專利名稱：半導體發(fā)光設備以及使用所述半導體發(fā)光設備的光源設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及 被用作車輛頭燈的點光源以及投影光源的半導體發(fā)光設備，并且還 涉及使用所述半導體發(fā)光設備的光源設備。
背景技術：
上述半導體發(fā)光設備的例子包括帶有固態(tài)發(fā)光器件的白色LED以及把由所述固 態(tài)發(fā)光器件發(fā)出的初級光轉(zhuǎn)換成波長更長的光的波長轉(zhuǎn)換器。在這種白色LED (在下文 中稱作“LED芯片”或者簡單地稱作“芯片”)中通常使用具有由基于InGaN的化合物 半導體制成的發(fā)光層的發(fā)光二極管。所述波長轉(zhuǎn)換器的一個例子是樹脂磷光體層，其由 散布在透明樹脂中的磷光體粉末(磷光體粒子)制成。近年來，對于高輸出半導體發(fā)光設備的需求越來越多。然而遺憾的是，要提高 半導體發(fā)光設備的輸出功率就意味著要增強由所述LED芯片發(fā)出的熒光激發(fā)光，這會由 于與所述磷光體進行的波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的能量損耗(Stokes損耗)而導致發(fā)熱。所述熱在 所述樹脂磷光體層內(nèi)累積從而提高所述樹脂磷光體層的溫度，這就會增加所述固體內(nèi)的 晶格振動，進而降低光子轉(zhuǎn)換效率。另外，由于所述樹脂磷光體層的溫度升高以及暴露于由所述LED芯片發(fā)出的 強初級光，所述樹脂磷光體層的透明樹脂與周圍的組成元件以及空氣發(fā)生加速的化學反 應。所述透明樹脂的物理屬性受到負面影響，從而會降低光學輸出和可靠性(比如降低 透光率)。鑒于上述缺點，提出了將具有高導熱率和極佳散熱能力的陶瓷壓塊(compact) (例如包括透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃或者有光學功能的復合陶瓷的壓塊)用作所述波 長轉(zhuǎn)換器，以便抑制所述波長轉(zhuǎn)換器的溫度升高(參見下面列出的專利文獻1和2)。[引用列表]專利文獻PTL 1:日本專利申請公布 Νο.2004-146835。PTL 2 日本專利申請公布Νο.2006-5367。

發(fā)明內(nèi)容
[技術問題]然而，由具有石榴石型結(jié)構(gòu)(其中具有典型數(shù)量的Ce3+置換)的磷光體制成的陶 瓷壓塊不足以執(zhí)行有效的波長轉(zhuǎn)換以及產(chǎn)生預期的輸出。作出本發(fā)明以便解決上述問題，并且本發(fā)明旨在提供一種盡管在其中采用了散 熱極佳的波長轉(zhuǎn)換器但仍然能夠產(chǎn)生高功率輸出的半導體發(fā)光設備。本發(fā)明還旨在提供 一種使用所述半導體發(fā)光設備的光源設備。[問題的解決方案]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備包括適于(operable to)發(fā)出初級光的固態(tài)發(fā) 光器件；以及適于把所述初級光轉(zhuǎn)換成波長更長的次級光的波長轉(zhuǎn)換 器。所述波長轉(zhuǎn)換器是包括透明波長轉(zhuǎn)換層的無機壓塊，所述透明波長轉(zhuǎn)換層包含具有 石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的磷光體。所述磷光體包含一個組成元素族，其包括從Mg、Ca、Sr、 Ba、Y、La、Gd、Tb以及Lu中選擇的一種或多種元素。所述組成元素族的一部分由 Ce3+置換。所述Ce3+置換的數(shù)量處于0.01atomic% (原子百分比)到latomic%&范圍內(nèi) 并且包含邊界值。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的光源設備具有根據(jù)本發(fā)明的任何半導體發(fā)光設備。[本發(fā)明的有利效果]根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備具有作為無機壓塊的波長轉(zhuǎn)換器。據(jù)此實現(xiàn)極佳 的散熱。另外，由于所述組成元素族的Ce3+置換部分的數(shù)量被限制為“〖。!^⑶或更少， 因此確保所述波轉(zhuǎn)換效率為高(絕對量子效率為80%或更高)，從而確保高功率輸出。使 所述半導體發(fā)光設備能夠發(fā)出針對一般照明目的適當調(diào)節(jié)的更多照明光。本發(fā)明實現(xiàn)了 提供一種適于一般照明目的的高功率半導體發(fā)光設備。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一種示例性半導體發(fā)光設備的俯視圖。圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件的一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件的另一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件的又一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件的又一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖6是示出常規(guī)波長轉(zhuǎn)換器的配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器的一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器的另一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器的又一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖10是示出根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器的又一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖11是示出根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器的又一種示例性配置的橫截面?zhèn)纫晥D。圖12是根據(jù)本發(fā)明的所述示例性半導體發(fā)光設備的橫截面?zhèn)纫晥D。圖13是根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性半導體發(fā)光設備的橫截面?zhèn)纫晥D。圖14是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性半導體發(fā)光設備的橫截面?zhèn)纫晥D。圖15是根據(jù)本發(fā)明的所述半導體發(fā)光設備的導熱路徑的橫截面?zhèn)纫晥D。圖16是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性光源設備的橫截面?zhèn)纫晥D。圖17是根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性光源設備的橫截面?zhèn)纫晥D。圖18是示出多個白色LED的發(fā)射光的相關色溫的表格。圖19是示出由對應的各白色LED發(fā)出的光的色度的示意圖。圖20是根據(jù)本發(fā)明的一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖21是根據(jù)本發(fā)明的另一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖22是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖23是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。
圖24是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖25是Y3Al5012:Ce3+磷光體粉末的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖26是示出Ce3+置換數(shù)量與 內(nèi)部量子效率之間的關系的曲線圖。圖27是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖28是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖29是根據(jù)本發(fā)明的又一種示例性透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。圖30是示出Gd3+置換數(shù)量與內(nèi)部量子效率之間的關系的曲線圖。圖31是示出由各白色LED發(fā)出的光的色度的示意圖。圖32是示出Ce3+置換數(shù)量與溫度特性之間的關系的曲線圖。圖33是示出Gd3+置換數(shù)量與溫度特性之間的關系的曲線圖。圖34是示出由各白色LED發(fā)出的光的相關色溫的表格。圖35是示出由各白色LED發(fā)出的光的色度的表格。圖36是示出Gd3+與溫度特性之間的關系的曲線圖。圖37是示出由Ce3+置換數(shù)量和Gd3+置換數(shù)量決定的溫度范圍的表格。圖38是示出由Ce3+置換數(shù)量和Gd3+置換數(shù)量決定的溫度范圍的表格。
具體實施例方式下面參照附圖描述根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備的各實施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一種示例性半導體發(fā)光設備的俯視圖。圖12是根據(jù)本 發(fā)明的一種示例性半導體發(fā)光設備的橫截面?zhèn)纫晥D。首先參照圖1描述所有優(yōu)選實施例所共有的細節(jié)。散熱基板1在圖1中，散熱基板1是用于在其上安裝固態(tài)發(fā)光器件3的安裝基板。所述散熱基板1是具有至少一個平坦表面的板，所述平坦表面被用作所述固態(tài) 發(fā)光器件3的安裝表面。所述散熱基板1的至少一種材料是從金屬、半導體材料、陶瓷材料、以及樹脂 材料中選擇的?；旧先魏谓^緣體板、導電板(特別是金屬板)都可以被用作所述散熱 基板1。具體來說，所述散熱基板1可以由任何無機材料制成，其中包括銅、鋁、不銹 鋼、金屬氧化物(比如氧化鋁、氧化硅和玻璃)、金屬氮化物(比如氮化鋁和氮化硅)、 碳化硅、金屬硅、以及碳?？商鎿Q地，所述散熱基板1可以由基于硅的樹脂或環(huán)氧樹脂 制成。為了獲得良好的散熱屬性，所述散熱基板1優(yōu)選地由金屬、陶瓷壓塊或者金屬 與陶瓷的復合物制成。另一方面，為了降低制造成本，所述散熱基板1優(yōu)選地是主要由樹脂(比如基于 硅的樹脂)制成的壓塊。舉例來說，所述散熱基板1可以是包含填充物(例如氧化鋁、 二氧化硅、或者多種金屬中的任何一種的無機粒子)的樹脂壓塊。此外，為了提高光提取效率，所述散熱基板1優(yōu)選地具有極佳的可見光反射 率。這樣的散熱基板的例子包括具有金屬光澤或者白色體色的散熱基板。
所述散熱基板1的上述例子相對較便宜、容易得到、并且易于操縱。另外，由 于導熱率高，所述散熱基板1用來抑制所述固態(tài)發(fā)光器件3的溫度升高。在一個例子中，所述散熱基板1可以完全由絕緣體制成。對于這種散熱基板1， 相對較容易的是，將半導體發(fā)光設備配置成僅僅允許所述設備的受限部分具有電勢。這 一優(yōu)點便于涉及電氣方面的適當?shù)脑O計考慮，從而使得相對較容易提供被配置成允許容 易地操縱電氣方面的光源設備。在另一個例子中，所述散熱基板1可以采用導電板作為基板，以便獲得極佳的 導熱率。對于這種散熱基板1，所述半導體發(fā)光設備被配置成具有極佳的散熱能力。出于上述原因，如果重點放在易于進行電氣設計的考慮，則優(yōu)選地采用完全由 絕緣體制成的絕緣體板?？商鎿Q地，如果最重要的是散熱屬性，則優(yōu)選地采用將導電板 用作基板的絕緣體板。對于任何上述絕緣體板，所述散熱基板1都優(yōu)選地由導熱率等于或高于lW/mK 的板制成或者由導熱率等于或高于lW/mK的材料制成。這里，導熱率優(yōu)選地不低于 10W/mK,并且更優(yōu)選地不低于100W/m。對于如上所述的所述散熱基板1的任何一個實例，響應于被提供給所述半導體 發(fā)光設備的電功率而產(chǎn)生的熱通過所述散熱基板1被傳導到一個溫度較低的部分(比如外 部散熱器)以便促進熱擴散。結(jié)果，所述半導體發(fā)光設備在工作時可以抑制總體溫度升 高，從而確保極佳的熱輻射性能。注意，所述散熱基板1優(yōu)選地采用易于操縱的平板形式。對于具有這種形狀的 散熱基板1，所述固態(tài)發(fā)光器件3易于安裝，這允許簡化制造步驟。導體A2a和B2b (導體X)在下面的描述中，導體(模制(patterning)電極)A2a和導體(模制電極)B2b可 以被通稱為導體(模制電極)X。所述導體A2a和B2b是用于向所述固態(tài)發(fā)光器件3提供電功率的一對導體。所述導體X可以是其主要成分是從金屬、導電化合物、以及半導體中選擇的至 少一種材料的導體。為了使得所述導體X同時具有低電阻率和高導熱率，優(yōu)選地使得所 述主要成分是具有80wt% (重量百分比)或更高的金屬成分的金屬材料?？捎糜谒鰧wX的金屬實例包括金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鉬(Pt)、鈀 (Pd)、鋅(Zn)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、釩(V)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鉻 (Cr)、鉬(Mo)、鎢(W)、銠(Rh)、銥(Ir)、鋁(Al)、錫(Sn)、硅(Si)和鐵(Fe)以及 這些金屬的合金和這些金屬的硅化物。所述導電化合物的實例包括諸如氮化鈦(TiN)和 氮化鉭(TaN)之類的低電阻率材料?？捎糜谒鰧wX的半導體的實例包括諸如In-Sn-O、ΖηΟ:Α1以及Ti02:Nb之
類的透明導電材料。為了使所述半導體發(fā)光設備具有高 的光提取效率，優(yōu)選地使得所述導體X具有 金屬光澤。下面給出就室溫下的光學反射率而言的優(yōu)選的金屬光澤的粗糙度參考度量。也 就是，藍-紅波長范圍(420-660nm)內(nèi)的光學反射率應當例如不低于50%。優(yōu)選地，可 見光范圍(380-780nm)內(nèi)的光學反射率不低于80%。
雖然優(yōu)選的是所述導體A2a和B2b都具有上述的金屬光澤，但是基本上只要所 述導體A2a具有所述金屬光澤就足夠了。所述導體A2a占據(jù)所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表 面(安裝表面)的一大部分。如上所述的導體X可以由任何導電板、導電壓塊、導電厚膜、以及導電薄膜制 成。但是在制造成本方面優(yōu)選的是導電厚膜。此外，優(yōu)選的導電厚膜和薄膜是在電子設備的布線領域內(nèi)常用的那些導電厚膜 和薄膜。舉例來說，優(yōu)選的導電厚膜是通過利用絲網(wǎng)印刷方法、噴墨方法、刮粉刀方 法、泥漿澆注方法、旋涂方法、沉淀法、電泳法以及電鍍技術形成的任何導電厚膜。優(yōu) 選的導電薄膜是通過利用沉積技術、噴涂技術、以及化學汽相沉積形成的任何導電薄膜。注意，所述導電板例如是指模制的金屬板(比如Al、Ti、Nb、Ta、Cr、Mo、 W、Rh、Ir、Fe、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag或Zn以及這些金屬的合金和不銹鋼)。利用粘合劑或類似物將所模制的金屬板固定到所述散熱基板1，從而提供與所述 導體A2a附著的散熱基板1。鑒于所述半導體發(fā)光設備的設計要求，優(yōu)選的是所述導體X在不超出大約3mm 的范圍內(nèi)較厚。具體來說，所述導體X的厚度例如應當至少是10 μ m但是仍然小于 3mm。優(yōu)選地，所述厚度至少是100 μ m但是小于3mm，更優(yōu)選地是至少300 μ m并且 小于3mm ο在上面描述的厚度下，為所述導體X賦予極佳的導熱性。因此，當把所述固態(tài) 發(fā)光器件3安裝在其上時，所述導體X還充當良好的散熱器。另外，在上面描述的厚度下還把布線電阻保持為低。結(jié)果，發(fā)生在所述導體X 內(nèi)的焦耳加熱受到抑制，從而使得所述半導體發(fā)光設備的溫度升高受到抑制。注意，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備被配置成使得所述散熱基板1可以被常用 作該對導體X的其中之一(導體A2a)。圖13示出上述組件的一個實例。可以通過把絕緣體板(絕緣體24)固定到所述 由金屬制成的散熱基板1上來組裝圖13中示出的組件，其中所述絕緣體板在所述絕緣體 24的一個主表面上具有所述導體B2b?？商鎿Q地，可以把所述絕緣體24布置在所述散熱 基板1上，并且可以把所述導體B2b布置在所述絕緣體24上。注意，圖1中示出的電極墊6是可以可選地被提供在所述導體X上以便例如抽取 導線的導體(典型地是金屬)。所述電極墊6還可以被用作饋電端子。固態(tài)發(fā)光器件3的概述所述固態(tài)發(fā)光器件3是用于把電能轉(zhuǎn)換成光能的電光轉(zhuǎn)換元件。所述固態(tài)發(fā)光 器件3的例子包括所謂的發(fā)光二極管(LED)、半導體激光器(LD)、無機EL器件(EL)、 以及有機EL器件(OLED)。鑒于所述電光轉(zhuǎn)換元件的操作原理，優(yōu)選地將 LED或LD用作所述固態(tài)發(fā)光器 件3，以便獲得充當高功率點光源的半導體發(fā)光設備。另一方面，為了獲得充當高功率表 面光源的半導體發(fā)光設備，優(yōu)選地將EL或OLED用作所述固態(tài)發(fā)光器件3。為了增強所述半導體發(fā)光設備的可靠性，所述固態(tài)發(fā)光器件3優(yōu)選地是具有由 無機材料制成的發(fā)光層的LED、LD或EL。
為了確保輸出光具有良好的演色屬性并且產(chǎn)生均勻的光漫射表面，所述固態(tài)發(fā) 光器件3優(yōu)選地是發(fā)出基本上沒有方向性的光的EL或OLED，其發(fā)射光譜具有相對較寬 的半帶寬度。為了獲得具有高定向性的光輸出，所述固態(tài)發(fā)光器件3優(yōu)選地是LED或LD。此外，鑒于波長轉(zhuǎn)換器4進行的波 長轉(zhuǎn)換的能量效率，所述固態(tài)發(fā)光器件3優(yōu)選 地發(fā)出在所述可見光范圍的一部分內(nèi)的最長可能波長(其長于380nm)下具有發(fā)光峰值的 初級光(可見光)。為了獲得白色輸出光，所述固態(tài)發(fā)光器件3優(yōu)選地發(fā)出在紫外-藍綠 波長范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值(380nm或更長但是短于510nm)的初級光。注意，在現(xiàn)有的條件下(比如固態(tài)發(fā)光器件的輸出標準)，所述固態(tài)發(fā)光器件 3優(yōu)選地發(fā)出在紫外-藍波長范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值的初級光，其中所述波長范圍優(yōu)選地 是從400nm到< 480nm，更優(yōu)選地是從430nm到< 475nm，還要優(yōu)選地是從440nm到 < 465nm。對于上面描述的任何固態(tài)發(fā)光器件，所述半導體發(fā)光設備被配置成使得所述波 長轉(zhuǎn)換器4的吸光與發(fā)光之間的能量差相對較小。在波長轉(zhuǎn)換的原理中，這種配置用來 減少與波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的光能損耗。結(jié)果，所述波長轉(zhuǎn)換器4由于所述能量損耗而產(chǎn)生 的熱量被減少，從而抑制了由于所述波長轉(zhuǎn)換器4產(chǎn)生的熱的累積而導致的溫度升高， 這又用來減少包含在所述波長轉(zhuǎn)換器4內(nèi)的磷光體的溫度猝熄。出于上述原因，盡管所 述固態(tài)發(fā)光器件3被配置成輸出強度提高的光(初級光)，所述半導體發(fā)光設備仍然可以 保持相對較高的波長轉(zhuǎn)換效率。所述固態(tài)發(fā)光器件3的尺寸沒有具體限制。在一個例子中，所述固態(tài)發(fā)光器件 3在其平面圖中的輪廓表面的面積為0.01mm2或更大，但是小于4cm2。在所述固態(tài)發(fā)光器件3是LED的情況下，一個單獨的LED在其平面圖中的輪廓 表面的面積是大約0.01mm2或更大，但是小于4cm2。然而，為了獲得高功率點光源，基 于輸入功率與作為點光源的屬性之間的平衡，所述輪廓表面的面積優(yōu)選地大約是0.25mm2 或更大但是小于4cm2，并且更優(yōu)選地是大約0.6mm2或更大但是小于2cm2。一般來說，LED的配置可以被歸類為四種類型，這取決于一對饋電電極的拉出 (pull-out)配置以及在把所述LED芯片安裝于散熱基板上的狀態(tài)下的有源層的位置。圖 2-圖5是示出分別具有所述四種類型的LED配置的其中一種的固態(tài)發(fā)光器件3的優(yōu)選實 例的縱向橫截面圖。在圖2中，所述LED芯片的后表面(即下側(cè)表面)是安裝表面。在這種類型 的LED配置中，發(fā)出LED光的半導體發(fā)光層(有源層)位于所述LED芯片的上表面附 近，并且所述饋電電極對A14a和B14b都位于該上表面上。具有所述饋電電極對A14a 和B14b的芯片表面是發(fā)光表面。在圖3中，所述LED芯片的后表面是安裝表面。在這種類型的LED配置中， 所述有源層位于所述LED芯片的上表面附近，并且所述饋電電極對的其中一個位于所述 上表面上，另一個則位于所述后表面上。具有所述饋電電極對中的上方的一個的芯片表 面是發(fā)光表面。在圖4中，所述LED芯片的后表面是安裝表面。在這種類型的LED配置中， 所述有源層位于所述LED芯片的后表面附近，并且所述饋電電極對的其中一個位于所述上表面上，另一個則位于所述后表面上。具有所述饋電電極對中的上方的一個的芯片表面是發(fā)光表面。在圖5中，所述LED芯片的后表面是安裝表面。在這種類型的LED配置中，所 述有源層位于所述LED芯片的后表面附近，并且所述饋電電極對都位于所述后表面上。 與具有所述饋電電極對A14a和B14b的芯片表面相對的芯片表面是發(fā)光表面。為了描述的方便起見，對應于圖2-圖5中示出的典型實例的芯片安裝配置在下 文中分別可以被稱作“具有雙上方電極的面朝上配置”、“具有頂部-后部電極的面朝上 配置”、“具有頂部-后部電極的倒裝配置”、以及“具有雙底部電極的倒裝配置”。注意，從圖5中明顯看出，在所述“具有雙后部電極的倒裝配置”的LED芯片 中，與主光提取表面相對的安裝表面(后表面)基本上僅僅部分地與所述散熱體緊密接 觸，而不是在整個所述后表面上與之緊密接觸。優(yōu)選地，作為由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的初級光15的來源的半導體發(fā)光層11 受到絕緣基板7或?qū)щ娀?的支撐。這種配置用來增強所述半導體發(fā)光層11的機械強度以緩解操縱困難，否則其機 械強度往往是不足夠的。注意，在這里省略了具有所述配置的固態(tài)發(fā)光器件3的制造細節(jié)，這是因為例 如在日本專利申請公布Νο.2007-150331中已經(jīng)做了公開。優(yōu)選地，所述絕緣基板7和導電基板8中的每一個至少是從以下各項中選擇的至 少一種半導體基板主要由VI族金屬元素構(gòu)成的金屬、主要由IV族元素構(gòu)成的化合物、 以及主要由III-V族元素構(gòu)成的化合物。上述每一種半導體基板都可以被制成所述絕緣基板7或?qū)щ娀?，這取決于是 否存在雜質(zhì)。另外，由于其導熱屬性良好，因此所述半導體基板還用來抑制所述固態(tài)發(fā) 光器件3的溫度升高。如圖2-圖4中所示，所述固態(tài)發(fā)光器件3優(yōu)選地在底部是平坦的，其構(gòu)成安裝 表面并且也是與初級光的主光提取表面相對的表面。對于上述配置，所述固態(tài)發(fā)光器件3被安裝在所述散熱體上并且與之緊密接 觸。因此，所述半導體發(fā)光設備被配置成確保極佳的散熱并且輸出相對較高功率的初級光。特別優(yōu)選的是，所述固態(tài)發(fā)光器件3具有如圖3或圖4中所示的頂部_后部電極 配置。在這種配置中，至少其中一個所述電極被布置在所述主光提取表面上，并且通過 在厚度方向上于整個固態(tài)發(fā)光器件3兩端施加電壓而發(fā)出所述初級光。對于上述配置，導體(導線)C5的數(shù)目可以被減小到相對較小的數(shù)目，這用來確 保高功率初級光輸出。每一個導體C5都被布置在所述光提取表面的附近，從而阻擋部分 所述初級光外出。更優(yōu)選的是，所述固態(tài)發(fā)光器件3具有圖3中所示的“具有頂部-后部電極的面 朝上配置”。如上所述，在這種配置中，所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表面是安裝表面。產(chǎn) 生所述初級光15的所述半導體發(fā)光層11 (有源層)位于所述LED芯片的上表面附近，并 且所述電極對中的一個位于所述上表面上，另一個則位于所述后表面上。利用這種配置，避免了緊鄰所述半導體發(fā)光層11對其進行大面積支撐。由于所述半導體發(fā)光層11相當精密且脆弱，因此這種配置有效地使得所述半導體發(fā)光層11較不 容易發(fā)生與輸入功率強度的提高和較大電流相關聯(lián)的熱變形。這種配置還有效地降低在 利用具有導電性的粘合劑安裝所述芯片之后所述半導體發(fā)光層11發(fā)生電流泄漏的風險。 如上所述，所述半導體發(fā)光層11被配置成降低發(fā)生開裂和屬性變化的風險。另外，由于所述半導體發(fā)光層11發(fā)出的初級光15在不穿過任何基板的情況下離 開，因此所述初級光將具有強定向性，這例如適用于頭燈。注意，所述固態(tài)發(fā)光器件3優(yōu)選地主要由無機材料制成，比如金屬材料、半導 體材料和陶瓷材料。如上所述，所述固態(tài)發(fā)光器件3由全部具有良好導熱屬性的一種或多種材料制 成。因此，所述固態(tài)發(fā)光器件3的導熱率提高從而增強散熱，這用來抑制溫度升高。還優(yōu)選的是使得所述主光提取表面的紋理(texture)粗糙或者在其上形成凹凸， 這通過實施表面粗糙化工藝來實現(xiàn)。這種表面廓形用來提高光提取效率，從而獲得高功率初級光。所述半導體發(fā)光層11優(yōu)選地由II-VI族化合物、III-V族化合物或者IV族化合 物制成。由任何上述化合物制成的所述半導體發(fā)光層11充當高效的無機電_光轉(zhuǎn)換器。 因此確保所述初級光15的高功率輸出并且同時幾乎沒有或者完全沒有可靠性問題。所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表面的面積尺寸優(yōu)選地等于或大于構(gòu)成所述主光提取 表面的上表面的面積。上述設置確保所述基板(所述絕緣基板7、導電基板8或者半導體基板)的體積 大于充當熱源的所述半導體發(fā)光層11的體積。另外，上述設置增大所述半導體發(fā)光層11 與所述固態(tài)發(fā)光器件被安裝于其上的散熱體(比如所述導體A2a和所述散熱基板1)之間 的接觸表面。結(jié)果實現(xiàn)了提高在所述固態(tài)發(fā)光器件內(nèi)產(chǎn)生的熱的傳遞速度以及由所述波 長轉(zhuǎn)換器4產(chǎn)生的熱經(jīng)由所述固態(tài)發(fā)光器件3釋放到所述散熱基板的傳遞速度。隨著熱 傳遞速度的提高，更加可靠地抑制所述波長轉(zhuǎn)換器4和所述固態(tài)發(fā)光器件3的溫度升高。優(yōu)選地，所述固態(tài)發(fā)光器件3通過主要由金屬(比如銀膏或焊料)制成的材料粘 連到所述散熱體。一般來說，金屬材料具有良好的導熱性。因此確保由所述波長轉(zhuǎn)換器4產(chǎn)生的 熱有效地通過所述固態(tài)發(fā)光器件3傳遞到所述散熱基板。類似地，確保由所述固態(tài)發(fā)光 器件產(chǎn)生的熱有效地傳遞到所述導體A2a和所述散熱基板1。結(jié)果，所述波長轉(zhuǎn)換器4和 固態(tài)發(fā)光器件3的溫度升高被有效地抑制。注意，稍后將描述所述固態(tài)發(fā)光器件3的細節(jié)和設置。固態(tài)發(fā)光器件3的示例性配置下面描述所述固態(tài)發(fā)光器件3的示例性配置。注意，將不詳細描述具有所述配 置的固態(tài)發(fā)光器件3的制造，這是因為例如已經(jīng)在日本專利申請公布No.2007-150331中 做了公開。固態(tài)發(fā)光器件3的示例性配置1圖2示出所述固態(tài)發(fā)光器件3的一種示例性配置。在該例中，反射層10被 布置 在所述絕緣基板7上或其上方，并且所述半導體發(fā)光層11被布置在所述反射層10上或其上方。另外，用于 向所述 半導體發(fā)光層11施加電壓的一對電極(透明電極12和饋電電 極B14b)被布置在所述半導體發(fā)光層11上或其上方。為了便于布線連接，必要時可以為所述透明電極12部分地提供所述饋電電極 A14a。所述絕緣基板7被提供來實現(xiàn)以下目的支撐所述半導體發(fā)光層11以便增強所 述半導體發(fā)光層11的機械強度；以及通過布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的上表面上的所述 饋電電極對A14a和B 14b向所述半導體發(fā)光層11提供電功率。制成所述絕緣基板7的材料可以與能用作所述絕緣體板的所述散熱基板1的材料 相同。具體來說，所述絕緣基板7可以用從陶瓷材料、半導體材料、以及玻璃中選擇的 至少一種材料制成。更具體來說，所述絕緣基板7可以由一種或多種無機材料制成。所述無機材 料的例子包括金屬氧化物，比如氧化鋁、氧化硅、玻璃和各種復雜的氧化物(比如 Y3Al5O12)；金屬氮化物，比如氮化鋁和氮化硅；以及碳化硅。所述反射層10被提供來把由所述半導體發(fā)光層11發(fā)出的光反射向所述絕緣基板 7,從而提高構(gòu)成所述主光提取表面的固態(tài)發(fā)光器件3的上表面的光提取效率。所述反射層10可以由任何以下材料的厚膜(其厚度為Iym或更多但是小于大 約Imm)或薄膜(其厚度為IOnm或更多但是小于大約1 μ m)制成與所述導體X相同 的金屬(比如 Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Zn、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、 W、Rh、Ir、Al、Sn、Si或Fe)、這些金屬的合金、這些金屬的硅化物、任何上述導電 化合物(比如TiN和TaN)。可替換地，所述反射層10可以由具有白色體色的無機化合 物粉末(比如BaS04、TiO2> Al2O3> SiO2或MgO)的厚膜(其厚度為1 μ m或更多但是 小于大約Imm)制成，或者由所述無機化合物粉末的混合物制成。注意，所述反射層10不限于上面描述的具體實例，而只要可見光(即 380-780nm波長范圍內(nèi)的光)的反射率高即可，例如室溫下的反射率為70%或更高，并 且優(yōu)選地是80%或更高。優(yōu)選的是，所述反射層10包含至少其中一種上面提到的金屬、合金以及硅化 物。如上所述的反射層10具有相對較高的導熱率，從而在高傳熱速率下把由所述半 導體發(fā)光層11在所述固態(tài)發(fā)光器件3的操作期間產(chǎn)生的熱釋放到所述絕緣基板7。另外，如果所述反射層10是導電的，那么所述反射層10還通常可以被用作饋電 電極。所述半導體發(fā)光層11是響應于電力供應而發(fā)光(注入式電致發(fā)光或者本征電致 發(fā)光)的多層結(jié)構(gòu)。所述半導體發(fā)光層11至少包括一層無機或有機半導體。發(fā)出注入式電致發(fā)光的多層結(jié)構(gòu)的一個實例是ρ型與η型半導體層的層疊，其中 所述半導體層可以是無機的或有機的。優(yōu)選的無機半導體的實例包括IV族化合物半導體 (比如SiC)、III-V族化合物半導體(比如基于InGaN的化合物)、II_VI族化合物半導體 (比如基于ZnSSe的化合物或ZnO)。另一方面，發(fā)出本征電致發(fā)光的多層結(jié)構(gòu)的一個實例是至少具有一層無機磷光 體(特別是寬帶隙半導體)的結(jié)構(gòu)。所述無機磷光體的一個實例是其基質(zhì)磷光體為添加了活化劑的硫化物(比如ZnS、CaS> SrS> SrGa2S4^ BaAl2S4)的磷光體。注意，在這里沒有描述發(fā)出本征電致發(fā)光的固態(tài)發(fā)光器件的制造，這是因為例 如在日本專利No.2840185中做了公開。所述透明電極12被用來向所述半導體發(fā)光層11提供電功率，并且還用來把所述 半導體發(fā)光層11的發(fā)射光作為所述初級光15提取到所述固態(tài)發(fā)光器件3的外部。所述 透明電極12由半透明金屬(比如Au)或者上述透明導電材料(比如In-Sn-O、ΖηΟ:Α1以 及Ti02:Nb)制成。所述半導體發(fā)光層11的饋電電極A14a和B14b起到提供電功率的電氣端子的作 用。所述饋電電極A14a和B14b通常是用與所述導體X相同的金屬來構(gòu)造的。在向具有上述構(gòu)造的所述固態(tài)發(fā)光器件3的饋電電極A14a和B14b施加直流電 壓、交流電壓或脈沖電壓后，電流流到所述半導體發(fā)光層11內(nèi)從而提供電功率。通過由至少包括一層無機或有機半導體的所述多層結(jié)構(gòu)所進行的電-光轉(zhuǎn)換， 把提供給所述半導體發(fā)光層U的電功率轉(zhuǎn)換成光。所得到的光作為所述初級光15通過 所述透明組成元件(所述透明電極12或透明基板)離開所述固態(tài)發(fā)光器件3。上述的固態(tài)發(fā)光器件3可以通過下面的制造方法制成。 (1)在單晶基板(比如藍寶石、SiC、GaN、Si或Y3Al5O12)上，通過外延晶體技 術生長出包含基于InGaN的η型化合物以及基于InGaN的ρ型化合物的單晶薄膜。隨后 沉積一個金屬膜以構(gòu)成所述反射層10。結(jié)果就形成了發(fā)光結(jié)構(gòu)。(2)在與上一步驟分開的一個單獨的制造步驟中，在諸如Si、SiC或AlN之類的 基板上形成與上面類似的金屬膜。結(jié)果就形成了支撐結(jié)構(gòu)。(3)通過粘結(jié)對應結(jié)構(gòu)的所述兩個金屬層，把在上面的步驟(1)中形成的發(fā)光結(jié) 構(gòu)與在上面的步驟(2)中形成的支撐結(jié)構(gòu)聯(lián)結(jié)在一起。所述粘結(jié)可以通過一個粘結(jié)層來 進行，所述粘結(jié)層的厚度為IOnm或更多但是小于lOOOnm，并且由合金(比如Au-Sn、 或Ag-Sn)、金屬(比如Mo或Ti)或者化合物(比如SiO2、Si3N4、HfO2或TiN)制成。(4)在所述粘結(jié)之后，通過實施物理、化學或機械工藝去除所述單晶基板，從而 獲得由所述支撐結(jié)構(gòu)和固定到該支撐結(jié)構(gòu)上的所述發(fā)光結(jié)構(gòu)構(gòu)成的結(jié)構(gòu)。隨后用Au構(gòu)造 所述饋電電極A14a和B14b，從而完成所述固態(tài)發(fā)光器件3。固態(tài)發(fā)光器件3的示例性配置2圖3示出根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)發(fā)光器件3的另一種示例性配置。在該例中，所述 半導體發(fā)光層11被布置在所述導電基板8上方，所述反射層10被布置在所述半導體發(fā)光 層11下方。另外，所述饋電電極B14b被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表面上。關于所述光提取表面附近的構(gòu)造，如圖3中所示，可以省略所述透明電極12。 代之以，可以將所述半導體發(fā)光層11的一部分配置成充當所述透明電極12。另外，如圖3中所示，可以把所述反射層10布置在所述半導體發(fā)光層11與所述 導電基板8之間?？商鎿Q地，可以把所述反射層10布置在所述導電基板8與所述饋電電 極B14b之間。所述導電基板8被提供來實現(xiàn)以下目的支撐所述半導體發(fā)光層11以便增強該 半導體發(fā)光層11的機械強度；以及通過所述饋電電極對A14a和B14b為所述半導體發(fā)光 層11提供電功率，所述饋電電極對A14a和B14b的其中一個被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的頂表面上，另一個則被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表面上。所述導 電基板8可以由從各種金屬或半導體材料中選擇的至少一種材料制成。 所述半導體材料的例子包括氮化鎵、碳化硅、以及硅。在把所述固態(tài)發(fā)光器件3配置成發(fā)出本征電致發(fā)光的情況下，所述反射層10需 要是導電的，以便允許把電子和空穴注入到所述半導體發(fā)光層11內(nèi)。所述反射層10可 以是從上述金屬(比如 Au、Ag、Cu、Pt、Pd、Zn、Ni、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、 Cr、Mo、W、Rh、Ir、Al、Sn、Si和Fe)、任何所述金屬的合金、以及任何所述金屬的
硅化物中選擇的材料的厚膜或薄膜。剩余的組成元件與參照圖2所描述的相同，因此省略其描述。在向所述饋電電極A14a和B14b (其中一個被布置在具有上述構(gòu)造的所述固態(tài)發(fā) 光器件3的上表面上，另一個則被布置在其后表面上)施加直流電壓、交流電壓或脈沖電 壓后，電流流到所述半導體發(fā)光層11內(nèi)從而提供電功率。通過由所述多層結(jié)構(gòu)所進行的電-光轉(zhuǎn)換動作，把提供給所述半導體發(fā)光層11 的電功率轉(zhuǎn)換成光。所得到的光作為所述初級光15通過所述透明組成元件(所述透明電 極12和所述導電基板8，如果后者是透明的話)離開所述固態(tài)發(fā)光器件3?？梢酝ㄟ^與圖2中所示的固態(tài)發(fā)光器件3相同的制造方法來制作圖3中所示的固 態(tài)發(fā)光器件3。如圖3中所示，所述饋電電極對的其中一個(即饋電電極B14b)被布置在所述固 態(tài)發(fā)光器件3的后表面上，使得從中發(fā)出所述初級光15的光提取表面的尺寸相對較大， 這對于獲得高功率半導體發(fā)光設備來說是優(yōu)選的。固態(tài)發(fā)光器件3的示例性配置3圖4示出所述固態(tài)發(fā)光器件3的又一種示例性配置。在該例中，所述半導體發(fā) 光層11被布置在所述導電基板8下方。所述饋電電極B14b被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件 3的后表面上，而所述饋電電極A14a則被布置在所述導電基板8上或其上方。另外，所 述導電基板8在該例中是透明的。然而注意，所述反射層10可以被布置在所述半導體發(fā)光層11下方，并且所述饋 電電極B14b可以被配置成兼用作所述反射層10。所述導電基板8被提供來實現(xiàn)以下目的支撐所述半導體發(fā)光層11以便增強該 半導體發(fā)光層11的機械強度；通過所述饋電電極對A14a和B14b為所述半導體發(fā)光層11 提供電功率，所述饋電電極對A14a和B14b的其中一個被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的 頂表面上，另一個則被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表面上；以及把由所述半導體發(fā) 光層11發(fā)出的光作為所述初級光15提取到所述固態(tài)發(fā)光器件3的外部。所述導電基板8可以由半導體材料制成，比如氮化鎵或碳化硅。在把所述固態(tài)發(fā)光器件3配置成發(fā)出注入式電致發(fā)光的情況下，所述反射層10 與前面參照圖3描述的一樣需要是導電的，以便允許把電子和空穴注入到所述半導體發(fā) 光層11內(nèi)。所述反射層10可以是從上述金屬、任何所述金屬的合金、以及任何所述金 屬的硅化物中選擇的材料的厚膜或薄膜。剩余的組成元件與參照圖2所描述的相同，因此省略其描述。此外，所述固態(tài)發(fā)光器件3的操作與參照圖3所描述的相同，因此省略其描述。
圖4中示出的固態(tài)發(fā)光器件3可以通過以下制造方法來制作。首先，在導電的單 晶半導體基板(比如SiC或GaN)上，通過外延晶體技術生長出η型和ρ型的單晶薄膜。 隨后，形成通常充當所述反射層10的饋電電極B14b。最后，在所述單晶半導體基板的 另一表面上形成所述饋電電極A14a，其中所述另一表面不同于在其上形成所述單晶薄膜 的表面。與圖3中示出的固態(tài)發(fā)光器件類似，具有上述構(gòu)造的固態(tài)發(fā)光器件3確保用于所 述初級光15的光提取表面相對較大。另外，充當發(fā)熱部分的所述半導體發(fā)光層11位于 所述散熱基板1的其上安裝有所述固態(tài)發(fā)光器件3的該表面附近。也就是，圖4中示出 的該配置對于相對較有效地釋放所述半導體發(fā)光層11的熱來說是優(yōu)選的。具有圖4中所示配置的固態(tài)發(fā)光器件是被稱作“具有頂部-后部電極的倒裝配 置”的固態(tài)發(fā)光器件。固杰發(fā)光器件3的示例件配置4圖5示出所述固態(tài)發(fā)光器件3的又一種示例性配置。在該例中，所述半導體發(fā) 光層11被布置在所述透明基板9下方，并且所述饋電電極A14a和B14b都被布置在所述 固態(tài)發(fā)光器件3的后表面上。所述透明基板9被提供來實現(xiàn)以下目的支撐所述半導體發(fā)光層11以便增強該 半導體發(fā)光層11的機械強度；通過所述饋電電極對A14a和B14b為所述半導體發(fā)光層11 提供電功率，其中所述饋電電極對A14a和B14b都被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的后表 面上；以及把由所述半導體發(fā)光層11發(fā)出的光作為所述初級光15提取到所述固態(tài)發(fā)光器 件3的外部。所述透明基板9可以由諸如氮化鎵或碳化硅之類的半導體材料制成，或者由諸 如金屬氧化物(比如氧化鋁、氧化硅、或者玻璃)之類的絕緣體材料制成。剩余的組成元件與參照圖2所描述的相同，因此省略其描述。在向具有上述構(gòu)造的固態(tài)發(fā)光器件3a的饋電電極A14a和B14b施加直流電壓、 交流電壓或脈沖電壓后，電流流到所述半導體發(fā)光層11內(nèi)從而提供電功率。
通過由至少具有一層無機或有機半導體的所述多層結(jié)構(gòu)所進行的電-光轉(zhuǎn)換動 作，把提供給所述半導體發(fā)光層11的電功率轉(zhuǎn)換成光。所得到的光作為所述初級光15 通過所述透明基板9離開所述固態(tài)發(fā)光器件3。具有圖5中所示配置的固態(tài)發(fā)光器件是被稱作“具有雙底部電極的倒裝配置” 的固態(tài)發(fā)光器件。波長轉(zhuǎn)換器4所述波長轉(zhuǎn)換器4是將由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光(初級光15)轉(zhuǎn)換成具有 更長波長的光的光_光轉(zhuǎn)換器。所述波長轉(zhuǎn)換器4是至少包含無機光致發(fā)光磷光體(其 滿足實用性能水平，在下文中簡稱為“磷光體17”)的結(jié)構(gòu)。注意，把無機磷光體優(yōu)選地作為所述波長轉(zhuǎn)換器4是因為其在從100°C到200°C 的相對較高的溫度下具有極佳的化學穩(wěn)定性，從而提高了波長轉(zhuǎn)換器4的可靠性。優(yōu)選地避免使用樹脂磷光體層作為所述波長轉(zhuǎn)換器4。所述波長轉(zhuǎn)換器4優(yōu)選地 是包含無機磷光體的壓塊，并且更加優(yōu)選地是板狀樹脂磷光體屏。對于任何上述配置，制造具有高可靠性的所述波長轉(zhuǎn)換器4都相對容易。
所述板狀樹脂磷光體屏特別易于操縱，這有助于簡化所述半導體發(fā)光設備的制
造步驟。另外還有可能預先在分開的步驟中制造所述波長轉(zhuǎn)換器4，從而更容易管理與制 造損耗相關聯(lián)的風險。所述包含無機磷光體的壓塊優(yōu)選地是透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃、磷光體復 合陶瓷(即上述MGC光學轉(zhuǎn)換器)中任一種。上述壓塊都是技術上經(jīng)過檢驗而可靠的壓塊，或者具有相當?shù)募墑e并且是全無 機的。在這些特性下，所述壓塊具有極佳的導熱性，從而用來抑制所述波長轉(zhuǎn)換器4的
溫度升高。注意，還優(yōu)選的是使用具有以下構(gòu)造的波長轉(zhuǎn)換器由無機材料制成的透明基 板；以及包含至少一種無機磷光體的波長轉(zhuǎn)換層。對于這種波長轉(zhuǎn)換器，所述磷光體層是在進行波長轉(zhuǎn)換時僅有的發(fā)熱部分。當 所述透明基板由無機材料制成時，其充當具有良好導熱性的良好散熱器。因此充分地抑 制所述波長轉(zhuǎn)換器的溫度升高。注意，上述優(yōu)選的波長轉(zhuǎn)換器的實例包括具有透明基板以及包含固定到所述 基板上的無機磷光體的無機壓塊的波長轉(zhuǎn)換器；以及具有其一部分被配置成充當包含無 機磷光體的波長轉(zhuǎn)換層的透明基板的波長轉(zhuǎn)換器。下面描述根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器4的優(yōu)選實施例。下面還描述用在所述波長 轉(zhuǎn)換器4中的磷光體17 (特別是無機磷光體)的示例性配置，以及至少具有所述波長轉(zhuǎn)換 層4a的波長轉(zhuǎn)換器4的示例性配置。注意，稍后將描述對于所述波長轉(zhuǎn)換器4的其他描述，比如其位置。波長轉(zhuǎn)換器4的實施例首先，下面描述根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器4的一個實施例，其中將提到所述波 長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高(這是由于與波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的能量損耗(Stokes損耗)而導致的 現(xiàn)象)。雖然這里沒有給出細節(jié)，但是基于理論考慮，被包括在所述波長轉(zhuǎn)換器4內(nèi)的 波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高由下面的數(shù)學表達式[數(shù)學公式1]給出。[數(shù)學公式1] Δ T[K] = (WkiJW] X t[m]) / ( P [W/m · K] X S[m2]其中，Δ T是所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高，W10JW]是所述波長轉(zhuǎn)換層4a的能量消耗，t[m]是所述波長轉(zhuǎn)換層4a的厚度，P [W/m · K]是所述波長轉(zhuǎn)換層4a的導熱率，以及S[m2]是所述波長轉(zhuǎn)換層4a上的初級光入射面積。參照[數(shù)學公式1]，為了抑制響應于與所述波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的能量損耗而導致的 溫度升高，以下屬性對于所述波長轉(zhuǎn)換層4a來說是優(yōu)選的。(a) Wl0SS[W](所述波長轉(zhuǎn)換層4a的能量消耗)為低；(b)t(所述波長轉(zhuǎn)換層4a的厚度)為??；
16
(c) ρ (所述波長轉(zhuǎn)換層4a的導熱率)為高；以及(d) S (所述波長轉(zhuǎn)換層4a上的初級光入射面積)為大。例如考慮由藍色LED和黃色磷光體構(gòu)成的白色LED光源發(fā)出具有大約5000K的 相關色溫的光。在這種白色LED光源的情況下，由所述藍色LED發(fā)出的初級光的大約 10%到30%的光能被消耗成熱。在一個例子中，考慮具有通過在透明樹脂內(nèi)散布磷光體粉末而制備的磷光體層 的白色LED光源。在這種白色LED光源的情況下，所述透明樹脂的導熱率是0.1-0.5W/ mK，這比無機材料的導熱率低一到兩個數(shù)量級。由于這一低導熱率，所述溫度升高的 幅度大，因此即使對于相對較低的輸入功率，所述LED芯片的溫度也可能有升高到超出 100°C的風險。結(jié)果，所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度達到遠高于150°C的范圍。在這樣的高溫下， 磷光體的溫度猝熄不再是可以忽略的。為了提供可用作高功率輸出點光源的半導體發(fā)光設備，根據(jù)本發(fā)明的一個實施 例的波長轉(zhuǎn)換器4采用具有下面的屬性(a)-(c)的波長轉(zhuǎn)換層4a以便解決上述問題。注 意，由于目的是提供點光源，因此關于所述初級光的入射面積的屬性(d)受到限制。下面描述配備了具有屬性(a)-(c)的波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換器4。為了進行參照，也描述配備了具有屬性(d)的波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換器4。首先，下面描述配備了具有"Wkjss為低”的屬性(a)的波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn) 換器4。通過下面的措施(1)_(3)中的任一種措施獲得具有低Wkjss的波長轉(zhuǎn)換層4a。注 意，上面已經(jīng)在小標題為“固態(tài)發(fā)光器件3”的段落中描述了措施(1)。(1)通過采用在最長可能波長下發(fā)出初級光的固態(tài)發(fā)光器件3。對于這樣的固態(tài) 發(fā)光器件，所述波長轉(zhuǎn)換層4a的吸收與發(fā)射之間的能量差被最小化。(2)通過采用具有更接近理論極限的光子轉(zhuǎn)換效率(內(nèi)部量子效率)的磷光體。 對于這樣的磷光體，進行光子轉(zhuǎn)換時的能量損耗被減少。具體來說，優(yōu)選地采用在由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的激發(fā)光下顯示出80%或 更高的內(nèi)部量子效率的磷光體，優(yōu)選地是85%或更高，以及更加優(yōu)選地是90%或更高?？梢岳迷贙azuaki OHKUBO 等人的文獻(Shomeigaku-Kaishi，Journal of the Illuminating Engineering Institute of Japan, 1999 Vol.83, No.2，pp.87)中公開的磷光體量子
效率評估技術來評估所述內(nèi)部量子效率。(3)通過采用具有使得波長轉(zhuǎn)換之前和之后的光子損耗小的波長轉(zhuǎn)換層4a的波 長轉(zhuǎn)換器4。對于這樣的波長轉(zhuǎn)換層，可以使得光子吸收損耗更小。(也就是，在樹脂 膜的情況下，采用具有極佳光透射的樹脂。)具體來說，所述波長轉(zhuǎn)換層4a在波長轉(zhuǎn)換之前和之后的光子轉(zhuǎn)換效率優(yōu)選地是 70%或更高，更加優(yōu)選地是80%或更高，還要優(yōu)選地是90%或更高。例如可以利用在上面引用的Kazuaki OHKUBO等人的文獻中公開的磷光體量子 效率評估技術來評估所述光子轉(zhuǎn)換效率?，F(xiàn)在描述“t(所述波長轉(zhuǎn)換層4a的厚度)為小”的屬性(b)。通過下面的措施(4) _(6)中的任一種措施獲得配備有厚度小的波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換器4。(4)通過采用在由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光的峰值波長的激發(fā)下具有高的內(nèi) 部量子效率的磷光體。對于這樣的磷光體，確保所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a關于 由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光具有大的光吸收以及高的波長轉(zhuǎn)換效率。為了說明具體標準，所述外部量子效率(絕對值)優(yōu)選地是80%或更高，更加優(yōu) 選地是85%或更高，還要優(yōu)選地是90%或更高。例如考慮發(fā)出在430nm或更長但是短于475nm的藍色波長范圍內(nèi)具有發(fā)光峰值 的初級光的固態(tài)發(fā)光器件?？梢耘c上述固態(tài)發(fā)光器件組合的磷光體的例子包括具有石 榴石型結(jié)構(gòu)的Ce3+激活的磷光體(特別是基于YAG:Ce的磷光體，其中置換稀土離子(比 如Y3+)的Ce3+離子的數(shù)量是從0.001%到<5%)；以及具有高濃度Eu2+激活的堿土金屬 化合物的磷光體，其中，置換堿土金屬離子的Eu2+離子的數(shù)量是從<2%到100% (比如 正硅酸鹽磷光體、硅酸鹽氮氧化物磷光體、或者硫代鎵酸鹽磷光體)。(5)通過采用具有高磷光體濃度(磷光體重量/ (磷光體重量+樹脂重量))的樹 脂膜。由于磷光體充當光吸收劑，因此通過利用所述樹脂膜構(gòu)成所述波長轉(zhuǎn)換器4的波 長轉(zhuǎn)換層4a，所述波長轉(zhuǎn)換層4a關于由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光獲得良好的光吸收 屬性。為了說明具體標準，為了與所述磷光體層的制造取得平衡，所述磷光體濃度優(yōu) 選地處于10對％到80wt%的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地是處于20_%到70wt%的范圍內(nèi)。(6)通過采用利用了透明磷光體陶瓷或磷光體粉末的無機磷光體層。利用這樣的 無機磷光體層制成的所述波長轉(zhuǎn)換層4a基本上不包含除了充當光吸收劑的磷光體之外的 其他材料，從而顯示出良好的光吸收屬性。為了抑制溫度升高，越來越優(yōu)選更薄的波長轉(zhuǎn)換層4a。然而為了與所述機械強 度以及制造期間的操縱容易度取得平衡，所述波長轉(zhuǎn)換器4的厚度優(yōu)選地處于IOym到 < 2mm的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地是處于10 μ m到< 300 μ m的范圍內(nèi)，還要優(yōu)選地是處于 10口1!1到< 100 μ m的范圍內(nèi)。下面現(xiàn)在描述用來獲得具有上面描述的“P為高”的屬性(C)的波長轉(zhuǎn)換器4 的措施。一般來說，無機材料的導熱率P高于有機材料。鑒于此，前面描述的措施(5) 以及下面將描述的措施(7)被認為可以起到作用。(7)通過采用無機磷光體層或類似材料，比如前面分別已經(jīng)提到過的透明磷光體 陶瓷、磷光體玻璃、MGC光學轉(zhuǎn)換器、或者磷光體粉末。這是為了提供基本上由具有 高導熱率P的無機材料構(gòu)成并且基本上不包含具有低導熱率P的有機材料的波長轉(zhuǎn)換層 4a。最后，可以使用下面的措施(8)-(10)來獲得上面的屬性(d)，即“所述波長轉(zhuǎn) 換層4a具有大的光入射面積S”。(8)通過在所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面與所述波長轉(zhuǎn)換層4a之間確保足 夠的距離。這是為了允許所述初級光在被漫射到一定程度之后到達所述波長轉(zhuǎn)換層4a。(9)通過采用具有均勻或基本上均勻的漫射表面以作為發(fā)光表面的固態(tài)發(fā)光器 件，而不是發(fā)出具有高度定向性的光的固態(tài)發(fā)光器件。另外，通過把所述固態(tài)發(fā)光器件配置成不與所述波長轉(zhuǎn)換層4a發(fā)生直接接觸。(10)通過把所述半導體發(fā)光設備配置成在所述固態(tài)發(fā)光器件3與所述波長轉(zhuǎn)換 器4之間具有光漫射器。利用對由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光進行散射的所述光漫射 器，所述初級光被漫射，以便照射所述波長轉(zhuǎn)換層4a。用干波長轉(zhuǎn)換器4m^mm 4a的磷光體17如上所述，優(yōu)選地將無機磷光體作為用于所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a的 磷光體17。下面詳細描述根據(jù)本發(fā)明的無機磷光體。優(yōu)選的無機磷光體的例子包括響應于所述半導體的帶間能量轉(zhuǎn)移而發(fā)光的無 機磷光體；由于在所述半導體內(nèi)充當供體或受體的雜質(zhì)離子而導致發(fā)光的無機磷光體； 以及由于局部化的中心而導致發(fā)光的無機磷光體(響應于躍遷金屬離子或稀土離子的電 子躍遷而發(fā)光的無機磷光體)。實例包括具有激活的稀土離子(比如Ce3+、Pr3\ Nd3+、 Sm3+、Eu3+、Eu2+、Tb3+、Dy3+、Ho3+、Er3+、Tm3+、Yb3+、Yb2+)、躍遷金屬離子(比如 Mn2+、Mn4+、Sb3+、Sn2+、Ti4+、Tl+、Pb2+、Cu+、Cr3+、Fe3+)以作為發(fā)光中心的無機磷 光體。通過從Ce3+、Pr3+、Eu3+、Eu2+、Tb3+、Yb2+以及Mn2+中選擇的至少一種金屬離
子激活的無機磷光體是特別優(yōu)選的。這是因為這樣的無機磷光體在由包括紫外范圍(從 380nm到< 420nm)和藍色到藍-綠范圍(從420nm到< 510nm)中的至少任一波長范圍 內(nèi)的光激活時往往顯示出高的光子轉(zhuǎn)換效率。具有Ce3+和Eu2+稀土離子中的至少任一種作為發(fā)光中心的無機磷光體是特別優(yōu) 選的。這樣的無機磷光體在由處于從38011111到< 510nm的紫外-藍綠范圍內(nèi)的光、更 加優(yōu)選地是處于從400nm到< 480nm的紫外-藍色范圍內(nèi)的光以及還要優(yōu)選地是處于從 43011111到< 475nm的藍色范圍內(nèi)的光激發(fā)時往往顯示出高的光子轉(zhuǎn)換效率。如上面在本說明書的“波長轉(zhuǎn)換器4”章節(jié)中所描述的那樣，為了抑制由于與所 述波長轉(zhuǎn)換層4a進行的波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的能量損耗而導致的溫度升高，下面的無機磷光 體是優(yōu)選的。也就是，優(yōu)選地使用關于由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光具有良好的光吸 收屬性并且具有接近理論極限的內(nèi)部量子效率的無機磷光體。也就是，優(yōu)選地使用在由 所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的光的峰值波長下激發(fā)時具有高的外部量子效率(絕對值為80% 或更高)的無機磷光體。具有高的外部量子效率的無機磷光體對于所述初級光顯示出高吸收率，并且以 所述高的光子轉(zhuǎn)換效率把所述初級光轉(zhuǎn)換到更長的波長。因此，當暴露于所述初級光 時，所述波長轉(zhuǎn)換層4a允許更多光在所述初級光的照射方向上穿過并離開。為此原因，所述波長轉(zhuǎn)換層4a的厚度可以更薄但是仍然足以產(chǎn)生輸出光(特別 是白色光)，所述初級光通過加性顏色混合被添加到其中以作為一個分量。對于抑制所述 溫度升高來說，薄的波長轉(zhuǎn)換層4a是更優(yōu)選的?？商鎿Q地，選擇優(yōu)選地可以提高具有所述波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換器4的耐熱 性的無機磷光體就足夠了，而不是為了抑制所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高。也就是，優(yōu)選地作為所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換材料的任何耐熱的無機磷光 體都具有以下屬性。也就是，當由所述初級光的發(fā)光峰值波長激發(fā)時，在150°C溫度下的 發(fā)光峰值是室溫下的發(fā)光峰值的70%或更高。
這樣的無機磷光體充當其發(fā)光功效在高溫下幾乎沒有或完全沒有降低的波長轉(zhuǎn) 換物質(zhì)。因此，具有所述波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換器4被配置成能夠在不會由于溫度升 高而導致數(shù)量減少的情況下產(chǎn)生光學輸出。因此，所述半導體發(fā)光設備被配置成能夠在 不會由于溫度升高而導致數(shù)量減少的情況下產(chǎn)生光輸出。基于由本發(fā)明的發(fā)明人進行的研究和評估，下面描述的無機磷光體優(yōu)選地作為 將被用作所述波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)的耐熱的高效率無機磷光體。(1)具有處于從500nm到< 565nm的范圍內(nèi)的峰值波長并且具有石榴石型晶體 結(jié)構(gòu)的Ce3+激活的磷光體。(2)至少由Eu2+和Ce3+中的任一種而激活的氮化物磷光體(比如氮化物磷光體或 氮氧化物磷光體)。為了容易與發(fā)出藍色光的所述固態(tài)發(fā)光器件3相組合而獲得白色光或發(fā)白的 光，黃色磷光體(其具有處于從550nm到< 600nm的范圍內(nèi)的發(fā)光峰值)是優(yōu)選的。黃 色是藍色的補色。為了進行參照，下面是由紫外光(380nm或更長但是短于420nm)或藍色光 (420nm或更長但是短于500nm)激發(fā)的耐熱的高效率無機磷光體的具體實例。(1)基于Y3Al5012:Ce3+的黃綠磷光體(其峰值波長特別是525nm或更長但是短 于560nm，或者低濃度Ce3+激活的磷光體，其中構(gòu)成所述基質(zhì)磷光體的稀土離子(Y3+或 Gd3+)的Ce3+離子置換部分的數(shù)量處于從O.Olatomic1^^」latomic%&范圍內(nèi))；(2)基于 BaY2SiAl4012:Ce3+ 的綠色磷光體；(3)基于Ca3Sc2Si3CVCe3+的綠色磷光體(包括其中一部分Ca或Sc被Mg置換 的磷光體)；(4)基于MSi202N2:Eu2+的綠色/黃色磷光體(其中M代表堿土金屬)；(5)基于M3Si6012N2:Eu2+的綠色磷光體(其中M代表主要是Ba的堿土金屬)；(6)基于B-Si3N4:Eu2+的綠色磷光體(包括其中一部分Si_N被A1_0置換的磷光 體)；(7)基于 Ca-a-SiA10N:Eu2+ 的黃色磷光體；(8)基于MAlSiN3:Eu2+的紅色磷光體(M代表堿土金屬)；(9)基于M2 (Al，Si) 5 (N, 0)8:Eu2+的紅色磷光體(M代表任一種堿土金屬，其 中包括M2Si5N8:Eu2+紅色磷光體)；以及(10)基于 BaMgAl1Q017:Eu2+ 的藍色磷光體。在具體的磷光體(I)-(IO)中，Ce3+激活的磷光體是由藍色光激發(fā)的無機磷光 體，并且除了(10)之外的所有Eu2+激活的磷光體都是同時由紫外光和藍色光以高效率激 發(fā)的無機磷光體。(注意，(10)的Eu2+激活的磷光體是不由藍色光而由紫外光以高效率 激發(fā)的無機磷光體)。每一種無機磷光體(I)-(IO)都具有短至Imsec或更短的余輝時間(t1/1(l)，這是因 為這種無機磷光體內(nèi)的發(fā)光是由于Ce3+或Eu2+離子的宇稱允許躍遷，其由AfMfId1代 表(其中在Ce3+離子的情況下是η = 1，在Eu2+離子的情況下是η = 7)。根據(jù)這一屬性，完全由具有Ce3+或Eu2+稀土離子作為發(fā)光中心的無機磷光體所 構(gòu)成的所述波長轉(zhuǎn)換層4a適于把所述波長轉(zhuǎn)換器4 (以及具有所述波長轉(zhuǎn)換器4的半導體發(fā)光設備)配置成用于視頻顯示設備的光源。無機磷光體的形式是從任何通常已知的形式中能夠選擇的，其中包括粉末、燒 結(jié)體、陶瓷壓塊、以及單晶體。如下所述，發(fā)現(xiàn)本發(fā)明的一個特征在于構(gòu)成所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a 的波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)。所述波長轉(zhuǎn)換物質(zhì)是從多種耐熱的高效率無機磷光體中選擇的并且具 有特定成分和形式；石榴石型晶體結(jié)構(gòu)；以及由Ce3+激活。■胃龍 4 (4a 赫)圖6出于參照的目的而示出常規(guī)的波長轉(zhuǎn)換器(以及波長轉(zhuǎn)換層)。圖6中示出 的常規(guī)的波長轉(zhuǎn)換器4由其中散布了粉末狀磷光體(磷光體粒子17b)的透明宿主(host) 材料16構(gòu)成。所述透明宿主材料16是透明的無機或有機材料。有機材料的例子包括各種透明 樹脂(比如硅樹脂、氟樹脂、環(huán)氧樹脂以及丙烯酸樹脂)，而無機材料的例子則包括低熔 點玻璃。所述粉末形式的磷光體17的粒子尺寸是Inm或更大但是小于1mm。具體來說， 所述磷光體粒子17b是納米粒子(處于從Inm到< IOnm的范圍內(nèi))、超微粒子(處于從 IOnm到< IOOnm的范圍內(nèi))、小粒子(處于從IOOnm到< IOOym的范圍內(nèi))以及顆粒 (處于從10(^111到< Imm的范圍內(nèi))中的任一種。注意，術語“粒子尺寸”指的是通常在粉末產(chǎn)品的產(chǎn)品目錄中連同所使用的測 量方法一起描述的平均或中值粒子直徑(D5tl)。為了方便起見，使用平均尺寸來描述其直 徑小于IOOnm的粒子的尺寸，而使用中值尺寸來描述其直徑等于IOOnm或更大的粒子的 尺寸。具有圖6中所示配置的波長轉(zhuǎn)換器4在實踐中是優(yōu)選的，這是因為可以用簡單且 容易的制造方法來制造這種經(jīng)過現(xiàn)場證實的配置。波長轉(zhuǎn)換器4的示例性配置1和2圖7示出根據(jù)本發(fā)明的波長轉(zhuǎn)換器4 (或所述波長轉(zhuǎn)換層4a)的一種示例性配置。 在該例中，所述磷光體17是無機壓塊(在下文中稱作“磷光體壓塊17a”)。所述磷光體壓塊17a的例子包括諸如磷光體粉末燒結(jié)體、透明磷光體陶瓷、磷光 體玻璃、以及磷光體單晶體之類的名稱已知的各種壓塊。根據(jù)本發(fā)明，所述磷光體壓塊 17a的范圍包括磷光體與陶瓷材料的復合壓塊。上述MGC光學轉(zhuǎn)換器就是復合壓塊的一 個實例。具有圖7中所示配置的波長轉(zhuǎn)換器4可以是完全無機的波長轉(zhuǎn)換器，其確保高導 熱率。這種配置在散熱以及抑制所述波長轉(zhuǎn)換器4的溫度升高方面是優(yōu)選的。在可操縱性方面，所述磷光體壓塊17a優(yōu)選地在最薄部分是0.1mm或更厚但是 薄于1cm，以便提供極佳的機械強度。在抑制所述波長轉(zhuǎn)換器的溫度升高和顏色不均的效果方面，優(yōu)選的是所述磷光 體壓塊17a盡可能薄。在上述兩個方面之間的折衷方面，根據(jù)本發(fā)明的磷光體壓塊17a被配置成具有處 于從10 μ m到< Imm的范圍內(nèi)的最小厚度，優(yōu)選地是處于從10 μ m到< 600 μ m的范圍 內(nèi)，更加優(yōu)選地是處于從3(^111到< 100 μ m的范圍內(nèi)。
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然而隨著所述磷光體壓塊17a的厚度增大，所述初級光的光徑變長。因此，所 述磷光體對光的吸收概率增大，從而會減少所述初級光的透射。為了避免這種不合期望 的結(jié)果，存在于所述磷光體內(nèi)充當光吸收因子的活化劑(發(fā)光中心離子)的濃度(置換數(shù) 量)優(yōu)選地落在從O.Olatomic1^^!」Iatomic^的范圍內(nèi)，從而確保相對較高的外部量子效 率。這一濃度比典型濃度(從0.1&協(xié)111化％到< 10atomic% )低一到兩個數(shù)量級。舉例來說，在上述基于Y3Al5012:Ce3+的黃綠磷光體中，優(yōu)選的是通過低濃度Ce3+ 來激活所述磷光體，其中Ce3+離子的置換數(shù)量落在從0.01擬0111化％到< Iatomic^的范圍 內(nèi)。假設組成元素族A由從包括以下各項的一組中選擇的一種或多種元素構(gòu)成 Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Gd、Tb以及Lu。所述磷光體至少包含所述組成元素族A
的所有元素(其中所述組成元素族A的一部分被Ce3+置換)并且具有石榴石型晶體結(jié)構(gòu)。 為了確保耐高溫以及減少溫度猝熄，更加優(yōu)選的是Ce3+離子的置換數(shù)量較小，從而激活 所述磷光體的Ce3+的濃度較小，這樣的優(yōu)選磷光體對于提高光輸出來說是合乎期望的。然而應當注意，隨著激活所述磷光體的Ce3+濃度降低，發(fā)光峰值的波長移 向更短波長，從而導致發(fā)綠的發(fā)射光。為了避免這種不合期望的結(jié)果，在所述基于 Y3Al5O12ICe3+的黃綠磷光體方面優(yōu)選地用Gd置換部分Y。結(jié)果，所述峰值波長移向更長 波長，從而產(chǎn)生發(fā)黃的發(fā)射光。此外還優(yōu)選的是用Pr3+作為發(fā)光中心離子共激活所述基 于Y3Al5012:Ce3+的黃綠磷光體，從而添加一個紅色光分量以得到發(fā)黃的發(fā)射光。注意，稍后參照實驗數(shù)據(jù)給出被添加來激活所述基于Y3Al5012:Ce3+的黃綠磷光 體的Ce3+的優(yōu)選數(shù)量范圍、所述磷光體壓塊17a的厚度、以及Gd3+的置換數(shù)量的細節(jié)。如圖8中所示，在一個實例中，通過應用表面處理來對所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長 轉(zhuǎn)換層4a的至少一個表面定廓。所定廓的表面可以具有大約IOnm或更多但是小于Imm 的高度差的粗糙度。具有上述輪廓的表面可以是利用化學制劑或者利用由所述波長轉(zhuǎn)換器4的規(guī)則 設置的成分構(gòu)成的光子晶體進行粗糙化的表面?？商鎿Q地，可以在所述波長轉(zhuǎn)換器4上 形成微透鏡以便獲得所期望的表面輪廓。這種配置的波長轉(zhuǎn)換器4的優(yōu)選之處在于，光提取效率得到提高并且獲得具有 更高定向性的發(fā)光。對于所述波長轉(zhuǎn)換器來說特別優(yōu)選的無機磷光體是基于Y3Al5012:Ce3+的磷光 體。這種磷光體具有極佳的總體特性，其中包括光子轉(zhuǎn)換效率、透光率、以及溫度猝 熄。另外還相對較容易獲得及制造透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃、或者所述MGC光學轉(zhuǎn) 換器。波長轉(zhuǎn)換器4的示例性配置3圖9示出所述波長轉(zhuǎn)換器4的另一種示例性配置。在該例中，所述波長轉(zhuǎn)換器 4具有布置在構(gòu)成所述波長轉(zhuǎn)換層4a的磷光體壓塊17a的一個表面上的光漫射器18 (光散 射器)。優(yōu)選地利用粘合劑或通過粘結(jié)將所述光漫射器18附著到所述磷光體壓塊17a的 所述表面上。上述的光漫射器18用來充分散射進入所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a的光 (即所述初級光)以及/或者離開所述波長轉(zhuǎn)換層4a的光(即所述初級光和次級光中的任一項或全部二者)。注意，術語“次級光”是指通過對所述初級光進行轉(zhuǎn)換而獲得的光?？紤]進入光是在局部朝向所述波長轉(zhuǎn)換器4發(fā)出的具有高度定向性的初級光(比 如LED光)的情況。所述進入光在進入所述波長轉(zhuǎn)換層4a之前穿過所述光漫射器18， 從而所述光經(jīng)過散射并且定向性降低。因此，所述光在所述波長轉(zhuǎn)換層4a上入射面積大 于不經(jīng)過散射的情況，這用來抑制所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高，并且抑制所述初級光 與次級光的混合光的顏色不均?？紤]所述波長轉(zhuǎn)換層4a輸出具有高度定向性的初級光(比如LED光)的情況。 在這種情況下，所述光漫射器18被布置在使得所述初級光和次級光都穿過該光漫射器18 的位置處，從而散射所述光并降低其定向性，這對于抑制所述初級光與次級光的混合光 的顏色不均來說是合乎期望的。如圖9中所示，所述光漫射器18可以是具有其高度差落在從IOnm到< Imm左 右的范圍內(nèi)的粗糙表面的結(jié)構(gòu)(比如磨砂玻璃)。可替換地，所述光漫射器18可以是包 含透明粒子19的膜(盡管其未在附圖中示出)。所述透明粒子19的實例包括無機粒子 (比如氧化鋁粉末和二氧化硅粉末)以及透明樹脂粉末(比如丙烯)。所述透明粒子19 優(yōu)選地是球狀的。例如可以利用無機/有機粘合劑將所述光漫射器18粘結(jié)到所述波長轉(zhuǎn)換器4上。波長轉(zhuǎn)換器4的示例件配置4和5圖10示出具有所述波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換器4的示例性配置。如圖10中所示，所述波長轉(zhuǎn)換器4具有布置在構(gòu)成所述波長轉(zhuǎn)換層4a的磷光體 壓塊17a的至少其中一個表面上的相對較厚的透明基板20(比如玻璃、透明陶瓷、或丙 烯)。所述厚度可以落在從0.1mm到< IOmm左右的范圍內(nèi)。考慮所述磷光體壓塊17a的主要材料(比如透明磷光體陶瓷)是基于 Y3Al5O12ICe3+的磷光體的情況。對于被添加來激活所述磷光體以使其適用于白色LED的 Ce3+的典型數(shù)量(置換Y的Ce的數(shù)量處于從latomic1^^!」10atomic%的范圍內(nèi))，所述磷 光體如上所述地顯著吸收藍色光。鑒于這一屬性，所述透明磷光體陶瓷需要足夠薄，以 便能夠允許藍色光透射。這種磷光體的厚度優(yōu)選地處于從1 μ m到< 600 μ m的范圍內(nèi)，并且更加優(yōu)選地 處于從10 μ m到< 600 μ m的范圍內(nèi)。由于這樣極小的厚度，所述磷光體層具有低機械 強度并且易于損壞。圖10中所示的配置解決了上述的方面。也就是，所述透明基板20支撐所述磷 光體壓塊17a以增強被包括在所述波長轉(zhuǎn)換器4內(nèi)的波長轉(zhuǎn)換層4a的機械強度。因此， 盡管所述磷光體壓塊17a薄而且機械強度低，所述波長轉(zhuǎn)換器4還是易于操縱。如果只有所述磷光體壓塊17a的有限部分在進行波長轉(zhuǎn)換時發(fā)熱并且所述透明基 板20由無機材料(比如玻璃或透明陶瓷)制成，所述透明基板20充當良好的散熱器。因 此，除了上述優(yōu)點之外，這種配置的波長轉(zhuǎn)換器對于抑制所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高 是合乎期望的。注意，具有上述配置的波長轉(zhuǎn)換器4是通過把所述磷光體壓塊17a與所述透明基板20聯(lián)結(jié)在一起而制造出來的，其中所述聯(lián)結(jié)是利用粘合劑或者通過粘結(jié)而實現(xiàn)的。 舉例來說，可以使用有機或無機粘合劑(比如多種樹脂粘合劑中的任一種或者低熔點玻 璃)。在另一個實例中，可以導致所述磷光體壓塊17a與所述透明基板20之間的熱反應 以實現(xiàn)所述粘結(jié)。為了抑制可能由于所述粘合或粘結(jié)而發(fā)生的所述磷光體壓塊17a的變形，如圖 11中所示，可以提供一對透明基板20以把所述磷光體壓塊17a夾在其間。特別優(yōu)選的是 該對透明基板20的形狀和厚度完全相同。此外，為了控制光分布特性以及提高所述光提取效率，可以對圖11中所示的該 對透明基板20的其中之一進行修改，以便具有定義類似于半球形透鏡的形狀的拱形表雖然沒有在附圖中示出，但是也可以如下修改所述波長轉(zhuǎn)換器4以便改善所述 波長轉(zhuǎn)換層4a的散熱。也就是，將所述透明基板20布置成附加地與所述波長轉(zhuǎn)換層4a 的至少一個側(cè)表面緊密接觸，并且更加優(yōu)選地是與整個所述側(cè)表面緊密接觸(即將所述 透明基板20布置成圍繞所述波長轉(zhuǎn)換層4a)。[優(yōu)選實施例1]下面更加詳細地描述所述固態(tài)發(fā)光器件3和具有所述波長轉(zhuǎn)換層4a的波長轉(zhuǎn)換 器4，其中包括對位置安排的描述。圖12是沿著線A-A’取得的圖1中所示的示例性半導體發(fā)光設備的橫截面?zhèn)纫?圖。如圖12中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導體發(fā)光設備至少包括所述固態(tài) 發(fā)光器件3和所述波長轉(zhuǎn)換器4。所述波長轉(zhuǎn)換器4是具有透明的波長轉(zhuǎn)換層4a的無機 壓塊。所述波長轉(zhuǎn)換層4a至少包含無機磷光體(未示出)，其吸收由所述固態(tài)發(fā)光器件3 發(fā)出的初級光(未示出)并且在長于所述初級光的波長下發(fā)光。所述波長轉(zhuǎn)換層4a的厚 度為ΙΟμιη或更多但是小于600μιη。所述無機磷光體至少包含所述組成元素族A中的所 有元素(所述組成元素族A的一部分被Ce3+置換)并且具有石榴石型晶體結(jié)構(gòu)。所述組 成元素族A由從包括以下各項的一組中選擇的一種或多種元素構(gòu)成Mg、Ca、Sr、Ba、 Y、La、Gd、Tb以及Lu。對應于所述組成元素族A的Ce3+置換數(shù)量落在0.0Iatomic% 到latomic%的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地是從0.0 Iatomic %到0.5atomic%。對應于所述組成 元素族A的Gd3+置換數(shù)量落在SOatomic1^^!」30atomiC%的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地是小于 IOatomic %。優(yōu)選地，Y和Gd是所述石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的組成元素族A的主要成分(注意，
“主要”成分被定義為占據(jù)整個組成元素族A的至少70%，優(yōu)選地是至少80%，更加優(yōu) 選地是100%)。另外，當由450nm波長下的藍色光輻射激發(fā)時，處于壓塊狀態(tài)的所述波 長轉(zhuǎn)換層4a在室溫下優(yōu)選地顯示出至少85%或更高的絕對內(nèi)部量子效率，并且優(yōu)選地是 90%或更高。上述配置用來抑制所述波長轉(zhuǎn)換層4a的發(fā)熱。另外，所述設備以及所述波長轉(zhuǎn) 換器被配置成以高效率實施波長轉(zhuǎn)換并且產(chǎn)生高功率輸出。也就是，上述配置用來抑制 由于與波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的能量損耗而導致的所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高。另外，上述 配置還用來抑制本應作為采用具有所述透明的波長轉(zhuǎn)換層4a的無機壓塊的結(jié)果而導致的光學輸出減少。另外，對于根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備，優(yōu)選的是將所述具有波長轉(zhuǎn)換層4a 的波長轉(zhuǎn)換器4布置成通過透明的粘合物質(zhì)(未示出)與所述固態(tài)發(fā)光器件的主光提取表 面發(fā)生緊密接觸。利用上述配置，由所述波長轉(zhuǎn)換層4a產(chǎn)生的熱被傳導到具有良好導熱屬性的所 述固態(tài)發(fā)光器件3。因此，雖然所述波長轉(zhuǎn)換層4a的發(fā)熱隨著輸入到所述固態(tài)發(fā)光器件 3的功率提高而增加，但是仍然有效地釋放熱。此外，對于根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備，優(yōu)選的是所述波長轉(zhuǎn)換層4a的外廓 與所述固態(tài)發(fā)光器件3的上表面或主光提取表面(未示出)相符。也就是說，所述波長 轉(zhuǎn)換層4a被放置成與所述主光提取表面緊密接觸。利用上述配置，使得所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面的尺寸基本上等于所 述半導體發(fā)光設備的發(fā)光表面的尺寸。因此可以提供點光源，其所產(chǎn)生的光的顏色不均 得到減少此外，對于根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備，所述固態(tài)發(fā)光器件3具有一對饋電 電極。該對饋電電極可以全部被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3的上表面或后表面上，或者 可以將其中一個布置在上表面上同時將另一個布置在后表面上。另外，所述固態(tài)發(fā)光器 件3被布置成使得整個后表面(即與光提取表面相對的表面)與所述散熱體緊密接觸。利用這種配置，可以在均勻的高傳導速率下將由所述波長轉(zhuǎn)換層4a產(chǎn)生的熱從 所述整個后表面(安裝表面)傳導到布置在所述固態(tài)發(fā)光器件3下方的高熱導體(比如所 述導體A2a、所述散熱基板1以及附著在外部的散熱器(未示出))。因此，雖然所述波 長轉(zhuǎn)換層4a的發(fā)熱隨著輸入到所述固態(tài)發(fā)光器件3的功率提高而增加，但是仍然有效地 抑制所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高。按照上面的方式，所述波長轉(zhuǎn)換層4a被允許以提高的散熱效率在所述固態(tài)發(fā)光 器件3的向下方向上釋放熱。這用來抑制本應作為波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高的結(jié)果而導 致的發(fā)光效率降低。另外，利用上面描述的配置，確保所述半導體發(fā)光設備同時抑制所述波長轉(zhuǎn)換 層4a的溫度猝熄以及所述混合光的顏色分離。結(jié)果，所述半導體發(fā)光設備能夠產(chǎn)生明亮 并且顏色均勻的光。如圖12中所示，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備被配置成使得所述波長轉(zhuǎn)換器4 的波長轉(zhuǎn)換層4a至少位于所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面(未示出)上方。所述波 長轉(zhuǎn)換器4被配置成當由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的初級光激發(fā)時在長于所述初級光的波 長下發(fā)光。對于根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備，由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的所述初級光 (未示出)激發(fā)包含在所述波長轉(zhuǎn)換層4a內(nèi)的無機磷光體。因此，所述輸出光28至少包 括由所述波長轉(zhuǎn)換層4a轉(zhuǎn)換的次級光。所述輸出光28還可以包括所述初級光或者由所述初級光和次級光(未示出)的 顏色分量構(gòu)成的混合光。對于根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備，所述波長轉(zhuǎn)換器4被布置成與所述固態(tài)發(fā) 光器件3的主光提取表面緊密接觸。
也就是，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備采用一小塊在本說明書的較早章節(jié)中關 于上述波長轉(zhuǎn)換器4所描述的任何材料以作為所述波長轉(zhuǎn)換器4。所述波長轉(zhuǎn)換器4被形 成并布置成使得至少與所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面緊密接觸。優(yōu)選地通過粘合 方式將所述波長轉(zhuǎn)換器4附著到所述主光提取表面。利用上述設置，確保所述半導體發(fā)光設備的出光表面在尺寸上基本上等于所述 固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面。因此所述初級光15的所有光子都緊接在發(fā)出所述初級 光15的時刻之后進入所述波長轉(zhuǎn)換器4。這種配置適于提供適用于車輛頭燈的高強度點 光源。在常規(guī)上，被配置為上述點光源的半導體發(fā)光設備涉及以下基本問題。也就 是，由于使得光入射在所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a的相對較小的面積上，因此通 常所述波長轉(zhuǎn)換層4a往往會發(fā)生溫度升高。結(jié)果，包含在所述波長轉(zhuǎn)換層4a內(nèi)的無機 磷光體就會經(jīng)歷溫度猝熄，從而使得難以確保高功率輸出。另外，在常規(guī)上還有另一個問題，即出于未知的原因而無法獲得預期的光輸出 水平。然而根據(jù)本發(fā)明，所述波長轉(zhuǎn)換器4是具有相對較高導熱率的完全無機的波長 轉(zhuǎn)換器(比如透明磷光體陶瓷)。另外，所述波長轉(zhuǎn)換器4具有至少包含無機磷光體的 波長轉(zhuǎn)換層4a，所述無機磷光體吸收由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的初級光并且在長于所 述初級光的波長下發(fā)光。所述波長轉(zhuǎn)換層4a被配置成具有確保高導熱率的厚度，并且包 含顯示出高波長轉(zhuǎn)換效率和很少溫度猝熄的無機磷光體(比如上述基于Y3Al5012:Ce3+的黃 綠磷光體)。利用上述特征，所述波長轉(zhuǎn)換器的這種配置能夠抑制與波長轉(zhuǎn)換相關聯(lián)的 發(fā)熱和熱累積。所述發(fā)熱和熱累積會構(gòu)成提高所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度的不合期望的因 素。另外，所述波長轉(zhuǎn)換器的這種配置還優(yōu)選地確保以高效率進行波長轉(zhuǎn)換并且很少發(fā) 生溫度猝熄。在一個優(yōu)選實施例中，所述半導體發(fā)光設備被配置成特別利用粘合聯(lián)結(jié)確保一 條相對較好的導熱路徑，以便通過所述固態(tài)發(fā)光器件3 (眾所周知固態(tài)發(fā)光器件具有高導 熱率)在向下的方向上釋放熱。這種點光源配置用來抑制所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升 高，從而確保高功率輸出。注意，所述波長轉(zhuǎn)換器4是通過把無機或有機透明材料用作粘合劑而以粘合方 式附著到所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面上的。優(yōu)選的粘合劑的例子包括透明樹脂 粘合劑(比如基于硅的樹脂粘合劑)和低熔點無機粘合劑(比如低熔點玻璃)。上述粘合劑很容易獲得并且很容易通過實施簡單的步驟來制備。另一方面，可以從多種粘合劑中選擇用來把所述固態(tài)發(fā)光器件3粘結(jié)到所述散 熱體的粘合劑23，其中包括樹脂粘合劑(比如基于硅的樹脂粘合劑)和無機粘合劑。可 以根據(jù)所述固態(tài)發(fā)光器件3的配置和電極設置以及所述散熱基板1的屬性和材料(特別是 所述散熱基板1是絕緣的還是導電的)來做出所述選擇。所述無機粘合劑的例子包括絕緣無機粘合劑(比如低熔點玻璃)和導電無機粘合 劑(比如金屬膏，特別是銀膏)或焊料(比如Au-Sn或Ag-Sn)。對于合適粘合劑的選 擇可以根據(jù)所述固態(tài)發(fā)光器件3的配置和電極設置以及所述散熱基板1的屬性和材料來做
出ο
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按照下面的方式可以省略對于粘合劑23的使用。也就是，可以用相同的金屬材 料(例如Au)制成所述導體A2a和所述饋電電極，從而可以通過施加諸如壓力或超聲振 動之類的外力把所述導體A2a與所述饋電電極物理地粘結(jié)。根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備可以具有如圖2中所示的“具有雙上方電極的面 朝上配置”的固態(tài)發(fā)光器件3。在這種情況下，所述粘合劑23可以是絕緣粘合劑(比如 上述樹脂粘合劑和絕緣無機粘合劑)和導電粘合劑(比如導電無機粘合劑)中的任一種， 而不管所述散熱基板1是絕緣還是導電板。此外，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備可以具有如圖3或圖4中所示的“頂部-后 部電極配置”的固態(tài)發(fā)光器件3。在這種情況下，所述粘合劑23需要是導電粘合劑(比 如上述導電無機粘合劑)以便把所述導體A2a電連接到所述固態(tài)發(fā)光器件3的饋電電極 B14b(未示出)。此外，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備可以具有如圖5中所示的“具有雙底部電 極的倒裝配置”的固態(tài)發(fā)光器件3。在這種情況下，所述粘合劑23需要是導電粘合劑 (比如上述導電無機粘合劑或凸起)以便把所述饋電電極A14a電連接到所述導體A2a， 并且把所述饋電電極B14b電連接到所述導體B2b。對于根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備，優(yōu)選的是當如圖1中所示從上方看所述出 光表面時，所述波長轉(zhuǎn)換層4a構(gòu)成所述波長轉(zhuǎn)換器4的整個表面。還優(yōu)選的是將所述波 長轉(zhuǎn)換器4布置在不與所述固態(tài)發(fā)光器件3的電極引出部分21重合的位置處并且將其布 置成覆蓋所述主光提取表面。上述配置確保從所述主光提取表面發(fā)出的整個所述初級光部分都進入所述波長 轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a，同時把光輸出表面保持到最小尺寸。因此使得所述點光源能 夠在沒有顏色變化和輸出功率變化的情況下輸出光。此外優(yōu)選的是，所述波長轉(zhuǎn)換器4基本上呈多邊形(即所述波長轉(zhuǎn)換器4的輪廓 基本上限定一個多邊形)，并且至少其中一個多邊形角被切除、刮掉、磨平、或者至少部 分地削去。利用這種配置，在電連接所述固態(tài)發(fā)光器件3之后可以更容易執(zhí)行附著所述波 長轉(zhuǎn)換器4的制造步驟，從而便于所述制造工藝。另外還可以在完成所述半導體發(fā)光設 備之前檢查出所述波長轉(zhuǎn)換器4和所述固態(tài)發(fā)光器件3的可能缺陷，從而減少制造損耗。如較早所述，所述波長轉(zhuǎn)換器4至少包括所述波長轉(zhuǎn)換層4a(所述磷光體壓塊 17a)和所述透明基板20。所述波長轉(zhuǎn)換層4a對所述初級光進行波長轉(zhuǎn)換，而所述透明 基板20支撐所述波長轉(zhuǎn)換層4a但是不實施波長轉(zhuǎn)換。這里，所述透明基板20在體積上 優(yōu)選地大于所述波長轉(zhuǎn)換層4a。利用上述配置，確保所述波長轉(zhuǎn)換器4具有特定厚度，從而使得所述波長轉(zhuǎn)換 器4易于操縱又不易發(fā)生熱變形。另外，由于所述波長轉(zhuǎn)換層4a薄并且所述透明基板20充當良好的散熱器，所以 所述波長轉(zhuǎn)換器4上的熱累積得到抑制，這用來減少溫度升高。利用這種波長轉(zhuǎn)換器4， 所述半導體發(fā)光設備被配置成產(chǎn)生高功率輸出。優(yōu)選的是所述波長轉(zhuǎn)換器4具有被布置成將所述波長轉(zhuǎn)換層4a夾在其間的一對 透明基板20。
利用這種配置，所述波長轉(zhuǎn)換器4在上表面和后表面處同時產(chǎn)生熱而不是只在 其中一個處產(chǎn)生熱。因此使得所述波長轉(zhuǎn)換器4更加能夠抵抗熱變形。另外，所述波長轉(zhuǎn)換層4a的上表面和后表面同時與具有高導熱率的其中一個所 述透明基板20接觸，從而充當散熱器。因此，充當發(fā)熱源的所述波長轉(zhuǎn)換層4a的散熱 效率接近加倍，從而更加有效地抑制所述溫度升高。利用這種波長轉(zhuǎn)換器4，所述半導體 發(fā)光設備被配置成產(chǎn)生高功率輸出。還優(yōu)選的是，上述粘合物質(zhì)是至少包含無機粒子的樹脂。一般來說，無機材料具有高導熱率。因此，即使對于眾所周知具有低導熱率的 樹脂，仍然獲得具有相對較高導熱率的所述粘合物質(zhì)。另外還注意，所述無機粒子具有光漫射功能，從而用來抑制發(fā)射光的顏色不 均。所述無機粒子可以包含吸收所述初級光并且在長于所述初級光的波長下發(fā)光的 磷光體粒子。利用這種設置，在一定程度上調(diào)節(jié)所述輸出光的色調(diào)。下面參照實驗數(shù)據(jù)描述所述磷光體壓塊17a的厚度、Ce3+的添加數(shù)量、以及包含 在根據(jù)本發(fā)明的透明磷光體陶瓷內(nèi)的Gd3+的置換數(shù)量的優(yōu)選范圍。根據(jù)本發(fā)明的透明磷 光體陶瓷包含基于Y3Al5012:Ce3+的黃綠磷光體(其是具有石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的磷光體的一 個代表性實例)并且包含所述組成元素族A的各種元素，其中所述組成元素族A的一部 分被Ce3+置換。圖18是示出關于多個白色LED的測量數(shù)據(jù)的表格。每一個白色LED包括一個 具有由基于InGaN的化合物構(gòu)成的發(fā)光層的藍色發(fā)光二極管(其發(fā)光峰值處于450nm)以 及一種不同類型的基于Y3Al5CVCe3+的透明磷光體陶瓷。作為添加及混合由所述藍色發(fā) 光二極管發(fā)出的藍色光與由所述透明磷光體陶瓷發(fā)出的黃綠光的結(jié)果，每一個白色LED 都發(fā)出白光。具體來說，所述表格示出每一種類型的Y3Al5012:Ce3+磷光體的Ce3+置換數(shù) 量和Gd3+置換數(shù)量、每一種磷光體陶瓷(其被形成板狀形狀)的厚度、每一個白色LED 的發(fā)射光的色度(χ和y)和色溫。注意，當用化學式(YnxGdaCex) 3A15012來表達每一種基于Y3Al5012:Ce3+的磷光 體時，所述Ce3+置換數(shù)量是指“X”的值，所述Gd3+置換數(shù)量是指“a”的值。圖19是CIE色度圖，其中繪制出代表由對應的白色LED(其配置和屬性在圖18 中示出)發(fā)出的光的色度的數(shù)據(jù)以及普朗克軌跡。在圖19中，點A、B、C、D、E、F和G對應于分別代表2000K、3000K、 4000K、5000K、6000K、7000K 和 8000K 色溫的色度坐標。在圖19中，所述CIE色度圖上的直線段a、b、c、d和e分別代表由對應于 0.05atomic %、0.5atomic %、latomic %、2atomic % 和 3atomic % 的 Ce3+ 置換數(shù)量的白色 LED發(fā)出的光的色度。注意，Gd3+置換數(shù)量統(tǒng)一是Oatomic%。如上所述，每一個白 色LED作為由相同的藍色發(fā)光二極管與具有不同厚度的不同的透明磷光體陶瓷(其基于 Y3Al5O12ICe3+)相組合的加性顏色處理的結(jié)果而發(fā)光。另外，在圖19中，點f代表由所述藍色發(fā)光二極管與Gd3+置換數(shù)量為 18atomic%> Ce3+置換數(shù)量為0.05atomic%并且厚度為0.6mm的基于Y3Al5012:Ce3+的透明 磷光體陶瓷相組合發(fā)出的混合光的色度。
通過圖18與圖19的比較，明顯看出以下內(nèi)容。Ce31 置換數(shù)量(1)隨著Ce3+置換數(shù)量增大，所述基于Y3Al5CVCe3+的黃綠磷光體的透明磷光體陶 瓷的發(fā)射光變得越來越發(fā)黃。結(jié)果，所述混合光的色度值X變大。也就是說，容易獲得 具有8000K或以下的色溫的光。另外，隨著所述Ce3+置換數(shù)量增大，所得到的透明磷光體陶瓷往往會更加容易 地吸收藍色光。結(jié)果，利用相對較薄的透明磷光體陶瓷容易地獲得黃綠色或者發(fā)黃的 光。雖然現(xiàn)在示出了相關數(shù)據(jù)，但是還發(fā)現(xiàn)基于Y3Al5012:Ce3+的磷光體的溫度猝熄 會隨著Ce3+置換數(shù)量的增大而增多，從而所得到的透明磷光體陶瓷在耐熱方面將相對較差。然而正如稍后將描述的那樣，當Ce3+置換數(shù)量超出(^咖！！^^并且特別是達到 更高的Iatomic^時，所述透明磷光體陶瓷在把藍色光轉(zhuǎn)換成黃綠光時的波長轉(zhuǎn)換效率 (光子轉(zhuǎn)換效率或內(nèi)部量子效率)顯示出明顯下降。對于這樣的透明磷光體陶瓷，難以提 供能夠進行高功率輸出的半導體發(fā)光設備?；趫D18和圖19，知道在Gd3+置換數(shù)量為零的情況下，Ce3+置換數(shù)量的優(yōu)選 范圍是從0.5&協(xié)111化％到< 3atomic%左右，更加優(yōu)選地是從1&協(xié)111化％到< 3atomic%。當 Ce3+置換數(shù)量落在該范圍內(nèi)時，獲得發(fā)出相關色溫落在從4500K到8000K的范圍內(nèi)并且 更加優(yōu)選的是落在從5000K到7000K的范圍內(nèi)的光的點光源。(注意，適合于鹵素燈和 車輛頭燈的相關色溫落在從4000K到6700K的范圍內(nèi))。Gd3i置換數(shù)量隨著Gd3+置換包含在所述黃綠Y3Al5012:Ce3+磷光體內(nèi)的Y3+(18atomic% )的一部 分，所述透明磷光體陶瓷發(fā)出發(fā)黃的光。結(jié)果，混合光的色度χ增大。也就是，獲得了 低色溫(8000K或更低)的混合光。雖然現(xiàn)在示出了相關數(shù)據(jù)，但是還發(fā)現(xiàn)基于Y3Al5012:Ce3+的磷光體的溫度猝熄 會隨著Gd3+置換數(shù)量的增大而增多，從而所得到的透明磷光體陶瓷在耐熱方面將相對較差?；趫D18和圖19，知道在Ce3+置換數(shù)量大約為0.05atomic%的情況下，Gd3+ 置換數(shù)量的優(yōu)選范圍是從15&協(xié)111化％到50atomic%左右，更加優(yōu)選地是從20&協(xié)11^%到 40atomiC%。當Gd3+置換數(shù)量落在該范圍內(nèi)時，獲得發(fā)出相關色溫落在從4500K到8000K 的范圍內(nèi)并且更加優(yōu)選的是落在從5000K到7000K的范圍內(nèi)的光的點光源。(注意，這 些相關色溫適合于鹵素燈和車輛頭燈)。在本發(fā)明的發(fā)明人進行了仔細研究之后發(fā)現(xiàn)，如圖18和圖34中所示，在 Ce3+置換數(shù)量大約為0.5atomiC%的情況下，Gd3+置換數(shù)量的優(yōu)選范圍是從Oatomic1^^」 50atomic%左右，更加優(yōu)選地是從0atomic%到30atomic%。當Gd3+置換數(shù)量落在該范 圍內(nèi)時，獲得發(fā)出相關色溫落在從2800K到6700K的范圍內(nèi)并且更加優(yōu)選的是落在從 4000K到6700K的范圍內(nèi)的光的點光源。(注意，這些相關色溫甚至更加適合于近來的 鹵素燈和車輛頭燈。)根據(jù)其他實驗數(shù)據(jù)等等，有以下發(fā)現(xiàn)。也就是，在涉及到Gd3+置換的情況下，只要Ce3+置換數(shù)量落在從O.OSatomic1^^!」latomic%的范圍內(nèi)并且特別優(yōu)選地是落在從 O.latomic1^^!」0.8atomiC%的范圍內(nèi)時，預期會產(chǎn)生類似的有利效果，盡管所述效果的水 平可能不同。誘明磷光體陶瓷的厚度隨著厚度t增大，所述透明磷光體陶瓷吸收越來越多的藍色光。結(jié)果很容易獲得 黃綠色或發(fā)黃的混合光。從圖18和圖19知道，所述厚度t的優(yōu)選范圍當Ce3+置換數(shù)量為0.05&協(xié)11^%時 是從0.2mm到0.6mm，當Ce3+置換數(shù)量落在從0.5atomic%到latomic%的范圍內(nèi)時是小于 0.1mm，并且當Ce3+置換數(shù)量落在從2&協(xié)111化％到3atomic%的范圍內(nèi)時是小于0.02mm。 對于上面定義的厚度，獲得發(fā)出具有更接近黑體輻射的相關色溫的光的點光源。具體來 說，通過上述點光源獲得的相關色溫落在4500K到8000K的范圍內(nèi)，并且更加優(yōu)選地落 在從5000K到7000K的范圍內(nèi)。(注意，適合于鹵素燈和車輛頭燈的相關色溫落在從 4000K到6700K的范圍內(nèi)。)下面參照圖18和圖19更加詳細地描述優(yōu)選的透明磷光體陶瓷的厚度與Ce3+置換 數(shù)量之間的關系。從圖18和圖19中明顯看出，在獲得適用于照明目的(特別適合于車輛頭燈和投 影光源)的白光方面所優(yōu)選的透明磷光體陶瓷厚度根據(jù)Ce3+置換數(shù)量而不同。(在圖19 中，優(yōu)選的白色光對應于由虛線所封閉的范圍)。舉例來說，當Gd3+置換數(shù)量為零并且 Ge3+置換數(shù)量為0.05擬01^%時(由圖19中所示的線段“a”代表)，所述Y3Al5O12:Ce3+ 透明磷光體陶瓷的優(yōu)選厚度落在從0.2mm到0.3mm的范圍內(nèi)。從其他實驗數(shù)據(jù)類推并且考慮到測量誤差，發(fā)現(xiàn)在Ce3+置換數(shù)量落在從 0.0Iatomic%到< 0.Iatomic%的范圍內(nèi)的情況下，對于獲得所述白色光所優(yōu)選的厚度通常 落在0.Imm(IOOym)到< 2mm的范圍內(nèi)。另外，在Ce3+置換數(shù)量為0.5atOmiC%&情況下(由圖19中所示的線“b”代 表)，所述優(yōu)選厚度落在從0.1mm到0.2mm的范圍內(nèi)。從其他實驗數(shù)據(jù)類推并且考慮到測量誤差，發(fā)現(xiàn)在Ce3+置換數(shù)量落在從 0.1擬0111化％到< latomic%的范圍內(nèi)的情況下，對于獲得所述白色光所優(yōu)選的厚度通常落 在 0.02mm (20 μ m)到< 0.3mm (300 μ m)的范圍內(nèi)。還發(fā)現(xiàn)，當Ce3+置換數(shù)量落在1&協(xié)111化％到3&協(xié)111化％的范圍內(nèi)的情況下(由圖19 中所示的線“C”到“e”代表)，所述優(yōu)選厚度落在0.02mm到< 0.1mm的范圍內(nèi)。從其他實驗數(shù)據(jù)類推并且考慮到測量誤差，發(fā)現(xiàn)在Ce3+置換數(shù)量落在Iatomic^ 到< 5atomiC%的范圍內(nèi)的情況下，對于獲得所述白色光所優(yōu)選的厚度通常落在從 0.005mm (5 μ m)到< 0.05mm (50 μ m)的范圍內(nèi)。還發(fā)現(xiàn)，例如在Gd3+置換數(shù)量為18%并且Ge3+置換數(shù)量為0.05atomic%& (Y， Gd)3Al5012:Ce3+透明磷光體陶瓷的情況下(由圖19中所示的線“f”代表)，所述優(yōu)選厚 度為0.6mm或更小。從其他實驗數(shù)據(jù)類推并且考慮到測量誤差，發(fā)現(xiàn)在Ce3+置換數(shù)量落在 0.0Iatomic%IlJ< 0.1atOmic%的范圍內(nèi)的情況下，與沒有Gd3+置換的情況類似，對于獲得 所述白色光所優(yōu)選的厚度通常落在從O.lmm(lOOym)到< 2mm的范圍內(nèi)。
注意，圖18和圖19中所示的數(shù)據(jù)涉及到作為磷光體實例給出的Y3Al5012:Ce3+磷 光體和(Y，Gd)3Al5012:Ce3+磷光體，其分別包含組成元素族A中的各種元素(其中所述 組成元素族A的一部分被Ce3+置換)并且具有石榴石型晶體結(jié)構(gòu)。然而注意，取決于晶 體結(jié)構(gòu)的相似性和光學屬性，通過包含組成元素族A中的各種元素(其中所述組成元素族 A的一部分被Ce3+置換)并且具有石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的任何其他磷光體都可以獲得類似的 有利效果。用干獲得H有從4000K到8000K的相關盧iU的、混合光的條件考慮到所述透明磷光體陶瓷的優(yōu)選厚度(t)、優(yōu)選的Ce3+置換數(shù)量、以及優(yōu)選的 Gd3+置換數(shù)量，注意用于獲得其相關色溫落在從4500Κ到8000Κ的范圍內(nèi)并且更加優(yōu)選 地是落在從5000Κ到7000Κ的范圍內(nèi)的混合光的以下條件。(1) Ce3+ 置換數(shù)量小于 3atomic%這里，所述下限并不是明確設定的。鑒于溫度猝熄，較小的Ce3+置換數(shù)量是更 加優(yōu)選的。然而，考慮到藍色光吸收效率，Ce3+置換數(shù)量優(yōu)選地為0.01擬011^%或更高， 并且更加優(yōu)選地是0.03&協(xié)111化％或更高?？傊?，Ce3+置換數(shù)量優(yōu)選地落在從0.01&協(xié)11^%到< 3atomic%的范圍內(nèi)，更加 優(yōu)選地是落在從0.03&協(xié)111化％到< 3atomic%的范圍內(nèi)。(2) Gd3+置換數(shù)量優(yōu)選地落在從Oatomic %到50atomic%的范圍內(nèi)。與Ce3+置換 數(shù)量平衡地調(diào)節(jié)Gd3+置換數(shù)量就足夠了。(3)特別考慮到Ce3+置換數(shù)量，需要調(diào)節(jié)所述透明磷光體陶瓷的厚度(t)。然 而，所述厚度通常落在從0.01mm到0.6mm的范圍內(nèi)(即從10 μ m到600 μ m)。圖20-圖24示出關于全部具有均勻厚度(0.6mm)的透明陶瓷樣品的測量數(shù)據(jù) 的曲線圖。每一份樣品是由具有不同Ce3+置換數(shù)量的Y3Al5012:Ce3+透明磷光體陶瓷制 成的。所述測量數(shù)據(jù)示出每一份樣品的內(nèi)部量子效率(絕對值)和外部量子效率(絕對 值)。所述內(nèi)部量子效率等于光子轉(zhuǎn)換效率并且指示所述波長轉(zhuǎn)換效率。類似地，所述 外部量子效率等于光子轉(zhuǎn)換效率并且指示所述波長轉(zhuǎn)換效率。圖20-圖24示出關于其Ce3+置換數(shù)量分別為0.05atomic %、0.5atomic %、 latomic %、2atomic %和3atomic %的樣品的測量數(shù)據(jù)。圖25示出其Ce3+置換數(shù)量為2atomiC%的Y3Al5012:Ce3+磷光體粉末的評估數(shù)據(jù) 以作參照。注意，對透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的評估是通過利用在OkubO的上述文 獻中公開的評估方法來進行的。根據(jù)所述評估方法，將透明磷光體陶瓷的一小份樣品 (大約1平方厘米板的壓塊)放置于在樣品架上壓縮的硫酸鋇(BaSO4)粉末之上。所述 壓縮的BaSO4粉末被用作反射率標準。如圖25中所示，所述利用經(jīng)過優(yōu)化的制造條件制備的Y3Al5012:Ce3+磷光體粉末 樣品顯示出接近理論極限(100% )的內(nèi)部量子效率(> 95% )。這一有利屬性是將此類 磷光體粉末優(yōu)選地用于高功率輸出白色LED的部分原因。與此相對，關于從Y3Al5012:Ce3+磷光體制備的透明磷光體陶瓷樣品觀察到以下 內(nèi)容。從圖20-圖24明顯看出，隨著Ce3+置換數(shù)量從0.05atomic%增加到3atomic%， 所述內(nèi)部量子效率降低。特別當所述Ce3+置換數(shù)量達到Iatomic^或更高時，所述內(nèi)部量子效率急劇下降。一般來說，要求適于白色LED光源的磷光體粉末在藍色范圍內(nèi)具有良好的光吸 收。為此原因，用來吸收藍色光的Ce3+離子的置換數(shù)量通常被設定在l-5atomiC%的相對 較高水平下。然而本發(fā)明的發(fā)明人所做的研究表明，在對應于白色LED光源的典型Ce3+ 置換數(shù)量下，不可能或者難以制備具有高的內(nèi)部量子效率的透明磷光體陶瓷。上面所提到的發(fā)現(xiàn)證明，具有對應于白色LED光源的典型Ce3+置換數(shù)量的 Y3Al5012:Ce3+透明磷光體陶瓷不適于可靠地生產(chǎn)能夠產(chǎn)生高功率輸出的半導體發(fā)光設 備。注意，還不清楚所述內(nèi)部量子效率為何隨著Ce3+置換數(shù)量的增大而降低。然而 下面的機制提供一種假設性解釋。對應于Y2ALO^Ce3i誘明磷光體陶瓷的藍餼波長轉(zhuǎn)換效率隨著Ce3i置換數(shù)量的 增大而降低的假設機制一般來說，已知透明磷光體陶瓷是無機磷光體粒子的單晶體的聚集體。已經(jīng)知 道所述磷光體陶瓷的透明度隨著粒子尺寸的增大而提高。此外還知道，粒子邊界是降低透明度和發(fā)光效率的一個因素。鑒于上述內(nèi)容，一般嘗試增大所述粒子尺寸并且減小粒子邊界的體積分數(shù)，以 便提高所述透明磷光體陶瓷的透明度和發(fā)光效率。另外，關于所述透明磷光體陶瓷的制造，已經(jīng)知道在燒結(jié)工藝之前向所述磷光 體材料中添加少量燒結(jié)助劑(比如MgO或SiO2)。添加所述燒結(jié)助劑是為了增大所述粒 子尺寸并且減小粒子邊界的體積分數(shù)。還知道構(gòu)成所述燒結(jié)助劑的一部分或全部的元素往往會在粒子邊界的附近分離 定位。因此做出以下假設。隨著Ce3+置換數(shù)量增大，所述燒結(jié)助劑更容易與Ce化合 物發(fā)生反應。這種反應可能會產(chǎn)生充當發(fā)光的鈍化或猝熄中心的化合物、增大粒子邊界 的體積分數(shù)、并且減小所述粒子尺寸。另一方面，透明磷光體陶瓷的折射率通常高于空氣，從而具有以下屬性。也就 是，進入所述透明磷光體陶瓷的光以及在所述透明磷光體陶瓷內(nèi)生成的光被困在所述透 明磷光體陶瓷內(nèi)，并且無法被高效地發(fā)射到空氣中。由于這一屬性，光往往會在所述透明磷光體陶瓷內(nèi)來回反射，從而多次穿過所 述粒子和粒子邊界。結(jié)果，在透明磷光體陶瓷具有更多數(shù)量的化合物并且粒子邊界充當鈍化中心的 情況下，進入所述透明磷光體陶瓷的光或者在所述透明磷光體陶瓷內(nèi)生成的光在所述透 明磷光體陶瓷內(nèi)被吸收及損耗的現(xiàn)象更加明顯，從而會降低所述光子轉(zhuǎn)換效率。雖然需要進行進一步更詳細的研究來證明上述機制，但是上述假設解釋了所述 內(nèi)部量子效率隨著Ce3+置換數(shù)量增大而降低的現(xiàn)象，從而為實驗數(shù)據(jù)提供了支持。另外，所述內(nèi)部量子效率隨著Ce3+置換數(shù)量增大而降低是與被制成無機磷光體 壓塊的透明磷光體陶瓷相關聯(lián)的一個至關重要的問題，其中所述無機磷光體壓塊特別是 包含所述組成元素族A(其中所述組成元素族A的一部分被Ce3+置換)并且具有石榴石型 晶體結(jié)構(gòu)的磷光體壓塊。(注意，所述組成元素族A由從Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Gd、Tb以及Lu中選擇的一種或多種元素構(gòu)成。)因此，需要針對所述問題的一種解決方案?；趫D20-圖24，關于Ce3+置換數(shù)量還注意以下內(nèi)容。Ce31 置換數(shù)量(2)隨著Ce3+置換數(shù)量增大，所得到的透明磷光體陶瓷的光子轉(zhuǎn)換效率(內(nèi)部量子效 率)降低得更多。這一降低可以歸因于光吸收損耗的增多。鑒于上述內(nèi)容，Ce3+置換數(shù) 量優(yōu)選地落在從0.01&協(xié)111化％到< 3atomic%的范圍內(nèi)，更加優(yōu)選地是落在從0.01atomic% 到latomic%的范圍內(nèi)，還有優(yōu)選地是落在從0.01&協(xié)111化％到0.5atomic%的范圍內(nèi)。如圖12中所示，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備可以包括作為絕緣體板的所述散 熱基板1。在所述散熱基板1上至少堆疊了所述導體A2a、粘合劑23、固態(tài)發(fā)光器件3以 及波長轉(zhuǎn)換器4。在圖12中所示的具體實例中，所述導體B2b被布置在所述散熱基板1上。然 而，可替換地，可以把所述導體B2b布置在不處在所述散熱基板1上或其上方的位置處。只要所述導體A2a至少通過絕緣體(絕緣體的例子包括間隙)與所述導體B2b分 離，所述導體的位置就沒有具體限制。注意，在所述固態(tài)發(fā)光器件3中，所述饋電電極對A14a和B14b的至少其中一 個被電連接到所述導體A2a，另一個則被電連接到所述導體B2b。在所述固態(tài)發(fā)光器件3中，所述導體B2b與其中一個所述饋電電極A14a和B 14b 之間的電連接可以通過在其間連接導體C5來建立。所述導體C5例如可以是金屬線(金線)。利用上述的電連接，使得所述半導體發(fā)光設備能夠通過所述導體A2a和B2b為 所述固態(tài)發(fā)光器件3提供電功率。作為響應，所述固態(tài)發(fā)光器件3通過電-光轉(zhuǎn)換動作把電能轉(zhuǎn)換成光，從而發(fā)出 所述初級光15。如圖14中所示，根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備可以附加地具有透光體25，所述 透光體25被布置成把整個所述固態(tài)發(fā)光器件3間接地密封或嵌入在其中。所述透光體25 優(yōu)選地至少與散熱體(所述散熱基板1或所述導體A2a)相接觸。利用這種設置，確保一條導熱路徑，從而把所述波長轉(zhuǎn)換器4的熱通過所述透 光體25傳遞到所述導體A2a和所述散熱基板1 ( 二者都充當良好的散熱器)。也就是， 所述散熱部分的面積和包圍體積增大。另外，所述導熱路徑的截面積增大，這用來增強 總體散熱，從而抑制所述波長轉(zhuǎn)換器4的溫度升高。另外，上述設置提供了一條導熱路徑，從而沿著所述波長轉(zhuǎn)換器4的整個周表 面均勻地釋放所述波長轉(zhuǎn)換器4的熱。結(jié)果，確保圍繞所述波長轉(zhuǎn)換器4的部分經(jīng)歷均 勻的溫度升高而不是局部加熱。這對于獲得高功率輸出來說是合乎期望的。注意，稍后將參照附圖更加詳細地描述所述導熱路徑。注意，上述語句“透光體25被布置成把整個所述固態(tài)發(fā)光器件3間接地密封或 嵌入在其中”的含義如下。如圖14中所示，所述透光體25被布置成與所述固態(tài)發(fā)光器 件3的整個側(cè)表面(其中包括所述波長轉(zhuǎn)換器4的整個側(cè)表面)發(fā)生接觸，而不與所述固 態(tài)發(fā)光器件3的后表面接觸。也就是，所述固態(tài)發(fā)光器件3被間接地封閉在所述透光體25內(nèi)?？捎米魉鐾腹怏w25的材料包括透明樹脂(比如硅樹脂和氟樹脂)和透明的低 熔點無機材料(比如低熔點玻璃)。上面提到的所述透光體25的材料中的許多種都具有相對較高的折射率。這樣的 材料在以下配置中是特別合乎期望的被布置來密封所述固態(tài)發(fā)光器件3的透光體25與 所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面以及整個側(cè)表面(除了后表面之外)直接接觸。利 用這種配置，以高光提取效率反射由所述固態(tài)發(fā)光器件3發(fā)出的初級光15，這對于確保 高輸出功率來說是優(yōu)選的。為了改進所述導熱屬性，優(yōu)選地在被用來構(gòu)成所述透光體25的透明樹脂或低熔 點無機材料中添加多種無機材料?？梢员惶砑拥剿鐾该鳂渲械臒o機材料的例子包括透光無機材料；反光無 機材料；具有良好導熱屬性的高度導熱的無機材料(其導熱率為3W/mK或更高，優(yōu)選地 是10W/mK或更高，并且更加優(yōu)選地是100W/mK或更高)；具有高折射率的高度反射的 無機材料(其折射率在380nm到780nm的可見范圍內(nèi)及室溫下是1.2或更高，優(yōu)選地是 1.4或更高，但是小于4.0左右)；漫射所述初級光15的光漫射無機材料；吸收所述初級 光以發(fā)出可見光的無機磷光體材料(即無機磷光體)。只要選擇至少其中一種所述材料添 加到所述透明樹脂中即可，只選擇其中一種材料還是兩種或更多種的組合并不重要。所述透明的無機材料的例子包括多種氧化物(比如氧化鋁、二氧化硅、二氧 化鈦、氧化鎂、諸如氧化釔之類的稀土氧化物以及諸如釔鋁石榴石或SrTiO3之類的復雜 氧化物)；多種氮化物(比如氮化鋁、氮化硼、氮化硅、氮化鎵以及氮化銦鎵)；以及諸 如碳化硅之類的碳化物。所述反光無機材料的例子包括上述多種氧化物；諸如硫化鋇之類的硫化物； 多種金屬(比如Al、Ti、Au和Ag)。所述高度導熱的無機材料的例子包括上述多種氧化物；上述多種氮化物；多 種碳化物(比如碳化硅)；碳；以及上面提到的金屬。所述高度反射的無機材料的例子包括上面提到的透明無機材料。所述光漫射無機材料的例子包括所選擇的其中一種上面提到的透明無機材料和 反射無機材料的粉末(粒子)。中值粒子直徑(D5tl)落在從0.14111到< Imm的范圍內(nèi) (亞微米到亞毫米級別)。所述無機磷光體材料的例子包括上面提到的無機磷光體。將被添加到所述透明樹脂中的無機材料不限于任何形狀或?qū)傩?。然而考慮到操 縱及控制所述導熱屬性的容易度，所述無機材料優(yōu)選地是已知作為粉狀體或填充物的粒 子形式，其平均或中值粒子直徑(D5tl)落在從Inm到< Imm的范圍內(nèi)。也就是，納米粒 子、亞微米粒子、微米粒子以及亞毫米粒子被包括在該范圍內(nèi)。對于獲得具有良好透光特性的所述透光體25來說所優(yōu)選的粒子是球形或偽球形 粒子或納米粒子(從Inm到< IOOnm左右)。利用這種粒子，獲得顯示出極佳透光率的 所述透光體25。在根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備的一個優(yōu)選實施例中，所述波長轉(zhuǎn)換器4由任 何上面提到的具有良好線性透光率的陶瓷壓塊制成，并且所述透光體25包含任何上面提到的光漫射無機材料。根據(jù)這一優(yōu)選實施例的半導體發(fā)光設備被配置成抑制所述混合光的溫度猝熄和 顏色分離，從而使得輸出光將具有高強度和均勻的顏色。圖15關于圖14中所示的根據(jù)本發(fā)明的示例性半導體發(fā)光設備示出由所述波長轉(zhuǎn) 換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a產(chǎn)生的熱的導熱路徑(所述導體A2a被布置在所述散熱基板1上， 所述固態(tài)發(fā)光器件3被安裝在所述導體A2a上，并且所述波長轉(zhuǎn)換器4被布置在所述固態(tài) 發(fā)光器件3上)。在圖15中，每一個產(chǎn)生熱的部分都涂實陰影，并且每一條導熱路徑都用箭頭指示ο如圖15中所示，盡管所述發(fā)熱隨著輸入功率提高而增加，根據(jù)本發(fā)明的半導體 發(fā)光設備被配置成按照下面的方式有效地釋放熱以改進所述散熱屬性。也就是，首先把 由所述波長轉(zhuǎn)換器4的波長轉(zhuǎn)換層4a產(chǎn)生的熱從所述波長轉(zhuǎn)換器4傳導到與之有接觸關 系的固態(tài)發(fā)光器件3。把傳導到所述固態(tài)發(fā)光器件3的熱釋放(1)到布置在所述固態(tài)發(fā)光 器件3下方的所述高熱導體(比如所述導體A2a、所述散熱基板1、外部附加散熱器(未 示出))。這里，通過所述固態(tài)發(fā)光器件3的整個后表面以快的速率均勻地傳導所述熱。 另外還把傳導到所述固態(tài)發(fā)光器件3的熱通過所述透光體25釋放(2)到布置在所述固態(tài) 發(fā)光器件3下方的所述高熱導體以及周圍空氣中。另外還把所述固態(tài)發(fā)光器件3的熱通 過所述導體C5釋放(3)到所述高熱導體。如上所述，所述導熱路徑被提供來使得均勻且有效地釋放由所述波長轉(zhuǎn)換器4 的波長轉(zhuǎn)換層4a產(chǎn)生的熱，這有效地抑制由于所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高而導致的溫 度猝熄，從而確保高功率輸出。按照上面描述的方式，通過具有良好導熱屬性以及相對較大的表面積和包圍體 積的所述高熱導體，在提高的散熱效率下傳導熱。更具體來說，通過所述固態(tài)發(fā)光器件 3，在所述固態(tài)發(fā)光器件3的向下、側(cè)下和側(cè)向方向上傳導由所述波長轉(zhuǎn)換層4a產(chǎn)生的 熱。結(jié)果，由于所述波長轉(zhuǎn)換層4a的溫度升高而導致的發(fā)光效率降低得到了抑制。注意，根據(jù)所述優(yōu)選實施例1，所述固態(tài)發(fā)光器件3具有一對饋電電極，其中一 個位于其上表面上，另一個位于其后表面上。自然地認識到，在該對饋電電極都被布置 在所述固態(tài)發(fā)光器件3的上表面或后表面上的情況下實現(xiàn)類似的效果。用于獲f導i舌合鹵素燈禾Π車輛頭燈的相關代溫伯K牛本發(fā)明的發(fā)明人研究了用于獲得在適合鹵素燈和車輛頭燈的相關色溫(目標值 為5000Κ)下發(fā)光的磷光體的條件。首先研究了 Ce3+置換數(shù)量。圖26是示出Ce3+置換數(shù)量與內(nèi)部量子效率之間的 關系的曲線圖。所述曲線圖總結(jié)了圖20-圖25中所示的測量結(jié)果。如圖26中所示，所述內(nèi)部量子效率往往隨著Ce3+置換數(shù)量減小而提高。當由 450nm輻射激發(fā)時，具有0.5&協(xié)11^%或更小的Ce3+置換數(shù)量的磷光體顯示出90%或更高 的內(nèi)部量子效率。注意，在圖26中被顯示為“OK”的范圍對應于80%或更高的內(nèi)部量 子效率。如上所述，所述內(nèi)部量子效率優(yōu)選地是85%或更高，并且更加優(yōu)選地是90%或 更高。因此，為了把所述內(nèi)部量子效率保持在90%或更高，優(yōu)選的Ce3+置換數(shù)量被確定
35為 0.5atomic%。如圖19中所示，當Ce3+置換數(shù)量為0.5atomic%并且Gd3+置換數(shù)量為0atomic%
時，所述磷光體顯示出大約8000K的相關色溫。這意味著必須調(diào)節(jié)色度以允許所述相關 色溫為5000K左右。如上所述，通過用Gd3+置換一部分Y，所述基于Y3Al5012:Ce3+的黃 綠磷光體的峰值波長移向更長的波長，從而使得發(fā)射光發(fā)黃。記住這一點，本發(fā)明的發(fā) 明人嘗試了通過Gd3+置換來調(diào)節(jié)色度。關于Gd3+置換，本發(fā)明的發(fā)明人首先研究了所述內(nèi)部量子效率將如何受到Gd3+ 置換數(shù)量的影響。圖27-圖29是示出透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率的曲線圖。在每一 幅曲線圖中，Ce3+置換數(shù)量都是0.5atOmic%。另一方面，Gd3+置換數(shù)量對于每一幅曲線 圖是不同的。圖27示出Gd3+置換數(shù)量為Oatomic^m透明磷光體陶瓷的內(nèi)部量子效率， 圖28中是15atomic%，圖29中是30atomic%。從圖27-圖29中明顯看出，Gd3+置換數(shù) 量對所述內(nèi)部量子效率幾乎沒有影響。圖30是示出透明磷光體陶瓷樣品的Gd3+置換數(shù)量與內(nèi)部量子效率之間的關系的 曲線圖。更具體來說，所述曲線圖示出所述透明磷光體陶瓷樣品在由450nm下的輻射激 發(fā)時的內(nèi)部量子效率。如圖30中所示，只要Gd3+置換數(shù)量處于高達50atOmic%的范圍 內(nèi)，所有所述樣品都顯示出90%或更高的內(nèi)部量子效率。鑒于上述內(nèi)容，本發(fā)明的發(fā)明人研究了色度將如何受到處于高達50atOmiC%& 范圍內(nèi)的Gd3+置換數(shù)量的影響。圖31是在CIE色度圖上示出由各白色LED發(fā)出的光的色 度的曲線圖。每一個白色LED都被配置成發(fā)出混合光，其中所述混合光是由所述藍色發(fā) 光二極管發(fā)出的光與由具有不同厚度的透明磷光體陶瓷(基于Y3Al5012:Ce3+的磷光體)發(fā) 出的光的混合光。在所有所述透明磷光體陶瓷樣品中，Ce3+置換數(shù)量都是0.5atOmic%， 但是Gd3+置換數(shù)量不同。在該曲線圖中，線段a、b、c、d、e、f和g分別對應于Gd3+ 置換數(shù)量為 Oatomic%、5atomic%> 15atomic%> 20atomic%> 30atomic%> 40atomic%禾口 50atomic%&樣品。另外還注意，圖31中的點A、B、C、D、Ε、F和G處在對應于2000Κ、 3000Κ、4000Κ、5000Κ、6000Κ、7000Κ 和 8000Κ 的色度坐標處。從圖31明顯看出，當Ce3+置換數(shù)量是0.5atomic%并且Gd3+置換數(shù)量是 20atomic%時，在5000K的相關色溫下獲得發(fā)射光。另外，本發(fā)明的發(fā)明人還研究了優(yōu)選磷光體的溫度特性。為了用在車輛頭燈 中，磷光體的優(yōu)選溫度特性使得在150°C下保持室溫下發(fā)光強度的70%或更高。本發(fā)明 的發(fā)明人研究了用于確保這樣的優(yōu)選溫度特性的條件。圖32是示出Ce3+置換數(shù)量與關于磷光體樣品測量的溫度特性之間的關系的曲線 圖。所有所述磷光體樣品的Gd3+置換數(shù)量都為Oatomic %，但是其Ce3+置換數(shù)量不同，所 述 Ce3+置換數(shù)量為 0.05atomic%、0.5atomic%> 1.Oatomic%> 2.0atomic%* 3.Oatomic%。
作為參照還示出了關于￥3八15012:(^3+粉末磷光體的測量數(shù)據(jù)。其Ce3+置換數(shù)量不超出 2.0atomiC%的樣品顯示出70%或更高的發(fā)光強度。然而當Ce3+置換數(shù)量達到3.0atomiC% 或更高時，所述發(fā)光強度急劇下降到70%以下。圖33是示出Gd3+置換數(shù)量和關于磷光體樣品測量的溫度特性的曲線圖。對于 所有所述樣品，Ce3+置換數(shù)量統(tǒng)一是0.5atOmic%，但是其Gd3+置換數(shù)量不同，所述Gd3+置換數(shù)量為 Oatomic%、5atomic%> 15atomic%> 20atomic%> 30atomic%> 40atomic%禾口 50atOmic%。作為參照還示出了關于Y3Al5012:Ce3+粉末磷光體的測量數(shù)據(jù)。其Gd3+置換 數(shù)量不超出30atOmic%的所有樣品都顯示出70%或更高的發(fā)光強度。然而當Gd3+置換數(shù) 量為40atOmic%或更高時，所述發(fā)光強度急劇下降到70%以下?；趫D32和圖33發(fā)現(xiàn)，只要Ce3+置換數(shù)量不超過2.0atomiC%并且Gd3+置換數(shù) 量不超過30atomiC%，在150°C下就可以保持室溫下發(fā)光強度的70%或更高。注意，這些 置換數(shù)量還滿足上面提到的用于獲得5000K相關色溫下的光的條件，所述條件要求Ce3+ 置換數(shù)量應當為0.5atomic%并且Gd3+置換數(shù)量應當為20atomic%。因此得出結(jié)論，Ce3+ 置換數(shù)量應當為0.5atomic%并且Gd3+置換數(shù)量應當為20atomic%，此時在無損目標溫度 特性的情況下獲得5000K相關色溫下的光。上面的描述涉及到用于獲得在5000K相關色溫下發(fā)光的磷光體的條件所做的研 究。本發(fā)明的發(fā)明人進一步研究了用于獲得在除了 5000K之外的從2800K到8000K的范 圍內(nèi)的相關色溫下發(fā)光的磷光體的條件。圖34是關于多個白色LED的測量數(shù)據(jù)的表格，其中所述白色LED分別包括 包含基于Y3Al5012:Ce3+的磷光體的透明磷光體陶瓷以及具有由基于InGaN的化合物制成 的發(fā)光層(其峰值波長在450nm)的藍色發(fā)光二極管。每一個白色LED發(fā)出通過加性顏 色混合而得到的白色光，其中把由所述透明磷光體陶瓷發(fā)出的黃綠光與由所述藍色LED 發(fā)出的藍色光相混合。所述表格示出了對應于每一個白色LED的透明磷光體陶瓷的Ce3+ 置換數(shù)量和Gd3+置換數(shù)量、(具有板狀形狀的)所述透明磷光體陶瓷的厚度、以及所述白 色LED的發(fā)射光的色度(χ和y)和相關色溫。圖35是在其上繪制出每一個白色LED的發(fā)射光的色度以及普朗克軌跡的CIE色 度圖。(注意，在圖34中示出所述白色LED的配置和一些屬性。)如圖34和圖35中所示，通過改變透明磷光體陶瓷的Ce3+置換數(shù)量、Gd3+置換 數(shù)量和厚度等等，在從2800-8000K的范圍內(nèi)的不同相關色溫下獲得發(fā)射光。在圖34中，實例組1-5是Ce3+置換數(shù)量為0.5atomic%&各組，而實例組6-9則 是Ce3+置換數(shù)量為0.8atOmiC%&各組。通過把前面的實例組與后面的實例組進行比較發(fā) 現(xiàn)，相關色溫隨著Ce3+置換數(shù)量增大而降低?；谶@一發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的發(fā)明人研究了用 于在Ce3+置換數(shù)量為0.8擬011^%時獲得優(yōu)選溫度特性的條件。圖36是示出Gd3+置換數(shù)量與溫度特性之間的關系的視圖。在每一份樣品 中，Ce3+置換數(shù)量統(tǒng)一是0.8atomic%，而Gd3+置換數(shù)量則是IOatomic%、20atomic%> 40atomic%>以及50atomic%。 當Ce3+置換數(shù)量為0.8atomic%時，只要Gd3+置換數(shù)量 為20擬011^%或更少就可以顯示出優(yōu)選的發(fā)光強度(70%或更高)。當Gd3+置換數(shù)量為 40atomiC%或更高時，所得到的發(fā)光強度低于70%。作出上面的研究是為了識別出具有適合于鹵素燈和車輛頭燈的溫度特性的樣 品。也就是，為了上述目的，150°C下的發(fā)光強度應當是室溫下發(fā)光強度的70%或更 高。然而出于一般性照明目的，70°C下的發(fā)光強度是室溫下發(fā)光強度的70%或更高就足 夠了。另一方面，對于預期用在更嚴苛環(huán)境下的鹵素燈和車輛頭燈，優(yōu)選的是把200°C下 的發(fā)光強度保持為室溫下發(fā)光強度的70%或更高。鑒于此，本發(fā)明的發(fā)明人研究了所述 測量數(shù)據(jù)，以便澄清用于獲得能夠把70°C、150°C和200°C下的發(fā)光強度保持等于室溫下發(fā)光強度的70%或更高的樣品的條件。圖37和圖38是示出由Ce3+置換數(shù)量和Gd3+置換數(shù)量決定的溫度范圍的表格。 通過從溫度特性的角度重新組織圖31-圖36中所示的測量數(shù)據(jù)來制備所述表格。圖37中所示的數(shù)據(jù)涉及到其Ce3+置換數(shù)量為0.5atOmiC%&樣品。對于其 Ce3+置換數(shù)量為0.5atomic%的這些樣品，只要Gd3+置換數(shù)量為5(^011^%或更少，在 3600-8000K色溫范圍內(nèi)及70°C下顯示出的發(fā)光強度就被保持在室溫下所顯示出的發(fā)光強 度的70%或更高。只要Gd3+置換數(shù)量為3(^0111化％或更少，在4500-8000K色溫范圍內(nèi) 及150°C下顯示出的發(fā)光強度就被保持在室溫下所顯示出的發(fā)光強度的70%或更高。只 要Gd3+置換數(shù)量為IOatomic%或更少，在6000-8000K色溫范圍內(nèi)及200°C下顯示出的發(fā) 光強度就被保持在室溫下所顯示出的發(fā)光強度的70%或更高。圖38中所示的數(shù)據(jù)涉及到其Ce3+置換數(shù)量為0.8atOmiC%&樣品。對于其 Ce3+置換數(shù)量為0.8atomic%的這些樣品，只要Gd3+置換數(shù)量為5(^011^%或更少，在 2800-7000K色溫范圍內(nèi)及70°C下顯示出的發(fā)光強度就被保持在室溫下所顯示出的發(fā)光強 度的70%或更高。只要Gd3+置換數(shù)量為2(^協(xié)111化％或更少，在4500-7000K色溫范圍內(nèi) 及150°C下顯示出的發(fā)光強度就被保持在室溫下所顯示出的發(fā)光強度的70%或更高。只 要Gd3+置換數(shù)量為IOatomic%或更少，在5500-7000K色溫范圍內(nèi)及200°C下顯示出的發(fā) 光強度就被保持在室溫下所顯示出的發(fā)光強度的70%或更高。與高功率輸出點光源相關聯(lián)的問題下面描述與被配置成適合作為高功率輸出點光源的半導體發(fā)光設備相關聯(lián)的問 題。其中的一些問題在上面已經(jīng)提到，下面描述涉及波長轉(zhuǎn)換器的典型問題。(1)與由陶瓷壓塊制成的波長轉(zhuǎn)換器相關聯(lián)的混合顏餼光的顏餼分離為了解決上面提到的磷光體層的溫度升高的問題，采用具有高導熱率和極佳散 熱的陶瓷壓塊(例如透明磷光體陶瓷)作為所述波長轉(zhuǎn)換器。然而遺憾的是，與樹脂磷光 體層相比，輸出光的顏色不均對于所述陶瓷壓塊往往更加明顯。這種顏色不均可以歸因 于所述LED光與所述次級光之間的不同的光分布特性。所述LED光具有高度定向性，而 所述次級光則均勻地漫射。結(jié)果，當從正面看到輸出光時，所述LED光(例如藍色光) 在所述波長轉(zhuǎn)換器的中心部分更具主導地位，而所述次級光(例如黃色光)則在外圍部分 更具主導地位。也就是，所述發(fā)射光看起來具有分離的顏色，而不是一種均勻混合的顏 色(例如白色光)。除了上面提到的技術問題之外，還存在與制造和銷售相關的其他問題，其中包 括不與輸入功率的提高或更高功率消耗直接關聯(lián)的那些問題。下面描述其中一些所述問 題。(2)與顏餼調(diào)節(jié)的困難相關聯(lián)的制造步驟的低產(chǎn)出及復雜化下面的討論涉及被配置成通過混合藍色LED光與黃色光而發(fā)出白色光的白色 LED,其中所述黃色光是通過由所述波長轉(zhuǎn)換器對所述藍色LED光進行轉(zhuǎn)換而獲得的。 隨著輸入到所述芯片中的功率密度提高，諸如所述芯片和波長轉(zhuǎn)換器之類的許多其他組 成元件被置于使用狀況下，所述使用狀況往往會響應于小的外部環(huán)境變化而大大改變。 結(jié)果，輸出光的特性發(fā)生變化，特別是色調(diào)會發(fā)生變化。特別成問題的是所述變化會隨 著輸入功率密度的提高而加速。
(3)
一般來說，在磷光體層形成步驟方面，白色LED與其他磷光體器件(比如磷光 體燈、CRT、PDP, FED和VFD)有著基本的不同。該特征在于，所述磷光體層形成步 驟是在整個制造工藝的后期階段執(zhí)行的。一般來說，需要有相對較高級別的技術專家才 能提供高質(zhì)量、高性能的磷光體層。在其他磷光體器件的制造工藝中，磷光體層是在單 獨的步驟中形成的，并且隨后在整個制造工藝的后期階段被結(jié)合到其他(多個)步驟中以 完成所述器件。然而，這一點很少適用于白色LED的制造。磷光體層是在整個制造工 藝的最終或接近最終階段執(zhí)行的步驟中形成的。自然地，有缺陷的工藝中磷光體層的出 現(xiàn)構(gòu)成制造損耗的一大部分，這是制造成本增加的一個因素。(4)白餼LED的低市場預期價格盡管其發(fā)展歷史短，但是白色LED的市場正快速增長并得到普及，同時還經(jīng)歷 激烈的公司間競爭。因此在不使用昂貴組成元件(比如高輸出LED芯片、紅色磷光體以 及散熱基板)的情況下難以開發(fā)出滿足市場需求的產(chǎn)品，所述昂貴的組成元件還處于開 發(fā)階段因此處于缺貨價格，并且只有在仍處于形成中的小市場內(nèi)才可以得到。在這些情 況下，制造成本不可避免地會提高。上面描述的背景因素導致需要一種針對所有上面提到的問題的解決方案，其配 置使用在電子器件應用中得到足夠檢驗的技術，而不是尚無利用追蹤記錄的新技術。根 據(jù)本發(fā)明的一個實施例的半導體發(fā)光設備滿足所述需求。[實施例2]圖16和圖17是分別示出通過采用根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備而配置的頭燈設 備(比如投影光源或車輛頭燈)的一個實例的橫截面?zhèn)纫晥D。如圖16和圖17中所示，利用根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例1的半導體發(fā)光設備27 來配置根據(jù)優(yōu)選實施例2的光源設備。在一個優(yōu)選實施例中，所述光源設備至少包括與 所述半導體發(fā)光設備27相組合的外部散熱器29。這種配置提供了發(fā)出光束的小而緊湊的光源設備。在圖16和圖17中，所述半導體發(fā)光設備27是在優(yōu)選實施例1中描述的半導體 發(fā)光設備，其響應于電功率供應而發(fā)出輸出光28。也就是，所述半導體發(fā)光設備采用上面描述的波長轉(zhuǎn)換器4 (比如樹脂磷光體層 或透明磷光體陶瓷)的其中任何一小件實例，并且在利用粘合物質(zhì)將所述波長轉(zhuǎn)換器4附 著到所述固態(tài)發(fā)光器件3時覆蓋至少所述主光提取表面。在上述配置中，所述固態(tài)發(fā)光器件3的主光提取表面的尺寸基本上等于所述半 導體發(fā)光設備的出光表面的尺寸，從而所述半導體發(fā)光設備構(gòu)成高強度點光源。所述波長轉(zhuǎn)換器4優(yōu)選地是完全由所述波長轉(zhuǎn)換層4a構(gòu)成的完全無機的波長轉(zhuǎn) 換器。這種波長轉(zhuǎn)換器的例子包括透明磷光體陶瓷、磷光體玻璃、以及上面提到的MGC 光學轉(zhuǎn)換器。這種完全無機的波長轉(zhuǎn)換器具有高導熱率，其被配置成不容易累積熱并且易于 得到。根據(jù)所述有利屬性，即使所述半導體發(fā)光設備被配置成使得所述波長轉(zhuǎn)換器4接 收高能量密度的入射光，也仍然相對較容易抑制所述波長轉(zhuǎn)換器4的溫度升高。結(jié)果，確保以高能量效率獲得所述輸出光28。下面現(xiàn)在描述所述外部散熱器29。所述散熱器29例如可以是具有散熱片的散熱 結(jié)構(gòu)?？商鎿Q地，所述散熱器可以是水冷套。所述散熱器29耗散由所述半導體發(fā)光設 備27產(chǎn)生的熱并且為所述半導體發(fā)光設備27提供冷卻。圖16和圖17分別示出具有用于收集由根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備27發(fā)出的 光的光學透鏡32的光源設備。在圖16中，所述光源設備附加地配備有用于實現(xiàn)所期望 的照明分布的遮光罩26。然而應當注意，上面提到的附件是可選的，需要時選擇性地使用。本發(fā)明的實施例2同樣按照與上面描述的相同或相似的方式實現(xiàn)了通過抑制所 述波長轉(zhuǎn)換器4(以及所述固態(tài)發(fā)光器件3)的溫度升高來提高輸出功率的有利效果。因 此僅僅簡要地而非詳細地給出下面的描述。圖16示出用于頭燈的示例性光源設備。所述光源設備被配置成通過固定夾具30 將根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備27固定地布置在所述外部散熱器29上。由所述半導體 發(fā)光設備在圖中的側(cè)向方向上發(fā)出的輸出光28作為輸出光直接離開所述光源設備。圖17示出用于車輛頭燈的示例性光源設備。所述光源設備被配置成通過所述固 定夾具30將根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備27固定地布置在所述外部散熱器29上。由所 述半導體發(fā)光設備在圖中的向上的方向上發(fā)出的輸出光28作為輸出光直接離開所述光源 設備。根據(jù)該優(yōu)選實施例的每一個光源設備采用被配置成具有良好散熱和耐熱性的半 導體發(fā)光設備27，這允許所述外部散熱器29的包圍體積小。因此提供小而緊湊的光源設備。雖然沒有給出進一步的描述，但是會自然地認識到，基于相同的技術構(gòu)思，利 用根據(jù)本發(fā)明的半導體發(fā)光設備可以對所述光源設備做出許多其他修改。[工業(yè)適用性]本發(fā)明提供一種具有高功率輸出和高可靠性的半導體發(fā)光設備以及光源設備。 這些設備特別適合作為高功率點光源，并且可以通過簡單地應用傳統(tǒng)上使用的實用技術
來制造。因此本發(fā)明具有高的宴
[附圖標記列表]
1散熱基板
2a導體A (模制電極)
2b導體B (模制電極)
3固態(tài)發(fā)光器件
4波長轉(zhuǎn)換器
4a波長轉(zhuǎn)換層
5導體C (導線)
6電極墊
7絕緣基板
8導電基板
9透明基板
10反射層
11半導體發(fā)光層
12透明電極
13電極
14饋電電極A
14b饋電電極B
15初級光
16透明宿主材料
17磷光體
17a磷光體壓塊
17b磷光體粒子
18光漫射器
20透明基板
21電極引出部分
22饋電端子
23粘合劑
24絕緣體
25透光體
26遮光罩
27半導體發(fā)光設備
28輸出光
29外部散熱器
30固定夾具
31安裝螺絲
32光學透鏡
33反射鏡
權利要求
1.一種半導體發(fā)光設備，包括 適于發(fā)出初級光的固態(tài)發(fā)光器件；以及適于把所述初級光轉(zhuǎn)換成波長更長的次級光的波長轉(zhuǎn)換器，其中， 所述波長轉(zhuǎn)換器是包括透明波長轉(zhuǎn)換層的無機壓塊，所述透明波長轉(zhuǎn)換層包含具有 石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的磷光體；所述磷光體包含組成元素族，其包括從Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Gd、Tb、以及 Lu中選擇的一種或多種元素；所述組成元素族的一部分由Ce3+置換；以及所述Ce3+置換的數(shù)量處于從O.Olatomic1^^」latomic%的范圍內(nèi)并且包含邊界值。
2.權利要求1所述的半導體發(fā)光設備，其中， 所述Ce3+置換數(shù)量是0.5&協(xié)11^%或更小。
3.權利要求1所述的半導體發(fā)光設備，其中，所述初級光具有處于從440nm到470nm并且包含邊界值的波長范圍內(nèi)的發(fā)光峰值； 置換一部分所述組成元素的Gd3+的數(shù)量處于從Oatomic1^^!」50atomiC%的范圍內(nèi)并且 包含邊界值；以及所述半導體發(fā)光設備的發(fā)射光是具有處于從2800K到6700K的范圍內(nèi)并且包含邊界 值的相關色溫的白色光。
4.權利要求3所述的半導體發(fā)光設備，其中，構(gòu)成所述石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的所述組成元素族主要包括Y和/或Gd。
5.權利要求1所述的半導體發(fā)光設備，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層的厚度處于從1(^111到< 600 μ m的范圍內(nèi)。
6.權利要求1所述的半導體發(fā)光設備，其中，當在室溫下由450nm波長的藍色光激活時，所述波長轉(zhuǎn)換層顯示出85%或更高的絕 對內(nèi)部量子效率。
7.權利要求1所述的半導體發(fā)光設備，其中，通過透明粘合材料將所述波長轉(zhuǎn)換器附著到所述固態(tài)發(fā)光器件上，以便與所述固態(tài) 發(fā)光器件的主光提取表面發(fā)生緊密接觸。
8.權利要求7所述的半導體發(fā)光設備，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層的輪廓與所述固態(tài)發(fā)光器件的上表面或所述主光提取表面的輪廓相符。
9.權利要求8所述的半導體發(fā)光設備，其中，所述固態(tài)發(fā)光器件具有一對饋電電極，其中G)該對饋電電極都被布置在所述固態(tài)發(fā) 光器件的上表面上，或者(ii)該對饋電電極的其中一個饋電電極被布置在所述固態(tài)發(fā)光 器件的上表面上，而另一個饋電電極則被布置在所述固態(tài)發(fā)光器件的后表面上；以及所述固態(tài)發(fā)光器件被安裝在散熱器上，從而使得所述散熱器與所述固態(tài)發(fā)光器件的 整個后表面之間發(fā)生緊密接觸，其中所述后表面是與所述主光提取表面相對的表面。
10.權利要求9所述的半導體發(fā)光設備，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層被布置G)在不與所述饋電電極重疊的位置處并且(ii)覆蓋整個所述 主光提取表面。
11.權利要求10所述的半導體發(fā)光設備，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層具有基本上呈多邊形的輪廓；以及所述多邊形波長轉(zhuǎn)換層的至少一個角被切除或者被至少部分地削去。
12.權利要求1所述的半導體發(fā)光設備，其中， 所述波長轉(zhuǎn)換器包括被配置成把所述初級光轉(zhuǎn)換成所述次級光的波長轉(zhuǎn)換層；以及 被配置成支撐所述波長轉(zhuǎn)換層并且不轉(zhuǎn)換所述初級光的透明基板；以及 所述透明基板在體積上大于所述波長轉(zhuǎn)換層。
13.權利要求12所述的半導體發(fā)光設備，其中， 所述透明基板包括一對基板層；以及該對基板層被布置成把所述波長轉(zhuǎn)換層夾在其間。
14.一種包括權利要求1所述的半導體發(fā)光設備的光源設備。
全文摘要
一種半導體發(fā)光設備包括固態(tài)發(fā)光器件以及把由所述固態(tài)發(fā)光器件發(fā)出的初級光轉(zhuǎn)換成波長更長的次級光的波長轉(zhuǎn)換器。所述波長轉(zhuǎn)換器是包括透明波長轉(zhuǎn)換層的無機壓塊，其中所述透明波長轉(zhuǎn)換層包含具有石榴石型晶體結(jié)構(gòu)的磷光體。所述磷光體包含一個組成元素族，所述組成元素族由從包括Mg、Ca、Sr、Ba、Y、La、Gd、Tb、以及Lu的一組中選擇的至少一種元素構(gòu)成。所述組成元素族的一部分由Ce3+置換，并且Ce3+的數(shù)量小于整個組成元素族的1atomic％。結(jié)果，提供一種適于用作點光源的高功率且高度可靠的半導體發(fā)光設備。另外，通過簡單地應用傳統(tǒng)上使用的實用技術來制造所述半導體發(fā)光設備。
文檔編號H01L33/50GK102015961SQ20098011583
公開日2011年4月13日 申請日期2009年6月1日 優(yōu)先權日2008年6月2日
發(fā)明者上野康晴, 大鹽祥三, 石森淳允, 谷本憲保 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社