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CN105684170B - 发光装置 - Google Patents

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CN105684170B
CN105684170B CN201480042506.7A CN201480042506A CN105684170B CN 105684170 B CN105684170 B CN 105684170B CN 201480042506 A CN201480042506 A CN 201480042506A CN 105684170 B CN105684170 B CN 105684170B
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CN
China
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phosphor
light
layer
emitting device
heat dissipation
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CN201480042506.7A
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猪股大介
佐野广明
吉田清太郎
青木和夫
岛村清史
恩卡纳西翁·安东尼亚·加西亚·比略拉
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National Institute for Materials Science
Original Assignee
Kyushu University NUC
Tamura Corp
Koha Co Ltd
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Publication date
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Abstract

提供一种利用了远程荧光体的发光装置，该发光装置适于如投影仪这样的需要高亮度且大光量的照明器具，使用时发光强度的下降、发光色的变化小。作为一实施方式，提供发光装置(10)，该发光装置(10)具有：LED元件(12)；侧壁(13)，其包围LED元件(12)；荧光体层(15)，其通过粘合层(14)固定于侧壁(13)，位于LED元件(12)的上方；以及金属衬垫(11)，其作为散热部件。侧壁(13)具有：绝缘性的基体(13b)，其包围LED元件(12)；以及金属层(13a)，其形成于基体(13b)的LED元件(12)侧的侧面并与金属衬垫(11)和粘合层(14)接触。粘合层(14)是由含有粒子的树脂构成且粒子的导热率比树脂的导热率高的树脂层，或者是由焊料构成的层。

Description

发光装置
技术领域
本发明涉及发光装置。
背景技术
作为现有的发光装置，已知如下装置(例如，参照专利文献1)：其在发光二极管的上方设置掺入有荧光体的合成树脂制的罩，使从发光二极管发出的光与从荧光体发出的荧光相结合而生成白色光，该荧光体吸收了由发光元件发出的光的一部分。
根据专利文献1，在专利文献1所述的发光装置中，含有荧光体的合成树脂制的罩与发光二极管是分离开的，因此，不易由于从发光二极管发出的光、热而引起劣化，能够延长发光装置的寿命。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2003-347601号公报
发明内容
发明要解决的问题
荧光体会吸收从发光元件发出的光，引起由于来自发光元件的光的波长与荧光的波长之差(能量之差)而导致的发热。例如，若将伴随荧光体的波长转换的量子效率假定为1，则在将波长为450nm的蓝色光吸收而发出波长为560nm的黄色荧光的情况下，所吸收的能量的约20％会变为热，在将波长为450nm的蓝色光吸收而发出波长为650nm的红色荧光的情况下，所吸收的能量的约30％会变为热。实际上，荧光体的量子效率是小于1的，因此会有更多的能量变为热。
另一方面，荧光体具有发光量会随着温度的上升而减少的温度消光特性。温度消光的大小直接影响发光装置的发光效率。因此，为使利用了荧光体的发光装置具有高发光效率，抑制使用时的荧光体的温度上升并尽可能抑制温度消光极其重要。而且，荧光体的温度上升会招致从发光元件发出的光的吸收率的变化、荧光光谱的变化，结果会招致发光装置的发光色的变化。为了抑制使用状态、使用环境下的颜色的变化，抑制荧光体的温度上升是重要的。例如，希望荧光体发光时的温度小于100℃。
但是，根据专利文献1所述的发光装置，掺入有荧光体的合成树脂制的罩的导热率低，因此，难以将荧光体产生的热高效地传递到外周部。另外，不具有将荧光体产生的热有效地排出的散热部件。而且，即使装配有散热部件，掺入有荧光体的合成树脂制的罩也会由于不与导热率高的部件接触，而难以将荧光体中产生的热高效地传递到散热部件。由于这些理由，例如，在将专利文献1所述的发光装置应用于如投影仪这样的需要高亮度且大光量的照明器具的情况下，有可能无法抑制荧光体的温度上升而产生很大的温度消光。
因此，本发明的目的之一在于，提供一种利用了远程荧光体的发光装置，该发光装置适于如投影仪这样的需要高亮度且大光量的照明器具，使用时发光强度的下降、发光色的变化小。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的一方式提供下述[1]～[10]的发光装置。
[1]一种发光装置，具有：发光元件，其发出具有480nm以下的峰值波长的光；荧光体板，其能转换上述发光元件发出的光的波长，与上述发光元件分离设置；以及散热部件，其将上述荧光体板中产生的热排出，上述荧光体板由单晶荧光体、陶瓷荧光体或者含有荧光体粒子的玻璃形成，导热率为1W/(m·K)以上。
[2]根据上述[1]所述的发光装置，上述发光元件将辐射通量密度为1.8W/cm2以上的光向上述荧光体板入射。
[3]根据上述[1]或[2]所述的发光装置，上述荧光体板通过导热率为1W/(m·K)以上的粘合层粘合于上述散热部件。
[4]根据上述[3]所述的发光装置，上述荧光体板在粘合于上述粘合层的界面上含有金属膜。
[5]根据上述[3]所述的发光装置，上述荧光体板的粘合于上述粘合层的端部形成有凹凸。
[6]一种发光装置，具有：发光元件，其发出具有480nm以下的峰值波长的光；荧光体板，其能转换上述发光元件发出的光的波长，与上述发光元件分离设置；以及散热部件，其将上述荧光体板中产生的热排出，上述荧光体板包含：导热率为1W/(m·K)以上的透明基板；以及树脂层，其形成于该透明基板的表面，含有荧光体粒子。
[7]根据上述[6]所述的发光装置，上述透明基板的导热率为33W/(m·K)以上。
[8]根据上述[6]或[7]所述的发光装置，上述荧光体粒子由熔体生长单晶粉末构成。
[9]根据上述[6]或[7]所述的发光装置，上述荧光体板通过导热率为1W/(m·K)以上的粘合层粘合于上述散热部件。
发明效果
根据本发明，能够提供一种利用了远程荧光体的发光装置，该发光装置适于如投影仪这样的需要高亮度且大光量的照明器具，使用时发光强度的下降、发光色的变化小。
附图说明
图1A是第1实施方式所涉及的发光装置的俯视图。
图1B是沿图1A的线段A-A截取的发光装置的垂直截面图。
图2是第2实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。
图3A是第2实施方式所涉及的发光装置的变形例的垂直截面图。
图3B是第2实施方式所涉及的发光装置的变形例的垂直截面图。
图4A是第2实施方式所涉及的发光装置的变形例的垂直截面图。
图4B是第2实施方式所涉及的发光装置的变形例的垂直截面图。
图5是第3实施方式所涉及的发光装置的局部放大的垂直截面图。
图6A是第4实施方式所涉及的发光装置的局部放大的垂直截面图。
图6B是第4实施方式所涉及的荧光体层的局部放大的立体图。
图7是第5实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。
图8A是第6实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。
图8B是第6实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。
图9是第6实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。
图10是实施例所涉及的发光装置的垂直截面图。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
(发光装置的构成)
图1A是第1实施方式所涉及的发光装置的俯视图。图1B是沿图1A的线段A-A截取的发光装置的垂直截面图。发光装置10是利用了远程荧光体的发光装置。在此，所谓远程荧光体，是指在发光装置内将荧光体层与发光元件分离设置的技术。
发光装置10具有：金属衬垫11；LED元件12，其搭载在金属衬垫11上；侧壁13，其包围LED元件12；以及荧光体层15，其通过粘合层14固定于侧壁13，覆盖LED元件12的上方，能转换LED元件12发出的光的波长。
侧壁13具有：绝缘性的基体13b，其包围LED元件12；以及金属层13a，其形成于基体13b的LED元件12侧的侧面。金属层13a与金属衬垫11及粘合层14接触。图1A中的虚线表示荧光体层15的下方的金属层13a的位置。
金属衬垫11是由Cu、Al等金属构成的部件，电力从外部通过金属衬垫11供应到LED元件12。金属衬垫11例如是导线架。金属衬垫11具有区域11a和区域11b，区域11a与区域11b之间是电分离的。
LED元件12发出峰值波长为480nm以下的光。在使用这种发光波长短的发光元件的情况下，由荧光体进行波长转换时的斯托克斯损失大，荧光体的发热量大。因此，将荧光体层15中产生的热有效地排出是重要的。
LED元件12是面朝下型的LED芯片，具有基板12b和晶体层12a。基板12b例如是SiC基板、GaN基板或者氧化镓基板等导电性基板。晶体层12a是通过外延生长形成在基板12b上的层，具有夹在n型半导体层与p型半导体层之间的发光层。晶体层12a的材料根据LED元件12的发光波长例如可使用InGaN系晶体、GaN系晶体、AlGaN系晶体或者AlN系晶体。
LED元件12通过连接到基板12b的电线16和形成于晶体层12a的底面的未图示的电极与金属衬垫11的区域11a、区域11b电连接。电线16例如由Au、Al、Ag、Cu构成。
另外，图1中示出了1个LED元件12，但发光装置10也可以具有多个LED元件12。在该情况下，多个LED元件的电连接可以是串联电路、并联电路或者串联电路与并联电路的组合电路。
此外，如后所述，根据本实施方式，能够将荧光体层15中产生的热高效地排出，因此，在辐射通量密度大(例如，1.8W/cm2以上)，荧光体层15中容易产生热的情况下，尤其能得到效果。在此，光辐射通量密度是从LED元件12发出而入射到荧光体层15的光的辐射通量密度，是用荧光体层15的有助于波长转换的区域的面积[cm2]去除LED元件12的总辐射通量[W]而得到的。
另外，也可以取代LED元件12而使用面朝上型的LED元件。例如，也可以是如下被称为剥离型的LED元件，该LED元件具有将外延生长在蓝宝石基板上的发光层部分从蓝宝石基板物理剥离，并将其贴附于Si基板、CuW金属基板等导电性基板而成的结构。
另外，LED元件的基板也可以不是导电性的。在该面朝上型且基板不是导电性的情况下，对LED元件的P电极和N电极分别使用不同导电性的电线与相应极性的金属衬垫电连接。
另外，倒装芯片型的LED元件例如通过分别连接到晶体层的n型半导体层和p型半导体层的导电凸块与金属衬垫11连接。这样，能够与LED元件的方式无关地得到本实施方式的效果。而且，也可以取代LED元件12而使用激光元件等其它的发光元件。
侧壁13的基体13b例如由硅酮树脂、环氧树脂等热固化性树脂、Al2O3、AlN、Si3N4、BN等陶瓷构成。优选侧壁13的表面的金属层13a由导热率和反射率高的金属构成，例如由Ag、Al或者在Cu的表面形成反射率高的Ag而成的金属物构成。金属层13a例如通过电镀或者蒸镀形成于冲压加工而成的基材表面。侧壁13例如是发光装置10的封装的一部分。
金属层13a与金属衬垫11及粘合层14接触，能够将在荧光体层15中产生而传导到粘合层14的热传导到金属衬垫11。另外，在金属层13a的一部分与荧光体层15直接相接的情况下，能够直接接受荧光体层15的热并将其传导到金属衬垫11。金属衬垫11能够作为散热部件发挥功能，将热排出到外部。
此外，如图1A的实线和虚线所示，金属层13a具有至少2个电分离的区域，各区域仅与金属衬垫11的区域11a和区域11b的其中一方接触。这是为了防止由于金属层13a而导致LED元件12的电路短路。
粘合层14由高导热脂、高导热糊等含有粒子的树脂或者焊料构成。在此，在本说明书中，将具有1W/m·K以上的导热率称为高导热。树脂所含有的粒子可以是金属粒子、半导体粒子和绝缘体粒子中的任一种，但由于是为使粘合层14的导热率提高而添加的，因此，要求其导热率高于树脂。因此，粒子的导热率需要为1以上。作为具有高导热率的绝缘体粒子的材料，例如可举出硅石、金刚石等共价性强的材料。此外，高导热脂是含有硅石等粒子的硅油混合物，高导热糊是含有Ag等粒子的热固化性树脂。
粘合层14只要形成于荧光体层15的外周部与侧壁13之间的至少一部分区域即可，但为了扩大从荧光体层15的散热路径，提高荧光体层15的散热性，优选其形成于与金属层13a接触的所有区域。不过，粘合层14不将金属层13a的多个分离的区域电连接。这是为了防止由于金属层13a和粘合层14而导致LED元件12的电路短路。
荧光体层15由单晶荧光体、陶瓷荧光体或者含有荧光体粒子的玻璃构成。作为单晶荧光体，例如能够使用以国际公开第2012/057330号所公开的YAG:Ce(Yttrium AluminumGarnet：钇铝石榴石)为代表的石榴石系的单晶荧光体。作为陶瓷荧光体，例如能够使用以YAG:Ce为代表的石榴石系的陶瓷荧光体。作为含有荧光体粒子的玻璃，例如能够使用低熔点玻璃。
单晶荧光体、陶瓷荧光体以及含有荧光体粒子的玻璃与含有荧光体粒子的透明树脂相比，导热率较高，因此，能够将荧光体层15内产生的热尤其是温度上升会变大的中心部的热高效地传递到外周部，能够通过高导热的粘合层14和侧壁13高效地将热排出至散热部件。其结果是，能够抑制荧光体层的温度上升，因此，不易出现温度消光。例如，与作为透明树脂之一的硅酮树脂的导热率为0.1W/(m·K)的程度相比，YAG:Ce单晶荧光体或者YAG:Ce陶瓷荧光体的导热率为10W/(m·K)的程度，低熔点玻璃的导热率为1W/(m·K)的程度，与现有的树脂结构相比，具有10倍～100倍的传热能力，因此，能够高效地将热传递到荧光体层15的外周部。
另外，荧光体层15为了能够将LED元件12的光和在荧光体层15内进行了波长转换的荧光高效地导出到外部，而优选对LED元件12的发光波长和荧光体层15的荧光波长具有80％的程度以上的透射率。
而且，通过熔体生长制造的单晶荧光体与通过现有的烧制制造的荧光体粒子相比，温度消光较小。因此，尤其优选单晶荧光体作为荧光体层15的材料。
导热率高的荧光体层15中产生的热高效地传递到荧光体层15的外周部，经导热率高的粘合层14、金属层13a、金属衬垫11传导，主要从金属衬垫11或者连接到金属衬垫11的未图示的散热部件高效地排出。因此，通过将荧光体层15的热高效地排出，能够抑制荧光体层15的温度上升，抑制发光装置10的发光强度的下降、发光色的变化。
在对具有1.8W/cm2以上的光辐射通量密度的高亮度且大光量的光进行波长转换的情况下，荧光体层15的发热量会变大。因此，将荧光体层15中产生的热有效地排出是重要的。在此，光辐射密度的分母的面积是有助于波长转换的荧光体层15的面积，即在LED元件12侧露出的荧光体层15的下表面的面积。
另外，荧光体层15的厚度例如是1mm，但厚度越薄，则热的排出越困难，因此，利用本实施方式的方案将荧光体层15中产生的热有效地排出是重要的。
〔第2实施方式〕
第2实施方式在侧壁的构成上与第1实施方式不同。此外，对于与第1实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
(发光装置的构成)
图2是第2实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。发光装置20具有：金属衬垫11；LED元件12，其搭载在金属衬垫11上；侧壁23，其包围LED元件12；以及荧光体层15，其通过粘合层14固定于侧壁23，位于LED元件12的上方。
侧壁23由具有高于树脂材料的导热率的Al2O3、AlN、Si3N4、BN等陶瓷构成。Al2O3、AlN、Si3N4、BN的导热率分别为30W/(m·K)的程度、170W/(m·K)的程度、90W/(m·K)的程度、60W/(m·K)的程度。侧壁23例如是发光装置20的封装的一部分。
荧光体层15中产生的热也会经导热率高的粘合层14、侧壁23传导，从侧壁23排出。另外，在侧壁23的一部分与荧光体层15直接相接的情况下，侧壁23能够直接接受荧光体层15的热，并将其排出。另外，在侧壁23与金属衬垫11接触的情况下，热也会从金属衬垫11或者连接到金属衬垫11的未图示的散热部件排出。因此，能够与第1实施方式同样地将荧光体层15的热高效地排出，抑制发光装置20的发光强度的下降、发光色的变化。
图3A、图3B是第2实施方式所涉及的发光装置的变形例的垂直截面图。图3A的发光装置20a和图3B的发光装置20b的侧壁23由金属构成。
图3A的发光装置20a具有：金属板21；绝缘基板22，其设置在金属板21上；LED元件12，其设置在绝缘基板22上；侧壁23，其包围LED元件12；荧光体层15，其通过粘合层14固定于侧壁23，位于LED元件12的上方；以及散热器等散热部件27，其与侧壁23的底面接触。
绝缘基板22由粘合层25固定在金属板21上。绝缘基板22由AlN等导热率高的绝缘材料构成。粘合层25例如由SnAgCu系焊料、AuSn系焊料等构成。
在绝缘基板22的上表面上形成有由Ag、Au等金属构成的配线图案24。LED元件12通过电线16和形成于晶体层12a的底面的未图示的电极连接到配线图案24。LED元件12与金属板21之间被绝缘基板22绝缘。另外，配线图案24连接有穿过设置于侧壁23的槽、孔从发光装置20a的外部延伸到内部的被绝缘膜覆盖的电线(未图示)，电源通过该电线供应到LED元件12。
金属板21由Cu等导热率高的金属构成。金属板21例如由螺钉29固定于散热部件27。在金属板21与散热部件27之间涂布有高导热脂26。另外，也可以取代高导热脂26而使用散热片。而且，还能够取代高导热脂26而使用高导热糊、焊料，在金属板21与散热部件27的连接强度足够的情况下，也可以不使用螺钉29。该高导热糊例如是含有Ag等金属粒子、金属纳米粒子的热固化性树脂。
侧壁23由Ag、Al等金属构成。另外，例如也可以是在Cu的表面形成反射率高的Ag而成的。侧壁23为了防止电路的短路而不与配线图案24接触。
侧壁23与散热部件27及粘合层14接触，能够将在荧光体层15中产生而传导到粘合层14的热传导到散热部件27。另外，在侧壁23的一部分与荧光体层15直接相接的情况下，能够直接接受荧光体层15的热并将其传导到散热部件27。侧壁23由螺钉28固定于散热部件27。
图3B的发光装置20b在金属板21的面积大，侧壁23隔着金属板21由螺钉28固定于散热部件27这一点上与发光装置20a不同。在发光装置20b中，从荧光体层15传导到侧壁23的热通过金属板21传导到散热部件27。在发光装置20b中，金属板21和高导热脂26具有1W/m·K以上的导热率，因此，能够视为散热部件的一部分。即，金属板21、高导热脂26和散热部件27构成1个散热部件。
图4A、图4B是第2实施方式所涉及的发光装置的变形例的垂直截面图。图4A的发光装置20c和图4B的发光装置20d的侧壁23由金属构成。
图4A的发光装置20c具有金属板21；绝缘基板22，其设置在金属板21上；LED元件12，其设置在绝缘基板22上；侧壁23，其包围LED元件12；荧光体层15，其通过粘合层14固定于侧壁23，位于LED元件12的上方；散热器等散热部件27；以及散热部件82，其设置在侧壁23的外侧。
侧壁23和散热部件27固定于壳体81。图4A所示的壳体81是具有发光装置20c的照明器具的壳体的一部分。
散热部件27例如通过使用了未图示的L字配件的螺钉固定、环氧系粘合剂固定于壳体81。发光装置20c的散热部件27主要用于释放LED元件12中产生的热。
侧壁23例如由螺钉28固定于壳体81。另外，也可以取代螺钉28而使用环氧系粘合剂等将侧壁23固定于壳体81。
发光装置20c的侧壁23和散热部件82由金属或者陶瓷构成。散热部件82例如是由与侧壁23相同的材料与侧壁23一体地形成的部件。即，将内侧为侧壁23的大宽度的侧壁的外侧用作散热部件82。
另外，散热部件82也可以由与侧壁23不同的材料独立地形成。在该情况下，例如，散热部件82通过粘合部件连接到侧壁23。粘合部件由含有具有例如1W/(m·K)以上的高导热率的高导热脂、高导热糊等粒子的树脂或者焊料等材料构成。
另外，散热部件82也可以与散热部件27同样，具有表面进行了翅片加工的结构。
侧壁23与散热部件82及粘合层14接触，能够将在荧光体层15中产生而传导到粘合层14的热传导到散热部件82。另外，在侧壁23的一部分与荧光体层15直接相接的情况下，能够直接接受荧光体层15的热并将其传导到散热部件82。
图4B的发光装置20d在取代散热部件82而使用作为反射器的散热部件83这一点上与发光元件20c不同。散热部件83是用于使从LED元件12发出而透射过荧光体层15的光反射的向LED元件12的上方开口的反射器，固定于侧壁23。
散热部件83由金属或者陶瓷构成。散热部件83例如隔着高导热脂、TIM(ThermalInterface Material：热界面材料)由螺钉28固定在侧壁23的上表面上。另外，散热部件83也可以由与侧壁23相同的材料与侧壁23一体地形成。另外，侧壁23也可以与散热部件27同样，具有表面进行了翅片加工的结构。
若从LED元件12的散热路径与从荧光体层15的散热路径之间是热连接的，则荧光体层15有时会受到LED元件12的发热的影响。在发光装置20c和发光装置20d中，散热部件27与散热部件83之间是热分离的，因此，从LED元件12的散热路径与荧光体层15的散热路径之间是热分离的。因此，能够更有效地抑制荧光体层15的温度上升。
此外，也可以将发光装置20c的散热部件82或者发光装置20d的散热部件83应用于发光装置20。另外，还可以将其应用于第1实施方式的发光装置10。在该情况下，要求侧壁13的基体13b由导热率高的Al2O3、AlN、Si3N4、BN等陶瓷构成，散热部件82或者散热部件83与侧壁13的基体13b一体地形成或者连接到侧壁13的基体13b。
〔第3实施方式〕
第3实施方式在荧光体层的构成上与第1实施方式不同。此外，对于与第1实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
(发光装置的构成)
图5是第3实施方式所涉及的发光装置的局部放大的垂直截面图。发光装置30具有：金属衬垫11；LED元件12，其搭载在金属衬垫11上；侧壁13，其包围LED元件12，在LED元件12侧的侧面具有金属层13a；以及荧光体层35，其通过粘合层14固定于侧壁13的金属层13a，在表面的与粘合层14接触的部分具有金属膜35a，位于LED元件12的上方。除了荧光体层以外，发光装置30的构成与第1实施方式的发光装置10是同样的。
荧光体层35的荧光部35b由与第1实施方式的荧光体层15同样的材料构成，具有同样的形状。荧光体层35的金属膜35a由Au、Ag、Pd、Pt、Sn、Ni、Cr、Fe等金属或者含有它们的合金构成。尤其优选反射率高的Ag或者含有Ag的合金。金属膜35a例如是通过溅射、蒸镀形成。
将金属膜35a设置于荧光体层35，使粘合层14粘合于金属膜35a。焊料的导热率高(例如，Sn3Ag0.5Cu焊料为60W/(m·K)的程度)，因此，为了荧光体层35的散热而优选粘合层14由焊料构成。金属膜35a只要形成于荧光部35b的外周部的与粘合层14接触的部分中的至少一部分即可，但为了提高导热性，优选其形成于荧光部35b的外周部的与粘合层14接触的所有部分。
荧光体层35的荧光部35b中产生的热经导热率高的金属膜35a、粘合层14、金属层13a、金属衬垫11传导，主要从金属衬垫11或者连接到金属衬垫11的未图示的散热部件释放。因此，能够将荧光体层35的热高效地释放，抑制发光装置30的发光强度的下降、发光色的变化。
另外，本实施方式也可以与第2实施方式组合。即，也可以取代侧壁13而使用第2实施方式的侧壁23。在该情况下，荧光部35b中产生的热经金属膜35a、粘合层14、侧壁23传导，从散热部件27a、27b或者27c释放。
〔第4实施方式〕
第4实施方式在荧光体层的构成上与第1实施方式不同。此外，对于与第1实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
(发光装置的构成)
图6A是第4实施方式所涉及的发光装置的局部放大的垂直截面图。发光装置40具有：金属衬垫11；LED元件12，其搭载在金属衬垫11上；侧壁13，其包围LED元件12，在LED元件12侧的侧面具有金属层13a；以及荧光体层45，其通过粘合层14固定于侧壁13的金属层13a，在LED元件12侧的面上的与粘合层14接触的部分具有凹凸部45a，位于LED元件12的上方。除了荧光体层以外，发光装置40的构成与第1实施方式的发光装置10是同样的。
图6B是第4实施方式所涉及的荧光体层的局部放大的立体图。荧光体层45由与第1实施方式的荧光体层15同样的材料构成，在LED元件12侧的面(图6A中的下侧的面)上的与粘合层14接触的部分具有凹凸部45a。通过将凹凸部45a设置于荧光体层45，使粘合层14粘合于凹凸部45a，能够增加粘合层14与荧光体层45的接触面积，使荧光体层45的热向粘合层14高效地逸出。
凹凸部45a与为使光导出效率提高而在荧光体层形成的凹凸不同，具有荧光体层的厚度的10％以上的深度(从凸部的顶点到凹部的底为止的深度)。凹凸部45a例如是通过对荧光体层45实施蚀刻加工而形成。凹凸部45a只要形成于荧光体层45的LED元件12侧的面上的与粘合层14接触的部分中的至少一部分即可，但为了提高荧光体层45的散热性，优选其形成于荧光体层45的LED元件12侧的面上的与粘合层14接触的所有部分。
荧光体层45中产生的热经导热率高的粘合层14、金属层13a、金属衬垫11传导，主要从金属衬垫11或者连接到金属衬垫11的未图示的散热部件释放。因此，能够将荧光体层45的热高效地释放，抑制发光装置40的发光强度的下降、发光色的变化。
另外，本实施方式也可以与第2实施方式组合。即，也可以取代侧壁13而使用第2实施方式的侧壁23。在该情况下，荧光体层45中产生的热经粘合层14、侧壁23传导，从散热部件27a、27b或者27c释放。
〔第5实施方式〕
第5实施方式在荧光体层的构成上与第1实施方式不同。此外，对于与第1实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
(发光装置的构成)
图7是第5实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。发光装置50具有：金属衬垫11；LED元件12，其搭载在金属衬垫11上；侧壁13，其包围LED元件12；以及荧光体层51，其通过粘合层14固定于侧壁13，位于LED元件12的上方。
荧光体层51包含：透明基板51a；以及透明基板51a的表面上的含有荧光体粒子的树脂层51b。荧光体层51可以形成在透明基板51a的上表面和下表面中的任一表面上。
透明基板51a是具有例如1W/(m·K)以上的高导热率的透明的基板。优选透明基板51a的导热率为10W/(m·K)以上，更优选为30W/(m·K)以上。
透明基板51a的母材例如是玻璃、氧化镓(Ga2O3)、氧化锌(ZnO)、蓝宝石、碳化硅(SiC)或者金刚石，各自的导热率为1W/(m·K)、10W/(m·K)、25W/(m·K)、33W/(m·K)、350W/(m·K)、2000W/(m·K)的程度。
在本实施例的方式中，荧光体粒子中产生的热会通过含有荧光体粒子的树脂传递到透明基板51a。因此，优选透明基板51a的导热率是具有比可视为荧光体与荧光体的基材一体化而成的第1实施方式的荧光体层15高的导热率。另外，优选透明基板51a对LED元件12的发光波长和树脂层51b所包含的荧光体粒子的荧光波长的透射率为80％以上。
树脂层51b的树脂是硅酮树脂等透明树脂。树脂层51b所包含的荧光体粒子例如是YAG:Ce荧光体的粒子。另外，优选树脂层51b所包含的荧光体粒子是将通过熔体生长制造的单晶荧光体粉碎而制造的单晶粉末荧光体。
另外，根据特愿2012-099315号说明书，通过熔体生长制造的单晶荧光体的温度消光小，由通过将其粉碎后的熔体生长制造的单晶荧光体形成的单晶粉末荧光体与通过现有的烧制制造的多晶粉末荧光体相比，温度消光较小。由此，例如，在荧光体温度为100℃时，会产生10％程度的发光强度的差。因此，尤其优选将通过熔体生长制造的单晶荧光体粉碎而制造的单晶粉末荧光体作为树脂层51b所包含的荧光体粒子。
在树脂中混合荧光体粒子后，将其涂布于透明基板51a的上表面，实施热处理使树脂固化，由此，得到树脂层51b。例如，优选：在粘合层14由焊料或者银糊构成的情况下，利用粘合层14将透明基板51a固定于侧壁13后，实施用于使树脂层51b的树脂固化的热处理。在粘合层14由高导热脂构成的情况下，实施用于使树脂层51b的树脂固化的热处理后，利用粘合层14将透明基板51a固定于侧壁13。
荧光体层51中产生的热经导热率高的粘合层14、金属层13a、金属衬垫11传导，主要从金属衬垫11或者连接到金属衬垫11的未图示的散热部件释放。因此，能够将荧光体层51的热高效地释放，抑制发光装置50的发光强度的下降、发光色的变化。
此外，荧光体层51也可以与发光装置20、20a、20b、20c、20d的荧光体层15、发光装置30的荧光体层35或者发光装置40的荧光体层45置换。在与荧光体层35置换的情况下，将与金属膜35a同样的金属膜设置在透明基板51a的外周部的与粘合层14接触的部分。在与荧光体层45置换的情况下，将与凹凸部45a同样的凹凸部设置在透明基板51a的LED元件12侧的面上的与粘合层14接触的部分。
〔第6实施方式〕
第6实施方式在荧光体层直接连接到散热部件这一点上与第2实施方式不同。此外，对于与第2实施方式相同之处，将说明省略或者简化。
(发光装置的构成)
图8A、图8B和图9是第6实施方式所涉及的发光装置的垂直截面图。发光装置60a、60b、60c各自具有：金属板21；绝缘基板22，其设置在金属板21上；LED元件12，其设置在绝缘基板22上；散热器等散热部件27；以及荧光体层65，其覆盖LED元件12的上方和侧方，直接连接到上述散热部件27。
绝缘基板22由粘合层25固定在金属板21上。在绝缘基板22的上表面上形成有由Ag、Au等金属构成的配线图案24。LED元件12通过电线16和形成于晶体层12a的底面的未图示的电极连接到配线图案24。金属板21例如由螺钉29固定于散热部件27。在金属板21与散热部件27之间涂布有高导热脂26。
荧光体层65例如具有圆顶形状，由单晶荧光体、陶瓷荧光体、含有荧光体粒子的玻璃或者含有荧光体粒子的透明树脂构成。另外，荧光体层65也可以具有与第5实施方式的荧光体层51同样的构成。在发光装置60a、60b、60c中，荧光体层65中产生的热直接传导到散热部件27，从散热部件27释放。
在图8A所示的发光装置60a中，荧光体层65的下部嵌入于以包围金属板21的方式形成于散热部件27的上表面的圆形的槽61，荧光体层65固定于散热部件27。此外，在荧光体层65具有与第5实施方式的荧光体层51同样的构成的情况下，具体来说，是透明基板51a的下部嵌入于槽61。
在图8B所示的发光装置60b中，在槽61的内侧的侧面形成有螺纹槽62，在荧光体层65的下部的内侧的侧面形成有与螺纹槽62对应的螺纹槽63，通过将荧光体层65的下部拧入散热部件27的槽61，使荧光体层65固定于散热部件27。此外，也可以是在槽61的外侧的侧面形成有螺纹槽62，在荧光体层65的下部的外侧的侧面形成有螺纹槽63。另外，在荧光体层65具有与第5实施方式的荧光体层51同样的构成的情况下，具体来说，是在透明基板51a的下部的侧面形成螺纹槽63。
在图9所示的发光装置60c中，在散热部件27的侧面的上部形成有螺纹槽64，在荧光体层65的下部的内侧的侧面形成有与螺纹槽64对应的螺纹槽63，通过将荧光体层65的下部拧入散热部件27的槽61，使荧光体层65固定于散热部件27。另外，在荧光体层65具有与第5实施方式的荧光体层51同样的构成的情况下，具体来说，是在透明基板51a的下部的内侧的侧面形成螺纹槽63。
(实施方式的效果)
根据上述的第1～第6实施方式，通过设置散热路径使荧光体层的热高效地释放，能够抑制由于荧光体的温度消光而导致的发光装置的发光强度的下降、发光色的变化。另外，在荧光体层由单晶荧光体、陶瓷荧光体或者含有荧光体粒子的玻璃构成，荧光体层本身的导热率高的情况下，能够更高效地散热。
实施例
图10是实施例所涉及的发光装置的垂直截面图。在本实施例中，使用图10所示的发光装置70，调查了荧光体层的构成、粘合层的材料对荧光体层的温度带来的影响。
发光装置70具有：金属板21；绝缘基板22，其设置在金属板21上；LED元件72，其设置在绝缘基板22上；侧壁23，其包围LED元件72，隔着金属板21由螺钉28固定于作为散热器的散热部件27；以及荧光体层71，其直接或者通过粘合层14直接固定于侧壁23，位于LED元件12的上方。
粘合层14由导热率为3W/(m·K)的高导热脂构成。
绝缘基板22是利用由SuAgCu焊料构成的粘合层25固定在金属板21上。绝缘基板22由AlN构成，具有0.38mm的厚度。绝缘基板22的平面形状为20mm×20mm的正方形。
LED元件72是倒装芯片型的LED元件，连接到绝缘基板22上的配线图案24。LED元件72的平面形状为1mm×1mm的正方形，在绝缘基板22上设置有8行8列总共64个LED元件72。
金属板21由Cu构成，具有3.5mm的厚度。金属板21的平面形状为40mm×40mm的正方形。在金属板21与散热部件27之间涂布有高导热脂26。在发光装置70中，金属板21和高导热脂26具有1W/m·K以上的导热率，因此，能够视为散热部件的一部分。即，金属板21、高导热脂26和散热部件27构成1个散热部件。
侧壁23由Al构成。侧壁23具有圆形的开口部。因此，荧光体层71的下表面的在LED元件72侧露出的区域是圆形的。
散热部件27的平面形状为100mm×100mm的正方形。
荧光体层71是作为含有YAG烧制荧光体粒子的树脂板(质量比是树脂:YAG烧制荧光体粒子＝150:200)的含荧光体树脂板、玻璃基板与其上的含有YAG烧制荧光体粒子的树脂(质量比是树脂:YAG烧制荧光体粒子＝150:200)的组合、蓝宝石基板与其上的含有YAG粉末荧光体粒子的树脂(质量比是树脂:YAG烧制荧光体粒子＝150:200)的组合或者YAG单晶荧光体板。
荧光体层71的平面形状为22mm×22mm的正方形，其下表面的在LED元件72侧露出的区域即有助于波长转换的区域为直径19mm的圆形。因此，荧光体层71的有助于波长转换的区域的面积为2.8[cm2]。荧光体层71的厚度为1mm。发光装置70白色化时的相关色温度调整为5000K。
下表1示出本实施例的评价所使用的7个发光装置(试料1～7)的构成和荧光体层71发光时中心附近的温度的测定值。
[表1]
表1的“总辐射通量[W]”为LED元件72的总辐射通量，一边使其变化一边进行了各试料的评价。另外，“光辐射通量密度[W/cm2]”为从LED元件72发出而入射到荧光体层71的光的辐射通量密度，是用荧光体层71的有助于波长转换的区域的面积2.8[cm2]去除“总辐射通量[W]”而得到的。
表1的“荧光体层温度[℃]”为荧光体层71发光时中心附近的温度，“×”表示超过150℃的温度。这是由于LED元件72的结温最大为120～150℃的程度，因此将150℃作为1个基准。
表1示出了在荧光体层71为单晶荧光体板时最能有效地排出热，在其由含荧光体树脂板构成的情况下最未能将热排出。
另外，可以考虑试料2与试料4的散热特性的差是由于试料4的蓝宝石基板的导热率(33W/(m·K))与试料2的玻璃基板的导热率(1W/(m·K))的差所致。另外，对于荧光体层71由玻璃基板与其上的含有YAG烧制粉末荧光体的树脂的组合构成的试料2、3，也是在光辐射通量密度[W/cm2]为1.8[W/cm2]的情况下，能够将温度保持在100℃附近。
另外，根据试料2与试料3的结果的比较、试料4与试料5的结果的比较以及试料6与试料7的结果的比较，确认了通过设置粘合层14，能够大大降低荧光体层71的温度。另外，通过与本实施例同样的实验，确认了即使在将导热率为1W/(m·K)的高导热脂用作粘合层14的情况下，也能够降低荧光体层71的温度。从这些结果可以说，粘合层14的导热率为1W/(m·K)以上，优选为3W/(m·K)以上。
在本实施例中，荧光体层71的下表面的与粘合层14接触的面积为222-π(19/2)2cm2，相对于有助于波长转换的区域的面积即π(19/2)2cm2的比例为70％。另外，通过与本实施例同样的实验，确认了在该比例为35％以上时，粘合层14会使得荧光体层71的温度降低。从这些结果可以说，荧光体层71的下表面的与粘合层14接触的面积相对于总面积的比例为35％以上，优选为70％以上。
另外，使用由含有YAG烧制粉末荧光体的玻璃板构成的荧光体层，进行与本实施例同样的实验，确认了可得到试料3与试料4的中间程度的温度排出效果。
此外，为使由透明基板及其表面上的含有荧光体粒子的树脂层构成的荧光体层71的热易于排出，要求使树脂层变薄来使树脂层中的热易于向透明基板传递，但为了既稳定地保持发光装置70的发光色又使树脂层变薄，需要使树脂层中的荧光体粒子的浓度变高。
在本实施例中，试料2～5的树脂中的荧光体粒子的质量百分比浓度为57质量％。另外，通过与本实施例同样的实验，确认了在该质量百分比浓度为50质量％以上的情况下能够将荧光体层71的热有效地排出。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述实施方式，能在不脱离发明的宗旨的范围内进行种种变形实施。例如，发光装置也可以具有上述实施方式所示的任意的不同方式的多个散热部件。即，发光装置的散热部件也可以由任意的不同方式的多个部件构成。另外，能够在不脱离发明的宗旨的范围将上述实施方式的构成要素任意组合。
另外，上面所述的实施方式并不限定权利要求书所涉及的发明。另外，应当注意，实施方式中所说明的特征的组合对用于解决发明的问题的方案来说并非全都是必须的。
工业上的可利用性
提供用一种利用了远程荧光体的发光装置，该发光装置适于如投影仪这样的需要高亮度且大光量的照明器具，使用时发光强度的下降、发光色的变化小。
附图标记说明
10、20、20a、20b、20c、20d、30、40、50、60a、60b、60c、70…发光装置，11…金属衬垫，12、72…LED元件，13、23…侧壁，13a…金属层，13b…基体，14…粘合层，15、35、45、51、65、71…荧光体层，21…金属板，27a、27b、27c、82、83…散热部件，35a…金属膜，45a…凹凸部，51a…透明基板，51b…树脂层，61…槽，62、63、64…螺纹槽。

Claims (8)

1.一种发光装置，具有：
发光元件，其发出具有480nm以下的峰值波长的光；
荧光体板，其能转换上述发光元件发出的光的波长，与上述发光元件分离设置；以及
散热部件，其将上述荧光体板中产生的热排出，
上述荧光体板由单晶荧光体、陶瓷荧光体或者含有荧光体粒子的玻璃形成，导热率为1W/(m·K)以上，
上述荧光体板通过导热率为1W/(m·K)以上的粘合层粘合于上述散热部件，上述荧光体板在粘合于上述粘合层的界面上包含由Ag或者含有Ag的合金构成的金属膜。
2.根据权利要求1所述的发光装置，
上述发光元件将辐射通量密度为1.8W/cm2以上的光向上述荧光体板入射。
3.根据权利要求1或2所述的发光装置，
上述荧光体板通过导热率为1W/(m·K)以上的由高导热脂或高导热糊的含有粒子的树脂构成的粘合层粘合于上述散热部件。
4.根据权利要求3所述的发光装置，
上述荧光体板的粘合于上述粘合层的端部形成有凹凸。
5.一种发光装置，具有：
发光元件，其发出具有480nm以下的峰值波长的光；
荧光体板，其能转换上述发光元件发出的光的波长，与上述发光元件分离设置；以及
散热部件，其将上述荧光体板中产生的热排出，
上述荧光体板包含：导热率为33W/(m·K)以上的透明基板；以及树脂层，其形成于该透明基板的表面，含有荧光体粒子，
上述荧光体板通过导热率为1W/(m·K)以上的粘合层粘合于上述散热部件，上述荧光体板在粘合于上述粘合层的界面上包含由Ag或者含有Ag的合金构成的金属膜。
6.根据权利要求5所述的发光装置，
上述透明基板是蓝宝石。
7.根据权利要求5或6所述的发光装置，
上述荧光体粒子由将通过熔体生长法得到的单晶荧光体粉碎而得到的单晶粉末构成。
8.根据权利要求5或6所述的发光装置，
上述荧光体板通过导热率为1W/(m·K)以上的由高导热脂或高导热糊的含有粒子的树脂构成的粘合层粘合于上述散热部件。
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