JP2016154062A - Light source, and vehicle head lamp comprising light source - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体発光素子、特に半導体レーザーからの光を蛍光体により波長変換する光源、及びその光源を備えた車両用ヘッドランプに関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device, and more particularly to a light source that converts the wavelength of light from a semiconductor laser with a phosphor and a vehicle headlamp including the light source.
従来、光を発生する灯具であって、光を発生する半導体発光素子と、半導体発光素子から離間して設けられた蛍光体と、半導体発光素子が発生する光を蛍光体に集光する第1光学部材と、蛍光体が設けられている位置に光学的中心を有し、第1光学部材により集光された光に応じて蛍光体が発生する光を灯具の外部に照射する第2光学部材とを備えるヘッドランプがあった(特許文献1)。 2. Description of the Related Art Conventionally, a lamp that generates light, a semiconductor light-emitting element that generates light, a phosphor that is provided apart from the semiconductor light-emitting element, and a first that focuses light generated by the semiconductor light-emitting element on the phosphor. An optical member and a second optical member having an optical center at a position where the phosphor is provided and irradiating the outside of the lamp with light generated by the phosphor in response to the light collected by the first optical member There was a headlamp provided with (patent document 1).
しかしながら、従来の技術によれば、特に半導体発光素子としてレーザーダイオードを使用する場合の安全性及び発光効率の向上が求められていた。 However, according to the prior art, there has been a demand for improvement in safety and light emission efficiency particularly when a laser diode is used as a semiconductor light emitting element.
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものであって、安全性及び発光効率を向上させることを目的とする。 This indication is made in view of the above-mentioned subject, and aims at improving safety and luminous efficiency.
本開示の一態様に係る光源は、半導体レーザーからの出射光を蛍光体に照射し、波長変換した光を利用する光源であって、半導体レーザーは、少なくとも青紫色レーザーと青色レーザーとの2種類を含み、蛍光体は、少なくとも青色蛍光体と黄色蛍光体とを含む。 A light source according to one embodiment of the present disclosure is a light source that irradiates phosphors with light emitted from a semiconductor laser and uses light that has undergone wavelength conversion, and the semiconductor laser includes at least two types of blue-violet laser and blue laser And the phosphor includes at least a blue phosphor and a yellow phosphor.
本開示によれば、安全性及び発光効率を向上させることができる。 According to the present disclosure, safety and luminous efficiency can be improved.
本開示の第1の側面(アスペクト)に係る光源は、半導体レーザーからの出射光を蛍光体に照射し、波長変換した光を利用する光源であって、半導体レーザーは、少なくとも青紫色レーザーと青色レーザーとの2種類を含み、蛍光体は、少なくとも青色蛍光体と黄色蛍光体とを含む。 A light source according to the first aspect of the present disclosure is a light source that uses light converted from a wavelength by irradiating light emitted from a semiconductor laser to a phosphor, and the semiconductor laser includes at least a blue-violet laser and a blue light. The phosphor includes two kinds of lasers and includes at least a blue phosphor and a yellow phosphor.
本開示の第2の側面に係る光源は、第1の側面に係る光源において、青色蛍光体が、BaMgAl10O17:Eu,Sr5(PO4)3Cl:Eu,及び(Sr1−xBax)3MgSi2O8:Eu[但し、0<x<1]のいずれかである。 The light source according to the second aspect of the present disclosure is the light source according to the first aspect, wherein the blue phosphor is BaMgAl 10 O 17 : Eu, Sr 5 (PO 4 ) 3 Cl: Eu, and (Sr 1-x Ba x ) 3 MgSi 2 O 8 : Eu [where 0 <x <1].
本開示の第3の側面に係る光源は、第1又は第2の側面に係る光源において、黄色蛍光体が、ガーネット構造を有する蛍光体である。 In the light source according to the third aspect of the present disclosure, in the light source according to the first or second aspect, the yellow phosphor is a phosphor having a garnet structure.
本開示の第4の側面に係る光源は、第3の側面に係る光源において、ガーネット構造を有する蛍光体が、透光性を有するセラミック焼結体である。 In the light source according to the fourth aspect of the present disclosure, in the light source according to the third aspect, the phosphor having a garnet structure is a ceramic sintered body having translucency.
本開示の第5の側面に係る車両用ヘッドランプは、第1〜第4の何れかの側面に係る光源を具備する。 The vehicle headlamp according to the fifth aspect of the present disclosure includes the light source according to any one of the first to fourth aspects.
(第1の実施の形態)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る光源80の概略構成を示している。光源80は、波長変換部材81と、2種類以上の半導体発光素子84及び85とを備える。半導体発光素子84及び85は、例えば、LED、スーパールミネッセントダイオード(SLD)又はレーザーダイオード(LD)などである。本実施の形態では、半導体発光素子84及び85が2種のLDである場合を説明する。半導体発光素子84及び85は、それぞれ1つのLDであってもよく、また、複数のLDを光学的に結合させたものでもよい。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
半導体発光素子84は、青紫光を射出する。本開示において、青紫光とは、ピーク波長が380nm以上420nm以下の光をいう。本実施の形態では、半導体発光素子84が波長405nmの光を射出する場合を説明する。半導体発光素子85は、青色光を射出する。本開示において、青色光とは、波長が420nm以上480nm以下の光をいう。本実施の形態では、半導体発光素子85が波長445nmの光を射出する場合を説明する。
The semiconductor
波長変換部材81は、半導体発光素子84及び85からの光をより長波長の光に波長変換する。波長変換部材81は、少なくとも2層の互いに異なる発光スペクトルを有する波長変換層を含む。各波長変換層は、何れか1つの半導体発光素子に対応し、対応する半導体発光素子からの光が他の波長変換層を経由せずに入射するように並べて配置されている。各波長変換層は、互いに接触するように配置されていてもよく、また、分離して配置されていてもよい。
The
本実施の形態では、波長変換部材81が、波長変換層として、第1の蛍光体層82及び第2の蛍光体層83を有する場合を説明する。第1の蛍光体層82は、半導体発光素子84からの光を受けて発光する複数の第1の蛍光体88と、複数の第1の蛍光体88の間に配置されたバインダー89とを有する。第2の蛍光体層83は、半導体発光素子85からの光を受けて発光する複数の第2の蛍光体90と、複数の第2の蛍光体90の間に配置されたバインダー91とを有する。第1の蛍光体層82及び第2の蛍光体層83は、それぞれ、他方の蛍光体層を経由せずに、対応する半導体発光素子84又は85からの光が入射するように並べて設けられる。
In the present embodiment, a case where the
第2の蛍光体90は、例えば、黄色蛍光体である。本開示において、黄色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が540nm以上590nm以下である蛍光体をいう。第2の蛍光体90は、Y3Al5O12:Ce(以下、YAG)であってもよい。第1の蛍光体88は、例えば、青色蛍光体である。本開示において、青色蛍光体とは、発光スペクトルのピーク波長が420nm以上480nm以下である蛍光体をいう。第1の蛍光体88は、Sr3MgSi2O8:Eu(以下、SMS)であってもよい。また、第1の蛍光体88は、BaMgAl10O17:Eu,Sr5(PO4)3Cl:Eu,及び(Sr1−xBax)3MgSi2O8:Eu[但し、0<x<1]のいずれかであってもよい。バインダー89及び91は、例えば、樹脂、ガラス又は透明結晶などの媒体である。バインダー89及び91は、同じ材質であってもよく、また、異なる材質であってもよい。
The second phosphor 90 is, for example, a yellow phosphor. In the present disclosure, the yellow phosphor refers to a phosphor having an emission spectrum peak wavelength of 540 nm or more and 590 nm or less. The second phosphor 90 may be Y 3 Al 5 O 12 : Ce (hereinafter, YAG). The
波長変換部材81と半導体発光素子84との間には、半導体発光素子84の光を第1の半導体層82に導く入射光学系86が設けられていてもよい。波長変換部材81と半導体発光素子85との間には、半導体発光素子85の光を第2の半導体層83に導く入射光学系87が設けられていてもよい。入射光学系86及び87は、例えば、レンズ、ミラー及び/又は光ファイバなどを備えている。
An incident
次に、光源80の動作について説明する。半導体発光素子84から射出された光は、入射光学系86を通り、波長変換部材81の第1の蛍光体層82に入射する。この入射光により、第1の蛍光体層82の複数の第1の蛍光体88が励起されて青色光を射出する。また、半導体発光素子85から射出された光は、入射光学系87を通り、波長変換部材81の第2の蛍光体層83に入射する。この入射光により、第2の蛍光体層83の複数の第2の蛍光体90が励起されて黄色光を射出する。これらの黄色光及び青色光が混合して白色光となる。
Next, the operation of the
上述したように、本開示の第1の実施の形態によれば、青紫色レーザーで青色蛍光体(例えばSMS)を励起し、青色レーザーで黄色蛍光体(例えばYAG)を励起する。SMS蛍光体は、青紫色(例えば405nm)レーザーの高光密度励起においても発光効率の低下が小さい。また、YAG蛍光体は、青色(例えば445nm)レーザーの高光密度励起においても発光効率の低下が小さい。本開示において、高光密度とは、0.1kW/cm2以上の光密度をいう。よって、高光密度においても発光効率の低下を抑制できる。また、青色光は、蛍光体によって得られるので、青色レーザーからの光を外部出射させることなく、白色光を生成することができる。 As described above, according to the first embodiment of the present disclosure, a blue phosphor (for example, SMS) is excited by a blue-violet laser, and a yellow phosphor (for example, YAG) is excited by a blue laser. The SMS phosphor has a small decrease in light emission efficiency even at high light density excitation of a blue-violet (for example, 405 nm) laser. In addition, the YAG phosphor has a small decrease in light emission efficiency even at high light density excitation of a blue (for example, 445 nm) laser. In the present disclosure, high light density means light density of 0.1 kW / cm 2 or more. Therefore, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency even at a high light density. Further, since blue light is obtained by a phosphor, white light can be generated without emitting light from a blue laser to the outside.
(第2の実施の形態)
図2は、本開示の第2の実施の形態に係る光源100の概略構成を示している。第1の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。光源100は、波長変換部材101と、半導体発光素子84及び85とを備える。波長変換部材101と半導体発光素子84及び85との間には、半導体発光素子84及び85の光を波長変換部材101に導く入射光学系104及び105が設けられていてもよい。入射光学系104及び105は、波長変換部材101上の照射位置が重なるように半導体発光素子84及び85の光を導いてもよく、また、波長変換部材101上の照射位置が重ならないように半導体発光素子84及び85の光を導いてもよい。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a schematic configuration of the
波長変換部材101は、半導体発光素子84及び85からの光をより長波長の光に波長変換する。波長変換部材101は、少なくとも2層の互いに異なる発光スペクトルを有する波長変換層を含む。複数の波長変換層は、少なくとも一部が重なるように設けられている。波長変換部材101は、波長変換層として、第3の蛍光体層102及び第4の蛍光体層103を有する。第3の蛍光体層102は、主に半導体発光素子85からの光を受けて発光する複数の第3の蛍光体106と、複数の第3の蛍光体106の間に配置されたバインダー107とを有する。第4の蛍光体層103は、主に半導体発光素子84からの光を受けて発光する複数の第4の蛍光体108と、複数の第4の蛍光体108の間に配置されたバインダー109とを有する。
The
本実施の形態では、第3の蛍光体層102が、第4の蛍光体層103に比して、半導体発光素子84、85からの光が入射する側により遠い位置に設けられる例を説明するが、これとは逆に、第3の蛍光体層102が、第4の蛍光体層103に比して、半導体発光素子84、85からの光が入射する側により近い位置に設けられていてもよい。第3の蛍光体106は、例えば、黄色蛍光体である。第4の蛍光体108は、例えば、青色蛍光体である。バインダー107及び109は、例えば、樹脂、ガラス又は透明結晶などの媒体である。バインダー107及び109は、同じ材質であってもよく、また、異なる材質であってもよい。
In the present embodiment, an example will be described in which the third phosphor layer 102 is provided at a position farther from the side on which light from the semiconductor
次に、光源100の動作について説明する。半導体発光素子84から射出された光は、入射光学系104を通り、波長変換部材101の第4の蛍光体層103に入射する。この入射光により、第4の蛍光体層103の複数の第4の蛍光体108が励起されて青色光を射出する。半導体発光素子85からの光の一部は第4の蛍光体層103を透過して波長変換部材101の第3の蛍光体層102に入射する。この入射光により、第3の蛍光体層102の複数の第3の蛍光体106が励起されて黄色光を射出する。これらの青色光及び黄色光が混合して白色光となる。
Next, the operation of the
本開示の第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同様に、青紫色レーザーで主に青色蛍光体(例えばSMS)を励起し、青色レーザーで主に黄色蛍光体(例えばYAG)を励起する。よって、高光密度においても発光効率低下を抑制できる。また、青色光は、蛍光体によって得られるので、青色レーザーからの光を外部出射させることなく、白色光を生成することができる。 According to the second embodiment of the present disclosure, as in the first embodiment, a blue phosphor (for example, SMS) is mainly excited with a blue-violet laser, and a yellow phosphor (for example, with a blue laser), for example. YAG) is excited. Therefore, it is possible to suppress a decrease in light emission efficiency even at a high light density. Further, since blue light is obtained by a phosphor, white light can be generated without emitting light from a blue laser to the outside.
(第3の実施の形態)
図3は、本開示の第3の実施の形態に係る光源110の概略構成を示している。第2の実施の形態と同一の部材については同一の符号を付してその説明を省略する。光源110は、波長変換部材111と、半導体発光素子84及び85とを備える。波長変換部材111と半導体発光素子84及び85との間には、半導体発光素子84及び85の光を波長変換部材111に導く入射光学系104及び105が設けられていてもよい。入射光学系104及び105は、波長変換部材111上の照射位置が重なるように半導体発光素子84及び85の光を導いてもよく、また、波長変換部材111上の照射位置が重ならないように半導体発光素子84及び85の光を導いてもよい。
(Third embodiment)
FIG. 3 shows a schematic configuration of the
波長変換部材111は、半導体発光素子84及び85からの光をより長波長の光に波長変換する。波長変換部材111は、少なくとも2層の互いに異なる発光スペクトルを有する波長変換層を含む。複数の波長変換層は、少なくとも一部が重なるように設けられている。複数の波長変換層のうちの少なくとも1つが、例えば樹脂バインダーを含んでいない。本実施の形態では、波長変換部材111は、波長変換層として、第4の蛍光体層103及び蛍光体焼結体層112を有する場合を説明する。蛍光体焼結体層112は、主に半導体発光素子85からの光を受けて発光する。蛍光体焼結体層112は、例えば、発光スペクトルのピーク波長が540nm以上590nm以下である。蛍光体焼結体層112は、樹脂バインダーを含んでいない。蛍光体焼結体層112は、例えば、透明なYAG焼結体である。
The
本実施の形態では、蛍光体焼結体層112は、第4の蛍光体層103に比して、半導体発光素子84、85からの光が入射する側により近い位置に設けられる例を説明するが、これとは逆に、蛍光体焼結体層112は、第4の蛍光体層103に比して、半導体発光素子84、85からの光が入射する側により遠い位置に設けられていてもよい。
In the present embodiment, an example in which the phosphor sintered
次に、光源110の動作について説明する。半導体発光素子85から射出された光は、入射光学系105を通り、蛍光体焼結体層112に入射する。この入射光により、蛍光体焼結体層112が励起されて黄色光を射出する。半導体発光素子84からの光の一部は、蛍光体焼結体層112を透過して第4の蛍光体層103に入射する。この入射光により、第4の蛍光体層103の複数の第4の蛍光体108が励起されて青色光を射出する。これらの青色光及び黄色光が混合して白色光となる。
Next, the operation of the
本開示の第3の実施の形態によれば、第1及び第2の実施の形態と同様の効果に加え、さらに、蛍光体焼結体層112が樹脂バインダーを含まないので、急激な温度変化による割れを低減するという効果を得ることができる。
According to the third embodiment of the present disclosure, in addition to the same effects as those of the first and second embodiments, the phosphor sintered
(第4の実施の形態)
図4は、本開示の第4の実施の形態に係る車両用ヘッドランプ120の概略構成を示している。本実施の形態の車両用ヘッドランプ120は、第1〜第3の実施の形態の光源80、100及び110の何れかと、その光源からの光を前方に導く出射光学系122とを備える。光源の半導体発光素子からの青紫光が外部に出ないように吸収又は反射する波長カットフィルター121を設けてもよい。出射光学系122は、例えばリフレクタである。出射光学系122は、例えばAl、Agなどの金属膜又は表面に保護膜が形成されたAl膜を有する。車両用ヘッドランプ120は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、また、プロジェクタータイプであってもよい。本開示において、車両とは、自動車、2輪車及び特殊車両を含む。
(Fourth embodiment)
FIG. 4 shows a schematic configuration of a
第4の実施の形態によれば、車両用ヘッドランプにおいて、第1〜第3の実施の形態の効果を得ることができる。 According to the fourth embodiment, the effects of the first to third embodiments can be obtained in the vehicle headlamp.
(第5の実施の形態)
図5は本開示の第5の実施の形態に係る車両130の概略構成を示している。車両130は、第4の実施の形態の車両用ヘッドランプ120と、電力供給源131とを備える。車両130は、エンジン等の駆動源によって回転駆動され、電力を発生する発電機132を有していてもよい。発電機132が生成した電力は、電力供給源131に蓄えられる。電力供給源131は、充放電が可能な2次電池である。車両用ヘッドライト120は電力供給源131からの電力によって点灯する。車両130は、例えば、自動車、2輪車又は特殊車両である。さらに、車両130は、エンジン車、電気車、又はハイブリッド車であってもよい。
(Fifth embodiment)
FIG. 5 shows a schematic configuration of a
第5の実施の形態によれば、車両において、第1〜第3の実施の形態の効果を得ることができる。 According to the fifth embodiment, the effects of the first to third embodiments can be obtained in the vehicle.
第1〜第5の実施の形態は適宜組み合わせることができる。 The first to fifth embodiments can be appropriately combined.
(他の実施の形態)
波長変換部材をホイール状にし、波長変換部材に空気(気流)を受けるフィンを設け、波長変換部材に空気を送り込むことにより、波長変換部材を回してもよい。波長変換部材が回ることにより、半導体発光素子(例えば半導体レーザ)による照射位置が移動する。さらに、波長変換部材(及び光ファイバの光出射端)と他の部分とをガラス壁等で分離し、当該ガラス壁内に空気を送り込んで波長変換部材を回してもよい。
(Other embodiments)
The wavelength conversion member may be turned by making the wavelength conversion member into a wheel shape, providing the wavelength conversion member with fins that receive air (airflow), and feeding air into the wavelength conversion member. When the wavelength conversion member rotates, the irradiation position by the semiconductor light emitting element (for example, a semiconductor laser) moves. Furthermore, the wavelength conversion member (and the light emitting end of the optical fiber) and other portions may be separated by a glass wall or the like, and the wavelength conversion member may be rotated by sending air into the glass wall.
本実施の形態によれば、照射位置が移動するので、発熱が分散され、波長変換部材を抑制することができる。よって、発光効率を高めることができる。 According to the present embodiment, since the irradiation position moves, heat generation is dispersed, and the wavelength conversion member can be suppressed. Therefore, light emission efficiency can be increased.
本開示の光源は、例えば、特殊照明、ヘッドアップディスプレイ、プロジェクタ及び車両用ヘッドランプなどに用いることができる。 The light source of the present disclosure can be used for, for example, special lighting, a head-up display, a projector, and a vehicle headlamp.
80、100、110 光源
81、101、111 波長変換部材
84、85 半導体発光素子
82、83、102、103 蛍光体層
88、90、106、108 蛍光体
89、91、107、109 バインダー
86、87、104、105 入射光学系
112 蛍光体焼結体層
120 車両用ヘッドランプ
121 波長カットフィルター
122 出射光学系
130 車両
131 電力供給源
132 発電機
80, 100, 110
Claims (5)
前記半導体レーザーは、少なくとも青紫色レーザーと青色レーザーとの2種類を含み、
前記蛍光体は、少なくとも青色蛍光体と黄色蛍光体とを含む光源。 A light source that irradiates phosphors with light emitted from a semiconductor laser and uses light that has undergone wavelength conversion,
The semiconductor laser includes at least two types of blue-violet laser and blue laser,
The phosphor is a light source including at least a blue phosphor and a yellow phosphor.
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