(57)【要約】【課題】安全性及び発光効率を向上させる。【解決手段】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８０であって、半導体レーザーは、少なくとも青紫色レーザー８４と青色レーザー８５との２種類を含み、蛍光体は、少なくとも青色蛍光体８８と黄色蛍光体９０とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
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。
【請求項２】
前記青色蛍光体は、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ，及び（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ［但し、０＜ｘ＜１］のいずれかである請求項１に記載の光源。
【請求項３】
前記黄色蛍光体は、ガーネット構造を有する蛍光体である請求項１又は２に記載の光源。
【請求項４】
前記ガーネット構造を有する蛍光体は、透光性を有するセラミック焼結体である請求項３に記載の光源。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか１項に記載の光源を具備する車両用ヘッドランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１５００４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【発明の効果】
【０００７】
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。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施の形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図２】第２の実施の形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図３】第３の実施の形態に係る光源の概略構成を示す構成図である。
【図４】第４の実施の形態に係る車両用ヘッドランプの概略構成を示す構成図である。
【図５】第５の実施の形態に係る車両の概略構成を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
（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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
（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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
（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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
（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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
（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。
【００３８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
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
【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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