(57)【要約】【課題】可視光とともに近赤外光を発しながら、高効率で安定な動作を実現することができる白色ＬＥＤを用いる照明装置を提供する。【解決手段】半導体発光素子の発する可視光の一部を変換する波長変換層が、所定の可視光域に発光ピークを有する第１の蛍光体と、所定の可視光域と所定の近赤外光域にそれぞれ発光ピークを有する第２の蛍光体とを含む。カバー部材は、近赤外光を吸収することにより加熱される。第１の蛍光体と第２の蛍光体の発する可視光の蛍光を利用できるため、十分な発光量を確保できる。【選択図】図２
2010097829.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を発する半導体発光素子と、該半導体発光素子の発する光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光体を含む波長変換層とを有し、
前記蛍光体は、所定の可視光域に発光ピークを有する蛍光を発する第１の蛍光体と、前記所定の可視光域と所定の近赤外光域にそれぞれ発光ピークを有する蛍光を発する第２の蛍光体とを含むことを特徴とする照明装置。
【請求項２】
請求項１に記載の照明装置において、前記半導体発光素子および前記波長変換層から発せられた可視光を透過して外部に放出するカバー部材をさらに有し、
前記第２の蛍光体の前記所定の近赤外光域は、前記カバー部材を構成する材料の近赤外光の吸収帯の少なくとも一部と重なっていることを特徴とする照明装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の照明装置において、前記波長変換層は、前記半導体発光素子に接触するように配置された第１の層とその外側の第２の層の２層構造であり、前記第１の層には前記第２の蛍光体が含有され、前記第２の層には前記第１の蛍光体が含有されていることを特徴とする照明装置。
【請求項４】
請求項２に記載の照明装置において、前記半導体発光素子の発する光の波長は波長440nm以上480nmであり、前記蛍光の前記所定の可視光域は、波長530nm以上570nm以下であり、前記所定の近赤外光域は、波長1150nm以上2000nm以下であることを特徴とする照明装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の照明装置において、前記波長変換層は、樹脂に前記蛍光体の粒子を混合した構成であり、前記第２の蛍光体の粒子の少なくとも一部は、前記半導体発光素子と直接接触するように配置されていることを特徴とする照明装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の照明装置において、前記第２の蛍光体は、YとAlの酸化物で結晶構造がガーネット構造であり、Er、Tm、Dy、Nd、Pr、YbおよびTiのうちの１以上の元素と、Ceとが添加されたものであることを特徴とする照明装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の照明装置において、前記カバー部材の材料は、近赤外光に吸収帯をもつ樹脂であることを特徴とする照明装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載の照明装置において、前記カバー部材の材料は、近赤外光に吸収帯をもつ化合物を含有する樹脂であることを特徴とする照明装置。
【請求項９】
可視光を発する半導体発光素子と、該半導体発光素子の発する光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光体を含む波長変換層と、前記可視光を透過して外部に放出するカバー部材とを有し、
前記蛍光体は、所定の可視光域に発光ピークを有する蛍光を発する第１の蛍光体と、前記所定の可視光域と所定の近赤外光域にそれぞれ発光ピークを有する蛍光を発する第２の蛍光体とを含み、
前記所定の近赤外光域は、前記カバー部材を構成する材料の近赤外光の吸収帯の少なくとも一部と重なっていることを特徴とする車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光素子（ＬＥＤ）を用いた照明装置、特に、車両用前照灯に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放電ランプやハロゲンランプを用いた自動車用前照灯（ヘッドランプ）は、可視光のみならず赤外線も放射する為、ヘッドランプ前面が加熱され、悪天侯時にアウターカバーに雪の付着があっても自然に融解する機能があった。
【０００３】
近年、発光効率の高い白色ＬＥＤを用いた自動車用ヘッドライトが実用化されている。この白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤに黄色蛍光体を組み合わせたものであり、黄色蛍光体としては、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋が使用されている。白色ＬＥＤを用いたヘッドランプは、発熱が少なく高効率である事が長所であるが、赤外線を放射しないため、悪天侯時にヘッドランプ前面のアウターカバーに積もった雪や氷が融けないという問題があった。
【０００４】
この問題を解決するため、特許文献１〜４には、ヘッドランプ内部に融雪のための加熱部品や発熱体、温風を制御する部品を備えた構成が開示されている。
【０００５】
一方、特許文献５には、ＬＥＤ素子に可視波長範囲に発光する蛍光体と赤外線波長範囲に発光する蛍光体とを組み合わせて、可視光と近赤外光に発光スペクトルをもつ発光素子が提案されている。
【０００６】
非特許文献１には、近赤外に発光を持つ蛍光体として、イットリウムアルミニウム酸化物のガーネット結晶構造にＣｅとＥｒを添加したYAG:Ce,Er蛍光体が開示されている。この蛍光体は、ＣｅからＥｒへのエネルギー移動により、Ｅｒ由来の１４００〜１７００ｎｍの近赤外領域に発光を持つことが分かっている。非特許文献１によれば、ＹＡＧ結晶にＥｒのみを添加してもＥｒの近赤外発光は微弱で、Ｃｅを同時に添加したときに明るい発光が得られるとある（非特許文献１の図２（ｄ））。
【０００７】
Ｅｒ以外にＹＡＧ結晶のイットリウム原子位置を置換しうる３価の元素で、近赤外発光を示す希土類元素としては、Ｔｍ、Ｄｙ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｙｂなどが知られている。これらの元素を添加しても、近赤外領域に発光を得ることが可能である。
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−２９６２１２号公報（図１符号９）
【特許文献２】特開２００４−３１４９０２号公報（図１符号１４０）
【特許文献３】特開２００５−１９０８２５号公報（図１符号１２）
【特許文献４】特開２００６−２４４８８４号公報（図２符号１０）
【特許文献５】特開２００６−６０２３８号公報
【非特許文献１】Appl Phys Lett 2007:Vol191 No15 Page151107
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、自動車前照灯に特許文献１〜４に記載の構成を採用すると、装置が大きくなり設計の自由度が低下するとともに、コストがかかる。
【００１０】
一方、特許文献５に記載のように可視光を発する蛍光体と赤外光を発する蛍光体とを混合して用いる場合、車両用前照灯のように大きな光量が必要な用途では、可視光量の確保と蛍光体の発熱が問題になる。というのは、可視光を発する蛍光体と赤外光を発する蛍光体とを混合して用いた場合、可視光を発する蛍光体の割合が減少してしまうため、十分な可視光量を確保することが難しくなる。
【００１１】
また、一般に、蛍光体の励起波長と蛍光波長との差はストークスシフトと呼ばれており、このシフト量が大きくなると、蛍光体のエネルギーロスも大きくなる。このため赤外光を発する蛍光体は、可視光を発する蛍光体と比較してエネルギーロスが大きく、発熱量が大きい。蛍光体は一般的に温度上昇によって変換効率が低下する特性（温度消光）を持っているため、赤外光を発する蛍光体が発熱して熱が蓄積されると温度消光につながる。蛍光体の温度消光は、白色ＬＥＤの白色光の色度変化をもたらす。自動車前照灯は、法規により色度範囲が定められているため、色度の変化は大きな問題になる。特許文献５の可視光蛍光体と赤外光蛍光体の混合物に代えて、非特許文献１に記載の蛍光体を用いたとしても光量確保とストークスシフトによる発熱の問題は同様に生じる。
【００１２】
本発明の目的は、可視光とともに近赤外光を発しながら、高効率で安定な動作を実現することができる白色ＬＥＤを用いる照明装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明によれば、可視光を発する半導体発光素子と、半導体発光素子の発する光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光体を含む波長変換層とを有する照明装置であって、蛍光体は、所定の可視光域に発光ピークを有する蛍光を発する第１の蛍光体と、所定の可視光域と所定の近赤外光域にそれぞれ発光ピークを有する蛍光を発する第２の蛍光体とを含むものが提供される。このように、可視光域と近赤外光域に蛍光を発する第２の蛍光体を、可視光域のみに蛍光を発する第１の蛍光体とを組み合わせて用いることにより、近赤外光をカバー部材に吸収させてカバー部材を加熱することができる。また、第１の蛍光体のみならず第２の蛍光体の可視光の蛍光を利用することができるため、十分な可視光量を得ることができる。
第２の蛍光体の前記所定の近赤外光域は、カバー部材を構成する材料の近赤外光の吸収帯の少なくとも一部と重なるように構成することが好ましい。これにより、効率よくカバー部材を加熱することができる。
【００１４】
例えば、半導体発光素子の発する光の波長は波長440nm以上480nmとし、所定の可視光域は、波長530nm以上570nm以下、所定の近赤外光域は、波長1150nm以上2000nm以下に設定する。
【００１５】
例えば波長変換層は、半導体発光素子に接触するように配置された第１の層とその外側の第２の層の２層構造とすることが可能である。第１の層には第２の蛍光体が含有され、第２の層には第１の蛍光体が含有されるように構成する。これにより、ストークスシフトに起因する第２の蛍光体の熱を半導体発光素子を介して排熱することができるため、温度消光を防止して安定した発光を得ることができる。
【００１６】
また、例えば波長変換層は、樹脂に蛍光体の粒子を混合した構成とすることができ、第２の蛍光体の粒子の少なくとも一部は、半導体発光素子と直接接触するように配置することも可能である。これにより、ストークスシフトに起因する第２の蛍光体の熱を半導体発光素子を介して排熱することができ、安定した発光を得ることができる。
【００１７】
第２の蛍光体としては、例えばYとAlの酸化物で結晶構造がガーネット構造であって、Er、Tm、Dy、Nd、Pr、YbおよびTiのうちの１以上の元素と、Ceとを添加したものを用いる。
【００１８】
例えばカバー部材の材料としては、近赤外光に吸収帯をもつ樹脂を用いる。もしくは、近赤外光に吸収帯をもつ化合物を含有する樹脂を用いる。
【００１９】
また、本発明の別の態様によれば、以下のような車両用灯具が提供される。すなわち可視光を発する半導体発光素子と、半導体発光素子の発する光の一部を吸収して蛍光を発する蛍光体を含む波長変換層と、可視光を透過して外部に放出するカバー部材とを有する車両用灯具であって、蛍光体は、所定の可視光域に発光ピークを有する蛍光を発する第１の蛍光体と、前記所定の可視光域と所定の近赤外光域にそれぞれ発光ピークを有する蛍光を発する第２の蛍光体とを含む。所定の近赤外光域は、カバー部材を構成する材料の近赤外光の吸収帯の少なくとも一部と重なっている。これにより、十分な光量の可視光の蛍光を確保しながら、カバー部に近赤外光を吸収させ、加熱することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、可視光とともに近赤外光を発しながら、高効率で安定な動作を実現することができる白色ＬＥＤを用いる照明装置を提供することができる。これにより、近赤外光により照明装置のカバーを加熱し、特別な加熱機構を備えることなく融雪機能を持たせることができる。また、十分な可視光量を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態のＬＥＤ照明装置を用いた自動車用前照灯について説明する。
【００２２】
本実施の形態のＬＥＤ照明装置は、青色光（波長４４０〜４８０ｎｍ）を発する発光素子（ＬＥＤ素子）と、青色光を励起光とし黄色の蛍光（ピーク波長５３０〜５７０ｎｍ）を発光する第１の蛍光体と、青色発光を励起光とし黄色の蛍光および近赤外光の蛍光（ピーク波長１１５０〜２０００ｎｍ）を発する第２の蛍光体とを組み合わせ、青色光と黄色光とを混色して白色光を得る。第２の蛍光体が発する近赤外光は、自動車用前照灯のカバーに吸収され、カバーを加熱する。第２の蛍光体はストークスシフトにより発熱するが、本実施形態ではこの熱を効率よく排熱する構造とする。
【００２３】
図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本実施形態の自動車用前照灯の正面図と、Ａ−Ａ’断面図である。自動車用前照灯は、ハイビーム７と、３台のロービーム８と、フォグランプ１１、方向指示器１０、ポジションランプ９とを含み、その前面はアウターカバー２３により覆われている。
【００２４】
ハイビーム７および３台のロービーム８は、光源としてＬＥＤ発光装置６を用いるＬＥＤ照明装置である。ハイビーム７は、４つのＬＥＤ発光装置６と、これを搭載してその熱を排熱するヒートシンク部（不図示）と、反射鏡７ａと、光学系７ｂを備えている。３台のロービーム８はそれぞれ、ひとつのＬＥＤ発光装置６と反射鏡８ａとレンズ等の光学系８ｂとを備えている。
【００２５】
ＬＥＤ発光装置６の構成を図２に断面図を用いて説明する。基板２０には一対の電極５が備えられ、その上にＬＥＤ素子１が搭載されている。ＬＥＤ素子１は、下面と上面に図示していない電極パッドを備え、下面電極パッドは一対の電極５の一方と半田等で接合され、上面電極パッドは一対の電極５の他方とボンディングワイヤ２１により接続されている。ＬＥＤ素子１の上面には、２種類の蛍光体粒子３、４を含有する樹脂２で形成されたドーム状の波長変換層２２が配置されている。
【００２６】
ＬＥＤ素子１の発光波長範囲は、４４０ｎｍ以上４８０ｎｍ以下である。樹脂２はＬＥＤ素子１の放出する上記波長範囲の青色光に対して透明である。例えば、シリコーン樹脂を用いることができる。
【００２７】
波長変換層２２に含有される２種類の蛍光体粒子のうち第１の蛍光体粒子３は、青色光を励起光とし黄色の蛍光（ピーク波長５３０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下）を発光する。第２の蛍光体粒子３は、可視光と近赤外光の蛍光を発し、可視光の波長範囲は黄色（ピーク波長５３０ｎｍ以上５７０ｎｍ以下）であり、近赤外光の波長範囲はアウターカバー２３の吸収波長と少なくとも一部が重なるように設計されている。
【００２８】
本実施形態ではアウターカバー２３としては、自動車前照灯のカバーとして一般的で、透明度が高く耐侯性に優れるポリカーボネートを用いる。一般的なポリカーボネートは、図３の近赤外域の透過率測定結果を示すように１６５０ｎｍ付近に強い吸収を持っている。これはポリカーボネート樹脂に含まれるカルボニル化合物特有のものである。また、水の吸収スペクトルは図４の通りであり、１１００ｎｍ以上の近赤外線を吸収する。
【００２９】
よって、第２の蛍光体粒子４の近赤外光の波長範囲は、１１００ｎｍ以上であることが望ましく、特に好ましくは１６５０ｎｍ付近にピークを持つことである。本実施形態では、黄色光のみならず、１１５０ｎｍ以上２０００ｎｍ以下の近赤外光の蛍光を発する第２の蛍光体粒子４を用いる。これにより、近赤外光でアウターカバー２３を加熱して悪天候における雪や氷の付着による不具合を解消することができる。
【００３０】
第１の蛍光体粒子３としては、YAG:Ce等YAG（Y3Al5O12）系蛍光体粒子を用いることができる。第２の蛍光体粒子４としては、YAG:Ce,Er等、YAG系結晶にCeとErを添加した蛍光体を用いることができる。この蛍光体は、CeからErへのエネルギー移動によりEr由来の１４００ｎｍ〜１７００ｎｍの近赤外領域に発光を生じる。また、Erに代えて、YAG結晶のイットリウム原子位置を置換しうる３価の元素Tm、Dy、Nd、Pr、Ybを添加することも可能である。これらの元素を添加した場合も、近赤外領域に発光を得ることができる。
【００３１】
第２の蛍光体粒子４は、可視光を励起光として、可視光と近赤外光の蛍光を放出するためストークスシフト（励起波長と蛍光波長との差）が大きい。このため第２の蛍光体４は、第１の蛍光体粒子３と比較してエネルギーロスが大きく、発熱量も大きくなる。そこで本実施形態では、第２の蛍光体粒子４をLED素子１に直接接するか、もしくは、薄い樹脂２を介して近接するように波長変換層２２を構成している。具体的には、波長変換層２３は、LED素子１に接する下側層と、その上に搭載された上側層とに分かれ、下側層には第２の蛍光体粒子４のみが含有され、上側層には第１の蛍光体粒子３のみが含有されている。これにより、第２の蛍光体粒子４の発熱をLED素子１および基板２０を介して、基板２０を搭載するヒートシンクへ効率的に排熱することができるため、蛍光体４や蛍光体３が高温になるのを防止でき、温度消光を防ぐことができる。また、排熱をスムーズにすることにより、LED素子１の温度上昇も抑制でき、LED照明装置６の高効率化、高安定化、高信頼性化を図ることができる。
【００３２】
このような２層構造の波長変換層２２を備えたLED発光装置６は以下のように製造することができる。
【００３３】
まず、電極５があらかじめ備えられた基板２０を用意し、別途製造しておいた青色LED素子１を一方の電極５上に半田等で接合する。LED素子１の上面の電極パッドと他方の電極５とをワイヤ２１によりワイヤボンディングする。
【００３４】
第１の蛍光体粒子３と第２の蛍光体粒子４を所定の割合でそれぞれ樹脂材料に分散しておく。まず、第２の蛍光体粒子４が分散された樹脂材料をディスペンサ等を用いてLED素子１の上面に所定量滴下し、塗膜を形成した後、加熱等して硬化させる。これにより、第２の蛍光体粒子４が分散された波長変換層２２の下側層が形成される。このあと、下側層の上に、第１の蛍光体粒子３が分散された樹脂材料を所定量滴下し、表面張力で盛り上がった塗膜を形成した後、加熱等して硬化させる。これにより、第１の蛍光体粒子３が分散された波長変換層２２の上側層が形成される。以上によりLED発光装置６が製造される。LED発光装置６をヒートシンクに搭載し、反射鏡７ａ，８ａおよび光学系７ｂ、８ｂ等と組み合わせてハイビーム７やロービーム８（LED照明装置）を組み立てる。
【００３５】
ハイビーム７およびロービーム８と、ポジションランプ９、方向指示器１０、フォグランプ１１等を図１の所定位置に配置し、アウターカバー２３を取り付け自動車用前照灯を完成させる。
【００３６】
本実施形態の自動車用前照灯において、ハイビーム７やロービーム８のＬＥＤ素子１を点灯させると青色光が出射され、波長変換層２２を通過する。青色光の一部は、第２の蛍光体粒子４と第１の蛍光体粒子３を励起し、第２の蛍光体粒子４からは黄色の蛍光（ピーク波長５３０〜５７０ｎｍ）と近赤外光の蛍光（ピーク波長１１５０〜２０００ｎｍ）が放出される。第１の蛍光体粒子３からは黄色の蛍光が放出される。
【００３７】
第１および第２の蛍光体粒子３、４から放出された黄色の蛍光は、波長変換層２２を透過した青色光と混合されて白色光となる。白色光は、光学系７ｂ、８ｂを通過し、さらにアウターカバー２３を通過して、自動車の前方に照射される。アウターカバー２３を構成する材料（ポリカーボネート）は図３に示した透過スペクトルから明らかなように、可視光の吸収が小さいため、白色光はほとんどアウターカバー２３に吸収されることなく通過する。
【００３８】
第２の蛍光体粒子４から放出された近赤外光の蛍光（ピーク波長１１５０〜２０００ｎｍ）は、光学系７ｂ、８ｂを通過し、さらにアウターカバー２３に入射する。アウターカバー２３を構成する材料は図３の透過スペクトルのように１６７０ｎｍ付近を吸収ピークとして１０００ｎｍ以上の近赤外領域の光を吸収するため性質を有するため、近赤外光の蛍光の多くはアウターカバー２３で吸収される。これにより、アウターカバー２３は加熱され、アウターカバー２３に付着した雪や氷を融かすことができる。また、水自体も図４の透過スペクトルのように９００ｎｍ以上の近赤外光を吸収するため、雪や氷自体を直接第２の蛍光体粒子４から放出された近赤外光により加熱し融かす作用も得られる。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、可視光を発する第１の蛍光体と、可視光および近赤外光を発する第２の蛍光体とを組み合わせることにより、ＬＥＤを光源とする自動車用前照灯でありながら、発熱体等の特別な構成を設けることなく、アウターカバーを加熱することができ、融雪機能を持たせることができる。
【００４０】
しかも、本実施形態では可視光と近赤外光を発する第２の蛍光体粒子４をＬＥＤ素子１に近接して配置し、その外側に第１の蛍光体粒子３を配置している。これにより、ストークスシフトに起因する第２の蛍光体粒子４の発熱をＬＥＤ素子１および基板２０を介してヒートシンクに効率よく逃すことができるため、温度上昇による蛍光体の温度消光やＬＥＤ素子１の発光効率の低下を防止できる。
【００４１】
本実施形態では第２の蛍光体粒子４として単に近赤外光を発する蛍光体ではなく、近赤外光と可視光の両方を放出する蛍光体を用いている。これにより、第１の蛍光体粒子３の発する黄色蛍光と第２の蛍光体粒子４の発する黄色蛍光とを合わせて、十分な光量の黄色蛍光を得ることができる。したがって、自動車前照灯のような大きな光量が要求される白色ＬＥＤであっても、赤外光によるアウターカバーの加熱と、可視光色変換とを両立させることができる。
【００４２】
このとき、波長変換層２２はドーム形状であり、端面を有していない形状であるため、半導体発光素子１からの光は正面方向に立ちあげられて出射される。これにより半導体発光素子１の正面の輝度分布は、非照射領域から照射領域の立ち上がりが急峻になるという効果も得られる。
【００４３】
なお、上述の実施形態では、波長変換層２２を形成する際に、樹脂材料をＬＥＤ素子１の上に滴下する方法を用いたが、この手法に限らず他の方法を用いることも可能である。例えば、スクリーン印刷やステンシル印刷等の印刷工程を用いることが可能である。この場合、まず第２の蛍光体粒子４を添加した樹脂材料をＬＥＤ素子１上に印刷して、図５のように波長変換層２２の下側層２２ａを形成し、その上に第１の蛍光体粒子３を添加した樹脂材料を印刷して上側層２２ｂを形成することにより、ＬＥＤ素子１に近接して第２の蛍光体粒子４を配置した波長変換層２２を形成することができる。
【００４４】
さらに別の手法としては、樹脂材料に第１の蛍光体粒子３と第２の蛍光体粒子４とを混合し、ＬＥＤ素子１上に滴下し、先に第２の蛍光体粒子４を沈降させることにより、下側層に第２の蛍光体粒子４が集まった波長変換層２２を形成することも可能である。この場合、第２の蛍光体粒子４が第１の蛍光体粒子３よりも先に沈降するように、第２の蛍光体粒子の表面にあらかじめコーティング加工等を施したり、マイクロカプセル化しておくことが可能である。
【００４５】
本実施形態のＬＥＤ発光装置６はＬＥＤ素子１を１個だけ備えた構成であったが、複数のＬＥＤ素子を備える構成にすることが可能である。これにより、さらなるアウターカバー２３の温度上昇が期待できる。
【００４６】
また、今回用いたアウターカバー２３として通常のポリカーボネート製のものを用いたが、１４５０〜１７００ｎｍの近赤外部に吸収を持つ染料等の化合物を含有させることも可能である。ポリカーボネート自身の近赤外光の吸収に染料による近赤外光の吸収が加わるため、更に効率的な温度上昇が期待できる。
【００４７】
本実施形態の自動車用前照灯は、従来のように導風部品や発熱部品とその制御システムを導入する必要がなく、単純な構造でアウターカバー２３を加熱して融雪機能を実現することが出来る。
【００４８】
本発明は、ＬＥＤ発光装置及びそれを用いた車両用照明装置の他に、一般照明装置にも適用することができる。
【実施例】
【００４９】
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、可視光のみを発光する蛍光体粒子と、可視光および近赤外光を発光する蛍光体粒子を製造し、その組成と光学特性を調べた。さらに、これらの蛍光体粒子を用いて図２のＬＥＤ発光装置６と自動車用前照灯を製造し、アウターカバーの温度上昇を測定した。以下、詳細に説明する。
【００５０】
＜蛍光体粒子の製造＞
出発材料として酸化イットリウム（純度４Ｎ）、α型アルミナ（純度２Ｎ）、酸化第二セリウム（純度４Ｎ）、酸化エルビウム（純度３Ｎ）、フラックスとしてフッ化バリウム（純度２Ｎ）の粉末をそれぞれ用意した。これらを表１の試料１〜５の配合比でそれぞれ秤量した。
【表１】
2010097829.tif 000003
【００５１】
秤量した材料をアルミナボールとエタノールと共に円筒状１Ｌポリビニル容器にいれ、回転台で１００ｒｐｍ、５時間混合を行った。混合後のアルミナボールを取り除いたスラリーを吸引濾過し、ガラスビーカーに入れ、１００℃、１５時間乾燥炉で乾燥した。
【００５２】
乾燥後は、アルミナ乳鉢で粉砕し、＃３００のナイロンメッシュを通し、得られた粉末をアルミナルツボにいれ、焼成炉内に配置した。還元雰囲気で焼成を行う為に、焼成前に炉内をメカニカルブースタポンプで２０Ｐａまで真空に引いた後、水素を４％含んだ窒素ガス（純度４Ｎ以上）を導入し０．１ＭＰａとした。
【００５３】
その後１５００℃で２時間の焼成を行った。焼成後はアルミナ乳鉢と乳棒で粗粉砕し、＃３００のナイロンメッシュを通して黄色の蛍光体粉末を得た。得られた粉末を２規定濃度の硝酸水溶液とイオン交換水で洗浄、乾燥し、＃３００のナイロンメッシュを通して目的の蛍光体粒子の試料１〜５を得た。
【００５４】
＜蛍光体粒子の特性評価評価＞
（結晶構造）
得られた蛍光体粒子の試料２について、粉末Ｘ線回折装置（Bruker製D8Advance）を用いて結晶構造の同定を行った。測定の結果を図６に示す。測定に用いたＸ線はＣｕ・Ｋα線である。図６の測定結果より、ＩＣＤＤ（International Centre for Diffraction Data）に登録されているＹ３Ａｌ５Ｏ１２と同じ回折線パターンが得られていることが確認できた。このことから、試料２はＹＡＧを主相とすることが確認された。また、他の試料１、３〜５も同様の製造方法を用いているためＹＡＧを主相とすると推測される。
【００５５】
（組成分析）
蛍光体粒子の試料１〜５について、各元素の定量分析を行った。定量分析には、株式会社リガク製  蛍光Ｘ線分析装置ZSXPrimusIIを用いた。得られた結果（組成）を表１は下段に示した。
【表２】
2010097829.tif 000004
【００５６】
（蛍光特性の測定）
まず、試料１〜５について、可視光域の蛍光特性（色度ｘ，ｙ、可視光発光強度）を測定した。
【００５７】
可視光部分の蛍光特性測定系の構成は次の通りである。励起光源としてキセノンランプを用い、その発光を分光器に通して４５０ｎｍの単色光を得た。この光を測定する蛍光体に照射し、青色光の反射光と蛍光体の発光の両方を積分球で集光し、超高感度瞬間マルチ測光システム（大塚電子製MPCD-7000）により発光スペクトルの測定、ならびに、色度ｘ，ｙと輝度の測定を行った。色度の測定は得られた発光スペクトルのうち、蛍光体の発光が大部分を占める４８０〜７８０ｎｍの部分について行った。
【００５８】
試料２の発光スペクトルは図７に示すように可視光域については５５０ｎｍ付近に発光ピークを有していた。
【００５９】
試料１〜５の色度ｘ，ｙと、相対輝度（試料５の輝度に対する相対値）を表２に示した。
【００６０】
つぎに、試料１〜５について、近赤外光の蛍光特性の評価を行った。この評価は、試料１〜５をそれぞれ用いて図８に示した評価用ＬＥＤ発光装置を作成し、その発光特性を測定することにより行った。
【００６１】
評価用LED発光装置は、図８に示すように、樹脂基板３０の上にリン青銅に銀メッキ処理をした電極５を配置し、発光波長４５０ｎｍ、上面０．３ｍｍ角のInGaN系青色発光ＬＥＤ素子３１を接合した。LED素子３１の周囲にはランプハウス１２を搭載した。このパッケージのＬＥＤ素子３１上に、蛍光体粒子３４（試料１〜５のうちのいずれか）とシリコーン樹脂３２が重量比で１：９となるように配合したペーストを充填した。蛍光体入り樹脂が充填されたパッケージを、１５０℃、４時間加熱炉に入れ、シリコーン樹脂を硬化、固定化した。
【００６２】
得られた発光装置に、２０ｍＡの直流電流を通電し発光特性（発光スペクトル）を測定した。測定はオプトリサーチ社製  多目的分光放射計MSR・7000Nを用いて、２５０ｎｍ〜２０００ｎｍの範囲で行った。
【００６３】
蛍光体粒子３４として試料１の蛍光体を用いた評価用LED発光装置の発光スペクトルと、試料５の蛍光体を用いた評価用LED発光装置の発光スペクトルを図９にそれぞれ示す。図９から明らかなように試料１の評価用LED発光装置は、可視光部と近赤外光部に発光ピークを有するのに対し、試料５の評価用LED発光装置は、可視光部のみに発光ピークを有していた。
【００６４】
また、試料２〜４については、発光スペクトルを図示してないが、いずれも可視光と近赤外光に発光ピークを有していた。試料３が近赤外光の強度が最も大きく、これを１として他の試料の近赤外光の相対強度を表２に示す。表２より、Ｃｅを添加しない試料４は近赤外光強度が最も低かった。
【００６５】
試料１、２、３、４は、Ｙに対するモル比でそれぞれＣｅ：Ｅｒ＝２：１、２：２、２：３、０：２で配合しており、Ｅｒの配合比を増やすと可視光の発光が減少し近赤外光が増加するが、Ｅｒのみの添加では可視光・赤外光の発光が大幅に少なくなることが分かる。赤外強度の観点からは、Ｃｅ，Ｅｒの組み合わせの比は試料２が望ましい。可視光強度の点からは試料５が望ましい。近赤外光部と可視光部の発光強度を両立させるため、本実施例では可視光のみを発する蛍光体の試料５と、可視光および近赤外光を発する蛍光体の試料２を組み合わせて用いる。
【００６６】
＜ＬＥＤ発光装置の製造＞
試料５の蛍光体と、可視光および近赤外光を発する試料２の蛍光体を組み合わせて図１のＬＥＤ発光装置を製造した。
【００６７】
予め電極５が配置されたセラミック基板２０に、発光波長４５０ｎｍ、上面０．９ｍｍ角のInGaN系青色発光ＬＥＤ素子１を接合し、パッケージを製造した。蛍光体粒子４として試料２を、蛍光体粒子３として試料５を用意し、それぞれシリコーン樹脂材料と混合した。蛍光体粒子とシリコーン樹脂の重量比はいずれも３：７となるように調整した。試料２の蛍光体を配合したシリコーン樹脂材料をディスペンサーを用いてＬＥＤ素子１上に塗布した。その上に、試料５の蛍光体を配合したシリコーン樹脂材料を塗布した。パッケージは、１５０℃、４時間加熱炉に入れ加熱した。これによりシリコーン樹脂２を硬化させ、固定化し、下側層に試料２の蛍光体が含まれ、上側層に試料５の蛍光体が含まれる波長変換層２２を形成した。これにより実施例のＬＥＤ発光装置を製造した。
【００６８】
また、比較例として試料５の蛍光体配合のシリコーン樹脂材料のみを塗布して波長変換層２２を形成したＬＥＤ発光装置６を製造した。
【００６９】
＜ＬＥＤ発光装置の評価＞
得られたＬＥＤ発光装置６に７００ｍＡの直流電流を通電し、発光特性を測定した。可視光域の測定には、Labsphere社製の分光光度計DA-2100を用いて色度測定を行った。得られた色度は、(x,y)=(0.318、0.347)でＳＡＥ（Society of Automobile Engineers）のヘッドライト色度規格内に入る値であった。
【００７０】
赤外域については、大塚電子製MCPD-5000を用いて発光スペクトルと軸上出力を測定した。図１０に実施例と比較例のＬＥＤ発光装置の赤外域の発光スペクトルを示す。実施例のＬＥＤ発光装置６は、試料２と試料５の蛍光体を含むため、赤外域（１４５０〜１７００ｎｍ）にＥｒ由来の発光スペクトルが多数観測された。これに対し、試料５の蛍光体のみを含む比較例のＬＥＤ発光装置は、赤外域に発光は観測できなかった。
【００７１】
＜自動車用前照灯の評価＞
上記実施例のＬＥＤ発光装置６と比較例のＬＥＤ発光装置を用いて、反射鏡１３とポリカーボネート製のアウターカバー２３とを備える図１１の構成の自動車用前照灯を製造した。
【００７２】
アウターカバー２３の外側および内側には、熱電対を配置した。ＬＥＤ発光装置６に７００ｍＡの直流電流を通電し、アウターカバー２３の温度上昇を測定した。測定は、アウターカバー２３には水や氷の付着がない乾燥状態で行った。測定結果を図１２に示す。
【００７３】
本実施例の試料２および試料５の２種類の蛍光体粒子を含むＬＥＤ発光装置６を用いた自動車用前照灯はカバー２３内外の温度が上昇したが、試料１の蛍光体のみをＬＥＤ発光装置の自動車用前照灯では温度上昇は少ない。
【００７４】
本実施例の測定に用いたＬＥＤ発光装置６はＬＥＤ素子１を１個だけ備えた構成であったが、実際の自動車用前照灯は複数のＬＥＤ素子を備えることが多く、しかもＬＥＤ発光装置６がカバー２３によりほぼ密閉されるので、さらなるカバー２３の温度上昇が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本実施形態の自動車用前照灯の（ａ）正面図、（ｂ）Ａ−Ａ’断面図。
【図２】図１の自動車用前照灯に用いられるＬＥＤ発光装置６の断面図。
【図３】ポリカーボネートの近赤外域透過スペクトルを示すグラフ。
【図４】水の近赤外域透過スペクトルを示すグラフ。
【図５】本実施形態の印刷により波長変換層を構成したＬＥＤ発光装置６の断面図。
【図６】本実施例の蛍光体粒子（試料２）のＸ線回折パターンを示すグラフ。
【図７】本実施例の蛍光体粒子（試料２）の可視光域の蛍光の分光スペクトルを示すグラフ。
【図８】実施例の蛍光体粒子の蛍光特性の評価に用いた評価用ＬＥＤ発光装置の断面図。
【図９】試料２と試料５を蛍光体粒子をそれぞれ用いた評価用ＬＥＤ発光装置の発光スペクトルを示すグラフ。
【図１０】実施例のＬＥＤ発光装置（試料２＋試料５）と比較例のＬＥＤ発光装置（試料５のみ）の赤外域発光スペクトルを示すグラフ。
【図１１】実施例の自動車用前照灯の構成を示す断面図。
【図１２】実施例と比較例の自動車用前照灯のアウターカバーの温度上昇を示すグラフ。
【符号の説明】
【００７６】
１…LED素子、２…樹脂、３…第１の蛍光体、４…第２の蛍光体、５…電極、６…LED発光装置、７…ハイビーム、７ａ…反射鏡、７ｂ…光学系、８…ロービーム、８ａ…反射鏡、８ｂ…光学系、９…ポジションランプ、１０…方向指示器、１１…フォグランプ、１３…反射鏡、２０…基板、２１…ワイヤ、２２…波長変換層、２２ａ…下側層、２２ｂ…上側層、２３…アウターカバー、３０…基板、３１…ＬＥＤ素子、３２…シリコーン樹脂、３４…蛍光体、３５…電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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