專利名稱：發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光器件，更具體地涉及包括半導(dǎo)體發(fā)光元件和磷光體 的發(fā)光器件，該磷光體用于發(fā)射波長不同于該半導(dǎo)體發(fā)光元件所發(fā)射光 的光。
背景技術(shù)：
其中半導(dǎo)體發(fā)光元件和熒光元件相結(jié)合的光源裝置或發(fā)光器件[參見 JP-A 2005-205195(公開)、JP-A H07隱282609(公開)和JP-A2006-210887(公 開)]是已知的。熒光元件吸收半導(dǎo)體發(fā)光元件發(fā)射的激發(fā)光，并發(fā)射波長 不同于激發(fā)光的光。在JP-A2 005-205195中描述了一種具有高亮度和高顯色性特性的發(fā) 光器件。在該發(fā)光器件中，光纖用作用于激發(fā)光的波導(dǎo)，熒光元件連接 到光纖的末端。還有，在JP-A H07-282609中提出了一種耐久且安全的低耗電發(fā)光器 件。而且，該發(fā)光器件具有足夠的輸出功率，可以提供非常合適的照明 光，如白光。該發(fā)光器件包括發(fā)射激光的半導(dǎo)體激光二極管、漫散射來 自半導(dǎo)體激光器的激光的透鏡、和將所述激光轉(zhuǎn)變成可見光的熒光元件。此夕卜，在JP-A2006-210887中提出了一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件包括 為磷光體發(fā)射激發(fā)光的半導(dǎo)體發(fā)光器件和磷光體的色散元件，其具有高的光提取(extract)效率。在此發(fā)光器件中，色散元件的磷光體發(fā)出的輻射 可見光從所述色散元件中激發(fā)光入射一側(cè)提取。然而，在上述專利文獻(xiàn)中所述的早期發(fā)光器件中沒有考慮到以下幾 點。在JP-A2005-205195的發(fā)光器件中，發(fā)光元件的光發(fā)射方向和熒光元 件的光輻射方向是相同的。即使在JP-AH07-282609的發(fā)光器件中，半導(dǎo) 體激光二極管的激光輸出方向、漫射透鏡的光漫射方向和熒光元件的光 輻射方向是相同的。此外，甚至在JP-A2006-210887中，發(fā)光器件具有以 下的結(jié)構(gòu)其中一部分被色散元件的磷光體分散的激發(fā)光可與可見光一 起從激發(fā)光入射側(cè)發(fā)射。因此，不足以抑制由色散元件的磷光體分散的 短波長光。因此，由于發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光二極管發(fā)射的激發(fā)光的泄漏， 不希望使用發(fā)射高能光的發(fā)光元件，如紫外光和激光，因為直視有危險。 此外，為了減少這類結(jié)構(gòu)中激發(fā)光的泄漏，有必要降低半導(dǎo)體發(fā)光元件 的輸出功率，或增加熒光元件的厚度。結(jié)果是，降低了發(fā)光器件的效率。還有，要求發(fā)光器件保持半導(dǎo)體發(fā)光元件輸出功率的穩(wěn)定。然而， 當(dāng)發(fā)光元件的輸出功率改變時，磷光體的激發(fā)幅度也可能改變。同樣， 提取光的光強度光譜可能會相對于波長發(fā)生變化。因此，存在從發(fā)光器 件得到的光的色調(diào)發(fā)生改變的問題。因此，在早期的發(fā)光器件中，調(diào)節(jié) 光量非常困難。而且，不希望使用為發(fā)光器件輻射高能光的發(fā)光元件。因此，難以 將所述發(fā)光器件用于照明設(shè)備和圖象顯示器等，在這類設(shè)備中要求有高 的亮度。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的一個方面涉及一種包括發(fā)光元件和熒光元件的發(fā)光器件，發(fā)光元件構(gòu)造成用于發(fā)射激發(fā)光，熒光元件包括面向發(fā)光元件的半透 明膜，其被構(gòu)造成用來透射激發(fā)光；包括多個磷光體的發(fā)光膜，其構(gòu)造成吸收透射穿過半透明膜的激發(fā)光，并發(fā)射波長不同于所述激發(fā)光的可 見光；和布置在其上布置有半透明膜的第一發(fā)光膜相反一側(cè)上的反射膜， 其構(gòu)造成用于將透射穿過第一發(fā)光膜的激發(fā)光反射向第一發(fā)光膜。


圖l所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件的實例的平面圖； 圖2所示為沿圖1中所示發(fā)光器件的線II-II獲取的剖面圖；圖3所示為沿圖i中所示發(fā)光器件的線ni-ni獲取的剖面圖；圖4所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光元件的實例的剖面圖；圖5所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的半透明膜反射率與熒光元件厚度 的關(guān)系圖；圖6所示為用于根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件中的發(fā)光元件一個實 例的剖面圖；圖7所示為用于根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件中的發(fā)光元件另一個 實例的剖面圖；圖8所示為用于根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件中的發(fā)光元件另一個 實例的剖面圖；圖9所示為用于根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件中的發(fā)光元件另一個 實例的剖面圖；圖10所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件的另一個實例的平面圖； 圖ll所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件的另一個實例的平面圖； 圖12所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件的另一個實例的剖面圖； 圖13所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案熒光元件的另一個實例的透視圖； 圖14所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件的另一個實例的剖面圖； 圖15所示為沿圖14中所示發(fā)光器件的線XV-XV獲取的剖面圖；； 圖16所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案發(fā)光器件的另一個實例的平面圖； 圖17所示為沿圖16中所示發(fā)光器件的線XVII-XVII獲取的剖面圖；及圖18所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光元件的另一個實例的透視圖；圖19所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光元件的另一個實例的平面圖；圖20所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光元件的另一個實例的剖面圖；圖21所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案的熒光元件的另一個實例的剖面圖；圖22所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案改進(jìn)的熒光元件的另一個實例的剖 面圖；圖23所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案改進(jìn)的熒光元件的另一個實例的剖 面圖；圖24所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案改進(jìn)的熒光元件的另一個實例的剖 面圖；以及圖25所示為根據(jù)本發(fā)明實施方案改進(jìn)的熒光元件的另一個實例的剖 面圖。
具體實施方式
以下參考附圖對本發(fā)明各實施方案進(jìn)行描述。請注意，在所有附圖 中相同或類似的部件和元件使用相同或類似的參考號，相同或類似的部 件和元件的說明將略去或簡化。如圖1和2中所示，根據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件包括發(fā)光元件12 和布置在安裝基片10上的熒光元件14。熒光元件14包括半透明膜20、發(fā) 光膜22和反射膜24等。反射膜24布置在其上布置有半透明膜20的發(fā)光膜 22的相反一側(cè)上。安裝基片10有接線16a、 16b。發(fā)光元件12的電極(未表 示出)直接地和通過焊線18而分別電路連接到接線16a、 16b。如圖2所示，發(fā)光元件12發(fā)出波長范圍在紫外光和可見光之間的激發(fā)光Le到熒光元件14。熒光元件14布置成使半透明膜20面向發(fā)光元件12。 入射激發(fā)光Le穿過半透明膜20進(jìn)入發(fā)光膜22。 一部分激發(fā)光Le穿過發(fā)光 膜22，并通過反射膜24向與激發(fā)光Le入射方向不同的方向反射。發(fā)光膜 22吸收透射穿過半透明膜20的激發(fā)光和通過反射膜24反射的激發(fā)光，從 而向所有方向輻射波長不同于激發(fā)光的可見光。發(fā)光膜22發(fā)射輻射可見 光至外面，作為可見輸出光Lf。發(fā)光膜22中向反射膜24輻射的可見光被反射膜24反射。此外， 一部 分向半透明膜20輻射的可見光不穿過半透明膜20，而是因半透明膜20和 空氣之間的折射率差異而反射。因此，如圖3中所示，可見輸出光Lf主要 從與激發(fā)光Le的入射方向垂直方向的發(fā)光膜22的側(cè)面發(fā)射。如圖4所示，發(fā)光膜22包括對激發(fā)光透明的透明基材30和分散在透明 基材30中的磷光體32。發(fā)光膜22中的入射激發(fā)光被磷光體32吸收。 一部 分沒有被磷光體32吸收的激發(fā)光穿過透明基材30，并向反射膜24透射。 透射的激發(fā)光被反射膜24反射向發(fā)光膜22，以被磷光體32吸收。 一部分 反射的激發(fā)光穿過透明基材30和半透明膜20，朝向發(fā)光元件12而透射到 熒光元件14的外面。然而，激發(fā)光不通過反射膜24而滲漏到外面。同樣， 在可見輸出光主要發(fā)射的方向上實質(zhì)上沒有激發(fā)光的泄漏。調(diào)節(jié)磷光體32的含量，使得來自發(fā)光元件12的入射激發(fā)光可以被有 效吸收。具體地，發(fā)光膜22可以在透明基材30中包括含量約為20%重量或 更多的磷光體32，滿意為約50重量％或更多。此外，磷光體32可以使用大 粒子的磷光體材料，舉例來說，其粒徑為約20nm或更大，這樣可提供高 的發(fā)光強度和高的發(fā)光效率。此外，調(diào)節(jié)半透明膜20的反射率，使得來自發(fā)光元件12的入射激發(fā) 光Le進(jìn)入半透明膜20，而不是從此由向外發(fā)射。圖5示出了當(dāng)發(fā)光膜22對 激發(fā)光的透射率為約37%時，發(fā)光膜22的厚度和半透明膜20的最優(yōu)反射率 之間的關(guān)系，其中激發(fā)光的泄漏可以被抑制、熒光元件14的發(fā)光效率可 以得到提高。例如，當(dāng)發(fā)光膜22的厚度為約0.1mm時，通過為半透明膜20提供約14%的反射率，就可以抑制來自半透明膜20的激發(fā)光的泄漏，并提 高熒光元件14的發(fā)光效率。因此，即使發(fā)出的激發(fā)光Le由發(fā)光元件12高能化，但由于進(jìn)入熒光 元件14的激發(fā)光的泄漏受到抑制，所以仍可以安全地使用該發(fā)光器件。 此外，由于激發(fā)光被限定在熒光元件14中，所以增加了發(fā)光膜22中激發(fā) 光的吸收。結(jié)果是，可以從熒光元件14向外發(fā)射具有高亮度的可見光。在藍(lán)光和紫外光之間、約430nm或更小的波長范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值的 發(fā)光元件可以用作發(fā)光元件12。發(fā)光元件12可以是側(cè)面發(fā)光型的或表面 發(fā)光型的。具體地，發(fā)光元件12可以是半導(dǎo)體激光二極管(LD)或發(fā)光二 極管(LED)，其含有III-V族元素化合物的鋁鎵銦氮化物(AlGalnN)層或 II-VI族元素化合物的鎂鋅氧化物(MgZnO)層，以作為發(fā)光層(激活層)。舉例來說，用作激活層的III-V族元素化合物半導(dǎo)體可以是基于氮化 物的化合物半導(dǎo)體，其包含A1、 Ga和In至少之一。具體地，用作激活層 的III-V族元素化合物半導(dǎo)體可以表示為AlxGayln一y)N(0^^1 、 OSySl 、 01(x+y)Sl)，其包括二元氮化物半導(dǎo)體，例如A1N、 GaN和InN，三元氮化 物半導(dǎo)體，如AlxGao-x)N((Xx〈1)、 AlxIn(Lx)N((Xx〈I)和Gayln^)N((Ky〈)， 及含A1、 Ga和In全部的四元氮化物半導(dǎo)體。紫外光和藍(lán)光之間的發(fā)光峰 值波長根據(jù)對于A1、 Ga和In的相應(yīng)x、 y和(l-x-y)來確定。此外，部分III 族元素可以用硼(B)和鉈(T1)等代替。此外，部分V族元素可以用磷(P)、砷 (As)、銻(Sb)和鉍(Bi)等代替。類似地，用作激活層的II-VI族元素化合物半導(dǎo)體為包含Mg和Zn至少 之一的氧化物半導(dǎo)體。具體地，用作激活層的II-VI族元素化合物半導(dǎo)體 可以表示為MgzZn^)O(0^zSl)。根據(jù)分別對應(yīng)于Mg和Zn組成的z和(l-z) 確定紫外光區(qū)域的發(fā)光峰值波長。圖6示出了用作發(fā)光元件12的側(cè)面發(fā)光AlGalnN系激光二極管的實 例。如圖6所示，AlGalnN系激光二極管包括n型GaN基片100和基片100上 生長的外延生長層。外延生長層包括n型GaN緩沖層101、 n型AlGaN覆蓋層102、 n型GaN光導(dǎo)層103、 GalnN激活層104、 p型(JaN光導(dǎo)層105、 p型 AlGaN覆蓋層106和p型GaN接觸層107 。 p型接觸層107和 一部分p型覆蓋層 106提供了脊。脊的側(cè)面和p型覆蓋層106的前面上配置了絕緣薄膜108。 p 型接觸層107的前面和一部分絕緣膜108上配置了p側(cè)電極109。 N型基片 100的后表面上配置了n型電極110。圖7示出了用作發(fā)光元件12的垂直空腔表面發(fā)射激光二極管(VCSEL) 的實例。如圖7所示，VCSEL具有的結(jié)構(gòu)包括含多個層的n型分布式布拉 格反射鏡(DBR) 121、多量子阱(MQW)層122和n型基片120上含多個層的p 型DBR鏡123。通過在p型DBR鏡123上的接觸層124而配置p側(cè)電極125。 n 型基片120的后表面上配置了n側(cè)電極126。圖8和9所示為用作發(fā)光元件12的側(cè)面發(fā)射MgZnO激光二極管的實 例。在圖8所示的MgZnO激光二極管中，使用了硅(Si)基片130。另一方面， 在圖9所示的MgZnO激光二極管中，使用了藍(lán)寶石基片140。圖8所示的MgZnO激光具有以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括Si基片130、金屬 反射層131、 p型MgZnO覆蓋層132、 i型MgZnO激活層133、 n型MgZnO覆 蓋層134和n型MgZnO接觸層135。在n型接觸層135上配置了n側(cè)電極136。 在基片130上配置了p側(cè)電極137。圖9所示的MgZnO激光二極管具有以下結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括藍(lán)寶石基片 140、 ZnO緩沖層141、 p型MgZnO覆蓋層142、 MgZnO激活層143和n型 MgZnO覆蓋層144。通過在n型覆蓋層144上的氧化銦錫(ITO)電極層145而 配置了n側(cè)電極146。通過在p型覆蓋層142上的ITO電極層147而配置p側(cè)電 極148。對于熒光元件14的半透明膜20，可以使用金屬薄膜和介電多層膜等。 對于所述金屬薄膜，可以使用諸如鋁(A1)、黃金(Au)、銀(Ag)和鈀(Pd)的 金屬。對于介電多層膜的每一層，可以使用Si、鋯(Zr)、鉿(Hi)、 Al、鉭 (Ta)和鈦(Ti)等的氧化物薄膜或氮化物薄膜。對于發(fā)光膜22的透明基材30，可以使用具有激發(fā)光高透射性能和高耐熱性能的任何材料。例如，可以使用諸如有機硅樹脂、環(huán)氧樹脂、脲 醛樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂和聚酰亞胺樹脂的樹脂。尤其是，滿意的 是環(huán)氧樹脂和有機硅樹脂，這類樹脂容易得到、便于使用且價格低廉。此外，除了樹脂，還可以使用結(jié)合了釔鋁石榴石(YAG)和氧化鋁(A1203) 等的玻璃、燒結(jié)體和陶瓷結(jié)構(gòu)。對于磷光體32，可以使用通過吸收波長范圍在紫外光和藍(lán)光之間的 光而發(fā)出可見光的磷光體材料。例如，可以使用諸如以下的磷光體材料 硅酸鹽磷光體材料、鋁酸鹽磷光體材料、氮化物磷光體材料、硫化物磷 光體材料、硫氧化物磷光體材料、YAG磷光體材料、硼酸鹽磷光體材料、 磷酸硼酸鹽磷光體材料、磷酸鹽磷光體材料和鹵化磷酸鹽磷光體材料。(1) 硅酸鹽磷光體材料(Sr(1-x.y-z)BaxCayEuz)2SiwO(2+2w)((^x<、05y<l、 0.05^z^).2、 0.90^^1,10)。在此，對于硅酸鹽磷光體材料，滿意為x-0.19、 y=0、 z-0.05且w^1.0 的組成。在硅酸鹽磷光體材料中，為了穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)或增加發(fā)光強度， 可以用Mg和Zn中至少任何之一代替一部分的鍶(Sr)、鋇(Ba)和鈣(Ca)。此外，可以使用具有不同組成比的硅酸鹽磷光體材料，如MSi03、 MSi04、 M2Si03、 M2SiOs和M4Si208(M為選自Sr、 Ba、 Ca、 Mg、 Be、 Zn 和Y的至少一種元素)。此外在硅酸鹽磷光體材料中，為了控制發(fā)光顏色， 可以用鍺(Ge)(如(Sr(卜x于z)BaxCayEu2)2(Sid-u)Geu)04)代替部分Si。此外，可 以包括選自Ti、鉛(Pb)、錳(Mn)、砷(As)、 Al、鐠(Pr)、鋱(Tb)的至少一種 元素作為活化劑。(2) 鋁酸鹽磷光體材料M2A1kA7(注意M為選自Ba、 Sr、 Mg、 Zn 和Ca的至少一種元素)?？梢园ㄤB(Eu)和錳的至少之一作為活化劑。此外，可以使用具有不同組成比例的鋁酸鹽磷光體材料，如MAl204、 MA14017、 MA18013、 MA112019、 M2Al10O17、 M2A1U019、 M3A15012、 M3Alw027和M4Al50i2(M為選自Ba、 Sr、 Ca、 Mg、 Be和Zn的至少一種元素)。此外，可以包括選自Mn、鏑(Dy)、 Tb、釹(Nd)和Ce的至少一種元素 作為活化劑。(3) 氮化物磷光體材料(主要為氮化硅磷光體材料):LxSiyN(2x/3+4y/3): Eu， 或LxSiyOzN(2x/3+4y/3-2z/3): Eu(L為選自Sr、 Ca、 Sr和Ca的至少一種元素)。對于氮化物磷光體材料，滿意為x-2且"5，或x-l且y-7的組成。然 而，x和y可以為任何值。具體地，可以滿意地為氮化物磷光體材料，如(SrxCa(,-x))2SisN8: Eu、 Sr2Si5N8: Eu， Ca2Si5N8: Eu、 SrxCa(1_x)Si7N10: Eu、 SrSi7N10: Eu、 CaSi7N10: Eu，其中可加入錳作為活化劑。氮化物磷光體材料中可以包括選自Mg、 Sr、 Ca、 Ba、 Zn、 B、 Al、銅(Cu)、 Mn、鉻(Cr)和鎳(Ni)的至少一種元素。 還有，可以包括選自Ce、 Pr、 Tb、 Nd和鑭(La)的至少一種元素作為活化 劑。(4) 硫化物磷光體材料(Zn(1_x)Cdx)S: M((^x^1)， (M為選自Cu、氯(C1)、 Ag、 Al、鐵(Fe)、 Cu、 Ni和Zn的至少一種元素)。硫(S)可以用硒(Se)和碲(Te)的至少任何之一代替。(5) 硫氧化物磷光體材料(Ln(1.x)Eux)O2S(0^^1)， (Ln為選自鈧(Sc)、 Y、 La、軋(Gd)和镥(Lu)的至少一種元素)?？梢允褂肨b、 Pr、 Mg、 Ti、 Nb、 Ta、 Ga、釤(Sm)和銩(Tm)的至少任 何之一作為活化劑。(6) YAG磷光體材料(Y(1.x.y_z)GdxLaySmz)3(Al(1.v)Gav)5012: Ce， Eu(0￡x Sl、 05ySl、 0^1、 0SvSl)。可以包括Cr和Tb的至少之一作為活化劑。(7) 硼酸鹽磷光體材料MB03: Eu(M為選自Y、 La、 Gd、 Lu和In的至少一種元素)?？梢园═b作為活化劑。此外，可以使用具有不同組成比例的硼酸鹽磷光體材料，如0128205: Mn、 (Ce、 Gd、 Tb)MgB5Oi0: Mn、 GdMgB5O10: Ce、 Tb。(8) 磷酸硼酸鹽磷光體材料:2(M(1_x)M'x)0*aP205'bB203 (0.0lSx50.5、 0Sa52、 0SbS3、 0.3<(a+b))， (M為選自Mg、 Ca、 Sr、 Ba和Zn的至少一種 元素，M'為選自Eu、 Mn、 Sn、 Fe和Cr的至少一種元素)。(9) 磷酸鹽磷光體材料(SrG-x)Ba^(P04)2: Eu，或(51^>8^)^207: Eu、Sn?？梢园═i和Cu至少之一作為活化劑。(10) 鹵化磷酸鹽系磷光體材料(M^)EUx)q(P04)6CI2，或(M(,-x)EUx)(P04)3C1 (M為選自Ba、 Sr、 Ca、 Mg、和Cd的至少一種元素，x為滿足不 等式0^^1的數(shù)字)。至少部分C1可以被氟(F)代替。此外，可以包括Sb和Mn至少之一作為 活化劑。通過任意選擇前述磷光體材料，可以為熒光元件14提供藍(lán)熒光元件、 黃熒光元件、綠熒光元件、紅熒光元件和白熒光元件。此外，通過組合 多種磷光體材料，可以提供能發(fā)射由磷光體材料顏色產(chǎn)生的疊加色彩的 光的熒光元件14。為了提供白熒光元件，可以使用對應(yīng)于三原色的紅、 綠和藍(lán)(RGB)光的相應(yīng)磷光體材料的組合，或色彩互補關(guān)系的顏色組合， 如藍(lán)色和黃色。舉例來說，在每個透明基材中混合對應(yīng)于RGB中每一個各顏色的磷 光體材料，從而制成對應(yīng)于各RGB顏色的薄的熒光膜。通過互相層壓薄 的熒光膜，可以提供作為圖1所示發(fā)光膜22的、能發(fā)射白光的多層熒光膜。 此外，通過在單一透明基材中混合RGB磷光體材料，就可以提供作為發(fā) 光膜22的、發(fā)射白光的單層熒光膜。發(fā)光膜22需要具有穩(wěn)定的效率和色 調(diào)時，多層熒光膜將是滿意的。在對簡單制作的發(fā)光膜22施重時，單層 熒光膜將是滿意的。對于反射膜24,對于激發(fā)光可以使用反射率約80%或更高的金屬膜或 介電多層DBR，滿意為約90%或更高。尤其是，對于介電多層DBR，可 以提供一種適合于激發(fā)光波長的設(shè)計，以便有選擇地僅僅反射激發(fā)光，以及透射發(fā)光膜22所發(fā)射的可見光。對于金屬膜，可以使用諸如A1、 Au、 Ag、禾nPd的金屬，這些金屬具有高反射率。對于介電多層DBR，可以使 用Si、 Zr、 Hf、 Al、 Ta和Ti等的氧化物和氮化物。對于安裝基片IO，希望使用具有高熱導(dǎo)率的材料。舉例來說，可以 使用A1N、 A1203、 Cu、氮化硼(BN)、塑料、陶瓷和金剛石等。使用這類 材料用于安裝基片IO，可以有效地撤出發(fā)光元件12操作時產(chǎn)生的熱。對于接線16a、 16b，滿意的是具有低電阻且對可見光具有低吸收率 的材料。舉例來說，接線16a、 16b可以用金屬材料如Au、 Ag、 Cu、 Cu 合金和鎢(W)形成。接線16a、 16b可以是薄膜接線或厚膜接線。此外，Au 鍍層、Ag鍍層、Pd鍍層或焊接鍍層可以形成在接線16a、 16b上，以改善 其粘結(jié)性。對于焊線18希望使用具有低阻抗且對可見光具有低吸收率的 材料。舉例來說，可以使用Au線?；蛘?，可以使用Au和貴金屬如Pt相結(jié) 合的線。通過舉例說明圖1和2所示的發(fā)光器件，以下對制備根據(jù)本發(fā)明實施 方案的發(fā)光器件的方法進(jìn)行說明。形成圖1中所示發(fā)光器件的熒光元件14。使用有機硅樹脂作為熒光膜的透明基材。在透明材料中形成包括不同磷光體材料的兩個熒光膜，這 些磷光體材料利用色彩互補關(guān)系提供白光。每個熒光膜包括約75重量％ 的每種不同磷光體材料。例如，分別形成包括藍(lán)色磷光體材料的藍(lán)熒光 膜和包括黃色磷光體材料的黃熒光膜。具體地，分別使用(Sr， Ca, Ba)1Q(P04)6Cl2: Eu用于藍(lán)色磷光體材料，使用3(Sr， Ca， Ba)2Si204: EU用于黃色磷光體材料。為半透明膜20制備含有Si3N4薄膜的介電多層膜。在介電多層膜上層 壓黃熒光膜。此外，在黃熒光膜上層壓藍(lán)熒光膜。這樣，形成了包含黃 熒光膜和藍(lán)熒光膜的發(fā)光膜22。此外，黃熒光膜中可以吸收藍(lán)色可見光，從而發(fā)射黃色可見光。因 此，色調(diào)可以被改變。另一方面，藍(lán)熒光膜中可以不吸收黃色可見光。因此，為了防止藍(lán)熒光膜中輻射的藍(lán)色可見光被發(fā)射進(jìn)入黃熒光膜中， 要求使藍(lán)熒光膜的折射率大于黃熒光膜。此外，通過將低折射率的黃熒 光膜布置在激發(fā)光的入口一側(cè)，可以有效地將激發(fā)光透射到整個發(fā)光膜22。通過蒸發(fā)、噴濺等方法將金屬膜如Ag沉積在發(fā)光膜22上，以形成反 射膜24。這樣，制得了熒光元件14。通過模塑制得安裝基片IO，如A1N。將金屬膜如Au沉積在安裝基片 10上。接線16a、 16b通過光刻、蝕刻等方法形成在安裝基片10的表面上。具有AlGalnN激活層來激發(fā)紫光的半導(dǎo)體激光二極管作為發(fā)光元件 12安裝在安裝基片10上，以便直接將發(fā)光元件12的電極(未表示出)與接線 16a連接。熒光元件14安裝在安裝基片10的表面上，由此使半透明膜20面 向發(fā)光元件12。然后，接線16b和發(fā)光元件12的其它電極(未表示出)通過 焊線18電連接。在如上所述制備的發(fā)光器件中，在發(fā)光元件的電極之間施加操作電 壓以激發(fā)出激光。激發(fā)光從發(fā)光元件12向熒光元件14方向發(fā)射，福照半 透明膜20。入射到半透明膜20的激發(fā)光在發(fā)光膜22中被吸收。然后，白 光沿著不同于激發(fā)光入射方向的方向透射。透射穿過發(fā)光膜22的激發(fā)光被反射膜24反射。反射的激發(fā)光再次進(jìn) 入發(fā)光膜22，在發(fā)光膜22中被吸收。這樣，高能激發(fā)光不會通過反射膜 24漏泄。還有，通過調(diào)節(jié)半透明膜20的反射率，可以減少透射穿過半透明膜 20至熒光元件14外面的激發(fā)光。結(jié)果是，高能激發(fā)光基本上不泄漏到可 見輸出光的輸出方向。這樣，在本發(fā)明實施方案中，可以安全地使用高 能量激發(fā)光輻射高亮度的可見光。此外，在圖l所示的發(fā)光器件中，發(fā)光元件12和熒光元件14互相隔離。 發(fā)光元件12和熒光元件14之間距離為任意的，可以通過考慮熒光元件14 上激發(fā)光入射點的擴展(expansion)和發(fā)光器件的散熱來確定。例如，安裝基片10的散熱效率足夠時，發(fā)光元件12的出口一側(cè)可以與熒光元件14的 入口一側(cè)緊密接觸，如圖10中所示。此情況下，由于激發(fā)光的擴展可以 忽略不計，所以可以有效地減少激發(fā)光的泄漏。還有，當(dāng)使用側(cè)面發(fā)光型發(fā)光元件12時，可以從彼此相對的兩端發(fā) 射激發(fā)光。此情況下，如圖11所示，兩個熒光元件14a、 14b可以布置成 使其面向發(fā)射激發(fā)光的兩端的每一個。還有，如圖12所示，反射膜25如金屬膜可以形成在放置熒光元件14 的安裝基片10的表面上。在發(fā)光膜22內(nèi)向所有方向輻射的可見光中，射 向安裝基片10方向的可見光被反射膜25反射。結(jié)果是，提高了熒光元件 14中輻射的可見光的提取效率。此外，通過限定可見輸出光的提取表面，可以為可見輸出光提供定 向性。如圖13所示，當(dāng)提取表面限定在發(fā)光膜22的頂面時，在熒光元件 14的相對一側(cè)的表面上提供反射膜54。發(fā)光膜22中向所有方向輻射的可 見光在反射膜54得到反射。這樣，可見光只從發(fā)光膜22的頂面發(fā)出。此外，如圖14和15中所示，可以在安裝基片10上提供反射鏡40，以 圍繞熒光元件14。發(fā)光元件12的激發(fā)光Le通過反射鏡40的幵口42進(jìn)入熒 光元件14。反射鏡40傾斜成使可見輸出光Lf可以從安裝基片10的表面向 上提取。來自發(fā)光膜22側(cè)面的可見輸出光L傲反射鏡40反射，并如來自 發(fā)光膜22頂面的可見輸出光L僕似地向上發(fā)射。此外，可以使用拋物線 反射鏡作為反射鏡40。這樣，可以有效地提取高度定向的可見輸出光Lf。此外，如圖16和17所示，可以提供拋物線反射鏡40a，該反射鏡向激 發(fā)光Le的入射方向發(fā)射可見輸出光Lf。發(fā)光元件12的激發(fā)光Le從反射鏡 40a中形成的開口44進(jìn)入熒光元件14。從熒光元件14的頂面和側(cè)面發(fā)出的 可見輸出光L敞反射鏡40a反射，并且在從發(fā)光元件12朝向熒光元件14方 向提取。還有，可以在安裝基片10中提供穿孔50，以便從發(fā)光膜22的底 面提取可見輸出光Lf。這樣就可以有效地提取高度定向的可見輸出光Lf。此外，熒光元件14的形狀不限于圖1和2中所示的矩形形狀。如圖18中所示，熒光元件14在與激發(fā)光入射方向垂直的橫截面中具有半圓形的 形狀。此外，如圖19中所示，熒光元件14具有梯形形狀的發(fā)光膜22，其 中靠近半透明膜20的部分比靠近反射膜24的其它部分的寬度更寬。這樣， 通過提供具有半圓形形狀或梯形形狀的發(fā)光膜22，可以增加可見輸出光 的提取效率。此外，為了增加可見輸出光的提取效率，如圖20中所示，發(fā)光膜22 的端部可以在沿激發(fā)光入射方向的橫截面中圓整成凸形。此外，如圖21中所示，半透明膜20a中可以配置開口52。激發(fā)光Le可 以從開口52直接進(jìn)入發(fā)光膜22。此情況下，可以使用具有波長選擇性的 介電多層DBR，以作為半透明膜20a，其中激發(fā)光Le可以被選擇性地反射。 這樣，可以限定熒光元件14內(nèi)的入射激發(fā)光，并提高發(fā)光效率。(改進(jìn)方案)根據(jù)本發(fā)明實施方案改進(jìn)方案的熒光元件14包括半透明膜20、第一 發(fā)光膜22a、透明膜26、第二發(fā)光膜22b和反射膜24，如圖22中所示。第 一和第二發(fā)光膜22a、 22b分別包括黃色和藍(lán)色的磷光體材料，其可通過 利用色彩互補關(guān)系提供白光。此外，半透明膜20的最佳反射率可以根據(jù) 如圖5所示的厚度和反射率之間的關(guān)系來確定。在此，厚度為發(fā)光膜22a 和22b各厚度之和。改進(jìn)方案與本發(fā)明實施方案的差別在于在第一和第二發(fā)光膜22a、 22b之間提供透明膜26。其它構(gòu)造與本發(fā)明實施方案中的相同，略去重復(fù) 說明。對于透明膜26，可以使用具有光學(xué)透明性的樹脂等。樹脂可使用具 有高光學(xué)透明性和耐熱性的任何樹脂。舉例來說，可以使用硅樹脂、環(huán) 氧樹脂、脲醛樹脂、氟樹脂、丙烯酸樹脂和聚酰亞胺樹脂等。尤其優(yōu)選 環(huán)氧樹脂或硅樹脂，因為其容易獲得、使用方便且成本低廉。此外，除 了樹脂，可以使用玻璃、燒結(jié)體和陶瓷結(jié)構(gòu)等，其中Si和Ti等的氧化物為其主要成份。例如，當(dāng)?shù)谝缓偷诙l(fā)光膜22a、 22b彼此相鄰布置時，在第一和第 二發(fā)光膜22a、 22b的界面可能會發(fā)生顏色混合。第二發(fā)光膜22b發(fā)出的藍(lán) 色可見光比第一發(fā)光膜22發(fā)出的黃色可見光波長更短。因此，藍(lán)色可見 光在第一發(fā)光膜22a中被吸收。結(jié)果，輸出光的色調(diào)可能會改變，發(fā)光效 率可能會降低。在本發(fā)明實施方案的改進(jìn)方案中，透明膜26的折射率小于第一和第 二發(fā)光膜22a、 22b的折射率。例如，第一發(fā)光膜22a發(fā)出的黃色可見光在 透明膜26的界面被反射，該黃光難以進(jìn)入透明膜26。類似地，第二發(fā)光 膜22b發(fā)出的藍(lán)色可見光在透明膜26的界面被反射，該藍(lán)光難以進(jìn)入透明 膜26。結(jié)果可以抑制第一和第二發(fā)光膜22a、 22b之間的顏色混合。此外，滿意的是提供比第一發(fā)光膜22a折射率更高的第二發(fā)光膜22b。 由于第二發(fā)光膜22b和透明膜26之間的折射率之差大于第一發(fā)光膜22a和 透明膜26之間的折射率之差，因此可以將藍(lán)色可見光限定在第二發(fā)光膜 22b中。即使黃色可見光進(jìn)入第二發(fā)光膜22b，黃色可見光也不會被吸收。 結(jié)果是，可以抑制從熒光元件14射出的可見輸出光的色調(diào)變化。此外， 由于減少了第二發(fā)光膜22b中發(fā)出的藍(lán)色可見光的再吸收，所以可以提高 光的提取效率。因此，根據(jù)本發(fā)明實施方案的改進(jìn)方案，可以安全使用 高能激發(fā)光，并且輻射高亮度的可見光。此外，前述解釋舉例說明了具有第一和第二發(fā)光膜22a、 22b的熒光 元件14。然而，熒光元件14中包括的發(fā)光膜可以是三個或更多。透明膜 可以在相應(yīng)的發(fā)光膜之間提供。例如，如圖23所示，第一發(fā)光膜22a、第二發(fā)光膜22b和第三發(fā)光膜 22c的每一個都包括對應(yīng)于RGB中每一個的每種顏色的磷光體材料，RGB 是提供白光的原色。第一透明膜26布置在第一和第二發(fā)光膜22a、 22b之 間。第二透明膜36布置在第二和第三發(fā)光膜22b、 22c之間。透明膜26的 折射率小于第一和第二發(fā)光膜22a、 22b的折射率。第二透明膜36的折射率小于第二和第三發(fā)光膜22b、 22c的折射率。因此，可以抑制分別從第 一 第三發(fā)光膜22a、 22b和22c發(fā)射的RGB顏色的可見光之間的顏色混合。 結(jié)果是，可以減少藍(lán)色和綠色可見光的再吸收，并提高光的提取效率。此外，為了增加可見輸出光的提取效率，如圖24中所示，第一和第 二發(fā)光膜22a、 22b的端部可以在沿激發(fā)光入射方向的橫截面中圓整成凸 形。此外，透明膜26可以為多種透明膜。如圖25中所示，第一至第三透 明膜26a、 26b和26c布置第一和第二發(fā)光膜22a與22b之間。例如，第一至 第三透明膜26a、 26b和26c的各折射率小于第一和第二發(fā)光膜22a、 22b的 折射率。還有，第一至第三透明膜26a、 26b、 26c的各折射率從第一透明 膜26a起至第三透明膜26c減少，第一透明膜26a與含黃色磷光體的第一發(fā) 光膜22a相鄰，第三透明膜26c與含藍(lán)色磷光體的第二發(fā)光膜22b相鄰。此 外，第二發(fā)光膜22b的折射率等于或大于第一發(fā)光膜22a的折射率。使第二發(fā)光膜22b和第三透明膜26c之間的折射率之差最大化。這樣， 第二發(fā)光膜22b發(fā)出的藍(lán)色可見光在第二發(fā)光膜22b和第三透明膜26c之 間的界面被反射，藍(lán)光難以進(jìn)入第一發(fā)光膜22a。結(jié)果是，可以抑制可見 輸出光的色調(diào)變化。此外，可以減少第二發(fā)光膜22b中發(fā)射的藍(lán)色可見光 的再吸收，并提高光提取效率。此外，從第一發(fā)光膜22a至第三透明膜26c的各相鄰薄膜間折射率的 每一個差值都小于第一發(fā)光膜22a和第三透明膜26c間的折射率之差。因 此，激發(fā)光可以容易地透射到第二發(fā)光膜22b。結(jié)果是，可以提高第一和 第二發(fā)光膜22a、 22b中的激發(fā)光吸收，并提高光提取效率。(其它實施方案)在本發(fā)明的實施方案中，描述了使用熒光元件發(fā)射白光的發(fā)光器件。 然而，對熒光元件不作如此限定。可以使用發(fā)射白光以外可見光的熒光 元件。例如，發(fā)射諸如紅色、橙黃、黃色、黃綠、綠色、藍(lán)綠、藍(lán)色、紫羅蘭色和白色可見光的熒光元件可以用于想要的目的。根據(jù)本發(fā)明實施方案的發(fā)光器件可以用于普通照明裝置、商業(yè)照明 設(shè)備、電視機或個人電腦液晶顯示器的背光、以及汽車、摩托車或自行 車的燈光等。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不背離其保護(hù)范圍下吸收本公開教導(dǎo)內(nèi)容后 進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光器件，該發(fā)光器件包括構(gòu)造成發(fā)射激發(fā)光的發(fā)光元件；和熒光元件，該熒光元件包括半透明膜，其面向所述發(fā)光元件，并被構(gòu)造成透射所述激發(fā)光；第一發(fā)光膜，其包括多個磷光體，并被構(gòu)造成吸收透射穿過所述半透明膜的所述激發(fā)光，和發(fā)射波長不同于所述激發(fā)光的可見光；和反射膜，其布置在其上布置有所述半透明膜的第一發(fā)光膜的相反一側(cè)上，并被構(gòu)造成將透射穿過所述第一發(fā)光膜的所述激發(fā)光反射向所述第一發(fā)光膜。
2. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述第一發(fā)光膜包括對所述激發(fā)光透 明的透明基材，而所述磷光體分散在所述透明基材中。
3. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述熒光元件還包括發(fā)射波長不同于 所述第一發(fā)光膜的可見光的第二發(fā)光膜。
4. 權(quán)利要求3的發(fā)光器件，其中發(fā)射具有更短波長的可見光的所述第 一發(fā)光膜和所述第二發(fā)光膜之一具有比另一個更大的折射率。
5. 權(quán)利要求3的發(fā)光器件，其中所述熒光元件還包括在所述第一發(fā)光 膜和所述第二發(fā)光膜之間的對所述激發(fā)光透明的透明膜。
6. 權(quán)利要求5的發(fā)光器件，其中所述透明膜在可見光波長下具有比所 述第一發(fā)光膜和所述第二發(fā)光膜的折射率更小的折射率。
7. 權(quán)利要求3的發(fā)光器件，其中所述第一發(fā)光膜和所述第二發(fā)光膜之 一在所述反射膜的近側(cè)發(fā)射具有更短波長的可見光。
8. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述磷光體包括發(fā)射波長彼此不同的 光的多種磷光體材料。
9. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述反射膜對所述激發(fā)光具有約80% 或更高的反射率。
10. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述反射膜包括金屬膜。
11. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述反射膜包括選擇性地反射所述 激發(fā)光的多層分布的布拉格反射器。
12. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述半透明膜包括金屬膜或介電多 層膜。
13. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述半透明膜具有使所述激發(fā)光可 以直接進(jìn)入所述發(fā)光膜的開口。
14. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光元件包括發(fā)射峰值波長為 約430nm或更小的光譜的光的半導(dǎo)體發(fā)光元件。
15. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光元件包括側(cè)面發(fā)光型半導(dǎo) 體激光二極管。
16. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光元件包括表面發(fā)光型半導(dǎo) 體激光二極管。
17. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光元件具有包括鋁、鎵和銦 的至少之一的氮化物系化合物半導(dǎo)體的激活層。
18. 權(quán)利要求l的發(fā)光器件，其中所述發(fā)光元件具有包括鎂和鋅的至 少之一的氧化物半導(dǎo)體的激活層。
19. 權(quán)利要求3的發(fā)光器件，其中所述熒光元件還包括發(fā)射波長不同 于所述第一發(fā)光膜和所述第二發(fā)光膜的可見光的第三發(fā)光膜。
全文摘要
一種發(fā)光器件，包括發(fā)射激發(fā)光的發(fā)光元件和熒光元件。所述熒光元件包括面向發(fā)光元件的透射激發(fā)光的半透明膜；包括磷光體的發(fā)光膜，用來吸收透射穿過半透明膜的激發(fā)光、并發(fā)射波長不同于所述激發(fā)光的可見光；以及布置在其上布置有半透明膜的發(fā)光膜相反一側(cè)上的反射膜，用來將透射穿過發(fā)光膜的激發(fā)光反射向發(fā)光膜。
文檔編號H01S5/00GK101226978SQ20081000402
公開日2008年7月23日 申請日期2008年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月16日
發(fā)明者三石嚴(yán), 信田直美, 布上真也, 齋藤真司, 服部靖, 橘浩一, 波多腰玄一 申請人:株式會社東芝