光源装置、具备该光源装置的照明装置和车辆的制作方法
【专利摘要】本发明的课题是使使用半导体发光元件的光源装置的发光效率提高，所述半导体发光元件发出具有高能量密度的光。一种光源装置，其包含半导体发光元件和波长变换部件，所述波长变换部件对从所述半导体发光元件发出的光进行波长变换，所述半导体发光元件的发光峰波长为380nm以上420nm以下，从该半导体发光元件发出的光的光能量密度为0.2kW/cm2以上，所述波长变换部件包含选自(Sr1-x，Bax)3MgSi2O8:Eu2+荧光体、(Y1-y，Gdy)3(Al1-z，Gaz)5O12:Ce3+荧光体、和Eu3+激活荧光体中的至少1种，其中0≤x≤1、0≤y＜1、0≤z＜1。
【专利说明】光源装置、具备该光源装置的照明装置和车辆
【技术领域】
[0001] 本发明涉及包含半导体发光元件（特别是激光二极管）和波长变换部件的光源装 置，所述波长变换部件变换从该半导体发光元件发出的光的波长。本发明还涉及具备该光 源装置的照明装置（特别是车辆用照明装置）。本发明进而涉及具备车辆用照明装置的车 辆。
【背景技术】
[0002] -直以来在开发具备半导体发光元件和波长变换部件的光源装置。这样的光源装 置在各种照明装置中被使用。其中，高输出的光源装置对车辆用照明装置（例如头灯）有 用。这样就开发了高输出的光源装置。
[0003] 专利文献1公开了一种产生光的灯具，该灯具具备：半导体发光元件，其产生光； 荧光体，其与半导体发光元件间隔开地设置；第1光学部件，其向荧光体汇聚半导体发光元 件产生的光；第2光学部件，其在设有荧光体的位置具有光学中心，并将荧光体根据由第1 光学部件汇聚的光而产生的光向灯具的外部照射。在专利文献1中，使用产生紫外光的激 光二极管作为半导体发光元件。专利文献1公开了该灯具被用于车辆用头灯的情况。
[0004] 在先技术文献
[0005] 专利文献1 :日本特开2005-150041号公报
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是使使用半导体发光元件的光源装置的发光效率提高，所述半导体 发光元件发出具有高能量密度的光。
[0007] 本发明是一种光源装置，其具备半导体发光元件和波长变换部件，所述波长变换 部件将从上述半导体发光元件发出的光的波长变换为更长的波长，其中，
[0008] 上述半导体发光元件发出具有380纳米以上420纳米以下的发光峰波长的光，
[0009] 从上述半导体发光元件发出的光具有0. 2kW/cm2以上的光能量密度，并且
[0010] 上述波长变换部件包含选自（Sivx，Bax)3MgSi 208:Eu2+[0彡x彡1]荧光体、（Y^， GdyVAlh，Gaz)5012:Ce3+[0 < y < 1，0 < z < 1]荧光体、和Eu3+激活突光体中的至少1种 荧光体。
[0011] 在本发明中，使用半导体发光元件的光源装置的发光效率提高，所述半导体发光 元件发出具有高能量密度的光。
【专利附图】
【附图说明】
[0012] 图1表示第1实施方式的光源装置的概略图。
[0013] 图2表示第2实施方式的光源装置的概略图。
[0014] 图3表示第3实施方式的照明装置（车辆用头灯）的概略图。
[0015] 图4是第4实施方式的车辆的概略图。
[0016] 图5是表示实施例1和比较例1的蓝色荧光体的发光效率的激励光能量密度依赖 性的图。
[0017] 图6是表示实施例1和比较例1的绿色荧光体的发光效率的激励光能量密度依赖 性的图。
[0018] 图7是表示实施例1和比较例1的红色荧光体的发光效率的激励光能量密度依赖 性的图。
[0019] 图8是表示实施例2和比较例2的光源装置的发光效率的激励光能量密度依赖性 的图。
[0020] 图9是表示实施例3和比较例3的光源装置的发光效率的激励光能量密度依赖性 的图。
[0021] 附图标记说明
[0022] 20、40光源装置
[0023] 21、41波长变换部件
[0024] 12半导体发光元件
[0025] 22第1荧光体层
[0026] 23第2突光体层
[0027] 24第3荧光体层
[0028] 25第1荧光体粒子
[0029] 26第2荧光体粒子
[0030] 27第3荧光体粒子
[0031] 28第1粘合剂
[0032] 29第2粘合剂
[0033] 30第3粘合剂
[0034] 19入射光学系统
[0035] 120车辆用头灯
[0036] 121波长截止滤波器
[0037] 122出射光学系统
[0038] 130 车辆
[0039] 131电力供给源
[0040] 132发电机
【具体实施方式】
[0041] 以下，一边参照附图一边详细说明本发明。
[0042] (第1实施方式）
[0043] 图1表示第1实施方式的光源装置20的概略图。光源装置20具备波长变换部件 21和半导体发光兀件12。
[0044] 半导体发光元件12发出蓝紫光。在本说明书中，「蓝紫光」意指具有380纳米以 上420纳米以下的峰波长的光。发出蓝紫光的半导体发光元件12具有比发出紫外光的半 导体发光元件高的发光效率。在发出蓝紫光的半导体发光元件12具有405纳米的发光峰 波长的情况下，发出蓝紫光的半导体发光元件12具有最高的发光效率。因此，半导体发光 元件12可具有385纳米以上、优选390纳米以上的发光峰波长。另一方面，半导体发光元 件12可具有415纳米以下、优选410纳米以下的发光峰波长。
[0045] 从半导体发光元件12发出的光具有0. 2kW/cm2以上的光能量密度。倘若从半导体 发光元件12发出的光具有低于0. 2kW/cm2的光能量密度的情况下，变得难以构成高输出的 光源装置。从半导体发光元件12发出的光可具有0.3kW/cm2以上的光能量密度。优选为 0. 5kW/cm2以上，更优选为lkW/cm2以上。另一方面，如果从半导体发光元件12发出的光的 能量密度过高，则波长变换部件21所含有的荧光体中的发热量的增大成为原因，会对光源 装置造成恶劣影响。因此，从半导体发光元件12发出的光可具有3. 5kW/cm2以下的光能量 密度。优选为3kW/cm2以下，更优选为2. 5kW/cm2以下，进一步优选为2kW/cm2以下。
[0046] 只要从半导体发光元件12发出的光具有0. 2kW/cm2以上的光能量密度，就不限定 半导体发光元件12。半导体发光元件12的例子为激光二极管。半导体发光元件12可由1 个激光二极管构成。代替之，半导体发光元件12可由光学耦合的多个激光二极管构成。半 导体发光元件12具备例如由具有非极性面或半极性面的生长面的氮化物半导体层形成的 发光层。
[0047] 在第1实施方式中，说明半导体发光元件12为发出具有405纳米的波长的光的激 光二极管的情况。
[0048] 波长变换部件21将从半导体发光元件12发出的光变换为具有更长的波长的光。 波长变换部件21含有选自（Siv x，Bax)3MgSi208:Eu 2+[0彡x彡1]荧光体、（Yy GcpdAlh， Gaz)5012:Ce3+[0彡y < 1，0彡z < 1]荧光体、和Eu3+激活荧光体中的至少1种。这样的荧 光体将从半导体发光元件12发出的光变换为具有更长的波长的光。
[0049] (51'1_!￡，8&!￡) 31%512085112+[0彡叉彡1]荧光体、（￥卜 7,6(17)3(八1卜2,6\)50 12:〇63+[0彡7 < 1，0 < z < 1]荧光体、和Eu3+激活荧光体，即使是激励光（即从半导体发光元件12发出 的光）具有高能量密度的情况，也以高的效率将光变换为具有更长的波长的光。因此，这样 的荧光体，即使是使用了发出具有高能量密度的光的半导体发光元件的情况，也提高光源 装置的发光效率。通过这样的荧光体与具有380纳米以上420纳米以下的发光峰波长的半 导体发光元件12的组合，光源装置的发光效率得到提高。
[0050] 在荧光体包含选自（Sivx，Bax) 3MgSi208:Eu2+ [0 彡 x 彡 1]荧光体、（Yh，Gdy) 3 (Alh， Gaz)5012:Ce3+[0彡y < 1，0彡z < 1]荧光体、和Eu3+激活荧光体中的至少2种的情况下，會泛 实现更有利的发光效率。
[0051] Eu3+激活荧光体的例子为LiLaW208:Eu 3+荧光体、Ca2W208:Eu3+荧光体、或 LiGdW 208:Eu3+荧光体。这些荧光体可单独或组合2种以上来使用。这些荧光体具有非常高 的发光效率。这些荧光体，相对于具有395纳米以上405纳米以下的波长的激励光具有特 别高的发光效率。
[0052] 上述的荧光体可按照公知的方法制造。
[0053] 波长变换部件可以是混合有多种荧光体的一层波长变换层。代替之，波长变换部 件可具有由含有单独一种或多种荧光体的2层以上的波长变换层构成的层叠结构。
[0054] 在第1实施方式中，说明作为波长变换部件21使用由3层的波长变换层构成的层 叠结构的情况。该层叠结构具有：含有（Siv x，Bax)3MgSi208:Eu 2+[0 < x < 1]荧光体的第1 荧光体层 22 ;含有（Yy GcpjAlh，Gaz)5012:Ce3+[0 < y < 1，0 < z < 1]荧光体的第 2 荧 光体层23 ;和含有LiGdW208:Eu3+荧光体的第3荧光体层24。第1荧光体层22、第2荧光体 层23、以及第3荧光体层24,分别含有多个第1荧光体粒子25、多个第2荧光体粒子26、以 及多个第3荧光体粒子27。第1荧光体层22、第2荧光体层23、以及第3荧光体层24,可 分别含有第1粘合剂28、第2粘合剂29、第3粘合剂30。第1粘合剂28、第2粘合剂29、第 3粘合剂30的材料的例子为树脂、玻璃、或透明结晶体。第1粘合剂28、第2粘合剂29、和 第3粘合剂30的材料，可以相互相同，也可以不同。第1荧光体层22、第2荧光体层23、和 第3荧光体层24,可以仅由荧光体粒子构成。
[0055] 将从半导体发光兀件12发出的光导向第3突光体层24的入射光学系统19,可设 置在波长变换部件21与半导体发光元件12之间。入射光学系统19具备例如透镜、反射镜 和/或光纤。
[0056] 接着，说明光源装置20的工作。从半导体发光元件12发出的蓝紫光，通过入射光 学系统19,入射到第3荧光体层24。由该入射光激励第3荧光体层24中含有的多个第3 荧光体粒子27,发出红色光。接着，未由第3荧光体层24吸收而透过了第3荧光体层24的 蓝紫光的一部分，入射到第2突光体层23。由该入射光激励第2突光体层23中含有的多个 第2荧光体粒子26,发出绿色光。而且，未由第2荧光体层23吸收而透过了第2荧光体层 23的蓝紫光的一部分，入射到第1突光体层22。由该入射光激励第1突光体层22中含有 的多个第1荧光体粒子25,发出蓝色光。这些红色光、绿色光和蓝色光混合而成为白色光。
[0057] 在波长变换部件包含蓝色荧光体、绿色荧光体和红色荧光体的情况 下，白色光的演色性得到提高。在波长变换部件含有作为蓝色荧光体的（Siv x， Bax)3MgSi208:Eu 2+[0彡x彡1]荧光体、作为绿色荧光体的（Yi_y，GcpdAlh， Gaz) 5012:Ce3+[0彡y < 1，0彡z < 1]荧光体、和作为红色荧光体的Eu3+激活荧光体的情况 下，蓝色荧光体、绿色荧光体、和红色荧光体的全部，即使在出射光（激励光）具有高能量密 度的情况下，也以高的效率将光变换为具有更长的波长的光。因此，光源装置的演色性和发 光效率两者都得到提高。
[0058] 第1荧光体层22、第2荧光体层23、和第3荧光体层24的厚度，可调整为从半导 体发光兀件12发出的蓝紫光不透过第1突光体层22。可将第1突光体层22、第2突光体 层23、和第3荧光体层24的厚度调整为蓝紫光透过第1荧光体层22,并且，光源装置设置 用于吸收透过的蓝紫光的吸收层或用于反射该光的反射层。由于从半导体发光元件12发 出的光本身未必需要作为白色光的构成要素，因此根据吸收层或反射层，可抑制从半导体 发光元件12发出的相干的激光向光源装置的外部发出，因此可提高光源装置20的安全性。
[0059] 第1实施方式的光源装置，例如能够用作为用于顶棚灯之类的一般照明装置、聚 光灯、体育场用照明、或摄影室（studio)用照明之类的特殊照明装置、头灯之类的车辆用 照明装置、投影仪（projector)或抬头显示器（head up display)之类的投影装置、内窥镜 用灯、数字照相机、便携式电话机、智能手机之类的摄像装置、或者个人计算机用监视器、笔 记本型个人计算机、电视、便携式信息终端（PDA)、智能手机、平板PC、或便携式电话之类的 液晶显示装置的光源。
[0060] 从激光二极管发出的光，与从以往就用作为半导体发光元件的发光二极管（以下 称为「LED」）发出的光相比，具有高的能量密度。已知各种各样的荧光体。本发明人发现了 一直以来所使用的荧光体的发光效率随着激励光的能量密度的增加而降低的问题。该问题 也成为在发出具有高能量密度的光（即激励光）的半导体发光元件与一直以来所使用的荧 光体一起被使用的光源装置中发光效率降低的问题的原因。第1实施方式的光源装置20 解决了上述问题。
[0061] (第2实施方式）
[0062] 图2表示第2实施方式的光源装置40的概略图。第2实施方式的光源装置40具 备波长变换部件41和半导体发光元件12。
[0063] 波长变换部件41包含荧光体。该荧光体将从半导体发光元件12发出的光变换为 具有更长的波长的光。波长变换部件41具有选自（Siv x，Bax)3MgSi208:Eu 2+[0彡x彡1]荧 光体、（Yy GcpjAlh，Gaz)5012:Ce3+[0 < y < 1，0 < z < 1]荧光体、和 Eu3+激活荧光体中 的至少两种荧光体混合而成的波长变换层。在第2实施方式中，说明波长变换部件41通 过混合（Siv x，Bax)3MgSi208:Eu 2+[0 彡 x 彡 1]荧光体、（Yh，GcpjAlh，Gaz)5012:Ce3+[0 彡 y < 1，0彡z < 1]荧光体、和LiLaW208:Eu3+荧光体这3种荧光体而形成的情况。3种荧光体 的混合比率可根据所希望的白色色度来适当地调整。波长变换部件41可以含有粘合剂28。 粘合剂28的材料的例子为树脂、玻璃、或透明结晶。粘合剂28可以由单一的材质形成。代 替之，粘合剂28可以由两种以上的材质形成。作为波长变换部件41的荧光体层可以仅由 荧光体粒子构成。
[0064] 从半导体发光元件12发出的蓝紫光，通过入射光学系统19,照射到波长变换部件 41。蓝紫光由波长变换部件41中所含有的蓝色荧光体25、绿色荧光体26和红色荧光体27 分别变换为蓝色光、绿色光、红色光。并且，这3色的光混合而成为白色光。在第2实施方 式中，也与第1实施方式同样地，光源装置的演色性和发光效率这两者得到提高。
[0065] 波长变换部件41的厚度可调整为从半导体发光元件12发出的蓝紫光不透过波长 变换部件41。可以将波长变换部件41的厚度调整为蓝紫光透过的厚度，并且，在光源装置 中设置吸收透过的蓝紫光的吸收层或反射该光的反射层。与第1实施方式的情况同样地， 根据吸收层或反射层，可提高光源装置40的安全性。
[0066] 第2实施方式的光源装置40,可用于与第1实施方式的光源装置20相同的用途。
[0067](第3实施方式）
[0068] 第3实施方式的照明装置，具备第1实施方式或第2实施方式的光源装置。照明 装置的例子为顶棚灯之类的一般照明装置、聚光灯、体育场用照明、摄影室用照明之类的特 殊照明装置、或头灯之类的车辆用照明装置。使用该照明装置作为要求高照度的照明装置 (例如特殊照明装置和车辆用照明装置）有益。在本说明书中使用的术语「车辆」意指汽 车、铁道车辆、路面电车、两轮车（例如摩托车）、或特殊车辆（例如建筑车辆或农业车辆）。 [0069] 作为一例，说明使用第3实施方式的照明装置作为车辆用照明装置（例如头灯） 的情况。
[0070] 图3表示第3实施方式的车辆用头灯120的概略图。第3实施方式的车辆用头灯 120,具备第1实施方式的光源装置20或第2实施方式的光源装置40、和将从该光源装置发 出的光导向前方的出射光学系统122。为防止从光源装置所包含的半导体发光元件发出的 蓝紫光向头灯120的外部发出，可以设置吸收或反射蓝紫光的波长截止滤波器121。出射光 学系统122的例子为反射器（reflector)。出射光学系统122,在内侧的表面具有由A1或 Ag形成的金属膜。在金属膜上可以形成保护膜。车辆用头灯120可以是反射器型车辆用头 灯或投影仪型车辆用头灯。
[0071] 第3实施方式的照明装置具有高的输出且高的发光效率。
[0072](第4实施方式）
[0073] 第4实施方式的车辆，具备第3实施方式的照明装置来作为车辆用照明装置。车 辆可以是发动机车辆、电动车辆、或混合动力车辆。
[0074] 图4表示第4实施方式的车辆130的概略图。车辆130具备第3实施方式的车辆 用头灯120、和电力供给源131。车辆130可以具有通过由发动机之类的驱动源驱动而产生 电的发电机132。由发电机132产生的电积蓄于电力供给源131。电力供给源131的例子 为二次电池。车辆用头灯120利用从电力供给源131供给的电来点亮。
[0075] 第4实施方式的车辆具备具有高的输出且高的发光效率的灯具。
[0076](实施例）
[0077] 以下，一边参照实施例和比较例，一边进一步详细地说明本发明。本发明不被以下 的实施例限定。
[0078] 在实施例中，使用 Sr3MgSi208:Eu2+蓝色荧光体、Y 3(A1Q.7, Gaa3)5012:Ce3+绿色荧 光体、和LiGdW 208:Eu3+红色荧光体。另一方面，在比较例中，使用作为一般的近紫外光激 励用蓝色荧光体的BaMgAl 1(l017:Eu2+蓝色荧光体、作为一般的近紫外激励用绿色荧光体的 Si 2Al404N4:Eu2+(P-塞隆陶瓷：P-sialon)绿色荧光体、以及作为一般的近紫外激励用红色 荧光体的CaAlSiN 3:Eu2+红色荧光体。
[0079](实施例1和比较例1 :单色下的发光效率特性评价）
[0080] 实施例和比较例的各荧光体成形为层状。使用具有405纳米的发光峰波长的激光 二极管作为半导体发光元件，对成形了的各荧光体层照射激光。由荧光体变换了波长的光 进入积分球中，使用多通道光谱器（7 7工7公司制，从才一；\ >才：/亍^夕义公 司购得，型号：USB2000)测定了发光效率。控制激光二极管的输出，测定了在0.02kW/cm2、 0. 08kW/cm2、0. 24kW/cm2、0. 55kW/cm2以及1. 56kW/cm2的光能量密度下激励各荧光体时的发 光效率。表1示出其结果。表1中所包含的值，是通过测定到的发光效率除以在〇.〇2kW/ cm 2的光能量密度下荧光体激励了时测定到的发光效率而算出的相对值。图5、图6和图7 分别是分别表示表1中记述的蓝色荧光体、绿色荧光体和红色荧光体的激励光能量密度和 发光效率比的关系的曲线图。
[0081] 表 1
[0082]
【权利要求】
1. 一种光源装置，其具备半导体发光元件和波长变换部件，所述波长变换部件将从所 述半导体发光元件发出的光的波长变换为更长的波长，其中， 所述半导体发光元件发出具有380纳米以上420纳米以下的发光峰波长的光， 从所述半导体发光元件发出的光具有0. 2kW/cm2以上的光能量密度，并且， 所述波长变换部件包含选自（Sivx，Bax) 3MgSi208: Eu2+荧光体、（Yi_y，Gdy) 3 (Alh， Gaz)5012:Ce3+荧光体、和Eu 3+激活荧光体中的至少1种荧光体，其中0彡x彡1、0彡y<l、 0 ^ z < 1〇
2. 根据权利要求1所述的光源装置， 所述波长变换部件包含选自（Sivx，Bax) 3MgSi208: Eu2+荧光体、（Yi_y，Gdy) 3 (Alh， Gaz)5012:Ce3+荧光体、和Eu 3+激活荧光体中的至少两种荧光体，其中0<x<l、0<y<l、 0 ^ z < 1〇
3. 根据权利要求1所述的光源装置， 所述波长变换部件包含蓝色荧光体、绿色荧光体和红色荧光体。
4. 根据权利要求3所述的光源装置， 所述蓝色荧光体为所述（Sivx，Bax)3MgSi20 8:Eu2+荧光体，其中0彡x彡1， 所述绿色荧光体为所述（Yi_y，Gdy^Alh，Gaz)50 12:Ce3+荧光体，其中0彡y < 1、0彡z < 1，并且， 所述红色荧光体为所述Eu3+激活荧光体。
5. 根据权利要求1所述的光源装置， 所述Eu3+激活荧光体包含选自LiLaW208:Eu3+荧光体、Ca 2W208:Eu3+荧光体和 LiGdW208:Eu3+荧光体中的至少1种。
6. 根据权利要求1所述的光源装置， 所述波长变换部件具备第1荧光体层和第2荧光体层， 所述第2荧光体层夹在所述第1荧光体层和所述半导体发光元件之间，并且， 所述第2荧光体层具有比第1荧光体层长的峰波长。
7. 根据权利要求3所述的光源装置， 所述波长变换部件由含有所述蓝色荧光体的第1荧光体层、含有所述绿色荧光体的第 2荧光体层、和含有所述红色荧光体的第3荧光体层的层叠结构形成。
8. 根据权利要求7所述的光源装置， 所述第3荧光体层夹在所述半导体发光元件和所述第2荧光体层之间，并且， 所述第2荧光体层夹在所述第1荧光体层和所述第3荧光体层之间。
9. 根据权利要求3所述的光源装置， 所述波长变换部件由所述蓝色荧光体、所述绿色荧光体和所述红色荧光体的混合物形 成。
10. -种照明装置，其具备权利要求1所述的光源装置。
11. 根据权利要求10所述的照明装置，所述照明装置为车辆用照明装置。
12. -种车辆，其具备权利要求11所述的车辆用照明装置。
【文档编号】F21V13/00GK104421802SQ201410406294
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年8月18日 优先权日:2013年9月3日
【发明者】長崎纯久, 大林孝志, 井上修, 奥山浩二郎, 新田充, 白石诚吾 申请人:松下电器产业株式会社