CN105280801A

CN105280801A - 发光模块

Info

Publication number: CN105280801A
Application number: CN201510345941.3A
Authority: CN
Inventors: 大长久芳; 杉森正吾
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2014-06-24
Filing date: 2015-06-19
Publication date: 2016-01-27
Also published as: DE102015211398A1; US20150372198A1; FR3022689A1; FR3022689B1; JP2016009761A

Abstract

本发明提供一种发光模块，其为提高发光模块散热性的新技术。发光模块(10)具有：半导体发光元件(12)；光波长转换部件(14)，其对发光体发光元件(12)发出的元件光进行波长转换，发出与元件光不同颜色的转换光；透过部件(16)，其配置在半导体发光元件与光波长转换部件之间，使元件光透过；透明粘接剂(18)，其将光波长转换部件与透过部件粘接。透过部件(16)由向外部传导在光波长转换部件(14)中产生的热量的导热性材料构成，粘接剂(18)的厚度为20μm以下。

Description

发光模块

技术领域

本发明涉及发光模块。

背景技术

以往，设计了一种使用发光二极管(LightEmittingDiode：LED)、激光二极管(LaserDiode：LD)等半导体发光元件的半导体发光装置。另外，还设计了通过半导体发光元件与荧光体的组合来实现白色光源的各种装置(参照专利文献1、2)。

专利文献1：(日本)特开2008-305936号公报

专利文献2：(日本)特开2009-289976号公报

然而，若半导体发光元件发出的光在荧光体进行下变频处理，则不能避免因能量转换而产生斯托克斯损耗。荧光体由于该斯托克斯损耗而发热，温度升高。特别是，若半导体发光元件的性能提高而使得亮度增高，则在荧光体中的发热量将进一步增加。因此，需要寻找适合的散热对策。

发明内容

本发明是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供一种提高发光模块的散热性的新技术。

为了解决上述问题，本发明某一方面的发光模块具有：半导体发光元件；光波长转换部件，其对半导体发光元件发出的元件光进行波长转换，发出与元件光不同颜色的转换光；透过部件，其配置在半导体发光元件与光波长转换部件之间，使元件光透过；透明的粘接剂，其将光波长转换部件与透过部件粘接。透过部件由向外部传导在光波长转换部件中产生的热量的导热性材料构成，粘接剂的厚度为20μm以下。

根据该方面，能够将光波长转换部件在对半导体发光元件发出的元件光进行波长转换时产生的热量经过由导热性材料构成的透过部件向外部散发。

透过部件的透光率为40％以上，导热率为10W/(m·K)以上。

半导体发光元件也可以发出紫外光或短波长可见光。即使利用这样的半导体发光元件，只要是由例如二甲基硅酮(ジメチルシリコーン)组成的粘接剂，就能够减少粘接剂的劣化。

半导体发光元件也可以为激光二极管，透过部件也可以配置在自半导体发光元件的光出射部分离的位置。因为激光二极管与透过部件分开配置，所以，能够高效地进行激光二极管的振荡。

透过部件也可以由比光波长转换部件的导热率高的材料构成。由此，能够使光波长转换部件的热量高效地向透过部件移动。

根据本发明，能够提高发光模块的散热性。

附图说明

图1是表示第一实施方式的发光模块的结构概况的图。

图2是表示第二实施方式的发光模块的结构概况的图。

图3是表示第三实施方式的发光模块的结构概况的图。

附图标记说明

10发光模块；12半导体发光元件；14光波长转换部件；14a出射面；14b侧面；14c入射侧；16透过部件；18粘接剂；20安装基板；22散热件；22a夹持部；22b斜面；24反射膜；30发光模块；32半导体发光元件；32a光出射部；34壳体；40发光模块；42短波通滤光片。

具体实施方式

以下，参照附图、以优选实施方式为范例说明本发明。对于各附图中示出的相同或等同的构成要素、部件、处理，将标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。另外，实施方式只是例示，不对本发明构成限定，实施方式中记述的所有特征及其组合不一定是本发明的本质所在。

[第一实施方式]

<发光模块>

图1是表示第一实施方式的发光模块的结构概况的图。发光模块10具有半导体发光元件12、对半导体发光元件12发出的元件光进行波长转换、发出与元件光不同颜色的转换光的光波长转换部件14、配置在半导体发光元件12与光波长转换部件14之间、使元件光透过的透过部件16和将光波长转换部件14与透过部件16粘接的透明的粘接剂18。透过部件16由向外部传导在光波长转换部件14中产生的热量的导热性材料构成。

本实施方式的半导体发光元件12搭载于安装基板20。另外，在安装基板20的缘部设有散热件22，散热件22将半导体发光元件12、光波长转换部件14发出的热量向外部散发。散热件22优选为导热率高的铝、铜。

散热件22具有保持透过部件16外缘部的夹持部22a。散热件22的包围光波长转换部件14的上部区域为斜面22b。在斜面22b上设有反射膜24。反射膜24能够通过将从光波长转换部件14向侧方出射的光向发光模块10的正面(图1的上方)反射，来提高发光模块10的亮度。作为反射膜24，优选为铝、银等反射率高的金属膜、氧化铝、二氧化钛等漫反射率高的白色膜。

这样，本实施方式的发光模块10将光波长转换部件14设置在导热性高的透过部件16上，半导体发光元件12的元件光从光波长转换部件14的透过部件侧的入射面入射，并使光主要从发光模块正面的出射面14a出射。此时，自半导体发光元件12出射的元件光与在光波长转换部件14上进行波长转换的转换光混合生成的所需颜色(例如白色)的光向发光模块10的正面照射。

<半导体发光元件>

半导体发光元件12例如使用发出紫外线或短波长可见光(近紫外光～蓝色光)的InGaN基LED元件。另外，半导体发光元件12发出的光最好是在365～470nm(优选为380～430nm)的波长区域内具有峰值波长的紫外线或短波长可见光。也可以为LED元件以外的发光元件，只要是发出紫外线或短波长可见光的发光元件即可，也可以为LD元件或EL元件。另外，考虑到光量及照射范围，发光模块10所使用的半导体发光元件12也可以为多个。

<光波长转换部件>

光波长转换部件14例如可以举出：(i)使粉末状荧光体烧结成的板状烧结体、(ii)在透明粘合剂中高密度填充了粉末荧光体的荧光体膜、(iii)荧光体的单晶等荧光体层。作为荧光体的材料，可以举出由紫外光(紫外线)或短波长可见光激发、进行发光的以下荧光体。

(1)YAG：Ce³⁺

(2)(Ca₁－_xSr_x)₇(SiO₃)₆Cl₂：Eu²⁺

(3)(Ca，Sr)₅(PO₄)₃Cl：Eu²⁺

(4)(Ca，Sr)SiAlN₃：Eu²⁺

(5)β－SiAlON

(6)α－SiAlON

另外，荧光体的种类不限于一种。例如，在半导体发光元件12为紫色LED元件的情况下，虽然基本上是组合黄色荧光体与蓝色荧光体，但考虑到照射光所需要的色温及演色性，也可以适当组合红色或绿色的荧光体。另外，在使用蓝色LED元件作为半导体发光元件12的情况下，也可以只为黄色荧光体，或者也可以与黄色荧光体相比，相对减少蓝色荧光体的量。

本实施方式的光波长转换部件14为发光模块10的正面侧即出射面14a的面积A1大于包围出射面14a的侧面的面积A2的形状。由此，能够减少从光波长转换部件14的侧面出射的光。

<透过部件>

透过部件16优选导热率高的透明基板。在此，所谓的透明，是指在可见光的波长区域(380～780nm)内的吸收较少，例如透光率为40％以上，优选为60％以上，更优选为80％以上。另外，透过部件16可以由导热率为10W/(m·K)以上、优选为30W/(m·K)以上、更优选为100W/(m·K)以上的材料构成。具体地说，可以举出金刚石、SiC、GaN、MgO、蓝宝石、YAG等的单晶或多晶。

如前所述，在利用荧光体等光波长转换部件14的波长转换的半导体发光装置中，在光波长转换部件14的下变频导致的斯托克斯损耗的发热下，光波长转换部件14的温度升高。另一方面，随着温度升高，光波长转换部件14产生温度消光。因此，通过将光波长转换部件14在对半导体发光元件12发出的元件光进行波长转换时产生的热量经过前述由导热性材料构成的透过部件16向外部散发，能够提高发光模块10的散热性。

此外，透过部件16由比光波长转换部件14的导热率高的材料构成。由此，能够使光波长转换部件14的热量高效地向透过部件16移动。

<粘接剂>

粘接剂18是为了将光波长转换部件14与透过部件16直接接合、或经由其他部件将光波长转换部件14与透过部件16间接地接合而使用的。作为粘接剂18，可以考虑接合强度及耐久性等而进行适当的选择，例如可以举出溶胶-凝胶石英玻璃(ゾルーゲルシリカガラス)、溶胶-凝胶二氧化钛玻璃(ゾルーゲルチタニアガラス)、二甲基硅酮等。另外，由粘接剂18形成的层的厚度例如为20μm以下，更优选为3μm以下。

由此，作为粘接剂18，能够形成薄层，所以，热量容易从光波长转换部件14向透过部件16移动。另外，通过采用二甲基硅酮作为粘接剂18，即使半导体发光元件12发出的光为紫外光或短波长可见光，也能够减少粘接剂的劣化。这样，从紫外光等引起的劣化、耐热性以及透过率等观点出发，二甲基硅酮为均衡性较为良好的材料。此外，也可以不使用粘接剂而直接接合光波长转换部件14与透过部件16。作为该方法，例如可以举出常温接合、等离子体接合、阳极接合等。另外，也可以使用粘接剂18、导热部件等将半导体发光元件12与透过部件16接合。由此，半导体发光元件12所产生的热量也能够经由透过部件16向外部散发。

<安装基板>

作为搭载半导体发光元件12的安装基板20，可以举出金属基板(铝基板、铜基板等)、陶瓷基板(氧化铝、氮化铝等)、树脂基板(玻璃环氧基板等)、引线框架、与树脂架形成一体的引线框架、柔性基板(FPC)等。基板可以考虑导热性、电绝缘性、价格等进行选择。

[第二实施方式]

图2是表示第二实施方式的发光模块的结构概况的图。注意，对于与第一实施方式相同的结构，将标注相同的附图标记并适当省略说明。发光模块30具有半导体发光元件32、对半导体发光元件32发出的元件光进行波长转换、发出与元件光不同颜色的转换光的光波长转换部件14、配置在半导体发光元件32与光波长转换部件14之间、使元件光透过的透过部件16和将光波长转换部件14与透过部件16粘接的透明的粘接剂18。

透过部件16的外缘部保持在兼作散热件的壳体34上。壳体34优选导热性良好且轻量的材质，例如铝、镁、钛、铁、铜、不锈钢、银、镍等金属材料、或混合了导热率良好的填充材料的高导热性塑料材料。

第二实施方式的半导体发光元件32使用发出紫外线或短波长可见光(近紫外光～蓝色光)的GaN基LD元件。半导体发光元件32发出的光最好是在365～470nm(优选为380～430nm)的波长区域内具有峰值波长的紫外线或短波长可见光。另外，透过部件16配置在自半导体发光元件32的光出射部32a分离的位置。

由此，LD元件即半导体发光元件32的光出射部32a的正面存在折射率n较小的空气(n＝1)。也就是说，与构成LD元件的GaN基(n＝2.3～2.5)等物质的折射率差增大，能够高效地进行激光二极管的振荡。

另外，第二实施方式的光波长转换部件14在出射面14a周围的侧面14b上设有反射膜24。反射膜24能够通过将在光波长转换部件14的内部产生的转换光中的、向侧面14b行进的光向发光模块30的正面(图2的上方)反射，来提高发光模块30的亮度。

这样，在使用LD元件作为半导体发光元件32的情况下，与LED元件相比，能够缩小元件光的照射区域，所以能够提高亮度。另一方面，因为元件光集中在光波长转换部件14的狭小区域，所以照射区域内的发热增多。因此，发光模块30构成为将光波长转换部件14中的热量经由透过部件16向壳体34传导，散热性得到了提高。

[第三实施方式]

图3是表示第三实施方式的发光模块的结构概况的图。注意，第三实施方式的发光模块的特征在于，在第二实施方式的发光模块中设置了短波通滤光片这一点。因此，对于与第二实施方式相同的结构，将使用相同的附图标记，并适当省略说明。

发光模块40的透过部件16在与光波长转换部件14相对的一侧形成有短波通滤光片42。也就是说，光波长转换部件14通过粘接剂18与包括短波通滤光片42的透过部件16接合。通常，光波长转换部件14中的转换光比半导体发光元件32的元件光波长长。另外，基于荧光体的转换光为朗伯型(Lambertian)光，所以，一部分光向着半导体发光元件32的方向。因此，通过利用使半导体发光元件32的元件光透过、使光波长转换部件14中的转换光不透过而反射的短波通滤光片42，能够实现亮度更高的发光模块。

此外，设置短波通滤光片42的位置不限于图3的结构，也可以形成在光波长转换部14的入射侧14c。在该情况下，透过部件16通过粘接剂18与包括短波通滤光片42的光波长转换部件14接合。

以上参照上述各实施方式说明了本发明，但本发明不限于上述各实施方式，将各实施方式的结构适当进行组合的结构或进行置换的结构也包含在本发明中。另外，还能够基于本领域技术人员的知识适当对各实施方式中的组合或处理的顺序进行重新组合、对各实施方式加以各种设计变更等变形，加以那种变形的实施方式也可能包含在本发明的范围内。

Claims

1.一种发光模块，其特征在于，具有：

半导体发光元件；

光波长转换部件，其对所述半导体发光元件发出的元件光进行波长转换，发出与所述元件光不同颜色的转换光；

透过部件，其配置在所述半导体发光元件与所述光波长转换部件之间，使所述元件光透过；

透明的粘接剂，其将所述光波长转换部件与所述透过部件粘接；

所述透过部件由向外部传导在所述光波长转换部件中产生的热量的导热性材料构成，

所述粘接剂的厚度为20μm以下。

2.如权利要求1所述的发光模块，其特征在于，所述透过部件的透光率为40％以上，导热率为10W/(m·K)以上。

3.如权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，所述半导体发光元件发出紫外光或短波长可见光。

4.如权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，所述半导体发光元件为激光二极管，

所述透过部件配置在自所述半导体发光元件的光出射部分离的位置。

5.如权利要求3所述的发光模块，其特征在于，所述半导体发光元件为激光二极管，

6.如权利要求1或2所述的发光模块，其特征在于，透过部件由比所述光波长转换部件的导热率高的材料构成。

7.如权利要求3所述的发光模块，其特征在于，透过部件由比所述光波长转换部件的导热率高的材料构成。

8.如权利要求4所述的发光模块，其特征在于，透过部件由比所述光波长转换部件的导热率高的材料构成。

9.如权利要求5所述的发光模块，其特征在于，透过部件由比所述光波长转换部件的导热率高的材料构成。