CN112639545A - 波长转换部件及使用了该波长转换部件的光源装置、投影仪以及车辆 - Google Patents

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Abstract

本申请提供能够提高光源装置的亮度的波长转换部件。本申请的波长转换部件(10)具备第一荧光体层(20)和第二荧光体层(30)，上述第一荧光体层(20)配置于激发光的入射侧，并且包含多个第一荧光体颗粒(23)，上述的第二荧光体层(30)配置于与入射侧相反侧，并且包含多个第二荧光体颗粒(33)。第一荧光体颗粒(23)包含活化成分，第二荧光体颗粒(33)包含与第一荧光体颗粒(23)中所包含的活化成分相同或不同的活化成分，第一荧光体层(20)中的活化成分的浓度比第二荧光体层(30)中的活化成分的浓度更低。

Description

波长转换部件及使用了该波长转换部件的光源装置、投影仪 以及车辆
技术领域
本申请涉及波长转换部件及使用了该波长转换部件的光源装置。
背景技术
已知有使用了发光元件及波长转换部件的光源装置。波长转换部件具有埋入基体的荧光体颗粒。发光元件的光作为激发光照射至荧光体颗粒，由荧光体放射波长比激发光的波长更长的光由荧光体放射。就该类型的光源装置来说，进行了为了提高光的亮度及输出的尝试。
专利文献1记载了具有发光二极管(Light Emitting Diode，简称为LED)芯片以及吸收来自LED芯片的光而发光的光致发光荧光体的发光二极管。LED芯片是氮化物系化合物半导体。光致发光荧光体是以铈进行了活化后的钇-铝-石榴石荧光体。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2927279号公报
专利文献2：国际公开第2013/172025号
非专利文献
非专利文献1：D.S.Hamilton们,“Optical-absorption and photoionizationmeasurements from the excited states of Ce3+:Y3Al5O12”,Phys.Rev.B39,8807(1989)
非专利文献2：A.Lenef们,SPIE,2013doi:10.1117/12.2023498
发明内容
近年来，要求进一步提高使用了波长转换部件的光源装置的亮度。
本申请的一个实施方式的波长转换部件具备第一荧光体层和第二荧光体层。第一荧光体层配置于激发光的入射侧，并且包含多个第一荧光体颗粒。第二荧光体层配置于与激发光的入射侧相反侧，并且包含多个第二荧光体颗粒。多个第一荧光体颗粒埋入具有与第一荧光体颗粒的折射率不同的折射率的第一基体。或者，多个第二荧光体颗粒埋入具有与第二荧光体颗粒的折射率不同的折射率的第二基体。第一荧光体颗粒包含活化成分。第二荧光体颗粒包含与第一荧光体颗粒中所包含的活化成分相同或不同的活化成分。第一荧光体层中的活化成分的浓度比第二荧光体层中的活化成分的浓度更低。
根据本申请的波长转换部件，能够提高光源装置的亮度。
附图说明
图1是本申请的一个实施方式的波长转换部件的剖视示意图。
图2是变形例1的波长转换部件的剖视示意图。
图3是变形例2的波长转换部件的剖视示意图。
图4是变形例3的波长转换部件的剖视示意图。
图5是使用了本申请的波长转换部件的光源装置的剖视示意图。
图6是使用了本申请的波长转换部件的其他光源装置的剖视示意图。
图7是使用了图5所示的光源装置的照明装置的构成示意图。
图8是使用了图6所示的光源装置的照明装置的构成示意图。
图9是使用了本申请的照明装置的车辆的构成示意图。
图10是使用了本申请的波长转换部件的其他光源装置的构成示意图。
图11是图10所示的光源装置所具备的波长转换部件的立体图。
图12是使用了本申请的光源装置的投影仪的构成示意图。
图13是图12所示的投影仪的立体图。
图14是表示内量子效率的计算中所使用的荧光体层的模型的图。
图15是表示内量子效率的计算中所使用的荧光体层的模型的其他图。
图16是表示输入能量密度与内量子效率的维持率的关系的图表。
图17是表示内量子效率的下降率与输出的关系的图表。
图18是表示波长转换部件的输入输出特性的图表。
具体实施方式
(成为了本申请的基础的见解)
就使用了波长转换部件的光源装置来说，激发光源的高输出化正在进展。根据本发明人们的见解，伴随着激发光源的高输出化会发生如下所述的现象。
图18是表示波长转换部件的输入输出特性的图表。激发光的输入能量密度足够高时，由波长转换部件输出的光的能量(W)与激发光的输入能量密度(W/mm2)不成比例，输出能量的增加率相对于输入能量密度的增加率下降。激发光的输入能量密度越大，则效率的下降越显著。有时将该现象称为亮度饱和。
以往认为亮度饱和的原因在于荧光体颗粒的温度上升。然而，根据本发明人们的深入研究，就算充分抑制了荧光体颗粒的温度上升，也会发生亮度饱和。认为亮度饱和的原因除了荧光体颗粒的温度以外还存在其他原因。
作为除了荧光体颗粒的温度以外的原因，考虑了以下现象。即，在荧光体颗粒的内部，激发光及转换光发生多重反射，以高概率发生来源于激发态的多重激发，内量子效率显著下降。“来源于激发态的多重激发”是指：由激发光激发的电子吸收激发光或作为荧光光的转换光而进一步激发至非发光能级的现象。发生来源于激发态的多重激发的概率越高，则内量子效率越低。
本发明人们为了找到用于抑制因亮度饱和导致的效率下降的新技术而进行了波长转换部件的分析。具体来说，通过计算机模拟对波长转换部件中的激发光及转换光的光密度分布进行了调查。其结果是，本发明人们发现了：光密度在接近受光面的部分特别高，以高概率发生来源于激发态的多重激发，效率大幅下降。而且，基于减少光密度偏差对于缓解亮度饱和是有效的这一假设反复进行了模拟，由此完成了本申请的波长转换部件。
(本申请的一个实施方式的概要)
本申请的第一实施方式的波长转换部件具备第一荧光体层和第二荧光体层。第一荧光体层配置于激发光的入射侧，并且包含多个第一荧光体颗粒和第一基体。第二荧光体层配置于与激发光的入射侧相反侧，并且包含多个第二荧光体颗粒和第二基体。多个第一荧光体颗粒埋入具有与第一荧光体颗粒的折射率不同的折射率的第一基体。或者，多个第二荧光体颗粒埋入具有与第二荧光体颗粒的折射率不同的折射率的第二基体。第一荧光体颗粒包含活化成分。第二荧光体颗粒包含与第一荧光体颗粒所包含的活化成分相同或不同的活化成分。第一荧光体层中的活化成分的浓度比第二荧光体层中的活化成分的浓度更低。
通过使用本申请的第一实施方式的波长转换部件，能够得到高亮度并且高效率的光源装置。
作为本申请的第二实施方式，例如在第一实施方式的波长转换部件中，第一荧光体层中的每单位体积的激发光的吸收量比第二荧光体层中的每单位体积的激发光的吸收量更大。根据这样的构成，容易得到高亮度并且高效率的光源装置。
作为本申请的第三实施方式，例如就第一或第二实施方式的波长转换部件来说，第一荧光体颗粒的活化成分及第二荧光体颗粒的活化成分可以是Ce。使用荧光寿命短的Ce作为活化成分，由此从激发态至基态的发光跃迁的概率变高，能够降低来源于激发态的多重激发的概率。
作为本申请的第四实施方式，例如在第一或第二实施方式的波长转换部件中，第一荧光体颗粒可以包含由Y3-x1-y1Ry1Cex1Al5-z1Gaz1O12(R包含选自Gd及Tb中的至少一个，x1满足0.003≤x1≤0.036，y1满足0≤y1≤2.1，z1满足0≤z1≤2.2)表示的荧光体。另外，第二荧光体颗粒可以包含由Y3-x2-y2Ry2Cex2Al5-z2Gaz2O12(R包含选自Gd及Tb中的至少一个，x2满足0.045≤x2≤0.15，y2满足0≤y2≤2.1，z2满足0≤z2≤2.2)表示的荧光体。第一荧光体颗粒的活化成分及第二荧光体颗粒的活化成分可以是Ce。在以上述各组成的荧光体制作了第一荧光体颗粒及第二荧光体颗粒的情况下，就算提高激发光的光密度，内量子效率也不易下降，因此容易得到高亮度并且高效率的光源装置。
作为本申请的第五实施方式，例如在第一～第四实施方式中任一项所述的波长转换部件中，第一荧光体层可以具有埋入有多个第一荧光体颗粒的第一基体。第二荧光体层可以具有埋入有多个第二荧光体颗粒的第二基体。根据这样的构成，第一荧光体层中的导波被抑制，容易提高光的取出效率。
作为本申请的第六实施方式，例如在第五实施方式的波长转换部件中，第一基体可以由ZnO构成。如果将ZnO用作第一基体的材料，则容易将第一荧光体层的热散逸到外部。
作为本申请的第七实施方式，例如在第五或第六实施方式的波长转换部件中，第二基体可以由ZnO构成。如果将ZnO用作第二基体的材料，则容易将第二荧光体层的热散逸到外部。
作为本申请的第八实施方式，例如在第五～第七实施方式中任一项所述的波长转换部件中，第二荧光体层可以还具有埋入第二基体的多个光反射颗粒。根据这样的构成，光不易在第二荧光体层的内部进行导波。
作为本申请的第九实施方式，例如在第一～第八实施方式中任一项所述的波长转换部件中，可以还具备支撑第一荧光体层及第二荧光体层的基板，可以在第一荧光体层与基板之间配置第二荧光体层。这样的构成的波长转换部件适于反射型光源装置。
作为本申请的第十实施方式，例如在第一～第八实施方式中任一项所述的波长转换部件中，可以还具备支撑第一荧光体层及第二荧光体层的基板。可以在第二荧光体层与基板之间配置第一荧光体层。这样的构成的波长转换部件适于透射型光源装置。
本申请的第十一实施方式的光源装置具备激光光源和第一～第十实施方式中任一项所述的波长转换部件，上述激发光源射出具有10W/mm2以上的能量密度的激发光，上述波长转换部件接收激发光而放射荧光光。
根据本申请的光源装置，能够高效地得到具有高亮度的光。
作为本申请的第十二实施方式，例如在第十一实施方式的光源装置中，激发光的峰波长可以在360nm～480nm的范围。荧光光谱的峰波长可以在548nm～580nm的范围。根据这样的构成，容易得到白色光。
作为本申请的第十三实施方式，例如在第十一或第十二实施方式的光源装置中，射入波长转换部件的激发光的光斑直径可以在10μm～10mm的范围。在激发光的光斑直径足够小的情况下，容易通过透镜使经波长转换的光成为平行光。
本申请的第十四实施方式的投影仪具备第十一～第十三实施方式中任一项所述的光源装置。根据本申请的投影仪，能够高效地得到具有高亮度的光。
本申请的第十五实施方式的车辆具备第十一～第十三实施方式中任一项所述的光源装置。根据本申请的车辆，能够高效地得到具有高亮度的光。
以下，一边参照附图一边对于本申请的实施方式进行说明。本申请并不限于以下实施方式。
(实施方式)
图1示意性地示出本申请的一个实施方式的波长转换部件的剖面。波长转换部件10具备基板12及荧光体层13。基板12支撑荧光体层13。荧光体层13具有第一荧光体层20及第二荧光体层30。在基板12与第一荧光体层20之间配置有第二荧光体层30。第一荧光体层20与第二荧光体层30直接相接。第二荧光体层30与基板12直接相接。可以在第一荧光体层20与第二荧光体层30之间配置有其他层。可以在基板12与荧光体层13之间配置有其他层。可以省略基板12。
本实施方式的波长转换部件10适于反射型光源装置。在波长转换部件10应用于反射型光源装置的情况下，基板12可以具有反射激发光及转换光的功能。
第一荧光体层20配置于激发光的入射侧。第二荧光体层30配置于与入射侧相反侧。第一荧光体层20具有受光面20p，激发光射入该受光面20p。第二荧光体层30配置于第一荧光体层20的受光面20p的相反侧。激发光向受光面20p照射。激发光与第二荧光体层30相比先射入第一荧光体层20。受光面20p可以是波长转换部件10的最表面。
第一荧光体层20具有第一基体22及多个第一荧光体颗粒23。第一基体22存在于第一荧光体颗粒23之间。第一荧光体颗粒23埋入第一基体22。换言之，第一荧光体颗粒23分散于第一基体22。根据这样的构成，第一荧光体层20中的导波被抑制，容易提高光的取出效率。
第二荧光体层30具有第二基体32及多个第二荧光体颗粒33。第二基体32存在于第二荧光体颗粒33之间。第二荧光体颗粒33埋入第二基体32。换言之，第二荧光体颗粒33分散于第二基体32。根据这样的构成，第二荧光体层30中的导波被抑制，容易提高光的取出效率。
第一荧光体层20的厚度可以与第二荧光体层30的厚度一致也可以不同。在一个例子中，第一荧光体层20的厚度及第二荧光体层30的厚度在1～1000μm的范围。
在具有第一波长频带的激发光照射至波长转换部件10时，波长转换部件10将激发光的一部分转换成具有第二波长频带的光并放射。波长转换部件10放射出波长比激发光的波长更长的光。第二波长频带是与第一波长频带不同的频带。但是，第二波长频带的一部分也可以与第一波长频带重叠。在由波长转换部件10放射的光中，不仅包含由第一荧光体颗粒23及第二荧光体颗粒33放射的荧光光，也可以包含激发光其本身。
基板12提高波长转换部件10的刚性，并且使第一荧光体层20及第二荧光体层30的制作容易。
基板12的材料没有特别限定。作为基板12的材料，可以列举出：金属、氧化物、氮化物、碳化物、玻璃、陶瓷等。作为金属，可以列举出硅及铝。作为氧化物，可以列举出：蓝宝石(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、石英(SiO2)及氧化锌(ZnO)。作为氮化物，可以列举出氮化镓(GaN)及氮化铝(AlN)。作为碳化物，可以列举出碳化硅(SiC)。基板12的材料可以是单晶，也可以是多晶，还可以是非晶质。基板12可以由多个材料构成。
在基板12不具有透光性的情况下，可以将波长转换部件10用于反射型光源装置。
基板12可以具有经镜面研磨的表面。可以在基板12与荧光体层13之间配置有反射层、应力缓和层、光散射层等其他层。作为反射层，可以列举出：银反射层及铝反射层。作为光散射层，可以列举出包含填料颗粒的层。
第一荧光体颗粒23的材料及第二荧光体颗粒33的材料没有特别限定。可以将各种荧光体用作第一荧光体颗粒23的材料及第二荧光体颗粒33的材料。
第一荧光体颗粒23各自包含成为发光中心的活化成分。活化成分的种类没有限定。作为活化成分，可以列举出：Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Mn等元素。也可以使用选自这些元素中的一种或两种以上的组合作为活化成分。
优选的活化成分的一个例子只要是Ce就行。通过使用荧光寿命短的Ce作为活化成分，从激发态至基态的发光跃迁的概率变高，由此能够降低来源于激发态的多重激发的概率。
第二荧光体颗粒33各自也包含成为发光中心的活化成分。第二荧光体颗粒33中所包含的活化成分可以与第一荧光体颗粒23中所包含的活化成分相同，也可以不同。第二荧光体颗粒33中的活化成分的种类也没有限定。作为第二荧光体颗粒33中的活化成分，可以列举出上述元素。
在本实施方式中，第一荧光体层20中的活化成分的浓度ND1比第二荧光体层30中的活化成分的浓度ND2更低。根据这样的构成，能够使荧光体层13中的激发光的光密度的分布在荧光体层13的厚度方向上均匀化。由此，能够降低光线在荧光体层13的内部发生多重反射的过程中所发生的“来源于激发态的多重激发”的发生概率。因此，就算提高激发光的光密度，第一荧光体颗粒23及第二荧光体颗粒33中的内量子效率也不易下降。通过使用本实施方式的波长转换部件10，能够得到高亮度并且高效率的光源装置。
在本说明书中，第一荧光体层20中的活化成分的浓度ND1可以由每单位体积的活化原子的个数表示。第二荧光体层30中的活化成分的浓度ND2可以由每单位体积的活化原子的个数表示。
第一荧光体层20中的活化成分的浓度ND1及第二荧光体层30中的活化成分的浓度ND2例如可以通过以下方法进行分析来求出。首先，使用扫描电子显微镜(ScanningElectron Microscope，简称为SEM)对荧光体层13的剖面进行观察。对所得到的SEM图像进行二值化处理，算出荧光体层13的一定区域中的荧光体颗粒的体积填充率。荧光体颗粒的元素分析例如可以通过电子射线显微分析仪来实施。荧光体颗粒的组成可以是对任意个数(例如10个)的荧光体颗粒各自的组成进行平均而得到的组成。根据荧光体颗粒的体积填充率的计算结果及荧光体颗粒的组成的分析结果可以求出第一荧光体层20中的活化成分的浓度ND1及第二荧光体层30中的活化成分的浓度ND2。
作为构成第一荧光体颗粒23及第二荧光体颗粒33的荧光体，可以是包含Ce作为活化成分的YAG(钇-铝-石榴石)荧光体。包含Ce作为活化成分的YAG荧光体被蓝色光激发而能够发出黄色或黄绿色的光。作为其他荧光体，可以列举出LAG(镥-铝-石榴石，Lu3Al5O12)荧光体及LSN(La3Si6N11)荧光体。
构成第一荧光体颗粒23及第二荧光体颗粒33的荧光体的种类没有特别限定。这是因为本申请的效果可以通过活化成分的原子的分布来得到。可以使用青、绿、橙、红等各种各样的发光色的荧光体。
第一荧光体颗粒23例如可以由Y3-x1-y1Ry1Cex1Al5-z1Gaz1O12表示的荧光体来制作。在该组成式中，R包含选自Gd及Tb中的至少一个。x1满足0.003≤x1≤0.036。y1满足0≤y1≤2.1。z1满足0≤z1≤2.2。由Y3-x1-y1Ry1Cex1Al5-z1Gaz1O12表示的荧光体可以具有石榴石形晶体结构。第一荧光体颗粒23的活化成分可以是Ce。
第一荧光体颗粒23可以包含上述荧光体作为主成分。“主成分”是指以重量比计包含最多的成分。第一荧光体颗粒23可以实质上由上述荧光体形成。
在本说明书中，“实质上由……形成”是指排除会使所提及材料的本质特征变更的其他成分。
就第一荧光体层20来说，也可以包含具有互不相同的组成的多种荧光体颗粒作为第一荧光体颗粒23。应该对第一荧光体颗粒23照射的激发光的波长以及应该由第一荧光体颗粒23放射的荧光光的波长根据波长转换部件10的用途来选择。
第二荧光体颗粒33例如可以以由Y3-x2-y2Ry2Cex2Al5-z2Gaz2O12表示的荧光体来制作。在该组成式中，R包含选自Gd及Tb中的至少一个。x2满足0.045≤x2≤0.15。y2满足0≤y2≤2.1。z2满足0≤z2≤2.2。由Y3-x2-y2Ry2Cex2Al5-z2Gaz2O12表示的荧光体可以具有石榴石形晶体结构。第二荧光体颗粒33的活化成分可以是Ce。
第二荧光体颗粒33可以包含上述荧光体作为主成分。第二荧光体颗粒33可以实质上由上述荧光体形成。
就第二荧光体层30来说，可以包含具有互不相同的组成的多种荧光体颗粒作为第二荧光体颗粒33。应该对第二荧光体颗粒33照射的激发光的波长以及应该由第二荧光体颗粒33放射的荧光光的波长根据波长转换部件10的用途来选择。
在以上述组成的荧光体来制作第一荧光体颗粒23及第二荧光体颗粒33的情况下，就算提高激发光的光密度，内量子效率也不易下降，因此容易得到高亮度并且高效率的光源装置。推测根据上述的各组成能够降低发生来源于激发态的多重激发的概率。
构成第一荧光体颗粒23的荧光体的母材可以与构成第二荧光体颗粒33的荧光体的母材相同，也可以不同。“荧光体的母材相同”是指：假设特定元素未被活化成分置换时的荧光体的组成相同。例如，就具有(Y1-x1Cex1)3Al5O12的组成的荧光体来说，母材为Y3Al5O12。
第一荧光体颗粒23的平均粒径例如在0.1μm～50μm的范围。第一荧光体颗粒23的平均粒径例如可以通过以下方法来确定。首先，以扫描电子显微镜观察波长转换部件10的剖面。在所得到的电子显微镜图像中，通过图像处理算出特定的第一荧光体颗粒23的面积。将具有与所算出的面积相同的面积的圆的直径视为该特定第一荧光体颗粒23的直径。分别算出任意个数(例如50个)的第一荧光体颗粒23的粒径，将算出值的平均值视为第一荧光体颗粒23的平均粒径。在本申请中，第一荧光体颗粒23的形状并没有限定。第一荧光体颗粒23的形状可以是球状，也可以是鳞片状，还可以是纤维状。在本申请中，平均粒径的测定方法并不限于上述方法。
涉及平均粒径的上述说明也适于第二荧光体颗粒33。
第一荧光体层20中的第一荧光体颗粒23的含有率例如在10vol％～75vol％的范围。第二荧光体层30中的第二荧光体颗粒33的含有率例如在10vol％～75vol％的范围。此外，这里“vol％”是指体积％。
构成第一荧光体颗粒23的荧光体的荧光寿命例如为100ns以下。通过使用荧光寿命长的荧光体，能够抑制因亮度饱和导致的效率下降。荧光寿命的下限值没有特别限定，例如可以为0.1ns。荧光寿命可以通过市售的荧光寿命测定装置来测定。
涉及荧光寿命的上述说明也适于构成第二荧光体颗粒33的荧光体。
第一基体22例如由树脂、玻璃或其他无机材料构成。作为树脂，可以列举出硅树脂。作为其他无机材料，可以列举出：Al2O3、ZnO及SiO2。其他无机材料可以是晶质。第一基体22可以相对于激发光及转换光具有透光性。第一基体22可以具有比第一荧光体颗粒23的折射率更高的折射率，也可以具有比第一荧光体颗粒23的折射率更低的折射率。从透明性及导热性的观点考虑，作为第一基体22的材料，ZnO是适合的。ZnO具有高的导热性，因此如果将ZnO用作第一基体22的材料，则容易使第一荧光体层20的热散逸至外部。
详细来说，作为第一基体22的材料的ZnO是ZnO单晶或沿c轴取向的ZnO多晶。ZnO具有纤锌矿型的晶体结构。“沿c轴取向的ZnO”是指与基板12的主面平行的面是c面。“主面”是具有最广的面积的面。c面也可以平行于受光面20p。
沿c轴取向的ZnO多晶包含沿c轴取向的多个柱状的晶粒。就沿c轴取向的ZnO多晶来说，c轴方向的晶界少。“柱状的晶粒沿c轴取向”是指c轴方向的ZnO的生长比a轴方向的ZnO的生长更快，在基板12之上形成有纵长的ZnO晶粒。ZnO晶粒的c轴与基板12的法线方向平行。或者，ZnO晶粒的c轴相对于基板12的法线方向的倾斜为4°以下。在此，“c轴的倾斜为4°以下”是指c轴的倾斜的分布为4°以下，不一定是指全部晶粒的c轴的倾斜为4°以下。“c轴的倾斜”可以由c轴的根据X射线摇摆曲线法而得到的半峰宽来评价。详细来说，c轴的根据X射线摇摆曲线法而得到的半峰宽为4°以下。专利文献2详细地公开了由沿c轴取向的ZnO多晶构成的基体。
第一基体22的材料的导热率例如可以为1W/m·K以上，可以优选为10W/m·K以上。第一基体22的材料的导热率的上限值没有特别限定，例如可以为2000W/m·K。导热率可以是室温25℃下的值。通过使用具有高导热率的材料，波长转换部件10的放热性能提高而能够抑制温度上升。其结果是，能够提供具有高转换效率的波长转换部件10。
涉及第一基体22的上述说明也适于第二基体32。
构成第一基体22的材料可以与构成第二基体32的材料不同，也可以相同。在一个例子中，第一基体22的材料及第二基体32的材料为ZnO。
在构成第一荧光体颗粒23的荧光体具有Y3-x1-y1Ry1Cex1Al5-z1Gaz1O12的组成的情况下，由于Gd、Tb及Ga的影响，第一荧光体颗粒23的导热率低。在该情况下，推荐使用ZnO作为第一基体22的材料来提高第一荧光体层20的放热性能。通过抑制第一荧光体层20的温度上升，能够提供高效率的波长转换部件10。
同样地，在构成第二荧光体颗粒33的荧光体具有Y3-x2-y2Ry2Cex2Al5-z2Gaz2O12的组成的情况下，由于Gd、Tb及Ga的影响，第二荧光体颗粒33的导热率低。在该情况下，推荐使用ZnO作为第二基体32的材料来提高第二荧光体层30的放热性能。通过抑制第二荧光体层30的温度上升，可以提供高效率的波长转换部件10。
通常来说，如果在由具有小于1W/m·K的导热率的树脂材料构成的基体中分散有荧光体颗粒，则由荧光体层的温度上升而导致的热损耗的问题容易变得显著。
与此相对，在基体由具有足够高导热率的无机材料构成的情况下，能够抑制荧光体层的温度上升。例如，由于ZnO具有约10W/m·K的导热率，因此能够有效地抑制荧光体层的温度上升。就ZnO基体来说，就算激发光的输入能量密度为10W/mm2以上，也能够使热充分地散逸至外部。因此，如果在波长转换部件的基体中使用ZnO，则可以发现与温度上升无关的亮度饱和。
第一基体22可以具有与第一荧光体颗粒23的折射率不同的折射率。第二基体32可以具有与第二荧光体颗粒33的折射率不同的折射率。根据这样的构成，容易多重地发生光的反射及折射。通过使激发光多次射入荧光体颗粒，能够使进入荧光体颗粒的内部的激发光的光路长度伸长。另外，由于发光位置不偏离激发光的射入位置，因此容易实现点光源。例如，可以将YAG(折射率n＝1.77)用作第一荧光体颗粒23及第二荧光体颗粒33的材料。例如，可以将ZnO(折射率n＝1.95)用作第一基体22及第二基体32的材料。
折射率可以使用钠的D射线(589.3nm)并通过临界角法来测定。在本申请中，第一基体22的折射率可以使用由与构成第一基体22的材料相同的材料制得的试验片的测定值。同样地，第一荧光体颗粒23的折射率可以使用由与构成第一荧光体颗粒23的材料相同的材料制得的试验片的测定值。这些也适于第二基体32及第二荧光体颗粒33。如果温度上升，则折射率通常会下降。然而，由温度的上升而导致的折射率的下降程度小，因此只要在室温(20℃)下满足本说明书中所记载的要件，就算在波长转换部件10的实际使用时的温度下也能够充分地得到所期望的效果。
接着，对波长转换部件10的制造方法进行说明。
在基板12之上依次形成第二荧光体层30及第一荧光体层20。
在第一基体22及第二基体32由树脂构成的情况下进行以下操作。首先，在包含树脂及溶剂的溶液中混合第二荧光体颗粒33而制备涂布液。以在基板12之上形成涂膜的方式在基板12之上涂布涂布液。通过使涂膜干燥或使涂膜固化而在基板12之上而形成第二荧光体层30。接着，使用第一荧光体颗粒23代替第二荧光体颗粒33制备涂布液。以在第二荧光体层30之上形成涂膜的方式在第二荧光体层30之上涂布涂布液。通过使涂膜干燥或使涂膜固化来得到波长转换部件10。
在第一基体22及第二基体32由ZnO构成的情况下，例如可以通过溶胶凝胶法来形成第一基体22及第二基体32。首先，制备包含锌醇盐等前体及第二荧光体颗粒33的混合溶胶。以在基板12之上形成涂膜的方式在基板12之上涂布混合溶胶。通过使涂膜凝胶化并进行烧成而在基板12之上形成第二荧光体层30。接着，使用第一荧光体颗粒23代替第二荧光体颗粒33来制备混合溶胶。以在第二荧光体层30之上形成涂膜的方式在第二荧光体层30之上涂布混合溶胶。通过使涂膜凝胶化并进行烧成而得到波长转换部件10。
在第一基体22或第二基体32为ZnO单晶或沿c轴取向的ZnO多晶的情况下，可以通过溶液生长法在基板12之上形成第一基体22或第二基体32。首先，准备基板12。基板12通过在蓝宝石板等基板主体之上形成结晶性的ZnO薄膜来得到。作为形成ZnO薄膜的方法，可使用电子束蒸镀法、反应性等离子体蒸镀法、溅射法、脉冲激光积蓄法等真空成膜法。ZnO薄膜可以是ZnO单晶薄膜或ZnO多晶薄膜。接着，在基板12之上形成包含第二荧光体颗粒33的层。例如，制备包含第二荧光体颗粒33的分散液。将基板12配置于分散液中，使用电泳法使第二荧光体颗粒33沉积于基板12之上。由此，能够在基板12之上形成包含第二荧光体颗粒33的层。通过将基板12配置于分散液中并使第二荧光体颗粒33沉降，由此能够在基板12之上形成包含第二荧光体颗粒33的层。可以使用包含第二荧光体颗粒33的涂布液并通过印刷法等薄膜形成方法在基板12之上形成包含第二荧光体颗粒33的层。
接着，通过使用了含有Zn的溶液的溶液生长法而在颗粒之间形成第二基体32。由此，能够在基板12之上形成第二荧光体层30。作为溶液生长法，可以列举出：在大气压下进行的化学溶液析出法(chemical bath deposition)、在大气压以上的压力下进行的水热合成法(hydrothermal synthesis)、施加电压或电流的电分析出法(electrochemicaldeposition)。作为晶体生长用溶液，例如可使用包含六亚甲基四胺的硝酸锌水溶液。晶质的第二基体32在ZnO薄膜之上外延生长。
使用第一荧光体颗粒23代替第二荧光体颗粒33，并反复进行与上述相同的操作。由此，在第二荧光体层30之上形成第一荧光体层20，得到波长转换部件10。
接着，对几个变形例的波长转换部件进行说明。有时会对与参照图1来进行过说明的实施方式和各变形例共同的器件标注相同的附图标记，并省略它们的说明。与实施方式及各变形例相关的说明只要在技术上不矛盾，就可相互适用。只要在技术上不矛盾，实施方式及各变形例就可以相互组合。
(变形例1)
图2示意性地示出了变形例1的波长转换部件的剖面。波长转换部件50具备基板12及荧光体层14。基板12支撑荧光体层14。荧光体层14具有第一荧光体层20及第二荧光体层31。第二荧光体层31除了第二荧光体颗粒33及第二基体32以外还包含多个填料颗粒34。填料颗粒34埋入第二基体32。
填料颗粒34是光反射颗粒，其使激发光及转换光散射。因此，光不易在第二荧光体层31的内部导波。通过使光在激发光的光密度小的第二荧光体层31中积极地散射，由此能够降低多重激发并且提高激发光被第二荧光体颗粒33吸收的概率。其结果是，能够得到高效率、高输出及高亮度的光源装置。
填料颗粒34例如为无机颗粒，其典型地包含金属氧化物。填料颗粒34可以实质上由金属氧化物形成。多数金属氧化物在化学上稳定，几乎不放射荧光光，因此适合作为填料颗粒34的材料。
对填料颗粒34照射激发光时，填料颗粒34不放射荧光光或者仅放射可忽略的强度的荧光光。在一个例子中，填料颗粒34包含选自SiO2颗粒及TiO2颗粒中的至少一个。这些颗粒满足上述要件，在化学上稳定并且廉价。填料颗粒34的形状也没有限定。填料颗粒34的形状可以是球状，也可以是鳞片状，还可以是纤维状。
可以在第一荧光体层20中包含填料颗粒34。
(变形例2)
图3示意性地示出了变形例2的波长转换部件的剖面。波长转换部件60具有基板12及荧光体层15。荧光体层15除了参照图1进行过说明的第一荧光体层20及第二荧光体层30以外还具有第三荧光体层40。在基板12与第二荧光体层30之间配置有第三荧光体层40。
第三荧光体层40具有第三基体42及多个第三荧光体颗粒43。第三基体42存在于第三荧光体颗粒43之间。第三荧光体颗粒43埋入第三基体42。换言之，第三荧光体颗粒43分散于第三基体42。
可以在第三荧光体层40中援引与第一荧光体层20的构成相关的说明。
在本变形例中，第一荧光体层20中的活化成分的浓度比第二荧光体层30中的活化成分的浓度更低，第二荧光体层30中的活化成分的浓度比第三荧光体层40中的活化成分的浓度更低。即，活化成分的浓度互不相同的荧光体层数不限于两层。活化成分的浓度可以沿着波长转换部件60的厚度方向连续地变化。
(变形例3)
图4示意性地示出了变形例3的波长转换部件的剖面。波长转换部件70具备基板18及荧光体层13。基板18支撑荧光体层13。荧光体层13具有第一荧光体层20及第二荧光体层30。在基板18与第二荧光体层30之间配置有第一荧光体层20。第二荧光体层30与第一荧光体层20直接相接。第一荧光体层20与基板18直接相接。
本变形例的波长转换部件70中的基板18、第一荧光体层20及第二荧光体层30的位置关系与参照图1进行过说明的波长转换部件10中的基板12、第一荧光体层20及第二荧光体层30的位置关系不同。在波长转换部件70中，在基板18与第二荧光体层30之间配置有第一荧光体层20。在波长转换部件10中，在基板12与第一荧光体层20之间配置有第二荧光体层30。
在波长转换部件70中，基板18相对于激发光及转换光具有透光性。在该情况下，波长转换部件70适于透射型光源装置。基板18具有不与荧光体层13相接的受光面18p。受光面18p可以是基板18的背面。激发光从受光面18p通过而射入基板18，从基板18透过的激发光依次照射至第一荧光体层20及第二荧光体层30。第二荧光体层30具有位于与激发光的入射侧相反侧的射出面30p。射出面30p可以是第二荧光体层30的上表面。转换光主要从射出面30p放射至波长转换部件70的外部。可以在基板18与荧光体层13之间配置使激发光透过并反射转换光的分色镜。
波长转换部件70可以通过在基板18之上依次形成第一荧光体层20及第二荧光体层30而得到。
(光源装置的实施方式)
图5示意性地示出了使用了本申请的波长转换部件的光源装置的剖面。光源装置100具备波长转换部件10及激发光源71。波长转换部件10的第一荧光体层20位于激发光源71与波长转换部件10的基板12之间。由激发光源71射出激发光，激发光照射至第一荧光体层20的受光面20p。激发光依次到达第一荧光体层20及第二荧光体层30。即，光源装置100是反射型光源装置。也可以使用波长转换部件50及60代替波长转换部件10。也可以在光源装置100中使用选自波长转换部件10、50及60中的两种以上的组合。由于被镜反射的激发光也可以照射至受光面20p，因此激发光源71的位置不限于图5所示的位置。
激发光源71例如射出具有10W/mm2以上的能量密度的激发光。本申请的波长转换部件在使用了具有高能量密度的激发光的光源装置中是特别有用的。激发光的输入能量密度的上限没有特别限定，例如可以为1000W/mm2。
“能量密度”是指：将向特定范围照射的激发光的照射能量除以该范围的面积而得到的值。能量密度例如可以通过以下方法来测定。将激发光照射至对象物。确定激发光的照射强度为峰强度的1/e2以上(在此，e是自然对数的底，e＝2.718……)的范围。对向所确定的范围照射的激发光的照射能量进行测定。算出所确定的范围的面积。通过将激发光的照射能量除以所确定的范围的面积来定出能量密度。
典型地，激发光源71为半导体发光元件。半导体发光元件例如为LED、超辐射发光二极管(Superluminescent Diode，简称为SLD)或激光二极管(Laser Diode，简称为LD)。激发光源71可以由单一的LD构成，也可以由多个LD在光学上耦合而成的多个LD构成。
激发光的峰波长例如在360nm～480nm以下的范围。荧光的光谱的峰波长例如为548nm～580nm。将紫色至蓝色的激发光在波长转换部件10中转换成绿色至黄色的光。根据这样的构成，容易得到白色光。
射入波长转换部件10的激发光的光斑直径例如在10μm～10mm的范围。在激发光的光斑直径足够小的情况下，容易通过透镜使经波长转换的光成为平行光。此外，射入波长转换部件10的激发光的光斑直径是指：该激发光射入波长转换部件10时的波长转换部件10表面中的激发光的光斑直径。
光斑直径是指：具有与激发光的照射强度为峰强度的1/e2以上的范围的面积相同的面积的圆的直径。激发光的光斑直径越小，则由荧光体层13放射的光越容易聚光，即，能够高效率地利用由荧光体层13放射的光。其中，激发光的光斑直径越小，则激发光的能量密度越高。在激发光的光斑直径为上述的范围内时，能够高效地得到具有高亮度的光。
光源装置100还具备光学系统72。光学系统72可以位于由激发光源71放射的激发光的光路上。光学系统72包括透镜、镜子、光纤等光学部件。
图6示意性地示出了使用了本申请的波长转换部件的其他光源装置的剖面。光源装置102具备波长转换部件70及激发光源71。激发光源71与波长转换部件70的基板18相对。激发光从基板18透过并依次到达第一荧光体层20及第二荧光体层30。即，光源装置102为透射型光源装置。
(照明装置的实施方式)
图7示意性地示出了使用了图5所示的光源装置的照明装置的构成。照明装置200具备光源装置100及光学部件74。光学部件74是用于将由光源装置100放射的光引导至前方的部件，具体来说是反射器。光学部件74例如具有Al、Ag等的金属膜或在表面形成有保护膜的Al膜。在光源装置100的前方也可以设置过滤器75。过滤器75使蓝色光吸收或散射，以使来自光源100的发光元件的相干的蓝色光不会直接放出到外部。照明装置200可以是所谓的反射器类型，也可以是投影仪类型。照明装置200例如为车辆用前照灯。
图8示意性地示出了使用了图6所示的光源装置的照明装置的构成。可以使用作为反射型光源装置的光源装置102来构成照明装置202。
(车辆的实施方式)
图9示意性地示出了使用了本申请的照明装置的车辆的构成。车辆300具备作为车辆用前照灯的照明装置200(或202)及电力源302。照明装置200及电力源302配置于车辆300的前部。电力源302与照明装置200电连接。电力源302例如具有电路以及通过发动机之类的驱动源而旋转驱动来产生电力的发电机。电路例如包含电池或电容器。
根据光源装置100，能够高效地得到具有高亮度的光。因此，车辆300的照明装置200能够高效地照射具有高亮度的光。根据由照明装置200放射的光，能够容易地对存在于偏离照明装置200的位置的对象物进行照射。照明装置200的耗电量比现有的前照灯低。
(光源装置的变形例)
图10示意性地示出了使用了本申请的波长转换部件的其他光源装置的构成。光源装置400具备波长转换部件10及多个激发光源71。波长转换部件10的荧光体层13位于多个激发光源71与波长转换部件10的基板12之间。多个激发光源71与波长转换部件10的荧光体层13相对。光源装置400适于投影仪的用途。
图11是图10所示的光源装置所具备的波长转换部件10的立体图。波长转换部件10的基板12具有圆板的形状。基板12具有贯穿孔12h及透光部12t。贯穿孔12h在基板12的厚度方向上延伸。贯穿孔12h例如位于由基板12的外周面规定的假想圆的中心。透光部12t具有圆弧的形状。透光部12t可以与荧光体层13相接。透光部12t例如为贯穿孔。透光部12t可以由透明树脂或玻璃制成。透光部12t可以由蓝宝石、石英之类的具有透光性的材料制成。
荧光体层13具有圆弧的形状。荧光体层13与透光部12t沿着由荧光体层13的外周面规定的假想圆排列。荧光体层13局部地包覆基板12的主面。
如图10所示，光源装置400还具备电机88。波长转换部件10配置于电机88。详细来说，电机88的轴插入基板12的贯穿孔12h。波长转换部件10例如通过螺钉之类的固定部件与电机88固定。通过电机88使波长转换部件10旋转，将由多个激发光源71放射的激发光照射至波长转换部件10。由此，能够防止激发光局部地照射至荧光体层13。因此，能够抑制因激发光及荧光光而导致荧光体层13的温度上升。
光源装置400还具备准直透镜81、分色镜82、透镜83及84以及反射镜85、反射镜86及反射镜87。准直透镜81、分色镜82及透镜83位于多个激发光源71与波长转换部件10之间。准直透镜81、分色镜82及透镜83依次排列在由多个激发光源71放射的激发光的光路上。透镜84、反射镜85、反射镜86及反射镜87以及分色镜82依次排列在从波长转换部件10透过的激发光的光路上。
准直透镜81使由多个激发光源71放射的激发光聚光。根据准直透镜81，能够得到平行光。分色镜82可以使激发光透射并且能够高效地将由波长转换部件10放射的光反射。透镜83使由激发光及波长转换部件10放射的光聚光。透镜84使从波长转换部件10透过的激发光聚光。根据透镜84，能够得到平行光。反射镜85、86及87分别将激发光反射。
光源装置400还具备散热器89。散热器89与多个激发光源71相接。根据散热器89，能够将多个激发光源71的热容易地散逸至外部。由此，能够抑制多个激发光源71的温度上升，因此能够抑制多个激发光源71中的能量的转换效率的下降。
接着，对光源装置400的工作进行说明。
首先，多个激发光源71放射激发光。激发光通过准直透镜81聚光而转换成平行光。接着，激发光从分色镜82透过，通过透镜83进一步聚光。根据透镜83，能够调节应该射入荧光体层13的激发光的光斑直径。接着，激发光射入波长转换部件10。波长转换部件10通过电机88旋转。因此，就光源装置400的工作来说，存在激发光射入荧光体层13的期间以及激发光从透光部12t透过的期间。激发光射入荧光体层13时，波长转换部件10放射波长比激发光的波长更长的光。由波长转换部件10放射的光通过透镜83聚光而转换成平行光。由波长转换部件10放射的光被分色镜82反射，送至光源装置400的外部。
激发光从透光部12t透过时，激发光通过透镜84聚光而转换成平行光。从透镜84透过的激发光被反射镜85、86及87反射。接着，激发光从分色镜82透过。由此，激发光被送至光源装置400的外部。此时，激发光与由波长转换部件10放射的光混合。
(投影仪的实施方式)
图12示意性地示出了使用了本申请的光源装置的投影仪的构成。投影仪500具备光源装置400、光学单元401及控制部402。光学单元401对由光源装置400放射的光进行转换，并向投影仪500的外部的对象物投射图像或影像。作为外部的对象物，例如可列举出屏幕。光学单元401具备聚光透镜90、棒状积分器91、透镜单元92、显示元件93及投射透镜94。
聚光透镜90使由光源装置400放射的光聚光。由此，由光源装置400放射的光在棒状积分器91的入射侧的端面聚光。
棒状积分器91例如具有四棱柱的形状。射入棒状积分器91的光在棒状积分器91内反复进行全反射，由棒状积分器91的射出侧的端面射出。由棒状积分器91射出的光具有均匀的亮度分布。
透镜单元92具有多个透镜。作为透镜单元92所具有的多个透镜，例如可以列举出聚光透镜及中继透镜。透镜单元92将由棒状积分器91射出的光引导至显示元件93。
显示元件93对从透镜单元92透过的光进行转换。由此，能够得到应该投射至投影仪500的外部的对象物的图像或影像。显示元件93例如为数字镜器件(Digital MirrorDevice，简称为DMD)。
投射透镜94将经显示元件93转换的光投射至投影仪500的外部。由此，能够将经显示元件93转换的光投射至对象物。投射透镜94具有一个或两个以上的透镜。作为投射透镜94所具有的透镜，例如可以列举出双凸透镜及平凹透镜。
控制部402控制光源装置400及光学单元401之类的各部件。控制部402例如为微型计算机或处理器。
图13是图12所示的投影仪的立体图。投影仪500还具备框体510。框体510收纳光源装置400、光学单元401及控制部402。光学单元401的投射透镜94的一部分露出至框体510的外部。
根据光源装置400，能够高效地得到具有高亮度的光。因此，投影仪500能够高效地投射具有高亮度的光。根据光源装置400，与现有的投影仪相比，能够减少所需要的激发光源数。投影仪500的耗电量比现有的投影仪低。根据光源装置400，能够使投影仪小型化。
实施例
通过计算机模拟，算出了具有以下各构成的波长转换部件的内量子效率(Internal Quantum Efficiency，简称为IQE)。具体来说，通过光线追踪算出荧光体颗粒内的光密度，根据荧光体颗粒内的光密度算出了内量子效率。更详细来说，通过下述(1)的光线追踪算出荧光体层内的光密度，由荧光体层内的光密度来确定荧光体颗粒内的光密度，利用荧光体颗粒内的光密度并通过下述(2)的方法算出了内量子效率。
(1)算出荧光体颗粒内的光密度
如图14所示，作为荧光体层的模型，给出了具有纵64μm、横64μm(64μm×64μm)的尺寸的上表面的厚度为60μm的长方体。荧光体层的底面及侧面为镜面。将具有纵48μm、横48μm(48μm×48μm)的大小的受光面设定在与上表面共享中心的位置。
荧光体层包含厚度为30μm的第一荧光体层和厚度为30μm的第二荧光体层。第一荧光体层包含受光面。第二荧光体层包含底面。以荧光体层中的荧光体颗粒的体积填充率成为50％的方式在荧光体层配置了球状的荧光体颗粒。荧光体颗粒的直径为12μm。
配置于第一荧光体层的第一荧光体颗粒的组成为(Y1-x1Cex1)3Al5O12。配置于第二荧光体层的第二荧光体颗粒的组成为(Y1-x2Cex2)3Al5O12。如表1及表2所示，在实施例及比较例中，设定了Ce与Y和Ce的总计之原子比率x1及x2。
将荧光体颗粒的折射率设定为1.77。第一基体及第二基体是折射率为1.42的透明树脂。使用吸收截面积的值和活化成分的原子浓度C(％)并由下述式(1)算出了吸光系数α。吸光系数α是光强度衰减至1/e的距离的倒数。吸收截面积使用了D.S.Hamilton们的论文(非专利文献1)中所记载的值。
活化成分的原子浓度C是将(Y1-x1Cex1)3Al5O12及(Y1-x2Cex2)3Al5O12的各组成中的值x1及x2乘以100而得到的值。
α＝41.67C[mm-1] (1)
就荧光体颗粒的内部来说，以吸收系数α及量子效率100％进行波长转换，随机选择荧光光的行进方向，由此设定了模拟的条件。
将波长为445nm的激发光源配置于荧光体层的上方，使总计1W的均匀的光密度(434W/mm2)的激发光射入荧光体层。通过光线追踪法算出了在测量面观测到的激发光及转换光的光密度。作为荧光光的转换光的波长为550nm。由光密度为434W/mm2与0.1W/mm2～500W/mm2的范围的规定入射能量密度的比率算出了规定的入射能量密度中的荧光体层的光密度分布。
光密度的测量面是与上表面平行的64μm×64μm的大小的面。从上表面向底面在2.5μm、7.5μm、12.5μm……57.5μm的总计12个位置设定了光密度的测量面。测量面中的分辨率为100×100，记录了每个像素的光密度。
一系列的计算通过市售的光学模拟器(美国Zemax,LLC公司制造的ZemaxOpticStudio)来实行。
(2)由荧光体颗粒内的光密度算出内量子效率IQE
接着，如图15所示，在与上表面平行的方向上对荧光体层进行纵100分割、横100分割(分割成100×100的区域)，将荧光体层在与表面垂直的厚度方向上分割成12个区域，将荧光体层分割成了总计12万个区域。将通过光线追踪求出的各测定面及各像素的光密度分配至各分割区域。在图15中，IX表示波长转换前的激发光的密度。IE表示波长转换前的荧光光密度。IX 0表示波长转换后的激发光的密度。IE 0表示波长转换后的荧光光密度。
在各分割区域中，使用稳态的三能级模型算出了输出上述光密度时的吸收光子密度及发光光子密度。稳态的三能级模型例如记载于A.Lenef们的论文(非专利文献2)。
使用D.S.Hamilton们的论文(非专利文献1)中所记载的吸收截面积算出了发生从激发态的激发的跃迁速率。荧光体的荧光寿命τr为60ns。荧光体的无辐射跃迁(non-radiactive transition)的时间常数τnr为800ns。使分割区域的代表光路长度ΔL与厚度方向的分割宽度(5μm)一致。
就三能级模型来说，可以直接求解，也可以使用迭代法求出近似解。
最后，将三能级模型的计算结果代入用于求出内量子效率的式子中，求出了内量子效率。
上述计算使用市售的数学分析软件(美国Wolfram Research公司制造的Mathematica)来实行。
进而，算出了将输入能量密度Pin从0.1W/mm2逐步增加至500W/mm2时的内量子效率(IQE)的下降率及维持率。内量子效率(IQE)的下降率是由下述式(2)求出的值。内量子效率(IQE)的维持率是由下述式(3)求出的值。转换光的输出通过以下方法求出。对算出了内量子效率时的12万个区域内的转换光的能量强度进行总计，由此求出了由整个荧光体层输出的转换光的输出强度。
在表1、表2及图16中示出结果。表1是激发光的输入能量密度Pin为10W/mm2时的结果。表2是激发光的输入能量密度为500W/mm2时的结果。在图16的图表中，横轴表示激发光的输入能量密度Pin。纵轴表示内量子效率的维持率。
内量子效率的下降率＝(A1-A2)/A1 (2)
内量子效率的维持率＝A2/A1 (3)
A1：输入能量密度Pin为0.1W/mm2时的内量子效率
A2：特定的输入能量密度Pin下的内量子效率
表1
Figure BDA0002961414620000241
表2
Figure BDA0002961414620000251
如表1及表2所示，分别算出了实施例1～7及比较例2～4的输出与比较例1的输出之比率。基于与比较例1的输出之比率，通过下述基准进行了输出判定。
(输出判定的基准)
〇(良)：0.98以上
△(平均)：超过0.90且小于0.98
×(低于平均)：0.90以下
如表1及表2所示，分别算出了实施例1～7及比较例2～4的内量子效率的下降率与比较例1的内量子效率的下降率之比率。基于与比较例1的内量子效率的下降率之比率，通过下述基准进行输出判定。
(效率判定的基准)
◎(优)：小于0.90
〇(良)：0.90以上且小于0.95
△(平均)：0.95以上且小于1.00
×(低于平均)：1.00以上
如表1及表2所示，实施例1～7的波长转换部件的输出判定及效率判定的结果全部为平均以上。
实施例1、2及6的波长转换部件的输出为平均，但实施例1、2及6的波长转换部件的效率特别优异。即，实施例1、2及6的波长转换部件的构成在抑制活化成分的浓度而重视效率的用途中是特别有用的。
虽然比较例2的波长转换部件的效率也优异，但比较例2的波长转换部件的输出差。
实施例3、4、5及7的波长转换部件显示出了良好的输出及良好的效率。即，实施例3、4、5及7的波长转换部件的构成在重视输出与效率的平衡的用途中是特别有用的。
图17示出了激发光的输入能量密度Pin为500W/mm2时的内量子效率的下降率与输出的关系。方形标记是提取出的比较例1～4的数据。圆形标记是实施例1～5的数据。各数据与表2中的值相同。
由图17的图表可以理解：实施例的波长转换部件的内量子效率的下降率与输出的平衡优异。可以说实施例的波长转换部件兼顾高输出和高效率。
如图14所示，对荧光体层的底面为镜面的模型进行了内量子效率的计算。其中，就算将底面作为透光面进行同样的计算，也得到与由表1及表2所示的结果同样的结果。
由表1及表2所示的活化成分的原子浓度是将(Y1-x1Cex1)3Al5O12及(Y1-x2Cex2)3Al5O12各组成中的值x1及x2乘以100而得到的值。第一荧光体层20中的荧光体颗粒的分布与第二荧光体层30中的荧光体颗粒的分布一致，荧光体颗粒的填充率也相等。第一荧光体层20的体积与第二荧光体层30的体积相等。因此，在实施例1～实施例7中，第一荧光体层20中的活化成分的浓度ND1比第二荧光体层30中的活化成分的浓度ND2更低。在比较例1～比较例4中，活化成分的浓度在各层中是恒定的。
也算出了参照图14进行过说明的模型的第一荧光体层及第二荧光体层的吸收量及吸收密度。将结果示于表3。吸收密度的比率是第一荧光体层的吸收密度与第二荧光体层的吸收密度之比率。
表3
Figure BDA0002961414620000271
就实施例3～5及7的波长转换部件来说，第一荧光体层中的每单位体积的激发光的吸收量比第二荧光体层中的每单位体积的激发光的吸收量更大。这样的要件多数情况下可以通过输出与效率的平衡优异的波长转换部件来满足。
产业上的可利用性
具备本申请的波长转换部件的光源装置可以用于吸顶灯之类的常规照明装置。另外，具备本申请的波长转换部件的光源装置可以用于聚光灯、体育场用照明、摄影室用照明之类的特殊照明装置。此外，具备本申请的波长转换部件的光源装置可以用于前照灯之类的车辆用照明装置。另外，具备本申请的波长转换部件的光源装置可以用于投影仪、平视显示器(head-up display)、数码相机、电视接收机之类的图像装置。此外，具备本申请的波长转换部件的光源装置可以用于内窥镜之类的医疗器具。具备本申请的波长转换部件的光源装置可以用于个人计算机、平板/个人计算机、智能手机、移动电话之类的信息机器。
符号说明
10、50、60、70 波长转换部件
12、18 基板
12h 贯穿孔
12t 透光部
13、14、15 荧光体层
20 第一荧光体层
18p、20p 受光面
22 第一基体
23 第一荧光体颗粒
30、31 第二荧光体层
30p 射出面
32 第二基体
33 第二荧光体颗粒
34 填料颗粒
40 第三荧光体层
42 第三基体
43 第三荧光体颗粒
71 激发光源
72 光学系统
74 光学部件
75 过滤器
81 准直透镜
82 分色镜
83、84 透镜
85、86、87 反射镜
88 发动机
89 散热器
90 聚光透镜
91 棒状积分器
92 透镜单元
93 显示元件
94 投射透镜
100、102、400 光源装置
200、202 照明装置
300 车辆
302 电力供给源
401 光学单元
402 控制部
500 投影仪
510 框体

Claims (15)

1.一种波长转换部件，其是被照射激发光而产生荧光光的波长转换部件，
其中，所述波长转换部件具备第一荧光体层和第二荧光体层，
所述第一荧光体层配置于所述激发光的入射侧，并且包含多个第一荧光体颗粒和第一基体，
所述第二荧光体层配置于与所述入射侧相反侧，并且包含多个第二荧光体颗粒和第二基体，
其中，所述多个第一荧光体颗粒埋入具有与所述第一荧光体颗粒的折射率不同的折射率的第一基体，或者所述多个第二荧光体颗粒埋入具有与所述第二荧光体颗粒的折射率不同的折射率的第二基体，
所述第一荧光体颗粒包含活化成分，
所述第二荧光体颗粒包含与所述第一荧光体颗粒中所包含的所述活化成分相同或不同的活化成分，
所述第一荧光体层中的所述活化成分的浓度比所述第二荧光体层中的所述活化成分的浓度更低。
2.根据权利要求1所述的波长转换部件，其中，所述第一荧光体层中的每单位体积的所述激发光的吸收量比所述第二荧光体层中的每单位体积的所述激发光的吸收量更大。
3.根据权利要求1或2所述的波长转换部件，其中，所述第一荧光体颗粒的所述活化成分及所述第二荧光体颗粒的所述活化成分为Ce。
4.根据权利要求1或2所述的波长转换部件，其中，所述第一荧光体颗粒包含由Y3-x1- y1Ry1Cex1Al5-z1Gaz1O12表示的荧光体，式中，R包含选自Gd及Tb中的至少一个，x1满足0.003≤x1≤0.036，y1满足0≤y1≤2.1，z1满足0≤z1≤2.2，
所述第二荧光体颗粒包含由Y3-x2-y2Ry2Cex2Al5-z2Gaz2O12表示的荧光体，R包含选自Gd及Tb中的至少一个，x2满足0.045≤x2≤0.15，y2满足0≤y2≤2.1，z2满足0≤z2≤2.2，
所述第一荧光体颗粒的所述活化成分及所述第二荧光体颗粒的所述活化成分为Ce。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的波长转换部件，其中，所述多个第一荧光体颗粒埋入所述第一基体，
所述多个第二荧光体颗粒埋入所述第二基体。
6.根据权利要求5所述的波长转换部件，其中，所述第一基体由ZnO构成。
7.根据权利要求5或6所述的波长转换部件，其中，所述第二基体由ZnO构成。
8.根据权利要求5～7中任一项所述的波长转换部件，其中，所述第二荧光体层还包含埋入有所述第二基体的多个光反射颗粒。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的波长转换部件，其还具备支撑所述第一荧光体层及所述第二荧光体层的基板，
其中，在所述第一荧光体层与所述基板之间配置有所述第二荧光体层。
10.根据权利要求1～8中任一项所述的波长转换部件，其还具备支撑所述第一荧光体层及所述第二荧光体层的基板，
其中，在所述第二荧光体层与所述基板之间配置有所述第一荧光体层。
11.一种光源装置，其具备激发光源和权利要求1～10中任一项所述的波长转换部件，
所述激发光源射出具有10W/mm2以上的能量密度的激发光，
所述波长转换部件接收来自所述激发光源的所述激发光并放射出荧光光。
12.根据权利要求11所述的光源装置，其中，所述激发光源所射出的所述激发光的峰波长在360nm～480nm的范围，
所述荧光的光谱的峰波长在548nm～580nm的范围。
13.根据权利要求11或12所述的光源装置，其中，射入所述波长转换部件的所述激发光的光斑直径在10μm～10mm的范围。
14.一种投影仪，其具备权利要求11～13中任一项所述的光源装置。
15.一种车辆，其具备权利要求11～13中任一项所述的光源装置作为前照灯。
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