專利名稱：發(fā)光模塊、發(fā)光模塊的制造方法及燈具單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光模塊及其制造方法以及具有發(fā)光模塊的燈具單元。
背景技術(shù)：
近年來正在進行如下的技術(shù)開發(fā)以高壽命化、功耗降低等為目的，使用含有 LED (Light Emitting Diode 發(fā)光二極管)等發(fā)光元件的發(fā)光模塊來作為向車輛前方照射光的燈具單元等的照射強光的光源。但是，為了以這樣的用途來使用，需要發(fā)光模塊發(fā)出高光度的光。例如，已提出了如下的照明裝置(例如參照專利文獻1)為了提高白色光的提取效率，該照明裝置包括主要發(fā)出藍色光的發(fā)光元件、受藍色光激發(fā)而主要發(fā)出黃色光的黃色系熒光體，以及使來自發(fā)光元件的藍色光透射并反射波長在來自黃色系熒光體的黃色光以上的光的藍色透射黃色系反射裝置(例如參照專利文獻1)。
但是，在使用普通的粉末狀熒光體來轉(zhuǎn)換光的波長的情況下，在光遇到熒光體的粒子時，該光的光度被削弱，從而難以實現(xiàn)光的高利用效率。因此，例如提出了具有配置在由發(fā)光層所射出的光的路徑內(nèi)的陶瓷層的構(gòu)造體(例如參照專利文獻2)。
專利文獻1 (日本)特開2007-59864號公報 專利文獻2 (日本)特開2006-5367號公報 近年來，使用LED等發(fā)光元件作為被安裝在車輛上的燈具單元的光源，因此這種發(fā)光元件的高亮度化成為重要的課題。因此，強烈希望進行如下的新技術(shù)開發(fā)不僅提高發(fā)光元件的光利用效率，還使發(fā)光元件所發(fā)出的光成為高亮度的光。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為解決上述課題而完成的，其目的在于提供一種高亮度的發(fā)光模塊。
為了解決上述課題，本發(fā)明的一個方案的發(fā)光模塊包括發(fā)光元件；光波長轉(zhuǎn)換部件，轉(zhuǎn)換發(fā)光元件發(fā)出的光的波長；導光部件，限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換部件的光的出射面積，使之小于發(fā)光元件的發(fā)光面積。通過該方案，能夠在抑制光利用效率降低的同時減小光的出射面積，能夠提高亮度。
光波長轉(zhuǎn)換部件也可以是透明的。通過該方案，能夠抑制光通過光波長轉(zhuǎn)換部件的內(nèi)部時的光度的減少。因此，能夠高效地利用發(fā)光元件發(fā)出的光。
也可以是，光波長轉(zhuǎn)換部件的轉(zhuǎn)換光波長區(qū)域的全光線透射率為40%以上。本發(fā)明人專心研究開發(fā)后發(fā)現(xiàn)，若是光波長轉(zhuǎn)換部件的轉(zhuǎn)換光波長區(qū)域的全光線透射率為40% 以上的透明的狀態(tài)，則既能夠使光波長轉(zhuǎn)換部件合適地轉(zhuǎn)換光的波長，又能夠抑制通過光波長轉(zhuǎn)換部件的光的光度的減少。因此，通過該方案，能夠在抑制光度減少的同時合適地轉(zhuǎn)換通過光波長轉(zhuǎn)換部件的光的波長。
也可以是，導光部件被設(shè)置在光波長轉(zhuǎn)換部件的表面上。通過該方案，被導光部件反射的光再次在光波長轉(zhuǎn)換部件中通過，因此能夠有效地轉(zhuǎn)換光的波長。
也可以是，光波長轉(zhuǎn)換部件具有與來自發(fā)光元件的光入射的入射面相對且傾斜的錐面。導光部件也可以被設(shè)置在錐面上。通過該方案，能夠?qū)娜肷涿嫒肷涞墓飧嗟叵蚺c入射面不同的方向反射。因此，能夠降低到達出射面過程中的光的損耗，能夠抑制因限縮發(fā)光面積而引起的光的利用效率的降低。
本方案的發(fā)光模塊也可以還具有設(shè)置在導光部件上的散熱器。通過該方案，能夠促進因斯托克斯損耗而蓄積在光波長轉(zhuǎn)換部件中的熱能的釋放。因此，能夠抑制因光波長轉(zhuǎn)換部件的熱而給發(fā)光元件的發(fā)光帶來的影響。
也可以由導光部件進行導光，使得光與發(fā)光元件的發(fā)光面大致平行地射出。通過該方案，能夠例如將高度較低的光波長轉(zhuǎn)換部件安裝在發(fā)光面上，并通過與發(fā)光面大致平行地導光等簡易結(jié)構(gòu)來限縮光的出射面積。
本發(fā)明的另一方案是發(fā)光模塊的制造方法。該方法包括如下步驟在轉(zhuǎn)換從入射面入射來的光的波長的光波長轉(zhuǎn)換部件上，設(shè)置限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換部件的光的出射面積，使之小于入射面的面積的導光部件的步驟；配置發(fā)光元件和光波長轉(zhuǎn)換部件，使得發(fā)光元件所發(fā)出的光入射到光波長轉(zhuǎn)換部件的入射面的步驟。
通過該方案，能夠以適當配置設(shè)有導光部件的光波長轉(zhuǎn)換部件和發(fā)光元件這樣的簡易步驟來制造發(fā)光模塊。因此，與例如將粉末狀的光波長轉(zhuǎn)換部件層疊在發(fā)光元件的上方后再設(shè)置導光部件等情況相比，能夠簡易地制造發(fā)光模塊。
本發(fā)明的另一方案是一種燈具單元。該燈具單元包括發(fā)光模塊和光學部件，其中， 發(fā)光模塊具有發(fā)光元件；光波長轉(zhuǎn)換部件，轉(zhuǎn)換發(fā)光元件發(fā)出的光的波長；導光部件，限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換部件的光的出射面積，使之小于發(fā)光元件的發(fā)光面積；另外，上述光學部件使從發(fā)光模塊出射的光匯聚。通過該方案，能夠制造使用了亮度高的發(fā)光模塊的燈具單元。因此，能夠提供一種射出亮度高的光的燈具單元。
通過本發(fā)明，能夠提供一種高亮度的發(fā)光模塊。


圖1是表示第一實施方式的車輛用前照燈的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
圖2是表示第一實施方式的發(fā)光模塊基板的結(jié)構(gòu)的圖。
圖3是表示第一實施方式的發(fā)光模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖4是表示第二實施方式的發(fā)光模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示第三實施方式的發(fā)光模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖6是表示第四實施方式的發(fā)光模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖7是表示第五實施方式的發(fā)光模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖8是表示第六實施方式的發(fā)光模塊的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9(a)是第七實施方式的發(fā)光模塊的俯視圖，(b)是(a)的P_P剖面圖。
附圖標記說明 10車輛用前照燈，34反射鏡，36托架，38發(fā)光模塊基板，40發(fā)光模塊，44基板，48 元件安裝基板，50反射基體，52半導體發(fā)光元件，56陶瓷單元，58光波長轉(zhuǎn)換陶瓷，58a出射面，58b入射面，60反射膜。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細地說明本發(fā)明的實施方式(以下稱為實施方式)。
(第一實施方式) 圖1是表示第一實施方式的車輛用前照燈10的結(jié)構(gòu)的剖面圖。車輛用前照燈10 具有燈具主體12、前面罩14以及燈具單元16。以下，將圖1中的左側(cè)作為燈具前方，將圖 1中的右側(cè)作為燈具后方來進行說明。另外，將向燈具前方觀察時的右側(cè)稱為燈具右側(cè)，將左側(cè)稱為燈具左側(cè)。圖1示出從燈具左側(cè)觀察被包含燈具單元16的光軸的鉛垂平面所截出的車輛用前照燈10時的剖面。當車輛用前照燈10安裝在車輛上時，在車輛上左右相互對稱地形成的車輛用前照燈10分別設(shè)于車輛左前方和右前方。圖1示出左右中一方的車輛用前照燈10的結(jié)構(gòu)。
燈具主體12形成為具有開口的箱狀。前面罩14利用具有透光性的樹脂或玻璃形成為碗狀。前面罩14的邊緣部被安裝于燈具主體12的開口部。這樣，在由燈具主體12和前面罩14所覆蓋的區(qū)域內(nèi)形成燈室。
燈室內(nèi)配置有燈具單元16。燈具單元16由前照燈校光螺釘(aimingscrew) 18 固定在燈具主體12上。下方的前照燈校光螺釘18被構(gòu)成為隨著調(diào)平促動器(leveling actuator) 20的工作而旋轉(zhuǎn)。因此，能夠通過使調(diào)平促動器20工作來使燈具單元16的光軸在上下方向移動。
燈具單元16具有投影透鏡30、支承部件32、反射鏡34、托架36、發(fā)光模塊基板38 及散熱器42。投影透鏡30由燈具前方側(cè)表面為凸面、后方側(cè)表面為平面的平凸非球面透鏡構(gòu)成，該投影透鏡30使形成于其后方焦點面上的光源像反轉(zhuǎn)而向燈具前方投影。支承部件 32支承投影透鏡30。發(fā)光模塊基板38上設(shè)有發(fā)光模塊40。反射鏡34反射來自發(fā)光模塊 40的光，在投影透鏡30的后方焦點面上形成光源像。這樣一來，反射鏡34和投影透鏡30 作為將發(fā)光模塊40發(fā)出的光向燈具前方聚光的光學部件而發(fā)揮作用。散熱器42安裝在托架36的后方側(cè)的面上，主要釋放發(fā)光模塊40所發(fā)出的熱。
在支承部件32上形成有遮光器32a。車輛用前照燈10被作為近光(low-beam)用光源來使用，遮光器3 遮擋從發(fā)光模塊40發(fā)出并被反射鏡34反射來的光的一部分，從而在車輛前方形成近光用對光圖案中的明暗截止線。由于近光用對光圖案是公知的，故在此省略說明。
圖2是表示第一實施方式的發(fā)光模塊基板38的結(jié)構(gòu)的圖。發(fā)光模塊基板38具有發(fā)光模塊40、基板44及透明罩46?；?4是印刷布線基板，在其上表面上安裝有發(fā)光模塊40。發(fā)光模塊40被無色的透明罩46所覆蓋。發(fā)光模塊40具有半導體發(fā)光元件52和作為光波長轉(zhuǎn)換部件的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58層疊于半導體發(fā)光元件52 的上表面。
圖3是表示第一實施方式的發(fā)光模塊40的結(jié)構(gòu)的圖。發(fā)光模塊40具有元件安裝基板48、反射基體50、半導體發(fā)光元件52及陶瓷單元56。
元件安裝基板48通過AIN、SiC、Ai203、Si等熱傳導性高的材料形成為板狀。反射基體50形成為在長方體的部件的中央設(shè)有貫穿孔50a的形狀。在貫穿孔50a的內(nèi)表面實施鏡面處理以使光反射，該鏡面處理是通過蒸鍍或濺射鋁或銀等來進行的。
半導體發(fā)光元件52由LED元件構(gòu)成。在第一實施方式中，作為半導體發(fā)光元件52， 采用了以主要發(fā)出藍色波長的光的藍色LED。具體而言，半導體發(fā)光元件52由GaN類LED元件構(gòu)成，該GaN類LED元件是通過在藍寶石襯底上使GaN類半導體層晶體生長而形成的。 半導體發(fā)光元件52被形成為例如Imm見方的芯片，并且被設(shè)計成所發(fā)出的藍色光的中心波長為460nm。當然，半導體發(fā)光元件52的結(jié)構(gòu)、所發(fā)出的光的波長并不限于上述情況。
陶瓷單元56為光波長轉(zhuǎn)換部件，至少包括光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58和反射膜60。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58是通過將形成為厚度大于等于50 μ m小于1000 μ m的板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷劃切成尺寸比半導體發(fā)光元件52大5%以上且10%以下而形成的。當然，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷 58的大小不限于此，例如也可以是，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58被劃切成與半導體發(fā)光元件52相同的尺寸。另外，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58可以被劃切成尺寸比半導體發(fā)光元件52大超過10%的量，也可以被劃切成尺寸比半導體發(fā)光元件52大0至不足5%。
光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58是被稱為發(fā)光陶瓷或熒光陶瓷的部件，能夠通過燒結(jié)用 YAG(Yttrium Alminium Garnet)粉末制成的陶瓷坯料而得到，該YAG是由藍色光激發(fā)的熒光體。這樣的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷的制造方法是公知的，故省略其詳細的說明。這樣得到的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58與例如粉末狀的熒光體不同，能夠抑制粉末表面處的光漫射，半導體發(fā)光元件52發(fā)出的光的損失非常少。
光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58轉(zhuǎn)換半導體發(fā)光元件52主要發(fā)出的藍色光的波長而出射黃色光。因此，從發(fā)光模塊40射出直接透射過光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的藍色光與由光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58轉(zhuǎn)換了波長的黃色光的合成光。這樣，能夠從發(fā)光模塊40發(fā)出白色光。
另外，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58采用透明結(jié)構(gòu)。在第一實施方式中，所謂“透明”表示的含義是轉(zhuǎn)換波長區(qū)域的光的全光線透射率為40%以上。本發(fā)明人專心研究開發(fā)后發(fā)現(xiàn)，若是轉(zhuǎn)換波長區(qū)域的光的全光線透射率為40%以上的透明狀態(tài)，則光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58能夠合適地轉(zhuǎn)換光的波長，還能合適地抑制通過光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的光的光度的減少。因此， 通過使光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58成為這樣的透明狀態(tài)，能夠更高效地轉(zhuǎn)換半導體發(fā)光元件52發(fā)出的光。
另外，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58由無粘接劑的無機物構(gòu)成，與含有粘接劑等有機物的情況相比，能夠謀求耐久性的提高。因此，能夠?qū)Πl(fā)光模塊40投入例如IW(瓦)以上的功率， 能夠提高發(fā)光模塊40發(fā)出的光的亮度和光度。
作為半導體發(fā)光元件52，也可以采用主要發(fā)出藍色以外的波長的光的元件。在這種情況下，作為光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58，采用對半導體發(fā)光元件52發(fā)出的主要的光的波長進行轉(zhuǎn)換的部件。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58可以轉(zhuǎn)換半導體發(fā)光元件52發(fā)出的光的波長，使得在這種情況下也通過與半導體發(fā)光元件52主要發(fā)出的波長的光組合而變?yōu)榘咨蚪咏咨念伾牟ㄩL的光。
反射膜60是通過掩蔽光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的兩面中的一個面以及四個端面中的一個端面，蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜后使之成膜而形成的。像這樣被掩蔽而未形成反射膜 60的一面成為光的入射面58b，未被形成反射膜60的一個端面成為光的出射面58a。在第一實施方式中，由于使用板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58，因此能夠容易形成反射膜60。
在制造發(fā)光模塊40時，首先通過粘接等將反射基體50固定在元件安裝基板48 上。接著，在反射基體50的貫穿孔50a的內(nèi)部，使發(fā)光面朝上地配置半導體發(fā)光元件52，并經(jīng)由金屬凸塊M使之焊接在元件安裝基板48上，由此來進行倒裝芯片(flip-chip)裝配。 此時，半導體發(fā)光元件52被配置成其上表面的發(fā)光面與反射基體50的上表面同高，或者高度略微地低于反射基體50的上表面。
接著，使光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的入射面58b與半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面相對地將陶瓷單元56配置在半導體發(fā)光元件52的上方，并通過粘接而固定于半導體發(fā)光元件52 和反射基體50的上表面。此時，作為粘接劑，使用硅類、溶膠凝膠硅類、氟類、無機玻璃類等耐光性優(yōu)異的材料。在第一實施方式中，由于使用板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58，因此與例如將粉末狀的光波長轉(zhuǎn)換部件層疊于半導體發(fā)光元件52的上方的情況相比，能夠簡易地制造發(fā)光模塊40。
這樣配置半導體發(fā)光元件52和光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58，使得半導體發(fā)光元件52所發(fā)出的光入射到光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的入射面。另外，陶瓷單元56的固定方法不限于粘接，例如也可以通過焊接、鉚接、熔敷、螺絲固定等機械性連結(jié)方法來固定。
在這樣制造出的發(fā)光模塊40中，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的表面中未被形成反射膜60 且露出于外部的僅是出射面58a。成膜于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的表面的反射膜60作為對半導體發(fā)光元件52所發(fā)出的光進行導光的導光部件而發(fā)揮作用，與半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面大致平行地引導光，使之從出射面58a射出。該出射面58a的面積小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面的面積。這樣，反射膜60限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的光的出射面積， 使之小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面積。由此，能夠提高從發(fā)光模塊40出射的光的亮度。
(第二實施方式) 圖4是表示第二實施方式的發(fā)光模塊70的結(jié)構(gòu)的圖。除了取代發(fā)光模塊40而設(shè)置發(fā)光模塊70這一點之外，只要沒有特別說明，安裝發(fā)光模塊70的車輛用前照燈的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。另外，發(fā)光模塊70中光的出射方向與發(fā)光模塊40不同。因此，托架36 上的發(fā)光模塊70的安裝部位的形狀與第一實施方式不同。以下，對于與第一實施方式相同的地方標以相同的附圖標記并省略說明。
發(fā)光模塊70的結(jié)構(gòu)除了取代陶瓷單元56而設(shè)置陶瓷單元72這一點外，與上述的發(fā)光模塊40相同。陶瓷單元72具有作為光波長轉(zhuǎn)換部件的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74及反射膜 76。
光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74的材質(zhì)與上述的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58相同。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74 是通過將被形成為厚度大于等于50 μ m且小于1000 μ m的板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷劃切成尺寸比半導體發(fā)光元件52大5%以上且10%以下而形成的。此時，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74被劃切成一個端面形成為錐面74c。也可以是，在劃切之前就使波長轉(zhuǎn)換陶瓷成形為一個端面為錐面74c。錐面7 被設(shè)計成相對于與入射面74b垂直的方向構(gòu)成10度以上且不足75度的角度。
反射膜76通過如下方法形成對于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74的兩個面中因被設(shè)為錐面 74c而面積較小的面的全區(qū)域，以及其相反面中的沿著錐面74c的一部分進行掩蔽，然后蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜使之成膜。此時，全區(qū)域都被掩蔽了的面成為光的入射面74b，其相反面中被掩蔽了的那部分成為光的出射面74a。
在制造發(fā)光模塊70時，使光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74的入射面74b面向半導體發(fā)光元件 52的發(fā)光面地將陶瓷單元72配置在半導體發(fā)光元件52的上方，并以與上述的粘接方法相同的方法粘接固定于半導體發(fā)光元件52和反射基體50的上表面。
在這樣設(shè)置的發(fā)光模塊70中，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74中未被形成反射膜76且露出于外部的僅是出射面74a。成膜于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74的表面的反射膜76作為對半導體發(fā)光元件52所發(fā)出的光進行導光的導光部件來發(fā)揮作用，與半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面大致平行地引導光，使之從出射面7 射出。反射膜76被形成為出射面7 的面積小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面的面積。這樣，在第二實施方式中，反射膜76也是限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74的光的出射面積，使之小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面積。由此，能夠提高從發(fā)光模塊70射出的光的亮度。
(第三實施方式) 圖5是表示第三實施方式的發(fā)光模塊90的結(jié)構(gòu)的圖。除了取代發(fā)光模塊40而設(shè)置發(fā)光模塊90這一點之外，車輛用前照燈10的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。以下，對于與第一實施方式相同的地方標以相同的附圖標記并省略說明。
發(fā)光模塊90的結(jié)構(gòu)除了取代陶瓷單元56而設(shè)置陶瓷單元92這一點之外，與上述的發(fā)光模塊40相同。陶瓷單元92具有作為光波長轉(zhuǎn)換部件的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94及反射膜96。
光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94被形成為剖面為三角形的三棱鏡狀的三角柱，該三角形中，相互正交的兩條邊中的一條邊(以下稱為“第一邊”)的尺寸為50 μ m以上且不足1000 μ m。 另外，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94被形成為包含在三角形的剖面中與第一邊正交的另一條邊(以下稱為“第二邊”)的表面的尺寸比半導體發(fā)光元件52大5%以上且10%以下。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的材質(zhì)與上述的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58相同。包含該第一邊和第二邊以外的邊(以下稱為“第三邊”)的表面為錐面94c。關(guān)于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94，也可以是將被形成為厚度在 50 μ m以上且不足1000 μ m的板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷的一個面削掉，設(shè)計錐面Mc地來劃切其周邊。
反射膜96通過如下方法形成對包含第一邊的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的表面和包含第二邊的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的表面進行掩蔽后，蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜使之成膜。在這樣設(shè)置的陶瓷單元92中，包含第一邊的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的表面成為出射面94a，包含第二邊的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的表面成為入射面94b。
因此，錐面94c與出射面9 和入射面94b分別相對且傾斜。在第三實施方式中， 光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的第二邊的長度大于第一邊的長度。因此，錐面Mc相對于入射面94b 以小于45°的角度傾斜，相對于出射面9 以大于45°的角度傾斜。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94不限于出射面9 與入射面94b相互正交，既可以是例如出射面9 相對于入射面94b以小于90°的角度傾斜，也可以是例如出射面9 相對于入射面94b以大于90°的角度傾斜。
在制造發(fā)光模塊90時，使光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的入射面94b朝向半導體發(fā)光元件 52的發(fā)光面地將陶瓷單元92配置在半導體發(fā)光元件52的上方，并以與上述的粘接方法同樣的方法粘接固定于半導體發(fā)光元件52和反射基體50的上表面。
在這樣設(shè)置的發(fā)光模塊90中，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94中未被形成反射膜96且露出于外部的僅是出射面94a。成膜于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的表面的反射膜96作為對半導體發(fā)光元件52所發(fā)出的光進行導光的導光部件來發(fā)揮作用，與半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面大致平行地引導光，使之從出射面9 射出。反射膜96被形成為該出射面9 的面積小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面的面積。這樣，在第三實施方式中，反射膜96也是限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷94的光的出射面積，使之小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面積。由此，能夠提高從發(fā)光模塊90射出的光的亮度。
(第四實施方式) 圖6是表示第四實施方式的發(fā)光模塊100的結(jié)構(gòu)的圖。除了取代發(fā)光模塊40而設(shè)置發(fā)光模塊100之外，車輛用前照燈10的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。以下，對于與第一實施方式相同的地方標以相同的附圖標記并省略說明。
發(fā)光模塊100的結(jié)構(gòu)除了取代陶瓷單元56而設(shè)置第一陶瓷單元102和第二陶瓷單元108這一點之外，與上述的發(fā)光模塊40相同。第一陶瓷單元102具有作為光波長轉(zhuǎn)換部件的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104及反射膜106。
光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104是通過將被形成為厚度在50 μ m以上且不足1000 μ m的板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷劃切成尺寸比半導體發(fā)光元件52大5%以上且10%以下而形成的。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的材質(zhì)與上述的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58相同。反射膜106通過如下方法而形成對光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的兩面進行掩蔽后，蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜使之成膜。由此，反射膜106被形成于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的四周的端面。
第二陶瓷單元108具有透明陶瓷110和反射膜112。透明陶瓷110被形成為剖面為三角形的三棱鏡狀的三角柱，該三角形中，相互正交的兩條邊中的一條邊(以下稱為“第一邊”)的尺寸為50 μ m以上且不足1000 μ m。另外，透明陶瓷110被形成為包含三角形的剖面中與第一邊正交的另一條邊(以下稱為“第二邊”)的表面的尺寸比半導體發(fā)光元件52 大5%以上且10%以下。包含該第一邊和第二邊以外的邊(以下稱為“第三邊”)的表面為錐面110c。
透明陶瓷110由未摻雜熒光體等發(fā)光元素的無色透明的陶瓷構(gòu)成。采用陶瓷是因為其具有與光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104同樣的折射率，且能夠抑制與光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的粘接面處的光度的降低。也可以使用陶瓷以外的透明材料。另外，關(guān)于透明陶瓷110，也可以是將被形成為厚度大于等于50 μ m且小于1000 μ m的板狀的透明陶瓷的一個面削掉，設(shè)計錐面IlOc地劃切形成其周邊。
反射膜112通過如下方法形成對包含第一邊的透明陶瓷110的表面和包含第二邊的透明陶瓷110的表面進行掩蔽后，蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜使之成膜。在這樣設(shè)計的第二陶瓷單元108中，包含第一邊的透明陶瓷110的表面為出射面110a，包含第二邊的透明陶瓷110的表面為入射面110b。
因此，錐面IlOc與出射面IlOa和入射面IlOb分別相對且傾斜。在第四實施方式中，透明陶瓷110的第二邊的長度大于第一邊的長度。因此，錐面IlOc相對于入射面IlOb 以小于45°的角度傾斜，相對于出射面IlOa以大于45°的角度傾斜。透明陶瓷110并不限于出射面IlOa與入射面IlOb相互正交，既可以是例如出射面IlOa相對于入射面IlOb 以小于90°的角度傾斜，也可以是例如出射面IlOa相對于入射面IlOb以大于90°的角度傾斜。
在制造發(fā)光模塊100時，首先使光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的一個面朝向半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面地將第一陶瓷單元102配置在半導體發(fā)光元件52的上方，并以與上述的粘接方法相同的方法粘接于半導體發(fā)光元件52和反射基體50的上表面。接著，使透明陶瓷 110的入射面IlOb朝向光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的另一個面地將第二陶瓷單元108配置在第一陶瓷單元102的上方，并以與上述同樣的方法將透明陶瓷110的入射面IlOb粘接固定于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的上表面。
在這樣設(shè)置的發(fā)光模塊100中，透明陶瓷110中未被形成反射膜112且露出于外部的僅是出射面110a。被成膜于透明陶瓷110的表面的反射膜112作為對半導體發(fā)光元件52所發(fā)出的光進行導光的導光部件來發(fā)揮作用，與半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面大致平行地引導光，使之從出射面IlOa射出。反射膜112被形成為該出射面IlOa的面積小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面的面積。這樣在第四實施方式中，反射膜112也是限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷104的光的出射面積，使之小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面積。由此，能夠提高從發(fā)光模塊100射出的光的亮度。
(第五實施方式) 圖7是表示第五實施方式的發(fā)光模塊120的結(jié)構(gòu)的圖。除了取代發(fā)光模塊40而設(shè)置發(fā)光模塊120這一點外，車輛用前照燈10的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。以下，對于與第一實施方式相同的地方標以相同的附圖標記并省略說明。
發(fā)光模塊120除了還設(shè)有散熱器122和散熱器IM之外，結(jié)構(gòu)與發(fā)光模塊40相同。 散熱器122由碳、銅、鋁等熱傳導性優(yōu)良的材料形成，并具有多個散熱片12加。散熱器122 中未設(shè)散熱片12 的那一面與形成于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的一個面上的反射膜60相粘接， 從而固定于陶瓷單元56上。
散熱器IM也由碳、銅、鋁等熱傳導性優(yōu)良的材料形成，具有許多散熱片12如。散熱器124中未設(shè)散熱片12 的那一面與形成在光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的端面上的反射膜60 相粘接，從而固定在陶瓷單元56上。
在圖7中僅表示出被固定在形成于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的一個端面的反射膜60上的散熱器124，但在形成有反射膜60的剩余兩個端面上也都粘接有與散熱器124同樣地形成的散熱器(未圖示)，并固定在陶瓷單元56上。
被包含在光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58中的熒光體將某特定范圍的波長的光轉(zhuǎn)換成波長比該光的波長長的光。由于光的波長越短則其能量越高，因此這樣地將光轉(zhuǎn)換為更長的波長時，其能量的差即斯托克斯損耗(Stokes loss)被作為熱能積蓄在光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58中。 另一方面，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58變?yōu)楦邷貢r，形成光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的結(jié)晶的晶格振動變大，能量無法高效地傳遞于發(fā)光中心元素，因此光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的發(fā)光效率會降低。因此，為了實現(xiàn)光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的高發(fā)光效率，抑制光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58中的溫度上升就變得極為重要。
這樣通過設(shè)置散熱器122和散熱器124，能夠便于將光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58中所產(chǎn)生的熱釋放到外部，能夠抑制光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58的溫度上升。在第五實施方式中，示出了對第一實施方式的發(fā)光模塊40設(shè)置散熱器122和散熱器IM的例子，但當然也可以對第二至第四實施方式中的任一個發(fā)光模塊設(shè)置散熱器。
(第六實施方式) 圖8是表示第六實施方式的發(fā)光模塊140的結(jié)構(gòu)的圖。除了取代發(fā)光模塊40而設(shè)置發(fā)光模塊140這一點外，只要沒有特別提及，安裝發(fā)光模塊140的車輛用前照燈的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。另外，發(fā)光模塊140中光的出射方向與發(fā)光模塊40不同。因此，發(fā)光模塊140在托架36上的安裝部位的形狀與第一實施方式不同。以下，對于與第一實施方式相同的地方標以相同的附圖標記并省略說明。
發(fā)光模塊140具有元件安裝基板148、反射基體150、半導體發(fā)光元件52以及陶瓷單元142。元件安裝基板148被形成為面積大于上述的元件安裝基板48，除此之外，在材質(zhì)和厚度等方面與元件安裝基板48相同。反射基體150被形成為面積大于上述反射基體50， 除此之外，在材質(zhì)和厚度等方面與反射基體50相同。在反射基體150的中央也形成有貫穿孔150a，其內(nèi)表面被施以鏡面處理。發(fā)光模塊140具有兩個半導體發(fā)光元件52。半導體發(fā)光元件52的數(shù)量也可以為三個以上。
陶瓷單元142具有作為光波長轉(zhuǎn)換部件的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144和反射膜146。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144的材質(zhì)與上述的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58相同。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷74被以如下方法形成將被形成為厚度在50 μ m以上且不足1000 μ m的板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷劃切成尺寸比兩個半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面積之和大5%以上且10%以下。
反射膜146被以如下方法形成對光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144的一個面的全區(qū)域及其相反面的中央的一部分區(qū)域進行掩蔽，然后蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜使之成膜。此時，全區(qū)域都被掩蔽了的面成為光的入射面144b，其相反面中被掩蔽的一部分成為光的出射面 144a0 在制造發(fā)光模塊140時，首先將反射基體150等通過粘接等固定到元件安裝基板 148上。接著，使發(fā)光面向上地將兩個半導體發(fā)光元件52沿水平方向并列地配置于反射基體150的貫穿孔150a內(nèi)部，并通過金屬凸塊M將之焊接在元件安裝基板48上，由此進行倒裝芯片的安裝。此時，半導體發(fā)光元件52被配置使得上表面的發(fā)光面與反射基體150的上表面同高，或者比該反射基體50的上表面的高度稍低一點。
接著，使光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144的入射面144b朝向半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面地將陶瓷單元142配置在半導體發(fā)光元件52的上方，并通過粘接將其固定于半導體發(fā)光元件 52和反射基體150的上表面。此時的粘接方法與上述說明過的相同。
此時，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144的表面中，未被形成反射膜146且露出于外部的僅是出射面IMa。被形成于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144的表面的反射膜146作為對半導體發(fā)光元件52 所發(fā)出的光進行導光的導光部件而發(fā)揮作用，與半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面大致平行地引導光，使之從出射面14 射出。該出射面14 的面積小于兩個半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面的面積之和。這樣，反射膜146限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷144的光的出射面積，使之小于半導體發(fā)光元件52的發(fā)光面積。由此，能夠提高從發(fā)光模塊140射出的光的亮度。
(第七實施方式) 圖9 (a)是第七實施方式的發(fā)光模塊160的俯視圖，圖9 (b)是圖9 (a)的P-P剖面圖。除了取代發(fā)光模塊40而設(shè)置發(fā)光模塊160這一點之外，車輛用前照燈10的結(jié)構(gòu)與第一實施方式相同。以下，粘接圖9(a)和圖9(b)來說明發(fā)光模塊160的結(jié)構(gòu)。以下，對于第一實施方式相同的地方標以相同的附圖標記并省略說明。
發(fā)光模塊160具有元件安裝基板162、半導體發(fā)光元件167及陶瓷單元174。元件安裝基板162以與上述元件安裝基板48相同的材質(zhì)形成為板狀。在元件安裝基板162的上表面安裝有電極圖案164和電極圖案166。
半導體發(fā)光元件167具有導電性基板168和發(fā)光層170。對于半導體發(fā)光元件 167，采用主要發(fā)出藍色的波長的光的藍色LED元件。為此，發(fā)光層170由GaN類LED元件構(gòu)成，該GaN類LED元件為了發(fā)出藍色的波長的光，是在藍寶石襯底上使GaN類半導體層晶體生長而形成的。發(fā)光層170被形成為例如Imm見方的芯片，并被設(shè)計成要發(fā)出的藍色光的中心波長為460nm。
發(fā)光層170通過粘接等而被安裝在導電性基板168上。在導電性基板168和發(fā)光層170之間設(shè)有ρ型半導體層(未圖示)，另外，還覆蓋發(fā)光層170的整個上表面地設(shè)置η 型半導體層(未圖示)。
半導體發(fā)光元件167通過銀膏等導電性粘接劑、或者金錫焊盤等而裝配在電極圖案164的上表面。在半導體發(fā)光元件167的上表面設(shè)有電極(未圖示)，將金屬導線172的一端焊接在該電極上，將另一端焊接在電極圖案166上。這樣，半導體發(fā)光元件167被安裝在元件安裝基板162的上表面上。
陶瓷單元174具有作為光波長轉(zhuǎn)換部件的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176和反射膜178。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176的材質(zhì)與上述的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷58相同。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176被以如下方法形成，即對于被形成為厚度在50 μ m以上且不足1000 μ m的板狀的光波長轉(zhuǎn)換陶瓷，以斜直線將尺寸與發(fā)光層170的上表面相同的四邊形的兩個角部切掉，將之劃切成本壘(home base)形狀的五邊形。這兩個角部也可以以曲線來切掉。在該被切掉的部分，安裝用于焊接被設(shè)置在上述半導體元件上的金屬導線的電極。
反射膜178被以如下方式形成對光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176的一個面的全區(qū)域以及含有與斜著切掉的邊相對的邊的一個端面進行掩蔽，然后蒸鍍或濺射鋁或銀等的薄膜使之成膜。此時，全區(qū)域都被掩蔽的面成為光的入射面176b，被掩蔽的一個端面成為出射面176a。
在這樣設(shè)置的陶瓷單元174中，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176中未被形成反射膜178且露出于外部的僅是出射面176a。被形成于光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176的表面的反射膜178將光與發(fā)光層170大致平行地引導，使之從出射面176a射出。反射膜178被形成使得該出射面176a 的面積小于發(fā)光層170的上表面的面積。這樣，反射膜178限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷176 的光的出射面積，使之小于發(fā)光層170的發(fā)光面積。由此，能夠提高從發(fā)光模塊160射出的光的亮度。
本發(fā)明不限于上述各實施方式，適當組合各實施方式的各要素而成的方式作為本發(fā)明的實施方式也是有效的。另外，也可以基于本領(lǐng)域技術(shù)人員的知識將各種設(shè)計變更等的變形加到各實施方式中，增加了這種變形的實施方式也被包含在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
在一個變形例中，在半導體發(fā)光元件與光波長轉(zhuǎn)換陶瓷之間設(shè)置光學濾光片。該光學濾光片透射半導體發(fā)光元件所主要發(fā)出的藍色光。另外，該光學濾光片反射由光波長轉(zhuǎn)換陶瓷轉(zhuǎn)換藍色光的波長而主要產(chǎn)生的黃色光。通過將該光學濾光片配置在半導體發(fā)光元件與光波長轉(zhuǎn)換陶瓷之間，首先能夠使半導體發(fā)光元件發(fā)出的光的大部分出射到光波長轉(zhuǎn)換陶瓷。另外，能夠反射在波長被光波長轉(zhuǎn)換陶瓷轉(zhuǎn)換時因光發(fā)生漫射而要向半導體發(fā)光元件行進的黃色的波長的光。因此，能夠效率良好地利用半導體發(fā)光元件所發(fā)出的光，能夠抑制發(fā)光模塊發(fā)出的光的光度和亮度的降低。
也可以是，光學濾光片由分色鏡構(gòu)成，該分色鏡是通過在光波長轉(zhuǎn)換陶瓷的一個表面上交替層疊地蒸鍍折射率不同的材料而形成的。當然，例如也可以采用長波長通濾光片(long pass filter)或短波長通濾光片(short passfilter)或帶通濾光片(band ass filter)ο 工業(yè)實用性 通過本發(fā)明，能夠提供一種高亮度的發(fā)光模塊。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光模塊，其特征在于，包括 發(fā)光元件；光波長轉(zhuǎn)換部件，轉(zhuǎn)換上述發(fā)光元件發(fā)出的光的波長；以及導光部件，限縮通過了上述光波長轉(zhuǎn)換部件的光的出射面積，使之小于上述發(fā)光元件的發(fā)光面積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 上述光波長轉(zhuǎn)換部件是透明的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)光模塊，其特征在于，上述光波長轉(zhuǎn)換部件的轉(zhuǎn)換光波長區(qū)域的全光線透射率為40%以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 上述導光部件被設(shè)置在上述光波長轉(zhuǎn)換部件的表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光模塊，其特征在于，上述光波長轉(zhuǎn)換部件具有與來自上述發(fā)光元件的光入射的入射面相對且傾斜的錐上述導光部件被設(shè)置在上述錐面上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的發(fā)光模塊，其特征在于， 還包括設(shè)置在上述導光部件上的散熱器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一項所述的發(fā)光模塊，其特征在于，上述導光部件進行導光，使得光與上述發(fā)光元件的發(fā)光面大致平行地射出。
8.一種發(fā)光模塊的制造方法，其特征在于，包括在轉(zhuǎn)換從入射面入射來的光的波長的光波長轉(zhuǎn)換部件上，設(shè)置用于限縮通過了上述光波長轉(zhuǎn)換部件的光的出射面積，使之小于上述入射面的面積的導光部件的步驟；和配置上述發(fā)光元件和上述光波長轉(zhuǎn)換部件，使得發(fā)光元件所發(fā)出的光入射到上述光波長轉(zhuǎn)換部件的入射面的步驟。
9.一種燈具單元，其特征在于， 包括發(fā)光模塊和光學部件； 上述發(fā)光模塊具有發(fā)光元件，光波長轉(zhuǎn)換部件，轉(zhuǎn)換上述發(fā)光元件發(fā)出的光的波長，以及導光部件，限縮通過了上述光波長轉(zhuǎn)換部件的光的出射面積，使之小于上述發(fā)光元件的發(fā)光面積；另外，上述光學部件使從上述發(fā)光模塊出射的光匯聚。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光模塊、發(fā)光模塊的制造方法及燈具單元。在發(fā)光模塊(40)中，光波長轉(zhuǎn)換陶瓷(58)轉(zhuǎn)換半導體發(fā)光元件(52)發(fā)出的光的波長。光波長轉(zhuǎn)換陶瓷(58)被設(shè)計為轉(zhuǎn)換光波長區(qū)域的全光線透射率在40％以上的透明體。反射膜(60)被設(shè)置在光波長轉(zhuǎn)換陶瓷(58)的表面上，限縮通過了光波長轉(zhuǎn)換陶瓷(58)的光的出射面積，使之小于半導體發(fā)光元件(52)的發(fā)光面積。此時，反射膜(60)進行導光，使得光與半導體發(fā)光元件(52)的發(fā)光面大致平行地射出。
文檔編號G02B6/00GK102187485SQ200980141008
公開日2011年9月14日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月15日
發(fā)明者大長久芳, 堤康章, 小松隆明, 杉森正吾, 東佑司 申請人:株式會社小糸制作所