JP6471756B2 - 車載ヘッドライト用ｌｅｄ光源 - Google Patents
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Description
本発明は、車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源に関するものである。
近年のＬＥＤ照明の普及に伴い、自動車においても燈火類のＬＥＤ化が進行している。車載ヘッドライトへの適用を考えた場合、ＬＥＤ光源は、耐衝撃性が高く、従来のハロゲンランプ等の白熱電球より発光効率が大幅に高く、また、発光スペクトルの自由度が高いという特長を有する。
一般的な照明用の白色ＬＥＤ光源としては、青色ＬＥＤを光源とし、青色ＬＥＤの発光方向前方に配したＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体により、青色光の一部を黄色光に変換し、これを青色ＬＥＤからの未変換の青色光と併せることで白色の発光を得る方式の疑似白色ＬＥＤが広く用いられている。
Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルは、人の明所視の感度のピークである５５５ｎｍ近傍にピークをもつブロードな発光スペクトルであり、疑似白色ＬＥＤに用いることで、良好な発色及び高い輝度を得ることができる。
しかしながら、車載ヘッドライトなどの夜間の屋外暗所で利用される光源を考えた場合、波長５５５ｎｍ近傍の発光ピークは適当とは言い難い。これは、人の場合、夜間等の１ｌｘ以下の低照度環境では、波長５５５ｎｍより短波長の５００ｎｍ及びその近傍の視感度が大幅に増加するためである。視感度波長は、周辺照度の低下につれて図６に示されるように、波長５５５ｎｍをピークとする明所視波長域から、波長５０７ｎｍをピークとする暗所視波長域に移行する。この視感度波長域の変化は、プルキンエ効果として広く知られており、これによる暗所での視感度の向上は、人の目の周辺視野域で特に著しいことが知られている。ＬＥＤ照明においては、このようなプルキンエ効果として知られている視感度波長の変化に対応できるように、暗所での視感効率の向上を目的として、発光中の青色成分を増加させた色温度の高い照明が、暗所で使用するＬＥＤ照明として提案されている。また、暗所で使用される車載ヘッドライト用のＬＥＤ光源においても、色温度の高い光源を使用することで、視認性、特に、視野周辺部の視認性の改善が期待できる。
車載ヘッドライトは、一般的な屋外照明としての性能に加え、雨天、霧などの悪天候下でも良好な視認性が確保されていることが要求される。しかしながら、色温度の高い光、特に青色成分が多いＬＥＤ光では、水滴による光散乱が多く、悪天候下で用いた場合には、視認性が低下してしまう。このため、車載用照明のガイドラインでは、多くの車載用照明において、色温度が６０００Ｋ以下のものが推奨されている。ＬＥＤ光源は、従来の照明より光効率、高輝度といった、蓄電池を電源とする車のヘッドライトとして適当な性能を有しているものの、発光中に青色光成分を多く含んでおり、色温度も高めとなる。一方で、従来の白熱電球による車載ヘッドライトは、６０００Ｋ以下の色温度においても一定割合の暗所視感度域の発光成分を有しているものの、ＬＥＤ照明と比較して発光効率が大幅に低く、結果的に照度が不足気味となる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、雨天、霧等の悪天候下において好適な６０００Ｋ以下の色温度を有し、なおかつ夜間における視認性、特に、夜間における人の目の周辺視野の視認性に影響を与える照射光周縁部における視認性も良好な発光スペクトルを有する高効率の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決するために、プルキンエ効果に着目し、色温度が６０００Ｋ以下の光を発光し、なおかつ低照度下の視認性が良好で、車載ヘッドライト用に好適なＬＥＤ光源として、波長５００ｎｍ又はその近傍の緑色光成分を多く含むＬＥＤ光源について検討した。
そして、本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、ドミナント波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の青色光を発光する青色ＬＥＤと共に、波長５００ｎｍの近傍に緑色の蛍光発光のピークを有するＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を、蛍光発光の色合い、すなわち蛍光発光の主波長を支配的に決める主蛍光体として用いることで、色温度を上げることなく暗所での視感度特性が改善可能であることを見出し、更に、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体と共に、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体等の副蛍光体を併用することで、視認性のみならず、発光色についても自然な、暗所視用ＬＥＤ光源となることを見出した。
また、このような暗所視用ＬＥＤ光源を、車載ヘッドライトに用いるべく、発光スペクトルの詳細検討を進めた結果、暗所視の波長域のうち、そのピーク波長域である波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、明所視の波長域のうち、そのピーク波長域である波長５１０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．７倍以上である発光スペクトルを有するもの、更に、暗所視の波長域のうち、そのピーク波長域である波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、明所視の波長域の大部分に相当する波長４３０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．４倍以上である発光スペクトルを有するもの、特に、上記２つの比率の両方を満たすものが、ＬＥＤ光源としての高い発光効率に加え、白熱電球ヘッドライトのように、色温度６０００Ｋ以下においても、夜間等の低照度環境における視認性及び視認応答時間の低下の少ない白熱電球の利点を併せもつ、車載ヘッドライト用として好適なＬＥＤ光源となることを見出し、本発明を成すに至った。
従って、本発明は、下記の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源を提供する。
［１］ ドミナント波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の青色光を発光する青色ＬＥＤと、上記青色光の発光方向前方に配置され、上記青色光を波長変換する蛍光体とを備え、上記蛍光体がＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を主蛍光体として含んでなり、波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、波長５１０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．７倍以上であり、かつ波長４３０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．４倍以上である発光スペクトルを有し、色温度が５４００Ｋ以下の疑似白色光を発光することを特徴とする車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［２］ 上記青色光を波長変換する蛍光体が、更に、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎで表されるマンガン賦活ケイフッ化カリウム蛍光体又はＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を副蛍光体として含むことを特徴とする［１］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［３］ 上記青色光を波長変換する蛍光体が、高分子材料又は無機ガラスに上記蛍光体を分散させてなる蛍光体層により配置されていることを特徴とする［１］又は［２］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［４］ 上記Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体のＣｅ含有率が、０．２〜１０質量％であり、上記蛍光体層中の蛍光体の量が、蛍光体の総量で５〜６０質量％であり、上記蛍光体層の厚さが０．１〜１０ｍｍであることを特徴とする［３］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［５］ 上記蛍光体層を、発光素子を封止する封止材の、青色ＬＥＤの発光方向前面から離間させて配置したリモートフォスファー方式であることを特徴とする［３］又は［４］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［１］ ドミナント波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の青色光を発光する青色ＬＥＤと、上記青色光の発光方向前方に配置され、上記青色光を波長変換する蛍光体とを備え、上記蛍光体がＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を主蛍光体として含んでなり、波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、波長５１０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．７倍以上であり、かつ波長４３０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．４倍以上である発光スペクトルを有し、色温度が５４００Ｋ以下の疑似白色光を発光することを特徴とする車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［２］ 上記青色光を波長変換する蛍光体が、更に、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎで表されるマンガン賦活ケイフッ化カリウム蛍光体又はＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を副蛍光体として含むことを特徴とする［１］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［３］ 上記青色光を波長変換する蛍光体が、高分子材料又は無機ガラスに上記蛍光体を分散させてなる蛍光体層により配置されていることを特徴とする［１］又は［２］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［４］ 上記Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体のＣｅ含有率が、０．２〜１０質量％であり、上記蛍光体層中の蛍光体の量が、蛍光体の総量で５〜６０質量％であり、上記蛍光体層の厚さが０．１〜１０ｍｍであることを特徴とする［３］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
［５］ 上記蛍光体層を、発光素子を封止する封止材の、青色ＬＥＤの発光方向前面から離間させて配置したリモートフォスファー方式であることを特徴とする［３］又は［４］記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
本発明の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源は、悪天候下においても視認性が低下しにくいとされる色温度６０００Ｋ以下の光を発し、かつ照明範囲が広く、視野縁部（周辺視野）の視認性に優れるという特長を有しており、事故防止、道路交通の安全に寄与するものである。
以下、本発明の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源について詳細に説明する。
本発明の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源は、青色光を発光する青色ＬＥＤと、青色光を波長変換する蛍光体とを備え、青色光を波長変換する蛍光体として、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（ＬｕＡＧ：Ｃｅ蛍光体）を用いる。Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、励起光（青色光）により、暗所視感度域のドミナント波長である波長５００ｎｍの近傍にピークを有する緑色の蛍光を発光する。Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、Ｃｅ含有率が０．２質量％以上１０質量％以下のものが好ましい。
本発明の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源は、青色光を発光する青色ＬＥＤと、青色光を波長変換する蛍光体とを備え、青色光を波長変換する蛍光体として、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（ＬｕＡＧ：Ｃｅ蛍光体）を用いる。Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、励起光（青色光）により、暗所視感度域のドミナント波長である波長５００ｎｍの近傍にピークを有する緑色の蛍光を発光する。Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、Ｃｅ含有率が０．２質量％以上１０質量％以下のものが好ましい。
ピーク波長が近い緑色発光は、ＩｎＧａＮなどの緑色単色発光のＬＥＤによっても得ることが可能ではあるが、その発光スペクトルは、波長分布がほとんどない輝線スペクトルであるため、波長５００ｎｍ及びその近傍の緑色光以外の光をほとんど含まない。車載ヘッドライト用光源では、１ｌｘ以上の照度での視感度も必要であるため、緑色以外の色成分を含まない緑色単色発光のＬＥＤは、この用途には適していない。これに対して、青色光で励起されたＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体の発光スペクトルはブロードであり、暗所視の視認性はもとより、明所視照明としても平均演色指数で５０以上の疑似白色光を得ることが可能である。
本発明の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源では、青色ＬＥＤの青色光の発光方向前方に、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体が配置される。青色ＬＥＤとしては、ドミナント波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の青色光を発光するものが用いられ、市販品など、従来公知のものを用いることができる。
一方、蛍光体を配置する態様は、青色ＬＥＤの前方、例えば、発光素子（発光半導体）自体の発光方向前面や、発光半導体を封止する封止材の、青色ＬＥＤの発光方向前面に、蛍光体をそのままで又は樹脂等の高分子材料、溶媒等に分散させて、ポッティング、塗布などの方法で蛍光体層として配置する態様や、蛍光体を、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂などの高分子材料や無機ガラスに混合分散させた蛍光体層を作製し、これを、発光素子を封止する封止材の、青色ＬＥＤの発光方向前面に直接配置する態様、又は該前面から離間させて配置する態様（いわゆるリモートフォスファー方式）などが挙げられる。
Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、粒子状のものが用いられ、その粒径は、平均粒径Ｄ５０で１μｍ以上１５０μｍ以下が好ましく、より好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下、更に好ましくは１０μｍ以上２５μｍ以下である。粒径が１μｍ未満の場合、青色光を蛍光光に変換する効率（量子効率）が低下してしまい、蛍光光量の不足、発光効率の低下を生ずるおそれがある。粒径が１５０μｍを超える場合、均一で緻密な蛍光体層の形成が困難となるおそれがあり、また、粒子の隙間が広くなって、粒子間から必要以上に多くの青色光が通過してしまうという構造上の問題が生じるおそれがある。
Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体により得られる発光は、５００ｎｍ及びその近傍の波長を主としているので、暗所又は低照度下の照明として優れている一方、例えば、光源の近くの光軸上など、十分な明るさが得られる箇所の照度は、従来の白熱電球や、蛍光体としてＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を主として用いた従来の疑似白色ＬＥＤと比べた場合、やや低くなる。また、６００ｎｍ前後の赤色成分が不足しているため、色の再現性、特に、赤色の再現性がやや低い。
このような問題に対し、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を、蛍光発光の色合い、すなわち蛍光発光の主波長を支配的に決める主蛍光体とし、更に、副蛍光体として、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎで表されるマンガン賦活ケイフッ化カリウム蛍光体や、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体）などを併用することで、波長５００〜６３０ｎｍの光量を増やして、白色光としての光質、具体的には、色偏差（Δｕｖ）を改善することができる。なお、赤色の波長の光を得ることができる蛍光体としては、ＣＡＳＮ、Ｓ−ＣＡＳＮ、α−ＳｉＡＬＯＮ等の赤色蛍光体が挙げられるが、このような蛍光体は、本発明においては好ましくない。これは、これらの蛍光体が、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体による緑色の発光を吸収してしまい、発光効率を大きく低下させてしまうためである。
副蛍光体としてＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体を加えた場合、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体の５００ｎｍ及びその近傍の発光に、６３０ｎｍ及びその近傍の赤色の発光が加わり、照明装置としての光質が大きく改善する。この際、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体によるＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体からの発光光の再吸収はほとんどなく、また、発光スペクトルに、疑似白色の形成に寄与しない成分がほとんどないので、光量の低下はわずかである。このＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体は、Ｍｎ含有率が０．０５質量％以上７質量％以下のものが好ましい。また、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体は、粒子状のものが用いられ、その粒径は、平均粒径Ｄ５０で２μｍ以上２００μｍ以下が好ましく、より好ましくは１０μｍ以上６０μｍ以下である。
また、副蛍光体としてＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を加えた場合、発光スペクトルは、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体の発光の長波長側の波長域において、発光量を増加させることができ、色温度を低下させて、赤色の再現性を向上させることが可能となる。このＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、Ｃｅ含有率が１質量％以上６質量％以下のものが好ましい。また、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体は、粒子状のものが用いられ、その粒径は、平均粒径Ｄ５０で１μｍ以上１００μｍ以下が好ましく、より好ましくは５μｍ以上５０μｍ以下である。
主蛍光体であるＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体と、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体以外の副蛍光体（Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体など）とは、蛍光体の総量に対し、主蛍光体が１０質量％以上、特に２０質量％以上で、５０質量％以下、特に４０質量％以下とすることが好ましい。
本発明における蛍光体は、従来公知の方法で製造することができ、市販品を用いることもできる。
蛍光体層の厚さは、車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源として有効な所望の発光スペクトルが得られるように適宜設定されるが、０．１〜１０ｍｍが好ましく、０．５〜３ｍｍがより好ましい。
また、蛍光体を高分子材料や無機ガラス等に分散させた蛍光体層の場合、蛍光体層中の蛍光体の量は、蛍光体の総量で、５質量％以上、特に１０質量％以上、とりわけ２０質量％以上で、６０質量％以下、特に４０質量％以下、とりわけ２５質量％以下が好ましい。例えば、高分子材料と共にポッティングで厚さ０．３ｍｍの蛍光体層を形成する場合は、２０質量％以上６０質量％以下が適しており、高分子材料に練り込んで、厚さ２ｍｍの成形体を形成してリモートフォスファー材として用いる場合には５質量％以上２５質量％以下が適している。蛍光体の含有率が低い場合には、青色ＬＥＤからの未変換青色光の透過が多くなって、色温度が高くなるおそれがある。一方、蛍光体の含有率が高い場合には、光の減衰量が多くなって、光量が低下するおそれがある。
蛍光体層には、添加剤として、青色光が蛍光体に入射せずに透過してしまう、いわゆる青抜けを防ぐ目的で、ＳｉＯ2、ＳｉＯＮ、ＴｉＯ等の散光材を、例えば０．１質量％以上５質量％以下の範囲で加えてもよい。
本発明のドミナント波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の青色光を発光する青色ＬＥＤと、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を主蛍光体として用いたＬＥＤ光源、特に、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体と、副蛍光体としてＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体又はＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体とを併用したＬＥＤ光源により、暗所視効率の低下を抑えつつ、発光の色温度が６０００Ｋ以下の疑似白色光を発光させることができる。
また、本発明のＬＥＤ光源は、主に緑色域の発光波長である波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、波長５１０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．７倍以上、特に０．８倍以上１．５倍以下である発光スペクトルを有する疑似白色光を発光させることができる。この比率が０．７倍未満では、暗所視における視認性の向上効果が得られないおそれがある。更に、本発明のＬＥＤ光源は、主に緑色域の発光波長である波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、明所視感度域の大部分に相当する波長４３０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．４倍以上、特に０．５倍以上０．７倍以下である発光スペクトルを有する疑似白色光を発光させることができる。この比率が０．４倍以上の場合、暗所視における視認性の向上において、より高い効果が得られる。そのため、上記２つの比率の両方を満たすことが、特に有利である。なお、上記波長範囲における発光エネルギーの総量は、発光スペクトルにおける各々の波長範囲の放射エネルギー（強度）の積算値（積分値）とすることができる。
本発明により、悪天候下においても視認性が低下しにくいとされる色温度６０００Ｋ以下の疑似白色光を発光し、かつ夜間等の低照度環境における、プルキンエ効果による視感度波長の変化による視認性の低下を改善した、車載ヘッドライト用として好適なＬＥＤ光源を提供することができる。
以下に、実施例及び比較例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。
［実施例１］
青色光源として、Shenzhen Hanhua Opto Co., Ltd.製、ロイヤルブルーＬＥＤアレイ（発光波長：４４５ｎｍ、５０Ｗ）を用い、この発光表面に、Ｃｅを１．４質量％含むＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝１６．２μｍ）を、丸本ストルアス株式会社製、エポキシ樹脂組成物、Ｓｐｅｃｉｆｉｘに分散させたスラリー（蛍光体濃度２６質量％）を塗布した。これを、オーブンで、５０℃で３．５時間加熱して硬化させて、ＬＥＤの発光表面に厚さ約０．４ｍｍの蛍光体層を積層した疑似白色ＬＥＤチップを得た。次に、図１に示されるように、得られた疑似白色ＬＥＤチップ１１をリフレクター１２の中央部に組み込み、厚さ２ｍｍの乳白色のアクリル板をシェード材１３として、試験用の照明装置（ＬＥＤ光源）１を作製した。照明の配向角は１／２配光角で１１５°となった。
青色光源として、Shenzhen Hanhua Opto Co., Ltd.製、ロイヤルブルーＬＥＤアレイ（発光波長：４４５ｎｍ、５０Ｗ）を用い、この発光表面に、Ｃｅを１．４質量％含むＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝１６．２μｍ）を、丸本ストルアス株式会社製、エポキシ樹脂組成物、Ｓｐｅｃｉｆｉｘに分散させたスラリー（蛍光体濃度２６質量％）を塗布した。これを、オーブンで、５０℃で３．５時間加熱して硬化させて、ＬＥＤの発光表面に厚さ約０．４ｍｍの蛍光体層を積層した疑似白色ＬＥＤチップを得た。次に、図１に示されるように、得られた疑似白色ＬＥＤチップ１１をリフレクター１２の中央部に組み込み、厚さ２ｍｍの乳白色のアクリル板をシェード材１３として、試験用の照明装置（ＬＥＤ光源）１を作製した。照明の配向角は１／２配光角で１１５°となった。
この照明装置の光学特性として、色温度を、コニカミノルタ株式会社製、分光放射照度計ＣＬ−５００Ａにより、また、発光効率を、大塚電子社製、全光束測定システムＦＭ−１６５０により評価した。発光スペクトルを図２に示す。更に、この発光スペクトルから、波長５１０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量と、波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量とを計測し、それらの比（比率Ａ）を算出し、また、波長４３０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量と、波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量とを計測し、それらの比（比率Ｂ）を算出した。結果を、発光の色温度、色偏差（Δｕｖ）、発光効率及びＳ／Ｐ比と共に表１に示す。
更に、この照明装置の暗所視における視認性を、照明照度が低い場合の周辺視野の認識応答時間の差として、以下の方法で評価した。まず、照明装置を、夜間、幅員７ｍのアスファルト道路の中央の高さ５０ｃｍの位置に光軸を水平にして設置した。次に、照明装置の発光面から光軸上の前方１２ｍの位置（正面）、及び同位置から左若しくは右の路肩側それぞれの、照明装置の発光面から約１０．６ｍの位置の計３ヶ所のいずれかに、マンセル明度７．５の１５ｃｍ角の色票を設置し、正面の色票の照射照度が１０ｌｘとなるように照明装置の照度を調整した。この状態で、照明装置の後方１ｍの位置に被験者を立たせた状態で視線を光軸方向に向けさせて、試験用のＬＥＤ光源を発光させ、照射開始からいずれかの位置にある色票を視認できるまでの時間を計測する感応試験により行った。試験は３人の被験者で、３ヶ所の位置にランダムに色票を設置し、５分間隔で各箇所について５回ずつ、計１５回の試験を実施した。各位置の平均応答時間を表１に示す。
［実施例２］
実施例１の青色光源を、蛍光体層を積層せずにそのまま用い、実施例１のＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子を、旭化成株式会社製、透明アクリル樹脂、デルペット６０Ｎに練り込んだ厚さ２ｍｍの板材（蛍光体濃度９質量％）を、蛍光体層兼シェード材として用い、リモートフォスファー型の試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図２に、その他の結果を表１に示す。
実施例１の青色光源を、蛍光体層を積層せずにそのまま用い、実施例１のＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子を、旭化成株式会社製、透明アクリル樹脂、デルペット６０Ｎに練り込んだ厚さ２ｍｍの板材（蛍光体濃度９質量％）を、蛍光体層兼シェード材として用い、リモートフォスファー型の試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図２に、その他の結果を表１に示す。
［実施例３］
実施例１のＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子と、Ｍｎを２質量％含むＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝２０μｍ）とを併用した厚さ２ｍｍの板材（Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体濃度１０質量％、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体５質量％）を蛍光体層兼シェード材とした以外は実施例２と同様にして、リモートフォスファー型の試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図３に、その他の結果を表１に示す。
実施例１のＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子と、Ｍｎを２質量％含むＫ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝２０μｍ）とを併用した厚さ２ｍｍの板材（Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体濃度１０質量％、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎ蛍光体５質量％）を蛍光体層兼シェード材とした以外は実施例２と同様にして、リモートフォスファー型の試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図３に、その他の結果を表１に示す。
［比較例１］
実施例１の青色光源の発光表面に、Ｃｅを１．６質量％含むＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝１４μｍ）を、実施例１のエポキシ樹脂組成物に分散させたスラリー（蛍光体濃度３２質量％）を塗布した以外は実施例１と同様にして、試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図４に、その他の結果を表１に示す。
実施例１の青色光源の発光表面に、Ｃｅを１．６質量％含むＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝１４μｍ）を、実施例１のエポキシ樹脂組成物に分散させたスラリー（蛍光体濃度３２質量％）を塗布した以外は実施例１と同様にして、試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図４に、その他の結果を表１に示す。
［比較例２］
実施例１の青色光源の発光表面に、Ｃｅを１．６質量％含むＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝１４μｍ）を、実施例１のエポキシ樹脂組成物に分散させたスラリー（蛍光体濃度３２質量％）を、塗布量を比較例１の２１％として塗布した以外は実施例１と同様にして、試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図４に、その他の結果を表１に示す。
実施例１の青色光源の発光表面に、Ｃｅを１．６質量％含むＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体粒子（粒径Ｄ５０＝１４μｍ）を、実施例１のエポキシ樹脂組成物に分散させたスラリー（蛍光体濃度３２質量％）を、塗布量を比較例１の２１％として塗布した以外は実施例１と同様にして、試験用のＬＥＤ光源を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図４に、その他の結果を表１に示す。
［比較例３］
図１に示される試験用の照明装置１において、疑似白色ＬＥＤチップ１１の代わりに、市販の昼白色のハロゲン球を、その光球面（発光面）の先端が、実施例１の疑似白色ＬＥＤチップ１１の先端と同位置となるように、リフレクター１２の中央部後方に、基板を貫通させて配置し、厚さ１．５ｍｍのガラス板をシェード材１３とした以外は実施例１と同様にして、試験用の照明装置を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図５に、その他の結果を表１に示す。
図１に示される試験用の照明装置１において、疑似白色ＬＥＤチップ１１の代わりに、市販の昼白色のハロゲン球を、その光球面（発光面）の先端が、実施例１の疑似白色ＬＥＤチップ１１の先端と同位置となるように、リフレクター１２の中央部後方に、基板を貫通させて配置し、厚さ１．５ｍｍのガラス板をシェード材１３とした以外は実施例１と同様にして、試験用の照明装置を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図５に、その他の結果を表１に示す。
［比較例４］
図１に示される試験用の照明装置１において、ハロゲン球の代わりに、市販の白色の白熱電球を用いた以外は比較例３と同様にして、試験用の照明装置を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図５に、その他の結果を表１に示す。
図１に示される試験用の照明装置１において、ハロゲン球の代わりに、市販の白色の白熱電球を用いた以外は比較例３と同様にして、試験用の照明装置を作製し、実施例１と同様に光学特性及び視認性を評価した。発光スペクトルを図５に、その他の結果を表１に示す。
・Ｓ／Ｐ比
（発光スペクトルの波長４７０〜５４０ｎｍの範囲の発光エネルギーの総量）／（発光スペクトルの波長５１０〜６１０ｎｍの範囲の発光エネルギーの総量）
・発光エネルギー総量比（比率Ｂ）
（発光スペクトルの波長４７０〜５４０ｎｍの範囲の発光エネルギーの総量）／（発光スペクトルの波長４３０〜６３０ｎｍの範囲の発光エネルギーの総量）
実施例１〜３のＬＥＤ光下での左右路肩の平均応答時間は、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を用いた比較例１に示される従来の疑似白色ＬＥＤと比べて約２割短縮されており、本発明のＬＥＤ光源が、夜間における周辺視野の視認性に影響を与える照射光周縁部においての視認性が良好であることがわかる。また、発光の色温度を高くした比較例２のＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ蛍光体を用いたＬＥＤでは、左右路肩の平均応答時間は、実施例１〜３のよりさらに短くなるものの、その色温度が車載用照明のガイドライン上限の６０００Ｋより高い。このため、雨天や霧といった悪天候下での利用も考慮する必要がある車載ヘッドライトとしては好ましくない。一方、比較例３に示される従来のハロゲン球や、比較例４に示される白熱電球では、暗所での応答時間は良好ではあるものの、発光効率が本発明のＬＥＤ光源の１／５程度と低いことがわかる。
１ 照明装置（ＬＥＤ光源）
１１ 疑似白色ＬＥＤチップ
１２ リフレクター
１３ シェード材又は蛍光体層
１１ 疑似白色ＬＥＤチップ
１２ リフレクター
１３ シェード材又は蛍光体層
Claims (5)
- ドミナント波長４３０ｎｍ以上４７０ｎｍ以下の青色光を発光する青色ＬＥＤと、上記青色光の発光方向前方に配置され、上記青色光を波長変換する蛍光体とを備え、上記蛍光体がＬｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を主蛍光体として含んでなり、波長４７０ｎｍ以上５４０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量が、波長５１０ｎｍ以上６１０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．７倍以上であり、かつ波長４３０ｎｍ以上６３０ｎｍ以下の範囲の発光エネルギーの総量の０．４倍以上である発光スペクトルを有し、色温度が５４００Ｋ以下の疑似白色光を発光することを特徴とする車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
- 上記青色光を波長変換する蛍光体が、更に、Ｋ2ＳｉＦ6：Ｍｎで表されるマンガン賦活ケイフッ化カリウム蛍光体又はＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活イットリウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体を副蛍光体として含むことを特徴とする請求項１記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
- 上記青色光を波長変換する蛍光体が、高分子材料又は無機ガラスに上記蛍光体を分散させてなる蛍光体層により配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
- 上記Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅで表されるセリウム賦活ルテチウム・アルミニウム・ガーネット蛍光体のＣｅ含有率が、０．２〜１０質量％であり、上記蛍光体層中の蛍光体の量が、蛍光体の総量で５〜６０質量％であり、上記蛍光体層の厚さが０．１〜１０ｍｍであることを特徴とする請求項３記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
- 上記蛍光体層を、発光素子を封止する封止材の、青色ＬＥＤの発光方向前面から離間させて配置したリモートフォスファー方式であることを特徴とする請求項３又は４記載の車載ヘッドライト用ＬＥＤ光源。
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