专利名称：荧光构件和发光模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及在具备发光二极管等发光元件的发光模块中使用的荧光构件。
背景技术：
以往,开发出发光二极管(LED :Light Emitting Diode)所照射的光经陶瓷突光体变换波长后向外部发出的发光装置。作为在这样的发光装置中使用的荧光体，例如已知有波长420nm 500nm时的透光率的最低值为20%以上、80%以下的陶瓷荧光体(参照日本专利文献I)。
〔现有技术文献〕
〔专利文献〕
专利文献1:国际公开第06/093011号文本发明内容
然而，上述的陶瓷荧光体在波长420nm 500nm时的透光率的最低值为20%以上， 因此，从半导体发光元件射出的光在荧光体中被吸收，此点有必要进一步改善。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于提供一种提高光输出效率的荧光构件。
为了解决上述课题，本发明的一个方式的荧光构件，是变换半导体发光元件的光的波长的板状荧光构件，荧光构件的折射率为1. 6以上，由半导体发光元件的发光峰值波长时的透光率低于20%的无机材料构成,突光构件的面中，在半导体发光兀件的光主要射出侧的面形成有凹部。
通过该方式，由无机材料构成的荧光构件变换半导体发光元件的光的波长的变换效率增高。此外，折射率为1.6以上的荧光构件，与空气间的界面的临界角较小。因此，向界面入射的光中入射角比临界角大的光经全反射而无法向荧光构件的外部射出。因此，荧光构件的面中，在半导体发光元件的光主要射出侧的面上形成凹部，由此能使向界面入射的光的入射角局部地不同，射出侧的面与没有凹部的平坦面的情况相比较，可以提高光的输出效率。
荧光构件对波长为420nm 500nm的光的透光率的最小值可以低于20%。由此，例如在荧光构件是将蓝色光变换成黄色光的材料的情况下，得到发光效率高的白色光。
凹部可以是沟槽。由此，可以简易地形成凹部。
凹部可以是散在的多个孔穴。由此，容易在所需位置分散地形成凹部。通常来讲， 半导体发光兀件在表面的某一面上形成有电极。在形成有电极的一部分区域，半导体发光元件不发光，因而在存在于这样的电极上方(射出侧)的荧光构件中，经波长变换后的光的比例变多。因此，成为在电极的上方部分和其他部分之间发生颜色不均的一个原因。为此， 例如通过在荧光构件中与电极对置的区域相对应地形成多个孔穴， 使得该部分的荧光构件减少，颜色不均被减轻。
凹部的深度可以是5μπι以上。由此，向形成凹部的界面入射的光增加，可以进一步提高光的输出效率。
凹部的底部的荧光构件的厚度可以是70 μ m以下。
本发明的其他方式是发光模块。该发光模块具备半导体发光元件、和以与所述半导体发光元件的发光面对置的方式设置的荧光构件。
通过该方式，由无机材料构成的荧光构件变换半导体发光元件的光的波长的变换效率增高。此外，折射率为1.6以上的荧光构件与空气间的界面的临界角较小。因此，向界面入射的光中入射角比临界角大的光经全反射而无法向荧光构件的外部射出。因此，通过在荧光构件的面中，在半导体发光元件的光主要射出侧的面上形成凹部，可以使向界面入射的光的入射角局部地不同，射出侧的面与没有凹部的平坦面的情况相比较，可以提高光的输出效率。因此，可以提高发光模块整体的发光效率。
荧光构件在与半导体发光元件的电极的至少一部分对置的位置形成有凹部。例如，在形成有电极的区域的一部分，半导体发光兀件不发光，因此对于存在于这样的电极的上方的荧光构件，经波长变换后的光的比例增多。因此，成为在电极的上方部分和其他部分之间产生颜色不均的一个原因。此处，例如通过在与荧光构件中的电极对置的区域形成凹部，该部分的荧光构件减少，荧光构件整体的颜色不均被减轻。
荧光构件可以在对置的半导体发光元件的外周的外侧区域形成有凹部。关于存在于半导体发光元件的外周的外侧区域的荧光构件，相比于半导体发光元件的透射光，变换半导体发光元件的光的波长而得的变换光的比例多，与存在于半导体发光元件的外周的内侧区域的荧光构件相比，更容易变成与变换光接近的颜色。因此，通过在与对置的半导体发光元件的外周的外侧区域形成凹部，实 现光输出效率的提高，并且该部分的荧光构件减少， 荧光构件整体的颜色不均被减轻。
需要说明的是，将以上构成要素的任意组合、本发明的内容在方法、装置、系统等之间进行变换而得到的内容作为本发明的实施方式也是有效的。
发明效果
通过本发明，可以提供一种提高光输出效率的荧光构件。
图1是示意地表示本实施方式的发光模块的剖面图。
图2是从A方向观察图1中示出的发光模块的上表面图。
图3 (a) 图3 (C)是用于说明光在折射率不同的物质的界面的折射的示意图。
图4 Ca)是表示沟槽形状的凹部的变形例的荧光构件的上表面图，图4 (b)是表示图4 (a)中示出的荧光构件的B-B剖面图。
图5 (a)是形成了多个孔穴作为凹部的荧光构件的上表面图，图5 (b)是图5 (a) 中示出的荧光构件的C-C剖面图。
图6是从光射出面侧观察实施例1的荧光构件的立体图。
图7是从光射出面侧观察实施例2的荧光构件的立体图。
图8是从光射出面侧观察实施例3的荧光构件的立体图。。
图9是示意地表示从荧光构件的光射出面侧观察发光模块时的电极位置的图。
图10是表示图9中示出的线L1 (电极附近)和L2 (中心附近)的色度变化的图表。图11是表示图7中示出的荧光构件的色度变化的图。图12是表示图8中示出的荧光构件的色度变化的图。图13是表示本实施方式的发光模块的变形例的示意图。图14是示意地表示具备多个半导体发光元件的发光模块的图。
具体实施例方式以下，边参照附图边对用于实施本发明的方式进行详细地说明。需要说明的是，在
中，对相同的要素附加相同的符号，适当地省略重复说明。图1是示意地表示本实施方式的发光模块的剖面图。图2是从A方向观察图1中 示出的发光模块的上表面图。如图1所示，本实施方式的发光模块10具备半导体发光元件12、和以与半导体发 光元件12的发光面(光射出面)12a对置的方式设置的荧光构件14。[半导体发光兀件]半导体发光元件12被用于发出白色光的发光模块10时，例如发出紫外线、短波长 可见光、蓝色光等的LED、LD等是适合的。在本实施方式中，关于半导体发光元件12，例如其 构成为由氮化镓系半导体制成的半导体层16在蓝宝石基板18上成长，例如在420nm以上 500nm以下的波长范围具有峰值波长的蓝色光在半导体层16中生成。此外，半导体发光元 件12具有与半导体层16的厚度方向交叉的光射出面12a (相当于蓝宝石基板18的背面)、 和沿着光射出面12a边缘的侧面12b。在半导体层16中生成的蓝色光从光射出面12a及侧面12b向半导体发光元件12 的外部射出。需要说明的是，本实施方式的光射出面12a，如图1所示，形成为矩形(正方形、 长方形等)。光射出面12a的一边的长度(在为长方形时短边的长度)d例如是300 iim 1500 iim这样的值。半导体层16在蓝宝石基板18的主面18a上外延生长而形成。本实施方式的半导 体层16在蓝宝石基板18的主面18a上层叠有发挥第1包覆层功能的n型GaN层20、发 挥第2包覆层功能的p型GaN层22、及在n型GaN层20和p型GaN层22之间夹持的发光 层24。需要说明的是，半导体层16除了具有n型GaN层20、发光层24、及p型GaN层22， 还具有其他的层(例如，在蓝宝石基板18和n型GaN层20之间的缓冲层等)。半导体发光元件12还具备用于向半导体层16供电的阳极电极26及阴极电极28。 阳极电极2通过与p型GaN层22的欧姆接合而与p型GaN层22电连接。此外，阴极电极 28通过与n型GaN层20的露出表面的欧姆接合而与n型GaN层20电连接。半导体发光元 件12在布线基板30上的布线图上用焊锡32等接合于阳极电极26及阴极电极28，由此在 布线基板30上以倒装法安装。如果在阳极电极26和阴极电极28之间施加电压，则在阳极电极26和阴极电极28 之间产生电场。然后，在n型GaN层20及p型GaN层22中产生的载流子集中于发光层24。 由此，在发光层24产生蓝色光。在发光层24中产生的蓝色光透过透明的蓝宝石基板18从 光射出面12a及侧面12b向半导体发光元件12的外部射出。
[荧光构件]
荧光构件14的折射率为1. 6以上，更优选与蓝宝石基板18的折射率之差较小。在这种情况下，从蓝宝石基板18朝向荧光构件14的光在蓝宝石基板18和荧光构件14的界面上全反射的情况被抑制，可以提高光的输出效率。需要说明的是，关于荧光构件14，在荧光构件14的面中的半导体发光元件的光主要射出侧的光射出面14a上形成有凹部14b。本实施方式的凹部14b，如图1、图2所示，由在荧光构件14的上表面形成的多条沟槽构成。
此外，荧光构件14由半导体发光元件12的发光峰值波长的发光峰值波长时的透光率低于20%的无机材料构成。例如，可使用对波长为420nm 500nm的光的透光率的最小值小于20%的荧光构件。若荧光构件14中的半导体发光元件12的发光峰值波长时的透光率的最小值低于20%,则半导体发光兀件12发出的光的大部分被突光构件14变换，即，变换效率增高。需要说明的是，荧光构件的透光率的下限没有特别限定，只要是作为发光模块的使用在实际应用上没有问题的程度即可。此外，在半导体发光元件12的发光峰值波长以外的波长范围，荧光构件是透明的。此处，所谓荧光构件是透明的，例如可以理解为如某个波长的光的透射率为40%以上的情况。
作为无机材料，可以列举起到荧光作用的玻璃、陶瓷。荧光构件为将蓝色光变换成黄色光的材料的情况下，可得到发光效率高的白色光。以下，以由陶瓷材料构成的荧光构件为例进行说明。
本实施方式的荧光构件14的光线透射率，是测定镜面研磨陶瓷的两面而得到的值。陶瓷放置在距离分光光度计(岛津制作所制Solid Spec-3700)的受光部分(积分球的入射孔穴)5cm的位置使光垂直地入射来测定。陶瓷以半导体发光元件12发出的光的波长进行波长变换而发光，因此分光器的受光器反应，显示比实质的透射率高的值。因此，为了使波长变换后的光不进入受光器，在陶瓷距离受光部分5cm处进行测定。由此，可以计量陶瓷透射率的真值。此处所谓透射率是指，对从荧光构件14的后述光入射面到光射出面14a 为止的厚度t方向的直线透射率(相对于入射光强度的射出光强度率)。
本实施方式的荧光构件14是变换半导体发光元件12的光的波长的板状构件，含有荧光物质，设置在半导体发光元件12的光射出面12a上。荧光构件14被来自半导体发光元件12的蓝色光激发，发出作为蓝色补色的黄色的荧光。因此，从荧光构件14的表面射出的光变为基于透过荧光构件14的蓝色光、及由荧光构件14发出的黄色荧光的白色光。由荧光构件14发出的荧光例如优选在510nm以上600nm以下的波长范围具有峰值波长。
如上所述，本实 施方式的荧光构件14由仅以单一的无机材料构成的陶瓷烧结体制成。此处所谓“仅以单一的无机材料构成的”，是指在荧光体内实质上不含树脂等有机物质，由一个种类的均匀物质材料构成。此外，所谓“光射出面”是指光从荧光构件14输出的面。
需要说明的是，在本实施方式中，为了方便起见，设想相对于图1所示的荧光构件 14，在背面14c侧配置半导体发光元件12，背面14c作为来自半导体发光元件12的光入射的面(以下称为光入射面)，混色的光射出的面作为光射出面14a。
本实施方式的荧光构件14仅由单一的无机材料构成。这样，由于由不含树脂等的一个种类的均匀无机材料构成，因此可以防止因树脂劣化导致的发光强度的下降、短寿命化。
此外，由于仅由一个种类的均匀无机材料构成，因此荧光构件14内的光散射极少，能减少光向半导体发光元件12侧返回的量(反射量)。因此，可以实现发光二极管的高亮度化。
本实施方式的无机材料由含有Ce的YAG单一相构成。此外,本实施方式的突光体由陶瓷烧结体构成。因此，能够具备高的耐热性、耐光性，能够实现发光模块10的长寿命化。
需要说明的是，此处所谓荧光的峰值波长是指在荧光构件14为Ce =YAG的情况下在550 600nm的波长范围得到的峰值波长。
关于本实施方式的荧光构件14，在荧光构件14的面中的半导体发光元件的光的主要射出侧的面14a上形成了凹部14b。关于设置这样的凹部14b的理由，下面进行详述。
图3 (a) 图3 (C)是用于说明光在折射率不同的物质的界面的折射的示意图。 图3 Ca) 图3 (c)示出了从折射率高的物质(荧光构件14)向折射率低的物质(空气)的光的路径。如图3 (a)所示，入射角I1比临界角Θ c小时，光边折射边从荧光构件14射出。 另一方面，如图3 (b)所示，在入射角i2为临界角Θ c以上时,光被全反射而不向外部射出。 特别地，折射率为1. 6以上的荧光构件14与空气界面的临界角比较小。因此，向界面入射的光中入射角i比临界角Θ c大的光的比例与折射率低的物质相比，相对地变多，导致光输出效率的下降。
因此，本实施方式的荧光构件14在表面设置凹部14b。凹部14b的宽度在荧光构件14表面的开口部至底部是恒定的。如图3(c)所示，在形成有凹部14b的荧光构件14的内部，即使是与图3 (b)同样方向行进的光，在其一部分向凹部14b的侧面14bl入射时，有时入射角“变得比临界角Θ c还要小。因此，若荧光构件14的光射出面14a为完全平坦， 则无法射出的光的一部分也变得可以向外部射出。换言之，可以使通过凹部14b向界面入射的光的入射角局部地不同，与射出侧的面为没有凹部的平坦面的情况相比，可以提高光的输出效率。因而，可以提高发光模块10整体的发光效率。
以下，对凹部的形状、大小等的变形例进一步进行详细描述。图4 (a)是表示沟槽形状的凹部的变形例的荧光构件的上表面图，图4 (b)为图4 (a)中示出的荧光构件的B-B 剖面图。如图4 (a)、图4 (b)所示，荧光构件34的凹部34a是直线状的沟槽，且宽度从荧光构件34表面的开口部向底部逐渐变窄。换言之，凹部34a的侧面变得倾斜。
为了将凹部形成 沟槽状，例如可以通过在切割加工时进行半切来实现。这时，通过将切割刀的前端形成V字形状、倾斜，可以对凹部的侧面进行斜面加工(锥形加工)。这样， 在设置沟槽作为凹部时，可以比较简易地形成。
接着，对凹部形状的其他变形例进行详述。图5(a)是形成了多个孔穴作为凹部的荧光构件的上表面图，图5 (b)是图5 (a)中示出的荧光构件的C-C剖面图。如图5 (a)、 图5 (b)所示，荧光构件36中形成了纵向3个X横向3个，共计9个圆形孔穴36a。为了形成孔穴作为凹部，利用钻头、激光的加工是适当的。
〔实施例〕
以下，基于实施例对本发明进一步进行具体的说明，但本发明并不限于下述实施例。
首先，对以下的各实施例中的荧光构件的制造方法进行详述。将纯度99. 9%的氧化铝粉末(平均粒径0. 5 μ m)、纯度99. 9%的氧化钇粉末(平均粒径0. 6 μ m)、氧化铈粉末 (平均粒径0. 8 μ m)以组成lat%Ce :YAG组成的方式进行称量。然后，以乙醇作为分散液， 相对于上述秤得的粉末添加lwt%的丙烯酸树脂粘合剂、以及作为烧结助剂的O. 5wt%的硅溶胶，一起通过球磨机进行混合，制作浆料。将得到的浆料用喷雾干燥器造粒，制作二次粒子径约为50 μ m的造粒粉末。将该造粒粉末通过模具成型及冷等静压成型来成型，将该成型体在大气中在1000°C进行脱脂预煅烧。
接着，将前述预煅烧得到的成型体在1750 1800°C左右的温度进行烧结，制作 Ce :YAG烧结体。
接下来,对已经煅烧的烧结体进行加工,制成规定厚度(150 μ m或250 μ m)的板状体，对光入射面及光射出面的表面实施镜面研磨，制成表面厚度(Ra)L Onm的镜面。需要说明的是，荧光构件的厚度例如在10 500 μ m左右的范围进行适当设定即可。
接着，对成为光射出面的一个面，将进行研削加工形成了各种凹部的荧光构件作为试样制作。此外，如以下的各实施例和各表中所示，分别制作凹部的形状、大小不同的条件的试样。
对得到的由各个Ce :YAG烧结体制成的荧光构件，以光入射面为半导体发光元件 12侧的方式搭载在半导体发光元件12上。之后，点亮半导体发光元件12测定荧光构件的光射出面侧的亮度。
(实施例1)
图6是从光射出面侧观察实施例1的荧光构件的立体图。图6示出的荧光构件38 在纵向横向各形成5条沟槽。此外，沟槽的宽度不论深度如何都为均一的。表I中记载了完全未形成凹部的比较试样和改变沟槽深度的试样1-1 试样1-4、使用各个试样时的作为发光模块的亮度。需要说明的是，各试样的亮度的值是将使用比较试样时的亮度记为1.00 时的相对值。图6中示出的荧光构件38，沟槽的深度D=50 μ m、相当于沟槽底部的荧光构件的最薄部的厚度E=IOO μ m、沟槽的宽度W=50 μ m、在沟槽与沟槽之间的未加工部分的宽度 S=50 μ m,相当于试样1-3。
〔表I〕
权利要求
1.一种变换半导体发光元件的光的波长的板状的荧光构件，其特征在于，所述荧光构件的折射率为1. 5以上，由半导体发光元件的发光峰值波长时的透光率低于20%的无机材料构成；所述荧光构件的面中，在半导体发光元件的光主要射出侧的面上形成有凹部。
2.根据权利要求1所述的荧光构件，其特征在于，所述荧光构件对波长为380nm 500nm的光的透光率的最小值小于20%。
3.根据权利要求1或2所述的荧光构件，其特征在于，所述凹部为沟槽。
4.根据权利要求1或2所述的荧光构件，其特征在于，所述凹部是散在的多个孔穴。
5.根据权利要求1至4的任一项所述的荧光构件，其特征在于，所述凹部的深度为5 μ m以上。
6.根据权利要求1至5的任一项所述的荧光构件，其特征在于，所述凹部的底部的荧光构件厚度为70 μ m以下。
7.一种发光模块，其特征在于，包括半导体发光元件，和以与所述半导体发光元件的发光面对置的方式设置的权利要求1至6的任一项所述的荧光构件。
8.根据权利要求7所述的发光模块，其特征在于，所述荧光构件在与所述半导体发光元件的电极的至少一部分对置的位置形成有凹部。
9.根据权利要求7所述的发光模块，其特征在于，所述荧光构件在比对置的所述半导体发光元件的外周靠外侧的区域形成有凹部。
全文摘要
本发明是变换半导体发光元件的光的波长的板状荧光构件，荧光构件的折射率为1.5以上，由半导体发光元件的发光峰值波长下的透光率低于20%的无机材料构成。荧光构件的面中，在半导体发光元件的光主要射出侧的面形成有凹部。荧光构件对波长为380nm～500nm的光的透光率可以小于20%。凹部可以是沟槽。凹部也可以是散在的多个孔穴。
文档编号H01L33/50GK103053037SQ201180038789
公开日2013年4月17日 申请日期2011年6月22日 优先权日2010年8月6日
发明者堤康章, 水野正宣, 大西孝 申请人:株式会社小糸制作所