CN103026515B - 发光模块 - Google Patents

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Abstract

一种发光模块（40），其具备LED芯片（42）、板状荧光体层（44）、和滤波层（46）。所述板状荧光体层（44）以与LED芯片（42）的发光面42a对置的方式设置，将LED芯片（42）发出的光的波长进行变换。所述滤波层（46）形成在荧光体层（44）的表面中的与LED芯片（42）对置的面和侧面的至少任一个表面上，透射从LED芯片（42）射出的光且反射由荧光体层（44）进行波长变换而得的光。滤波层（46）以使自正面方向±60度范围内的射出光的能量相对于射出光的总能量的比例为80%以上的方式构成。

Description

发光模块
技术领域
本发明涉及具备发光二极管等发光元件的发光模块。
背景技术
近年来，从对环境的关心提高的角度出发，作为照明用具的光源，被期待省电的发光二极管（LED：LightEmittingDiode）备受瞩目。作为使用了LED的发出白色光的照明用具，已知有组合了LED芯片和荧光体的结构。
在这样的构成中，LED芯片的光被荧光体进行波长变换而向全方位射出，因此波长变换后的光的一部分再次返回LED芯片侧而被吸收，变成热而消失。其结果，来自LED芯片的光输出效率下降。
因而，设计出了具备使从LED芯片放射的光透射并且使从荧光体放射的可见光反射的波长选择滤波层的发光装置（参照专利文献1、2）。由此，可以抑制从荧光体放射的可见光的一部分返回LED芯片侧而被吸收的情况，可以防止光输出效率的下降。
〔在先技术文献〕
〔专利文献〕
〔专利文献1〕日本特开2008-270707号公报
〔专利文献2〕日本特开2008-235827号公报
发明内容
然而，上述专利文献1中记载的发光装置，在LED芯片和波长选择滤波层之间具有空气层，由于LED芯片和空气的折射率之差较大，因此LED芯片的光容易被关闭在LED芯片内部。其结果，光输出少，不能变成高亮度的发光装置。此外，对于以玻璃覆盖LED芯片的其他方式，发光层的表面积增大，因此不能成为高亮度的发光装置。专利文献2中记载的发光装置，在LED芯片和波长选择滤波层之间存在密封树脂，来自LED芯片的光的输出效率提高。另一方面，具有密封树脂的发光装置，与没有密封树脂的情况相比，LED芯片光向波长选择滤波层入射时的角度（入射角）对波长选择滤波层的透射率影响很大。特别地，入射角越大则光的透射率越低。其结果，不能成为高亮度的发光装置。此外，专利文献2中记载的发光装置的密封树脂较厚，因此在LED芯片光到达滤波层之前，光的散射及密封树脂的吸收这点也会阻碍亮度提高。
本发明鉴于这种状況而完成，其目的在于，提供一种亮度高的发光模块。
为了解决上述问题，本发明一个方式的发光模块，具备：半导体发光元件;板状的光波长变换构件，以与半导体发光元件的发光面对置的方式设置，变换半导体发光元件发出的光的波长;及滤波层，形成在板状的光波长变换构件的表面中的、与半导体发光元件对置的面和侧面的至少任一个表面上，透射从半导体发光元件射出的光并且反射由光波长变换构件进行波长变换而得的光。半导体发光元件，以使自正面方向±60度的范围内的射出光的能量相对于射出光的总能量的比例为80%以上的方式构成。
按照该方式，利用滤波层透射从半导体发光元件射出的光且反射由光波长变换构件进行波长变换而得的光，因此向正面方向的光的输出效率提高。此外，半导体发光元件的配光比较集中在正面，而且以与半导体发光元件的发光面对置的方式设置的光波长变换构件为板状，因此半导体发光元件的射出光和由光波长变换构件变换了波长而得的变换光均容易朝向正面方向。因此，尤其可以提高发光模块的正面方向的亮度。
滤波层形成在光波长变换构件的表面中的、与半导体发光元件对置的面上，可以进一步具备粘接滤波层和半导体发光元件的粘接层。粘接层可以含有折射率为1.3以上的材料。在滤波层和半导体发光元件之间为空气层时，空气层和半导体发光元件的折射率之差比较大，因此半导体发光元件的光输出效率有改善的余地。因此，通过将滤波层和半导体发光元件用具有比空气高的折射率的粘接层来粘接，可以提高半导体发光元件的光的输出效率。
粘接层的厚度可以为0.1μm~100μm。若粘接层的厚度为0.1μm以上，则可以将滤波层和半导体发光元件进行粘接。此外，若粘接层的厚度为100μm以下，则半导体发光元件的光在粘接层的侧面不怎么扩展地到达滤波层，而且透射率的下降也被抑制。
滤波层可以被构成使得半导体发光元件发出的光以入射角60度向该滤波层入射时的透射率为80%以上。由此，可以将很多从半导体发光元件向正面方向射出的光导向光波长变换构件。
光波长变换构件的未形成滤波层的面的至少一部分可以具有凹凸形状。由此，光波长变换构件的射出面的光输出效率提高。
凹凸形状由多个沟槽构成，沟槽的宽度可以为1μm~1000μm、深度可以为1μm~1000μm。由此，光波长变换构件的射出面的光输出效率进一步提高。
光波长变换构件的、未形成所述滤波层的面的至少一部分的算术平均粗糙度Ra可以为100nm~1000nm。由此，光波长变换构件的射出面的光输出效率进一步提高。
当将发光模块中包含的半导体发光元件的个数记为N、将与各半导体发光元件的滤波层对置侧的射出面的面积记为S、将与光波长变换构件的半导体发光元件对置侧的入射面的面积记为T时，可以满足S≤T/N≤4×S。由此，可以将光波长变换构件的发光面的面积限制为小，可以提高发光模块的正面方向的亮度。
光波长变换构件，其厚度可以为1μm~1000μm。
如果将光以入射角0度入射到所述滤波层入射时的透射率为50%的光的波长记为λ1〔nm〕、将所述半导体发光元件发出的光的峰值波长记为λp〔nm〕，则所述滤波层被构成使得满足λp≤λ1≤λp+200〔nm〕。当光以入射角0度入射到所述滤波层时的透射率为50%的光的波长λ1比半导体发光元件发出的光的峰值波长λp小时，从半导体发光元件射出的多数光未被滤波层透射，到达光波长变换构件的光减少。另一方面，当透射率为50%的光的波长λ1比半导体发光元件发出的光的峰值波长λp+200nm大时，被光波长变换构件进行波长变换后的光中的、朝向滤波层的光未被滤波层充分地反射，因此未被反射的光直接朝向半导体发光元件，在此期间变换成热。因而，滤波层以满足λp≤λ1≤λp+200〔nm〕的方式构成，由此可以抑制无助于发光模块的发光而变得无用的光的产生。
需要说明的是，将以上的构成要素的任意组合、本发明的内容在方法、装置、系统等之间变换而得到的方案作为本发明的实施方式也是有效的。
〔发明效果〕
根据本发明，可以提供亮度高的发光模块。
附图说明
图1是构成本实施方式的车辆用前照灯装置的灯具本体单元的示意构造图。
图2是表示本实施方式的灯具本体单元中包含的第2灯具单元的构成的图。
图3是表示第1实施方式的发光模块的主要部分的剖面图。
图4是表示第1实施方式的发光模块的变形例的主要部分的剖面图。
图5是表示适合本实施方式的LED芯片的配光分布的一例的图。
图6是表示第2实施方式的发光模块的主要部分的剖面图。
图7是表示侧面为锥形形状的荧光体层的剖面图。
图8是表示以往的滤波层的透射率的图表。
图9是表示本实施方式的滤波层的透射率的图表。
图10是表示入射角的定义的概要图。
图11是表示滤波层的有无和种类不同的发光元件光的透射率的入射角度依赖性的图表。
图12是表示荧光体层的射出面经沟槽加工而得到的凹凸形状的主要部分剖面图。
图13是表示具有图5中示出的配光分布的LED芯片的测定角度和累积光度比的关系的图。
具体实施方式
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，在附图的说明中，对相同的要素附加相同的符号，适当地省略重复说明。
近年来，一直在开发使用LED、LD（LaserDiode）的各种照明装置。在这种照明装置中，有时需要高亮度的特性。例如，将以LED、LD为光源的发光模块用于车辆的前大灯中时，要求更高的高亮度化。因此，本发明人等为了实现发光模块的高亮度化进行了锐意地研究，结果设计出由以下描述的实施方式代表的发光模块的方案。
〔车辆用前照灯装置〕
首先，作为后述的各实施方式中的发光模块适合的用途，说明要求高亮度化的车辆用前照灯装置的概要。本实施方式的车辆用前照灯装置，具备照射可以形成远光灯用配光图案的一部分区域的光的灯具单元、和控制该灯具单元的光的照射状态的照射控制部。而且，照射控制部对光的照射状态进行控制，使远光灯用配光图案的一部分区域由至少在车宽度方向被分成多个的部分区域来形成。此外，将与各部分区域对应的照射光的光度分别进行调整，将远光灯照射模式和日间亮灯照射模式进行切换，形成适合远光灯照射模式的光度分布和适合日间亮灯照射模式的光度分布。需要说明的是，各实施方式的发光模块不仅可以适用于形成远光灯用配光图案的灯具单元，也可以适用于形成近光灯用配光图案的灯具单元。
图1是构成本实施方式的车辆用前照灯装置的灯具本体单元的示意构造图。本实施方式的车辆用前照灯装置在车辆的前部的车宽度方向两端包括一对灯具本体单元。而且，通过使从左右的灯具本体单元照射的配光图案在车辆的前方重叠，由此完成作为车辆用前照灯装置的照射。图1表示左右的灯具本体单元中配置在右侧的灯具本体单元10的构成。图1中，为了容易地理解，显示了将灯具本体单元10用水平面截断并从上方观察到的剖面图。需要说明的是，在左侧配置的灯具本体单元与在右侧配置的灯具本体单元10为左右对称的构造，基本构造是相同的。因此，对在右侧配置的灯具本体单元10进行说明，由此省略在左侧配置的灯具本体单元的说明。此外，以下为便于说明，有时将灯具的光照射的方向作为车辆前方（前侧）、将其相反侧作为车辆后方（后侧）进行说明。
灯具本体单元10具有透光罩12、灯主体14、延长部16、第1灯具单元18、和第2灯具单元20。灯主体14利用树脂等成型为具有细长开口部的杯型。透光罩12利用具有透光性的树脂等成型，以堵塞灯主体14开口部的方式安装在灯主体14上。这样，利用灯主体14和透光罩12形成实质上为封闭空间的灯室，在该灯室内配置延长部16、第1灯具单元18、和第2灯具单元20。
延长部16具有用于透过来自第1灯具单元18和第2灯具单元20的照射光的开口部，固定在灯主体14上。第1灯具单元18比第2灯具单元20配置在车辆的车宽度方向的更外侧。第1灯具单元18是所谓抛物线型的灯具单元，形成后述的近光灯用配光图案。
第1灯具单元18具有反光镜22、光源灯泡24、和遮光罩26。反光镜22形成为杯型，在中央设置有插通孔。在本实施方式中，光源灯泡24利用卤素灯等具有灯丝的白炽灯构成。需要说明的是，光源灯泡24也可以采用放电灯等其他类型的光源。光源灯泡24以向内部突出的方式插通在反光镜22的插通孔中，固定在反光镜22上。反光镜22为将光源灯泡24照射的光向车辆前方反射而形成有内表面的曲面。遮光罩26阻断从光源灯泡24向车辆前方直接行进的光。第1灯具单元18的构成是公知的，因而省略关于第1灯具单元18的详细说明。需要说明的是，作为第1灯具单元18的光源可以使用后述的发光模块。
图2是表示本实施方式的灯具本体单元10中包含的第2灯具单元20的构成的图。在图2中，示出了将第2灯具单元20用水平面截断并从上方观察到的剖面图。第2灯具单元20具备支架28、投影透镜30、发光模块32、和散热器38。第2灯具单元20是照射出可以形成远光灯用配光图案的全部或一部分区域的光的灯具单元。即，当第2灯具单元20为远光灯照射模式时，在由第1灯具单元18形成的近光灯用配光图案上部形成远光灯用配光图案。通过将远光灯用配光图案增加在近光灯用配光图案中，整体的照射范围变广，远方能见性能也提高。此外，当第2灯具单元20为日间亮灯照射模式时单独地照射光，由此作为用于在日间等使对向车辆、行人等容易识别本车存在的日间亮灯照射灯、即所谓的日间行车灯（DRL）来发挥功能。
关于投影透镜30，由前方侧表面为凸面、后方侧表面为平面的平凸非球面透镜构成，其后侧焦点面上形成的光源像以反转像投影在灯具前方假想的铅直屏幕上。投影透镜30安装在形成为筒状的支架28一方的开口部上。需要说明的是，发光模块32是与以下所示的各实施方式的发光模块对应的。
（第1实施方式）
〔发光模块〕
图3是表示第1实施方式的发光模块的主要部分的剖面图。发光模块40具备：作为半导体发光元件的LED芯片42、板状的荧光体层44和滤波层46。所述板状荧光体层44以与LED芯片42的发光面42a对置的方式设置，变换LED芯片42发出的光的波长。所述滤波层46，形成在板状荧光体层44的表面中的、与LED芯片42对置的面44a上，透射从LED芯片42射出的光并且反射由荧光体层44进行波长变换后的光。需要说明的是，本实施方式的发光模块40在LED芯片42和滤波层46的间隙中形成了空气层48。
作为LED芯片42，可以举出在未图示的安装基板上由倒装法安装的倒装芯片型LED、立式LED等。荧光体层44作为将对置的LED芯片42发出的光进行波长变换而射出的光波长变换构件发挥功能。
图4是表示第1实施方式的发光模块的变形例的主要部分的剖面图。发光模块50中，使用CAN型LD52作为半导体发光元件，除此之外与前述的发光模块40相同。
图5是表示适合本实施方式的LED芯片的配光分布的一例的图。图5中，在照射方向-90°到90°的范围示出了将LED芯片的正面方向的光度记为100时的相对值。图13是表示具有图5中示出的配光分布的LED芯片的测定角度与累积光度比之间的关系的图。图13中示出的所谓累积光度比，表示在将从LED芯片的正面方向（0度）向正横向（90度）每隔10度测得的光度加在一起的值设为100时的、至各测定角度时的光度的累积值的比率。例如，在将测定角度x（10、20、…80、90）时的光度设为Ix时，至测定角度60度时的累积光度比R60由下式表示。
R60=（I0+I10+…+I60）/（I0+I10+…+I80+I90）
本实施方式的LED芯片的至测定角度60时的累积光度比R60超过80%而达到88.7%。这样，本实施方式的半导体发光元件被构成为使得自正面方向±60度范围内的射出光的能量相对于射出光的总能量的比例在80%以上。
需要说明的是，半导体发光元件的发光波长并非仅是可见光的范围，也可以是紫外光的范围。此外，由于半导体发光元件的定向性越高则透过滤波层46的光就变得越多，因此从提高发光模块亮度的观点出发，按LD、立式LED、倒装芯片型LED的顺序优选适用。
〔光波长变换构件〕
在光波长变换构件中使用的材料，可以举出分散了粉末荧光体而得的树脂组合物、玻璃组合物、后述的荧光陶瓷。特别地，作为无机材料的荧光陶瓷，容易成型为多种形状、进行精度高的加工。因此，荧光陶瓷尤其是在作为板状的光波长变换构件利用时是适合的。由荧光体构成的陶瓷（荧光体烧结体）是被称为所谓发光陶瓷、或荧光陶瓷的陶瓷，可以通过对属于被蓝色光激发的荧光体的YAG（YttriumAluminumGarnet）粉末制成的陶瓷坯子进行烧结而获得。这种波长变换陶瓷的制造方法是公知的，因此省略详细的说明。如此得到的光波长变换陶瓷，例如与粉末状的荧光体不同，可以抑制在粉末表面的光扩散，半导体发光元件发出的光的损失非常地小。需要说明的是，烧结的荧光体不限于可被蓝色光激发的荧光体，例如可以是被近紫外光、紫外光激发的荧光体。
光波长变换构件的厚度，考虑作为发光模块所必要的光的颜色、亮度、组合的LED芯片的种类等适当地设定。例如，若厚度为1μm以上，则可以将LED芯片发出的光进行充分地波长变换。此外，若厚度为1000μm以下，则可以使LED芯片的光充分地透射。
光波长变换构件的折射率优选1.2~3.0。光波长变换构件可以由单一成分或多种成分构成，是板状即可。
例如，可以举出
（i）在有机硅树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂等的热固化性树脂中混合荧光体，成型为板状;
（ii）在丙烯酸树脂、聚碳酸酯、聚烯烃、聚苯乙烯、环烯烃、PVC等的热塑性树脂中混合荧光体，成型为板状;
（iiia）熔融二氧化硅、溶融石英、铝酸钙玻璃、铌酸锂、方解石、氧化钛、钛酸锶、氧化铝、氟化锂、氧化钇、氧化镁、氧化锆、氟化镁、氟化钙、氟化钠、氟化钡、氟化铅、碘化钠、氯化钠、氯化钾、氯化银、氯化铊、溴化铊盐、溴化钾、溴化銀、溴化铊、碘化钾、溴化铈、碘化铈;
（iiib）在石英玻璃、钠钙玻璃、光学玻璃等的氧化物玻璃、氟化物玻璃、硫系玻璃、
等的透明无机物中混合荧光体，成型为板状，
（iv）对YAG（钇铝石榴石）、TAG（铽铝石榴石）、硅酸盐系、SiAlON等荧光体粉末进行煅烧制成板状。
此外，光波长变换构件若在至少一个以上的发光元件上设置即可。此外，光波长变换构件可以在多个发光元件上分别设置。此外，光波长变换构件可以在多个发光元件上一体地设置。另外，在多个发光元件中设置一体的光波长变换构件时，光波长变换构件的厚度不一样也可以。例如，以与多个发光元件对置的方式配置一个光波长变换构件时，可以减小光波长变换构件的、与发光元件间的间隙区域对置部分的厚度。
〔滤波层〕
前述的滤波层46，优选适当设计成可选择性地透射所需波长的光的所谓光学薄膜。滤波层46是通过将折射率不同的材料交替地层叠而多层化得到的、例如作为分色镜发挥功能的滤波层。构成滤波层46的各层通过蒸镀、溅射而形成。本实施方式的滤波层46以透射蓝色光、反射黄色光的方式设置。需要说明的是，滤波层46当然不限于上述的滤波层，例如可以采用长波通滤光器、短波通滤光器、或带通滤光器。由这种光学薄膜构成的滤波层46在将板状的荧光体层44进行光学研磨而得的面上成膜。需要说明的是，滤波层46当然也可以在粗糙化面、凹凸面上成膜。
本实施方式的发光模块40，利用滤波层46透射从LED芯片42射出的光且反射由荧光体层44进行波长变换而得的光，因此光向正面方向的输出效率提高。此外，LED芯片42的配光比较集中于正面，以与LED芯片42的发光面42a对置的方式设置的荧光体层44为板状，LED芯片42的射出光和由荧光体层44变换了波长的变换光容易一起朝向正面方向。因此，尤其可以提高发光模块40的正面方向的亮度。
带通滤光器可组合电介质的薄膜而构成。电介质的薄膜的成膜方法使用各种公知的方法制作。作为这样的方法，例如可以使用气刀涂布、刮刀涂布、棒式涂布、刀式涂布、逆辊涂布、转移涂布、凹印涂布、轻触式涂布、流延涂布、喷雾涂布、帘幕式涂布、压延涂布、电沉积涂覆、挤压涂布、旋涂、真空镀敷法等。
带通滤光器可以组合低折射率和高折射率的电介质的薄膜来制作。例如，作为实现低折射率的电介质的物质，可以举出CaF（折射率1.23）、LiF（折射率1.36）、MgF2（折射率1.38）、SiO2（折射率1.46）LaF3（折射率1.59）。此外，作为实现高折射率的电介质的物质，可以举出NdF3（折射率1.60）、Al2O3（折射率1.63）、CeF3（折射率1.63）、MgO（折射率1.70）、BiF3（折射率1.74）、PbF2（折射率1.75）、BeO（折射率1.82）、Sc2O3（折射率1.86）、Pr6O11（折射率1.92）、La2O3（折射率1.95）、Nd2O3（折射率2.00）、HfO2（折射率2.09）、CeO2（折射率2.20）、ZrO2（折射率2.03）、OH-5（ZrO2+TiO2：折射率2.09）、Ta2O5（折射率2.14）、OS-50（Ti3O5：折射率2.24）、Sb2O3（折射率2.29）、PbCl2（折射率2.30）。
滤波层的入射面的最表层可以是高折射率的电介质薄膜，也可以是低折射率的电介质薄膜。需要说明的是，从耐久性的观点出发，优选SiO2等膜硬度高的物质。
（第2实施方式）
图6是表示第2实施方式的发光模块的主要部分的剖面图。本实施方式的发光模块60与第1实施方式的发光模块相比，进一步具备粘接滤波层46和LED芯片42的粘接层54，这点存在很大差异。粘接层54由折射率为1.3以上的透光性材料构成。具体来讲，优选氟系粘接剂、二甲基硅酮、双酚A型环氧树脂、TiO2系溶胶凝胶剂等。
如第1实施方式的发光模块那样，在滤波层46和LED芯片42之间为空气层48时，空气层48和LED芯片42的折射率之差比较大，因而LED芯片42的光输出效率存在改善的余地。通过将滤波层46和LED芯片42用具有比空气高的折射率的粘接层54进行粘接，可以提高LED芯片42的光输出效率。其结果，还可以提高发光模块的亮度。
上述的各实施方式的发光模块中，滤波层46的成膜位置仅形成在荧光体层44的表面中的、与LED芯片42对置的面44a上，但滤波层的成膜位置不限于该构成。例如，可以仅在荧光体层44的表面中的侧面成膜，或者在荧光体层44的表面中的侧面和与LED芯片42对置的面44a两者成膜。在将滤波层46于侧面成膜时，考虑亮度提高的效果和制造容易性，并非在全部侧面将滤波层成膜，可以仅在一部分的侧面上将滤波层成膜。
上述的各实施方式的荧光体层44可以是长方体，长方体的侧面也可以为锥形形状。图7表示侧面为锥形形状的荧光体层56的剖面图。需要说明的是，锥形形状是以从荧光体层56的入射面56a朝着射出面56b扩展的方式形成。通过使侧面为这种锥形形状，透射滤波层46的光难以从侧面射出，可以增加从作为荧光体层56正面的射出面56b射出的光束。
此外，在荧光体层44、荧光体层56的表面中的、未成膜滤波层46的表面形成防反射膜，也可以施以粗糙化或凹凸加工。作为防反射膜，例如可以举出将荧光体层的射出面进行镜面研磨后将多层电解质膜成膜而得到的膜。此外，作为表面的粗糙加工，例如可以举出以未形成滤波层的面的至少一部分的算术平均粗糙度Ra达到10nm~1000nm的方式用研磨机进行加工的方法。需要说明的是，优选地可以进行表面的粗糙化加工以使算术平均粗糙度Ra为100nm以上。此外，作为表面的凹凸加工，例如可以举出在未形成滤波层的面利用切块机（dicer）形成多个沟槽的方法。形成的沟槽的线宽度为1μm~1000μm、深度为1μm~1000μm左右。这样地，通过在荧光体层的表面形成防反射膜或者对表面进行加工，荧光体层的射出面的光输出效率进一步提高。
需要说明的是，作为凹凸加工，除了利用切块机的研削加工以外，还可以适当地使用激光加工、喷砂加工、干法蚀刻加工、湿法蚀刻加工等。
接着，以使用了蓝色发光LED芯片和黄色发光荧光体的白色发光模块为例，进一步对适合的滤波特性进行说明。当滤波层46为多层膜时，如果光倾斜地入射，则通常来讲透射/反射特性向（与垂直地入射的情况相比）短波长方向移动。换言之，与在光垂直地向滤波层入射时透射率（或反射率）骤变的波长相比，光倾斜地向滤波层入射时透射率（或反射率）骤变的波长向短波长侧移动。
图8是表示以往的滤波层的透射率的图表。图9是表示本实施方式的滤波层的透射率的图表。图10是表示入射角的定义的概要图。需要说明的是，图8和图9示出了从LED芯片42射出的光（波长420~480nm）以图10中示出的入射角θ（0、30、60度）从折射率1.4的粘接层54向滤波层46入射时的透射率T。
对于图8中示出的滤波层，随着入射角θ增大，透射率高的波长区域向短波长侧移动。特别地，在入射角60度时，蓝色LED芯片的发光光谱的波长区域的透射率T降低到46%。因此，在蓝色LED芯片的射出光中，特别地，以大的入射角向滤波层46入射的光中的多数被反射，到达荧光体层的光减少。其结果，从更有效地利用蓝色LED芯片的射出光的观点出发，具有进一步改良的余地。
因此，想到了具有图9中示出的特性的滤波层。在图9中示出的滤波层，随着入射角θ增大透射率高的波长区域向短波长侧移动，这点与图8中示出的滤波层相同。然而，图9中示出的滤波层，考虑随着入射角θ的增大，透射率高的波长区域向短波长侧移动这点，以入射角0度的透射/反射特性（图9中示出的线L1’）比以往的滤波层的入射角0度的透射/反射特性（图8中示出的线L1）向长波长侧移动15nm的方式构成。
图11是表示滤波层的有无和种类不同的发光元件光的透射率的入射角度依赖性的图表。需要说明的是，关于透射率，对从折射率1.4的粘接层朝向滤波层的光进行了计算。如图11所示，对于本实施方式的滤波层，即使LED芯片的光以入射角60度到达滤波层时，滤波层的透射率仍达到90%以上。
需要说明的是，通过进一步加大移动量，可以使入射角60度以上的LED芯片的光的透射率提高。相反地，入射角0度时的、透射率高的波长区域与荧光波长区域（490nm~780nm）的一部分重叠，因而反射性能下降。因此，本发明人等为了使光输出效率最大化，考虑了LED芯片的配光的定向性、LED芯片光的波长、荧光的波长平衡，发现优选在LED芯片射出光中的、对滤波层的更为透射的入射角在±60度范围的光（相当于LED芯片的射出光的总能量的90%）的滤波层。
需要说明的是，滤波层可以以半导体发光元件发出的光以入射角60度向滤波层入射时的透射率达到80%以上的方式构成。由此，可以将很多从半导体发光元件向正面方向射出的光导向荧光体层。
此外，如果将光以入射角0度向滤波层46入射时的透射率达到50%的光的波长（有多个时波长大的一方）记为λ1〔nm〕、将LED芯片42发出的光的峰值波长记为λp〔nm〕，则本实施方式的滤波层46以满足λp≤λ1≤λp+200〔nm〕的方式构成。具体来讲，本实施方式中，LED芯片42发出的光的峰值波长λp约为450nm，光以入射角0度向滤波层46入射时的透射率达到50%的光的波长λ1约为550nm，满足上述式的关系。
透射率达到50%的光的波长λ1小于LED芯片42的峰值波长λp时，很多从LED芯片42射出的光未透射滤波层46而到达荧光体层44的光减少。另一方面，透射率达到50%的光的波长λ1大于LED芯片42发出的光的峰值波长λp+200nm时，由荧光体层44波长变换而得的光中的、朝向滤波层46的光在滤波层46的表面未被充分地反射，因此未被反射的光在直接朝向LED芯片42时变换成热。因此，将滤波层46以满足λp≤λ1≤λp+200〔nm〕的方式构成，由此可以抑制无助于发光模块的发光而变为无用的光的产生。需要说明的是，优选将滤波层46以满足λp+50〔nm〕≤λ1≤λp+200〔nm〕的方式构成即可。更优选将滤波层46以满足λp+100〔nm〕≤λ1≤λp+150〔nm〕的方式构成即可。
此外，在上述各实施方式中，滤波层46若在LED芯片42发出的光的光轴上则设置在何处无妨，例如可以形成在LED芯片内的发光层的正上方、在LED芯片的正上方。优选地，设置在荧光体层44的入射侧，由此可以在荧光体层44的内部高效地反射经波长变换而得的光。
以下，参照各实施例对组合上述各种构成得到的发光模块的亮度进行说明。
〔实施例〕
（实施例1-1~实施例1-3）
在本实施例中，在图3或图4中示出的发光模块，将半导体发光元件按类型的亮度进行比较。比较例1的发光模块，半导体发光元件为倒装芯片（FC）型LED，不具备滤波层。实施例1-1的发光模块，半导体发光元件是FC型LED，具备滤波层。实施例1-2的发光模块，半导体发光元件是立（VC）式LED，具备滤波层。实施例1-3的发光模块，半导体发光元件是LD，具备滤波层。需要说明的是，比较例和各实施例的发光模块的荧光体层，是分散粉末荧光体而得的玻璃组合物，厚度是150μm。
表1汇总了比较例1和实施例1-1~1-3的发光模块的构成和亮度的表。
〔表1〕
如实施例1-1~1-3所示，通过设置滤波层，与比较例相比亮度提高了。特别地，具备定向性高的LD的实施例1-3的发光模块比比较例1的发光模块的亮度提高了20%。
（实施例2-1、实施例2-2）
本实施例中，对是否优选将滤波层在荧光体层的任一个面上成膜进行研究。实施例2-1的发光模块仅在荧光体层的侧面成膜滤波层。实施例2-2的发光模块，在荧光体层的侧面和底面成膜滤波层。需要说明的是，其他构成与比较例1和实施例1-1相同。
表2汇总了比较例1和实施例1-1、2-1、2-2的发光模块的构成和亮度。
〔表2〕
如实施例1-1、2-1、2-2所示，通过在荧光体层的表面形成滤波层，发光模块的亮度提高。此外，如实施例2-2所示，通过在与荧光体层的LED芯片对置侧的面（底面）和侧面设置滤波层，可以反射从荧光体层向LED芯片的荧光，并且抑制从荧光体层的侧面向外部射出的光，发光模块的亮度进一步提高。
（实施例3-1、实施例3-2）
在本实施例中，对荧光体层的种类进行研究。实施例3-1的发光模块，具备将粉末荧光体分散在双酚A型环氧树脂而得到的树脂板荧光体层。实施例3-2的发光模块具备将荧光体烧结而得的陶瓷荧光体层。比较例3-1的发光模块具备将粉末荧光体分散在二甲基硅酮树脂中得到的树脂膜荧光体层。比较例3-2的发光模块具备实施例3-1的树脂板荧光体层，但不将滤波层成膜。
表3汇总了比较例3-1、3-2和实施例3-1、3-2的发光模块的构成和亮度。
〔表3〕
如实施例3-1、3-2所示，由于具备板状的荧光体层，发光模块的亮度提高。特别地，具备板状的陶瓷荧光体层的实施例3-2的发光模块比比较例1的发光模块亮度提高了16％。需要说明的是，比较例3-1的荧光体层，是树脂膜因而硬度不足，在加工时外力容易使膜形状变形。因此，在加工时发生在膜中产生裂纹的问题，或者蒸镀而得的滤波层发生剥离的问题，无法准确地测定亮度。
（实施例4-1~实施例4-4）
在本实施例中，对透光性的粘接层的折射率差异进行研究。实施例4-1的发光模块，具备由氟系粘接剂（折射率n=1.34）构成的粘接层。实施例4-2的发光模块具备由二甲基硅酮（n=1.41）构成的粘接层。实施例4-3的发光模块具备由双酚A型环氧树脂（n=1.55）构成的粘接层。实施例4-4的发光模块具备由TiO2溶胶凝胶剂（折射率n=1.60）构成的粘接层。需要说明的是，其他构成与实施例3-2相同。
表4汇总了实施例4-1~4-4的发光模块的构成和亮度。
〔表4〕
如实施例4-1~4-4所示，将半导体发光元件和滤波层用粘接层进行粘接，发光模块的亮度大幅地提高。特别地，具备折射率为1.3以上的粘接层的发光模块比比较例1的发光模块的亮度提高了约40%以上。此外，越是具备折射率高的粘接层的发光模块，则亮度越是提高。认为这是由于，在半导体发光元件为倒装芯片型的LED芯片时，射出面由蓝宝石构成的情况很多，蓝宝石的折射率为1.78左右，因而通过使用折射率接近于该折射率的粘接层，来自LED芯片的光的输出效率提高的缘故。
需要说明的是，粘接层的厚度为0.1μm~100μm的范围是适合的。若粘接层的厚度为0.1μm以上，则可以将滤波层和半导体发光元件进行粘接。此外，若粘接层的厚度为100μm以下，则半导体发光元件的光不过度地扩展而能够到达滤波层，而且透射率的下降也被抑制。
（实施例5）
在本实施例中，对在荧光体层的射出面上形成防反射膜时的效果进行研究。实施例5的发光模块，在荧光体层的射出面上涂覆了由多层电解质膜构成的防反射层。
表5汇总了实施例4-2、实施例5的发光模块的构成和亮度。
〔表5〕
如实施例5所示，通过在荧光体层的射出面形成防反射膜，来自荧光体层的光输出效率提高，发光模块的亮度提高。
（实施例6-1~实施例6-6）
在本实施例中，对荧光体层的射出面的凹凸（沟槽）加工的效果进行研究。图12是表示荧光体层的射出面经沟槽加工而得到的凹凸形状的主要部分剖面图。如图12所示，荧光体层44在未形成滤波层46的面的至少一部分具有沟槽形状。定义沟槽形状的参数为沟槽宽度W、沟槽深度D、作为沟槽间的未加工部分的宽度的空隙L。实施例6-1~实施例6-5的各荧光体层，以使相对于荧光体层的厚度的沟槽深度D达到90%的方式进行加工，沟槽深度D不同在45μm~450μm的范围。需要说明的是，沟槽宽度W和空隙L均为100μm。此外，实施例6-6的发光模块，除了不具备滤波层这点以外，其余与实施例4-2相同。
表6汇总了实施例4-2、实施例6-1~6-6的发光模块的构成和亮度。需要说明的是，表中亮度栏括号内的数值为没有滤波层时的亮度。
〔表6〕
如实施例6-1~6-5所示，通过在荧光体层的射出面设置沟槽，荧光体层的射出面的光输出效率提高，发光模块的亮度提高。此外，在相对于荧光体层厚度的沟槽深度D的比例为恒定的情况下，沟槽深度越小则发光模块的亮度越高，而且在设置滤波层时的亮度提高比例也增高。特别地，荧光体层的厚度为150μm以下的实施例的发光模块比比较例1的发光模块的亮度提高了100%以上。
此外，如果比较陶瓷荧光体层的厚度为150μm、未进行沟槽加工的实施例4-2和实施例6-6的发光模块，则相比于没有滤波层的实施例6-6的发光模块的相对亮度为138，具有滤波层的实施例4-2的发光模块的相对亮度为145。换言之，在未进行沟槽加工的荧光体层上设置滤波层的效果大致为5%（138→145）。
陶瓷荧光体层的厚度为150μm，如果观察进行了沟槽加工的实施例6-3，则相对于没有滤波层的发光模块的相对亮度为193，具有滤波层的发光模块的相对亮度为221。换言之，在进行沟槽加工的荧光体层上设置滤波层的效果大致为14%（193→221）。换言之，可知通过在荧光体层上将滤波层成膜且对荧光体层的射出面施以沟槽加工，协同效果使发光模块的亮度进一步提高。
这样地，因沟槽加工的有无带来的亮度提高效果的差异，考虑为以下。在对荧光体层的射出面未进行沟槽加工时，由荧光体层进行波长变换而得的光中，滤波层向射出面方向反射的光在板状的陶瓷荧光体层内容易被射出面再次反射，在荧光体层内部被反复地反射最终变为热。因此，认为被滤波层反射的光不能有效地向荧光体层的外部输出。另一方面，认为在对荧光体层的射出面进行沟槽加工时，被滤波层反射的光可以有效地向荧光体层的外部输出，实现了发光模块亮度的进一步的提高。
（实施例7-1~实施例7-4）
在本实施例中，对荧光体层的射出面的凹凸（沟槽）加工效果进行研究。实施例7-1~实施例7-4中的各荧光体层，加工成沟槽深度D相对于厚度为恒定的荧光体层为不同，沟槽深度D在3μm~100μm范围不同。需要说明的是，沟槽宽度W和空隙L均为100μm。
表7汇总了实施例7-1~7-4的发光模块的构成和亮度。需要说明的是，表中的亮度栏括号内的数值是没有滤波层时的亮度。
〔表7〕
如实施例7-1~7-4所示，通过在荧光体层的射出面设置沟槽，荧光体层的射出面的光输出效率提高，发光模块的亮度提高了。此外，相对于恒定厚度的荧光体层的沟槽深度D越大则发光模块的亮度越是提高。特别地，若沟槽深度D为3μm以上，相对于比较例1的发光模块亮度提高了100%以上。
（实施例8-1~实施例8-4）
在本实施例中，对荧光体层的射出面进行粗化加工的效果进行研究。实施例8-1~实施例8-4中的各荧光体层，荧光体层的射出面的算术平均粗糙度不同在100nm~1000nm的范围。
表8汇总了实施例8-1~8-4的发光模块的构成和亮度。
〔表8〕
如实施例8-1~8-4所示，通过将荧光体层的射出面粗糙化，荧光体层的射出面的光输出效率提高，发光模块的亮度提高。此外，若射出面的算术平均粗糙度为100nm~1000nm，相对于比较例1的发光模块，亮度提高了100%以上。特别地，若算术平均粗糙度为400nm~1000nm，则相对于比较例1的发光模块，亮度提高了200%以上。
在以上的各实施方式、各实施例的发光模块中，主要对半导体发光元件为单个的情况进行了说明。然而，发光模块具备的半导体发光元件不限于单个，对应于用途、作为必要的特性也可以是多个。
在这种情况下，当将发光模块所包含的半导体发光元件的个数记为N、将与各半导体发光元件的滤波层对置侧的射出面的面积记为S、将与荧光体层的半导体发光元件对置的侧的入射面的面积记为T时，则满足S≤T/N≤4×S即可。由此，从半导体发光元件射出的光大多入射到荧光体层。
〔组成分析〕
上述各膜（层）的组成分析，例如，边将薄膜剖面用扫描型电子显微镜（SEM）观察，边用能量分散型X射线分析装置（XMA）进行元素分析，或者边将膜表面用离子束蚀刻边使用光电子能谱仪（XPS）、二次离子质谱仪（SIMS：SecondaryIonMassSpectrometer）等。利用这样的手法，对各膜的膜厚、材料进行特别规定。
〔光学模拟〕
光学薄膜的光学特性使用市售光学薄膜设计软件（例如，EssentialMacleod）来特别规定。这种薄膜设计软件可以由膜材料的折射率和膜厚数据对多层膜的分光特性进行模拟。同时，可以再现与任意的粘接树脂折射率和入射光线的入射角度对应的分光特性。
以上，将本发明与各实施方式、各实施例一起进行说明。这些实施方式、实施例是例示，这些各构成要素、各处理工序的组合可以有各种变形例，而且本领域技术人员可以理解这样的变形例也处于本发明的范围内。
在上述实施方式中，对组合发出蓝色光的半导体发光元件和黄色的荧光体得到的发光模块进行说明，但作为发光模块可以具有发出紫外光的半导体发光元件、和被紫外光激发而分别发出红、绿、蓝色光的多个荧光体。此外，也可以具有发出紫外光的半导体发光元件、和被紫外光激发而发出青、黄色光的荧光体的发光模块。另外，本实施方式的发光模块不仅可以用于车辆用灯具，也可以用于照明用灯具。
〔工业实用性〕
本发明的发光模块可以利用在各种灯具、例如照明用灯具、显示器、车辆用灯具、信号机等中。
〔标号说明〕
10-灯具本体单元、32-发光模块、42-LED芯片、42a-发光面、44-荧光体层、46-滤波层、48-空气层、52-CAN型LD、54-粘接层。

Claims (7)

1.一种发光模块，其特征在于，包括：
半导体发光元件，
板状的光波长变换构件，以与所述半导体发光元件的发光面对置的方式设置，变换所述半导体发光元件发出的光的波长，以及
滤波层，形成在所述板状的光波长变换构件的表面中的、与所述半导体发光元件对置的面和侧面的至少任一个表面上，使从所述半导体发光元件射出的光透射，并且反射由光波长变换构件进行波长变换后的光；
粘接所述滤波层和所述半导体发光元件的粘接层，
所述半导体发光元件被构成使得自正面方向±60度范围内的射出光的能量相对于射出光的总能量的比例为80％以上，
所述滤波层被形成在所述光波长变换构件的表面中的、与所述半导体发光元件对置的面上，
所述滤波层被构成使得所述半导体发光元件发出的光以入射角60度向该滤波层入射时的透射率为80％以上，
所述粘接层含有折射率为1.3以上的材料，
所述粘接层的厚度为0.1μm～100μm。
2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，
所述光波长变换构件的、未形成所述滤波层的面的至少一部分具有凹凸形状。
3.根据权利要求2所述的发光模块，其特征在于，
所述凹凸形状由多个沟槽构成；
所述沟槽的宽度为1μm～1000μm，深度为1μm～1000μm。
4.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，
所述光波长变换构件的、未形成所述滤波层的面的至少一部分的算术平均粗糙度Ra为100nm～1000nm。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的发光模块，其特征在于，
当将发光模块中包含的所述半导体发光元件的个数记为N，将与各所述半导体发光元件的滤波层对置侧的射出面的面积记为S，将与所述光波长变换构件的半导体发光元件对置侧的入射面的面积记为T时，满足S≤T/N≤4×S。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的发光模块，其特征在于，
所述光波长变换构件的厚度为1μm～1000μm。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的发光模块，其特征在于，
将光以入射角0度入射到所述滤波层时的透射率为50％的光的波长记为λ1(nm)，将所述半导体发光元件发出的光的峰值波长记为λp(nm)时，
所述滤波层被构成使得满足λp≤λ1≤λp+200(nm)。
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