波長轉換部件以及投光燈的制作方法

本申請涉及具備將激發光波長轉換為波長更長的光的熒光體的波長轉換部件以及投光燈。

背景技術：

以往存在一種車輛用燈具，其是產生光的燈具，其具備：半導體發光器件，該半導體發光器件產生光；熒光體，該熒光體以與半導體發光器件相隔的方式設置而成；第一光學部件，該第一光學部件將半導體發光器件所產生的光聚光到熒光體；第二光學部件，該第二光學部件在設置了熒光體的位置具有光學中心，并且根據被第一光學部件聚光的光將熒光體所產生的光照射到燈具的外部(專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-150041號公報

技術實現要素：

發明要解決的問題

本申請提供能夠提高發光效率或調整發光色的波長轉換部件以及投光燈。

用于解決問題的手段

本申請的一個方案的波長轉換部件具備基板和波長轉換層，該波長轉換層具有與所述基板接觸的第一面和位于與所述第一面相反側的第二面。所述波長轉換層包含第一熒光體材料和第二熒光體材料，該第一熒光體材料放射波長比激發光長的熒光，該第二熒光體材料放射波長比所述激發光長的熒光，并且導熱系數比所述第一熒光體材料高。在所述波長轉換層內，第二熒光體材料的體積比所述第一熒光體材料的體積大。另外，所述波長轉換層包含第一部分和第二部分，該第二部分具有所述第二面，該第一部分具有所述第一面，并且位于比所述第二部分更靠所述基板側。所述第一部分與所述第二部分直接接觸。所述第一部分與所述第二部分的厚度相等。所述第一部分中的所述第一熒光體材料相對于所述第二熒光體材料的體積比率比所述第二部分中的所述第一熒光體材料相對于所述第二熒光體材料的體積比率小。

發明效果

通過本申請，能夠提高發光效率或調整發光色。

附圖說明

圖1是表示第一實施方式的光源的示意構成的剖視構成圖。

圖2是表示第一實施方式的光源的示意構成的正視構成圖。

圖3是表示第二實施方式的光源的示意構成的剖視構成圖。

圖4是表示第二實施方式的光源的示意構成的正視構成圖。

圖5是表示第三實施方式的光源的示意構成的剖視構成圖。

圖6是表示第三實施方式的光源的示意構成的正視構成圖。

圖7是表示第四實施方式的照明用投光燈的示意構成的構成圖。

符號說明

10、40、70光源

11、41、71波長轉換部件

12、42、72半導體發光器件

19、49、79入射光學系統

20、50、80波長轉換層

21、51、81基板

30、60、90第一熒光體顆粒

31、61第二熒光體顆粒

32基體材料

63第三熒光體顆粒

91燒結性陶瓷熒光體

120投光燈

121波長截止濾光片

122出射光學系統

具體實施方式

本申請的一個方案的波長轉換部件具備基板和波長轉換層，該波長轉換層具有與所述基板接觸的第一面和位于與所述第一面相反側的第二面。所述波長轉換層包含第一熒光體材料和第二熒光體材料，該第一熒光體材料放射波長比激發光長的熒光，該第二熒光體材料放射波長比所述激發光長的熒光，并且導熱系數比所述第一熒光體材料高。在所述波長轉換層內，第二熒光體材料的體積比所述第一熒光體材料的體積大。另外，所述波長轉換層包含第一部分和第二部分，該第二部分具有所述第二面，該第一部分具有所述第一面，并且位于比所述第二部分更靠所述基板側。所述第一部分與所述第二部分直接接觸。所述第一部分與所述第二部分的厚度相等。所述第一部分中的所述第一熒光體材料相對于所述第二熒光體材料的體積比率比所述第二部分中的所述第一熒光體材料相對于所述第二熒光體材料的體積比率小。

所述第一部分中的所述第一熒光體材料相對于所述第二熒光體材料的體積比率可以為0。所述波長轉換層的所述第二面可以為來自半導體發光器件的所述激發光射入的面。所述第二面也可以為放射所述第一熒光體材料和所述第二熒光體材料中的至少一者的所述熒光的面。所述第一熒光體材料的發光的峰值波長可以比所述第二熒光體材料的發光的峰值波長短。所述第一熒光體材料可以為(sr1-xbax)5p3o12cl:eu²⁺[0≤x≤1]熒光體。所述第二熒光體材料可以為(y1-ygdy)3(al1-zgaz)5o12:ce³⁺[0≤y<1、0≤z<1]熒光體。所述第二部分可以包含所述第一熒光體材料的至少一部分和所述第二熒光體材料的至少一部分。

本申請的一個方案的投光燈具備：半導體發光器件，該半導體發光器件射出峰值波長為380nm以上且420nm以下的所述激發光；以及所述激發光射入的所述波長轉換部件。

下面，參照附圖對本申請的多個實施方式進行說明。此外，附圖中所示的各種要素只不過是為了理解本申請而示意性地示出的，尺寸比和外觀等可以與實物不同。另外，對于同一或相同的構成，附上同一符號，有時會省略其說明。

(第一實施方式)

圖1和圖2示出了本申請的第一實施方式的光源10的示意構成。光源10具備波長轉換部件11和半導體發光器件12。半導體發光器件12射出激發光，波長轉換部件11接收激發光，并且放射波長比激發光長的熒光。半導體發光器件12例如可以為發光二極管(led)、超輻射發光二極管(sld)或激光二極管(ld)等。本實施方式是對半導體發光器件12為激光二極管的情況進行說明。半導體發光器件12可以為一個激光二極管；另外，也可以是將多個激光二極管光耦合而成的。半導體發光器件12例如射出藍紫光。本申請中，藍紫光是指峰值波長為380nm以上且420nm以下的光。光源10還可以具備入射光學系統19，入射光學系統19位于半導體發光器件12所射出的激發光的光程上。入射光學系統19例如具備透鏡、反射鏡、光纖或它們的任意組合。

如上所述，波長轉換部件11將來自半導體發光器件12的激發光轉換為波長更長的熒光。波長轉換部件11具備波長轉換層20和基板21。基板21支撐波長轉換層20。另外，將在波長轉換層20所產生的熱傳遞到波長轉換部件11的外部，抑制波長轉換層20的溫度過度上升。基板21例如為金屬基板(例如鋁、鐵等)、晶體基板(例如硅基板、藍寶石、gan等)、陶瓷基板(例如氧化鋁等)等。為了提高基板21的反射率，也可以在基板21與波長轉換層20之間設置金屬膜(例如銀、鋁等)、電介質多層膜或金屬薄膜和電介質膜的層疊結構。

基板21優選具有比波長轉換層20高的導熱系數。基板21更優選具有比以下進行說明的波長轉換層20所含的第二熒光體材料31的導熱系數高的導熱系數。

波長轉換層20具有與基板21接觸的第一面20a和位于與第一面20a相反側的第二面20b。另外，波長轉換層20包含第一部分20c和第二部分20d。第一部分20c和第二部分20d分別具有層形狀。第一部分20c具有第一面20a，并且位于比第二面20b更靠基板21側。第二部分20d包含第二面20b，并且與第一部分20c直接接觸。第一部分20c的厚度和第二部分20d的厚度相等。第一部分20c和第二部分20d可以為在制作波長轉換層20時以不同的工序制得的兩個層。另外，第一部分20c和第二部分20d也可以一體地形成。此外，波長轉換層20也可以通過層疊兩個以上的層來形成，所層疊的兩個以上的層的邊界的位置可以與第一部分20c和第二部分20d的邊界的位置不一致。即，第一部分20c和第二部分20d只要厚度相等就行，可以被虛擬的邊界所區別。

波長轉換層20至少包含第一熒光體材料30和第二熒光體材料31。波長轉換層20還可以包含基體材料32，該基體材料32用于固定第一熒光體材料30和第二熒光體材料31。基體材料32例如可以為玻璃、硅樹脂、有機無機雜化材料、al2o3、zno等透明無機材料。

第一部分20c中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料31的體積比率比第二部分20d中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料31的體積比率小。例如，如圖1所示，第一部分20c可以不包含第一熒光體材料30，第二部分20d可以包含第一熒光體材料30和第二熒光體材料31這兩者。另外，第一部分20c和第二部分20d可以分別包含第一熒光體材料30和第二熒光體材料31這兩者，體積比率滿足上述條件。

將第一部分20c中的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31的體積分別設定為v11和v12，將第二部分20d中的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31的體積分別設定為v21和v22。在該情況下，第一部分20c中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料31的體積比率由v11/v12來表示，第二部分20d中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料31的體積比率由v21/v22來表示。因此，第一部分20c和第二部分20d中的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31滿足下述關系。

v11/v12<v21/v22(1)

優選進一步滿足下述關系。

0≤v11/v12<v21/v22(2)

只要是滿足(1)的關系，則第一熒光體材料30和第二熒光體材料31在第一部分20c和第二部分20d可以均勻地分布，也可以不均勻地分布。第二部分20d中第一熒光體材料30優選以體積密度在第二面20b側比在與第一部分20c接觸的面20e側高的方式來分布。例如，第一熒光體材料30可以僅分布在第二面20b附近。

此外，在波長轉換層20內，第一熒光體材料30和第二熒光體材料31滿足下述關系。

v11+v21<v12+v22(3)

即，第二熒光體材料的體積比第一熒光體材料30的體積大。

第一部分20c和第二部分20d中的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31的體積比率例如可以通過以電子顯微鏡等來觀察波長轉換層20的截面而求出。具體來說，形成與波長轉換層20的第一面20a和第二面20b垂直的截面，以電子顯微鏡等來觀察，由此求出截面的第一部分20c中的第一熒光體材料30的面積s11和第二熒光體材料31的面積s12。在與第一面20a和第二面20b平行的面內，在第一熒光體材料30和第二熒光體材料31分別可視為無規則性且均勻地分布的情況下，面積比s11/s12與v11/v12實質上是一致的。同樣地，求出第二部分20d中的面積比s21/s22，其可以作為v21/v22的值。

另外，在將第一部分20c和第二部分20d作為不同層來形成的情況下，可以將用于形成各部分的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31的容積之比作為v11/v12和v21/v22來使用。

圖2示意性地示出了由第二面20b觀察到的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31在第二面20b附近的分布。第二面20b附近是指例如從第二面20b到深度為約20μm左右的區域。如圖2所示，第一熒光體材料30和第二熒光體材料31這兩者位于第二面20b附近。圖2是示出成第一熒光體材料30和第二熒光體材料31的顆粒規則性地配置，但第一熒光體材料30和第二熒光體材料31可以規則性地配置在第二面20b附近，也可以不規則性地配置在第二面20b附近。

本實施方式是第一熒光體材料30的導熱系數比第二熒光體材料31的導熱系數小。第一熒光體材料30的發射光譜的峰值波長可以為波長比第二熒光體材料31的發射光譜的峰值波長短。第一熒光體材料30例如為藍色熒光體。本申請中，藍色熒光體是指發射光譜的峰值波長為420nm以上且480nm以下的熒光體。例如，第一熒光體材料30可以為(sr1-xbax)5p3o12cl:eu²⁺[0≤x≤1]熒光體，導熱系數為3w/m·k。作為第一熒光體材料30，可以為(sr1-nban)3mgsi2o8:eu²⁺[0≤n≤1]熒光體，導熱系數為2w/m·k。

第二熒光體材料31例如為黃色熒光體。本申請中，黃色熒光體是指發射光譜的峰值波長為510nm以上且580nm以下的熒光體。例如，第二熒光體材料31為(y1-ygdy)3(al1-zgaz)5o12:ce³⁺[0≤y<1、0≤z<1]熒光體，導熱系數為11w/m·k。第二熒光體材料31可以為lu3al5o12:ce³⁺熒光體，導熱系數為11w/m·k。

包含第一部分20c和第二部分20d的波長轉換層20例如可以按照下述步驟來進行制作。首先，作為基體材料32的原料準備硅樹脂組合物，制備使第二熒光體材料31分散在硅樹脂組合物中的第一原料以及以規定比率使第一熒光體材料30和第二熒光體材料31分散在硅樹脂組合物中的第二原料。

首先，以印刷等在基板21上涂布第一原料來形成第一層。接著，在第一層上以印刷涂布第二原料來形成第二層。其后，賦予熱或紫外線等能量，使第一層和第二層固化。由此，能夠形成包含第一部分20c和第二部分20d的波長轉換層20。此外，此時可以由第一層形成第一部分20c，由第二層形成第二部分20d。或者，第一層的一部分可以包含在第二部分20d中，第二層的一部分可以包含在第一部分20c中。

接著，對光源10的工作進行說明。由半導體發光器件12射出的激發光從入射光學系統19通過而射入波長轉換部件11的不與基板21接觸側的波長轉換層20的第二面20b。該激發光的一部分激發第一熒光體材料30并被轉換為藍色光。轉換后的藍色光的一部分直接放射到波長轉換部件11的外部，或經過波長轉換部件11之中的散射、基板21上的反射從第二面20b放射。另外，藍色光的另一部分在波長轉換部件11的內部激發第二熒光體材料31并被轉換為黃色光。此外，由半導體發光器件12射出的激發光的另一部分直接激發第二熒光體材料31并被轉換為黃色光，而且直接放射到波長轉換部件11的外部，或經過波長轉換部件11之中的散射、基板21上的反射從第二面20b放射。這些黃色光和藍色光混合而形成白色光。白色光的色度可以通過改變波長轉換層20的主要是第二部分20d中的第一熒光體材料30與第二熒光體材料31的體積比率來適當調整。

第一部分20c中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料31的體積比率比第二部分20d中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料31的體積比率小。另外，第二熒光體材料具有比第一熒光體材料高的導熱系數。因此，第一部分20c具有比第二部分20d高的導熱系數。其結果是，在第一部分20c和第二部分20d的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31，由激發光生成的熱從第二部分20d向第一部分20c傳導，進而傳導到基板21。由此，能夠高效地將所產生的熱放出到波長轉換部件11的外部。

這樣，根據本申請的第一實施方式，通過使與基板21接觸的第一部分20c具有比第二部分20d高的導熱系數，能夠將波長轉換時所產生的熱高效地傳導到基板21，向外部排熱。另外，在包含由波長轉換部件11的半導體發光器件12射出的激發光射入的第二面20b的第二部分20d，存在作為第一熒光體材料30的藍色發光熒光體和作為第二熒光體材料31的黃色發光熒光體這兩者，從而由半導體發光器件12射出的激發光不僅使作為第一熒光體材料30的藍色發光熒光體被直接激發，而且使作為第二熒光體材料31的黃色發光熒光體的一部分也被直接激發，由此黃色發光成分的一部分會不經由藍色發光成分而轉換，因此能夠以高轉換效率進行波長轉換。所以，發光效率提高。另外，能夠抑制波長轉換部件11的溫度上升。另外，通過變化主要是第二部分20d中的第一熒光體材料30和第二熒光體材料31的體積比率，能夠調整從波長轉換部件11放射的光的顏色。

(第二實施方式)

圖3和圖4示出了本申請的第二實施方式的光源40的示意構成。第二實施方式與第一實施方式的不同點在于：波長轉換部件41包含第一熒光體材料30、第二熒光體材料31和第三熒光體材料33。

就導熱系數來說，對第三熒光體材料33沒有特別限制。第一部分20c中的第一熒光體材料30和第三熒光體材料33的總計相對于第二熒光體材料31的體積比率比第二部分20d中的第一熒光體材料30和第三熒光體材料33的總計相對于第二熒光體材料31的體積比率小。

圖4示意性地示出了從第二面20b觀察到的第一熒光體材料30、第二熒光體材料31和第三熒光體材料33在第二面20b附近的分布。如圖4所示，第一熒光體材料30、第二熒光體材料31和第三熒光體材料33位于第二面20b附近。圖4是示出成第一熒光體材料30、第二熒光體材料31和第三熒光體材料33的顆粒規則性地配置，但第一熒光體材料30、第二熒光體材料31和第三熒光體材料33可以規則性地配置在第二面20b附近，也可以不規則性地配置在第二面20b附近。

本實施方式是第一熒光體材料30的發射光譜的峰值波長可以為波長比第二熒光體材料31的發射光譜的峰值波長短。另外，第三熒光體材料33的發射光譜的峰值波長可以為波長比第二熒光體材料31的發射光譜長。

第一熒光體材料30和第二熒光體材料31例如分別為藍色熒光體和黃色熒光體，可以使用與第一實施方式相同的材料。第三熒光體材料33例如為紅色熒光體。本申請中，紅色熒光體是指發射光譜的峰值波長為580nm以上且680nm以下的熒光體。對紅色熒光體的材料組成沒有特別限定，例如可以為將eu²⁺、eu³⁺、ce³⁺中的任一個作為發光中心的熒光體材料。

接著，對光源40的工作進行說明。由半導體發光器件12射出的激發光從入射光學系統19通過而射入波長轉換部件41的不與基板21接觸側的波長轉換層20的第二面20b。該激發光的一部分激發第一熒光體材料30并被轉換為藍色光。轉換后的藍色光的一部分直接放射到波長轉換部件41的外部，或經過波長轉換部件41之中的散射、基板21上的反射從第二面20b放射。另外，藍色光的另一部分在波長轉換部件41的內部激發第二熒光體材料31和第三熒光體材料33并被轉換為黃色光和紅色光。此外，由半導體發光器件12射出的激發光的另一部分直接激發第二熒光體材料31并被轉換為黃色光，而且直接放射到波長轉換部件41的外部，或經過波長轉換部件41之中的散射、基板21上的反射而放射。

另外，黃色光的一部分在波長轉換部件41的內部激發第三熒光體材料33并被轉換為紅色光。此外，由半導體發光器件12射出的激發光的又一部分直接激發第三熒光體材料33并被轉換為紅色光，而且直接放射到波長轉換部件41的外部，或經過波長轉換部件41之中的散射、基板21上的反射而放射。這些紅色光、黃色光和藍色光混合而成的混合色的光從第二面20b放射。混合色的顏色可以通過改變波長轉換層20的主要是第二部分20d中的第一熒光體材料30、第二熒光體材料31與第三熒光體材料33的比率來適當調整。

如上所述，通過本申請的第二實施方式，不僅可以與第一實施方式同樣地通過以高效率進行的波長轉換來實現高發光效率以及抑制波長轉換部件41的溫度上升，而且可以實現能夠由黃色光和藍色光合成的顏色以外的光色。

(第三實施方式)

圖5和圖6示出了本申請的第三實施方式的光源70的示意構成。第三實施方式是對構成波長轉換部件71的第二熒光體材料不是顆粒狀熒光體材料而是燒結性陶瓷的情況進行說明。光源70具備波長轉換部件71和半導體發光器件12。

波長轉換部件71將來自半導體發光器件12的光波長轉換為波長更長的光。波長轉換部件71由波長轉換層80和支撐波長轉換層80的基板81構成，該波長轉換層80含有至少包含第一熒光體材料30和第二熒光體材料91的兩種以上的熒光體材料。第一熒光體材料30例如為由與第一實施方式相同的材料構成的顆粒狀熒光體。波長轉換層80可以包含用于固定第一熒光體材料30的基體材料32。

與第一實施方式同樣地，波長轉換層80包含與基板81接觸的第一面80a和位于與第一面80a相反側的第二面80b。另外，波長轉換層80包含第一部分80c和第二部分80d。第一部分80c和第二部分80d分別包含第一面80a和第二面80b。第二部分80d與第一部分80c接觸。第一部分80c中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料91的體積比率比第二部分80d中的第一熒光體材料30相對于第二熒光體材料91的體積比率小。第一熒光體材料30的導熱系數比第二熒光體材料91的導熱系數低。另外，第一熒光體材料30的發射光譜的峰值波長為波長比第二熒光體材料91的發射光譜的峰值波長短。

第二熒光體材料91為燒結性陶瓷。燒結性陶瓷可以為多晶陶瓷與單晶陶瓷中的任一種。第二熒光體材料91例如為黃色熒光體。與第一實施方式同樣地，例如第二熒光體材料91也可以為(y1-ygdy)3(al1-zgaz)5o12:ce³⁺[0≤y<1、0≤z<1]熒光體。

圖6示意性地示出了從第二面80b觀察到的第一熒光體材料30和第二熒光體材料91在第二面80b附近的分布。如圖6所示，第一熒光體材料30和第二熒光體材料91這兩者位于第二面80b附近。圖6是示出成第一熒光體材料30在第二熒光體材料91中規則性地配置，但第一熒光體材料30可以規則性地配置在第二面80b附近，也可以不規則性地配置在第二面80b附近。

波長轉換層80例如可以按照下述步驟來進行制作。首先，根據常規性的陶瓷的合成步驟，準備包含第二熒光體材料91的元素的氧化物等，將原料混合來造粒，制作成型體，使成型體燒結。由此，得到具有波長轉換層80的外形的第二熒光體材料91。另行準備硅樹脂組合物作為基體材料32的原料，制備使第一熒光體材料30分散在硅樹脂組合物中的第一原料。之后，在第二熒光體材料91的表面形成掩模等。在形成了掩模等的表面，以絲網印刷等涂布第一原料。由于陶瓷的表面為粗糙面，因此第一原料的一部分從表面埋入內部。之后，使第一原料的硅樹脂組合物固化，由此完成波長轉換層80。

接著，對光源70的工作進行說明。由半導體發光器件12射出的激發光從入射光學系統19通過而射入波長轉換部件71的不與基板81接觸側的波長轉換層80的第二面80b。該激發光的一部分激發第一熒光體材料30并被轉換為藍色光。轉換后的藍色光的一部分直接放射到波長轉換部件71的外部，或經過波長轉換部件71之中的散射、基板81上的反射而從第二面80b放射。另外，藍色光的另一部分在波長轉換部件71的內部激發第二熒光體材料91并被轉換為黃色光。另外，由半導體發光器件12射出的激發光的另一部分直接激發第二熒光體材料91并被轉換為黃色光，而且直接放射到波長轉換部件71的外部，或經過波長轉換部件71之中的散射、基板81上的反射從第二面80b放射。這些黃色光和藍色光混合而形成白色光。白色光的色度可以通過波長轉換層80的主要是第二部分80d中的第一熒光體材料30與第二熒光體材料91的體積比率來適當調整。

另外，本實施方式是與第二實施方式同樣地將作為第三熒光體材料的紅色熒光體材料與第一熒光體材料混合，由此可以實現能夠由黃色光和藍色光合成的顏色以外的光色。

如上所述，根據本申請的第三實施方式，通過使與基板81接觸的第一部分80c具有比第二部分80d高的導熱系數，能夠將波長轉換時所產生的熱高效地傳導到基板81，向外部排熱。另外，在由波長轉換部件71的半導體發光器件12射出的激發光射入的第二面80b，存在作為第一熒光體材料30的藍色發光熒光體和作為第二熒光體材料91的黃色發光熒光體這兩者，由此由半導體發光器件12射出的激發光不僅使作為第一熒光體材料30的藍色發光熒光體被直接激發，而且使作為第二熒光體材料91的黃色發光熒光體的一部分也被直接激發。由此，黃色發光成分的一部分不經由藍色發光成分而轉換，能夠以高轉換效率進行波長轉換。因此，發光效率提高。另外，能夠抑制波長轉換部件71的溫度上升。

(第四實施方式)

圖7示出了本申請的第四實施方式的投光燈120的示意構成。本實施方式的投光燈120具備：第一～第三實施方式的光源10、40和70中的任一種：以及將來自該光源的光導向前方的出射光學系統122。為了使來自光源的半導體發光器件的藍紫光不出到外部，也可以設置進行吸收或反射的波長截止濾光片121。出射光學系統122例如為反射器。出射光學系統122具有在例如al、ag等的金屬膜或表面形成了保護膜的ag膜。投光燈120可以為所謂的反射型；另外，也可以為投影型。

通過第四實施方式，在投光燈中能夠得到第一～第三實施方式的效果。

產業上的可利用性

本申請的波長轉換部件例如可以用于特殊照明、平視顯示器、投影機和車輛用前照燈等光源。