CN110383514A - 光源装置 - Google Patents

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CN110383514A CN201880015041.4A CN201880015041A CN110383514A CN 110383514 A CN110383514 A CN 110383514A CN 201880015041 A CN201880015041 A CN 201880015041A CN 110383514 A CN110383514 A CN 110383514A
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长崎纯久
奥山浩二郎
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Abstract

光源装置具备激发光源和接受来自激发光源的激发光而发出荧光的荧光体层。荧光体层包含选自因激发光而发出的荧光的峰值波长为400nm以上且510nm以下的第一荧光体、和因激发光而发出的荧光的峰值波长为580nm以上且700nm以下的第二荧光体中的至少一者。第一荧光体和第二荧光体各自的荧光寿命为0.1纳秒以上且250纳秒以下。激发光的能量密度为10W/mm2以上。

Description

光源装置
技术领域
本申请涉及光源装置。
背景技术
作为发出白色光的光源装置，已知具备激发光源和荧光体的光源装置。激发光源发出例如蓝色光。荧光体吸收从激发光源发出的蓝色光，并发出黄色荧光。蓝色光与黄色光混杂而从光源装置射出白色光。
专利文献1和2公开了一种具备发光二极管(LED)芯片和荧光体的发光二极管装置。专利文献1中记载的荧光体发出黄色荧光。荧光体是具有铈的钇·铝·石榴石系荧光体。专利文献2中记载的荧光体发出红色荧光。荧光体的母体结晶是与CaSiAlN3具有相同晶体结构的无机化合物。荧光体的发光中心为例如Eu。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平10-242513号公报
专利文献2：日本特开2006-8721号公报
发明内容
本申请所述的光源装置具备激发光源、和接受来自激发光源的激发光而发出荧光的荧光体层。荧光体层包含选自因激发光而发出的荧光的峰值波长为400nm以上且510nm以下的第一荧光体、和因激发光而发出的荧光的峰值波长为580nm以上且700nm以下的第二荧光体中的至少一者。第一荧光体和第二荧光体各自的荧光寿命为0.1纳秒以上且250纳秒以下。激发光的能量密度为10W/mm2以上。
根据本申请的光源装置，能够获得具有高亮度且显色性(演色性)优异的光。
附图说明
图1为第一实施方式所述的光源装置的构成图。
图2是表示从各荧光体发出的光的峰值波长和各荧光体的荧光寿命的图。
图3是将激发光的能量密度与荧光体的内部量子效率的维持率的关系以及荧光体的荧光寿命一并示出的图。
图4是第二实施方式所述的光源装置的构成图。
图5是第三实施方式所述的光源装置的构成图。
图6是第四实施方式所述的光源装置的构成图。
图7是第五实施方式所述的光源装置的构成图。
图8是表示激发光的能量密度与从样品1和2的波长转换部件分别发出的光的CIE色度坐标的关系的图。
图9是表示激发光的能量密度与从样品1和2的波长转换部件分别发出的光的CIE色度坐标的关系的图。
图10是表示从样品1和2的波长转换部件分别发出的光的CIE色度坐标的变化的图。
具体实施方式
专利文献1和2中记载的发光二极管从发出的光的亮度和显色性的观点出发尚有改善的余地。
本申请提供一种用于获得具有高亮度且显色性优异的光的技术。
(成为本申请基础的见解)
随着来自激发光源的激发光的能量密度的增加，从荧光体发出的光的强度(亮度)增加。激发光的能量密度超过规定值时，从荧光体发出的光的强度不再增加。即，从荧光体发出的光的强度饱和。从荧光体发出的光的强度的饱和取决于荧光体的荧光寿命。荧光体的荧光寿命越长，则从荧光体发出的光的强度越难增加。因此，具有较长荧光寿命的荧光体与具有较短荧光寿命的荧光体相比难以发出高强度的光。将具有较长荧光寿命的荧光体与具有较短荧光寿命的荧光体组合时，还存在从光源装置发出的光的显色性差的问题。
本申请的第一方案所述的光源装置具备激发光源、和接受来自激发光源的激发光而发出荧光的荧光体层。荧光体层包含选自因激发光而发出的荧光的峰值波长为400nm以上且510nm以下的第一荧光体、和因激发光而发出的荧光的峰值波长为580nm以上且700nm以下的第二荧光体中的至少一者。第一荧光体和第二荧光体各自的荧光寿命为0.1纳秒以上且250纳秒以下。激发光的能量密度为10W/mm2以上。
根据第一方案，激发光源发出具有大的能量密度的激发光。第一荧光体或第二荧光体接受激发光而发出荧光。由于第一荧光体和第二荧光体各自的荧光寿命短，因此，第一荧光体和第二荧光体能够分别发出高强度的光。即，光源装置能够射出具有高亮度的光。光源装置具备其它荧光体层时，光源装置能够射出显色性优异的光。即，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的第二方案所述的光源装置具备激发光源、和接受来自激发光源的激发光而发出荧光的荧光体层。荧光体层包含选自因激发光而发出的荧光的峰值波长为400nm以上且510nm以下的第一荧光体、和因激发光而发出的荧光的峰值波长为580nm以上且700nm以下的第二荧光体中的至少一者。第一荧光体和第二荧光体各自的荧光寿命为0.1纳秒以上且250纳秒以下。第一荧光体发出的荧光的峰值波长与激发光的峰值波长之差处于20nm以上且200nm以下的范围。第二荧光体发出的荧光的峰值波长与激发光的峰值波长之差处于20nm以上且350nm以下的范围。
根据第二方案，第一荧光体和第二荧光体各自的荧光寿命短。因此，来自激发光源的激发光的能量密度大时，第一荧光体和第二荧光体能够分别发出高强度的光。即，光源装置能够射出具有高亮度的光。光源装置具备其它荧光体层时，光源装置能够射出显色性优异的光。即，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第一荧光体可以包含Lu3(Ga1-xAlx)5O12∶Ce3+(0≤x≤1)所示的化合物。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第一荧光体可以包含选自Y3Sc2(Ga1-yAly)3O12∶Ce3+(0≤y≤1)所示的化合物和(Ca1-zREz)3(Zr1-wScw)2Sc3O12∶Ce3+(0≤z≤1、0≤w≤1、RE包含选自Lu、Y和Gd中的至少一者)所示的化合物中的至少一者。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第二荧光体可以包含La3(Si6-s，Als)N11-(1/3)s∶Ce3+(0≤s≤1)所示的化合物。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第二荧光体可以包含Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+所示的化合物。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第二荧光体可以包含(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3∶Ce3+所示的化合物。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第二荧光体可以包含选自CaSiN2∶Ce3+所示的化合物、Sr3Sc4O9∶Ce3+所示的化合物和GdSr2AlO5∶Ce3+所示的化合物中的至少一者。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的荧光体层可以还包含包围第一荧光体的第一基质。由此，第一荧光体以集合体的形式具有稳定的形状。荧光体层的耐热性优异。
本申请的光源装置的第一基质可以包含ZnO。由此，第一荧光体以集合体的形式具有稳定的形状。荧光体层的耐热性优异。
本申请的光源装置的荧光体层可以还包含包围第二荧光体的第二基质。由此，第二荧光体以集合体的形式具有稳定的形状。荧光体层的耐热性优异。
本申请的光源装置的第二基质可以包含ZnO。由此，第二荧光体以集合体的形式具有稳定的形状。荧光体层的耐热性优异。
本申请的光源装置的第一荧光体可以为第一荧光体的原料粉末的烧结体。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的第二荧光体可以为第二荧光体的原料粉末的烧结体。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
本申请的光源装置的荧光体层可以具有包含第一荧光体的第一荧光体层和包含第二荧光体的第二荧光体层。由此，光源装置能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
以下，针对本申请的实施方式，参照附图进行说明。本申请不限定于以下的实施方式。
(第一实施方式)
如图1所示那样，本实施方式所述的光源装置100具备激发光源10和波长转换部件20。激发光源10射出激发光。激发光源10为例如激光二极管(LD)或发光二极管(LED)。典型而言，激发光源10为LD。激发光源10可以由1个LD构成，也可以由多个LD构成。多个LD可以进行光学结合。
来自激发光源10的激发光的能量密度为10W/mm2以上。激发光的能量密度为100W/mm2以上时更佳。激发光的能量密度的上限值没有特别限定。激发光的能量密度可以为1000W/mm2以下，为400W/mm2以下时更佳。“能量密度”是指照射至规定范围的激发光的照射能量除以该范围的面积而得的值。能量密度可利用例如下述方法进行测定。向对象物照射激发光。激发光的照射强度为高斯分布时，确定出照射强度为峰值强度的1/e以上的范围。此处，“e”表示自然对数。测定照射至规定范围的激发光的照射能量。算出规定范围的面积。通过激发光的照射能量除以规定范围的面积而确定能量密度。
来自激发光源10的激发光的峰值波长为310nm以上即可，如果为350nm以上则更佳。激发光的峰值波长为560nm以下即可，如果为500nm以下则更佳。
波长转换部件20是用于对来自激发光源10的激发光的波长进行转换的部件。波长转换部件20具有基板25和荧光体层30。图1示出波长转换部件20的截面图。基板25为例如板状。荧光体层30包含第一荧光体层31或第二荧光体层32。
荧光体层30被基板25支承。荧光体层30覆盖基板25的整个表面。荧光体层30可以仅部分地覆盖基板25的表面。荧光体层30可以与基板25的表面相接。
光源装置100还具备入射光学系统15。入射光学系统15配置在激发光源10与波长转换部件20之间。入射光学系统15将激发光源10的光导入荧光体层30。入射光学系统15具备透镜、镜子、光纤等。
基板25的材料没有特别限定。基板25的材料例如包含选自玻璃、硅、石英、氧化硅、铝、蓝宝石、氮化镓、氮化铝和氧化锌中的至少一者。
基板25的表面可以被电介质多层膜、反射膜、防反射膜等覆盖。电介质多层膜和反射膜例如反射规定波长的光。防反射膜防止例如激发光的反射。电介质多层膜的材料例如包含选自氧化钛、氧化锆、氧化钽、氧化铈、氧化铌、氧化钨、氧化硅、氟化铯、氟化钙和氟化镁中的至少一者。反射膜的材料包含例如金属材料。金属材料例如包含选自银和铝中的至少一者。防反射膜的材料例如包含选自氧化钛、氧化锆、氧化钽、氧化铈、氧化铌、氧化钨、氧化硅、氟化铯、氟化钙和氟化镁中的至少一者。
第一荧光体层31包含第一荧光体41和第一基质51。第一荧光体41接受来自激发光源10的激发光而发出荧光。由此，来自激发光源10的激发光的波长得以转换。第一荧光体41发出的荧光的峰值波长为400nm以上且510nm以下。第一荧光体41发出的荧光的峰值波长处于420nm以上且480nm以下的范围则更佳。典型而言，第一荧光体41发出蓝色光。从第一荧光体41发出的荧光的峰值波长减去来自激发光源10的激发光的峰值波长而得的值处于20nm以上且200nm以下的范围即可。
第一荧光体41的荧光寿命为0.1纳秒(ns)以上且250ns以下。第一荧光体41的荧光寿命为1.0ns以上即可，可以为10.0ns以上。第一荧光体41的荧光寿命为100ns以下即可。“荧光寿命”是指用于使通过吸收激发光而被激发的第一荧光体41恢复基态所需的时间。换言之，是指用于使从第一荧光体41发出的荧光的光强度降低至最大值的1/e为止所需的时间。荧光寿命可利用市售的荧光寿命测定装置进行测定。
如图2所示那样，第一荧光体41属于范围A。图2的图中的横轴表示从荧光体发出的荧光的峰值波长。图2的图中的纵轴表示荧光体的荧光寿命。在图2的图中，圆标表示具有3价铈作为发光中心的荧光体。四方标记表示具有2价铕作为发光中心的荧光体。第一荧光体41具有比BaMgAl10O17∶Eu2+(BAM∶Eu)、(Sr，Ca，Mg)5(PO4)3Cl∶Eu2+(SCA∶Eu)和Sr2MgSi2O7∶Eu2+(SMS∶Eu)均短的荧光寿命。BAM∶Eu、SCA∶Eu和SMS∶Eu分别发出蓝色光。
第一荧光体41包含例如具有3价铈作为发光中心的荧光体。具有3价铈的荧光体例如包含选自Lu3(Ga1-xAlx)5O12∶Ce3+(0≤x≤1)所示的化合物、Y3Sc2(Ga1-yAly)3O12∶Ce3+(0≤y≤1)所示的化合物和(Ca1-zREz)3(Zr1-wScw)2Sc3O12∶Ce3+(0≤z≤1、0≤w≤1)所示的化合物中的至少一者。RE包含选自Lu、Y和Gd中的至少一者。Lu3(Ga1-xAlx)5O12∶Ce3+所示的化合物发出在480nm以上且510nm以下的范围具有峰值波长的光，且具有60ns的荧光寿命。Y3Sc2(Ga1- yAly)3O12∶Ce3+所示的化合物发出在500nm以上且510nm以下的范围具有峰值波长的光，且具有50ns以上且90ns以下的荧光寿命。(Ca1-zREz)3(Zr1-wScw)2Sc3O12∶Ce3+所示的化合物发出在470nm以上且490nm以下的范围具有峰值波长的光，且具有3ns以上且10ns以下的荧光寿命。在图2的图中，a表示Lu3(Ga1-xAlx)5O12∶Ce3+所示的化合物。b表示Y3Sc2(Ga1-yAly)3O12∶Ce3+所示的化合物。c表示(Ca1-zREz)3(Zr1-wScw)2Sc3O12∶Ce3+所示的化合物。第一荧光体41可以实质上由Lu3(Ga1-xAlx)5O12∶Ce3+所示的化合物构成。第一荧光体41可以实质上由Y3Sc2(Ga1-yAly)3O12∶Ce3+所示的化合物构成。第一荧光体41可以实质上由(Ca1-zREz)3(Zr1-wScw)2Sc3O12∶Ce3+所示的化合物构成。本说明书中，“实质上由～构成”是指将改变所提及的化合物的本质性特征的其它成分排除。
第一荧光体41的形状没有特别限定。第一荧光体41具有例如粒子的形状。第一荧光体41的平均粒径处于1μm以上且80μm以下的范围即可。“平均粒径”可利用下述方法进行测定。利用电子显微镜观察第一荧光体层31的表面或截面，测定第一荧光体层31所含的任意个数的粒子(例如50个)的直径。通过使用所得测定值而算出的平均值，确定平均粒径。可以将与利用电子显微镜观察的粒子的面积具有相等面积的圆的直径视作粒径。粒子的形状没有特别限定。粒子的形状包括球状、鳞片状、纤维状等各种形状。
第一基质51包围第一荧光体41。第一基质51可以覆盖第一荧光体41的粒子的整个表面，也可以部分地覆盖粒子的表面。第一基质51例如包含选自树脂、玻璃、透明结晶、无机材料中的至少一者。无机材料例如包含选自ZnO、SiO2和TiO2中的至少一者。第一基质51可以实质上由ZnO构成。第一荧光体层31可以不具有第一基质51。第一荧光体41的重量相对于第一基质51的重量的比率处于0.03以上且0.7以下的范围即可。通过使第一基质51包围第一荧光体41，第一荧光体41以集合体的形式具有稳定的形状。第一基质51的材料的耐热性优异时，荧光体层30的耐热性优异。
第一荧光体层31可以还具有填料。填料具有例如高导热性。第一荧光体层31包含填料时，第一荧光体层31的耐热性优异。填料的材料包含例如无机材料。作为无机材料，可以使用上述材料。填料具有例如粒子的形状。填料的平均粒径小于例如第一荧光体41的平均粒径。填料的平均粒径处于0.1μm以上且20μm以下的范围即可。
第二荧光体层32包含第二荧光体42和第二基质52。第二荧光体42接受来自激发光源10的激发光而发出荧光。由此，来自激发光源10的激发光的波长得以转换。第二荧光体42发出的荧光的峰值波长为580nm以上且700nm以下。第二荧光体42发出的荧光的峰值波长处于590nm以上且650nm以下的范围时更佳。典型而言，第二荧光体42发出红色光。从第二荧光体42发出的荧光的峰值波长减去来自激发光源10的激发光的峰值波长而得的值处于20nm以上且350nm以下的范围即可。
第二荧光体42的荧光寿命为0.1ns以上且250ns以下。第二荧光体42的荧光寿命为1.0ns以上时即可，可以为10.0ns以上。第二荧光体42的荧光寿命为100ns以下时即可。
如图2所示那样，第二荧光体42属于范围B。第二荧光体42具有比CaAlSiN3∶Eu2+(CASN∶Eu)和(Sr，Ca)AlSiN3∶Eu2+(SCASN∶Eu)均短的荧光寿命。CASN∶Eu和SCASN∶Eu分别发出红色光。
第二荧光体42包含例如具有3价铈作为发光中心的荧光体。具有3价铈的荧光体例如包含选自La3(Si6-s，Als)N11-(1/3)s∶Ce3+(0≤s≤1)所示的化合物、Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+所示的化合物、(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3∶Ce3+所示的化合物、CaSiN2∶Ce3+所示的化合物、Sr3Sc4O9∶Ce3+所示的化合物和GdSr2AlO5∶Ce3+所示的化合物中的至少一者。La3(Si6-s，Als)N11-(1/3)s∶Ce3+所示的化合物发出具有640nm的峰值波长的光，且具有55ns的荧光寿命。Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+所示的化合物发出具有600nm的峰值波长的光，且具有100ns的荧光寿命。(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3∶Ce3+所示的化合物发出具有590nm的峰值波长的光，且具有60～70ns的荧光寿命。CaSiN2∶Ce3+所示的化合物发出具有640nm的峰值波长的光，且具有70ns的荧光寿命。Sr3Sc4O9∶Ce3+所示的化合物发出具有620nm的峰值波长的光，且具有55ns的荧光寿命。GdSr2AlO5∶Ce3+所示的化合物发出具有580nm的峰值波长的光，且具有65ns的荧光寿命。在图2的图中，d表示La3(Si6-s，Als)N11-(1/3)s∶Ce3+所示的化合物。e表示Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+所示的化合物。f表示(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3∶Ce3+所示的化合物。g表示CaSiN2∶Ce3+所示的化合物。h表示Sr3Sc4O9∶Ce3+所示的化合物。i表示GdSr2AlO5∶Ce3+所示的化合物。第二荧光体42可以实质上由La3(Si6-s，Als)N11-(1/3)s∶Ce3+所示的化合物构成。第二荧光体42可以实质上由Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+所示的化合物构成。第二荧光体42可以实质上由(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3∶Ce3+所示的化合物构成。第二荧光体42可以实质上由CaSiN2∶Ce3+所示的化合物构成。第二荧光体42可以实质上由Sr3Sc4O9∶Ce3+所示的化合物构成。第二荧光体42可以实质上由GdSr2AlO5∶Ce3+所示的化合物构成。
本说明书中，在组成式中列举用逗号(，)隔开的多种元素的情况下，该组成式是指化合物中含有选自所列举的多种元素中的至少一种元素。例如，“(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3∶Ce3 +”这一组成式囊括性地表示“CaAlSiN3∶Ce3+”、”SrAlSiN3∶Ce3+”、“BaAlSiN3∶Ce3+”、“MgAlSiN3∶Ce3+”、“Ca1-mSrmAlSiN3∶Ce3+”、“Ca1-mBamAlSiN3∶Ce3+”、“Ca1-mMgmAlSiN3∶Ce3+”、“Sr1- mBamAlSiN3∶Ce3+”、“Sr1-mMgmAlSiN3∶Ce3+”、“Ba1-mMgmAlSiN3∶Ce3+”、“Ca1-m-nSrmBanAlSiN3∶Ce3 +”、“Ca1-m-nSrmMgnAlSiN3∶Ce3+”、“Ca1-m-nBamMgnAlSiN3∶Ce3+”、“Srl-m-nBamMgnAlSiN3∶Ce3+”和“Cal-m-n-pSrmBanMgpAlSiN3∶Ce3+”中的全部。m、n和p分别满足0＜m＜1、0＜n＜1、0＜p＜1、0＜m+n＜1和0＜m+n+p＜1。
第二荧光体42的形状没有特别限定。第二荧光体42具有例如粒子的形状。第二荧光体42的平均粒径处于1μm以上且80μm以下的范围即可。
第二基质52包围第二荧光体42。第二基质52可以覆盖第二荧光体42的粒子的整个表面，也可以部分性地覆盖粒子的表面。第二基质52例如包含选自树脂、玻璃、透明结晶、无机材料中的至少一者。作为无机材料，可以使用上述材料。第二基质52可以实质上由ZnO构成。第二荧光体层32可以不具有第二基质52。第二荧光体42的重量相对于第二基质52的重量的比率处于0.03以上且0.7以下的范围即可。通过使第二基质52包围第二荧光体42，第二荧光体42以集合体的形式具有稳定的形状。第二基质52的材料的耐热性优异时，荧光体层30的耐热性优异。
第二荧光体层32可以还具有填料。填料与作为第一荧光体层31所包含的填料而例示的填料相同即可。
接着，说明波长转换部件20的制造方法。
首先，制作第一荧光体41。制作第一荧光体41的方法没有特别限定，可以利用公知的方法。例如，将第一荧光体41的原料粉末混合。第一荧光体41包含Lu3(Ga1-xAlx)5O12∶Ce3+时，将例如包含Ce的化合物的粉末、包含Lu的化合物的粉末、包含Ga的化合物的粉末和包含Al的化合物的粉末进行混合。粉末的混合可利用球磨机等来进行。将已混合的原料粉末进行烧成。烧成的条件没有特别限定。烧成可以利用电炉来进行。烧成可以在氮气气氛下进行。烧成的温度处于1500～2000℃的范围即可。烧成进行例如1～50小时。电炉的内部压力为3个大气压以上即可。由此，作为第一荧光体41的原料粉末的烧结体，能够获得第一荧光体41。所得的第一荧光体41可以利用清洗液进行清洗。清洗液为例如硝酸溶液。通过将所得的第一荧光体41进行粉碎，也可以调整第一荧光体41的平均粒径。第一荧光体41的粉碎可利用球磨机、喷射磨等粉碎机来进行。
接着，将第一荧光体层31配置在基板25上。本实施方式中，针对第一基质51为氧化锌的情况进行说明。首先，在基板25上形成氧化锌的薄膜。作为形成氧化锌薄膜的方法，可以使用电子束蒸镀法、等离子体蒸镀法、溅射法、脉冲激光堆积法等在气相中成膜的方法。
接着，在氧化锌的薄膜上配置第一荧光体41的粒子。在氧化锌的薄膜上配置第一荧光体41的粒子的方法没有特别限定。例如，形成分散有第一荧光体41的粒子的分散液。接着，将基板25配置在分散液中。通过利用电泳法，能够将第一荧光体41配置在氧化锌的薄膜上。通过使第一荧光体41在分散液中沉降，也可以将第一荧光体41配置在氧化锌的薄膜上。通过将分散有第一荧光体41的糊剂涂布至氧化锌的薄膜上，可以将第一荧光体41配置在氧化锌的薄膜上。
接着，利用液相生长法，能够由氧化锌的薄膜形成第一基质51。由此，形成第一荧光体层31。作为液相生长法，可列举出化学溶液析出法(chemical bath deposition)、水热合成法(hydrothermal synthesis)、电化学沉积法(electrochemical deposition)等。作为用于使结晶生长的溶液，可列举出例如包含六亚甲基四胺和硝酸锌的水溶液。
作为制作第二荧光体42的方法，可以使用作为制作第一荧光体41的方法而例示的方法。例如，将第二荧光体42的原料粉末混合。将已混合的原料粉末进行烧成。由此，作为第二荧光体42的原料粉末的烧结体，能够获得第二荧光体42。也可以将所得的第二荧光体42用清洗液进行清洗。通过将所得的第二荧光体42进行粉碎，也可以调整第二荧光体42的平均粒径。
作为将第二荧光体层32配置在基板25上的方法，可以使用作为将第一荧光体层31配置在基板25上的方法而例示的方法。
接着，针对光源装置100的动作进行说明。
首先，使激发光源10射出激发光。激发光通过入射光学系统15而入射至波长转换部件20的第一荧光体层31或第二荧光体层32。第一荧光体层31所含的第一荧光体41接受激发光而发出荧光。第二荧光体层32所含的第二荧光体42接受激发光而发出荧光。由此，从光源装置100射出光。来自光源装置100的出射光可以包含来自激发光源10的激发光的一部分。
在图1中，激发光源10对于波长转换部件20的第一荧光体层31或第二荧光体层32射出光。其中，激发光源10可以对于波长转换部件20的基板25射出光。此时，基板25可以由透射来自激发光源10的激发光的材料形成。
本实施方式的光源装置100中，第一荧光体41和第二荧光体42各自的荧光寿命较短。如图3所示那样，荧光体的荧光寿命越短，则荧光体的内部量子效率的维持率越会增加。图3的图中的横轴表示激发光的能量密度E(W/mm2)。图3的图中的纵轴表示荧光体的内部量子效率的维持率R(％)。荧光体的内部量子效率是指从荧光体发出的光的光子数相对于被荧光体吸收的激发光的光子数的比例。荧光体的内部量子效率的维持率R用下式(1)表示。
R(％)＝η(E)/η(0.01)×100…(1)
式(1)中，η(E)表示对荧光体照射具有E(W/mm2)的能量密度的激发光时的荧光体的内部量子效率。η(0.01)表示对荧光体照射具有0.01W/mm2的能量密度的激发光时的荧光体的内部量子效率。荧光体的内部量子效率的维持率R越高，则荧光体越能发出高强度的光。
图3的图表示模拟的结果。模拟可以利用例如数值分析软件来进行。详细而言，作为分析对象，使用6能级模型。6能级模型基于考虑了表示吸收/发光的通常的4能级和传导体的能级的配位坐标模型来制作。在6能级模型中，考虑了再激发。再激发是指激发状态的荧光体吸收光。荧光寿命相当于从激发能级向发光能级跃迁的跃迁速率的倒数。通过将分析对象进行数理模型化，作为载流子密度与光密度的时间发展问题而得到基础方程式(速率方程式)。通过将基础方程式的时间变化量设为0，能够得到代数方程式。通过利用数值分析软件对所得的代数方程式进行计算，能够得到图3的图。作为数值分析软件，可列举出例如Mathematica。Mathematica可以求解非线性代数方程式。
如图3所示那样，如果荧光体的荧光寿命为250ns以下，则即使激发光具有10W/mm2的能量密度E，也能够实现90％以上的维持率R。由于第一荧光体41和第二荧光体42各自的荧光寿命为250ns以下，因此，第一荧光体41和第二荧光体42分别能够发出高强度的光。即，光源装置100能够射出具有高亮度的光。
(第二实施方式)
如图4所示那样，本实施方式所述的光源装置110中，荧光体层30具有第一荧光体层31和第二荧光体层32这两者。除了荧光体层30具有第一荧光体层31和第二荧光体层32这两者之外，光源装置110的结构与第一实施方式的光源装置100的结构相同。因此，存在对于第一实施方式的光源装置100与本实施方式的光源装置110所共通的要素标注相同的参照符号，并省略它们的说明的情况。即，以下的各实施方式的相关说明可以在技术上不矛盾的范围内相互应用。进而，在技术上不矛盾的情况下，各实施方式可以相互组合。
在图4中，第一荧光体层31被基板25支承。第二荧光体层32配置在第一荧光体层31上。即，在基板25的厚度方向上，基板25、第一荧光体层31和第二荧光体层32按照该顺序进行排列。其中，第一荧光体层31和第二荧光体层32各自的位置可以相互替换。第一荧光体层31可以与第二荧光体层32相接。
第一荧光体41的荧光寿命相对于第二荧光体42的荧光寿命的比率处于0.5以上且2.0以下的范围即可。此时，即使在激发光的能量密度大的情况下，第一荧光体41的内部量子效率的维持率也与第二荧光体42的内部量子效率的维持率大致相同。因此，光源装置110能够发出具有高亮度且显色性优异的光。
作为在第一荧光体层31上配置第二荧光体层32的方法，可以使用例如在第一实施方式中作为将第一荧光体层31配置在基板25上的方法而例示的方法。通过在基板25上配置第一荧光体层31后，在第一荧光体层31上配置第二荧光体层32，能够获得波长转换部件20。
使激发光源10射出激发光时，激发光通过入射光学系统15入射至波长转换部件20的第二荧光体层32。第二荧光体层32所包含的第二荧光体42接受激发光而发出荧光。未被第二荧光体层32吸收的一部分激发光入射至第一荧光体层31。第一荧光体层31所包含的第一荧光体41接受激发光而发出荧光。由此，从光源装置110射出光。来自光源装置110的出射光可以包含来自激发光源10的一部分激发光。
第一荧光体41和第二荧光体42各自的荧光寿命为250ns以下，因此，第一荧光体41和第二荧光体42能够分别发出高强度的光。即，光源装置110能够射出具有高亮度的光。由于第一荧光体41的内部量子效率的维持率与第二荧光体42的内部量子效率的维持率之差小，因此，能够从光源装置110获得显色性优异的光。
(第三实施方式)
如图5所示那样，本实施方式所述的光源装置120的第一荧光体层31包含第一荧光体41和第二荧光体42。除了第一荧光体层31还包括第二荧光体42之外，光源装置120的结构与第一实施方式的光源装置100的结构相同。
第一荧光体41与第二荧光体42的重量比根据目标色相、从各荧光体发出的光的强度等来确定。
使激发光源10射出激发光时，激发光通过入射光学系统15而入射至波长转换部件20的第一荧光体层31。第一荧光体41接受激发光而发出荧光。第二荧光体42接受激发光而发出荧光。由此，从光源装置120射出光。来自光源装置120的出射光可以包含来自激发光源10的一部分激发光。
第一荧光体41和第二荧光体42各自的荧光寿命为250ns以下，因此，第一荧光体41和第二荧光体42可以分别发出高强度的光。即，光源装置120能够射出具有高亮度的光。由于第一荧光体41的内部量子效率的维持率与第二荧光体42的内部量子效率的维持率之差小，因此，能够由光源装置120获得显色性优异的光。
(第四实施方式)
如图6所示那样，本实施方式所述的光源装置130中，荧光体层30具有第一荧光体层31、第二荧光体层32和第三荧光体层33。第三荧光体层33配置在第一荧光体层31与第二荧光体层32之间。即，在基板25的厚度方向上，基板25、第一荧光体层31、第三荧光体层33和第二荧光体层32按照该顺序进行排列。其中，第一荧光体层31、第二荧光体层32和第三荧光体层33各自的位置可以相互替换。第三荧光体层33可以与第一荧光体层31和第二荧光体层32分别相接。
第三荧光体层33包含第三荧光体43和第三基质53。第三荧光体43接受来自激发光源10的激发光而发出荧光。第三荧光体43发出的荧光的峰值波长大于510nm。第三荧光体43发出的荧光的峰值波长小于580nm。典型而言，第三荧光体43发出绿色光或黄色光。
第三荧光体43的荧光寿命为0.1ns以上且250ns以下。第三荧光体43的荧光寿命为1.0ns以上即可，可以为10.0ns以上。第三荧光体43的荧光寿命为100ns以下即可。第三荧光体43的荧光寿命相对于第一荧光体41的荧光寿命的比率处于0.5以上且2.0以下的范围即可。第三荧光体43的荧光寿命相对于第二荧光体42的荧光寿命的比率处于0.5以上且2.0以下的范围即可。此时，即使在激发光的能量密度大的情况下，第三荧光体43的内部量子效率的维持率与第一荧光体41和第二荧光体42各自的内部量子效率的维持率之差也小。因此，光源装置130能够发出具有高亮度且显色性优异的光。
如图2所示那样，第三荧光体43属于范围C。第三荧光体43具有比Si6-uAluOuN8-u∶Eu2 +(β-SiAlON∶Eu)短的荧光寿命。u满足0＜u＜4.2。β-SiAlON∶Eu发出绿色光。
第三荧光体43包含例如具有3价铈作为发光中心的荧光体。具有3价铈的荧光体例如包含选自La3Si6N11∶Ce3+(LSN∶Ce)所示的化合物和Y3Al5O12∶Ce3+(YAG∶Ce)所示的化合物中的至少一者。LSN∶Ce发出具有540nm的峰值波长的光，且具有50ns的荧光寿命。YAG∶Ce发出具有560nm的峰值波长的光，且具有60ns的荧光寿命。第三荧光体43可以实质上由LSN∶Ce构成。第三荧光体43可以实质上由YAG∶Ce构成。
第三荧光体43的形状没有特别限定。第三荧光体43具有例如粒子的形状。第三荧光体43的平均粒径处于1μm以上且80μm以下的范围即可。
第三基质53包围第三荧光体43。第三基质53可以覆盖第三荧光体43的粒子的整个表面，也可以部分地覆盖粒子的表面。第三基质53例如包含选自树脂、玻璃、透明结晶、无机材料中的至少一者。作为无机材料，可以使用上述材料。第三基质53可以实质上由ZnO构成。第三荧光体层33可以不具有第三基质53。第三荧光体43的重量相对于第三基质53的重量的比率处于0.03以上且0.7以下的范围即可。通过使第三基质53包围第三荧光体43，第三荧光体43以集合体的形式具有稳定的形状。第三基质53的材料的耐热性优异时，荧光体层30的耐热性优异。
第三荧光体层33可以还具有填料。填料只要与作为第一荧光体层31所包含的填料而例示的填料相同即可。
作为制作第三荧光体43的方法，可以使用作为制作第一荧光体41的方法而例示的方法。例如，将第三荧光体43的原料粉末进行混合。将已混合的原料粉末进行烧成。由此，作为第三荧光体43的原料粉末的烧结体，能够获得第三荧光体43。也可以将所得的第三荧光体43用清洗液进行清洗。通过将所得的第三荧光体43进行粉碎，也可以调整第三荧光体43的平均粒径。
作为在第一荧光体层31上配置第三荧光体层33的方法，可以使用例如作为在第一实施方式中将第一荧光体层31配置在基板25上的方法而例示的方法。在基板25上配置第一荧光体层31后，再在第一荧光体层31上配置第三荧光体层33。进而，通过在第三荧光体层33上配置第二荧光体层32，能够获得波长转换部件20。
使激发光源10射出激发光时，激发光通过入射光学系统15而入射至波长转换部件20的第二荧光体层32。第二荧光体层32所包含的第二荧光体42接受激发光而发出荧光。未被第二荧光体层32吸收的一部分激发光入射至第三荧光体层33。第三荧光体层33所包含的第三荧光体43接受激发光而发出荧光。未被第三荧光体层33吸收的一部分激发光入射至第一荧光体层31。第一荧光体层31所包含的第一荧光体41接受激发光而发出荧光。第二荧光体42发出红色光。第三荧光体43发出绿色光或黄色光。第一荧光体41发出蓝色光。通过使这些光混杂而得到白色光。由此，从光源装置130射出白色光。来自光源装置130的出射光可以包含来自激发光源10的一部分激发光。
第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43各自的荧光寿命为250ns以下，因此，第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43能够分别发出高强度的光。即，光源装置130能够射出具有高亮度的光。第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43各自的内部量子效率的维持率彼此为相同程度，因此，光源装置130能够射出显色性优异的光。即，光源装置130能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
根据目标色相的不同，光源装置130的荧光体层30可以不具有第一荧光体层31，而是包含第二荧光体层32和第三荧光体层33。光源装置130的荧光体层30也可以不具有第二荧光体层32，而是包含第一荧光体层31和第三荧光体层33。
(第五实施方式)
如图7所示那样，本实施方式所述的光源装置140的第一荧光体层31包含第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43。除了第一荧光体层31还包含第二荧光体42和第三荧光体43之外，光源装置140的结构与第一实施方式的光源装置100的结构相同。
第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43的重量比根据目标色相、从各荧光体发出的光的强度等来确定。
使激发光源10射出激发光时，激发光通过入射光学系统15而入射至波长转换部件20的第一荧光体层31。第一荧光体41接受激发光而发出蓝色光。第二荧光体42接受激发光而发出红色光。第三荧光体43接受激发光而发出绿色光或黄色光。通过使这些光混杂而得到白色光。由此，从光源装置140射出白色光。来自光源装置140的出射光可以包含来自激发光源10的一部分激发光。
第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43各自的荧光寿命为250ns以下，因此，第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43能够分别发出高强度的光。即，光源装置140能够射出具有高亮度的光。由于第一荧光体41、第二荧光体42和第三荧光体43各自的内部量子效率的维持率彼此为相同程度，因此，光源装置140能够射出显色性优异的光。即，光源装置140能够射出具有高亮度且显色性优异的光。
根据目标色相的不同，光源装置140的第一荧光体层31可以不具有第一荧光体41，而是包含第二荧光体42、第三荧光体43和第一基质51。光源装置140的第一荧光体层31也可以不具有第二荧光体42，而是包含第一荧光体41、第三荧光体43和第一基质51。
实施例
基于实施例，具体地说明本申请。其中，本申请不受下述实施例的任何限定。
(样品1)
首先，在基板上形成氧化锌的薄膜。基板由蓝宝石形成。在氧化锌的薄膜上配置荧光体的粒子。作为荧光体，使用了Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+和YAG∶Ce。Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+的重量相对于YAG∶Ce的重量的比率为0.33。Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+的荧光寿命为100ns。YAG∶Ce的荧光寿命为60ns。接着，利用液相生长法来形成基质。基质由氧化锌形成。荧光体的体积相对于基质的体积的比率为1.0。如此获得样品1的波长转换部件。
(样品2)
作为荧光体，使用SCASN∶Eu来代替Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+，除此之外，利用与样品1相同的方法，得到样品2的波长转换部件。SCASN∶Eu的荧光寿命为400ns。
(CIE色度坐标的测定)
对样品1和2各自的波长转换部件照射激发光时，从样品1和2各自的波长转换部件射出光。针对从样品1和2各自的波长转换部件发出的光，测定CIE色度坐标。此时，作为激发光源，使用了蓝色的激光二极管。激发光的能量密度E为3.2W/mm2。激发光的峰值波长为445nm。CIE色度坐标的测定中使用了分光光度计(大塚电子公司制的MCPD-9800)。
接着，将激发光的能量密度E变更为6.4W/mm2、9.5W/mm2、12.7W/mm2和15.9W/mm2。此时，针对从样品1和2各自的波长转换部件发出的光，测定CIE色度坐标。将所得结果示于表1和表2。表1示出激发光的能量密度E与所得CIE色度坐标的x的值的关系。表2示出激发光的能量密度E与所得CIE色度坐标的y的值的关系。
[表1]
[表2]
图8在图中示出表1的测定值。图9在图中示出表2的测定值。由图8和图9可知：激发光的能量密度E越大，则从样品2的波长转换部件发出的光的色度坐标的x值和y值越是分别减少。与此相对，在从样品1的波长转换部件发出的光中，色度坐标的x值和y值的减少受到抑制。
由图10可以理解为：从样品1的波长转换部件发出的光的色度坐标的变化比样品2小。图10的图示出表1的色度坐标的x值与表2的色度坐标的y值的关系。
如上所述，关于样品1，即使在激发光的能量密度E大的情况下，从波长转换部件发出的光的色度坐标也几乎不变。这是因为：在样品1中，Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+和YAG∶Ce各自的荧光寿命短。即这是因为：即使在激发光的能量密度E大的情况下，Lu2CaMg2Si3O12∶Ce3+的内部量子效率的维持率与YAG∶Ce的内部量子效率的维持率之差也小。由样品1和2的结果可知：根据样品1的波长转换部件，能够获得具有高亮度且显色性优异的光。
产业上的可利用性
本申请的光源装置可以用于例如吊灯等一般照明装置；聚光灯、体育场用照明、工作室用照明等特殊照明装置；前照灯等车辆用照明装置等。此外，本申请的光源装置可以用作例如投影仪、平视显示器等投影装置；内视镜用灯；数码相机、手机、智能手机等的摄像装置；个人电脑(PC)用显示器、笔记本电脑型个人电脑、电视机、便携信息终端(PDX)、智能手机、平板PC、手机等的液晶显示装置等中的光源。
附图标记说明
10 激发光源
15 入射光学系统
20 波长转换部件
25 基板
30 荧光体层
31 第一荧光体层
32 第二荧光体层
33 第三荧光体层
41 第一荧光体
42 第二荧光体
43 第三荧光体
51 第一基质
52 第二基质
53 第三基质
100、110、120、130、140 光源装置

Claims (14)

1.一种光源装置，其具备：
激发光源；以及
接受来自所述激发光源的激发光而发出荧光的荧光体层，
所述荧光体层包含选自因所述激发光而发出的荧光的峰值波长为400nm以上且510nm以下的第一荧光体、和因所述激发光而发出的荧光的峰值波长为580nm以上且700nm以下的第二荧光体中的至少一者，
所述第一荧光体和所述第二荧光体各自的荧光寿命为0.1纳秒以上且250纳秒以下，
所述激发光的能量密度为10W/mm2以上。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第一荧光体包含Lu3(Ga1-xAlx)sO12：Ce3+所示的化合物，其中，0≤x≤1。
3.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第一荧光体包含选自Y3Sc2(Ga1-yAly)3O12：Ce3+所示的化合物和(Ca1-zREz)3(Zr1-wScw)2Sc3O12：Ce3+所示的化合物中的至少一者，其中，0≤y≤1，0≤z≤1，0≤w≤1，RE包含选自Lu、Y和Gd中的至少一者。
4.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第二荧光体包含La3(Si6-s，Als)N11-(1/3)s：Ce3+所示的化合物，其中，0≤s≤1。
5.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第二荧光体包含Lu2CaMg2Si3O12：Ce3+所示的化合物。
6.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第二荧光体包含(Ca，Sr，Ba，Mg)AlSiN3：Ce3+所示的化合物。
7.根据权利要求1所述的光源装置，其中，所述第二荧光体包含选自CaSiN2：Ce3+所示的化合物、Sr3Sc4O9：Ce3+所示的化合物和GdSr2AlO5：Ce3+所示的化合物中的至少一者。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的光源装置，其中，所述荧光体层还包含第一基质，所述第一基质包围所述第一荧光体。
9.根据权利要求8所述的光源装置，其中，所述第一基质包含ZnO。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的光源装置，其中，所述荧光体层还包含第二基质，所述第二基质包围所述第二荧光体。
11.根据权利要求10所述的光源装置，其中，所述第二基质包含ZnO。
12.根据权利要求1～11中任一项所述的光源装置，其中，所述第一荧光体为所述第一荧光体的原料粉末的烧结体。
13.根据权利要求1～12中任一项所述的光源装置，其中，所述第二荧光体为所述第二荧光体的原料粉末的烧结体。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的光源装置，其中，所述荧光体层具有包含所述第一荧光体的第一荧光体层、和包含所述第二荧光体的第二荧光体层。
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