CN102227827A - 发光模块、发光模块的制造方法以及灯具单元 - Google Patents

Abstract

在发光模块(40)中，光波长转换陶瓷(52)被形成为板状，将半导体发光元件(48)发出的光的波长转换后射出。光波长转换陶瓷(52)具有越接近边缘部越越靠近半导体发光元件(48)地倾斜的锥面(52a)。光波长转换陶瓷(52)是透明的，被设计成转换后的发光波段的全光线透射率为40％以上。

Description

发光模块、发光模块的制造方法以及灯具单元

技术领域

本发明涉及发光模块及其制造方法、以及具有发光模块的灯具单元。

背景技术

近年来正在进行如下的技术开发：以高寿命化、功耗降低等为目的，使用含有LED(Light Emitting Diode：发光二极管)等发光元件的发光模块来作为向车辆前方照射光的灯具单元等用于照射强光的光源。但是，为了以这样的用途来使用，需要发光模块具有高亮度、高光度。在此，例如已提出有如下的照明装置(例如参照专利文献1)，该照明装置包括：为了提高白色光的提取效率而主要发出蓝色光的发光元件；受蓝色光激发而主要发出黄色光的黄色系荧光体；以及使来自发光元件的蓝色光透射、并反射波长在来自黄色系荧光体的黄色光以上的光的蓝色透射黄色系反射装置。

但是，在使用普通的粉末状的荧光体来转换光的波长的情况下，在光遇到荧光体的粒子时，该光的光度被削弱，因此难以实现光的高利用效率。因此，例如提出了具有配置在由发光层所射出的光的路径内的陶瓷层的构造体(例如参照专利文献2)。

【在先技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开2007-59864号公报

【专利文献2】日本特开2006-5367号公报

发明内容

【发明所要解决的课题】

在此，图9中示出在半导体发光元件202的上表面层叠了剖面为长方形形状的光波长转换陶瓷204的发光模块200中光的行进路线的一例。在半导体发光元件202中，所发出的光的一部分倾斜地行进。这样的光在光波长转换陶瓷204的出射面的内侧被反射，然后在光波长转换陶瓷204的端面的内侧再次被反射，从而返回到半导体发光元件202。象这样返回到半导体发光元件202的光容易就此被半导体发光元件202吸收，会导致光的利用效率的降低。

本发明就是为了解决上述课题而开发的，其目的在于提高发光模块中的光波长转换部件对光的利用效率。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，本发明的一个方案的发光模块包括发光元件和将发光元件发出的光的波长转换后射出的板状的光波长转换部件。光波长转换部件具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面。

通过该方案，能够使向边缘部行进的光高效率地从锥面射出到外部。因此，能够减少在边缘部周围反射而返回到发光元件的光，能够使光的利用效率提高。

光波长转换部件可以是透明的。通过该方案，能够抑制光通过光波长转换部件内部时的光度的减少。因此，能够高效率地利用发光元件发出的光。

也可以是，光波长转换部件的转换后的发光波段的全光线透射率为40％以上。本发明人专心研究开发后发现，若是光波长转换部件中的转换后的发光波段的全光线透射率为40％以上的透明的状态，则既能够实现光波长转换部件对光的波长的合适转换，又能够抑制在光波长转换部件中通过的光的光度的减少。因此，通过该方案，能够在抑制光度减少的同时，对在光波长转换部件中通过的光的波长进行合适的转换。

也可以是，锥面的倾斜方式为越接近边缘部就越靠近发光元件。通过该方案，能够使光高效率地从光波长转换部件向与发光元件发出光的方向相同的方向射出。

也可以是，锥面的倾斜方式为越接近边缘部就越远离发光元件。此时，还可以具有反射层，其被设置在锥面上，用于反射想要从光波长转换部件射出的光。在该方案中，也能够使光高效率地从光波长转换部件向与发光元件发出光的方向相同的方向射出。

本发明的另一方案是发光模块的制造方法。该方法包括如下步骤：在将所入射的光的波长转换后射出的板状的光波长转换部件上，设置越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面的步骤；配置发光元件和光波长转换部件，以使得发光元件发出的光入射到光波长转换部件中的步骤。

通过该方案，由于使用板状的光波长转换部件，因此能够容易地设置锥面。因此，能够简易地制造光的利用效率良好的发光模块。

本发明的另一方案是灯具单元。该灯具单元具有发光模块和光学部件，该发光模块包括发光元件和将发光元件发出的光的波长转换后射出的板状的光波长转换部件；该光学部件使从发光模块射出的光汇聚。光波长转换部件具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面。

通过该方案，能够使用光的利用效率良好的发光模块制造灯具单元。因此，能够提供高亮度或高光度的灯具单元。

发明效果

通过本方案，能够提高发光模块中的光波长转换部件对光的利用效率。

附图说明

图1是表示第1实施方式的车辆用前照灯的结构的剖面图。

图2是表示第1实施方式的发光模块基板的结构的图。

图3是表示第1实施方式的发光模块的结构的图。

图4是表示第2实施方式的发光模块的结构的图。

图5是表示第3实施方式的发光模块的结构的图。

图6是表示第4实施方式的发光模块的结构的图。

图7是表示第5实施方式的发光模块的结构的图。

图8是表示第6实施方式的发光模块的结构的图。

图9是表示在半导体发光元件的上表面层叠了剖面为长方形形状的光波长转换陶瓷的发光模块中的光的行进路线的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图详细地说明本发明的实施方式(以下称为实施方式)。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式的车辆用前照灯10的结构的剖面图。车辆用前照灯10具有灯具主体12、前面罩14以及灯具单元16。以下，将图1中的左侧作为灯具前方、将图1中的右侧作为灯具后方来进行说明。另外，将向灯具前方观察时的右侧称为灯具右侧、左侧称为灯具左侧。图1示出从灯具左侧观察被包含灯具单元16的光轴的铅垂平面所截出的车辆用前照灯10时的剖面。当车辆用前照灯10安装在车辆上时，在车辆上左右相互对称地形成的车辆用前照灯10分别设于车辆左前方和右前方。图1示出左右中一方的车辆用前照灯10的结构。

灯具主体12形成为具有开口的厢状。前面罩14利用具有透光性的树脂或玻璃而形成为碗状。前面罩14的边缘部被安装于灯具主体12的开口部。这样，在由灯具主体12和前面罩14所覆盖的区域内形成灯室。

灯室内配置有灯具单元16。灯具单元16被前照灯校光螺钉(aiming screw)18固定在灯具主体12上。下方的前照灯校光螺钉18被构成为随着调平促动器(leveling actuator)20的工作而旋转。因此，能够通过使调平促动器20工作来使灯具单元16的光轴在上下方向移动。

灯具单元16具有投影透镜30、支承部件32、反射镜34、托架36、发光模块基板38以及散热片42。投影透镜30由灯具前方侧表面为凸面、后方侧表面为平面的平凸非球面透镜构成，使形成于其后方焦点面上的光源像反转地投影向灯具前方。支承部件32支承投影透镜30。发光模块基板38上设有发光模块40。反射镜34反射来自发光模块40的光，在投影透镜30的后方焦点面上形成光源像。这样一来，反射镜34和投影透镜30作为将发光模块40发出的光向灯具前方聚光的光学部件而发挥作用。散热片42安装在托架36的后方侧的面上，主要释放发光模块40所发出的热。

支承部件32上形成有遮光器32a。车辆用前照灯10被作为近光(low-beam)用光源来使用，遮光器32a遮挡从发光模块40发出、并被反射镜34反射来的光的一部分，从而在车辆前方形成近光用对光图案中的明暗截止线。由于近光用对光图案是公知的，故在此省略说明。

图2是表示第1实施方式的发光模块基板38的结构的图。发光模块基板38具有发光模块40、基板44以及透明罩46。基板44是印刷布线基板，在其上表面上安装有发光模块40。发光模块40被无色的透明罩46所覆盖。因此，透明罩46的内部成为中空。发光模块40具有半导体发光元件48和作为光波长转换部件的光波长转换陶瓷52。光波长转换陶瓷52被层叠于半导体发光元件48的上表面。

图3是表示第1实施方式的发光模块40的结构的图。半导体发光元件48由LED元件构成。在第1实施方式中，作为半导体发光元件48，采用主要发出蓝色的波长的光的蓝色LED。具体而言，半导体发光元件48由GaN类LED元件构成，该GaN类LED元件是通过在蓝宝石衬底上使GaN类半导体层晶体生长而形成的。半导体发光元件48被形成为例如1mm见方的芯片，并且被设计成所发出的蓝色光的中心波长为470nm。当然，半导体发光元件48的结构、所发出的光的波长并不限于上述情况。

光波长转换陶瓷52是所谓发光陶瓷或被称为荧光陶瓷的部件，能够通过烧结用YAG(Yttrium Alminium Garnet)粉末制成的陶瓷坯料而得到，该YAG是由蓝色光激发的荧光体。这样的光波长转换陶瓷的制造方法是公知的，故省略其详细的说明。

这样得到的光波长转换陶瓷52对半导体发光元件48主要发出的蓝色光的波长进行转换而射出黄色光。因此，从发光模块40射出直接透射过光波长转换陶瓷52的蓝色光与由光波长转换陶瓷52转换了波长的黄色光的合成光。这样，能够从发光模块40发出白色光。

另外，光波长转换陶瓷52采用透明材料。在第1实施方式中，所谓“透明”表示的含义是转换后的发光波段的全光线透射率为40％以上。本发明人专心研究开发后，发现若是转换后的发光波段的全光线透射率为40％以上的透明状态，则光波长转换陶瓷52能够合适地转换光的波长，并且还能够合适地抑制通过光波长转换陶瓷52的光的光度的减少。因此，通过使光波长转换陶瓷52成为这样的透明状态，能够更高效地转换半导体发光元件48发出的光。

另外，光波长转换陶瓷52由无粘结剂的无机物构成，与含有粘结剂等有机物的情况相比，能够谋求耐久性的提高。因此，能够对发光模块40投入例如1W(瓦)以上的功率，能够提高发光模块40发出的光的亮度和光度。

作为半导体发光元件48，也可以采用主要发出蓝色以外的波长的光的元件。在这种情况下，作为光波长转换陶瓷52，采用对半导体发光元件48发出的主要光的波长进行转换的部件。光波长转换陶瓷52可以转换半导体发光元件48发出的光的波长，使得在这种情况下也通过与半导体发光元件48主要发出的波长的光组合而变为白色或接近白色的颜色的波长的光。

光波长转换陶瓷52被形成为板状。从半导体发光元件48发出的光中，其一部分相对于发光面倾斜地行进。例如如果是剖面被形成为长方形状的光波长转换陶瓷52，则光会这样倾斜地向光波长转换陶瓷52的表面行进，因此有可能在光波长转换陶瓷52的内部反射后返回到半导体发光元件48。半导体发光元件48吸收反射回来的光，因此会导致光的利用效率的降低。

另外，也存在这样的光：其倾斜地向光波长转换陶瓷52的表面行进，在内部反射后从光波长转换陶瓷52的边缘部射出到外侧。但是，这样行进的光在光波长转换陶瓷52内部被进行波长转换的概率变高，因此从边缘部射出的光与从上表面射出的光的颜色差异变大，有可能产生较大的色差。

因此，光波长转换陶瓷52具有倾斜的锥面52a，其倾斜方式为越接近边缘部，厚度就越减少。在第1实施方式中，锥面52a的倾斜方式为越接近边缘部，锥面就越靠近半导体发光元件48。通过这样设置锥面52a，对于在边缘部周围倾斜地行进的光，也能够使相对于光波长转换陶瓷52的表面的光行进角度接近90度，能够抑制光波长转换陶瓷52内部的光反射。因此，能够抑制返回到半导体发光元件48的光，能够使半导体发光元件48发出的光的利用效率提高。

另外，通过这样设置锥面52a，能够减少长距离地通过光波长转换陶瓷52的内部而射出的光。因此，能够抑制从光波长转换陶瓷52射出的光中所出现的色差。

在制造发光模块40时，首先在板状的光波长转换陶瓷52的端部设计锥面52a，该锥面52a是越接近边缘部、其厚度就越减少地倾斜的。锥面52a能够通过激光加工等来设计。也可以在光波长转换陶瓷52成型时设计锥面52a。之后，将设有锥面52a的侧的相反侧的面安装于半导体发光元件48的上表面(发光面)。由此，能够配置半导体发光元件48和光波长转换陶瓷52，使得半导体发光元件48发出的光入射到光波长转换陶瓷52中。在第1实施方式的发光模块40中，由于这样使用板状的光波长转换陶瓷52，因此能够容易地设置锥面52a。

(第2实施方式)

图4是表示第2实施方式的发光模块60的结构的图。除了取代发光模块40而设置发光模块60之外，车辆用前照灯10的结构与第1实施方式相同。以下，对与第1实施方式相同的部分标以相同的标号并省略说明。

发光模块60的结构中，除了取代光波长转换陶瓷52而设置了作为光波长转换部件的光波长转换陶瓷62之外，与上述的发光模块40相同。光波长转换陶瓷62具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面62a。在第2实施方式中，锥面62a向与半导体发光元件48的端部相比发光面扩展的方向突出，其倾斜方式为越接近边缘部、就越远离半导体发光元件48。通过这样设计锥面62a，能够与上述同样地抑制光波长转换陶瓷62内部的光反射。另外，从锥面62a射出的光沿着斜下方向行进。因此，也可以在锥面62a周围设置使该光向上方反射的反射镜。

在制造发光模块60时，预先对板状的光波长转换陶瓷62设置锥面62a，将设有锥面62a侧的面安装在半导体发光元件48的上表面上。在第2实施方式中，由于这样使用板状的光波长转换陶瓷62，因此也能够容易地设计锥面62a。

(第3实施方式)

图5是表示第3实施方式的发光模块70的结构的图。除了取代发光模块40而设置发光模块70以外，车辆用前照灯10的结构与第1实施方式相同。以下，对与上述实施方式相同的部分标以相同的标号并省略说明。

发光模块70的结构中，除了取代光波长转换陶瓷52而设有作为光波长转换部件的光波长转换陶瓷72、以及透明陶瓷74之外，与上述的发光模块40相同。光波长转换陶瓷72被形成为与第1实施方式中的光波长转换陶瓷52同样的形状。因此，光波长转换陶瓷72也具有越接近边缘部就越靠近半导体发光元件48地倾斜的锥面72a。光波长转换陶瓷72的设有锥面72a侧的相反侧的面被安装在半导体发光元件48的上表面上。

透明陶瓷74被形成为挖除了光波长转换陶瓷72的形状的形状，其被安装在光波长转换陶瓷72的上部，使得光波长转换陶瓷72被收容在该被挖除的部分中而成为一体。通过这样设置透明陶瓷74，能够抑制如图5中虚线所示那样的在光波长转换陶瓷72的上表面处的光的反射。因此，能够减少返回到半导体发光元件48的光，使光的利用效率提高。

也可以在发光模块70的周围设置使要从透明陶瓷74的边缘部射出的光向上方反射的反射镜。另外，也可以取代透明陶瓷74而将非陶瓷的其它透明部件一体地安装在光波长转换陶瓷72的上表面上。

(第4实施方式)

图6是表示第4实施方式的发光模块80的结构的图。除了取代发光模块40而设置发光模块80以外，车辆用前照灯10的结构与第1实施方式相同。以下，对与上述实施方式相同的部分标以相同的标号并省略说明。

发光模块80的结构除了取代光波长转换陶瓷52而设置陶瓷单元82之外，与上述的发光模块40相同。陶瓷单元82具有作为光波长转换部件的光波长转换陶瓷84和反射层86。

光波长转换陶瓷84具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面84a。在第4实施方式中，锥面84a向与半导体发光元件48的端部相比发光面扩展的方向突出，其倾斜方式为越接近边缘部，就越远离半导体发光元件48的发光面。反射层86被设置在锥面84a上。关于反射层86，可以通过将反射镜安装在锥面84a上而形成，也可以通过对锥面84a实施例如铝蒸镀等镜面处理而形成。反射层86在与锥面84a接触的部分形成反射面86a。

在制造发光模块80时，首先对板状的光波长转换陶瓷84设置锥面84a。接着，在该锥面84a上设置反射层86而构成陶瓷单元82。将光波长转换陶瓷84的设有锥面84a侧的面通过粘接等方式固定在半导体发光元件48的上表面上，由此将该陶瓷单元82安装在半导体发光元件48上。

在这样制造出的发光模块80中，从半导体发光元件48发出的光中、在光波长转换陶瓷84的边缘部周围倾斜地行进而想要从反射面86a射出的光，被反射面86a反射向发光模块80的上方。通过这样在锥面84a上设置反射层86，能够使光的利用效率提高，并且能够使更多的光向发光模块80的上方射出。

(第5实施方式)

图7是表示第5实施方式的发光模块90的结构的图。除了取代发光模块40而设置发光模块90以外，车辆用前照灯10的结构与第1实施方式相同。以下，对与上述实施方式相同的部分标以相同的标号并省略说明。

发光模块90的结构除了取代光波长转换陶瓷52而设置陶瓷单元92之外，与上述的发光模块40相同。陶瓷单元92具有作为光波长转换部件的光波长转换陶瓷94、以及反射层96。

光波长转换陶瓷94具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面94a。在第4实施方式中，锥面94a向与半导体发光元件48的端部相比、发光面扩展的方向突出，其倾斜方式为越接近边缘部，就越远离半导体发光元件48的发光面。反射层96被设置在锥面94a上。关于反射层96，可以通过将反射镜安装在锥面94a上而形成，也可以通过对锥面94a实施例如上述的镜面处理而形成。反射层96在与锥面94a接触的部分形成反射面96a。

在制造发光模块90时，首先对板状的光波长转换陶瓷94设计锥面94a。另外，在设有锥面94a侧的面上，例如通过刻蚀或激光加工而形成依半导体发光元件48的形状而挖出的凹部。在锥面94a上设置反射层96而构成陶瓷单元92。接着，在形成于光波长转换陶瓷94的凹部内收容半导体发光元件48，并通过粘接等方式固定，由此将陶瓷单元92安装在半导体发光元件48上。

在这样制造出的发光模块90中，从半导体发光元件48发出的光中、在光波长转换陶瓷94的边缘部周围倾斜地行进而想要从反射面96a射出的光，被反射面96a反射向发光模块90的上方。通过这样在锥面94a上设置反射层96，能够使光的利用效率提高，并且能够使更多的光向发光模块90的上方射出。

(第6实施方式)

图8是表示第6实施方式的发光模块100的结构的图。除了取代发光模块40而设置发光模块100以外，车辆用前照灯10的结构与第1实施方式相同。以下，对与上述实施方式相同的部分标以相同的标号并省略说明。

发光模块100的结构除了取代光波长转换陶瓷52而设置透明陶瓷102和陶瓷单元104之外，与上述的发光模块40相同。

透明陶瓷102被形成为板状，并且在边缘部周围设有锥面102a。在透明陶瓷102的设有锥面102a的面上，形成有依半导体发光元件48的形状而挖出的凹部。

陶瓷单元104具有作为光波长转换部件的光波长转换陶瓷106、以及反射层108。光波长转换陶瓷106具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面106a。在第6实施方式中，锥面106a向与半导体发光元件48的端部相比发光面扩展的方向突出，其倾斜方式为越接近边缘部、就越远离半导体发光元件48。反射层108被设置在锥面106a上。关于反射层108，可以通过将反射镜安装在锥面106a上而形成，也可以通过对锥面106a实施例如上述的镜面处理而形成。反射层108在与锥面106a接触的部分形成反射面108a。

在制造发光模块100时，首先对透明陶瓷102设置锥面102a。另外，在透明陶瓷102中设有锥面102a侧的面上，例如通过刻蚀或激光加工而形成依半导体发光元件48的形状而挖出的凹部。进而，对板状的光波长转换陶瓷106设置锥面106a，并在锥面106a上设置反射层108，从而构成陶瓷单元104。

在形成于透明陶瓷102的凹部内收容半导体发光元件48，并通过粘接等方式固定，由此将透明陶瓷102先安装在半导体发光元件48上。接着，通过粘接等方式将光波长转换陶瓷106中设有锥面106a的面固定于透明陶瓷102的上表面。这样，将陶瓷单元104安装在透明陶瓷102上。

在这样制造出的发光模块100中，从半导体发光元件48发出的光中、在光波长转换陶瓷106的边缘部周围倾斜地行进而想要从反射面108a射出的光，被反射面108a反射至发光模块100的上方。通过这样在锥面106a上设置反射层108，能够使光的利用效率提高，并且能够使更多光向发光模块100的上方射出。

本发明不限于上述各实施方式，适当组合各实施方式的各要素而成的方式作为本发明实施方式也是有效的。另外，也可以基于本领域技术人员的知识将各种设计变更等的变形加入各实施方式中，增加了这种变形的实施方式也能包含在本发明的范围内。

在一个变形例中，光学滤光片被设置在半导体发光元件48与光波长转换陶瓷之间。该光学滤光片使半导体发光元件48主要发出的蓝色光透射。另外，该光学滤光片反射被光波长转换陶瓷转换蓝色光的波长而主要发出的黄色光。通过将该光学滤光片配置在半导体发光元件48与光波长转换陶瓷之间，首先能够使半导体发光元件48发出的光的大部分出射到光波长转换陶瓷。另外，能够反射在由光波长转换陶瓷转换波长时光发生漫射而想要向半导体发光元件48行进的黄色的波长的光。因此，能够效率良好地利用半导体发光元件48所发出的光，能够抑制发光模块40发出的光的光度和亮度的降低。

也可以是，光学滤光片由分色镜(dichroic)构成，该分色镜是通过在光波长转换陶瓷的一个表面上交替层叠地蒸镀折射率不同的材料而多层膜化的结构。当然，例如也可以采用长波通滤光片(long pass filter)、短波通滤光片(short pass filter)或者带通滤光片(band pass filter)。

标号说明

40发光模块，48半导体发光元件，52光波长转换陶瓷，52a锥面，60发光模块，62光波长转换陶瓷，62a锥面，70发光模块，72光波长转换陶瓷，72a锥面，74透明陶瓷，80发光模块，82陶瓷单元，84光波长转换陶瓷，84a锥面，86反射层，86a反射面，90发光模块，92陶瓷单元，94光波长转换陶瓷，94a锥面，96反射层，96a反射面，100发光模块，102透明陶瓷，102a锥面，104陶瓷单元，106光波长转换陶瓷，106a锥面，108反射层，108a反射面，200发光模块，202半导体发光元件

工业可利用性

通过本方案，能够使发光模块中的光波长转换部件对光的利用效率提高。

Claims (8)

1.一种发光模块，其特征在于，包括：

发光元件，和

板状的光波长转换部件，其将上述发光元件发出的光的波长转换后射出；

上述光波长转换部件具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面。

2.根据权利要求1所述的发光模块，其特征在于，

上述光波长转换部件是透明的。

3.根据权利要求2所述的发光模块，其特征在于，

上述光波长转换部件的转换后的发光波段的全光线透射率为40％以上。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的发光模块，其特征在于，

上述锥面的倾斜方式为越接近边缘部就越靠近上述发光元件。

5.根据权利要求1至3的任一项所述的发光模块，其特征在于，

上述锥面的倾斜方式为越接近边缘部就越远离上述发光元件。

6.根据权利要求5所述的发光模块，其特征在于，

还包括反射层，其被设置在上述锥面上，用于反射想要从上述光波长转换部件射出的光。

7.一种发光模块的制造方法，其特征在于，包括：

在将所入射的光的波长转换后射出的板状的光波长转换部件上，设置越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面的步骤，和

配置上述发光元件和上述光波长转换部件，使得发光元件发出的光入射到上述光波长转换部件中的步骤。

8.一种灯具单元，其特征在于，

具有发光模块和光学部件；

上述发光模块包括发光元件和将上述发光元件发出的光的波长转换后射出的板状的光波长转换部件；

上述光学部件使从上述发光模块所射出的光汇聚；

上述光波长转换部件具有越接近边缘部厚度就越减少地倾斜的锥面。

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