差部１５が沿う長さよりも長い。また、この1以上の内側面の全周に対して、第２段差部１５が全周の一部に沿って形成され、第１段差部１３が全周の残りの部分に沿って形成される。
また、図示される発光装置１の例において、上面視でこの４つの内側面により矩形の外形が形成されているが、第１段差部１３が沿う部分の長さは、矩形の長辺二辺の合計の長さ以上であり、矩形の長辺二辺と短辺一辺の合計の長さ以下である。また、第２段差部１５が沿う部分の長さは、矩形の短辺一辺の長さ以上であり、長辺一辺の長さ以下である。
第１段差部１３の１以上の内側面は、基部１０の底面と交わる下辺を有する。また、第２段差部１５の内側面は、基部１０の底面と交わる下辺を有する。段差部が底面から立ち上がるようにして設けられるため、段差部を配置領域に近い位置に設けることができる。第１段差部１３が基部１０の底面と交わる部分の長さの方が、第２段差部１５が基部１０の底面と交わる部分の長さよりも大きい。
また、第１段差部１３の内側面における下辺は、この辺の端点を除けば、第２段差部１５とは交わらない。なお、この端点において、基部１０の底面と第２段差部１５の内側面とが交わっている。
また、第２段差部１５の内側面は、基部１０の底面と交わる下辺、及び、第１段差部１３の上面と交わる下辺を有する。第２段差部１５の内側面と基部１０の底面とが交わる部分の長さの方が、第２段差部１５の内側面と第１段差部１３の上面とが交わる部分の長さよりも大きい。これにより、底面を広く確保することができ、十分な配置領域を確保することができる。
第２段差部１５における基部１０の底面からの高さは、第１段差部１３における基部１０の底面からの高さの、１．２倍以上３．０倍以下の範囲にあるのが好ましい。また、第１段差部１３の高さは、基部１０の底面から上面までの高さの半分より小さく、かつ、第２段差部１５の高さは、基部１０の底面から上面までの高さの半分より大きいのが好ましい。
第１段差部１３の上面には、１または複数の第１配線領域１４が設けられる。図示される発光装置１の例では、複数の第１配線領域１４が設けられている。この第１配線領域１４は、基部１０の内部を通って基部１０の下面に設けられた配線領域と電気的に接続している。なお、第１配線領域１４と電気的に接続する配線領域は、基部１０の下面に限らず、基部１０の外表面（上面、外側面、及び、下面）に設けることができる。
第２段差部１５の上面には、１または複数の第２配線領域１６が設けられる。図示される発光装置１の例では、複数の第２配線領域１６が設けられている。この第２配線領域１６は、基部１０の内部を通って基部１０の下面に設けられた配線領域と電気的に接続している。なお、第２配線領域１６と電気的に接続する配線領域は、基部１０の下面に限らず、基部１０の外表面（上面、外側面、及び、下面）に設けることができる。
基部１０は、セラミックを主材料として形成することができる。基部１０に用いられるセラミックとしては、例えば、窒化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、炭化ケイ素などが挙げられる。
基部１０は、底面部１１と側面部１２とが一体となって形成することができる。また、底面部１１と側面部１２とが異なる材料を主材料として別個に形成され、底面部１１と側面部１２を接合することで形成されてもよい。この場合、底面部１１には金属を主材料として用いることができ、側面部１２にはセラミックを主材料として用いることができる。
また、この場合、底面部１１に採用される金属は、側面部１２に採用されるセラミックよりも放熱性に優れたもの（熱伝導率の高いもの）が好ましい。例えば、銅、アルミニウム、鉄など、あるいは、複合物として、銅モリブデン、銅-ダイヤモンド複合材料、銅タングステンなどを用いることができる。
また、基部１０の第１配線領域１４およびこれと電気的に接続する配線領域、並びに、第２配線領域１６およびこれと電気的に接続する配線領域に相当する箇所には、それぞれ金属膜が設けられる。また、電気的な接続のため内部を通る箇所にも金属が設けられ、これにより電気的な接続が図られている。
（半導体レーザ素子２０）
半導体レーザ素子２０は、上面視で長方形の外形を有する。また、長方形の２つの短辺のうちの一辺と交わる側面が、半導体レーザ素子２０から出射される光の出射端面となる。また、半導体レーザ素子２０の上面及び下面は、出射端面よりも面積が大きい。
また、半導体レーザ素子２０は、２つのエミッターを有するマルチエミッターである。半導体レーザ素子２０の上面または下面の一方に２つのエミッターに共通する１つの電極が、他方にそれぞれのエミッターに対応する２つの電極が設けられている。
半導体レーザ素子２０のそれぞれのエミッターから出射される光（レーザ光）は拡がりを有し、光の出射端面と平行な面において楕円形状のファーフィールドパターン（以下「ＦＦＰ」という。）を形成する。ＦＦＰとは、出射端面から離れた位置における出射光の形状や光強度分布である。
ここで、ＦＦＰの楕円形状の中心を通る光、言い換えると、ＦＦＰの光強度分布においてピーク強度の光を、光軸を進む光、と呼ぶものとする。また、ＦＦＰの光強度分布において、ピーク強度値に対して１／ｅ２以上の強度を有する光を、主要部分の光と呼ぶものとする。
半導体レーザ素子２０から出射される光のＦＦＰの形状は、活性層を含む複数の半導体層の層方向よりも、それに垂直な積層方向の方が長い楕円形状である。なお、層方向をＦＦＰの水平方向、積層方向をＦＦＰの垂直方向というものとする。
また、ＦＦＰの光強度分布に基づき、光強度分布の半値全幅に相当する角度を、その半導体レーザ素子の光の拡がり角とする。ＦＦＰの垂直方向における光の拡がり角を垂直方向の拡がり角、ＦＦＰの水平方向における光の拡がり角を水平方向の拡がり角というものとする。
半導体レーザ素子２０として、例えば、青色の光を出射する半導体レーザ素子、緑色の光を出射する半導体レーザ素子、または、赤色の光を出射する半導体レーザ素子などを採用することができる。また、これら以外の光を出射する半導体レーザ素子を採用してもよい。
ここで、青色の光は、その発光ピーク波長が４２０ｎｍ～４９４ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。緑色の光は、その発光ピーク波長が４９５ｎｍ～５７０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。赤色の光は、その発光ピーク波長が６０５ｎｍ～７５０ｎｍの範囲内にある光をいうものとする。
青色の光を発する半導体レーザ素子、または、緑色の光を発する半導体レーザ素子として、窒化物半導体を含む半導体レーザ素子が挙げられる。窒化物半導体としては、例えば、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＮを用いることができる。赤色の光を発する半導体レーザ素子として、ＩｎＡｌＧａＰ系やＧａＩｎＰ系、ＧａＡｓ系やＡｌＧａＡｓ系の半導体を含むものが挙げられる。
（サブマウント３０）
サブマウント３０は、対向する２つの接合面を有し、直方体の形状で構成される。また、サブマウント３０は、対向する２つの接合面の間の距離が、他の対向する２面の間の距離よりも小さい。なお、サブマウント３０の形状は直方体に限らなくてよい。サブマウント３０は、例えば、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、又は炭化ケイ素を用いて形成することができる。また、サブマウント３０の上面には金属膜が設けられている。
（電子部品４０）
電子部品４０は、接合面と、光照射面と、を有する。また、接合面と、光照射面とは対向している。また、電子部品４０は、光照射面に照射される光を制御する光制御ユニットの一部を構成する。
電子部品４０としては、例えば、Micro Electro Mechanical Systems（以下、略称であるＭＥＭＳを使用する。）を採用することができる。また例えば、フォトダイオード（以下、略称であるＰＤを使用する）などの受光素子を採用することができる。また、電子部品４０は、光照射面に照射された光の８０％以上を反射することができる。
（支持台５０）
支持台５０は、下面と、下面に対して傾斜した傾斜面５１と、を有する。傾斜面５１は、下面からみて垂直でも平行でもない。例えば、傾斜面５１は、下面に対して４５度の傾斜角を成す平面で構成される。なお、傾斜角は４５度に限らなくてもよい。また、傾斜面５１は、支持台５０において、下面に対して傾斜する１または複数の傾斜面であって、かつ、傾斜面が複数ある場合は最も面積の大きな傾斜面である。
また、傾斜面５１は、上面視でみたときに、支持台５０の６０％以上の面積を占める。また、上面視でみたときに、傾斜面５１の上端から下端までの幅は、同じ方向における支持台５０の幅の６０％以上である。つまり、支持台５０は、この方向に関して、傾斜面５１が主要な割合を占める構造を有している。
支持台５０は、例えば、セラミック、ガラス、または金属などを用いて形成することができる。例えば、窒化アルミニウムなどのセラミック、石英若しくは硼珪酸ガラスなどのガラス、アルミニウムなどの金属を用いることができる。またあるいは、Ｓｉなどを用いて形成することもできる。
（光学部品６０）
光学部品６０は、接合面と、レンズ面６１と、を有する。レンズ面６１は、レンズの形状を有する面である。接合面とレンズ面６１との配置関係は、接合面を下面とした場合に、レンズ面６１が側面となる関係である。
レンズ面６１は、複数のレンズが連なった形状を有する。ここでは、側面視で、３つのレンズが連続して繋がった形状で、レンズ面６１が形成される。光学部品６０は、例えば、ＢＫ７等のガラスを用いて形成することができる。
（配線７０）
配線７０は、両端を接合部とする線状の形状で構成される。つまり、線状部分の両端に、他の構成要素と接合する接合部を有する。配線７０は、例えば、金属のワイヤである。金属には、例えば、金、アルミニウム、銀、銅などを用いることができる。
（蓋部材８０）
蓋部材８０は、下面と、上面と、を有し、直方体の平板形状で構成される。なお、直方体でなくてもよい。また、蓋部材８０は、光を透過する透光性を有する。そのため、蓋部材８０は、透光性部材ということもできる。なお、蓋の役割を有さない透光性部材を用いてもよい。
ここで、透光性とは、光に対する透過率が８０％以上であることとする。なお、全ての波長の光に対して８０％以上の透過率を有していなくてもよい。また、蓋部材８０は、一部に非透光性の領域（透光性を有していない領域）を有していてもよい。
蓋部材８０は、サファイアを用いて形成することができる。サファイアは透光性を有しており、また、比較的屈折率が高く、比較的強度も高い材料である。なお、サファイアの他に、例えばガラス等を用いることもできる。
（発光装置１）
次に、発光装置１について説明する。発光装置１は、基部１０、基部１０に配される３つの半導体レーザ素子２０、基部１０に配される電子部品４０、複数の配線７０のうちの３つの半導体レーザ素子２０を電気的に接続するための複数の第１配線７１、及び、複数の配線７０のうちの電子部品４０を電気的に接続するための複数の第２配線７２、を有する。
また、発光装置１において、３つの半導体レーザ素子２０は、サブマウント３０を介して基部１０に配される。なお、サブマウント３０を介さずに直接基部１０の底面に配されてもよい。この場合、出射端面における光の出射位置（高さ）を調整するために半導体レーザ素子２０の外形の形状が変更されることがある。
また、電子部品４０は、支持台５０を介して基部１０に配される。なお、支持台５０を介さずに直接基部１０の底面に配されてもよい。この場合、光照射面４１の位置（高さ）や向き（傾き）を調整するために電子部品４０の外形の形状が変更されることがある。
また、発光装置１は、基部１０に配される光学部品６０を有する。また、発光装置１は、基部１０と接合し、３つの半導体レーザ素子２０が配置される空間を封止する蓋部材８０を有する。
３つの半導体レーザ素子２０は、基部１０の底面に配される。そのため、基部１０の底面部１１に配されるといえる。また、３つの半導体レーザ素子２０は、出射端面が同じ方向を向くようにして、並べて配置される。また、隣り合う半導体レーザ素子２０の間で、それぞれの出射端面と交わる側面同士が対向する。
３つの半導体レーザ素子２０は、例えば、青色の光を放射する半導体レーザ素子、緑色の光を放射する半導体レーザ素子、及び、赤色の光を放射する半導体レーザ素子で構成することができる。また、同じ色の光を放射する半導体レーザ素子を複数有する構成としてもよく、他の色の光を放射する半導体レーザ素子を有する構成としてもよい。
なお、発光装置１に配される半導体レーザ素子２０の数は３つでなくてもよい。３つを超える数でもよく、３つより少ない数でもよい。また、半導体レーザ素子２０に代えて、ＬＥＤなどの他の発光素子を用いてもよい。発光装置１は、少なくとも１以上の発光素子を有する。
サブマウント３０は、一方の接合面において３つの半導体レーザ素子２０と接合する。また、対向する他方の接合面において、基部１０の底面と接合する。そのため、基部１０の底面部１１に配されるといえる。
なお、発光装置１は、複数のサブマウント３０を有していてもよい。このとき、１つのサブマウント３０に接合される半導体レーザ素子２０の数は３つでなくてもよい。２つであってもよいし、１つであってもよい。つまり、発光装置１において、１または複数のサブマウント３０のそれぞれは、少なくとも１以上の半導体レーザ素子２０と接合する。
電子部品４０は、ＭＥＭＳである。また、電子部品４０は、基部１０の底面に配される。そのため、基部１０の底面部１１に配されるといえる。また、電子部品４０は、半導体レーザ素子２０から出射された光が、光照射面４１に照射される向きで配置される。また、光照射面４１には、３つの半導体レーザ素子２０のそれぞれから出射された主要部分の光が全て照射される。
光照射面４１は、半導体レーザ素子２０から側方に向かって出射された光を上方に反射する。そのため、光照射面４１は、出射端面および光軸に対して傾いている。光照射面４１は、基部１０の底面に対して１０度以上８０度以下の角度で傾いている。
支持台５０は、傾斜面５１において電子部品４０と接合する。また、傾斜面５１が半導体レーザ素子２０の方を向くようにして、支持台５０は配置される。そのため、電子部品４０は、傾斜面５１の上に配されるといえる。支持台５０を介して電子部品４０を配することで、電子部品４０を複雑な形状で形成せずに済む。支持台５０には、電子部品４０よりも形状加工の容易な材料が用いられるのが好ましい。
また、支持台５０は、下面において、基部１０の底面と接合する。そのため、基部１０の底面部１１に配されるといえる。支持台５０の下面が基部１０の底面に接合されることで、傾斜面５１は、底面に対して傾く。
光学部品６０は、上面視で、半導体レーザ素子２０の出射端面と、電子部品４０の光照射面４１との間に配される。また、レンズ面６１が光照射面４１の方を向くようにして配置される。３つのレンズは、３つの半導体レーザ素子２０のそれぞれから出射される光に対応している。それぞれのレンズが、それぞれの半導体レーザ素子２０からの光をコリメートする。従って、コリメートされた光が、電子部品４０としてのＭＥＭＳに照射される。
ＭＥＭＳは、照射された光を上方に反射する。半導体レーザ素子２０から電子部品４０に向けて所定の方向に出射された主要部分の光は、これと異なる方向へと進む。また、ＭＥＭＳは、照射された光のうち、必要な光のみを反射する。
電子部品４０には、半導体レーザ素子２０から出射されて拡がった光が、光学部品６０によってコリメートされて照射される。そのため、半導体レーザ素子２０の光の出射点よりも高い位置にまで光照射面４１を設ける必要がある。そのため、電子部品４０の高さは半導体レーザ素子２０よりも高くなる。
光照射面４１は、中央部分の方が底面に垂直な方向の長さが長く、中央から離れるほどに小さい。そのため、３つに並べて配置される半導体レーザ素子２０のうち光の垂直方向の拡がり角が最も大きい半導体レーザ素子２０を中央に配置する。こうすることで効率的に光照射面４１を活用することができる。なお、半導体レーザ素子２０の配置はこれに限らない。
また、図示される発光装置１の例では、配線が接合される接合箇所についても半導体レーザ素子２０より電子部品４０の方が高い。そこで、図の発光装置１では、低い位置にある半導体レーザ素子２０への配線接続に低い方の第１段差部１３を、高い位置にある電子部品４０への配線接続に高い方の第２段差部１５を用いて、配線接合の利便を図っている。
基部１０の底面にサブマウント３０が配された状態で、基部１０の底面からサブマウント３０の半導体レーザ素子２０が接合される接合面までの高さは、基部１０の第１段差部１３の高さと同じか、それ以下となるのが好ましい。また、基部１０の底面から半導体レーザ素子２０の上面までの高さは、基部１０の第１段差部１３の高さを超えるか、それ以上となるのが好ましい。こうすることで、第１配線７１の接続がしやすくなる。
基部１０の底面に電子部品４０が配された状態で、電子部品４０の高さは、第１段差部１３の高さを超える。また、電子部品４０における第２配線７２の接合箇所の高さは、第１段差部１３の高さを超える。また、電子部品４０における第２配線７２の接合箇所の高さは、光照射面４１に照射される主要部分の光の上端よりも高い位置にある。
また、電子部品４０における光照射面４１の最大高さ（上端における高さ）は、第１段差部１３の高さ、及び、半導体レーザ素子２０の高さを超える。一方で、光照射面４１の最小高さ（下端における高さ）は、第１段差部１３の高さ、及び、半導体レーザ素子２０の高さを下回る。
基部１０の内側面は、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０が基部１０に配された状態で、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０を直列に挟んで対向する２つの面領域と、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０を並列に挟んで対向する２つの面領域と、に分けることができる。発光装置１のように、上面視で凹部の窪んだ部分の外形が矩形であれば、矩形の４辺のそれぞれに対応した内側面が、各面領域となる。
このとき、第１段差部１３の内側面は、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０を並列に挟んで対向する２つの面領域に形成される。これにより、主要部分の光の光路上を避ける位置に第１配線領域１４を設けやすくなる。
また、第２段差部１５の内側面は、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０を直列に挟んで対向する２つの面領域のうち、半導体レーザ素子２０までの距離よりも電子部品４０までの距離の方が短い方の面領域に形成される。第２段差部１５が電子部品４０の光照射面４１の背面に位置することで、電子部品４０から反射された光の光路上に段差部が侵入することを回避させやすくなる。
また、第１段差部１３の内側面は、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０を直列に挟んで対向する２つの面領域のうち、半導体レーザ素子２０までの距離よりも電子部品４０までの距離の方が長い方の面領域に形成される。これにより、半導体レーザ素子２０の出射端面から、光が進行する方向とは逆の方向に進む領域に第１配線領域１４を設けることができ、主要部分の光の光路上を避けて配線７０を接合しやすくなる。
図３の発光装置１の例では、第１段差部１３は、並列に挟んで対向する２つの内側面、及び、直列に挟んで対向する２つの内側面のうち、半導体レーザ素子２０までの距離よりも電子部品４０までの距離の方が長い方の内側面を有する。また、第２段差部１５は、直列に挟んで対向する２つの内側面のうち、半導体レーザ素子２０までの距離よりも電子部品４０までの距離の方が短い方の内側面を有する。
第１配線７１の両端のうちの一端の接合部は、第１配線領域１４に接合される。また、両端のうちの他端の接合部は、半導体レーザ素子２０の上面またはサブマウント３０の上面に接合される。半導体レーザ素子２０の上面またはサブマウント３０の上面には、第１配線７１との接合のために接合領域が設けられている。
なお、複数の第１配線７１の全て、つまり、３つの半導体レーザ素子２０の電気的な接続に用いる全ての配線が、第１配線領域１４に接合されなくてもよい。１または複数の第１配線７１の一端の接合部が、第１配線領域１４に接合される。
第２配線７２の両端のうちの一端の接合部は、第２配線領域１６に接合される。また、両端のうちの他端の接合部は、電子部品４０に接合される。電子部品４０には、第２配線７２との接合のために接合領域が設けられている。
なお、複数の第２配線７２の全て、つまり、電子部品４０の電気的な接続に用いる全ての配線が、第２配線領域１６に接合されなくてもよい。１または複数の第２配線７２の一端の接合部が、第２配線領域１６に接合される。
電子部品４０の接合領域は、光照射面４１の中心よりも上方にある。また、電子部品４０の接合領域の高さは、半導体レーザ素子２０及びサブマウント３０の接合領域の高さよりも高い。電子部品４０の接合領域は、好ましくは、光照射面４１が設けられる面の上端の近傍にある。このような位置に設けることで、第２配線７２を接合しやすくなる。
また、電子部品４０における第２配線７２との接合領域は、光照射面４１からは離れた位置にあるのが好ましい。光照射面４１の外側に設けることで、半導体レーザ素子２０からの光を遮らないように第２配線７２を張りやすくなる。
図示される発光装置１の例では、半導体レーザ素子２０の電気的な接続に係る配線の数の方が、電子部品４０の電気的な接続に係る配線の数よりも多い。従って、第１配線７１の方が第２配線７２よりも多く、これに起因して第１配線領域１４の方が第２配線領域１６よりも多く設けられている。
また、図示される発光装置１の例では、第１段差部１３の周に沿う部分の長さが、第２段差部１５の周に沿う部分の長さよりも長くなっており、より多くの配線領域を設ける段差部をより長く設けることにより、配線接合の利便を図っている。従って、第１配線領域の数と第２配線領域の数の大小関係と、第１段差部１３の周に沿う部分の長さと第２段差部１５の周に沿う部分の長さの大小関係は一致する。
蓋部材８０は、基部１０の上面に配される。そのため、基部１０の側面部１２に配されるといえる。また、蓋部材８０は、第２段差部１５よりも上方に位置する基部１０の上面に接合される。また、蓋部材８０が接合されることで、基部１０と蓋部材８０によって囲まれる閉空間が生まれる。この空間は、半導体レーザ素子２０は配される空間である。
また、所定の雰囲気下で蓋部材８０を基部１０に接合することで、気密封止された閉空間が作り出される。半導体レーザ素子２０が配される空間を気密封止することで、集塵による品質劣化を抑制することができる。
発光装置１では、電子部品４０として用いられるＭＥＭＳにより、蓋部材８０を透過して発光装置１から出射する光を制御することができる。また、蓋部材８０は、半導体レーザ素子２０から出射される光に対して透光性を有する。光制御ユニットは、発光装置１の外に設けられる制御機構と電子部品４０とが、基部１０の配線領域を介して電気的に接続して実現される。
以上、開示されるように、発光装置１は、電気的な接続のための半導体レーザ素子２０の接合位置と電子部品４０の接合位置とが異なる高さにあることから、基部１０においても異なる高さの段差部を形成して配線７０の接続を図っている。このようにすることで、配線の接合を容易にすることができる。
なお、このような技術思想に基づけば、本発明に係る発光装置は、第１実施形態に限定されなくてもよい。発光装置１では、半導体レーザ素子２０の電気的な接続に係る第１配線７１を低い方の段差部である第１段差部１３に、電子部品４０の電気的な接続に係る第２配線７２を高い方の段差部である第２段差部１５に接合した。これは、半導体レーザ素子２０の接合位置よりも電子部品４０の接合位置の方が高いためであるが、電子部品４０の接合位置よりも半導体レーザ素子２０の接合位置の方が高い場合は、第１配線７１を第２段差部１５に、第２配線７２を第１段差部１３に接合する方がよい。
つまり、第１配線７１の一端は、第１配線領域１４および第２配線領域１６のうちの一方に接合され、第２配線７２の一端は、第１配線領域１４および第２配線領域１６のうちの他方に接合される。その上で、第１配線７１および第２配線７２のうち、第１配線領域１４に接合された配線の他端は、第２配線領域１６に接合された配線の他端よりも、基部１０の底面からの高さが低い位置で接合されることとなる。また、第１配線７１および第２配線７２のうち、第２配線領域１６に接合された配線の他端は、基部１０の底面からの高さが、第１配線領域１４よりも高い位置に配置される。
＜第２実施形態＞
第２実施形態に係る発光装置２を説明する。図５乃至図９は、発光装置２の例示的な一形態を説明するための図面である。図５は、発光装置２の斜視図である。図６は、発光装置２から蓋部材８０を除いた状態の斜視図である。図７は、図６と同様の状態の上面図である。図８は、図７のVIII-VIII断面線における断面図である。図９は、第２実施形態に係る電子部品４０を光照射面からみた上面図である。図９に記される楕円は、半導体レーザ素子２０からの主要部分の光が照射される領域を示している。また、楕円の長径を破線で記している。
発光装置２は、構成要素として、基部１０、３つの半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、電子部品４０、支持台５０、複数の配線７０、及び、蓋部材８０を有する。第２実施形態の発光装置２は、光学部品６０を有さない点で、第１実施形態の発光装置１と異なる。また、電子部品が、ＰＤである点で、第１実施形態の発光装置１と異なる。
図示される発光装置２の例では、図３に示される発光装置１よりも第１配線７１の数が多い。第２実施形態に係る発光装置２では、３つの半導体レーザ素子２０を個別に電気接続させ、個別に出力を調整できるようにしている。なお、いずれの半導体レーザ素子２０も２つのエミッターを有するマルチエミッターである。
発光装置２では、電子部品４０の光照射面２４１において、３つの半導体レーザ素子２０から出射される光のそれぞれに対応した受光領域２４２が設けられる。受光領域２４２に照射された光は一部が受光され、残りが上方に反射される。多くの光を出射させるには、９０％以上の光を反射させるのが好ましい。発光装置２の例では、３つの半導体レーザ素子２０が並ぶ方向と同じ方向に、３つの受光領域２４２が並ぶようにして設けられる。
また、１の受光領域２４２は１の半導体レーザ素子２０に対応し、それぞれの受光領域２４２は区切られている。つまり、それぞれの受光領域２４２は離れており、重ならない。また、それぞれの受光領域２４２に対応して、電気的な接続のための第２配線７２との接合領域が設けられる。
図９に示すように、電子部品４０における第２配線７２との接合領域は、受光領域のそれぞれに対応した第１接合領域２４３と、複数の受光領域に共通して利用される１の第２接合領域２４４と、を有する。
第１接合領域２４３及び第２接合領域２４４のいずれも、半導体レーザ素子２０からの主要部分の光が照射される領域よりも上方に設けられる。言い換えると、発光装置２において、主要部分の光が照射される領域よりも半導体レーザ素子２０から遠ざかる位置に設けられる。
また上面視で、受光領域２４２はそれぞれ、上端において側方の幅が狭くなる部分を有する。具体的には、上端の角に切欠きを設けた形状を有する。側方の幅を狭くする部分の形状および位置は、それぞれの受光領域２４２で共通している。
また、第１接合領域２４３は、幅が狭くなったことで空いた領域に設けられる。１の受光領域２４２に係る１の第１接合領域２４３は、その受光領域２４２から側方に突出する。この突出方向に隣の受光領域２４２が並んでいる場合、この突出部分は、隣の受光領域２４２の幅が狭くなったことで空いた領域に設けられる。
第１接合領域２４３は、受光領域２４２に照射される主要部分の光の長径を通る直線上には設けられない。つまり、第１接合領域２４３は、この直線上を避けた位置に設けられる。図７及び図８に示すように、第１接合領域２４３に接合された第２配線７２は、そこから上方に伸びて第２配線領域１６に接合される。光の長径を通る直線上を避けることで、電子部品４０によって反射された光を第２配線７２が遮ることを回避しやすくなる。
２つの受光領域２４２の間に挟まれて配置される第１接合領域２４３は、２つの受光領域２４２のそれぞれに照射される主要部分の光の長径を通る直線の間に設けられる。つまり、第１接合領域２４３はこの２つの直線を超えない。これにより、隣の受光領域２４２に照射されて反射された光を第２配線７２が遮ることを回避しやすくなる。
また、隣り合う２つの受光領域２４２の対向する２つの辺であって最も近接する２辺のうち、一方の辺から第１接合領域２４３は突出し、かつ、他方の辺を通る直線が第１接合領域２４３を通る。このような位置関係により、受光領域２４２を近付けて配置しつつ第１接合領域２４３を設けることができ、発光装置２の小型化に貢献することができる。
また上面視で、第２接合領域２４４は、電子部品４０の上端近傍で、かつ、側方の２辺のうち第１接合領域２４３の突出方向とは逆の方向にある側辺の近傍に設けられる。第２接合領域２４４は、第２接合領域２４４から最も近い位置にある受光領域２４２に照射される主要部分の光の長径を通る直線上には設けられない。
なお、１の半導体レーザ素子２０に１の受光領域が対応する形態に限らず、複数の半導体レーザ素子２０に１の受光領域を対応させてもよい。光照射面２４１には、１または複数の受光領域が設けられる。
発光装置２では、電子部品４０として用いられるＰＤにより、光照射面２４１に照射される光のうちの所定の割合を受光することができる。光制御ユニットは、この受光結果に基づいて、発光装置２から出射する光の光量、及び、電子部品４０によって反射される光の光量を算出することができる。また、算出結果に基づいて、半導体レーザ素子２０から出射される光の強弱を調整するなどの制御が可能となる。
＜第３実施形態＞
図１０は、第３実施形態に係る発光装置３の斜視図である。図１１は、図１０で示した発光装置３から蓋部材８０を除いた状態の上面図である。
発光装置３は、構成要素として、基部３１０、３つの半導体レーザ素子２０、サブマウント３０、電子部品４０、支持台５０、複数の配線７０、及び、蓋部材８０を有する。第３実施形態の発光装置３は、第１実施形態および第２実施形態の基部１０と比べて、段差部が形成される部分が異なる。また、発光装置３では、発光装置１や発光装置２と比べて、確保する必要のある第１配線領域１４の数が少ない。
確保する第１配線領域１４の数は、例えば、半導体レーザ素子２０の数の影響を受け得る。半導体レーザ素子２０を個別に駆動させたい場合、半導体レーザ素子２０の数が増えれば、必要な配線領域の数も増える。上述した第１段差部にこの配線領域を設けるとすれば、第１配線領域１４の数が増えることになる。
また例えば、確保する第１配線領域１４の数は、１の半導体レーザ素子２０が有するエミッターの数の影響を受け得る。半導体レーザ素子２０をエミッター単位で駆動させたい場合、エミッターの数が増えれば、必要な配線領域の数も増える。第１段差部にこの配線領域を設けるとすれば、第１配線領域１４の数が増えることになる。
図示される発光装置３の例では、３つの半導体レーザ素子２０のそれぞれが、エミッターが１つのみのシングルエミッターで構成される。なお、第１配線領域の数は、これに限らず、他の要因によっても変化し得る。例えば、半導体レーザ素子２０を保護するためにツェナーダイオードなどの保護素子を設ける場合などがある。
設ける必要のある第１配線領域の数によって、第１段差部として確保しなければならない領域も変わる。第１段差部を形成する領域を適当に設計し、基部の大きさを小さくできれば、発光装置の小型化に繋がる。
発光装置３では、側面部３１２において、第１段差部３１３の内側面は、半導体レーザ素子２０及び電子部品４０を直列に挟んで対向する２つの面領域のうち、半導体レーザ素子２０までの距離よりも電子部品４０までの距離の方が短い方の面領域には形成されない。これにより、発光装置を小型に設計することができる。
図示される発光装置３の例では、第１段差部３１３は、並列に挟んで対向する２つの内側面を有する。また、直列に挟んで対向する２つの内側面のうち、半導体レーザ素子２０までの距離よりも電子部品４０までの距離の方が長い方の内側面を有する段差部はない。
また、発光装置３では、第１段差部３１３は、上面視で、３つの半導体レーザ素子２０の全てに関して、半導体レーザ素子２０の出射端面に垂直な直線であって、半導体レーザ素子２０を通るいかなる直線とも交わらない領域に形成される。
以上、実施形態に係る発光装置を説明してきたが、本発明に係る発光装置は、実施形態の発光装置に厳密に限定されるものではない。つまり、本発明は、実施形態により開示された発光装置の外形や構造に限定されなければ実現できないものではない。また、全ての構成要素を必要十分に備えることを必須とせずに適用され得るものである。例えば、特許請求の範囲に、実施形態により開示された発光装置の構成要素の一部が記載されていなかった場合、その一部の構成要素については、代替、省略、形状の変形、材料の変更などの当業者による設計の自由度を認め、その上で特許請求の範囲に記載された発明が適用されることを特定するものである。
各実施形態に記載の発光装置は、ヘッドマウントディスプレイ、プロジェクタ、車載ヘッドライト、照明、ディスプレイ等に使用することができる。
１、２、３ 発光装置
１０、３１０ 基部
１１ 底面部
１２、３１２ 側面部
１３、３１３ 第１段差部
１４ 第１配線領域
１５ 第２段差部
１６ 第２配線領域
２０ 半導体レーザ素子
３０ サブマウント
４０ 電子部品
４１、２４１ 光照射面
２４２ 受光領域
２４３ 第１接合領域
２４４ 第２接合領域
５０ 支持台
５１ 傾斜面
６０ 光学部品
６１ レンズ面
７０ 配線
７１ 第１配線
７２ 第２配線
８０ 蓋部材

Claims (18)

  1. 底面を囲い前記底面から上方に伸びる側面部を有する基部と、
    前記底面に配される１以上の発光素子と、
    前記底面に配され、前記発光素子から出射された光が照射される電子部品と、
    前記発光素子と電気的に接続される１または複数の第１配線と、
    前記電子部品と電気的に接続される１または複数の第２配線と、
    を有し、
    前記側面部は、内側面と上面とで構成される段差部として、第１段差部と、前記第１段差部よりも前記底面からの高さが大きい第２段差部と、を有し、
    前記第１段差部には、１または複数の第１配線領域が設けられ、
    前記第２段差部には、１または複数の第２配線領域が設けられ、
    前記第１配線の一端は、前記第１配線領域および前記第２配線領域のうちの一方に接合され、前記第２配線の一端は、前記第１配線領域および前記第２配線領域のうちの他方に接合され、
    前記第１配線および前記第２配線のうち、前記第１配線領域に接合された配線の他端は、前記第２配線領域に接合された配線の他端よりも、前記底面からの高さが低い位置で接合される発光装置。
  2. 前記第１段差部の内側面は、前記底面と交わり、
    前記第２段差部の内側面は、前記底面と交わる請求項１に記載の発光装置。
  3. 前記第２段差部の内側面と前記底面とが交わる部分の長さの方が、前記第２段差部の内側面と前記第１段差部の上面とが交わる部分の長さよりも大きい、請求項１または２に記載の発光装置。
  4. 前記基部は、前記底面を構成する底面部と、前記側面部とが一体となっている請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
  5. 前記基部は、前記底面を構成する底面部と、前記側面部と、を有し、
    前記底面部は、前記側面部よりも熱伝導率が高い請求項１乃至３のいずれか一項に記載の発光装置。
  6. 前記電子部品には、前記発光素子から出射された主要部分の光が全て照射される請求項１乃至５のいずれか一項に記載の発光装置。
  7. 前記電子部品は、前記発光素子から所定の方向へと出射された前記主要部分の光の少なくとも８０％以上を、前記所定の方向とは異なる方向へと進行させる請求項６に記載の発光装置。
  8. 前記電子部品は、ＭＥＭＳまたはフォトダイオードである請求項１乃至７のいずれか一項に記載の発光装置。
  9. 前記電子部品において前記発光素子から出射された光が照射される面は、前記底面に対して１０度以上８０度以下の角度で傾いている請求項１乃至８のいずれか一項に記載の発光装置。
  10. 前記第１配線および前記第２配線のうち、前記第２配線領域に接合された配線の他端は、前記底面からの高さが、前記第１配線領域よりも高い位置に配置される請求項１乃至９のいずれか一項に記載の発光装置。
  11. 前記第１配線領域に前記１または複数の第１配線が接合され、
    前記第２配線領域に前記１または複数の第２配線が接合される請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の発光装置。
  12. 前記１または複数の第１配線の他端は、前記発光素子の上面または前記発光素子が配されるサブマウントの上面に接合される請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の発光装置。
  13. 前記第２段差部の内側面は、前記発光素子及び前記電子部品を直列に挟んで対向する２つの面領域のうち、前記発光素子までの距離よりも前記電子部品までの距離の方が短い方の面領域に形成される請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の発光装置。
  14. 前記第１段差部の内側面は、前記発光素子及び前記電子部品を並列に挟んで対向する２つの面領域に形成される請求項１３に記載の発光装置。
  15. 前記第１段差部の内側面は、前記発光素子及び前記電子部品を直列に挟んで対向する２つの面領域のうち、前記発光素子までの距離よりも前記電子部品までの距離の方が短い方の面領域には形成されない請求項１４に記載の発光装置。
  16. 前記第１段差部の内側面は、前記発光素子及び前記電子部品を直列に挟んで対向する２つの面領域のうち、前記発光素子までの距離よりも前記電子部品までの距離の方が長い方の面領域に形成される請求項１５に記載の発光装置。
  17. 前記基部の底面に配され、前記底面に対して傾いた傾斜面を有する支持台、をさらに有し、
    前記電子部品は、前記支持台の傾斜面の上に配される請求項１乃至１６のいずれか一項に記載の発光装置。
  18. 前記第２段差部よりも上方に位置する前記基部の上面に接合され、前記発光素子が配置される空間を気密封止する蓋部材、をさらに有する請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の発光装置。
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