JP4880329B2 - Vehicle lighting - Google Patents
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Description
本発明は、車両用灯具に関するものである。 The present invention relates to a vehicular lamp.
近年、白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた灯具が盛んに開発されている。白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤに黄色蛍光体を組み合わせること等により実現される。例えば、特許文献１に開示された発光ダイオードは、いわゆる砲弾型の白色ＬＥＤであって、ＧａＮ系化合物半導体からなり青色光を発光するＬＥＤチップと、ＹＡＧ蛍光体を含有する透明樹脂とを備えている。ＹＡＧ蛍光体は、ＬＥＤチップからの青色光によって励起され、黄色の蛍光を発光する。 In recent years, lamps using white light emitting diodes (LEDs) have been actively developed. The white LED is realized by combining a yellow phosphor with a blue LED. For example, the light-emitting diode disclosed in Patent Document 1 is a so-called bullet-type white LED, which includes an LED chip made of a GaN compound semiconductor and emitting blue light, and a transparent resin containing a YAG phosphor. Yes. The YAG phosphor is excited by blue light from the LED chip and emits yellow fluorescence.
自動車などの車両の灯具（例：ヘッドランプ）に白色ＬＥＤを応用しようとすると、次の課題が生じる。すなわち、車両用の灯具は、遠方視認性を確保するために、極めて高い遠方照度を有することが望ましい。従って、車両用の灯具に用いられる光源は、一般的な照明用灯具の光源と比較して格段に高輝度であることが求められる。しかしながら、従来の白色ＬＥＤは、輝度が小さく、車両用灯具に応用しても十分な遠方視認性を確保することが困難であった。 When a white LED is applied to a lamp (e.g., a headlamp) of a vehicle such as an automobile, the following problem occurs. In other words, it is desirable that the vehicular lamp has a very high far-intensity in order to ensure far visibility. Therefore, a light source used for a vehicular lamp is required to have a much higher luminance than a light source of a general lighting lamp. However, the conventional white LED has a low luminance, and it has been difficult to ensure sufficient distance visibility even when applied to a vehicular lamp.
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、発光ダイオードを光源とする車両用灯具において、光源の輝度をより高めることを目的とする。 This invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at raising the brightness | luminance of a light source more in the vehicle lamp which uses a light emitting diode as a light source.
上記課題を解決するため、本発明に係る車両用灯具は、青色光を生成する半導体層を有し、半導体層の厚さ方向と交差する矩形の光出射面を有する発光ダイオードチップと、青色光により励起されて発光する蛍光物質を含有し、発光ダイオードチップの光出射面上及び側面上に設けられた蛍光層とを備え、蛍光層の厚さが、光出射面上においてｄ／１０（ｄは光出射面の辺の長さ）以下であり、且つ、側面上においてもｄ／１０以下であることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a vehicular lamp according to the present invention includes a light emitting diode chip having a semiconductor layer that generates blue light, a rectangular light emitting surface that intersects the thickness direction of the semiconductor layer, and blue light. And a fluorescent layer provided on the light emitting surface and the side surface of the light emitting diode chip, and the thickness of the fluorescent layer is d / 10 (d Is less than or equal to the length of the side of the light exit surface), and d / 10 or less on the side surface.
光源の輝度は、単位発光面積から出射される光束に比例する。したがって、光源から一定量の光束が出射されるとすると、その輝度は発光面積に反比例する。そして、蛍光層に覆われた発光ダイオードチップにおいては、蛍光層の表面積が発光面積となる。従って、輝度を高めるためには、蛍光層の表面積を小さくすることが好ましい。 The luminance of the light source is proportional to the luminous flux emitted from the unit light emitting area. Therefore, if a certain amount of light is emitted from the light source, the luminance is inversely proportional to the light emitting area. And in the light emitting diode chip covered with the fluorescent layer, the surface area of the fluorescent layer becomes the light emitting area. Therefore, in order to increase the luminance, it is preferable to reduce the surface area of the fluorescent layer.
上記の車両用灯具において、発光ダイオードチップで生成された青色光は、実装面を除く他の面（光出射面及び側面）から出射される。また、蛍光層の厚さが均一でないと出射光の色度がばらつくので、蛍光層の厚さは光出射面上及び側面上に亘って均一であることが好ましい。このような場合、蛍光層の表面積は、発光ダイオードチップの光出射面上における蛍光層の厚さ、及び発光ダイオードチップの側面上における蛍光層の厚さに応じて定まる。本発明者は、これらのことに鑑み、光出射面上における蛍光層の厚さをｄ／１０以下とし、且つ、側面上においても蛍光層の厚さをｄ／１０以下とすることにより、蛍光層の表面積（発光面積）を効果的に小さくでき、従来のＬＥＤを用いた車両用灯具と比較してより高い輝度が得られることを見出した。 In the vehicle lamp described above, the blue light generated by the light emitting diode chip is emitted from other surfaces (light emission surface and side surfaces) excluding the mounting surface. In addition, since the chromaticity of the emitted light varies if the thickness of the fluorescent layer is not uniform, the thickness of the fluorescent layer is preferably uniform over the light emitting surface and the side surface. In such a case, the surface area of the fluorescent layer is determined according to the thickness of the fluorescent layer on the light emitting surface of the light emitting diode chip and the thickness of the fluorescent layer on the side surface of the light emitting diode chip. In view of these matters, the present inventor has made the fluorescent layer thickness d / 10 or less on the light emitting surface and the fluorescent layer thickness d / 10 or less also on the side surface. It has been found that the surface area (light emitting area) of the layer can be effectively reduced, and higher brightness can be obtained as compared with a vehicular lamp using conventional LEDs.
すなわち、上記の車両用灯具によれば、発光ダイオードを光源とする車両用灯具において、光源の輝度をより高め、遠方視認性を確保できる。 That is, according to the vehicle lamp described above, in the vehicle lamp using a light emitting diode as a light source, it is possible to further increase the luminance of the light source and ensure far visibility.
また、車両用灯具は、光出射面の辺の長さｄが１５０μｍ以上であり、蛍光層の厚さが、光出射面上において１５μｍ以上であり、且つ、側面上においても１５μｍ以上であることを特徴としてもよい。より高い輝度を得るためには、蛍光層の厚さをより薄くすることが好ましい。しかし、車両用灯具からの出射光の色合いには、運転時の視認性を高めるために、一般の照明光とは違い厳格な色度範囲が求められる。蛍光層を透過する青色光の強度に対して蛍光層から取り出される蛍光の強度が過小であると、青色光及び蛍光の合成光である出射光の色度をこの厳格な色度範囲内に収めることが困難となる。本発明者は、蛍光層が蛍光物質からなる場合、蛍光層の厚さが光出射面上及び側面上の双方において１５μｍ以上あれば、蛍光層から取り出される蛍光の強度が十分に大きくなり、車両用灯具として望ましい色度範囲内に出射光の色度を収め得ることを見出した。すなわち、この車両用灯具によれば、車両用灯具として好適な色度の出射光を得ることができる。 Further, in the vehicle lamp, the side length d of the light emitting surface is 150 μm or more, the thickness of the fluorescent layer is 15 μm or more on the light emitting surface, and 15 μm or more on the side surface. May be a feature. In order to obtain higher luminance, it is preferable to make the fluorescent layer thinner. However, in order to improve the visibility during driving, a strict chromaticity range is required for the color of the emitted light from the vehicular lamp unlike ordinary illumination light. If the intensity of the fluorescence extracted from the fluorescent layer is too small relative to the intensity of the blue light transmitted through the fluorescent layer, the chromaticity of the emitted light that is the combined light of the blue light and the fluorescence falls within this strict chromaticity range. It becomes difficult. When the fluorescent layer is made of a fluorescent material and the thickness of the fluorescent layer is 15 μm or more on both the light emitting surface and the side surface, the inventor of the present invention can sufficiently increase the intensity of fluorescence extracted from the fluorescent layer. It has been found that the chromaticity of the emitted light can be kept within the chromaticity range desirable for a lamp. That is, according to this vehicular lamp, emitted light having a chromaticity suitable as a vehicular lamp can be obtained.
また、車両用灯具は、蛍光層が、蛍光物質を保持するためのバインダを更に有し、蛍光層における蛍光物質の体積占有率ｖが、光出射面上においてｖ≧１５／ｔ１（ｔ１［μｍ］は光出射面上における蛍光層の厚さ）を満たし、且つ、側面上においてもｖ≧１５／ｔ２（ｔ２［μｍ］は側面上における蛍光層の厚さ）を満たすことを特徴としてもよい。 Further, in the vehicular lamp, the fluorescent layer further includes a binder for holding the fluorescent material, and the volume occupancy v of the fluorescent material in the fluorescent layer is v ≧ 15 / t 1 (t 1 on the light emission surface). [Μm] satisfies the thickness of the fluorescent layer on the light emission surface) and also satisfies v ≧ 15 / t 2 (t 2 [μm] is the thickness of the fluorescent layer on the side surface) on the side surface. It may be a feature.
上述したように、蛍光層が蛍光物質からなる場合には、蛍光層の厚さが光出射面上及び側面上の双方において１５μｍ以上あれば、蛍光層を透過する青色光の強度に対して蛍光層から取り出される蛍光の強度を十分に大きくでき、出射光の色度を車両用灯具として望ましい色度範囲内に好適に収め得る。しかし、蛍光物質をバインダによって固定する場合、蛍光層から取り出される蛍光の強度は、蛍光層の厚さだけでなく蛍光物質の密度（体積占有率ｖ）にも依存する。すなわち、蛍光層から取り出される蛍光の強度は、単位発光面積当たりの蛍光物質の量（体積占有率×蛍光層の厚さ）によって定まる。上述したように、体積占有率ｖが１（すなわち１００％）である場合に蛍光層の厚さｔ１及びｔ２が１５μｍ以上（すなわち、ｖ×ｔ１≧１５，ｖ×ｔ２≧１５）であればよいので、蛍光層における蛍光物質の体積占有率ｖが光出射面上においてｖ≧１５／ｔ１を満たし、且つ側面上においてｖ≧１５／ｔ２を満たせば、車両用灯具として好適な色度の出射光を得ることができる。 As described above, when the fluorescent layer is made of a fluorescent substance, if the fluorescent layer has a thickness of 15 μm or more on both the light emitting surface and the side surface, the fluorescent layer is fluorescent with respect to the intensity of blue light transmitted through the fluorescent layer. The intensity of the fluorescence extracted from the layer can be sufficiently increased, and the chromaticity of the emitted light can be suitably kept within the chromaticity range desirable for a vehicle lamp. However, when the fluorescent material is fixed by a binder, the intensity of the fluorescence extracted from the fluorescent layer depends not only on the thickness of the fluorescent layer but also on the density (volume occupation ratio v) of the fluorescent material. That is, the intensity of the fluorescence extracted from the fluorescent layer is determined by the amount of fluorescent substance per unit light emitting area (volume occupation ratio × thickness of the fluorescent layer). As described above, when the volume occupation ratio v is 1 (that is, 100%), the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer are 15 μm or more (that is, v × t 1 ≧ 15, v × t 2 ≧ 15). Therefore, if the volume occupancy v of the fluorescent material in the fluorescent layer satisfies v ≧ 15 / t 1 on the light emission surface and satisfies v ≧ 15 / t 2 on the side surface, it is suitable as a vehicle lamp. It is possible to obtain outgoing light with a proper chromaticity.
また、車両用灯具は、蛍光層が、蛍光物質を保持するためのバインダを更に有し、蛍光層における蛍光物質の体積占有率ｖが、光出射面上においてｖ≦ｘ１（ｘ１：２３／ｔ１及び１のうちいずれか小さい方、ｔ１［μｍ］は光出射面上における蛍光層の厚さ）を満たし、且つ、側面上においてもｖ≦ｘ２（ｘ２：２３／ｔ２及び１のうちいずれか小さい方、ｔ２［μｍ］は側面上における蛍光層の厚さ）を満たすことを特徴としてもよい。 In the vehicular lamp, the fluorescent layer further includes a binder for holding the fluorescent substance, and the volume occupancy v of the fluorescent substance in the fluorescent layer is v ≦ x 1 (x 1 : 23 on the light emission surface). / T 1 and 1 whichever is smaller, t 1 [μm] satisfies the thickness of the fluorescent layer on the light exit surface, and v ≦ x 2 (x 2 : 23 / t 2 on the side surface). And t 2 [μm], whichever is smaller, and the thickness of the fluorescent layer on the side surface) may be satisfied.
車両用灯具においては、蛍光層から取り出される蛍光の強度が、蛍光層を透過する青色光の強度に対して過大であっても、出射光の色度を上記色度範囲に収めることが困難となる。本発明者は、蛍光層が蛍光物質からなる場合において、蛍光層の厚さが光出射面上及び側面上の双方において２３μｍ以下であれば、車両用灯具にとって望ましい色度範囲内に出射光の色度を収め得ることを見出した。また、上述したように、蛍光物質をバインダによって固定する場合、蛍光層から取り出される蛍光の強度は、単位発光面積当たりの蛍光物質の量（体積占有率×蛍光層の厚さ）によって定まる。体積占有率ｖが１（すなわち１００％）である場合に蛍光層の厚さｔ１及びｔ２が２３μｍ以下（すなわち、ｖ×ｔ１≦２３，ｖ×ｔ２≦２３）であればよいので、蛍光層における蛍光物質の体積占有率ｖが光出射面上においてｖ≦２３／ｔ１を満たし、且つ側面上においてもｖ≦２３／ｔ２を満たせば、車両用灯具として好適な色度の出射光を得ることができる。なお、２３／ｔ１，２３／ｔ２が１を超える場合（すなわち、蛍光層の厚さｔ１，ｔ２が２３μｍ以下の場合）には、体積占有率ｖが１（１００％）であっても蛍光層から取り出される蛍光の強度が過大とはならず、好適な色度の出射光を得ることができる。 In a vehicular lamp, it is difficult to keep the chromaticity of emitted light within the above chromaticity range even if the intensity of fluorescence extracted from the fluorescent layer is excessive with respect to the intensity of blue light transmitted through the fluorescent layer. Become. When the fluorescent layer is made of a fluorescent material and the thickness of the fluorescent layer is 23 μm or less on both the light emitting surface and the side surface, the present inventor believes that the emitted light is within the chromaticity range desirable for the vehicle lamp. It was found that chromaticity could be accommodated. As described above, when the fluorescent material is fixed by the binder, the intensity of the fluorescence extracted from the fluorescent layer is determined by the amount of the fluorescent material per unit light emitting area (volume occupancy × thickness of the fluorescent layer). When the volume occupancy v is 1 (ie, 100%), the thickness t 1 and t 2 of the fluorescent layer may be 23 μm or less (ie, v × t 1 ≦ 23, v × t 2 ≦ 23). If the volume occupancy v of the fluorescent material in the fluorescent layer satisfies v ≦ 23 / t 1 on the light emitting surface and also satisfies v ≦ 23 / t 2 on the side surface, the chromaticity is suitable for a vehicle lamp. Output light can be obtained. When 23 / t 1 and 23 / t 2 exceed 1 (that is, when the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer are 23 μm or less), the volume occupation ratio v is 1 (100%). However, the intensity of the fluorescence extracted from the fluorescent layer does not become excessive, and outgoing light with a suitable chromaticity can be obtained.
また、車両用灯具は、青色光のピーク波長が４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長域に含まれるとともに、蛍光物質が発する光のピーク波長が５１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域に含まれることが好ましい。 Moreover, it is preferable that the vehicle lamp is included in a wavelength range where the peak wavelength of blue light is 420 nm or more and 490 nm or less and a peak wavelength of light emitted from the fluorescent material is 510 nm or more and 600 nm or less.
また、車両用灯具は、光出射面上における蛍光層の厚さと、側面上における蛍光層の厚さとが略等しいことを特徴としてもよい。これにより、出射光の色度のばらつき（色むら）を抑え、均質な白色光を生成できる。ここで、厚さが略等しいとは、例えば光出射面上における蛍光層の平均厚さと側面上における蛍光層の平均厚さとの差が８／ｖμｍ以下（ｖ：蛍光物質の体積占有率）であるような場合をいう。 The vehicular lamp may be characterized in that the thickness of the fluorescent layer on the light emitting surface is substantially equal to the thickness of the fluorescent layer on the side surface. Thereby, variation in chromaticity (color unevenness) of emitted light can be suppressed, and uniform white light can be generated. Here, the substantially equal thickness means that, for example, the difference between the average thickness of the fluorescent layer on the light emitting surface and the average thickness of the fluorescent layer on the side surface is 8 / v μm or less (v: volume occupancy of the fluorescent material). This is the case.
本発明によれば、発光ダイオードを光源とする車両用灯具において、光源の輝度をより高めることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the brightness | luminance of a light source can be raised more in the vehicle lamp which uses a light emitting diode as a light source.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る車両用灯具の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, a preferred embodiment of a vehicular lamp according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図１は、本発明による車両用灯具の一実施形態として、車両用前照灯の構成を示す水平断面図である。本実施形態の車両用前照灯１は、例えば自動車等に用いられるヘッドランプであり、車両の前方へ可視光を照射する。図１を参照すると、車両用前照灯１は、複数の光源ユニット２、カバー２１、基部２２、回路ユニット２３、及び複数の配線２４を備える。 FIG. 1 is a horizontal sectional view showing a configuration of a vehicle headlamp as an embodiment of a vehicle lamp according to the present invention. A vehicle headlamp 1 according to the present embodiment is a headlamp used in, for example, an automobile, and irradiates visible light forward of the vehicle. Referring to FIG. 1, the vehicle headlamp 1 includes a plurality of light source units 2, a cover 21, a base portion 22, a circuit unit 23, and a plurality of wirings 24.
複数の光源ユニット２のそれぞれは、光源部１０、配線基板２０、及びレンズ２５を有する。光源部１０は、発光ダイオードチップを含んで構成されており、配線基板２０上に実装されている。光源部１０は、各光源ユニット２に接続された配線２４を介して回路ユニット２３から受け取る電力に応じて、可視光を出射する。また、レンズ２５は、光源部１０が出射する可視光を車両用前照灯１の外部へ照射する。光源ユニット２は、図示しない機構によって基部２２に支持されており、光源ユニット２の光軸を調整するための機構によって傾動可能となっている。なお、本実施形態では各光源ユニット２に対し一つの光源部１０を配しているが、各光源ユニット２は複数の光源部１０を有してもよい。 Each of the plurality of light source units 2 includes a light source unit 10, a wiring board 20, and a lens 25. The light source unit 10 includes a light emitting diode chip and is mounted on the wiring board 20. The light source unit 10 emits visible light according to the power received from the circuit unit 23 via the wiring 24 connected to each light source unit 2. The lens 25 irradiates the visible light emitted from the light source unit 10 to the outside of the vehicle headlamp 1. The light source unit 2 is supported on the base 22 by a mechanism (not shown) and can be tilted by a mechanism for adjusting the optical axis of the light source unit 2. In the present embodiment, one light source unit 10 is arranged for each light source unit 2, but each light source unit 2 may have a plurality of light source units 10.
カバー２１および基部２２は、複数の光源ユニット２を収容するための容器を構成する。カバー２１および基部２２は、光源ユニット２を収容するための空間を密閉し、防水することが好ましい。カバー２１は、光源部１０から出射される可視光を透過する素材によって構成され、複数の光源ユニット２の前方を覆っている。基部２２は、カバー２１との間に複数の光源ユニット２を挟むように配置され、複数の光源ユニット２を後方から覆っている。なお、基部２２は、車両のボディと一体に形成されてもよい。 The cover 21 and the base 22 constitute a container for housing the plurality of light source units 2. The cover 21 and the base 22 preferably seal and waterproof a space for housing the light source unit 2. The cover 21 is made of a material that transmits visible light emitted from the light source unit 10 and covers the front of the plurality of light source units 2. The base 22 is disposed so as to sandwich the plurality of light source units 2 between the cover 21 and covers the plurality of light source units 2 from the rear. Note that the base 22 may be formed integrally with the body of the vehicle.
回路ユニット２３は、光源部１０を点灯させる点灯回路等を含む。回路ユニット２３は、配線２４を介して複数の光源ユニット２と電気的に接続される。また、回路ユニット２３は、図示しない配線を介して車両用前照灯１の外部回路と電気的に接続される。 The circuit unit 23 includes a lighting circuit for lighting the light source unit 10. The circuit unit 23 is electrically connected to the plurality of light source units 2 via the wiring 24. Further, the circuit unit 23 is electrically connected to an external circuit of the vehicle headlamp 1 via a wiring (not shown).
また、車両用前照灯１は、図示しない放熱部材（ヒートシンク）及び反射鏡（リフレクタ）を更に備えてもよい。放熱部材は、例えば金属といった高い熱伝導率を有する素材によって形成され、光源ユニット２の少なくとも一部と接触して設けられる。また、反射鏡は、例えば薄い金属板等によって光源ユニット２の光軸を囲むように形成され、複数の光源ユニット２とカバー２１とに亘って設けられる。 The vehicle headlamp 1 may further include a heat radiating member (heat sink) and a reflecting mirror (reflector) not shown. The heat radiating member is formed of a material having high thermal conductivity such as metal, and is provided in contact with at least a part of the light source unit 2. The reflecting mirror is formed so as to surround the optical axis of the light source unit 2 by, for example, a thin metal plate or the like, and is provided across the plurality of light source units 2 and the cover 21.
図２及び図３は、光源部１０の構成の一例を示す図である。図２は、光源ユニット２の光軸方向から見た光源部１０の平面図である。また、図３は、図２に示す光源部１０のＩ−Ｉ線に沿った側面断面図である。光源部１０は、発光ダイオードチップ３及び蛍光層４を有する。 2 and 3 are diagrams illustrating an example of the configuration of the light source unit 10. FIG. 2 is a plan view of the light source unit 10 viewed from the optical axis direction of the light source unit 2. FIG. 3 is a side cross-sectional view taken along the line II of the light source unit 10 shown in FIG. The light source unit 10 includes a light emitting diode chip 3 and a fluorescent layer 4.
発光ダイオードチップ３は、例えば窒化ガリウム系半導体からなる半導体層３０をサファイア基板３１上に成長させた構成を備える半導体素子であり、例えば４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下といった波長域にピーク波長を有する青色光を半導体層３０において生成する。また、発光ダイオードチップ３は、半導体層３０の厚さ方向と交差する光出射面３ａ（サファイア基板３１の裏面に相当）、及び光出射面３ａの縁に沿った側面３ｂを有する。半導体層３０において生成された青色光は、光出射面３ａ及び側面３ｂから発光ダイオードチップ３の外部へ出射される。なお、本実施形態の光出射面３ａは、図３に示すように矩形状（正方形状、長方形状など）に形成されている。光出射面３ａの一辺の長さ（長方形状の場合は短辺の長さ）ｄは、例えば３００μｍ〜１５００μｍといった値である。 The light-emitting diode chip 3 is a semiconductor element having a configuration in which a semiconductor layer 30 made of, for example, a gallium nitride semiconductor is grown on a sapphire substrate 31, and for example, blue light having a peak wavelength in a wavelength region of 420 nm or more and 490 nm or less is semiconductor Produced in layer 30. The light emitting diode chip 3 has a light emitting surface 3a (corresponding to the back surface of the sapphire substrate 31) intersecting the thickness direction of the semiconductor layer 30, and a side surface 3b along the edge of the light emitting surface 3a. Blue light generated in the semiconductor layer 30 is emitted to the outside of the light emitting diode chip 3 from the light emitting surface 3a and the side surface 3b. In addition, the light emission surface 3a of this embodiment is formed in the rectangular shape (square shape, rectangular shape, etc.) as shown in FIG. The length of one side of the light exit surface 3a (the length of the short side in the case of a rectangular shape) d is a value of 300 μm to 1500 μm, for example.
半導体層３０は、サファイア基板３１の主面３１ａ上にエピタキシャル成長により形成されている。本実施形態の半導体層３０は、第１のクラッド層として機能するｎ型ＧａＮ層３２、第２のクラッド層として機能するｐ型ＧａＮ層３４、及びｎ型ＧａＮ層３２とｐ型ＧａＮ層３４との間に挟まれた活性層３３が、サファイア基板３１の主面３１ａ上に積層されて成る。なお、半導体層３０は、ｎ型ＧａＮ層３２、活性層３３、及びｐ型ＧａＮ層３４の他、更に別の層（例えば、サファイア基板３１とｎ型ＧａＮ層３２との間のバッファ層など）を有してもよい。 The semiconductor layer 30 is formed on the main surface 31a of the sapphire substrate 31 by epitaxial growth. The semiconductor layer 30 of this embodiment includes an n-type GaN layer 32 that functions as a first cladding layer, a p-type GaN layer 34 that functions as a second cladding layer, and an n-type GaN layer 32 and a p-type GaN layer 34. An active layer 33 sandwiched between the layers is laminated on the main surface 31 a of the sapphire substrate 31. The semiconductor layer 30 may be another layer (for example, a buffer layer between the sapphire substrate 31 and the n-type GaN layer 32) in addition to the n-type GaN layer 32, the active layer 33, and the p-type GaN layer 34. You may have.
発光ダイオードチップ３は、半導体層３０へ電力を供給するためのアノード電極３５及びカソード電極３６を更に有する。アノード電極３５は、ｐ型ＧａＮ層３４とのオーミック接合によりｐ型ＧａＮ層３４と電気的に接続されている。また、カソード電極３６は、ｎ型ＧａＮ層３２の露出表面とのオーミック接合によりｎ型ＧａＮ層３２と電気的に接続されている。発光ダイオードチップ３は、アノード電極３５及びカソード電極３６が配線基板２０上の配線パターンにはんだ等を用いて接合されることにより、配線基板２０上に実装される。 The light emitting diode chip 3 further includes an anode electrode 35 and a cathode electrode 36 for supplying power to the semiconductor layer 30. The anode electrode 35 is electrically connected to the p-type GaN layer 34 through an ohmic junction with the p-type GaN layer 34. The cathode electrode 36 is electrically connected to the n-type GaN layer 32 through an ohmic junction with the exposed surface of the n-type GaN layer 32. The light emitting diode chip 3 is mounted on the wiring board 20 by bonding the anode electrode 35 and the cathode electrode 36 to the wiring pattern on the wiring board 20 using solder or the like.
アノード電極３５とカソード電極３６との間に電圧が印加されると、アノード電極３５とカソード電極３６との間に電界が発生する。そして、ｎ型ＧａＮ層３２及びｐ型ＧａＮ層３４において発生したキャリアが活性層３３に集中する。これにより、活性層３３において青色光が発生する。活性層３３において発生した青色光は、光出射面３ａ及び側面３ｂから発光ダイオードチップ３の外部へ出射される。 When a voltage is applied between the anode electrode 35 and the cathode electrode 36, an electric field is generated between the anode electrode 35 and the cathode electrode 36. Then, carriers generated in the n-type GaN layer 32 and the p-type GaN layer 34 concentrate on the active layer 33. Thereby, blue light is generated in the active layer 33. Blue light generated in the active layer 33 is emitted to the outside of the light emitting diode chip 3 from the light emitting surface 3a and the side surface 3b.
蛍光層４は、蛍光物質４１を含有する層であり、発光ダイオードチップ３の光出射面３ａ上及び側面３ｂ上に亘って設けられている。蛍光物質４１は、発光ダイオードチップ３からの青色光により励起され、青色の補色である黄色の蛍光を発する。従って、蛍光層４の表面から出射される光は、蛍光層４を透過した青色光、及び蛍光物質４１から発光された黄色の蛍光に基づく白色光となる。蛍光物質４１から発光される蛍光は、例えば５１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下といった波長域にピーク波長を有することが好ましい。このような蛍光物質４１としては、例えばセリウム付活のガーネット構造のもの（ＹＡＧ：Ｃｅなど）が挙げられる。蛍光物質４１は、蛍光層４の内部において、例えば直径５μｍ程度の粒子状となって分散している。なお、蛍光物質４１は、蛍光層４の内部において略均一な密度で分散していることが好ましい。 The fluorescent layer 4 is a layer containing a fluorescent material 41 and is provided over the light emitting surface 3 a and the side surface 3 b of the light emitting diode chip 3. The fluorescent material 41 is excited by the blue light from the light emitting diode chip 3 and emits yellow fluorescence that is a complementary color of blue. Therefore, the light emitted from the surface of the fluorescent layer 4 becomes white light based on the blue light transmitted through the fluorescent layer 4 and the yellow fluorescent light emitted from the fluorescent material 41. The fluorescence emitted from the fluorescent material 41 preferably has a peak wavelength in a wavelength range of, for example, 510 nm to 600 nm. Examples of such a fluorescent material 41 include a cerium-activated garnet structure (YAG: Ce, etc.). The fluorescent material 41 is dispersed in the form of particles having a diameter of, for example, about 5 μm inside the fluorescent layer 4. The fluorescent material 41 is preferably dispersed at a substantially uniform density inside the fluorescent layer 4.
また、蛍光層４は、蛍光物質４１を保持するためのバインダ４２を有する。バインダ４２は、発光ダイオードチップ３の光出射面３ａ及び側面３ｂを覆うように形成される。また、バインダ４２は、発光ダイオードチップ３からの青色光及び蛍光物質４１からの蛍光に対して透明な素材からなることが好ましく、例えばシリコーン樹脂またはフッ素樹脂等により形成される。バインダ４２は、蛍光物質４１を内部に混合した状態で硬化されている。 The fluorescent layer 4 has a binder 42 for holding the fluorescent material 41. The binder 42 is formed so as to cover the light emitting surface 3 a and the side surface 3 b of the light emitting diode chip 3. The binder 42 is preferably made of a material transparent to the blue light from the light emitting diode chip 3 and the fluorescence from the fluorescent material 41, and is formed of, for example, a silicone resin or a fluorine resin. The binder 42 is cured with the fluorescent material 41 mixed therein.
また、白色光の色度を均一にするために、光出射面３ａ上における蛍光層４の厚さｔ１は、巨視的には、該光出射面３ａ上に亘って略均一であることが望ましい。同様に、側面３ｂ上における蛍光層４の厚さｔ２もまた、巨視的には、該側面３ｂ上に亘って略均一であることが望ましい。但し、微視的には、蛍光層４の界面における光の反射を低減するために、蛍光層４の表面に微細な凹凸形状が形成されていることが好ましい。この凹凸形状の具体的な大きさは、例えば次のようにして決定される。すなわち、青色光の反射を回避し得る（青色光からみて平坦ではない）凹凸形状の大きさは、該青色光の１／４波長以上の０．１μｍ以上である。また、蛍光物質４１の密度の均一性を確保するためには、蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２が、蛍光物質４１（特にＹＡＧ蛍光体）の最適粒径である６μｍの１／２以下であることが好ましい。従って、蛍光層４の表面における凹凸形状の大きさは、０．１μｍ〜３μｍであることが好ましい。 In order to make the chromaticity of white light uniform, the thickness t 1 of the fluorescent layer 4 on the light emitting surface 3a is macroscopically substantially uniform over the light emitting surface 3a. desirable. Similarly, the thickness t 2 of the fluorescent layer 4 on the side 3b also macroscopically, desirably is substantially uniform over on the side surface 3b. However, microscopically, in order to reduce reflection of light at the interface of the fluorescent layer 4, it is preferable that a fine uneven shape is formed on the surface of the fluorescent layer 4. The specific size of the uneven shape is determined as follows, for example. That is, the size of the concavo-convex shape that can avoid reflection of blue light (not flat when viewed from blue light) is 0.1 μm or more, which is a quarter wavelength or more of the blue light. Further, in order to ensure the uniformity of the density of the fluorescent material 41, the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 are ½ of 6 μm which is the optimum particle diameter of the fluorescent material 41 (particularly the YAG phosphor). The following is preferable. Therefore, the size of the uneven shape on the surface of the fluorescent layer 4 is preferably 0.1 μm to 3 μm.
なお、発光ダイオードチップ３及び蛍光層４は、図示しない封止部材によって封止（モールド）されていてもよい。封止部材は、発光ダイオードチップ３及び蛍光層４を覆うように、可視光を透過する素材（シリコーン樹脂やフッ素樹脂樹脂など）によって形成されていることが好ましい。このような封止部材を更に備えることにより、発光ダイオードチップ３及び蛍光層４を好適に保護することができる。 The light emitting diode chip 3 and the fluorescent layer 4 may be sealed (molded) by a sealing member (not shown). The sealing member is preferably formed of a material that transmits visible light (such as a silicone resin or a fluororesin resin) so as to cover the light emitting diode chip 3 and the fluorescent layer 4. By further providing such a sealing member, the light emitting diode chip 3 and the fluorescent layer 4 can be suitably protected.
ここで、車両用前照灯１に望まれる性能について、更に詳しく説明する。車両用前照灯１が例えば自動車に用いられるような場合、車両用前照灯１には、安全運転に必要な視界を確保するために特別な照射パターンが望まれる。例えば、（１）光軸付近の照度を特に高めて遠方視認性を確保すること、（２）横に広がる非対称な照明領域を実現し、対向車のグレアーを抑えつつ路肩までの側方視認性を確保すること、（３）水平面に沿った明暗ラインを有すること、（４）照明領域内でのなだらかな照度変化を実現すること、等である。このうち、（１）の遠方視認性に関しては、従来の白色ＬＥＤでは輝度が低い（４〜１０ｃｄ／ｍｍ２程度）ため十分な照度を確保することが困難であった。 Here, the performance desired for the vehicle headlamp 1 will be described in more detail. When the vehicular headlamp 1 is used in, for example, an automobile, a special irradiation pattern is desired for the vehicular headlamp 1 in order to ensure a field of view necessary for safe driving. For example, (1) to increase the illuminance near the optical axis to ensure distant visibility, (2) to realize an asymmetric illumination area that spreads laterally, and to suppress the glare of oncoming vehicles to the side shoulder to the road shoulder (3) having bright and dark lines along the horizontal plane, (4) realizing a gentle change in illuminance within the illumination area, and the like. Among these, with regard to the distant visibility of (1), it is difficult to ensure sufficient illuminance because the conventional white LED has low luminance (about 4 to 10 cd / mm 2 ).
また、自動車用の前照灯から照射される光の色は、色度座標系において以下の色度範囲に含まれることが望ましい。
黄色方向：ｘ≦０．５０
青方向：ｘ≧０．３１
緑方向：ｙ≦０．４４ 及び ｙ≦０．１５＋０．６４ｘ
紫方向：ｙ≧０．０５＋０．７５ｘ 及び ｙ≧０．３８２
光源部１０からの発光色をこの色度範囲に収めるためには、発光ダイオードチップ３から出射され蛍光層４を透過した青色光（一次光）の強度と、蛍光物質４１から発光され蛍光層４から取り出された蛍光（二次光）の強度との比率が、好適な範囲に収まっていることが必要となる。
Moreover, it is desirable that the color of the light emitted from the automotive headlamp is included in the following chromaticity range in the chromaticity coordinate system.
Yellow direction: x ≦ 0.50
Blue direction: x ≧ 0.31
Green direction: y ≦ 0.44 and y ≦ 0.15 + 0.64x
Purple direction: y ≧ 0.05 + 0.75x and y ≧ 0.382
In order to keep the emission color from the light source unit 10 within this chromaticity range, the intensity of blue light (primary light) emitted from the light emitting diode chip 3 and transmitted through the fluorescent layer 4 and the fluorescent layer 4 emitted from the fluorescent material 41 are emitted. It is necessary that the ratio with the intensity of the fluorescence (secondary light) extracted from the light falls within a suitable range.
また、車両用前照灯１には、車両の燃費向上のためより高い発光効率が望まれる。従来の白色ＬＥＤの発光効率は３０［ｌｍ／Ｗ］〜５０［ｌｍ／Ｗ］であり、ハロゲンランプを凌いでいるが、ディスチャージバルブ（９１［ｌｍ／Ｗ］）には及ばない。青色光と黄色の蛍光とを合成する方式の白色ＬＥＤにおいては、白色光に含まれる青色光成分が強いほど、視感度が小さくなり発光効率が低下する。従って、蛍光物質の量を多くして蛍光強度を増加させれば発光効率が向上するようにも思われる。しかし、蛍光物質が厚く設けられていると、内側の蛍光物質から発した蛍光が外側（表層側）の蛍光物質によって遮蔽されるので、蛍光物質の量が過大であっても発光効率が低下することとなる。 Further, the vehicle headlamp 1 is desired to have higher luminous efficiency in order to improve the fuel efficiency of the vehicle. The luminous efficiency of the conventional white LED is 30 [lm / W] to 50 [lm / W], which exceeds the halogen lamp, but does not reach the discharge bulb (91 [lm / W]). In a white LED that combines blue light and yellow fluorescence, the greater the blue light component contained in white light, the lower the visibility and the lower the light emission efficiency. Therefore, it seems that if the amount of the fluorescent material is increased to increase the fluorescence intensity, the light emission efficiency is improved. However, if the fluorescent material is thick, the fluorescence emitted from the inner fluorescent material is shielded by the outer (surface layer) fluorescent material, so that the luminous efficiency is reduced even if the amount of the fluorescent material is excessive. It will be.
車両用前照灯１に望まれるこれらの課題を解決するために、本発明者は、（Ａ）蛍光層４を厚くし過ぎると蛍光層４の表面積（発光面積）が増大して輝度の低下を招くので、蛍光層４をできる限り薄く（すなわち、表面積を小さく）する、及び（Ｂ）発光色が上述した色度範囲に収まるように、且つ、発光効率が十分に高くなるように、蛍光層４における蛍光物質４１の量を定める、という着想を得た。 In order to solve these problems desired for the vehicular headlamp 1, the present inventor (A) increases the surface area (light emitting area) of the fluorescent layer 4 and decreases the luminance when the fluorescent layer 4 is too thick. The fluorescent layer 4 is made as thin as possible (that is, the surface area is made small), and (B) the fluorescent layer 4 is fluorescent so that the emission color is within the chromaticity range described above and the luminous efficiency is sufficiently high. The idea of determining the amount of fluorescent material 41 in layer 4 was obtained.
上記着想を具現化するため、まず、十分な輝度を確保できる蛍光層４の厚さについて検討した。なお、車両用前照灯１においては、発光ダイオードチップ３で生成された青色光は、実装面を除く他の面（光出射面３ａ及び側面３ｂ）から出射される。また、光源部１０からの発光色のばらつき（色むら）を抑え、均質な白色光を生成するために、光出射面３ａ上における蛍光層４の厚さｔ１（図３参照）と、側面３ｂ上における蛍光層４の厚さｔ２（図３参照）とは略等しいことが好ましい。なお、厚さが略等しいとは、例えば光出射面３ａ上における蛍光層４の平均厚さと側面３ｂ上における蛍光層４の平均厚さとの差が８／ｖμｍ以下（ｖ：蛍光物質の体積占有率）であるような場合をいう。例えば体積占有率ｖが１（１００％）の場合には、各平均厚さが基準値から±４μｍの範囲内であれば、各平均厚さの差が８μｍ以下となり、発光色のばらつき（色むら）を好適に抑えることができる。 In order to embody the above idea, first, the thickness of the fluorescent layer 4 capable of ensuring sufficient luminance was examined. In the vehicle headlamp 1, the blue light generated by the light emitting diode chip 3 is emitted from other surfaces (light emitting surface 3a and side surface 3b) except the mounting surface. In addition, in order to suppress variation in emission color (color unevenness) from the light source unit 10 and generate uniform white light, the thickness t 1 (see FIG. 3) of the fluorescent layer 4 on the light emitting surface 3a and the side surface It is preferable that the thickness t 2 (see FIG. 3) of the fluorescent layer 4 on 3b is substantially equal. For example, the difference between the average thickness of the fluorescent layer 4 on the light emitting surface 3a and the average thickness of the fluorescent layer 4 on the side surface 3b is 8 / v μm or less (v: volume occupation of the fluorescent material). Rate). For example, when the volume occupancy v is 1 (100%), if the average thickness is within the range of ± 4 μm from the reference value, the difference in the average thickness is 8 μm or less, and the variation in the emission color (color Unevenness can be suitably suppressed.
蛍光層４においては、単位発光面積当たりの蛍光物質４１の量を一定とすると、蛍光物質４１の体積占有率ｖが１（１００％）のときに厚さｔ１及びｔ２が最小となる。従って、発光面積（蛍光層４の表面積）を最小にして光源部１０の輝度を最大とするためには、蛍光物質４１の体積占有率ｖを１（１００％）とするとよい。しかし、実際には、蛍光層４の加工性を確保するために、蛍光物質４１をバインダ４２と混合して蛍光層４を形成する。このとき、蛍光物質４１とバインダ４２との混合比は、混合物のレオロジー特性を考慮して蛍光物質４１の粒径やバインダ４２の粘度に応じて調整される。一般的には、蛍光物質４１の比率は６０％〜７０％を上限として設定される。 In the fluorescent layer 4, when the amount of the fluorescent material 41 per unit light emitting area is constant, the thicknesses t 1 and t 2 are minimum when the volume occupancy v of the fluorescent material 41 is 1 (100%). Therefore, in order to minimize the light emitting area (surface area of the fluorescent layer 4) and maximize the luminance of the light source unit 10, the volume occupation ratio v of the fluorescent material 41 is preferably set to 1 (100%). However, actually, in order to ensure the workability of the fluorescent layer 4, the fluorescent material 41 is mixed with the binder 42 to form the fluorescent layer 4. At this time, the mixing ratio of the fluorescent material 41 and the binder 42 is adjusted according to the particle size of the fluorescent material 41 and the viscosity of the binder 42 in consideration of the rheological characteristics of the mixture. Generally, the ratio of the fluorescent material 41 is set with the upper limit being 60% to 70%.
また、発光ダイオードチップ３の大きさによっても、蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の発光面積への影響度合いは異なる。そこで、蛍光物質４１の体積占有率ｖが１（１００％）である場合の光源部１０の輝度を基準として、少なくとも７０％の輝度を確保するための厚さｔ１，ｔ２の条件を、発光ダイオードチップ３の大きさ毎に求めた。図４は、発光ダイオードチップ３の光出射面３ａの一辺の大きさｄが３００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ、及び１５００μｍの場合における、７０％の輝度を確保するために必要な蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の最大値及び体積占有率ｖを示す図表である。図４を参照すると、蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の最大値は、光出射面３ａの一辺の大きさｄの１／１０を少し超えた値となっていることがわかる。このことから、光出射面３ａ上における蛍光層４の厚さｔ１をｄ／１０以下とし、且つ、側面３ｂ上における蛍光層４の厚さｔ２もｄ／１０以下とすれば、発光面積は最小値の１．４倍以下に止まり、従来の白色ＬＥＤを用いた車両用灯具と比較して十分な輝度を確保できることが判明した。これにより、発光ダイオードチップ３を光源とする車両用前照灯１において、光源部１０の輝度をより高め、遠方視認性を確保できる。 Further, the degree of influence of the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 on the light emitting area varies depending on the size of the light emitting diode chip 3. Therefore, with reference to the luminance of the light source unit 10 when the volume occupancy v of the fluorescent material 41 is 1 (100%), the conditions of the thicknesses t 1 and t 2 for ensuring the luminance of at least 70% are as follows: It calculated | required for every magnitude | size of the light emitting diode chip | tip 3. FIG. FIG. 4 shows the thickness t of the fluorescent layer 4 necessary to ensure 70% luminance when the size d of one side of the light emitting surface 3a of the light emitting diode chip 3 is 300 μm, 500 μm, 1000 μm, and 1500 μm. 1 is a table showing the maximum value and the volume fraction v of t 2. Referring to FIG. 4, it can be seen that the maximum values of the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 are values slightly exceeding 1/10 of the size d of one side of the light emitting surface 3a. Therefore, the thickness t 1 of the fluorescent layer 4 in the light-emitting surface 3a on the d / 10 or less, and, if the thickness t 2 of the fluorescent layer 4 also d / 10 or less on the side surface 3b, the light emitting area It has been found that can be secured to 1.4 or less of the minimum value, and sufficient luminance can be ensured as compared with a vehicular lamp using a conventional white LED. Thereby, in the vehicle headlamp 1 using the light-emitting diode chip 3 as a light source, the luminance of the light source unit 10 can be further increased, and remote visibility can be ensured.
なお、以上の説明は発光ダイオードチップ３の光出射面３ａが正方形の場合であり、光出射面３ａが長方形の場合には、ｄの値を光出射面３ａの短辺の大きさに置き換えるとよい。 In addition, the above description is a case where the light emitting surface 3a of the light emitting diode chip 3 is a square, and when the light emitting surface 3a is a rectangle, the value of d is replaced with the size of the short side of the light emitting surface 3a. Good.
このように、より高い輝度を得るためには、蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２をより薄くすることが好ましい。しかし、車両用灯具からの出射光の色合いには、運転時の視認性を高めるために、一般の照明光とは違い厳格な色度範囲が求められる。以下、発光色が上述した色度範囲に収まるように、且つ発光効率が十分に高くなるように、蛍光層４における蛍光物質４１の量を検討する。 Thus, in order to obtain higher luminance, it is preferable to make the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 thinner. However, in order to improve the visibility during driving, a strict chromaticity range is required for the color of the emitted light from the vehicular lamp unlike ordinary illumination light. Hereinafter, the amount of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is examined so that the emission color is within the chromaticity range described above and the luminous efficiency is sufficiently high.
まず、蛍光層の表面から取り出される青色光及び蛍光の強度と、蛍光層の厚さｔとの相関について、蛍光物質の量（体積占有率）を変化させつつ測定した。このときの測定系の構成を図５に示す。一次光源１０１は、４６０ｎｍをピーク波長とする一次光（青色光Ｌｂ）を出射するための光源である。また、測光部１０２は、受光する光の青色成分強度及び黄色成分強度を別々に測定できる分光光度計であり、ここでは大塚電子製の瞬間マルチ測光システム（ＭＣＰＤ−１０００）を用いた。そして、ガラス板１０３上に塗布された蛍光体ペースト膜１０４（蛍光層）に一次光源１０１から青色光Ｌｂを照射し、蛍光体ペースト膜１０４を透過した青色光Ｌｂ及び蛍光体ペースト膜１０４からの二次光（蛍光）Ｌｙそれぞれの強度を測光部１０２により測定した。なお、蛍光体ペースト膜１０４は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体と透明バインダ（信越化学製シリコーン樹脂、ＫＥ１０６）とを所定の質量比（蛍光体：バインダ＝２：１，１：１，１：２，及び１：４）で混合したものをガラス板１０３に塗布し、１５０℃を１時間維持して硬化させることにより形成した。 First, the correlation between the intensity of blue light and fluorescence extracted from the surface of the fluorescent layer and the thickness t of the fluorescent layer was measured while changing the amount (volume occupancy) of the fluorescent substance. The configuration of the measurement system at this time is shown in FIG. The primary light source 101 is a light source for emitting primary light (blue light Lb) having a peak wavelength of 460 nm. The photometry unit 102 is a spectrophotometer capable of separately measuring the blue component intensity and the yellow component intensity of received light. Here, an instantaneous multi-photometry system (MCPD-1000) manufactured by Otsuka Electronics was used. The phosphor paste film 104 (phosphor layer) applied on the glass plate 103 is irradiated with the blue light Lb from the primary light source 101 and transmitted from the phosphor paste film 104 and from the phosphor paste film 104. The intensity of each secondary light (fluorescence) Ly was measured by the photometry unit 102. The phosphor paste film 104 includes a YAG: Ce phosphor and a transparent binder (Shin-Etsu Chemical silicone resin, KE106) with a predetermined mass ratio (phosphor: binder = 2: 1, 1: 1, 1: 2,). And 1: 4) was applied to the glass plate 103 and cured by maintaining at 150 ° C. for 1 hour.
図６〜図９は、上記実験において測光部１０２に入射した青色光Ｌｂの強度（相対強度）と、蛍光体ペースト膜１０４の厚さｔとの相関を示すグラフである。図６は、蛍光体ペースト膜１０４における蛍光物質とバインダとの比率を２：１とした場合を示している。また、図７〜図９は、蛍光物質とバインダとの質量比をそれぞれ１：１、１：２、１：４とした場合を示している。 6 to 9 are graphs showing the correlation between the intensity (relative intensity) of the blue light Lb incident on the photometry unit 102 and the thickness t of the phosphor paste film 104 in the above experiment. FIG. 6 shows a case where the ratio of the phosphor to the binder in the phosphor paste film 104 is 2: 1. 7 to 9 show cases where the mass ratios of the fluorescent material and the binder are 1: 1, 1: 2, and 1: 4, respectively.
また、図１０〜図１３は、上記実験において測光部１０２に入射した蛍光Ｌｙの強度（相対強度）と、蛍光体ペースト膜１０４の厚さｔとの相関を示すグラフである。図１０〜図１３は、蛍光体ペースト膜１０４における蛍光体とバインダとの質量比をそれぞれ２：１、１：１、１：２、１：４とした場合を示している。 10 to 13 are graphs showing the correlation between the intensity (relative intensity) of the fluorescence Ly incident on the photometry unit 102 and the thickness t of the phosphor paste film 104 in the above experiment. 10 to 13 show cases where the mass ratio of the phosphor to the binder in the phosphor paste film 104 is set to 2: 1, 1: 1, 1: 2, and 1: 4, respectively.
ここで、蛍光体ペースト膜１０４における減衰を考慮した場合の、青色光Ｌｂ及び蛍光Ｌｙの強度について考察する。蛍光体ペースト膜１０４の内部を進む光は、その光路長に応じて指数関数的に減衰する。従って、蛍光体ペースト膜１０４を通過した青色光Ｌｂの強度ＩＢ、及び蛍光体ペースト膜１０４から取り出された蛍光Ｌｙの強度ＩＹは、以下の式（１）及び（２）で近似できる。
ＩＢ＝ＢＩｅｘｐ（−ｂｔ） …（１）
ＩＹ＝Ｂ（η／２）Ｉ（ｅｘｐ（−ｂｔ）−ｅｘｐ（−ａｔ））／（ａ−ｂ） …（２）
なお、上式において、Ｉは蛍光体ペースト膜１０４への青色光Ｌｂの入射強度であり、ａ，ｂそれぞれは、蛍光体ペースト膜１０４中における蛍光Ｌｙ，青色光Ｌｂそれぞれの減衰率（単位：ｍ−１）である。また、ηは蛍光体ペースト膜１０４の単位厚さ当たりの変換効率（単位：ｍ−１）であり、Ｂは定数である。また、式（２）において変換効率ηを２で割ったのは、蛍光体ペースト膜１０４において変換された蛍光のうち測光部１０２とは反対の方向へ進む蛍光を強度ＩＹから除外するためである。
Here, the intensities of the blue light Lb and the fluorescence Ly when the attenuation in the phosphor paste film 104 is considered will be considered. The light traveling inside the phosphor paste film 104 is attenuated exponentially according to the optical path length. Therefore, the intensity I B of the blue light Lb that has passed through the phosphor paste film 104 and the intensity I Y of the fluorescence Ly extracted from the phosphor paste film 104 can be approximated by the following equations (1) and (2).
I B = BIexp (−bt) (1)
I Y = B (η / 2) I (exp (−bt) −exp (−at)) / (ab) (2)
In the above formula, I is the incident intensity of the blue light Lb to the phosphor paste film 104, and a and b are the decay rates (units: fluorescence Ly and blue light Lb in the phosphor paste film 104, respectively). m −1 ). Also, η is the conversion efficiency per unit thickness of the phosphor paste film 104 (unit: m −1 ), and B is a constant. In addition, the reason why the conversion efficiency η is divided by 2 in the equation (2) is to exclude the fluorescence converted in the phosphor paste film 104 in the direction opposite to the photometry unit 102 from the intensity I Y. is there.
これらの近似式（１），（２）に、図５〜図１３のグラフを最小二乗法によりフィッティングさせると、蛍光体ペースト膜１０４における蛍光物質の体積占有率ｖと各数値ａ，ｂ，η／２との関係は、図１４のようになった。 When the graphs of FIGS. 5 to 13 are fitted to these approximate expressions (1) and (2) by the least square method, the volume occupancy v of the fluorescent material in the phosphor paste film 104 and the numerical values a, b, and η The relationship with / 2 is as shown in FIG.
ここで、図１５は、図１４に基づいて青色光（一次光）Ｌｂの減衰率ｂと蛍光物質の体積占有率ｖとの相関を表したグラフである。また、図１６は、図１４に基づいて蛍光（二次光）Ｌｙの減衰率ａと蛍光物質の体積占有率ｖとの相関を表したグラフである。また、図１７は、図１４に基づいて変換効率（η／２）と蛍光物質の体積占有率ｖとの相関を表したグラフである。図１５〜図１７に示すように、青色光（一次光）Ｌｂの減衰率ｂ、蛍光（二次光）Ｌｙの減衰率ａ、及び変換効率（η／２）は、蛍光物質の体積占有率ｖに比例することが判明した。そして、これらのグラフに基づいて、各数値ｂ，ａ，及び（η／２）が以下の式（３）〜（５）で近似できることを確認した。
ｂ＝０．１１６ｖ …（３）
ａ＝０．０１３１ｖ …（４）
η／２＝０．０３８ｖ …（５）
Here, FIG. 15 is a graph showing the correlation between the attenuation rate b of the blue light (primary light) Lb and the volume occupancy v of the fluorescent material based on FIG. FIG. 16 is a graph showing the correlation between the decay rate a of the fluorescence (secondary light) Ly and the volume occupancy v of the fluorescent material based on FIG. FIG. 17 is a graph showing the correlation between the conversion efficiency (η / 2) and the volume occupancy v of the fluorescent material based on FIG. As shown in FIGS. 15 to 17, the attenuation rate b of blue light (primary light) Lb, the attenuation rate a of fluorescence (secondary light) Ly, and the conversion efficiency (η / 2) are the volume occupancy of the fluorescent material. It was found to be proportional to v. And based on these graphs, it confirmed that each numerical value b, a, and ((eta) / 2) can be approximated by the following formula | equation (3)-(5).
b = 0.116v (3)
a = 0.0131v (4)
η / 2 = 0.038v (5)
上式（３）〜（５）によって、各数値ｂ，ａ，及び（η／２）が算出可能となり、式（１）及び（２）に基づいて青色光Ｌｂ及び蛍光Ｌｙの強度比率が得られる。例えば、蛍光物質：バインダ＝４：１の質量比で混合した場合、蛍光物質及びバインダそれぞれの比重から、蛍光物質の体積占有率ｖは０．４４（すなわち４４％）となる。そして、この数値を上式（３）〜（５）に代入すると、青色光Ｌｂの減衰率ｂ＝５．１×１０−２、蛍光Ｌｙの減衰率ａ＝５．７×１０−３、変換効率（η／２）＝１．７×１０−２となる。図１８は、これらの数値ｂ，ａ，及び（η／２）を式（１）及び（２）に適用した場合における、青色光Ｌｂ、蛍光Ｌｙ、及びこれらの合成光（白色光）の強度（相対強度）と蛍光体ペースト膜１０４の膜厚ｔとの相関を示すグラフである。なお、図１８において、グラフＧｂ１は青色光Ｌｂの強度を示し、グラフＧｙ１は蛍光Ｌｙの強度を示し、グラフＧｗ１は合成光の光束を示している。 The numerical values b, a, and (η / 2) can be calculated by the above formulas (3) to (5), and the intensity ratio of the blue light Lb and the fluorescence Ly is obtained based on the formulas (1) and (2). It is done. For example, when mixed at a mass ratio of fluorescent material: binder = 4: 1, the volume occupancy v of the fluorescent material is 0.44 (ie, 44%) due to the specific gravity of each of the fluorescent material and the binder. When this numerical value is substituted into the above equations (3) to (5), the attenuation rate b of the blue light Lb is 5.1 × 10 −2 , the attenuation rate of the fluorescence Ly is a = 5.7 × 10 −3 , conversion Efficiency (η / 2) = 1.7 × 10 −2 FIG. 18 shows the intensities of the blue light Lb, the fluorescence Ly, and their combined light (white light) when these numerical values b, a, and (η / 2) are applied to the equations (1) and (2). 4 is a graph showing the correlation between (relative intensity) and the film thickness t of the phosphor paste film 104. In FIG. 18, a graph Gb 1 shows the intensity of the blue light Lb, a graph Gy 1 shows the intensity of the fluorescence Ly, and a graph Gw 1 shows the luminous flux of the combined light.
図１８を参照すると、蛍光体ペースト膜１０４の膜厚が厚くなるに従い、青色光（一次光）Ｌｂの強度は指数関数的に減少するが、蛍光（二次光）Ｌｙの強度は、或る膜厚において極大値を持つことがわかる。つまり、或る膜厚までは、蛍光Ｌｙの強度は膜厚増加に応じて大きくなるが、膜厚が厚くなり過ぎると蛍光物質自体が蛍光Ｌｙを遮蔽してしまい、結果的に蛍光Ｌｙの出射強度が減少してしまう。従って、青色光Ｌｂと蛍光Ｌｙとの合成光（白色光）も、或る膜厚において極大値を持つこととなる。 Referring to FIG. 18, as the thickness of the phosphor paste film 104 increases, the intensity of the blue light (primary light) Lb decreases exponentially, but the intensity of the fluorescence (secondary light) Ly has a certain value. It can be seen that the film thickness has a maximum value. That is, up to a certain film thickness, the intensity of the fluorescence Ly increases as the film thickness increases. However, if the film thickness becomes too thick, the fluorescent substance itself shields the fluorescence Ly, and as a result, the fluorescence Ly is emitted. Strength will decrease. Therefore, the combined light (white light) of the blue light Lb and the fluorescence Ly also has a maximum value at a certain film thickness.
このように、蛍光物質の体積占有率ｖに応じた、青色光Ｌｂ及び蛍光Ｌｙの強度と膜厚ｔとの相関が得られた。通常、膜厚ｔ及び体積占有率ｖは予め分かっているので、この相関に基づいて青色光Ｌｂ及び蛍光Ｌｙの強度を求めることができる。そして、青色光Ｌｂ及び蛍光Ｌｙの発光スペクトルを測定すれば、青色光Ｌｂと蛍光Ｌｙとの合成光の色度及び光束（光強度及び視感度の積）を求めることも可能となる。 Thus, the correlation of the intensity | strength of the blue light Lb and fluorescence Ly and the film thickness t according to the volume occupation rate v of the fluorescent substance was obtained. Usually, since the film thickness t and the volume occupation ratio v are known in advance, the intensities of the blue light Lb and the fluorescence Ly can be obtained based on this correlation. If the emission spectra of the blue light Lb and the fluorescence Ly are measured, the chromaticity and luminous flux (product of light intensity and visibility) of the combined light of the blue light Lb and the fluorescence Ly can be obtained.
なお、図１９は、窒化ガリウム系の発光ダイオードチップから発光される青色光Ｌｂの発光スペクトルの一例である。この青色光Ｌｂの発光スペクトルは、図１９に示すように、４２０ｎｍ以上４９０ｎｍ以下の波長域にピーク波長を有する。また、図２０は、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体から発光される蛍光Ｌｙの発光スペクトルの一例である。この蛍光Ｌｙの発光スペクトルは、図２０に示すように、５１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域にピーク波長を有し、且つ、７００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域（赤色波長域）まで裾を引くブロードなスペクトルとなっている。車両用前照灯１から照射される光は、このように赤色の波長成分を含んでいることが好ましく、更に具体的には、可視光域（３８０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の全光束中に、赤色の波長成分（６１０ｎｍ〜７８０ｎｍ）の光束が５％以上含まれていることが好ましい。赤色の波長成分の割合Ｋｒｅｄは、以下の式（６）によって表現できる。
なお、上式（６）において、λは波長［ｎｍ］であり、Ｅｅ（λ）は放射束の分光分布［Ｗ］であり、ｖ（λ）は分光発光効率［ｌ］である。
FIG. 19 shows an example of an emission spectrum of the blue light Lb emitted from the gallium nitride light emitting diode chip. As shown in FIG. 19, the emission spectrum of the blue light Lb has a peak wavelength in a wavelength region of 420 nm or more and 490 nm or less. FIG. 20 is an example of an emission spectrum of fluorescence Ly emitted from the YAG: Ce phosphor. As shown in FIG. 20, the fluorescence Ly emission spectrum has a peak wavelength in a wavelength range of 510 nm or more and 600 nm or less, and a broad spectrum that extends to the wavelength range of 700 nm to 750 nm (red wavelength range). It has become. The light emitted from the vehicular headlamp 1 preferably includes a red wavelength component as described above. More specifically, the red light component is included in the total luminous flux in the visible light region (380 nm to 780 nm). It is preferable that 5% or more of the light flux of the wavelength component (610 nm to 780 nm) is included. The ratio Kred of the red wavelength component can be expressed by the following equation (6).
In the above equation (6), λ is the wavelength [nm], Ee (λ) is the spectral distribution [W] of the radiant flux, and v (λ) is the spectral luminous efficiency [l].
以上に得られた結果を利用して、蛍光層４中の蛍光物質４１の密度が最も高い（すなわち、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが１００％となる）場合における、青色光及び蛍光の強度と蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２との相関を求めた。そして、この相関に基づいて、合成光（白色光）の光束と蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２との相関を求めた。図２１は、体積占有率ｖが１００％の場合における、青色光及び蛍光の強度と厚さｔ１，ｔ２との相関、並びに合成光の光束と厚さｔ１，ｔ２との相関を示すグラフである。なお、図２１において、グラフＧｂ２は青色光の強度を示し、グラフＧｙ２は蛍光の強度を示し、グラフＧｗ２は合成光の光束を示している。 Using the results obtained above, the blue light in the case where the density of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is the highest (that is, the volume occupation ratio v of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is 100%). The correlation between the fluorescence intensity and the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 was obtained. Based on this correlation, the correlation between the luminous flux of the combined light (white light) and the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 was obtained. FIG. 21 shows the correlation between the intensity of blue light and fluorescence and the thicknesses t 1 and t 2 and the correlation between the luminous flux of the combined light and the thicknesses t 1 and t 2 when the volume occupancy v is 100%. It is a graph to show. In FIG. 21, a graph Gb 2 indicates the intensity of blue light, a graph Gy 2 indicates the intensity of fluorescence, and a graph Gw 2 indicates the luminous flux of the combined light.
前述したように、車両用前照灯１には車両の燃費向上のため高い発光効率が望まれる。従って、蛍光層４の厚さｔ１及びｔ２は、合成光（白色光）の光束がほぼ極大となるように設定されることが好ましい。本実施例においては、合成光（白色光）の光束が極大値ＦＬＭＡＸとなる蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の値は、図２１に示すように１４μｍであった。また、合成光（白色光）の光束がほぼ極大となる（具体的には、極大値ＦＬＭＡＸの９０％以上となる）蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の範囲は、図２１に示すように５μｍ以上３０μｍ以下の範囲であった。 As described above, the vehicle headlamp 1 is desired to have high luminous efficiency in order to improve the fuel efficiency of the vehicle. Therefore, the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 are preferably set so that the luminous flux of the combined light (white light) becomes substantially maximum. In the present example, the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 at which the luminous flux of the combined light (white light) has the maximum value FL MAX were 14 μm as shown in FIG. Further, the range of the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 in which the luminous flux of the combined light (white light) becomes substantially maximum (specifically, 90% or more of the maximum value FL MAX ) is shown in FIG. As shown, it was in the range of 5 μm to 30 μm.
また、先に得られた結果を利用して、蛍光層４中の蛍光物質４１の密度が最も高い（すなわち、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが１００％となる）場合における、合成光の色度と蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２との相関を求めた。図２２のグラフＧ１は、蛍光層４の厚さｔ１及びｔ２が変化したときの色度の変化を示すグラフである。なお、図２２において、色度ｃ１〜ｃ５は、それぞれ蛍光層４の厚さｔ１（＝ｔ２）が１６μｍ、１８μｍ、２０μｍ、２２μｍ、及び２４μｍの場合における色度を示している。 Further, using the result obtained earlier, the density of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is the highest (that is, the volume occupation ratio v of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is 100%). The correlation between the chromaticity of the synthesized light and the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 was obtained. Graph G1 in FIG. 22 is a graph showing changes in chromaticity when the thickness t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 is changed. In FIG. 22, chromaticities c 1 to c 5 indicate chromaticities when the thickness t 1 (= t 2 ) of the fluorescent layer 4 is 16 μm, 18 μm, 20 μm, 22 μm, and 24 μm, respectively.
前述したように、車両用前照灯１から照射される光の色は、色度座標系において次の色度範囲に含まれることが望ましい。すなわち、色度座標系において、０．３１≦ｘ≦０．５０，０．３８２≦ｙ≦０．４４，且つ０．０５＋０．７５ｘ≦ｙ≦０．１５＋０．６４ｘである。この色度範囲を、図２２に併せて示す（範囲Ａ）。グラフＧ１のうち、この範囲Ａ内に含まれる部分は、体積占有率ｖが１００％の場合において上記色度範囲に合致する蛍光層４の厚さの範囲を表している。すなわち、図２２より、上記色度範囲に合致する蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２は、１５μｍ以上であり、２３μｍ以下であることが判明した。 As described above, it is desirable that the color of light emitted from the vehicle headlamp 1 be included in the next chromaticity range in the chromaticity coordinate system. That is, in the chromaticity coordinate system, 0.31 ≦ x ≦ 0.50, 0.382 ≦ y ≦ 0.44, and 0.05 + 0.75x ≦ y ≦ 0.15 + 0.64x. This chromaticity range is also shown in FIG. 22 (range A). In the graph G1, the portion included in the range A represents the thickness range of the fluorescent layer 4 that matches the chromaticity range when the volume occupation ratio v is 100%. That is, it was found from FIG. 22 that the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 that match the chromaticity range are 15 μm or more and 23 μm or less.
但し、上記色度範囲に合致する蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の範囲（ｔ１，ｔ２≧１５μｍ、ｔ１，ｔ２≦２３μｍ）は、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが１００％の場合のものであり、蛍光層４がバインダ４２を有する場合には、蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の好適な範囲も異なってくる。すなわち、蛍光層４の表面から出射される青色光及び蛍光の強度は、バインダ４２による光の減衰が無いと仮定すると、単位発光面積当たりの蛍光物質の量（体積占有率ｖ×蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２）に依存する。上述したように、体積占有率ｖが１（すなわち１００％）である場合に蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２が１５μｍ以上であればよいので、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが光出射面３ａ上においてｖ≧１５／ｔ１（ｔ１の単位：μｍ）を満たし、且つ側面３ｂ上においてもｖ≧１５／ｔ２（ｔ２の単位：μｍ）を満たすことにより、車両用前照灯１として好適な色度の合成光（白色光）を得ることができる。 However, the range of thicknesses t 1 and t 2 (t 1 , t 2 ≧ 15 μm, t 1 , t 2 ≦ 23 μm) of the fluorescent layer 4 that matches the above chromaticity range is the volume of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4. When the occupation ratio v is 100% and the fluorescent layer 4 has the binder 42, the preferable ranges of the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 are also different. That is, the intensity of blue light and fluorescence emitted from the surface of the fluorescent layer 4 is assumed to be the amount of fluorescent substance per unit light emitting area (volume occupancy v × the fluorescent layer 4) assuming that there is no light attenuation by the binder 42. It depends on the thickness t 1 , t 2 ). As described above, when the volume occupation ratio v is 1 (that is, 100%), the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 need only be 15 μm or more. By satisfying v ≧ 15 / t 1 (unit of t 1 : μm) on the light exit surface 3a and satisfying v ≧ 15 / t 2 (unit of t 2 : μm) also on the side surface 3b. Thus, synthesized light (white light) having a chromaticity suitable for the vehicle headlamp 1 can be obtained.
また、体積占有率ｖが１（１００％）である場合に蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２が２３μｍ以下であればよいので、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが光出射面３ａ上においてｖ≧２３／ｔ１（ｔ１の単位：μｍ）を満たし、且つ側面３ｂ上においてもｖ≧２３／ｔ２（ｔ２の単位：μｍ）を満たすことにより、車両用前照灯１として好適な色度の合成光（白色光）を得ることができる。なお、２３／ｔ１及び２３／ｔ２が１を超える場合（すなわち、蛍光層４の厚さｔ１及びｔ２が２３μｍ以下の場合）には、体積占有率ｖが１（１００％）であっても蛍光の強度が過大とはならず、好適な色度の合成光を得ることができる。従って、上記条件は、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが、光出射面３ａ上においてｖ≦ｘ１（ｘ１：２３／ｔ１及び１のうちいずれか小さい方）、且つ、側面３ｂ上においてｖ≦ｘ２（ｘ２：２３／ｔ２及び１のうちいずれか小さい方）と表現できる。 Further, when the volume occupancy v is 1 (100%), the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 need only be 23 μm or less, so the volume occupancy v of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is light. By satisfying v ≧ 23 / t 1 (unit of t 1 : μm) on the emission surface 3a and satisfying v ≧ 23 / t 2 (unit of t 2 : μm) also on the side surface 3b, Synthetic light (white light) having a chromaticity suitable for the lighting 1 can be obtained. When 23 / t 1 and 23 / t 2 exceed 1 (that is, when the thickness t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 is 23 μm or less), the volume occupation ratio v is 1 (100%). Even if it exists, the intensity | strength of fluorescence does not become excessive, but the synthetic light of suitable chromaticity can be obtained. Therefore, the above condition is that the volume occupation ratio v of the fluorescent material 41 in the fluorescent layer 4 is v ≦ x 1 (x 1 : 23 / t 1 or 1 whichever is smaller) on the light emitting surface 3a, and It can be expressed as v ≦ x 2 (x 2 : 23 / t 2 or 1 whichever is smaller) on the side surface 3b.
また、合成光（白色光）の光束がほぼ極大となる蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２の範囲（ｔ１，ｔ２≧５μｍ、ｔ１，ｔ２≦３０μｍ）から、蛍光層４における蛍光物質４１の体積占有率ｖが、光出射面３ａ上において５／ｔ１≦ｖ≦３０／ｔ１（ｔ１の単位：μｍ）を満たし、且つ、側面３ｂ上において５／ｔ２≦ｖ≦３０／ｔ２（ｔ２の単位：μｍ）を満たすことによって、合成光（白色光）の光束がほぼ極大となり、高い発光効率を得ることができる。 Further, from the range of thicknesses t 1 and t 2 (t 1 , t 2 ≧ 5 μm, t 1 , t 2 ≦ 30 μm) of the fluorescent layer 4 where the luminous flux of the combined light (white light) is substantially maximum, the fluorescent layer 4 The volume occupancy v of the fluorescent material 41 satisfies 5 / t 1 ≦ v ≦ 30 / t 1 (unit of μ 1 ) on the light emitting surface 3a and 5 / t 2 ≦ on the side surface 3b. By satisfying v ≦ 30 / t 2 (unit of t 2 : μm), the luminous flux of the combined light (white light) becomes almost maximum, and high luminous efficiency can be obtained.
なお、上述した各考察においては、蛍光物質４１の粒径をも考慮すれば尚好ましい。通常、ＹＡＧ蛍光体などの蛍光物質４１は、粒子状の結晶中に発光中心となる元素がドープされて成る。また、結晶に存在する結晶欠陥は発光効率を低下させるが、粒子状結晶における結晶欠陥密度は、粒子状結晶の最表面において高くなる傾向がある。すなわち、粒子状結晶の単位体積当たりの表面積は平均粒径が小さいほど増大するので、平均粒径が小さいほど結晶欠陥が多くなり、発光強度が低下することとなる。 In each of the above considerations, it is more preferable if the particle size of the fluorescent material 41 is also taken into consideration. Usually, the fluorescent substance 41 such as a YAG phosphor is formed by doping an element serving as a light emission center in a particulate crystal. In addition, crystal defects present in the crystal reduce the light emission efficiency, but the crystal defect density in the particulate crystal tends to increase at the outermost surface of the particulate crystal. That is, since the surface area per unit volume of the particulate crystal increases as the average particle size decreases, the smaller the average particle size, the greater the number of crystal defects and the lower the emission intensity.
本発明者は、この点に鑑み、蛍光物質４１の粒径と発光強度との相関を調べた。具体的には、図５に示した測定系において用いた蛍光物質（平均粒径６．５μｍ）をボールミルで粉砕して平均粒径を変化させ、発光効率を測定した。なお、蛍光物質の平均粒径の測定には、堀場製作所製のParticle Size Analyzer LA-500を使用した。その結果、蛍光物質４１の平均粒径が２μｍより小さいと、平均粒径が６．５μｍである場合と比較して発光強度が４０％以下と大幅に低下してしまうことがわかった。また、平均粒径が１０μｍを超えると、蛍光層４の厚さｔ１，ｔ２を１５μｍとした場合に細密充填構造の形成が難しくなってしまうので、結晶粒子間の隙間が大きくなり、一次光（青色光）がその隙間から洩れてしまう。従って、蛍光物質４１の平均粒径は、２μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。 In view of this point, the present inventor examined the correlation between the particle size of the fluorescent material 41 and the emission intensity. Specifically, the fluorescent material (average particle size 6.5 μm) used in the measurement system shown in FIG. 5 was pulverized with a ball mill to change the average particle size, and the luminous efficiency was measured. Note that Particle Size Analyzer LA-500 manufactured by HORIBA, Ltd. was used to measure the average particle size of the fluorescent material. As a result, it was found that when the average particle size of the fluorescent material 41 is smaller than 2 μm, the emission intensity is greatly reduced to 40% or less compared to the case where the average particle size is 6.5 μm. On the other hand, if the average particle size exceeds 10 μm, it becomes difficult to form a densely packed structure when the thicknesses t 1 and t 2 of the fluorescent layer 4 are set to 15 μm. Light (blue light) leaks from the gap. Therefore, the average particle diameter of the fluorescent material 41 is preferably 2 μm or more and 10 μm or less.
本発明による車両用灯具は、上記した実施形態に限られるものではなく、他にも様々な変形が可能である。例えば、発光ダイオードチップの光出射面の平面形状は、矩形状であれば正方形や長方形に限られるものではない。また、上記実施形態では裏面出射型（フリップチップ実装型）の発光ダイオードチップを例示したが、半導体基板側の表面が実装面となり半導体層側の表面が光出射面となる方式の発光ダイオードチップに本発明を適用してもよい。 The vehicular lamp according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various other modifications are possible. For example, the planar shape of the light emitting surface of the light emitting diode chip is not limited to a square or a rectangle as long as it is a rectangle. In the above embodiment, the back emission type (flip chip mounting type) light emitting diode chip is exemplified. However, the light emitting diode chip of the type in which the surface on the semiconductor substrate side becomes the mounting surface and the surface on the semiconductor layer side becomes the light emitting surface. The present invention may be applied.
また、上記実施形態では蛍光物質の例としてセリウム付活のガーネット構造のものを例示したが、他の構造を有する蛍光物質であってもよい。 Moreover, although the thing of the garnet structure of the cerium activation was illustrated as an example of a fluorescent substance in the said embodiment, the fluorescent substance which has another structure may be sufficient.
１…車両用前照灯、２…光源ユニット、３…発光ダイオードチップ、３ａ…光出射面、３ｂ…側面、４…蛍光層、１０…光源部、２０…配線基板、２１…カバー、２２…基部、２３…回路ユニット、２４…配線、２５…レンズ、３０…半導体層、３１…サファイア基板、３２…ｎ型ＧａＮ層、３３…活性層、３４…ｐ型ＧａＮ層、３５…アノード電極、３６…カソード電極、４１…蛍光物質、４２…バインダ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vehicle headlamp, 2 ... Light source unit, 3 ... Light emitting diode chip, 3a ... Light emission surface, 3b ... Side surface, 4 ... Fluorescent layer, 10 ... Light source part, 20 ... Wiring board, 21 ... Cover, 22 ... Base part 23 ... Circuit unit 24 ... Wiring 25 ... Lens 30 ... Semiconductor layer 31 ... Sapphire substrate 32 ... n-type GaN layer 33 ... Active layer 34 ... p-type GaN layer 35 ... Anode electrode 36 ... cathode electrode, 41 ... fluorescent material, 42 ... binder.
Claims (3)
前記青色光により励起されて発光する蛍光物質を含有し、前記発光ダイオードチップの前記光出射面上及び側面上に設けられた蛍光層と
を備え、
前記蛍光層の厚さが、前記光出射面上においてｄ／１０（ｄは前記光出射面の辺の長さ）以下であり、且つ、前記側面上においてもｄ／１０以下であり、
前記光出射面の辺の長さｄが１５０μｍ以上であり、
前記蛍光層の厚さが、前記光出射面上において１５μｍ以上であり、且つ、前記側面上においても１５μｍ以上であり、
前記蛍光層が、前記蛍光物質を保持するためのバインダを更に有し、
前記蛍光層における前記蛍光物質の体積占有率ｖが、前記光出射面上においてｖ≧１５／ｔ１（ｔ１［μｍ］は前記光出射面上における前記蛍光層の厚さ）を満たし、且つ、前記側面上においてもｖ≧１５／ｔ２（ｔ２［μｍ］は前記側面上における前記蛍光層の厚さ）を満たし、
前記蛍光層が、前記蛍光物質を保持するためのバインダを更に有し、
前記蛍光層における前記蛍光物質の体積占有率ｖが、前記光出射面上においてｖ≦ｘ １ （ｘ １ ：２３／ｔ １ 及び１のうちいずれか小さい方、ｔ １ ［μｍ］は前記光出射面上における前記蛍光層の厚さ）を満たし、且つ、前記側面上においてもｖ≦ｘ ２ （ｘ ２ ：２３／ｔ ２ 及び１のうちいずれか小さい方、ｔ ２ ［μｍ］は前記側面上における前記蛍光層の厚さ）を満たすことを特徴とする、車両用灯具。 A light emitting diode chip having a semiconductor layer for generating blue light and having a rectangular light emitting surface intersecting the thickness direction of the semiconductor layer;
A fluorescent material that emits light when excited by the blue light, and includes a fluorescent layer provided on the light emitting surface and the side surface of the light emitting diode chip,
The fluorescent layer has a thickness of d / 10 (d is the length of the side of the light emitting surface) or less on the light emitting surface, and d / 10 or less on the side surface,
The side length d of the light exit surface is 150 μm or more,
The fluorescent layer has a thickness of 15 μm or more on the light emitting surface and 15 μm or more on the side surface,
The fluorescent layer further comprises a binder for holding the fluorescent material;
The volume occupancy v of the fluorescent material in the fluorescent layer satisfies v ≧ 15 / t 1 (t 1 [μm] is the thickness of the fluorescent layer on the light emitting surface) on the light emitting surface, and the even on the side surface v ≧ 15 / t 2 (t 2 [μm] and the thickness of the phosphor layer on the side) to meet,
The fluorescent layer further comprises a binder for holding the fluorescent material;
The volume occupancy v of the fluorescent material in the fluorescent layer is v ≦ x 1 (x 1 : 23 / t 1 or 1 whichever is smaller on the light emission surface , t 1 [μm] is the light emission. The thickness of the fluorescent layer on the surface) and v ≦ x 2 (x 2 : 23 / t 2 or 1 whichever is smaller) on the side surface, t 2 [μm] is on the side surface The thickness of the fluorescent layer in (4) is satisfied .
前記蛍光物質が発する光のピーク波長が５１０ｎｍ以上６００ｎｍ以下の波長域に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の車両用灯具。 The peak wavelength of the blue light is included in a wavelength range of 420 nm or more and 490 nm or less,
2. The vehicular lamp according to claim 1 , wherein a peak wavelength of light emitted from the fluorescent material is included in a wavelength range of 510 nm or more and 600 nm or less.
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