(57)【要約】【課題】外部量子効率の高い発光モジュールを提供する。【解決手段】光を発生する発光モジュール１００であって、光を発生する半導体発光素子１０２と、発光モジュール１００が発生する光の半波長より小さな直径をそれぞれ有し、半導体発光素子１０２が発生する光に応じて蛍光する複数のナノ蛍光体粒子６０２と、半導体発光素子１０２の発光面を覆う層状に、複数のナノ蛍光体粒子６０２を保持するバインダ６０４とを備える。更に、車両用灯具１０であって、上記発光モジュール１００を備える。【選択図】図５
2005197476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する発光モジュールであって、
光を発生する半導体発光素子と、
前記発光モジュールが発生する光の半波長より小さな直径をそれぞれ有し、前記半導体発光素子が発生する光に応じて蛍光する複数のナノ蛍光体粒子と、
前記半導体発光素子の発光面を覆う層状に、前記複数のナノ蛍光体粒子を保持するバインダと
を備える発光モジュール。
【請求項２】
前記ナノ蛍光体粒子の直径は、２〜１０ｎｍである請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項３】
前記ナノ蛍光体粒子の直径は、１０ｎｍより大きく、かつ可視光の１／４波長以下である請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項４】
前記半導体発光素子は、紫外光を発生し、
前記ナノ蛍光体粒子は、前記半導体発光素子が発生する紫外光に応じて可視光を発生する請求項１に記載の発光モジュール。
【請求項５】
前記バインダは、前記複数のナノ蛍光体粒子を内部に含んで前記半導体発光素子の発光面を覆うように、フッ素樹脂、又はジメチルシリコーン樹脂により形成された請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項６】
前記バインダは、前記複数のナノ蛍光体粒子を内部に含んで前記半導体発光素子の発光面を覆うように、シルセスキオキサン樹脂により形成され、
前記シルセスキオキサン樹脂の側鎖は、２重結合を持たないアルキッド、又は脂環基である請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項７】
紫外光の半波長以下の直径をそれぞれ有し、前記複数のナノ蛍光体粒子とともに前記バインダに保持された複数の金属酸化物粒子を更に備える請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項８】
前記バインダ及び前記半導体発光素子を覆うように、可視光を透過する素材により形成されることにより、前記バインダ及び前記半導体発光素子を封止する封止部材を更に備え、
前記バインダに保持された前記複数のナノ蛍光体粒子は、前記半導体発光素子が発生する紫外光の全部を、可視光に変換する請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項９】
前記封止部材は、エポキシ樹脂により形成された請求項８に記載の発光モジュール。
【請求項１０】
可視光の半波長より大きな直径をそれぞれ有する蛍光体の粒子であり、前記ナノ蛍光体粒子が発生する可視光と異なる波長の可視光を、紫外光に応じて発生する複数の大径蛍光体粒子を更に備え、
前記バインダは、
前記半導体発光素子の前記発光面を覆うように形成され、前記発光面の上に前記複数の大径蛍光体粒子を保持する第１保持層と、
前記第１保持層を挟んで前記発光面と対向するように形成され、前記第１保持層の上に前記複数のナノ蛍光体粒子を保持する第２保持層と
を含み、
前記第１保持層に保持された前記複数の大径蛍光体粒子は、前記半導体発光素子が発生する紫外光の一部を可視光に変換し、
前記第１保持層は、前記半導体発光素子が発生する紫外光の一部と、前記複数の大径蛍光体粒子が発生する可視光とを、前記第２保持層へ透過し、
前記第２保持層に保持された前記複数のナノ蛍光体粒子は、前記第１保持層から入射した紫外光の全部を可視光に変換し、
前記第２保持層は、前記複数の大径蛍光体粒子が発生する可視光と、前記複数のナノ蛍光体粒子が発生する可視光とを、前記バインダの外部へ透過する請求項４に記載の発光モジュール。
【請求項１１】
車両に用いられる車両用灯具であって、
光を発生する発光モジュールと、
前記発光モジュールからの光を前記車両用灯具の外部へ照射する光学部材と
を備え、
前記発光モジュールは、
光を発生する半導体発光素子と、
前記発光モジュールが発生する光の半波長より小さな直径をそれぞれ有し、前記半導体発光素子が発生する光に応じて蛍光する複数のナノ蛍光体粒子と、
前記半導体発光素子の発光面を覆う層状に、前記複数のナノ蛍光体粒子を保持するバインダと
を有する車両用灯具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光モジュール及び車両用灯具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、半導体発光素子と蛍光体を利用して、白色光を発生する発光モジュールが知られている（例えば、非特許文献１参照。）。この蛍光体は、半導体発光素子からの光に応じて蛍光する。
【非特許文献１】Ｏｈｍ  ＭＯＯＫ  光シリーズＮｏ．１「光デバイス」Ｏｈｍｓｈａ、平成１３年１１月２５日
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発光モジュールにおいて、蛍光体は、半導体発光素子の発光面上に、例えば層状に形成される。しかし、この場合、蛍光体の層に厚みが生じるため、下層の蛍光体が発生する光を、上層の蛍光体が遮ってしまう場合があった。この場合、蛍光体が発生した光の一部が失われてしまうため、発光モジュールの外部量子効率が低下することとなる。そのため、従来、外部量子効率の高い発光モジュールを提供するのが困難な場合があった。
【０００４】
そこで本発明は、上記の課題を解決することができる発光モジュール及び車両用灯具を提供することを目的とする。この目的は特許請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明の第１の形態においては、光を発生する発光モジュールであって、光を発生する半導体発光素子と、発光モジュールが発生する光の半波長より小さな直径をそれぞれ有し、半導体発光素子が発生する光に応じて蛍光する複数のナノ蛍光体粒子と、半導体発光素子の発光面を覆う層状に、複数のナノ蛍光体粒子を保持するバインダとを備える。
【０００６】
また、ナノ蛍光体粒子の直径は、２〜１０ｎｍであってもよい。ナノ蛍光体粒子の直径は、１０ｎｍより大きく、かつ可視光の１／４波長以下であってもよい。また、半導体発光素子は、紫外光を発生し、ナノ蛍光体粒子は、半導体発光素子が発生する紫外光に応じて可視光を発生してもよい。
【０００７】
また、バインダは、複数のナノ蛍光体粒子を内部に含んで半導体発光素子の発光面を覆うように、フッ素樹脂、又はジメチルシリコーン樹脂により形成されてもよい。
【０００８】
また、バインダは、複数のナノ蛍光体粒子を内部に含んで半導体発光素子の発光面を覆うように、シルセスキオキサン樹脂により形成され、シルセスキオキサン樹脂の側鎖は、２重結合を持たないアルキッド、又は脂環基であってもよい。
【０００９】
また、紫外光の半波長以下の直径をそれぞれ有し、複数のナノ蛍光体粒子とともにバインダに保持された複数の金属酸化物粒子を更に備えてもよい。
【００１０】
また、バインダ及び半導体発光素子を覆うように、可視光を透過する素材により形成されることにより、バインダ及び半導体発光素子を封止する封止部材を更に備え、バインダに保持された複数のナノ蛍光体粒子は、半導体発光素子が発生する紫外光の全部を、可視光に変換してもよい。また、封止部材は、エポキシ樹脂により形成されてもよい。
【００１１】
また、可視光の半波長より大きな直径をそれぞれ有する蛍光体の粒子であり、ナノ蛍光体粒子が発生する可視光と異なる波長の可視光を、紫外光に応じて発生する複数の大径蛍光体粒子を更に備え、バインダは、半導体発光素子の発光面を覆うように形成され、発光面の上に複数の大径蛍光体粒子を保持する第１保持層と、第１保持層を挟んで発光面と対向するように形成され、第１保持層の上に複数のナノ蛍光体粒子を保持する第２保持層とを含み、第１保持層に保持された複数の大径蛍光体粒子は、半導体発光素子が発生する紫外光の一部を可視光に変換し、第１保持層は、半導体発光素子が発生する紫外光の一部と、複数の大径蛍光体粒子が発生する可視光とを、第２保持層へ透過し、第２保持層に保持された複数のナノ蛍光体粒子は、第１保持層から入射した紫外光の全部を可視光に変換し、第２保持層は、複数の大径蛍光体粒子が発生する可視光と、複数のナノ蛍光体粒子が発生する可視光とを、バインダの外部へ透過してもよい。
【００１２】
本発明の第２の形態においては、光を発生する車両用灯具であって、光を発生する発光モジュールと、発光モジュールからの光を灯具の外部へ照射する光学部材とを備え、発光モジュールは、光を発生する半導体発光素子と、発光モジュールが発生する光の半波長より小さな直径をそれぞれ有し、半導体発光素子が発生する光に応じて蛍光する複数のナノ蛍光体粒子と、半導体発光素子の発光面を覆う層状に、複数のナノ蛍光体粒子を保持するバインダとを有する。
【００１３】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１５】
図１及び図２は、本発明の一実施形態に係る車両用灯具１０の構成の一例を示す。図１は、車両用灯具１０の斜視図である。図２は、中段の光源ユニット２０を横断する水平面による車両用灯具１０の水平断面図である。本例は、ＬＥＤモジュール１００内に設けられた蛍光体に、効率よく光を発生させることを目的とする。車両用灯具１０は、例えば自動車等の車両に用いられる車両用前照灯（ヘッドランプ）であり、車両の前方に光を照射する。車両用灯具１０は、複数の光源ユニット２０、カバー１２、ランプボディ１４、回路ユニット１６、複数の放熱部材２４、エクステンションリフレクタ２８、及びケーブル２２、２６を備える。
【００１６】
複数の光源ユニット２０のそれぞれは、ＬＥＤモジュール１００及びレンズ２０４を有する。ＬＥＤモジュール１００は、発光モジュールの一例であり、ケーブル２２を介して回路ユニット１６から受け取る電力に応じて、白色光を発生する。レンズ２０４は、光学部材の一例であり、ＬＥＤモジュール１００からの光を車両用灯具１０の外部へ照射する。これにより、光源ユニット２０は、ＬＥＤモジュール１００が発生する光に基づき、所定の配光パターンの光を、車両の前方に照射する。光源ユニット２０は、例えば、光源ユニット２０の光軸の方向を調整するためのエイミング機構によって傾動可能に、ランプボディ１４に支持される。光源ユニット２０は、車両用灯具１０を車体に取り付けた場合の光軸の方向が、例えば０．３〜０．６°程度、下向きになるように、ランプボディ１４に支持されてよい。
【００１７】
尚、複数の光源ユニット２０は、同一又は同様の配光特性を有してもよく、それぞれ異なる配光特性を有してもよい。また、他の例において、一の光源ユニット２０が、複数のＬＥＤモジュール１００を有してもよい。光源ユニット２０は、光源モジュールとして、ＬＥＤモジュール１００に代えて、例えば半導体レーザを有してもよい。
【００１８】
カバー１２及びランプボディ１４は、車両用灯具１０の灯室を形成し、この灯室内に複数の光源ユニット２０を収容する。カバー１２及びランプボディ１４は、光源ユニット２０を密閉及び防水するのが好ましい。カバー１２は、ＬＥＤモジュール１００が発生する光を透過する素材により、例えば素通し状に形成され、複数の光源ユニット２０の前方を覆うように、車両の前面に設けられる。ランプボディ１４は、複数の光源ユニット２０を挟んでカバー１２と対向して、複数の光源ユニット２０を後方から覆うように設けられる。ランプボディ１４は、車両のボディと一体に形成されてもよい。
【００１９】
回路ユニット１６は、ＬＥＤモジュール１００を点灯させる点灯回路等が形成されたモジュールである。回路ユニット１６は、ケーブル２２を介して光源ユニット２０と電気的に接続される。また、回路ユニット１６は、ケーブル２６を介して、車両用灯具１０の外部と電気的に接続される。
【００２０】
複数の放熱部材２４は、光源ユニット２０の少なくとも一部と接触して設けられたヒートシンクである。放熱部材２４は、例えば金属等の、空気よりも高い熱伝導率を有する素材により形成される。放熱部材２４は、例えばエイミング機構の支点に対して光源ユニット２０を動かす範囲で、光源ユニット２０に伴って可動であり、ランプボディ１４に対し、光源ユニット２０の光軸調整を行うのに十分な間隔を空けて設けられる。複数の放熱部材２４は、一の金属部材により、一体に形成されてよい。この場合、複数の放熱部材２４の全体から、効率よく放熱を行うことができる。
【００２１】
エクステンションリフレクタ２８は、例えば薄い金属板等により、複数の光源ユニット２０の下部から、カバー１２へ渡って形成された反射鏡である。エクステンションリフレクタ２８は、ランプボディ１４の内面の少なくとも一部を覆うように形成されることにより、ランプボディ１４の内面の形状を隠し、車両用灯具１０の見栄えを向上させる。
【００２２】
また、エクステンションリフレクタ２８の少なくとも一部は、光源ユニット２０及び／又は放熱部材２４と接触する。この場合、エクステンションリフレクタ２８は、ＬＥＤモジュール１００が発生する熱をカバー１２に伝導する熱伝導部材の機能を有する。これにより、エクステンションリフレクタ２８は、ＬＥＤモジュール１００を放熱する。また、エクステンションリフレクタ２８の一部は、カバー１２又はランプボディ１４に固定される。エクステンションリフレクタ２８は、複数の光源ユニット２０の上方、下方、及び側方を覆う枠状に形成されてもよい。
【００２３】
本例によれば、光源としてＬＥＤモジュール１００を用いることにより、光源ユニット２０を小型化することができる。また、これにより、例えば光源ユニット２０の配置の自由度が向上するため、デザイン性の高い車両用灯具１０を提供することができる。
【００２４】
図３及び図４は、ＬＥＤモジュール１００の構成の一例を示す。図３は、ＬＥＤモジュール１００のＣＣ断面図である。図４は、ＬＥＤモジュール１００の上面図である。ＬＥＤモジュール１００は、基板１１２、複数の電極１０４、キャビティ１０９，保持部１１８、封止部材１０８、発光ダイオード素子１０２、及び蛍光部１０６を有する。
【００２５】
基板１１２は、発光ダイオード素子１０２を上面に裁置して固定する板状体である。また、基板１１２は、電極１０４と発光ダイオード素子１０２とを電気的に接続する配線を含み、複数の電極１０４から受け取る電力を、発光ダイオード素子１０２に供給する。複数の電極１０４は、ＬＥＤモジュール１００の外部から受け取る電力を、基板１１２を介して、発光ダイオード素子１０２に供給する。キャビティ１０９は、基板１１２の上に、発光ダイオード素子１０２を囲むように形成された空洞であり、内部に蛍光部１０６を保持する。
【００２６】
保持部１１８は、複数の電極１０４、基板１１２、キャビティ１０９、及び封止部材１０８を保持する。また、保持部１１８の少なくとも一部は、例えば金属等の、空気よりも熱伝導率の高い素材で形成され、発光ダイオード素子１０２が発生する熱を、ＬＥＤモジュール１００の外部に伝達する。
【００２７】
発光ダイオード素子１０２は、光を発生する半導体発光素子の一例であり、電極１０４及び基板１１２を介してＬＥＤモジュール１００の外部から受け取る電力に応じて、紫外光を発生する。他の例において、発光ダイオード素子１０２は、紫外光に代えて、例えば青色光を発生してもよい。また、ＬＥＤモジュール１００は、半導体発光素子として、例えばレーザダイオード素子を有してもよい。
【００２８】
蛍光部１０６は、キャビティ１０９内に充填されることにより、発光ダイオード素子１０２の表面を覆うように設けられており、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光に応じて、赤色光、緑色光、及び青色光を発生する。これにより、ＬＥＤモジュール１００は、白色光を発生する。尚、発光ダイオード素子１０２が青色光を発生する場合、蛍光部１０６は、発光ダイオード素子１０２が発生する青色光に応じて、青色の補色である黄色の光を発生してよい。この場合、ＬＥＤモジュール１００は、発光ダイオード素子１０２及蛍光部１０６が発生する青色光及び黄色光に基づき、白色光を発生する。
【００２９】
封止部材１０８は、発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６を封止するモールドである。封止部材１０８は、蛍光部１０６を挟んで発光ダイオード素子１０２と対向するように、白色光を透過する素材で形成される。これにより、封止部材１０８は、蛍光部１０６が発生する光を透過して、ＬＥＤモジュール１００の外部に出射する。本例によれば、ＬＥＤモジュール１００は、白色光を適切に発生して、外部に照射することができる。
【００３０】
尚、他の例において、ＬＥＤモジュール１００は、複数の発光ダイオード素子１０２を有してもよい。この場合、蛍光部１０６は、例えば複数の発光ダイオード素子１０２に対して共通に、これらを覆うように設けられる。また、封止部材１０８は、複数の発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６を封止する。
【００３１】
図５は、発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６の詳細な構成の一例を、基板１１２、及びキャビティ１０９と共に示す。尚、各部の大きさの比は、説明の便宜上、実際とは異なる比を用いて図示してある。本例において、発光ダイオード素子１０２は、複数の電極４１２ａ、ｂ、サファイア基板４１０、及び半導体層４０８を有し、サファイア基板４１０と基板１１２とが半導体層４０８を挟んで対向するように、基板１１２上に、フリップチップ実装される。電極４１２ａ、ｂは、例えば半田バンプであり、半導体層４０８と基板１１２とを、電気的に接続する。
【００３２】
サファイア基板４１０は、半導体層４０８が発生する光を、封止部材１０８に向かって透過する。そして、サファイア基板４１０は、透過した光を、封止部材１０８と対向する対向面１１０から、蛍光部１０６に照射する。対向面１１０は、例えば１ｍｍ角程度の４角形状の平面である。
【００３３】
半導体層４０８は、サファイア基板４１０における、対向面１１０の裏面１１４上に結晶成長させることにより形成され、サファイア基板４１０に向かって光を発生する。本例において、半導体層４０８は、Ｎ型ＧａＮ層４０２、ＩｎＧａＮ層４０４、及びＰ型ＧａＮ層４０６を有する。Ｎ型ＧａＮ層４０２、ＩｎＧａＮ層４０４、及びＰ型ＧａＮ層４０６は、サファイア基板４１０の裏面１１４上に、順次積層して形成される。半導体層４０８は、これらの層の間に、更に別の層を有してもよい。
【００３４】
本例において、半導体層４０８は、電極４１２ａ、ｂ、及び基板１１２を介して受け取る電力に応じて、例えば波長が３６０〜３８０ｎｍ程度の紫外光を、サファイア基板４１０に向かって発生する。これにより、発光ダイオード素子１０２は、サファイア基板４１０の対向面１１０を発光面にして、紫外光を、蛍光部１０６に向かって発生する。他の例において、半導体層４０８は、サファイア基板４１０に向かって、青色光を発生してもよい。
【００３５】
蛍光部１０６は、バインダ６０４及び複数のナノ蛍光体粒子６０２を有する。本例において、蛍光部１０６は、それぞれ異なる色の光を発生する複数種類のナノ蛍光体粒子６０２を有する。バインダ６０４は、発光ダイオード素子１０２の発光面である対向面１１０を覆うように、例えばシリコーン樹脂又はフッ素樹脂等により形成される。また、バインダ６０４は、内部に、複数のナノ蛍光体粒子６０２を含む。これにより、バインダ６０４は、複数のナノ蛍光体粒子６０２を、発光ダイオード素子１０２の発光面を覆う層状に保持する。この場合、バインダ６０４内のナノ蛍光体粒子６０２は、均一な密度で分散されるのが好ましい。ナノ蛍光体粒子６０２は、例えば超音波ホモイナイザーを用いて、バインダ６０４内に分散される。尚、他の例において、ナノ蛍光体粒子６０２は、バインダ６０４に代えて、封止部材１０８の内部に設けられてもよい。また、蛍光部１０６は、単一種類のナノ蛍光体粒子６０２を有してもよい。例えば、半導体発光素子１０２が青色光を発生する場合、蛍光部１０６は、青色光に応じて黄色光を発生するナノ蛍光体粒子６０２を有してよい。
【００３６】
ナノ蛍光体粒子６０２は、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光に応じて蛍光する蛍光体の粒子である。それぞれの種類のナノ蛍光体粒子６０２は、発光イオード素子１０２からの紫外光に応じて、赤色光、緑色光、及び青色光のそれぞれを発生する。他の例において、ナノ蛍光体粒子６０２は、半導体層４０８が発生する青色光に応じて、青色の補色である黄色の光を発生してもよい。
【００３７】
また、ナノ蛍光体粒子６０２は、例えば、ＺｎＳ、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、又はＣｄＳｅのいずれかを母体とする結晶に、活性中心として、Ｍｎ２＋、Ｅｕ３＋、Ｔｂ３＋、又はＴｅのいずれかをドープすることにより形成される。それぞれのナノ蛍光体粒子６０２は、活性中心となる原子又はイオンを、例えば１０２〜１０４個程度含む。
【００３８】
ここで、ナノ蛍光体粒子６０２の半径Ｒは、ナノ蛍光体粒子６０２における励起子のボーア半径ａＢ以下であるのが好ましい。この場合、量子閉じこめ効果により、電子と正孔の波動関数の重なりが大きくなるため、ナノ蛍光体粒子６０２は、照射された紫外光を、高い効率で可視光に変換することができる。また、ナノ蛍光体粒子６０２においては、大きさに依存して、電子と正孔の波動関数の重なりが変化する。そのため、本例によれば、例えば例えばナノ蛍光体粒子６０２の大きさを変えることにより、蛍光により発生する光の寿命を制御することができる。ナノ蛍光体粒子６０２の半径Ｒは、ナノ蛍光体粒子６０２が可視光を発生する範囲であるのが好ましい。
【００３９】
また、本例において、ナノ蛍光体粒子６０２の直径は、例えば２〜１０ｎｍ程度であり、ＬＥＤモジュール１００（図３参照）が発生する光の半波長より小さい。そのため、ナノ蛍光体粒子６０２は、可視光に対して透明である。この場合、それぞれのナノ蛍光体粒子６０２が発生する可視光は、他のナノ蛍光体粒子６０２により遮られることなく、バインダ６０４を透過する。これにより、ナノ蛍光体粒子６０２が発生する光を、効率よく利用することができる。また、これにより、外部量子効率の高いＬＥＤモジュール１００を提供することができる。
【００４０】
他の例において、ナノ蛍光体粒子６０２の直径は、１０ｎｍより大きく、かつ可視光の１／４波長以下であってもよい。この場合、ナノ蛍光体粒子６０２を、低いコストで製造することができる、また、ナノ蛍光体粒子６０２の直径を可視光の１／４波長より小さくすることにより、蛍光部１０６の透明性を、十分に確保することができる。尚、可視光の波長とは、例えば、青色光の波長である。ナノ蛍光体粒子とは、例えば、直径が1μｍより小さな、蛍光体の粒子である。
【００４１】
ここで、ＬＥＤモジュール１００の外部量子効率が低いとすれば、ＬＥＤモジュール１００の発熱により、車両用灯具１０が加熱してしまう場合がある。また、車両用灯具１０は、例えば炎天下の屋外等の厳しい環境において使用される場合があり、放熱するのが困難な場合がある。そのため、ＬＥＤモジュール１００の点灯により車両用灯具１０が加熱するとすれば、車両用灯具１０を適切に点灯させることができない場合も考えられる。しかし、本例によれば、高い外部量子効率でＬＥＤモジュール１００を点灯させることにより、車両用灯具１０の加熱を防ぐことができる。また、これにより、車両用灯具１０を適切に点灯させることができる。
【００４２】
尚、外部量子効率とは、例えば、発光ダイオード素子１０２に流れる電流に対する、ＬＥＤモジュール１００の外に出てくる光子の個数を割合である。この光子の個数は、例えば、車両用灯具１０の配光形成に用いる可視光の光子の個数である。この光子の個数は、ナノ蛍光体粒子６０２が発生した光子の個数であってよい。また、ＬＥＤモジュール１００が発生する光の半波長とは、例えば、白色光に含まれる青色光の半波長である。ナノ蛍光体粒子６０２の半径及び直径とは、例えば、ナノ蛍光体粒子６０２に外接する仮想的な球の半径及び直径である。
【００４３】
また、ナノ蛍光体粒子６０２の半径Ｒが、バルク結晶における励起子のボーア半径ａＢ程度の場合、ナノ蛍光体粒子６０２の最低励起エネルギーＥ１は、下記の数１のようになる。ここで、ボーア半径ａＢは、例えば、ナノ蛍光体粒子６０２と同じ化学組成で形成された蛍光体のバルク結晶における励起子のボーア半径である。また、下記の数１において、Ｅｇは、バルク結晶におけるバンドギャップであり、ｍｅ及びｍｈは、電子及び正孔の有効質量である。
【数１】
2005197476.tif 000003
【００４４】
この場合、ナノ蛍光体粒子６０２のバンドギャップは、ナノ蛍光体粒子６０２の大きさに依存して変化する。また、半径Ｒがボーア半径ａＢ以下の場合、最低励起状態（１ｓ型）に対応する発光の光の振動数ｆＱＤは、有効質量近似により、下記の数２のようになる。ここで、ｆｂは、バルク結晶における振動子強度である。
【数２】
2005197476.tif 000004
【００４５】
この場合、ナノ蛍光体粒子６０２の大きさ変化させることにより、ナノ蛍光体粒子６０２が発生する光の波長を変化させることができる。また、この場合、上記の数１における第２項の影響が大きくなるため、ナノ蛍光体粒子６０２の大きさを変えることにより、ナノ蛍光体粒子６０２のバンドギャップを、広い範囲で変化させることができる。
【００４６】
図６は、封止部材１０８について更に詳しく説明する図である。封止部材１０８は、バインダ６０４及び発光ダイオード素子１０２を覆うように形成されることにより、バインダ６０４及び発光ダイオード素子１０２を封止している。また、本例において、封止部材１０８は、蛍光部１０６を挟んでサファイア基板４１０と対向している。サファイア基板４１０は、例えば１．７〜１．８程度の屈折率を有する。
【００４７】
そのため、封止部材１０８は、１．４５以上の屈折率を有するのが好ましい。この場合、封止部材１０８の屈折率と発光ダイオード素子１０２の屈折率との差が小さくなるため、発光ダイオード素子１０２が発生する光を効率よく取り出すことができる。本例において、封止部材１０８は、エポキシ樹脂により形成される。エポキシ樹脂とは、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ（透明エポキシ）、ビフェニルエポキシ、脂環式エポキシ等であってよい。この場合、封止部材１０８の屈折率は、１．５〜１．６程度になる。
【００４８】
ここで、エポキシ樹脂は、紫外光の照射を受けると、例えば黄変等を生じて劣化する場合がある。そのため、発光ダイオード素子１０２からの紫外光を、蛍光部１０６が透過させるとすれば、封止部材１０８に劣化が生じ、ＬＥＤモジュール１００の外部量子効率が低下することも考えられる。
【００４９】
しかし、本例において、ナノ蛍光体粒子６０２は、可視光に対して透明である。そのため、発光ダイオード素子１０２からの紫外光の全部を可視光に変換させるのに十分な厚さで、複数のナノ蛍光体粒子６０２を、層状に形成することができる。これにより、バインダ６０４に保持された複数のナノ蛍光体粒子６０２は、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光の全部を、可視光に変換する。そのため、本例によれば、紫外光により封止部材１０８が劣化するのを防ぐことができる。また、これにより、紫外光に対する耐光性を考慮することなく、封止部材１０８の素材を選択することができる。更には、本例によれば、車両用灯具１０（図１参照）における他の樹脂素材が紫外光により劣化するのを防ぐことができる。
【００５０】
更には、ナノ蛍光体粒子６０２が可視光に対して不透明だとすれば、ナノ蛍光体粒子６０２の層を厚くした場合、下層のナノ蛍光体粒子６０２が発生した可視光は、上層のナノ蛍光体粒子６０２により遮られることとなる。この場合、ナノ蛍光体粒子６０２が発生した光の一部が失われてしまうため、ＬＥＤモジュール１００の外部量子効率が低下することとなる。しかし、本例によれば、ナノ蛍光体粒子６０２が発生する光を、高い効率で利用できる。また、これにより、外部量子効率の高いＬＥＤモジュール１００を提供することができる。
【００５１】
尚、封止部材１０８は、バインダ６０４よりも小さな屈折率を有してよい。この場合、バインダ６０４の屈折率は、発光ダイオード素子１０２の屈折率よりも小さく、かつ封止部材１０８の屈折率よりも大きくなる。また、ナノ蛍光体粒子６０２は、バインダ６０４の素材よりも大きな屈折率を有するのが好ましい。ナノ蛍光体粒子６０２は、例えば２以上の屈折率を有する。この場合、バインダ６０４の屈折率は、バインダ６０４の素材の屈折率よりも大きくなる。これにより、発光ダイオード素子１０２からバインダ６０４に入射する光の臨界角が広がる。そのため、本例によれば、発光ダイオード素子１０２とバインダ６０４との界面における紫外光の反射が低減される。
【００５２】
他の例において、発光ダイオード素子１０２は、サファイア基板４１０と蛍光部１０６とが半導体層４０８（図５参照）を挟んで対向するように実装されてもよい。半導体層４０８は、例えば２．３〜２．５程度の屈折率を有する。この場合も、エポキシ樹脂等の屈折率の高い素材で封止部材１０８を形成することにより、外部量子効率の高いＬＥＤモジュール１００を提供することができる。
【００５３】
図７は、バインダ６０４に対する耐光性試験の結果を示すテーブルである。この耐光試験では、テーブルに示した５種類の材料に対して、波長３６５ｎｍの紫外光を、９．５Ｗ／ｃｍ２の照度で、１５０時間照射した。
【００５４】
その結果、ジメチルシリコーン樹脂、メチルタイプのシルセスキオキサン樹脂、及び脂環タイプのシルセスキオキサン樹脂においては、分光透過率の変化が微量であり、外観変化もない良好な結果が得られた。一方、その他の素材においては、分光透過率の変化量が大きくなった。
【００５５】
ここで、シルセスキオキサン樹脂とは、例えば、ラダー型、カゴ型等のネットワーク状のシリコーン樹脂である。シリコーン樹脂とは、例えば、ケイ素−酸素結合が繰り返す高分子鎖構造を有するポリシロキサンである。また、メチルタイプのシルセスキオキサン樹脂は、側鎖が２重結合を持たないアルキッドであるシルセスキオキサン樹脂の一例である。アルキッドとは、例えば、多価アルコールと多塩基酸との結合で得られる高分子鎖構造である。また、脂環タイプのシルセスキオキサン樹脂は、側鎖が脂環基であるシルセスキオキサン樹脂の一例である。
【００５６】
そのため、バインダ６０４は、ジメチルシリコーン樹脂、又は所定のシルセスキオキサン樹脂により形成されるのが好ましい。このシルセスキオキサン樹脂の側鎖は、２重結合を持たないアルキッド、又は脂環基であるのが好ましい。また、このシルセスキオキサン樹脂は、側鎖に、フェニル基を有さないのが好ましい。
【００５７】
ここで、車両用灯具１０においては、発光ダイオード素子１０２は、例えば５０ｌｍ／Ｗ以上の効率で発光する場合がある。この場合、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光の照度は、例えば太陽光の１〜２万倍となる場合がある。
【００５８】
そのため、バインダ６０４の素材の紫外線に対する耐光性が低いとすれば、バインダ６０４は、例えば黄変等を生じて劣化する場合がある。この場合、光束の低下や発光色の変化等が生じてしまう場合がある。しかし、本例によれば、例えばジメチルシリコーン樹脂、又は所定のシルセスキオキサン樹脂を用いることにより、耐光性の高いバインダ６０４を形成することができる。更には、例えばジメチルシリコーン樹脂は、低いコストで、簡易な工程で形成可能であり、熱安定性も良好である。そのため、本例によれば、高い性能のバインダ６０４を、低いコストで形成することができる。
【００５９】
尚、ジメチルシリコーン樹脂は、例えば１．３〜１．４程度の屈折率を有する。そのため、バインダ６０４の屈折率がジメチルシリコーン樹脂と同程度であるとすれば、バインダ６０４と発光ダイオード素子１０２の界面における臨界角が小さくなり、発光ダイオード素子１０２からバインダ６０４に入射する光束は低下する。例えば、バインダ６０４がエポキシ樹脂等と同程度の高い屈折率を有する場合と比べ、臨界角は、例えば３０°から２６°に低下する。この場合、光束は、１０〜１５％程度低下する。
【００６０】
しかし、図６を用いて説明したように、本例において、バインダ６０４は、ナノ蛍光体粒子６０２を含むことにより、バインダ６０４の素材よりも大きな屈折率を有している。そのため、本例によれば、例えば屈折率の低い素材によりバインダ６０４を形成したとしても、発光ダイオード素子１０２が発生する光を、バインダ６０４に、効率よく入射させることができる。また、これにより、バインダ６０４を、紫外線に対する耐光性が高い素材により形成することができる。そのため、本例によれば、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光を、効率よく利用することができる。また、これにより、ＬＥＤモジュール１００の発光効率を高めることができる。
【００６１】
図８は、発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６の詳細な構成の他の例を、基板１１２、及びキャビティ１０９と共に示す。尚、図８において、図５と同じ符号を付した構成は、図５における構成と同一又は同様の機能を有するため説明を省略する。
【００６２】
本例において、蛍光部１０６は、複数の金属酸化物粒子６０６を更に有する。金属酸化物粒子６０６は、１０ｎｍ以下の直径を有し、複数のナノ蛍光体粒子６０２とともにバインダ６０４に保持される。
【００６３】
ここで、金属酸化物粒子６０６は、紫外光の半波長以下の直径を有するため、紫外光に対して透明である。また、金属酸化物粒子６０６は、２以上の屈折率を有し、バインダ６０４内に均一に分散されている。そのため、本例によれば、バインダ６０４の屈折率を更に高めることができる。また、これにより、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光を、効率よく利用することができる。
【００６４】
図９は、発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６の詳細な構成の更なる他の例を、基板１１２、及びキャビティ１０９と共に示す。尚、図９において、図５と同じ符号を付した構成は、図５における構成と同一又は同様の機能を有するため説明を省略する。
【００６５】
本例において、蛍光部１０６は、複数の大径蛍光体粒子６０８を更に有する。大径蛍光体粒子６０８は、可視光の半波長より大きな直径をそれぞれ有する蛍光体の粒子である。また、バインダ６０４は、複数の保持層７０２、７０４を含む。
【００６６】
保持層７０２は、発光ダイオード素子１０２の発光面である対向面１１０を覆うように形成される。また、保持層７０２は、内部に複数の大径蛍光体粒子６０８を含む。これにより、保持層７０２は、対向面１１０の上に複数の大径蛍光体粒子６０８を保持する。保持層７０４は、保持層７０２を挟んで対向面１１０と対向するように形成される。また、保持層７０４は、内部に複数のナノ蛍光体粒子６０２を含む。これにより、保持層７０４は、保持層７０２の上に複数のナノ蛍光体粒子６０２を保持する。
【００６７】
そして、保持層７０２に保持された複数の大径蛍光体粒子６０８は、発光ダイオード素子１０２が発生する紫外光の一部を、可視光に変換する。これにより、保持層７０２は、発光ダイオード素子１０２からの紫外光の一部と、複数の大径蛍光体粒子６０８する可視光とを、保持層７０４へ透過する。
【００６８】
また、保持層７０４に保持された複数のナノ蛍光体粒子６０２は、保持層７０２から入射した紫外光の全部を可視光に変換する。これにより、保持層７０４は、複数の大径蛍光体粒子６０８が発生する可視光と、複数のナノ蛍光体粒子６０２が発生する可視光とを、バインダ６０４の外部へ透過する。
【００６９】
ここで、本例において、ナノ蛍光体粒子６０２は、例えば、光の三原色における一部の色の光を発生する。また、大径蛍光体粒子６０８は、光の三原色におけるその他の光を発生する。大径蛍光体粒子６０８は、ナノ蛍光体粒子６０２が発生する可視光と異なる波長の可視光を、紫外光に応じて発生するのが好ましい。本例によれば、一部の色を大径蛍光体粒子６０８に発生させ、その他の色をナノ蛍光体粒子６０２に発生させることができる。これにより、例えばコストや安定性等に応じて、ナノ蛍光体粒子６０２と大径蛍光体粒子６０８とを使い分けることができる。
【００７０】
また、本例においても、保持層７０４中のナノ蛍光体粒子６０２は、保持層７０２を介して発光ダイオード素子１０２から入射する紫外光の全部を、可視光に変換する。そのため、本例においても、紫外光により封止部材１０８（図３参照）が劣化するのを防ぐことができる。
【００７１】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】車両用灯具１０の斜視図である。
【図２】車両用灯具１０の水平断面図である。
【図３】ＬＥＤモジュール１００のＣＣ断面図である。
【図４】ＬＥＤモジュール１００の上面図である。
【図５】発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６の詳細な構成の一例を示す図である。
【図６】封止部材１０８について更に詳しく説明する図である。
【図７】バインダ６０４に対する耐光性試験の結果を示すテーブルである。
【図８】発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６の詳細な構成の他の例を示す図である。
【図９】発光ダイオード素子１０２及び蛍光部１０６の詳細な構成の更なる他の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０・・・車両用灯具、１２・・・カバー、１４・・・ランプボディ、１６・・・回路ユニット、２０・・・光源ユニット、２２・・・ケーブル、２４・・・放熱部材、２６・・・ケーブル、２８・・・エクステンションリフレクタ、１００・・・ＬＥＤモジュール、１０２・・・発光ダイオード素子、１０４・・・電極、１０６・・・蛍光部、１０８・・・封止部材、１０９・・・キャビティ、１１２・・・基板、１１８・・・保持部、４０２・・・Ｎ型ＧａＮ層、４０４・・・ＩｎＧａＮ層、４０６・・・Ｐ型ＧａＮ層、４０８・・・半導体層、４１０・・・サファイア基板、４１２・・・電極、６０２・・・ナノ蛍光体粒子、６０４・・・バインダ、６０６・・・金属酸化物粒子、６０８・・・大径蛍光体粒子、７０２・・・保持層、７０４・・・保持層
【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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