Светоизлучающее устройство
Светоизлучающее устройство включает основание; лазерный элемент, расположенный на верхней поверхности основания и выполненный с возможностью излучения лазерного пучка продольно; люминесцентный элемент, расположенный на верхней поверхности основания; первый оптический элемент, расположенный на верхней поверхности основания и имеющий входную боковую поверхность, через которую входит лазерный пучок во время эксплуатации, и выходную боковую поверхность, через которую выходит лазерный пучок во время эксплуатации, и предназначенный для изменения направления распространения лазерного пучка таким образом, чтобы лазерный пучок, прошедший через первый оптический элемент, облучал верхнюю поверхность люминесцентного элемента; и крышку, содержащую: светозащитный элемент и светопропускающий элемент, расположенный над сквозным отверстием, лазерным элементом, люминесцентным элементом и первым оптическим элементом, при этом светозащитный элемент имеет выступающий участок, продолжающийся вниз в положение, которое ниже верхнего края первого оптического элемента, так, чтобы быть обращенным к выходной боковой поверхности первого оптического элемента. Изобретение обеспечивает возможность повышение эффективности и безопасности. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.
Ссылка на родственную заявку
Настоящая заявка испрашивает приоритет по заявке на патент Японии № 2016167457, поданной 30 августа 2016 г., описание которой в полном объеме включено настоящим в данный документ посредством ссылки.
Уровень техники
Настоящее изобретение относится к светоизлучающему устройству.
Известно светоизлучающее устройство, включающее в себя лазерный элемент и люминесцентный элемент на основании, которое позволяет лазерному пучку проникать в люминесцентный элемент, при этом излучая свет с верхней поверхности люминесцентного элемента. См., например, патентную публикацию Японии № 2010251686. Такое светоизлучающее устройство содержит корпус с окном над основанием, и свет, излученный с верхней поверхности люминесцентного элемента, выводится из окна.
Светоизлучающее устройство, раскрытое в вышеупомянутом патентном документе, характеризуется низкой эффективностью вывода света вследствие того, что лазерный пучок входит в боковую поверхность люминесцентного элемента, а свет выводится с верхней поверхности люминесцентного элемента. Другими словами, использование света снижено в виду того, что свет поглощается или рассеивается внутри люминесцентного элемента в течение времени с момента входа лазерного пучка в боковую поверхность люминесцентного элемента до момента выхода света из верхней поверхности люминесцентного элемента.
Потенциальная конструкция, позволяющая лазерному пучку входить в верхнюю поверхность люминесцентного элемента и выводить свет из нее же, включает в себя, например, оптический элемент, такой как призма, расположенный между лазерным элементом и люминесцентным элементом таким образом, чтобы с его помощью изменять направление распространения лазерного пучка в направлении верхней поверхности люминесцентного элемента. В таком случае, однако, имеется возможность для части лазерного пучка, входящего в оптический элемент, проходить непосредственно в направлении окна в виде рассеянного света; таким образом, с точки зрения обеспечения безопасности имеется простор для совершенствования светоизлучающего устройства.
Раскрытие сущности изобретения
Задача некоторых вариантов осуществления настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить светоизлучающее устройство, способное обеспечить высокий уровень безопасности.
Светоизлучающее устройство в одном из вариантов осуществления настоящего изобретения включает в себя: основание; лазерный элемент, расположенный на верхней поверхности основы и излучающий лазерный пучок продольно; люминесцентный элемент, расположенный на верхней поверхности основания и излучающий люминесцентный свет при его облучении лазерным пучком; первый оптический элемент, расположенный на верхней поверхности основания, имеющий входную боковую поверхность, через которую входит лазерный пучок, и выходную боковую поверхность, через которую выходит лазерный пучок, и изменяющий направление распространения лазерного пучка таким образом, чтобы обеспечить передачу лазерного пучка через первый оптический элемент для облучения верхней поверхности люминесцентного элемента; и крышку, содержащую светозащитный элемент, снабженный сквозным отверстием, проходящим через него в направлении сверху вниз, расположенным над люминесцентным элементом, и светопропускающий элемент, закрывающий сквозное отверстие и покрывающий лазерный элемент, люминесцентный элемент и первый оптический элемент. Светозащитный элемент имеет выступающий участок, продолжающийся вниз в положение, которое ниже верхнего края первого оптического элемента, таким образом, чтобы быть обращенным к входной боковой поверхности первого оптического элемента.
Светоизлучающее устройство в некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения может обеспечивать высокий уровень безопасности.
Краткое описание чертежей
На чертежах показано:
на Фиг. 1 - схематичный перспективный вид светоизлучающего устройства в одном из вариантов осуществления изобретения;
на Фиг. 2 - схематичный вид сверху светоизлучающего устройства в одном из вариантов осуществления изобретения;
на Фиг. 3 - схематичный вид сечения светоизлучающего устройства в плоскости III-III, обозначенной на Фиг. 2;
на Фиг. 4А-4 D - схематичные виды сечений примеров выступающего участка;
на Фиг. 5 - схематичный перспективный вид светоизлучающего устройства в одном из вариантов осуществления изобретения;
на Фиг. 6 - схематичный вид сверху светоизлучающего устройства в варианте осуществления изобретения;
на Фиг. 7 - схематичный вид сечения светоизлучающего устройства в плоскости VII-VII, обозначенной на Фиг. 6.
Подробное описание изобретения
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения рассмотрены ниже со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи. Описанные ниже варианты осуществления изобретения служат, однако, только для придания формы техническим идеям настоящего изобретения. Если не указано иное, настоящее изобретение не ограничивается описанным ниже. Габариты и/или взаимное расположение компонентов или т.п., показанных на чертежах, могут быть преувеличены для ясности описания.
Первый вариант осуществления изобретения
На Фиг. 1 показан схематичный перспективный вид светоизлучающего устройства 100 в первом варианте осуществления. На Фиг. 2 показан схематичный вид сверху светоизлучающего устройства 100. На Фиг. 3 показан схематичный вид сечения в плоскости III-III, обозначенной на Фиг. 2
Светоизлучающее устройство 100 включает в себя: лазерный элемент, расположенный на верхней поверхности основания 10 и излучающий вбок лазерный пучок; и люминесцентный элемент 40, закрепленный на верхней поверхности основания 10 и излучающий люминесцентный свет при его облучении лазерным пучком. Светоизлучающее устройство 100 также включает в себя первый оптический элемент 30, расположенный на верхней поверхности основания 10. Первый оптический элемент 30 имеет входную боковую поверхность 30а, через которую входит лазерный пучок, и выходную боковую поверхность 30b, через которую выходит лазерный пучок, и может изменять направление распространения лазерного пучка, проходящего через первый оптический элемент 30, на более низкое направление. Светоизлучающее устройство 100 также включает в себя крышку 50, покрывающую лазерный элемент 20, люминесцентный элемент 40 и первый оптический элемент 30. Крышка 50 содержит светозащитный элемент 51. Светозащитный элемент 51 снабжен сквозным отверстием, которое проходит через светозащитный элемент 51 в вертикальном направлении в месте над люминесцентным элементом 40, и светопропускающий элемент 57, который закрывает сквозное отверстие 52. Для изготовления светопропускающего элемента 57 используется материал, пригодный для пропускания света, излученного люминесцентным элементом 40.
В данном варианте осуществления изобретения лазерный элемент 20 располагается на верхней поверхности основы 10 на подложке 70. Люминесцентный элемент 40 располагается ниже оптической оси лазерного пучка, излучаемого лазерным элементом 20. Направление распространения лазерного пучка, излученного горизонтально лазерным элементом 20, изменяется на более низкое направление первым оптическим элементом 30, и лазерный пучок наклонно падает на верхнюю поверхность люминесцентного элемента 40. При возбуждении входящим лазерным пучком люминесцентный элемент 40 излучает свет, имеющий длину волны, отличающуюся от длины волны лазерного пучка. Свет с измененной длиной волны излучается в основном в переднем направлении с верхней поверхности люминесцентного элемента 40 и проходит через светопропускающий элемент 57, расположенный над сквозным отверстием 52 светозащитного элемента 51 вместе с частью отраженного света, который был отражен без возбуждения люминесцентного элемента 40 и затем, в конечном итоге, выводится из верхней поверхности светоизлучающего устройства 100. Таким образом, например, с верхней поверхности светоизлучающего устройства 100 может выводиться белый свет. Здесь верхней поверхностью светоизлучающего устройства 100 называют поверхность, из которой выходит свет, другими словами, поверхность, на которой расположен светопропускающий элемент 57. В случае, когда свет, излучаемый светоизлучающим устройством 100, является белым светом, лазерный пучок представляет собой, например, голубой свет, а свет с преобразованной длиной волны является, например, желтым светом.
Первый оптический элемент 30 может изменять направление распространения лазерного пучка. Первый оптический элемент 30 позволяет лазерному пучку наклонно входить в верхнюю поверхность люминесцентного элемента 40 даже когда лазерный пучок, излученный лазерным элементом 20, по существу параллелен верхней поверхности основы 10, т.е. когда лазерный пучок излучен в направлении, проходящем над люминесцентным элементом 40. Люминесцентный элемент 40 излучает свет в основном с верхней поверхности и ее окружения, скорее, чем изнутри. Поверхность вывода света светоизлучающего устройства 100 расположена над люминесцентным элементом 40. Это позволяет улучшить эффективность вывода света из светоизлучающего устройства 100, таким образом, увеличивая яркость по сравнению со случаем, когда верхняя поверхность люминесцентного элемента 40, подвергающаяся облучению лазерным пучком, и поверхность вывода света светоизлучающего устройства 100 не располагаются на одной и той же стороне. Люминесцентный элемент 40 возбуждают лазерным пучком в основном со стороны верхней поверхности и ее окрестностей, вследствие этого толщина люминесцентного элемента 40 может быть уменьшена по сравнению со случаем, когда лазерный пучок входит в боковую поверхность люминесцентного элемента 40, а свет выводится с верхней поверхности люминесцентного элемента. Это обеспечивает эффективную передачу генерируемого тепла основанию 10. Это также способствует микроминиатюризации светоизлучающего устройства 100.
Светозащитный элемент 51 крышки 50 соединяется с верхней поверхностью основания 10 с помощью металлической детали 80, герметизируя лазерный элемент 20 и первый оптический элемент 30 с помощью крышки 50 и основания 10. Светозащитный элемент 51 имеет плоский участок 51а со сквозным отверстием 52 и боковой участок 51b, продолжающийся вниз от краев плоского участка 51а, формируя чашку. Светопропускающий элемент 57 крепится к верхней поверхности плоского участка 51а в положении, закрывающем сквозное отверстие 52. Светозащитный элемент 51 также имеет фланец 51с, продолжающийся наружу по существу под прямым углом от нижнего края бокового участка 51b и соединенный с основанием 10.
Светозащитный элемент 51 имеет выступающий участок 53 на нижней стороне плоского участка 51, выступающий до уровня, который ниже, чем верхний край первого оптического элемента 30, чтобы быть обращенным к выходной боковой поверхности 30b первого оптического элемента 30. Выступающий участок 53 имеется по всему сквозному отверстию 52. Даже если часть лазерного пучка, входящего в первый оптический элемент 30, выйдет в виде рассеянного света из верхней поверхности первого оптического элемента 30 в направлении сквозного отверстия 52, такой рассеянный свет может быть отражен выступающим участком 52. Это, таким образом, предотвращает или препятствует непосредственному выходу такого рассеянного света наружу из светоизлучающего устройства.
Ниже по тексту каждый элемент рассматривается подробно.
Светоизлучающее устройство 100 имеет по существу прямоугольную форму, если смотреть сверху. Размер стороны светоизлучающего устройства предпочтительно составляет 5 мм, более предпочтительно 10 мм по соображениям рассеяния тепла. В целях микроминиатюризации светоизлучающее устройство 100 имеет размер стороны максимум 25 мм, более предпочтительно максимум 20 мм. Верхняя поверхность основания предпочтительно имеет размер стороны по меньшей мере 1 мм, более предпочтительно по меньшей мере 2 мм для размещения элементов, таких как лазерный элемент 20. Толщина светоизлучающего устройства 100 составляет максимум 6 мм. Под толщиной светоизлучающего устройства 100 понимается расстояние от нижней поверхности основания 10 до верхней поверхности крышки 50 (в данном варианте осуществления - до верхней поверхности светопропускающего элемента 57).
Лазерный элемент 20
В качестве лазерного элемента 20 может использоваться заданное количество различных типов лазерных элементов. В светоизлучающем устройстве 100 используется полупроводниковый лазерный элемент на основе GaN. Полупроводниковый лазерный элемент на основе GaN может иметь длину волны излучения, например, от 350 нм до 600 нм, предпочтительно от 430 нм до 460 нм. Мощность лазерного элемента 20 может составлять, например, от 2 Вт до 4 Вт.
Лазерный элемент 20 предпочтительно смонтирован переходом вниз на основании 10. В данном случае монтаж переходом вниз подразумевает монтаж главной поверхности лазерного элемента 20 ближе к его активному слою на монтажной поверхности основания 10, например, монтаж лазерного элемента 20 таким образом, чтобы его активный слой располагался ниже половины толщины лазерного элемента 20. Это позволяет эффективно рассеивать с помощью основания 10 тепло, генерируемое лазерным элементом 20.
В светоизлучающем устройстве 100 подложка 70 располагается на верхней поверхности основания 10, а лазерный элемент 20 располагается на подложке 70. Это позволяет удалить светоизлучающую поверхность лазерного элемента 20 от монтажной поверхности основания 10. В результате это сокращает количество случаев попадания лазерного пучка на монтажную поверхность основания 10, тем самым облегчая лазерному пучку наклонное падение на верхнюю поверхность люминесцентного элемента 40. В качестве материала подложки 70 могут использоваться, например, нитрид алюминия, карбид кремния и т.п. В светоизлучающем устройстве 100 для подложки использован карбид кремния ввиду его высокой теплопроводности. Толщина подложки 70 может составлять, например, от 0,2 мм до 0,5 мм. Лазерный элемент 20 может непосредственно располагаться на монтажной поверхности основания 10.
Первый оптический элемент 30
Первый оптический элемент 30 представляет собой элемент, предназначенный для изменения направления распространения лазерного пучка.
В предпочтительном варианте осуществления первый оптический элемент 30 представляет собой призму, имеющую входную боковую поверхность 30а, через которую входит лазерный пучок, и выходную боковую поверхность 30b, через которую выходит лазерный пучок. Упомянутая призма представляет собой прозрачный многогранник, выполненный из неорганического материала, такого как кварц, сапфир, и т.п. В светоизлучающем устройстве 100 в качестве первого оптического элемента 30 используется многоугольная стеклянная призма, установленная поперек одной поверхностью на верхней поверхности основания 10. Упомянутый первый оптический элемент 30 не содержит люминофора или наполнителей. Первый оптический элемент 30 может изменять направление распространения света путем преломления света. Направление распространения света может также изменяться путем отражения света первым оптическим элементом 30.
Первый оптический элемент 30 имеет нижнюю поверхность, смежную с выходной боковой поверхностью 30b. В случае, когда первый оптический элемент 30 располагается между лазерным элементом 20 и люминесцентным элементом 40, если смотреть сверху, предпочтительно, чтобы выходная боковая поверхность 30b и нижняя поверхность первого оптического элемента 30 образовывали острый угол. Такой угол составляет 55 градусов в случае светоизлучающего устройства 100, но может составлять, к примеру, от 50 до 70 градусов. Таким образом, лазерный пучок, входящий в первый оптический элемент 30 может преломляться вниз, чтобы выходить из выходной боковой поверхности 30b в направлении верхней поверхности люминесцентного элемента 40. Это, кроме того, позволяет лазерному пучку входить в люминесцентный элемент 40 с относительно короткого расстояния от лазерного элемента 20. Это помогает также уменьшить снижение эффективности использования лазерного пучка. Кроме того, может быть снижен эффект расхождения составных элементов лазерного пучка.
Первый оптический элемент 30 предпочтительно располагают в положении, не перекрывающем люминесцентный элемент 40, если смотреть сверху. Это позволяет уменьшить вероятность возникновения затенения части вертикально излученного света люминесцентного элемента 40 первым оптическим элементом 30. Свет, излученный люминесцентным элементом 40, с меньшей долей вероятности попадает на первый оптический элемент 30, тем самым предотвращая снижение эффективности вывода света.
В случае, когда первый оптический элемент 30 располагается между лазерным элементом 20 и люминесцентным элементом 40, предпочтительно использовать просветляющее покрытие на входной боковой поверхности 30а и выходной боковой поверхности 30b первого оптического элемента 30. Это может увеличить коэффициент пропускания лазерного пучка, тем самым улучшая эффективность прохождения лазерного пучка через первый оптический элемент 30.
Верхняя поверхность первого оптического элемента 30 предпочтительно плоская, так что она может монтироваться на основании 10 с помощью вакуумной присоски. Также предпочтительно формировать экранирующую свет пленку на верхней поверхности первого оптического элемента 30. Это позволяет уменьшить рассеяние света. Часть лазерного пучка, входящего в первый оптический элемент 30, может случайно выходить через верхнюю поверхность первого оптического элемента 30 и выводится через светопропускающий элемент 57. Вероятность таких случаев может быть снижена путем нанесения на верхнюю поверхность пленки, экранирующей свет. Нижнюю поверхность первого оптического элемента 30 предпочтительно металлизируют золотом, так что нижняя поверхность и металлизированная золотом монтажная поверхность основания 10 могут связываться нано частицами золота или с помощью связующего элемента типа Au-Sn.
Входная боковая поверхность 30а первого оптического элемента 30 предпочтительно по существу перпендикулярна оптической оси входящего лазерного пучка. Первый оптический элемент 30 вышеупомянутой конструкции может изготавливаться упрощенным способом.
Второй оптический элемент 60
Предпочтительно, чтобы второй оптический элемент 60 размещался между лазерным элементом 20 и первым оптическим элементом 30. В светоизлучающем устройстве 100 второй оптический элемент 60 имеет несущий участок в форме прямоугольного параллелепипеда и линзовый участок 60а, и линзовый участок 60а выступает из имеющего форму прямоугольного параллелепипеда несущего участка. Линзовый участок 60а преимущественно предназначен для сжимания пучка лазерного пучка или преобразования его в параллельные лучи света. Таким образом, пучок лазерного пучка, излученный лазерным элементом 20, распространяющийся в направлении первого оптического элемента 30, может быть сжат или преобразован в параллельные лучи, чтобы наклонно падать на первый оптический элемент 30. В результате эффективность использования лазерного пучка будет снижаться с меньшей долей вероятности. Толщина подложки 70, если она имеется под лазерным элементом 20, может быть также уменьшена. Толщина подложки 70 может быть уменьшена вследствие того, что второй оптический элемент уменьшает необходимость увеличения высоты точки излучения света лазерным элементом 20 путем увеличения толщины подложки 70, чтобы позволить пучку света, распространяющемуся в направлении нижней части первого оптического элемента 30, попадать на первый оптический элемент 30. В результате тепло, генерируемое лазерным элементом 20, может эффективно рассеиваться основанием 10, и толщина светоизлучающего устройства 100 может быть также уменьшена.
В линзовом участке 60а предпочтительно использовать цилиндрическую линзу, имеющую искривленную поверхность на стороне, с которой распространяется лазерный пучок. Цилиндрическая линза может сжимать пучок лазерного пучка, который распространяется в вертикальном направлении (т.е. в направлении, перпендикулярном основной плоскости/монтажной поверхности лазерного элемента 20) при распространении. Лазерный пучок, излученный полупроводниковым лазерным элементом, обычно распространяется, рассеиваясь больше в вертикальном направлении, чем в боковом направлении (т.е. в направлении, перпендикулярном боковому направлению и параллельном основной плоскости/монтажной поверхности лазерного элемента 20). Таким образом, пучок лазерного пучка может эффективно сжиматься, чтобы падать на первый оптический элемент 30. В светоизлучающем устройстве 100 цилиндрическая линза располагается по центру несущего участка, имеющего форму прямоугольного параллелепипеда. Таким образом, оптическая ось цилиндрической линзы может быть легко совмещена с оптической осью лазерного пучка, дополнительно облегчая установку второго оптического элемента на монтажной поверхности основания 10.
Искривленные поверхности линзового участка 60а могут иметь сферическую или не сферическую форму. Кроме того, поверхность падения луча линзового участка 60а может быть плоской поверхностью. Искривленные поверхности линзового участка 60а предпочтительно имеют просветляющее покрытие.
Второй оптический элемент 60 предпочтительно имеет плоскую верхнюю поверхность, так что он может монтироваться на монтажной поверхности основания 10 с помощью вакуумной присоски. Кроме того, нижнюю поверхность второго оптического элемента 30 предпочтительно металлизируют золотом, так что металлизированная золотом монтажная поверхность основания 10 и нижняя поверхность второго оптического элемента 60 могут связываться друг с другом нано частицами золота или с помощью связующего элемента типа Au-Sn или т.п.
Люминесцентный элемент 40
Люминесцентный элемент 40 представляет собой элемент, содержащий люминофор. Примерами люминесцентных элементов 40 являются элементы, выполненные путем спекания самого люминофора или элементы, выполненные путем спекания люминофора, в который добавлены спекающие добавки.
Для люминесцентного элемента 40 предпочтительны те излучающие люминесцентный свет материалы, которые при взаимодействии с лазерным элементом 20 могут испускать белый свет. Это позволяет использовать светоизлучающее устройство в качестве источника света для фар головных огней транспортных средств, осветительного оборудования и т.п. Например, в случае, когда лазерный элемент 20 излучает голубой свет, может использоваться люминофор, использующий свет, излученный лазерным элементом 20 в качестве возбуждающего света, чтобы излучать желтый свет. Примеры люминофоров, излучающих желтый свет, включают в себя люминофоры на основе YAG. В случае, когда лазерный элемент 20 излучает свет более короткой длины волны, чем голубой свет (например, ультрафиолетовый свет), могут использоваться люминофоры, отдельно излучающие голубой, зеленый или красный свет.
В качестве спекающей добавки могут использоваться оксид кремния, оксид алюминия и т.п. Среди них особо предпочтителен оксид алюминия. Это благодаря тому, что оксид алюминия имеет высокую температуру плавления и стоек к воздействию тепла и света.
В светоизлучающем устройстве 100 к люминесцентному элементу 40 может применяться обработка с целью придания способности рассеивать свет. Обработка с целью придания способности рассеивать свет включает в себя, например, придание верхней поверхности люминесцентного элемента 40 шероховатости и осаждение на верхней поверхности слоя рассеяния с распределенным в нем наполнителем. Альтернативно наполнитель может распределяться в люминесцентном элементе 40. Таким образом, лазерный пучок рассеивается при облучении люминесцентного элемента 40, вследствие чего направленность отраженного света может быть снижена по сравнению со случаем, когда к люминесцентному элементу не применяется диффузионная обработка. В результате направленность отраженного света может быть приведена ближе к направленности света с преобразованной длиной волны, В частности, например, когда отраженный свет голубой, а преобразованный свет желтый, приведение их направленности ближе друг к другу может снизить цветовую неоднородность в белом свете, выводимом из светоизлучающего устройства.
Верхнюю поверхность люминесцентного элемента 40 предпочтительно располагают ближе к монтажной поверхности основания 10, чем точка излучения света лазерного элемента 20 в высотном направлении. Это облегчает лазерному пучку наклонный вход в верхнюю поверхность люминесцентного элемента 40. Толщина люминесцентного элемента 40 составляет предпочтительно от 0,05 мм до 0,5 мм, более предпочтительно от 0,1 мм до 0,2 мм.
Люминесцентный элемент может, например, иметь форму прямоугольного параллелепипеда, шириной, предпочтительно, 1 мм или меньше (например, шириной W на Фиг. 2) и длиной, предпочтительно, 1 мм или меньше (например, длиной L на Фиг. 2), и более предпочтительно шириной 0,5 мм или меньше и длиной 0,5 мм или меньше. Такой диапазон позволяет светоизлучающему устройству 100 обеспечивать более высокую яркость при меньшей площади излучения света люминесцентного элемента 40. Задание ширины люминесцентного элемента 40 по меньшей мере 0,1 мм и его длины по меньшей мере 0,1 мм помогает снизить вероятность непопадания лазерного пучка в люминесцентный элемент 40, даже в случае смещения положения люминесцентного элемента 40 на монтажной поверхности. Это может снизить вероятность того, что лазерный свет будет выводиться непосредственно из светоизлучающего устройства 100 без прохождения через люминесцентный элемент 40. В светоизлучающем устройстве 100 люминесцентный элемент 40 имеет по существу квадратную форму, если смотреть сверху, но может иметь любую другую форму.
Основание 10
Основание 10 может выполняться, например, из керамического и/или металлического материала, такого как нитрид алюминия или оксид алюминия. Выполнение основания 10 в основном из нитрида алюминия предпочтительно, т.к. его теплопроводность и стойкость к коррозии может быть улучшена. Если основание 10 в основном выполнено из слоя керамики, то описываемые ниже внутренние электропроводящие элементы, которые должны соединяться с внешними электродами, могут встраиваться в основание 10. Формирование внутренних электропроводящих элементов внутри основания 10 обеспечивает электрическое соединения между внутренним герметичным пространством и наружными компонентами, при этом исключая необходимость в контактных клеммах, которые проникают в основание 10, и легко обеспечивая герметичное уплотнение. Внутренние электропроводящие элементы могут формироваться главным образом, например, из вольфрама и молибдена.
Верхняя поверхность основания 10 предпочтительно плоская. Верхняя поверхность основания 10 предпочтительно также должна быть параллельной нижней поверхности основания 10. Это позволяет устанавливать радиатор на нижней поверхности основания 10, тем самым обеспечивая более равномерное рассеяние тепла при высокой эффективности для каждого элемента, расположенного на верхней поверхности основания 10.
Основание 10 может содержать внешние электроды 11 на верхней лицевой поверхности для электрического соединения с внешними компонентами. Внешние электроды 11 формируют на внешней стороне площадки, где крышка 50 соединяется с верхней поверхностью основания 10. Внешние электроды 11 электрически соединены с внутренней стороной площадки, где соединяется крышка 50, используя внутренние электропроводящие элементы. Для внешних электродов 11, например, может использоваться металлическая пленка. Металлическая пленка может содержать, например, Au, Ag, Al, Ti, Pt, Ni, or Pd. Для металлической пленки внешних электродов 11 может использоваться тот же материал, который осажден в качестве металлической пленки на монтажную поверхность основания 10.
Металлическая деталь 80
На верхней поверхности основания 10 может располагаться металлическая деталь 80, соединяемая с крышкой 50. Металлическая деталь 80 может содержать, например, железо или ковар в качестве основного компонента и покрытие из Ni или Au, наносимое на ее поверхность. Металлическая деталь 80 крепится к верхней поверхности основания 10 с помощью серебряного тугоплавкого припоя или т.п. В случае, когда основание 10 выполнено главным образом из керамики, размещение металлической детали 80 на верхней поверхности основания 10 позволяет крепить крышку 50 к основанию 10 с помощью сварки, например, шовной сварки, при этом легко обеспечивая герметичное уплотнение светоизлучающего устройства 100.
Крышка 50
Крышка 50 содержит светозащитный элемент 51 и светопропускающий элемент 57 и используется для герметизации лазерного элемента 20. Уплотнение может быть такого уровня, который не допускает проникновения газа или влаги за пределы заранее определенного объема. Предпочтительно герметичное уплотнение. В случае, когда лазерный элемент 20 представляет собой, например, полупроводниковый лазерный элемент на основе GaN, плотность света особенно высока на поверхности излучения света лазерного элемента 20 и в ее окрестностях, легко собирающих пыль органического происхождения. Герметичное уплотнение не только препятствует или предотвращает это, но также снижает воздействие внешней влаги на люминесцентный элемент 40. Крышка 50 снабжена чашеобразным светозащитным элементом 51, имеющим сквозное отверстие 52, и светопропускающим элементом 57, закрывающим сквозное отверстие 52.
Светозащитный элемент 51
Светозащитный элемент 51 имеет чашеобразную форму и открыт в направлении основания 10. Светозащитный элемент 51 может соединяться с основанием 10 сваркой, такой как шовная сварка. Светозащитный элемент 51 и основание 10 могут прочно свариваться друг с другом, вследствие чего светоизлучающее устройство 100 может иметь светозащитный элемент 51, который меньше подвержен отделению от основания 10, даже когда светоизлучающее устройство 100 подвергается ударному воздействию, такому как вибрация.
Сквозное отверстие 52 выполняют в плоском участке 51 светозащитного элемента 51. Сквозное отверстие 52 представляет собой отверстие, через которое проходит свет, излучаемый люминесцентным элементом 40. Здесь в качестве примера показано прямоугольное сквозное отверстие 52, если смотреть на крышку 50 сверху, но форма отверстия не ограничивается этим. Например, форма может быть квадратной, круглой, овальной, ромбовидной или многоугольной в зависимости от применения.
Уровень безопасности светоизлучающего устройства 100 может быть повышен благодаря тому, что светозащитный элемент 51, обладающий светозащитными свойствами, способен снизить вероятность непосредственного выхода лазерного пучка из светоизлучающего устройства 100 без попадания в люминесцентный элемент 40. Что касается материала, используемого для изготовления светозащитного элемента 51, то могут использоваться металлы, содержащие ковар, нержавеющую сталь или т.п., и на поверхность может наноситься покрытие из Ni или Au. Светозащитный элемент 51 может соединяться с основанием 10 сваркой, такой как шовная сварка. Светозащитный элемент 51 и основание 10 могут прочно свариваться друг с другом, вследствие этого светоизлучающее устройство 100 может иметь светозащитный элемент 51, который меньше подвержен отделению от основания 10, даже когда светоизлучающее устройство 100 подвергается ударному воздействию, такому как вибрация.
На Фиг. 4А представлен схематичный вид сечения примера выступающего участка 53. Выступающий участок 53 выполнен по периметру сквозного отверстия 52 таким образом, чтобы продолжить вниз часть плоского участка 51а. В светоизлучающем устройстве 100 выступающий участок имеет трубчатую форму и включает в себя верхнее отверстие 54, соответствующее верхнему концу сквозного отверстия 52, и нижнее отверстие 55, соответствующее нижнему концу сквозного отверстия 52. Люминесцентный элемент 40 предпочтительно располагается на внутренней стороне нижнего отверстия 55, если смотреть на крышку 50 сверху. Это позволяет свету, излученному люминесцентным элементом 40, эффективно выводиться из светоизлучающего устройства.
Выступающий участок 53 предпочтительно продолжается до положения, которое ниже, чем верхний край первого оптического элемента 30, чтобы быть обращенным к выходной боковой поверхности первого оптического элемента 30. Расстояние между нижней поверхностью (т.е. нижним краем) выступающего участка 53 и верхней поверхностью люминесцентного элемента 40 предпочтительно составляет максимум 5 мм. Это помогает улучшить эффективность вывода света светоизлучающего устройства 100. Другими словами, свет из люминесцентного элемента 40 рассеивается пропорционально расстоянию от люминесцентного элемента 40, вследствие этого располагая нижнюю поверхность выступающего участка 53 и верхнюю поверхность люминесцентного элемента 40 рядом друг с другом, можно уменьшить вероятность того, что свет из люминесцентного элемента 40 попадет в область, иную, чем сквозное отверстие 52, тем самым повышая эффективность вывода света.
На Фиг. 4В представлен схематичный вид сечения одного из вариантов выполнения выступающего участка 53. Выступающий участок 53 выполнен таким образом, что ширина верхнего отверстия 54 больше ширины нижнего отверстия 55. Другими словами, внутренняя стенка сквозного отверстия 52 наклонена, при этом отверстие становится больше от нижней стороны к верхней стороне. Возвращающийся свет света, входящего в сквозное отверстие 52, может отражаться внутренней поверхностью стенки сквозного отверстия 52, чтобы выводиться эффективно.
На Фиг. 4С представлен схематичный вид сечения другого варианта выполнения выступающего участка 53. На Фиг. 4С нижний конец выступающего участка 53 изогнут наружу (от центральной оси сквозного отверстия 52). Даже если на нижнем конце выступающего участка 53 в процессе обработки крышки образуются заусенцы, такая конфигурация способна не допускать или предотвращать блокировку света заусенцами.
На Фиг. 4D представлен схематичный вид сечения еще одного варианта выполнения выступающего участка 53. На Фиг. 4D выступающий участок 53 сформирован только в месте, обращенном к первому оптическому элементу 30 между первым оптическим элементом 30 и сквозным отверстием 52, если смотреть на крышку 50 сверху. Даже если часть лазерного пучка, входящая в первый оптический элемент 30, выходит в виде рассеянного света из верхней поверхности первого оптического элемента 30 в направлении сквозного отверстия 52, в такой конфигурации такой рассеянный свет может также отражаться выступающим участком 53, тем самым не допуская или предотвращая непосредственный выход такого света из светоизлучающего устройства.
Светопропускающий элемент 57
Светопропускающий элемент 57 пропускает свет от люминесцентного элемента 40. Светопропускающий элемент 57 крепится к верхней поверхности плоского участка 51а светозащитного элемента 51 таким образом, чтобы закрывать сквозное отверстие 52 светозащитного элемента 51. Материал светопропускающего элемента 57 предпочтительно может иметь похожий коэффициент линейного расширения, что и материал светозащитного элемента 51, чтобы улучшить достигнутую с основанием 10 воздухонепроницаемость. В частности, в качестве светопропускающего элемента 57 может использоваться стекло. В светоизлучающем устройстве 100 в качестве светопропускающего элемента 57 использовано боросиликатное стекло. Предпочтительно также использование просветляющего покрытия на обеих поверхностях светопропускающего элемента 57. Это позволяет улучшить коэффициент пропускания света от люминесцентного элемента 40, таким образом уменьшая снижение эффективности вывода света. В светоизлучающем устройстве 100 светопропускающий элемент 57 не содержит люминофора. Светозащитный элемент 51 и светопропускающий элемент 57 могут соединяться друг с другом с помощью, например, легкоплавкого стекла.
Второй вариант осуществления изобретения
На Фиг. 5 показан схематичный перспективный вид светоизлучающего устройства 200 во втором варианте осуществления. На Фиг. 6 показан вид сверху светоизлучающего устройства 200. На Фиг. 7 показан вид сечения светоизлучающего устройства в плоскости VII-VII, обозначенной на Фиг. 6.
В светоизлучающем устройстве 200 основание 110 имеет выемку 110а, открытую вверх. В данном случае, в виду того, что лазерный элемент 120 и другие элементы смонтированы на нижней поверхности выемки 110а, нижняя поверхность выемки 110а служит монтажной поверхностью. Принимая во внимание эффективность рассеяния тепла, выемка 110а имеет плоскую нижнюю поверхность. Нижняя поверхность выемки 110а по существу параллельна нижней поверхности основания 110.
Крышка 150 соединена с верхней поверхностью основания 110 таким образом, чтобы закрывать отверстие выемки 110а в основании 110 с целью герметизации лазерного элемента 120, люминесцентного элемента 140 и первого оптического элемента 130 в выемке 110а. Крышка 150 крепится к основанию 110 с помощью металлической детали 180 таким образом, чтобы герметично уплотнить основание 110.
Светозащитный элемент 151 крышки 150 имеет выемку, выполненную в виде плоского участка 151а, в которой выполнено сквозное отверстие 152, и бокового участка 151b, продолжающегося вверх по существу от края плоского участка 151а. Светозащитный элемент 151 также имеет фланец 151с, продолжающийся наружу по существу под прямым углом от верхнего края бокового участка 151b и соединенный с основанием 110 посредством металлической детали 180. В выемке светозащитного элемента 151 располагается светопропускающий элемент 157. Такая конструкция затрудняет контакт элементов, расположенных вне светоизлучающего устройства 200, со светопропускающим элементом 157, и снижается вероятность повреждения светопропускающего элемента 157.
Светозащитный элемент 151 имеет выступающий участок 153 на нижней стороне плоского участка 151а, выступающий в положение, которое ниже, чем верхний край первого оптического элемента 130, таким образом, чтобы быть обращенным к выходной боковой поверхности 130b первого оптического элемента 130. Выступающий участок 153 расположен вокруг сквозного отверстия 152. Даже если часть лазерного пучка, входящая в первый оптический элемент 130, выходит в виде рассеянного света из верхней поверхности первого оптического элемента 130 в направлении к сквозному отверстию 152, в такой конфигурации такой рассеянный свет может отражаться выступающим участком 153, тем самым не допуская или предотвращая непосредственный выход такого света из светоизлучающего устройства.
1. Светоизлучающее устройство, содержащее:
основание;
лазерный элемент, расположенный на верхней поверхности основания и выполненный с возможностью продольного излучения лазерного пучка;
люминесцентный элемент, расположенный на верхней поверхности основания и выполненный с возможностью излучения люминесцентного света при облучении лазерным пучком;
первый оптический элемент, расположенный на верхней поверхности основания и имеющий входную боковую поверхность, через которую входит лазерный пучок во время эксплуатации, и выходную боковую поверхность, через которую выходит лазерный пучок во время эксплуатации, причем первый оптический элемент выполнен с возможностью изменения направления распространения лазерного пучка таким образом, чтобы лазерный пучок, прошедший через первый оптический элемент, облучал верхнюю поверхность указанного люминесцентного элемента; и
крышку, содержащую:
светозащитный элемент со сквозным отверстием, проходящим через него в вертикальном направлении и находящимся над люминесцентным элементом, и
светопропускающий элемент, расположенный над указанным сквозным отверстием, лазерным элементом, люминесцентным элементом и первым оптическим элементом,
при этом светозащитный элемент включает в себя выступающий участок, продолжающийся вниз в положение, которое ниже верхнего края первого оптического элемента, так чтобы быть обращенным к указанной выходной боковой поверхности указанного первого оптического элемента.
2. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором указанный выступающий участок имеет трубчатую форму и включает в себя верхнее отверстие, соответствующее верхнему краю сквозного отверстия, и нижнее отверстие, соответствующее нижнему краю сквозного отверстия.
3. Светоизлучающее устройство по п. 2, в котором люминесцентный элемент расположен внутри нижнего отверстия, если смотреть сверху.
4. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором сквозное отверстие имеет внутреннюю стенку, которая наклонена таким образом, что сквозное отверстие расширяется от нижнего края к верхнему краю.
5. Светоизлучающее устройство по п. 1, дополнительно содержащее:
второй оптический элемент, расположенный между лазерным элементом и первым оптическим элементом, при этом второй оптический элемент выполнен с возможностью конденсировать лазерный пучок или преобразовывать лазерный пучок в параллельные лучи.
6. Светоизлучающее устройство по п. 1, в котором:
первый оптический элемент содержит нижнюю поверхность, смежную с указанной выходной боковой поверхностью, причем
выходная боковая поверхность и нижняя поверхность первого оптического элемента образуют острый угол.
