CN100587986C - 发光器件 - Google Patents

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Abstract

一种发光器件，包括发射激发光的发光元件和荧光元件。所述荧光元件包括面向发光元件的透射激发光的半透明膜；包括磷光体的发光膜，用来吸收透射穿过半透明膜的激发光、并发射波长不同于所述激发光的可见光；以及布置在其上布置有半透明膜的发光膜相反一侧上的反射膜，用来将透射穿过发光膜的激发光反射向发光膜。

Description

发光器件
相关申请的交叉引用及引用的并入
本申请基于并要求于2007年1月16日申请的在先日本专利申请JP2007-7099的优先权利；其全部内容通过引用结合在此。
技术领域
本发明涉及发光器件，更具体地涉及包括半导体发光元件和磷光体的发光器件，该磷光体用于发射波长不同于该半导体发光元件所发射光的光。
背景技术
其中半导体发光元件和荧光元件相结合的光源装置或发光器件[参见JP-A 2005-205195(公开)、JP-A H07-282609(公开)和JP-A2006-210887(公开)]是已知的。荧光元件吸收半导体发光元件发射的激发光，并发射波长不同于激发光的光。
在JP-A2005-205195中描述了一种具有高亮度和高显色性特性的发光器件。在该发光器件中，光纤用作用于激发光的波导，荧光元件连接到光纤的末端。
还有，在JP-A H07-282609中提出了一种耐久且安全的低耗电发光器件。而且，该发光器件具有足够的输出功率，可以提供非常合适的照明光，如白光。该发光器件包括发射激光的半导体激光二极管、漫散射来自半导体激光器的激光的透镜、和将所述激光转变成可见光的荧光元件。
此外，在JP-A 2006-210887中提出了一种发光器件，该发光器件包括为磷光体发射激发光的半导体发光器件和磷光体的色散元件，其具有高的光提取(extract)效率。在此发光器件中，色散元件的磷光体发出的辐射可见光从所述色散元件中激发光入射一侧提取。
然而，在上述专利文献中所述的早期发光器件中没有考虑到以下几点。在JP-A 2005-205195的发光器件中，发光元件的光发射方向和荧光元件的光辐射方向是相同的。即使在JP-A H07-282609的发光器件中，半导体激光二极管的激光输出方向、漫射透镜的光漫射方向和荧光元件的光辐射方向是相同的。此外，甚至在JP-A 2006-210887中，发光器件具有以下的结构：其中一部分被色散元件的磷光体分散的激发光可与可见光一起从激发光入射侧发射。因此，不足以抑制由色散元件的磷光体分散的短波长光。
因此，由于发光二极管或半导体激光二极管发射的激发光的泄漏，不希望使用发射高能光的发光元件，如紫外光和激光，因为直视有危险。此外，为了减少这类结构中激发光的泄漏，有必要降低半导体发光元件的输出功率，或增加荧光元件的厚度。结果是，降低了发光器件的效率。
还有，要求发光器件保持半导体发光元件输出功率的稳定。然而，当发光元件的输出功率改变时，磷光体的激发幅度也可能改变。同样，提取光的光强度光谱可能会相对于波长发生变化。因此，存在从发光器件得到的光的色调发生改变的问题。因此，在早期的发光器件中，调节光量非常困难。
而且，不希望使用为发光器件辐射高能光的发光元件。因此，难以将所述发光器件用于照明设备和图象显示器等，在这类设备中要求有高的亮度。
发明内容
本发明的一个方面涉及一种包括发光元件和荧光元件的发光器件，发光元件构造成用于发射激发光，荧光元件包括：面向发光元件的半透明膜，其被构造成用来透射激发光；包括多个磷光体的发光膜，其构造成吸收透射穿过半透明膜的激发光，并发射波长不同于所述激发光的可见光；和布置在其上布置有半透明膜的第一发光膜相反一侧上的反射膜，其构造成用于将透射穿过第一发光膜的激发光反射向第一发光膜。
附图说明
图1所示为根据本发明实施方案的发光器件的实例的平面图；
图2所示为沿图1中所示发光器件的线II-II获取的剖面图；
图3所示为沿图1中所示发光器件的线IH-IH获取的剖面图；
图4所示为根据本发明实施方案的荧光元件的实例的剖面图；
图5所示为根据本发明实施方案的半透明膜反射率与荧光元件厚度的关系图；
图6所示为用于根据本发明实施方案发光器件中的发光元件一个实例的剖面图；
图7所示为用于根据本发明实施方案发光器件中的发光元件另一个实例的剖面图；
图8所示为用于根据本发明实施方案发光器件中的发光元件另一个实例的剖面图；
图9所示为用于根据本发明实施方案发光器件中的发光元件另一个实例的剖面图；
图10所示为根据本发明实施方案发光器件的另一个实例的平面图；
图11所示为根据本发明实施方案发光器件的另一个实例的平面图；
图12所示为根据本发明实施方案发光器件的另一个实例的剖面图；
图13所示为根据本发明实施方案荧光元件的另一个实例的透视图；
图14所示为根据本发明实施方案发光器件的另一个实例的剖面图；
图15所示为沿图14中所示发光器件的线XV-XV获取的剖面图；；
图16所示为根据本发明实施方案发光器件的另一个实例的平面图；
图17所示为沿图16中所示发光器件的线XVII-XVII获取的剖面图；及
图18所示为根据本发明实施方案的荧光元件的另一个实例的透视图；
图19所示为根据本发明实施方案的荧光元件的另一个实例的平面图；
图20所示为根据本发明实施方案的荧光元件的另一个实例的剖面图；
图21所示为根据本发明实施方案的荧光元件的另一个实例的剖面图；
图22所示为根据本发明实施方案改进的荧光元件的另一个实例的剖面图；
图23所示为根据本发明实施方案改进的荧光元件的另一个实例的剖面图；
图24所示为根据本发明实施方案改进的荧光元件的另一个实例的剖面图；以及
图25所示为根据本发明实施方案改进的荧光元件的另一个实例的剖面图。
具体实施方式
以下参考附图对本发明各实施方案进行描述。请注意，在所有附图中相同或类似的部件和元件使用相同或类似的参考号，相同或类似的部件和元件的说明将略去或简化。
如图1和2中所示，根据本发明实施方案的发光器件包括发光元件12和布置在安装基片10上的荧光元件14。荧光元件14包括半透明膜20、发光膜22和反射膜24等。反射膜24布置在其上布置有半透明膜20的发光膜22的相反一侧上。安装基片10有接线16a、16b。发光元件12的电极(未表示出)直接地和通过焊线18而分别电路连接到接线16a、16b。
如图2所示，发光元件12发出波长范围在紫外光和可见光之间的激发光Le到荧光元件14。荧光元件14布置成使半透明膜20面向发光元件12。入射激发光Le穿过半透明膜20进入发光膜22。一部分激发光Le穿过发光膜22，并通过反射膜24向与激发光Le入射方向不同的方向反射。发光膜22吸收透射穿过半透明膜20的激发光和通过反射膜24反射的激发光，从而向所有方向辐射波长不同于激发光的可见光。发光膜22发射辐射可见光至外面，作为可见输出光Lf。
发光膜22中向反射膜24辐射的可见光被反射膜24反射。此外，一部分向半透明膜20辐射的可见光不穿过半透明膜20，而是因半透明膜20和空气之间的折射率差异而反射。因此，如图3中所示，可见输出光Lf主要从与激发光Le的入射方向垂直方向的发光膜22的侧面发射。
如图4所示，发光膜22包括对激发光透明的透明基材30和分散在透明基材30中的磷光体32。发光膜22中的入射激发光被磷光体32吸收。一部分没有被磷光体32吸收的激发光穿过透明基材30，并向反射膜24透射。透射的激发光被反射膜24反射向发光膜22，以被磷光体32吸收。一部分反射的激发光穿过透明基材30和半透明膜20，朝向发光元件12而透射到荧光元件14的外面。然而，激发光不通过反射膜24而渗漏到外面。同样，在可见输出光主要发射的方向上实质上没有激发光的泄漏。
调节磷光体32的含量，使得来自发光元件12的入射激发光可以被有效吸收。具体地，发光膜22可以在透明基材30中包括含量约为20％重量或更多的磷光体32，满意为约50重量％或更多。此外，磷光体32可以使用大粒子的磷光体材料，举例来说，其粒径为约20nm或更大，这样可提供高的发光强度和高的发光效率。
此外，调节半透明膜20的反射率，使得来自发光元件12的入射激发光Le进入半透明膜20，而不是从此由向外发射。图5示出了当发光膜22对激发光的透射率为约37％时，发光膜22的厚度和半透明膜20的最优反射率之间的关系，其中激发光的泄漏可以被抑制、荧光元件14的发光效率可以得到提高。例如，当发光膜22的厚度为约0.1mm时，通过为半透明膜20提供约14％的反射率，就可以抑制来自半透明膜20的激发光的泄漏，并提高荧光元件14的发光效率。
因此，即使发出的激发光Le由发光元件12高能化，但由于进入荧光元件14的激发光的泄漏受到抑制，所以仍可以安全地使用该发光器件。此外，由于激发光被限定在荧光元件14中，所以增加了发光膜22中激发光的吸收。结果是，可以从荧光元件14向外发射具有高亮度的可见光。
在蓝光和紫外光之间、约430nm或更小的波长范围内具有发光峰值的发光元件可以用作发光元件12。发光元件12可以是侧面发光型的或表面发光型的。具体地，发光元件12可以是半导体激光二极管(LD)或发光二极管(LED)，其含有III-V族元素化合物的铝镓铟氮化物(AlGaInN)层或II-VI族元素化合物的镁锌氧化物(MgZnO)层，以作为发光层(激活层)。
举例来说，用作激活层的III-V族元素化合物半导体可以是基于氮化物的化合物半导体，其包含Al、Ga和In至少之一。具体地，用作激活层的III-V族元素化合物半导体可以表示为AlxGayIn(1-x-y)N(0≤x≤1、0≤y≤1、01(x+y)≤1)，其包括二元氮化物半导体，例如AlN、GaN和InN，三元氮化物半导体，如AlxGa(1-x)N(0＜x＜1)、AlxIn(1-x)N(0＜x＜1)和GayIn(1-y)N(0＜y＜1)，及含Al、Ga和In全部的四元氮化物半导体。紫外光和蓝光之间的发光峰值波长根据对于Al、Ga和In的相应x、y和(1-x-y)来确定。此外，部分III族元素可以用硼(B)和铊(Tl)等代替。此外，部分V族元素可以用磷(P)、砷(As)、锑(Sb)和铋(Bi)等代替。
类似地，用作激活层的II-VI族元素化合物半导体为包含Mg和Zn至少之一的氧化物半导体。具体地，用作激活层的II-VI族元素化合物半导体可以表示为MgzZn(1-z)O(0≤z≤1)。根据分别对应于Mg和Zn组成的z和(1-z)确定紫外光区域的发光峰值波长。
图6示出了用作发光元件12的侧面发光AlGaInN系激光二极管的实例。如图6所示，AlGaInN系激光二极管包括n型GaN基片100和基片100上生长的外延生长层。外延生长层包括n型GaN缓冲层101、n型AlGaN覆盖层102、n型GaN光导层103、GaInN激活层104、p型GaN光导层105、p型AlGaN覆盖层106和p型GaN接触层107。p型接触层107和一部分p型覆盖层106提供了脊。脊的侧面和p型覆盖层106的前面上配置了绝缘薄膜108。p型接触层107的前面和一部分绝缘膜108上配置了p侧电极109。N型基片100的后表面上配置了n型电极110。
图7示出了用作发光元件12的垂直空腔表面发射激光二极管(VCSEL)的实例。如图7所示，VCSEL具有的结构包括含多个层的n型分布式布拉格反射镜(DBR)121、多量子阱(MQW)层122和n型基片120上含多个层的p型DBR镜123。通过在p型DBR镜123上的接触层124而配置p侧电极125。n型基片120的后表面上配置了n侧电极126。
图8和9所示为用作发光元件12的侧面发射MgZnO激光二极管的实例。在图8所示的MgZnO激光二极管中，使用了硅(Si)基片130。另一方面，在图9所示的MgZnO激光二极管中，使用了蓝宝石基片140。
图8所示的MgZnO激光具有以下结构，该结构包括Si基片130、金属反射层131、p型MgZnO覆盖层132、i型MgZnO激活层133、n型MgZnO覆盖层134和n型MgZnO接触层135。在n型接触层135上配置了n侧电极136。在基片130上配置了p侧电极137。
图9所示的MgZnO激光二极管具有以下结构，该结构包括蓝宝石基片140、ZnO缓冲层141、p型MgZnO覆盖层142、MgZnO激活层143和n型MgZnO覆盖层144。通过在n型覆盖层144上的氧化铟锡(ITO)电极层145而配置了n侧电极146。通过在p型覆盖层142上的ITO电极层147而配置p侧电极148。
对于荧光元件14的半透明膜20，可以使用金属薄膜和介电多层膜等。对于所述金属薄膜，可以使用诸如铝(Al)、黄金(Au)、银(Ag)和钯(Pd)的金属。对于介电多层膜的每一层，可以使用Si、锆(Zr)、铪(Hi)、Al、钽(Ta)和钛(Ti)等的氧化物薄膜或氮化物薄膜。
对于发光膜22的透明基材30，可以使用具有激发光高透射性能和高耐热性能的任何材料。例如，可以使用诸如有机硅树脂、环氧树脂、脲醛树脂、氟树脂、丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂的树脂。尤其是，满意的是环氧树脂和有机硅树脂，这类树脂容易得到、便于使用且价格低廉。此外，除了树脂，还可以使用结合了钇铝石榴石(YAG)和氧化铝(Al2O3)等的玻璃、烧结体和陶瓷结构。
对于磷光体32，可以使用通过吸收波长范围在紫外光和蓝光之间的光而发出可见光的磷光体材料。例如，可以使用诸如以下的磷光体材料：硅酸盐磷光体材料、铝酸盐磷光体材料、氮化物磷光体材料、硫化物磷光体材料、硫氧化物磷光体材料、YAG磷光体材料、硼酸盐磷光体材料、磷酸硼酸盐磷光体材料、磷酸盐磷光体材料和卤化磷酸盐磷光体材料。
(1)硅酸盐磷光体材料：(Sr(1-x-y-z)BaxCayEuz)2SiwO(2+2w)(0≤x＜1、0≤y＜1、0.05≤z≤0.2、090≤w≤1.10)。
在此，对于硅酸盐磷光体材料，满意为x＝0.19、y＝0、z＝0.05且w＝1.0的组成。在硅酸盐磷光体材料中，为了稳定晶体结构或增加发光强度，可以用Mg和Zn中至少任何之一代替一部分的锶(Sr)、钡(Ba)和钙(Ca)。
此外，可以使用具有不同组成比的硅酸盐磷光体材料，如MSiO3、MSiO4、M2SiO3、M2SiO5和M4Si2O8(M为选自Sr、Ba、Ca、Mg、Be、Zn和Y的至少一种元素)。此外在硅酸盐磷光体材料中，为了控制发光颜色，可以用锗(Ge)(如(Sr(1-x-y-z)BaxCayEu2)2(Si(1-u)Geu)O4)代替部分Si。此外，可以包括选自Ti、铅(Pb)、锰(Mn)、砷(As)、Al、镨(Pr)、铽(Tb)的至少一种元素作为活化剂。
(2)铝酸盐磷光体材料：M2Al10O17(注意：M为选自Ba、Sr、Mg、Zn和Ca的至少一种元素)。
可以包括铕(Eu)和锰的至少之一作为活化剂。
此外，可以使用具有不同组成比例的铝酸盐磷光体材料，如MAl2O4、MAl4O17、MAl8O13、MAl12O19、M2Al10O17、M2Al11O19、M3Al5O12、M3Al16O27和M4Al5O12(M为选自Ba、Sr、Ca、Mg、Be和Zn的至少一种元素)。此外，可以包括选自Mn、镝(Dy)、Tb、钕(Nd)和Ce的至少一种元素作为活化剂。
(3)氮化物磷光体材料(主要为氮化硅磷光体材料)：LxSiyN(2x/3+4y/3):Eu，或LxSiyOzN(2x/3+4y/3-2z/3):Eu(L为选自Sr、Ca、Sr和Ca的至少一种元素)。
对于氮化物磷光体材料，满意为x＝2且y＝5，或x＝1且y＝7的组成。然而，x和y可以为任何值。
具体地，可以满意地为氮化物磷光体材料，如(SrxCa(1-x))2Si5N8:Eu、Sr2Si5N8:Eu，Ca2Si5N8:Eu、SrxCa(1-x)Si7N10:Eu、SrSi7N10:Eu、CaSi7N10:Eu，其中可加入锰作为活化剂。氮化物磷光体材料中可以包括选自Mg、Sr、Ca、Ba、Zn、B、Al、铜(Cu)、Mn、铬(Cr)和镍(Ni)的至少一种元素。还有，可以包括选自Ce、Pr、Tb、Nd和镧(La)的至少一种元素作为活化剂。
(4)硫化物磷光体材料：(Zn(1-x)Cdx)S:M(0≤x≤1)，(M为选自Cu、氯(Cl)、Ag、Al、铁(Fe)、Cu、Ni和Zn的至少一种元素)。
硫(S)可以用硒(Se)和碲(Te)的至少任何之一代替。
(5)硫氧化物磷光体材料：(Ln(1-x)Eux)O2S(0≤x≤1)，(Ln为选自钪(Sc)、Y、La、钆(Gd)和镥(Lu)的至少一种元素)。
可以使用Tb、Pr、Mg、Ti、Nb、Ta、Ga、钐(Sm)和铥(Tm)的至少任何之一作为活化剂。
(6)YAG磷光体材料：(Y(1-x-y-z)GdxLaySmz)3(Al(1-v)Gav)5O12:Ce，Eu(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤z≤1、0≤v≤1)。
可以包括Cr和Tb的至少之一作为活化剂。
(7)硼酸盐磷光体材料：MBO3:Eu(M为选自Y、La、Gd、Lu和In的至少一种元素)。
可以包括Tb作为活化剂。
此外，可以使用具有不同组成比例的硼酸盐磷光体材料，如Cd2B2O5:Mn、(Ce、Gd、Tb)MgB5O10:Mn、GdMgB5O10:Ce、Tb。
(8)磷酸硼酸盐磷光体材料：2(M(1-x)M′x)O·aP2O5·bB2O3(0.01≤x≤0.5、0≤a≤2、0≤b≤3、0.3＜(a+b))，(M为选自Mg、Ca、Sr、Ba和Zn的至少一种元素，M′为选自Eu、Mn、Sn、Fe和Cr的至少一种元素)。
(9)磷酸盐磷光体材料：(Sr(1-x)Bax)3(PO4)2:Eu，或(Sr(1-x)Bax)2P2O7:Eu、Sn。
可以包括Ti和Cu至少之一作为活化剂。
(10)卤化磷酸盐系磷光体材料：(M(1-x)Eux)10(PO4)6Cl2，或(M(1-x)Eux)(PO4)3Cl(M为选自Ba、Sr、Ca、Mg、和Cd的至少一种元素，x为满足不等式0≤x≤1的数字)。
至少部分Cl可以被氟(F)代替。此外，可以包括Sb和Mn至少之一作为活化剂。
通过任意选择前述磷光体材料，可以为荧光元件14提供蓝荧光元件、黄荧光元件、绿荧光元件、红荧光元件和白荧光元件。此外，通过组合多种磷光体材料，可以提供能发射由磷光体材料颜色产生的叠加色彩的光的荧光元件14。为了提供白荧光元件，可以使用对应于三原色的红、绿和蓝(RGB)光的相应磷光体材料的组合，或色彩互补关系的颜色组合，如蓝色和黄色。
举例来说，在每个透明基材中混合对应于RGB中每一个各颜色的磷光体材料，从而制成对应于各RGB颜色的薄的荧光膜。通过互相层压薄的荧光膜，可以提供作为图1所示发光膜22的、能发射白光的多层荧光膜。此外，通过在单一透明基材中混合RGB磷光体材料，就可以提供作为发光膜22的、发射白光的单层荧光膜。发光膜22需要具有稳定的效率和色调时，多层荧光膜将是满意的。在对简单制作的发光膜22施重时，单层荧光膜将是满意的。
对于反射膜24，对于激发光可以使用反射率约80％或更高的金属膜或介电多层DBR，满意为约90％或更高。尤其是，对于介电多层DBR，可以提供一种适合于激发光波长的设计，以便有选择地仅仅反射激发光，以及透射发光膜22所发射的可见光。对于金属膜，可以使用诸如Al、Au、Ag、和Pd的金属，这些金属具有高反射率。对于介电多层DBR，可以使用Si、Zr、Hf、Al、Ta和Ti等的氧化物和氮化物。
对于安装基片10，希望使用具有高热导率的材料。举例来说，可以使用AlN、Al2O3、Cu、氮化硼(BN)、塑料、陶瓷和金刚石等。使用这类材料用于安装基片10，可以有效地撤出发光元件12操作时产生的热。
对于接线16a、16b，满意的是具有低电阻且对可见光具有低吸收率的材料。举例来说，接线16a、16b可以用金属材料如Au、Ag、Cu、Cu合金和钨(W)形成。接线16a、16b可以是薄膜接线或厚膜接线。此外，Au镀层、Ag镀层、Pd镀层或焊接镀层可以形成在接线16a、16b上，以改善其粘结性。对于焊线18希望使用具有低阻抗且对可见光具有低吸收率的材料。举例来说，可以使用Au线。或者，可以使用Au和贵金属如Pt相结合的线。
通过举例说明图1和2所示的发光器件，以下对制备根据本发明实施方案的发光器件的方法进行说明。
形成图1中所示发光器件的荧光元件14。使用有机硅树脂作为荧光膜的透明基材。在透明材料中形成包括不同磷光体材料的两个荧光膜，这些磷光体材料利用色彩互补关系提供白光。每个荧光膜包括约75重量％的每种不同磷光体材料。例如，分别形成包括蓝色磷光体材料的蓝荧光膜和包括黄色磷光体材料的黄荧光膜。具体地，分别使用(Sr，Ca，Ba)10(PO4)6Cl2:Eu用于蓝色磷光体材料，使用3(Sr，Ca，Ba)2Si2O4:EU用于黄色磷光体材料。
为半透明膜20制备含有Si3N4薄膜的介电多层膜。在介电多层膜上层压黄荧光膜。此外，在黄荧光膜上层压蓝荧光膜。这样，形成了包含黄荧光膜和蓝荧光膜的发光膜22。
此外，黄荧光膜中可以吸收蓝色可见光，从而发射黄色可见光。因此，色调可以被改变。另一方面，蓝荧光膜中可以不吸收黄色可见光。因此，为了防止蓝荧光膜中辐射的蓝色可见光被发射进入黄荧光膜中，要求使蓝荧光膜的折射率大于黄荧光膜。此外，通过将低折射率的黄荧光膜布置在激发光的入口一侧，可以有效地将激发光透射到整个发光膜22。
通过蒸发、喷溅等方法将金属膜如Ag沉积在发光膜22上，以形成反射膜24。这样，制得了荧光元件14。
通过模塑制得安装基片10，如AlN。将金属膜如Au沉积在安装基片10上。接线16a、16b通过光刻、蚀刻等方法形成在安装基片10的表面上。
具有AlGaInN激活层来激发紫光的半导体激光二极管作为发光元件12安装在安装基片10上，以便直接将发光元件12的电极(未表示出)与接线16a连接。荧光元件14安装在安装基片10的表面上，由此使半透明膜20面向发光元件12。然后，接线16b和发光元件12的其它电极(未表示出)通过焊线18电连接。
在如上所述制备的发光器件中，在发光元件的电极之间施加操作电压以激发出激光。激发光从发光元件12向荧光元件14方向发射，辐照半透明膜20。入射到半透明膜20的激发光在发光膜22中被吸收。然后，白光沿着不同于激发光入射方向的方向透射。
透射穿过发光膜22的激发光被反射膜24反射。反射的激发光再次进入发光膜22，在发光膜22中被吸收。这样，高能激发光不会通过反射膜24漏泄。
还有，通过调节半透明膜20的反射率，可以减少透射穿过半透明膜20至荧光元件14外面的激发光。结果是，高能激发光基本上不泄漏到可见输出光的输出方向。这样，在本发明实施方案中，可以安全地使用高能量激发光辐射高亮度的可见光。
此外，在图1所示的发光器件中，发光元件12和荧光元件14互相隔离。发光元件12和荧光元件14之间距离为任意的，可以通过考虑荧光元件14上激发光入射点的扩展(expansion)和发光器件的散热来确定。例如，安装基片10的散热效率足够时，发光元件12的出口一侧可以与荧光元件14的入口一侧紧密接触，如图10中所示。此情况下，由于激发光的扩展可以忽略不计，所以可以有效地减少激发光的泄漏。
还有，当使用侧面发光型发光元件12时，可以从彼此相对的两端发射激发光。此情况下，如图11所示，两个荧光元件14a、14b可以布置成使其面向发射激发光的两端的每一个。
还有，如图12所示，反射膜25如金属膜可以形成在放置荧光元件14的安装基片10的表面上。在发光膜22内向所有方向辐射的可见光中，射向安装基片10方向的可见光被反射膜25反射。结果是，提高了荧光元件14中辐射的可见光的提取效率。
此外，通过限定可见输出光的提取表面，可以为可见输出光提供定向性。如图13所示，当提取表面限定在发光膜22的顶面时，在荧光元件14的相对一侧的表面上提供反射膜54。发光膜22中向所有方向辐射的可见光在反射膜54得到反射。这样，可见光只从发光膜22的顶面发出。
此外，如图14和15中所示，可以在安装基片10上提供反射镜40，以围绕荧光元件14。发光元件12的激发光Le通过反射镜40的开口42进入荧光元件14。反射镜40倾斜成使可见输出光Lf可以从安装基片10的表面向上提取。来自发光膜22侧面的可见输出光Lf被反射镜40反射，并如来自发光膜22顶面的可见输出光Lf类似地向上发射。此外，可以使用抛物线反射镜作为反射镜40。这样，可以有效地提取高度定向的可见输出光Lf。
此外，如图16和17所示，可以提供抛物线反射镜40a，该反射镜向激发光Le的入射方向发射可见输出光Lf。发光元件12的激发光Le从反射镜40a中形成的开口44进入荧光元件14。从荧光元件14的顶面和侧面发出的可见输出光Lf被反射镜40a反射，并且在从发光元件12朝向荧光元件14方向提取。还有，可以在安装基片10中提供穿孔50，以便从发光膜22的底面提取可见输出光Lf。这样就可以有效地提取高度定向的可见输出光Lf。
此外，荧光元件14的形状不限于图1和2中所示的矩形形状。如图18中所示，荧光元件14在与激发光入射方向垂直的横截面中具有半圆形的形状。此外，如图19中所示，荧光元件14具有梯形形状的发光膜22，其中靠近半透明膜20的部分比靠近反射膜24的其它部分的宽度更宽。这样，通过提供具有半圆形形状或梯形形状的发光膜22，可以增加可见输出光的提取效率。
此外，为了增加可见输出光的提取效率，如图20中所示，发光膜22的端部可以在沿激发光入射方向的横截面中圆整成凸形。
此外，如图21中所示，半透明膜20a中可以配置开口52。激发光Le可以从开口52直接进入发光膜22。此情况下，可以使用具有波长选择性的介电多层DBR，以作为半透明膜20a，其中激发光Le可以被选择性地反射。这样，可以限定荧光元件14内的入射激发光，并提高发光效率。
(改进方案)
根据本发明实施方案改进方案的荧光元件14包括半透明膜20、第一发光膜22a、透明膜26、第二发光膜22b和反射膜24，如图22中所示。第一和第二发光膜22a、22b分别包括黄色和蓝色的磷光体材料，其可通过利用色彩互补关系提供白光。此外，半透明膜20的最佳反射率可以根据如图5所示的厚度和反射率之间的关系来确定。在此，厚度为发光膜22a和22b各厚度之和。
改进方案与本发明实施方案的差别在于在第一和第二发光膜22a、22b之间提供透明膜26。其它构造与本发明实施方案中的相同，略去重复说明。
对于透明膜26，可以使用具有光学透明性的树脂等。树脂可使用具有高光学透明性和耐热性的任何树脂。举例来说，可以使用硅树脂、环氧树脂、脲醛树脂、氟树脂、丙烯酸树脂和聚酰亚胺树脂等。尤其优选环氧树脂或硅树脂，因为其容易获得、使用方便且成本低廉。此外，除了树脂，可以使用玻璃、烧结体和陶瓷结构等，其中Si和Ti等的氧化物为其主要成份。
例如，当第一和第二发光膜22a、22b彼此相邻布置时，在第一和第二发光膜22a、22b的界面可能会发生颜色混合。第二发光膜22b发出的蓝色可见光比第一发光膜22发出的黄色可见光波长更短。因此，蓝色可见光在第一发光膜22a中被吸收。结果，输出光的色调可能会改变，发光效率可能会降低。
在本发明实施方案的改进方案中，透明膜26的折射率小于第一和第二发光膜22a、22b的折射率。例如，第一发光膜22a发出的黄色可见光在透明膜26的界面被反射，该黄光难以进入透明膜26。类似地，第二发光膜22b发出的蓝色可见光在透明膜26的界面被反射，该蓝光难以进入透明膜26。结果可以抑制第一和第二发光膜22a、22b之间的颜色混合。
此外，满意的是提供比第一发光膜22a折射率更高的第二发光膜22b。由于第二发光膜22b和透明膜26之间的折射率之差大于第一发光膜22a和透明膜26之间的折射率之差，因此可以将蓝色可见光限定在第二发光膜22b中。即使黄色可见光进入第二发光膜22b，黄色可见光也不会被吸收。结果是，可以抑制从荧光元件14射出的可见输出光的色调变化。此外，由于减少了第二发光膜22b中发出的蓝色可见光的再吸收，所以可以提高光的提取效率。因此，根据本发明实施方案的改进方案，可以安全使用高能激发光，并且辐射高亮度的可见光。
此外，前述解释举例说明了具有第一和第二发光膜22a、22b的荧光元件14。然而，荧光元件14中包括的发光膜可以是三个或更多。透明膜可以在相应的发光膜之间提供。
例如，如图23所示，第一发光膜22a、第二发光膜22b和第三发光膜22c的每一个都包括对应于RGB中每一个的每种颜色的磷光体材料，RGB是提供白光的原色。第一透明膜26布置在第一和第二发光膜22a、22b之间。第二透明膜36布置在第二和第三发光膜22b、22c之间。透明膜26的折射率小于第一和第二发光膜22a、22b的折射率。第二透明膜36的折射率小于第二和第三发光膜22b、22c的折射率。因此，可以抑制分别从第一～第三发光膜22a、22b和22c发射的RGB颜色的可见光之间的颜色混合。结果是，可以减少蓝色和绿色可见光的再吸收，并提高光的提取效率。
此外，为了增加可见输出光的提取效率，如图24中所示，第一和第二发光膜22a、22b的端部可以在沿激发光入射方向的横截面中圆整成凸形。
此外，透明膜26可以为多种透明膜。如图25中所示，第一至第三透明膜26a、26b和26c布置第一和第二发光膜22a与22b之间。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发光膜22a、22b的折射率。还有，第一至第三透明膜26a、26b、26c的各折射率从第一透明膜26a起至第三透明膜26c减少，第一透明膜26a与含黄色磷光体的第一发光膜22a相邻，第三透明膜26c与含蓝色磷光体的第二发光膜22b相邻。此外，第二发光膜22b的折射率等于或大于第一发光膜22a的折射率。
使第二发光膜22b和第三透明膜26c之间的折射率之差最大化。这样，第二发光膜22b发出的蓝色可见光在第二发光膜22b和第三透明膜26c之间的界面被反射，蓝光难以进入第一发光膜22a。结果是，可以抑制可见输出光的色调变化。此外，可以减少第二发光膜22b中发射的蓝色可见光的再吸收，并提高光提取效率。
此外，从第一发光膜22a至第三透明膜26c的各相邻薄膜间折射率的每一个差值都小于第一发光膜22a和第三透明膜26c间的折射率之差。因此，激发光可以容易地透射到第二发光膜22b。结果是，可以提高第一和第二发光膜22a、22b中的激发光吸收，并提高光提取效率。
(其它实施方案)
在本发明的实施方案中，描述了使用荧光元件发射白光的发光器件。然而，对荧光元件不作如此限定。可以使用发射白光以外可见光的荧光元件。例如，发射诸如红色、橙黄、黄色、黄绿、绿色、蓝绿、蓝色、紫罗兰色和白色可见光的荧光元件可以用于想要的目的。
根据本发明实施方案的发光器件可以用于普通照明装置、商业照明设备、电视机或个人电脑液晶显示器的背光、以及汽车、摩托车或自行车的灯光等。
本领域技术人员可以在不背离其保护范围下吸收本公开教导内容后进行各种修改。

Claims (19)

1.一种发光器件，该发光器件包括：
构造成发射激发光的发光元件；和
荧光元件，该荧光元件包括：
半透明膜，其面向所述发光元件，并被构造成透射所述激发光；
第一发光膜，其包括多个磷光体，并被构造成吸收透射穿过所述半透明膜的所述激发光，和发射波长不同于所述激发光的可见光；和
反射膜，其布置在其上布置有所述半透明膜的第一发光膜的相反一侧上，并被构造成将透射穿过所述第一发光膜的所述激发光反射向所述第一发光膜。
2.权利要求1的发光器件，其中所述第一发光膜包括对所述激发光透明的透明基材，而所述磷光体分散在所述透明基材中。
3.权利要求1的发光器件，其中所述荧光元件还包括发射波长不同于所述第一发光膜的可见光的第二发光膜。
4.权利要求3的发光器件，其中所述第一发光膜和所述第二发光膜中发射具有更短波长的可见光的发光膜具有较大的折射率。
5.权利要求3的发光器件，其中所述荧光元件还包括在所述第一发光膜和所述第二发光膜之间的对所述激发光透明的透明膜。
6.权利要求5的发光器件，其中所述透明膜在可见光波长下具有比所述第一发光膜和所述第二发光膜的折射率更小的折射率。
7.权利要求3的发光器件，其中所述第一发光膜和所述第二发光膜中在所述反射膜的近侧的发光膜发射具有更短波长的可见光。
8.权利要求1的发光器件，其中所述磷光体包括发射波长彼此不同的光的多种磷光体材料。
9.权利要求1的发光器件，其中所述反射膜对所述激发光具有80％或更高的反射率。
10.权利要求1的发光器件，其中所述反射膜包括金属膜。
11.权利要求1的发光器件，其中所述反射膜包括选择性地反射所述激发光的多层分布的布拉格反射器。
12.权利要求1的发光器件，其中所述半透明膜包括金属膜或介电多层膜。
13.权利要求1的发光器件，其中所述半透明膜具有使所述激发光可以直接进入所述第一发光膜的开口。
14.权利要求1的发光器件，其中所述发光元件包括发射峰值波长为430nm或更小的光谱的光的半导体发光元件。
15.权利要求1的发光器件，其中所述发光元件包括侧面发光型半导体激光二极管。
16.权利要求1的发光器件，其中所述发光元件包括表面发光型半导体激光二极管。
17.权利要求1的发光器件，其中所述发光元件具有包括铝、镓和铟的至少之一的氮化物系化合物半导体的激活层。
18.权利要求1的发光器件，其中所述发光元件具有包括镁和锌的至少之一的氧化物半导体的激活层。
19.权利要求3的发光器件，其中所述荧光元件还包括发射波长不同于所述第一发光膜和所述第二发光膜的可见光的第三发光膜。
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