JP2011009305A - 発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子から光波長変換材料に光が入射するときの光度または輝度の低下を抑制する。
【解決手段】発光モジュール４０において、光波長変換部材５０は板状に形成され、半導体発光素子４８の発光面４８ａに入射面５０ａが対向するよう配置される。光波長変換部材５０は、入射面５０ａから入射した光を波長変換して出射する。光波長変換部材５０の入射面５０ａには凹凸が設けられる。半導体発光素子４８の発光面４８ａと光波長変換部材５０の入射面５０ａの間には、接着剤層５２が設けられる。接着剤層５２は、入射面５０ａの凹部に入り込むように設けられ、半導体発光素子４８と光波長変換部材５０とを互いに固着させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、発光モジュールに関し、特に発光素子とその発光素子が発する光を波長変換する光波長変換部材とを備える発光モジュールに関する。

従来から、蛍光体などを用いてＬＥＤ（Light Emitting Diode）が発する光を波長変換することにより、ＬＥＤが発する光の色とは異なる色の光を出射する発光モジュールを得る技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、例えば変換効率を増大させるべく、波長変換材料を含むセラミック層を発光層によって放出された光の経路内に配置する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００７−５９８６４号公報 特開２００６−５３６７号公報

近年、ＬＥＤの用途は益々広がっており、例えば車両用前照灯の用途としても期待されている。しかしながら、このような用途で用いるためには、高輝度または高光度のＬＥＤを実現する必要がある。このためには、ＬＥＤが発する光の取り出し効率の向上が大きな課題となる。上述の特許文献に記載される技術では、発光素子から発せられた光はいちど光波長変換材料を通過して出射するため、光の取り出し効率向上のためには、発光素子から光波長変換材料に光が入射するときの光度または輝度の低下を抑制する必要がある。

そこで、本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、発光素子から光波長変換材料に光が入射するときの光度または輝度の低下を抑制することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の発光モジュールは、発光素子と、発光素子の発光面に入射面が対向するよう配置され、入射面から入射した光を波長変換して出射する板状の光波長変換部材と、を備える。発光素子の発光面または光波長変換部材の入射面に凹凸が設けられる。

この態様によれば、発光素子から光波長変換材料に光が入射するとき光の取り出し効率の低下を抑制することができる。このため、光波長変換部材を設けることにより発光モジュールが発する光の光度または輝度が低下することを回避することができる。

発光素子の発光面と光波長変換部材の入射面は、直接接合によって互いに接合されてもよい。

例えば両者を接着剤層を介して固着させた場合、接着剤層の屈折率の影響によって発光素子から光波長変換材料に光が入射するとき光の取り出し効率が低下する可能性がある。この態様によれば、このように両者を接着剤層を介して固着させる場合に比べて光の取り出し効率を高めることが可能となる。このため、発光素子から光波長変換材料に光が入射するときの光度または輝度の低下を抑制することができる。

直接接合を用いて発光素子と光波長変換部材とを互いに固着させるべく発光素子の発光面または光波長変換部材の入射面に形成されたバッファ層をさらに備えてもよい。バッファ層は、凹部に貫通する開口部が形成されるよう凸部上に形成されてもよい。

バッファ層を設けることにより、より容易に直接接合することが可能となる。しかし、バッファ層の透光性が光波長変換部材よりも低い場合があり得るため、バッファ層を設ける場合はそれによる光の取り出し効率の低下を抑制する必要がある。この態様によれば、直接接合される凸部上にバッファ層を形成しつつ、凹部に貫通する開口部を設けることでバッファ層を通過することなく光が通過可能な領域を確保することができる。このため、バッファ層自身による光の取り出し効率低下を抑制することができる。

本発明の別の態様もまた、発光モジュールである。この発光モジュールは、発光素子と、発光素子の発光面に入射面が対向するよう配置され、入射面から入射した光を波長変換して出射する板状の光波長変換部材と、発光素子の発光面と光波長変換部材の入射面とに介在するフォトニック結晶と、を備える。

この態様によれば、屈折率が周期的に変化する構造体であるというフォトニック結晶の特質を利用して、発光素子から光波長変換材料に光が入射するとき光の取り出し効率の低下を簡易に抑制することができる。このため、光波長変換部材を設けることにより発光モジュールが発する光の光度または輝度が低下することを回避することができる。

本発明によれば、発光素子から光波長変換材料に光が入射するときの光度または輝度の低下を抑制することができる。

第１の実施形態に係る車両用前照灯の構成を示す断面図である。 第１の実施形態に係る発光モジュール基板の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第２の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第３の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第４の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第５の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第６の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第７の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第８の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第９の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第１０の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第１１の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。 第１２の実施形態に係る発光モジュールの側面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態という）について詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る車両用前照灯１０の構成を示す断面図である。車両用前照灯１０は、灯具ボディ１２、前面カバー１４、および灯具ユニット１６を有する。以下、図１において左側を灯具前方、右側を灯具後方として説明する。また、灯具前方にみて右側を灯具右側、左側を灯具左側という。図１は、灯具ユニット１６の光軸を含む鉛直平面によって切断された車両用前照灯１０を灯具左側から見た断面を示している。なお、車両用前照灯１０が車両に装着される場合、車両には互いに左右対称に形成された車両用前照灯１０が車両左前方および右前方のそれぞれに設けられる。図１は、左右いずれかの車両用前照灯１０の構成を示している。

灯具ボディ１２は開口を有する箱状に形成される。前面カバー１４は透光性を有する樹脂またはガラスによって椀状に形成される。前面カバー１４は、縁部が灯具ボディ１２の開口部に取り付けられる。こうして、灯具ボディ１２と前面カバー１４とによって覆われる領域に灯室が形成される。

灯室内には、灯具ユニット１６が配置される。灯具ユニット１６は、エイミングスクリュー１８によって灯具ボディ１２に固定される。下方のエイミングスクリュー１８はレベリングアクチュエータ２０が作動することにより回転するよう構成されている。このため、レベリングアクチュエータ２０を作動させることで、灯具ユニット１６の光軸を上下方向に移動することが可能となっている。

灯具ユニット１６は、投影レンズ３０、支持部材３２、リフレクタ３４、ブラケット３６、発光モジュール基板３８、および放熱フィン４２を有する。投影レンズ３０は、灯具前方側表面が凸面で後方側表面が平面の平凸非球面レンズからなり、その後方焦点面上に形成される光源像を反転像として灯具前方に投影する。支持部材３２は、投影レンズ３０を支持する。発光モジュール基板３８には発光モジュール４０が設けられている。リフレクタ３４は、発光モジュール４０からの光を反射して、投影レンズ３０の後方焦点面に光源像を形成する。このようにリフレクタ３４および投影レンズ３０は、発光モジュール４０が発した光を灯具前方に向けて集光する光学部材として機能する。放熱フィン４２は、ブラケット３６の後方側の面に取り付けられ、主に発光モジュール４０が発した熱を放熱する。

支持部材３２には、シェード３２ａが形成されている。車両用前照灯１０はロービーム用光源として用いられ、シェード３２ａは、発光モジュール４０から発せられリフレクタ３４にて反射した光の一部を遮ることで、車両前方においてロービーム用配光パターンにおけるカットオフラインを形成する。ロービーム用配光パターンは公知であることから説明を省略する。

図２は、第１の実施形態に係る発光モジュール基板３８の構成を示す図である。発光モジュール基板３８は、発光モジュール４０、基板４４、サブマウント４５、および透明カバー４６を有する。発光モジュール４０はサブマウント４５に取り付けられており、このサブマウント４５が基板４４に取り付けられている。発光モジュール４０は無色の透明カバー４６によって覆われており、透明カバー４６の内部は中空となっている。発光モジュール４０は、半導体発光素子４８および光波長変換部材５０を有する。

図３は、第１の実施形態に係る発光モジュール４０の側面図である。半導体発光素子４８は、ＬＥＤ素子によって構成される。第１の実施形態では、半導体発光素子４８として、青色の波長の光を主として発する青色ＬＥＤが採用されている。具体的には、半導体発光素子４８は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ系半導体層を結晶成長させることにより形成されるＡｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{（１−ｘ−ｙ）}Ｎ系ＬＥＤ素子によって構成されている。なお、半導体発光素子４８を形成するための材料はこれに限られず、例えばＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡＩＮのいずれかであってもよい。

半導体発光素子４８は、例えば１ｍｍ角のチップとして形成され、発する青色光の中心波長は４６０ｎｍとなるよう設けられている。なお、半導体発光素子４８の構成や発する光の波長が上述したものに限られないことは勿論であり、半導体発光素子４８は青以外の波長の光を主として発するものが採用されてもよい。

半導体発光素子４８は、いわゆるフリップチップタイプのものが採用される。なお、半導体発光素子４８に他のタイプのものが採用されてもよいことは勿論であり、例えば半導体発光素子４８にいわゆる縦型チップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。

半導体発光素子４８は、半導体層５４と、半導体層５４の結晶成長に用いられた結晶成長用基板５６とを有する。結晶成長用基板５６はサファイアによって形成されている。なお、結晶成長用基板５６の材質がサファイアに限られないことは勿論であり、結晶成長に用いられる他の材質が採用されてもよい。半導体層５４は、結晶成長用基板５６に結晶成長して形成されるため、半導体層５４と結晶成長用基板５６とは互いに固着されている。半導体発光素子４８は、結晶成長用基板５６の外面のうち半導体層５４に固着している面と反対側の面が発光面４８ａとなる。発光面４８ａは平面状に形成される。なお、半導体発光素子４８は、結晶成長用基板上に半導体層を結晶成長させた後、結晶成長用基板を除去したものが用いられてもよい。

光波長変換部材５０は、いわゆる発光セラミック、または蛍光セラミックと呼ばれるものであり、青色光によって励起される蛍光体であるＹＡＧ（Yttrium Alminum Garnet）粉末を用いて作成されたセラミック素地を焼結することにより得ることができる。このような光波長変換セラミックの製造方法は公知であることから詳細な説明は省略する。なお、光波長変換部材５０は焼結セラミックに限定されず、例えばアモルファス、多結晶、単結晶のものを含み、結晶構造などによって限定されない。光波長変換部材５０は板状に形成される。

また、光波長変換部材５０には、透明なものが採用されている。第１の実施形態において「透明」とは、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上のことを意味するものとする。発明者の鋭意なる研究開発の結果、変換波長域の光の全光線透過率が４０％以上の透明な状態であれば、光波長変換部材５０において光の波長を適切に変換できると共に、各々を通過する光の光度の減少も適切に抑制できることが判明した。したがって、光波長変換部材５０をこのように透明な状態にすることによって、半導体発光素子４８が発する光をより効率的に変換することができる。

また、光波長変換部材５０は有機系バインダーレスの無機物で構成され、有機系バインダーなどの有機物を含有する場合に比べて耐久性の向上が図られている。このため、例えば発光モジュール４０に１Ｗ（ワット）以上の電力を投入することが可能となっており、発光モジュール４０が発する光の輝度、光度、および光束を高めることが可能となっている。なお、光波長変換部材５０にバインダーが含まれていてもよい。

光波長変換部材５０は、入射面５０ａが半導体発光素子４８の発光面４８ａに対向するよう配置され、入射面５０ａから入射した光を波長変換して出射する。光波長変換部材５０は、半導体発光素子４８が主として発する青色光の波長を変換して黄色光を出射する。このため、発光モジュール４０からは、光波長変換部材５０をそのまま透過した青色光と、光波長変換部材５０によって波長変換され出射された黄色光との合成光である白色光が出射する。

第１の実施形態では、光波長変換部材５０の入射面５０ａに凹凸が設けられる。このような凹凸を設けることにより、入射面５０ａによって反射される光を抑制することができ、光波長変換部材５０を設けることによる光の取り出し効率の低下を抑制することができる。

半導体発光素子４８の発光面４８ａと光波長変換部材５０の入射面５０ａの間には、接着剤層５２が設けられる。接着剤層５２は、例えばシリコン系または有機系の材料によって生成され、半導体発光素子４８と光波長変換部材５０とを互いに固着させる。このとき接着剤層５２は、入射面５０ａの凹部に入り込むように設けられる。

なお、凹凸形状は図３に示すような形状に限られないことは勿論であり、断面が三角形状の凹部または凸部が設けられてもよく、また、底部が曲面となる凹部または頂部が曲面となる凸部が設けられてもよい。

また、凹凸に代えて入射面５０ａにフォトニック結晶が設けられてもよい。この場合も、発光面４８ａと入射面５０ａとの間に接着剤層５２が設けられてもよい。これにより、半導体発光素子４８の発光面４８ａと光波長変換部材５０の入射面５０ａとにフォトニック結晶を介在させることができる。フォトニック結晶は、屈折率が周期的に変化する構造体である。フォトニック結晶は公知であるため、その形成方法などについての説明は省略する。このようにフォトニック結晶を設けることによっても、入射面５０ａによる光の反射を抑制することができ、半導体発光素子４８から光波長変換部材５０に光が入射するとき光の取り出し効率の低下を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る発光モジュール６０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール６０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、第１の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール６０は、半導体発光素子６２および光波長変換部材６４を備える。第２の実施形態では、半導体発光素子６２もまた、半導体層６８と、半導体層６８の結晶成長に用いられた結晶成長用基板７０とを有する。半導体発光素子６２は、結晶成長用基板７０の外面のうち半導体層６８に固着している面と反対側の面が発光面６２ａとなる。なお、半導体発光素子６２は、結晶成長用基板上に半導体層を結晶成長させた後、結晶成長用基板を除去したものが用いられてもよい。

半導体層６８および結晶成長用基板７０の材質は、第１の実施形態に係る半導体層５４および結晶成長用基板５６と同様である。このため半導体発光素子６２もまた、主として青色光を発するよう設けられる。

光波長変換部材６４は、入射面６４ａが半導体発光素子６２の発光面６２ａに対向するよう配置され、入射面６４ａから入射した光を波長変換して出射する。入射面６４ａは平面状に形成される。光波長変換部材６４の材質も、第１の実施形態に係る光波長変換部材５０と同様である。このため光波長変換部材６４もまた、青色光を波長変換して黄色光を出射するよう設けられる。したがって、半導体発光素子６２もまた、青色光と黄色光との合成光である白色光を出射する。

発光モジュール６０は、第１の実施形態と同様にいわゆるフリップチップタイプのものが採用される。しかしこれに限定されないことは勿論であり、例えば縦型チップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。

第２の実施形態では、半導体発光素子６２の発光面６２ａ、すなわち結晶成長用基板７０の外面に凹凸が設けられる。なお、結晶成長用基板が除去されている場合は、半導体層６８の外面、すなわちエピ層に凹凸が設けられてもよい。このように発光面６２ａに凹凸を設けることによっても、半導体発光素子６２の発光面６２ａから光波長変換部材６４の入射面６４ａに光が入射するときの光の取り出し効率低下を抑制することができる。

半導体発光素子６２の発光面６２ａと光波長変換部材６４の入射面６４ａの間には、接着剤層６６が設けられる。接着剤層６６の材質は、第１の実施形態に係る半導体層５４と同様である。接着剤層６６は、半導体発光素子６２と光波長変換部材６４とを互いに固着させる。このとき接着剤層６６は、発光面６２ａの凹部に入り込むように設けられる。

また、凹凸に代えて発光面６２ａにフォトニック結晶が設けられてもよい。この場合も、発光面６２ａと入射面６４ａとの間に接着剤層６６が設けられてもよい。このような態様で半導体発光素子６２の発光面６２ａと光波長変換部材６４の入射面６４ａとにフォトニック結晶を介在させることによっても、半導体発光素子６２から光波長変換部材６４に光が入射するとき光の取り出し効率の低下を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る発光モジュール８０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール８０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール８０は、半導体発光素子８２および光波長変換部材８４を備える。第３の実施形態では、半導体発光素子８２もまた、半導体層８８と、半導体層８８の結晶成長に用いられた結晶成長用基板９０とを有する。半導体発光素子８２は、結晶成長用基板９０の外面のうち半導体層８８に固着している面と反対側の面が発光面８２ａとなる。なお、半導体発光素子８２は、結晶成長用基板上に半導体層を結晶成長させた後、結晶成長用基板を除去したものが用いられてもよい。

半導体層８８および結晶成長用基板９０の材質は、第１の実施形態に係る半導体層５４および結晶成長用基板５６と同様である。このため半導体発光素子８２もまた、主として青色光を発するよう設けられる。

光波長変換部材８４は、入射面８４ａが半導体発光素子８２の発光面８２ａに対向するよう配置され、入射面８４ａから入射した光を波長変換して出射する。光波長変換部材８４の材質も、第１の実施形態に係る光波長変換部材５０と同様である。このため光波長変換部材８４もまた、青色光を波長変換して黄色光を出射するよう設けられる。したがって、半導体発光素子８２もまた、青色光と黄色光との合成光である白色光を出射する。

発光モジュール８０は、第１の実施形態と同様にいわゆるフリップチップタイプのものが採用される。しかしこれに限定されないことは勿論であり、例えば縦型チップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。

第３の実施形態では、光波長変換部材８４の入射面８４ａ、および半導体発光素子８２の発光面８２ａ、すなわち結晶成長用基板９０の外面の双方に凹凸が設けられる。なお、結晶成長用基板が除去されている場合は、半導体層８８の外面、すなわちエピ層に凹凸が設けられてもよい。このように半導体発光素子８２の発光面８２ａおよび光波長変換部材８４の入射面８４ａの双方に凹凸を設けることによっても、半導体発光素子８２の発光面８２ａから光波長変換部材８４の入射面８４ａに光が入射するときの光の取り出し効率低下を抑制することができる。

半導体発光素子８２の発光面８２ａと光波長変換部材８４の入射面８４ａの間には、接着剤層８６が設けられる。接着剤層８６の材質は、第１の実施形態に係る半導体層５４と同様である。接着剤層８６は、半導体発光素子８２と光波長変換部材８４とを互いに固着させる。このとき接着剤層８６は、半導体発光素子８２の発光面８２ａおよび光波長変換部材８４の入射面８４ａの双方の凹部に入り込むように設けられる。

また、凹凸に代えて、半導体発光素子８２の発光面８２ａおよび光波長変換部材８４の入射面８４ａの双方にフォトニック結晶が設けられてもよい。この場合も、発光面８２ａと入射面８４ａとの間に接着剤層８６が設けられてもよい。このような態様で半導体発光素子８２の発光面８２ａと光波長変換部材８４の入射面８４ａとにフォトニック結晶を介在させることによっても、入射面８４ａによる光の反射を抑制することができ、半導体発光素子８２から光波長変換部材８４に光が入射するとき光の取り出し効率の低下を抑制することができる。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る発光モジュール１００の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール１００が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール１００は、接着剤層５２に代えて、入射面５０ａの凹部に入り込むように塗布された接着剤１０２によって半導体発光素子４８の発光面４８ａと光波長変換部材５０の入射面５０ａとが互いに固着される以外は、第１の実施形態に係る発光モジュール６０と同様に構成される。なお、接着剤１０２の材質は、第１の実施形態に係る接着剤層５２と同様である。

これにより、入射面５０ａに設けられた凸部の先端と発光面４８ａとを当接させた状態で光波長変換部材５０と半導体発光素子４８とを互いに固着させることができる。接着剤１０２は、結晶成長用基板５６や光波長変換部材５０よりも屈折率の低い材料によって生成される。このため、接着剤１０２に入射した光は、接着剤１０２よりも屈折率の高い光波長変換部材５０に入射しにくくなる。このように入射面５０ａの凸部の先端と発光面４８ａとを当接させることにより、光波長変換部材５０と半導体発光素子４８とが当接する部分については接着剤１０２を介することなく半導体発光素子４８が発した光を光波長変換部材５０に入射させることができる。このため、半導体発光素子４８と光波長変換部材５０との間に接着剤層が設けられる場合に比べ、より高い効率で光波長変換部材５０に光を入射させることができる。

（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態に係る発光モジュール１２０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール１２０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール１２０は、接着剤層６６に代えて、半導体発光素子６２の発光面６２ａの凹部に入り込むように塗布された接着剤１２２によって半導体発光素子６２の発光面６２ａと光波長変換部材６４の入射面６４ａとが互いに固着される以外は、第２の実施形態に係る発光モジュール６０と同様に構成される。なお、接着剤１２２の材質は、第１の実施形態に係る接着剤層５２と同様である。

これによっても、光波長変換部材６４と半導体発光素子６２とが当接する部分については接着剤１２２を介することなく半導体発光素子６２が発した光を光波長変換部材６４に入射させることができる。このため、半導体発光素子６２と光波長変換部材６４との間に接着剤層が設けられる場合に比べ、より高い効率で光波長変換部材６４に光を入射させることができる。

（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る発光モジュール１４０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール１４０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

半導体発光素子８２および光波長変換部材８４は、各々に設けられた凸部の先端が互いに当接するよう凹凸が形成される。したがって、半導体発光素子８２および光波長変換部材８４の双方の凹部が互いに連通する。

発光モジュール１４０は、接着剤層８６に代えて、光波長変換部材８４の入射面８４ａおよび半導体発光素子８２の発光面８２ａの双方の凹部に入り込むように塗布された接着剤１４２によって半導体発光素子８２の発光面８２ａと光波長変換部材８４の入射面８４ａとが互いに固着される以外は、第３の実施形態に係る発光モジュール８０と同様に構成される。なお、接着剤１４２の材質は、第１の実施形態に係る接着剤層５２と同様である。

これによっても、光波長変換部材８４と半導体発光素子８２とが当接する部分については接着剤１４２を介することなく半導体発光素子８２が発した光を光波長変換部材８４に入射させることができる。このため、半導体発光素子８２と光波長変換部材８４との間に接着剤層が設けられる場合に比べ、より高い効率で光波長変換部材８４に光を入射させることができる。

（第７の実施形態）
図９は、第７の実施形態に係る発光モジュール１６０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール１６０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール１６０は、接着剤ではなく直接接合によって半導体発光素子４８の発光面４８ａと光波長変換部材５０の入射面５０ａが互いに接合される以外は、第４の実施形態に係る発光モジュール１００と同様に構成される。

発明者によって行われた実験の結果、表面活性化接合によって半導体発光素子４８と光波長変換部材５０とを直接接合可能であることが確認された。なお、プラズマ接合によって両者を直接接合可能であることも確認されている。このように例えばシリコン系や有機系の接着剤を用いない直接接合を用いて半導体発光素子４８と光波長変換部材５０とを互いに固着させることにより、固着部分の劣化を回避することができ、また、半導体発光素子４８が発する光の取り出し効率低下も回避することができる。

（第８の実施形態）
図１０は、第８の実施形態に係る発光モジュール１８０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール１８０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール１８０は、接着剤ではなく直接接合によって半導体発光素子６２の発光面６２ａと光波長変換部材６４の入射面６４ａが互いに接合される以外は、第５の実施形態に係る発光モジュール１２０と同様に構成される。また、直接接合方法、半導体発光素子６２および光波長変換部材６４の材質は、第７の実施形態と同様である。

これによっても、接着剤を介することなく半導体発光素子６２が発した光を光波長変換部材６４に入射させることができる。このため、半導体発光素子６２と光波長変換部材６４との間に接着剤層が設けられる場合に比べ、より高い効率で光波長変換部材６４に光を入射させることができる。

（第９の実施形態）
図１１は、第９の実施形態に係る発光モジュール２００の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール２００が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール２００は、接着剤ではなく直接接合によって半導体発光素子８２の発光面８２ａと光波長変換部材８４の入射面８４ａが互いに接合される以外は、第６の実施形態に係る発光モジュール１４０と同様に構成される。また、直接接合方法、半導体発光素子８２および光波長変換部材８４の材質は、第７の実施形態と同様である。

これによっても、接着剤を介することなく半導体発光素子８２が発した光を光波長変換部材８４に入射させることができる。このため、半導体発光素子８２と光波長変換部材８４との間に接着剤層が設けられる場合に比べ、より高い効率で光波長変換部材８４に光を入射させることができる。

（第１０の実施形態）
図１２は、第１０の実施形態に係る発光モジュール２２０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール２２０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール２２０は、半導体発光素子２２２および光波長変換部材２２４を備える。半導体発光素子２２２は、半導体層２２８および結晶成長用基板２３０を有する。半導体層２２８および結晶成長用基板２３０の各々は、第１の実施形態に係る半導体層５４および結晶成長用基板５６と同様に構成される。このため半導体発光素子２２２もまた、主として青色光を発するよう設けられる。

光波長変換部材２２４は、入射面２２４ａが半導体発光素子２２２の発光面２２２ａに対向するよう配置され、入射面２２４ａから入射した光を波長変換して出射する。光波長変換部材２２４の材質も、第１の実施形態に係る光波長変換部材５０と同様である。このため光波長変換部材２２４もまた、青色光を波長変換して黄色光を出射するよう設けられる。したがって、半導体発光素子２２２もまた、青色光と黄色光との合成光である白色光を出射する。

発光モジュール２２０は、第１の実施形態と同様にいわゆるフリップチップタイプのものが採用される。しかしこれに限定されないことは勿論であり、例えば縦型チップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。

第１０の実施形態では、光波長変換部材２２４の入射面２２４ａに凹凸が設けられる。さらに入射面２２４ａと発光面２２２ａとの間には、直接接合を用いて半導体発光素子２２２と光波長変換部材２２４とを互いに固着させるべく、バッファ層２２６が形成される。バッファ層２２６を設けることにより、より容易に直接接合することが可能となる。バッファ層２２６を形成する材料はＹＡＧであってもよく、またはＳｉＯ_２であってもよい。

バッファ層２２６は、スパッタリングにより半導体発光素子２２２の発光面２２２ａに薄膜形成される。なお、スパッタリングに代えて、蒸着、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法：Metal Organic Chemical Vapor Deposition）、またはＭＢＥ（分子線エピタキシー法：Molecular Beam Epitaxy）が用いられてもよい。バッファ層２２６は、半導体発光素子２２２が発する光の少なくとも一部を透過させる透光性を有する。

次に、バッファ層２２６と半導体発光素子２２２の発光面２２２ａとが直接接合によって互いに接合される。発明者によって行われた実験の結果、表面活性化接合、およびプラズマ接合の双方とも、両者を直接接合可能であることが確認された。なお、バッファ層２２６を形成する材料がＹＡＧであってもＳｉＯ_２であっても、これらの接合方法によって両者を固着可能であることが確認されている。したがってこのような態様によっても、直接接合を用いて半導体発光素子２２２と光波長変換部材２２４とを互いに固着させることができる。

このバッファ層２２６は、凹部に貫通する開口部が形成されるよう凸部上に形成される。これにより、直接接合される凸部上にバッファ層２２６を形成しつつ、凹部に貫通する開口部を設けることでバッファ層２２６を通過することなく光が通過可能な領域を確保することができる。バッファ層２２６は、材質によっては光の透過性が光波長変換部材２２４などよりも低くなる可能性がある。このようにバッファ層２２６に開口部を設けることにより、バッファ層２２６自身による光の取り出し効率低下を抑制することができる。

（第１１の実施形態）
図１３は、第１１の実施形態に係る発光モジュール２４０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール２４０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール２４０は、半導体発光素子２４２および光波長変換部材２４４を備える。半導体発光素子２４２は、半導体層２４８および結晶成長用基板２５０を有する。半導体層２４８および結晶成長用基板２５０の各々は、第１の実施形態に係る半導体層５４および結晶成長用基板５６と同様に構成される。このため半導体発光素子２４２もまた、主として青色光を発するよう設けられる。

光波長変換部材２４４は、入射面２４４ａが半導体発光素子２４２の発光面２４２ａに対向するよう配置され、入射面２４４ａから入射した光を波長変換して出射する。光波長変換部材２４４の材質も、第１の実施形態に係る光波長変換部材５０と同様である。このため光波長変換部材２４４もまた、青色光を波長変換して黄色光を出射するよう設けられる。したがって、半導体発光素子２４２もまた、青色光と黄色光との合成光である白色光を出射する。

発光モジュール２４０は、第１の実施形態と同様にいわゆるフリップチップタイプのものが採用される。しかしこれに限定されないことは勿論であり、例えば縦型チップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。

第１１の実施形態では、半導体発光素子２４２の発光面２４２ａ、すなわち結晶成長用基板２５０の外面に凹凸が設けられる。なお、結晶成長用基板が除去されている場合は、半導体層２４８の外面、すなわちエピ層に凹凸が設けられてもよい。さらに発光面２４２ａには、直接接合を用いて半導体発光素子２４２と光波長変換部材２４４とを互いに固着させるべく、バッファ層２４６が形成される。バッファ層２４６を設けることにより、より容易に直接接合することが可能となる。バッファ層２４６の材質、発光面２４２ａへの形成方法、および光波長変換部材２４４の入射面２４４ａへの直接接合方法は、第１０の実施形態に係るバッファ層２２６と同様である。

このバッファ層２４６は、凹部に貫通する開口部が形成されるよう凸部上に形成される。これにより、バッファ層２４６を発光面２４２ａに形成する場合においても、バッファ層２４６自身による光の取り出し効率低下を抑制することができる。

なお、半導体発光素子２４２の発光面２４２ａの全面にバッファ層２４６を形成させた後、凹部が形成されるようバッファ層２４６の上から発光面２４２ａに加工が施される。これにより、発光面２４２ａの凹部に貫通する開口部が形成されるよう、発光面２４２ａの凸部上にバッファ層２４６を簡易に形成することができる。

（第１２の実施形態）
図１４は、第１２の実施形態に係る発光モジュール２６０の側面図である。なお、発光モジュール４０に代えて発光モジュール２６０が設けられる以外は、車両用前照灯１０の構成は第１の実施形態と同様である。以下、上述の実施形態と同様の個所については同一の符号を付して説明を省略する。

発光モジュール２６０は、半導体発光素子２６２および光波長変換部材２６４を備える。半導体発光素子２６２は、半導体層２６８および結晶成長用基板２７０を有する。半導体層２６８および結晶成長用基板２７０の各々は、第１の実施形態に係る半導体層５４および結晶成長用基板５６と同様に構成される。このため半導体発光素子２６２もまた、主として青色光を発するよう設けられる。

光波長変換部材２６４は、入射面２６４ａが半導体発光素子２６２の発光面２６２ａに対向するよう配置され、入射面２６４ａから入射した光を波長変換して出射する。光波長変換部材２６４の材質も、第１の実施形態に係る光波長変換部材５０と同様である。このため光波長変換部材２６４もまた、青色光を波長変換して黄色光を出射するよう設けられる。したがって、半導体発光素子２６２もまた、青色光と黄色光との合成光である白色光を出射する。

発光モジュール２６０は、第１の実施形態と同様にいわゆるフリップチップタイプのものが採用される。しかしこれに限定されないことは勿論であり、例えば縦型チップタイプのものやいわゆるフェイスアップタイプのものが採用されてもよい。

第１２の実施形態では、半導体発光素子２６２の発光面２６２ａ、すなわち結晶成長用基板２７０の外面に凹凸が設けられる。なお、結晶成長用基板が除去されている場合は、半導体層２６８の外面、すなわちエピ層に凹凸が設けられてもよい。

さらに発光面２６２ａには、直接接合を用いて半導体発光素子２６２と光波長変換部材２６４とを互いに固着させるべく、バッファ層２６６が形成される。バッファ層２６６は、入射面２６４ａに直接接合される。なお、バッファ層２６６は、光波長変換部材２６４の入射面２６４ａに形成され、発光面２６２ａに直接接合されてもよい。バッファ層２６６を設けることにより、より容易に直接接合することが可能となる。バッファ層２６６の材質、形成方法、および直接接合方法は、第１０の実施形態に係るバッファ層２２６と同様である。

半導体発光素子２６２および光波長変換部材２６４は、各々に設けられた凸部の先端が互いに対向するよう凹凸が形成される。バッファ層２６６は、凹部に貫通する開口部が形成されるよう凸部上に形成される。したがって、半導体発光素子２６２および光波長変換部材２６４の双方の凹部が互いに連通する。このためこのような態様によっても、バッファ層２６６自身による光の取り出し効率低下を抑制することができる。

なお、半導体発光素子２６２の発光面２６２ａの全面にバッファ層２６６を形成させた後、凹部が形成されるようバッファ層２６６の上から発光面２６２ａに加工が施される。これにより、発光面２６２ａの凹部に貫通する開口部が形成されるよう、発光面２６２ａの凸部上にバッファ層２６６を簡易に形成することができる。

本発明は上述の各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態の各要素を適宜組み合わせたものも、本発明の実施形態として有効である。また、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を各実施形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施形態も本発明の範囲に含まれうる。以下、そうした例をあげる。

ある変形例では、半導体発光素子は紫外光を主として発するものが用いられる。また、光波長変換部材は、紫外光を互いに異なる色の光に変換する複数の光波長変換層が積層されて形成されている。例えば、紫外光を青色光に変換する光波長変換層と、紫外光を黄色光に変換する光波長変換層が積層されて形成されてもよい。または、紫外光を青色光に変換する光波長変換層と、紫外光を緑色光に変換する光波長変換層と、紫外光を赤色光に変換する光波長変換層が積層されて形成されてもよい。このように半導体発光素子および光波長変換部材を構成することによっても、白色光を発する発光モジュールを得ることができる。

なお、光波長変換部材に、紫外光を互いに異なる色の光に変換する複数種類の蛍光体が含められていてもよい。例えば、紫外光を青色光に変換する蛍光体と、紫外光を黄色光に変換する蛍光体が光波長変換部材に含められていてもよい。または、紫外光を青色光に変換する蛍光体と、紫外光を緑色光に変換する蛍光体と、紫外光を赤色光に変換する蛍光体が光波長変換部材に含められていてもよい。このように半導体発光素子および光波長変換部材を構成することによっても、白色光を発する発光モジュールを得ることができる。

４０ 発光モジュール、 ４８ａ 発光面、 ５０ 光波長変換部材、 ５０ａ 入射面、 ６０ 発光モジュール、 ６２ａ 発光面、 ６４ 光波長変換部材、 ６４ａ 入射面、 ８０ 発光モジュール、 ８２ａ 発光面、 ８４ 光波長変換部材、 ８４ａ 入射面。

Claims (4)

1. 発光素子と、
   前記発光素子の発光面に入射面が対向するよう配置され、前記入射面から入射した光を波長変換して出射する板状の光波長変換部材と、
   を備え、
   前記発光素子の発光面または前記光波長変換部材の入射面に凹凸が設けられることを特徴とする発光モジュール。
2. 前記発光素子の発光面と前記光波長変換部材の入射面は、直接接合によって互いに接合されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
3. 直接接合を用いて前記発光素子と前記光波長変換部材とを互いに固着させるべく前記発光素子の発光面または前記光波長変換部材の入射面に形成されたバッファ層をさらに備え、
   前記バッファ層は、前記凹部に貫通する開口部が形成されるよう前記凸部上に形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光モジュール。
4. 発光素子と、
   前記発光素子の発光面に入射面が対向するよう配置され、前記入射面から入射した光を波長変換して出射する板状の光波長変換部材と、
   前記発光素子の発光面と前記光波長変換部材の入射面とに介在するフォトニック結晶と、
   を備えることを特徴とする発光モジュール。

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