发光组件以及车辆用灯具 【技术领域】
本发明涉及发光组件以及车辆用灯具。
背景技术
现有技术中，利用半导体发光元件和荧光体来产生白色光的发光组件是众所周知的(例如，非专利文献1)。该荧光体对应来自半导体发光元件的光产生荧光。
非专利文献1：Ohm MOOK光シリ一ズNo.1「光デバイス(器件)」Ohmsha、平成13年11月25日
在该发光组件中，荧光体形成在半导体发光元件的发光面上，例如形成层状。但是，由于这时荧光体的层上产生了厚度，有时使上层荧光体遮住下层荧光体产生的光。这时，由于荧光体产生的光的一部分损失掉，使得发光组件的外部量子效率下降。为此有时难于提供外部量子效率高的发光组件。
【发明内容】
本发明是鉴于上述问题而开发的，目的是提供一种发光组件以及车辆用灯具。
为解决所述问题，本发明第一方面的产生光的发光组件具有：产生光的半导体发光元件；多个纳米荧光体粒子，其分别具有比发光组件产生的光的半波长小的直径，对应半导体发光元件发出地光而产生荧光；粘合剂，其以覆盖半导体发光元件的发光面的层状保持多个纳米荧光体粒子。
另外，纳米荧光体粒子的直径可以为2～10nm，也可以比10nm大且为小于或等于可见光的波长的1/4。另外，半导体发光元件产生紫外光，纳米荧光体粒子对应半导体发光元件产生的紫外光产生可见光。
另外，粘合剂可由氟树脂或二甲基硅酮树脂构成，其内部含有多个纳米荧光体粒子并覆盖半导体发光元件的发光面。
另外，粘合剂可由倍半硅氧烷树脂构成，其内部含有多个纳米荧光体粒子并覆盖半导体发光元件的发光面。该倍半硅氧烷树脂的侧链可以是不带双重键的醇酸树脂或脂环基。
另外，发光组件还具有多个金属氧化物粒子，其分别具有小于或等于紫外光的半波长的直径，并保持在所述多个纳米荧光体粒子和所述粘合剂中。
另外，发光组件还具有覆盖粘合剂和半导体发光元件的密封部件，其由可透过可见光的材料构成，密封所述粘合剂及所述半导体发光元件。保持在粘合剂中的多个纳米荧光体粒子把半导体发光元件发出的全部紫外光变换成可见光。另外，密封部件可由环氧树脂构成。
另外，发光组件还具有多个大直径荧光体粒子，其分别具有比可见光的半波长大的直径，并对应紫外光产生与纳米荧光体粒子产生的可见光波长不同的可见光。粘合剂具有：第一保持层，其覆盖半导体发光元件的发光面，将多个大直径荧光体粒子保持在发光面上；第二保持层，其对着发光面隔着第一保持层，将多个纳米荧光体粒子保持在第一保持层上。保持在第一保持层上的多个大直径荧光体粒子可把半导体发光元件发出的一部分紫外光变换成可见光。第一保持层可把半导体发光元件发出的一部分紫外光和多个大直径荧光体粒子产生的可见光透向第二保持层，在第二保持层上保持的多个纳米荧光体粒子把从第一保持层射入的全部紫外光变换为可见光。第二保持层也可以把多个大直径荧光粒子产生的可见光和多个纳米荧光体粒子产生的可见光透向粘合剂的外部。
本发明第二方面的产生光的车辆用灯具具有发光的发光组件和把发光组件发出的光照射到灯具外部的光学部件。发光组件具有：产生光的半导体发光元件；多个纳米荧光体粒子，其分别具有比发光组件产生的光的半波长小的直径，对应半导体发光元件发出的光而产生荧光；粘合剂，其以覆盖半导体发光元件的发光面的层状保持多个纳米荧光体粒子。
以上说明的本发明的概要并非列举出本发明的所有必要特征，这些特征群的辅助组合也可构成发明。
【附图说明】
图1是车辆用灯具10的立体图；
图2是车辆用灯具10的水平剖面图；
图3是LED组件100的CC剖面图；
图4是LED组件100的上面图；
图5是发光二极管元件102和荧光部106的一具体结构例的图；
图6是更具体地说明密封部件108的图；
图7是粘合剂604的耐光试验结果的表格；
图8是表示发光二极管元件102和荧光部106的另一具体结构例的图；
图9是表示发光二极管元件102和荧光部106的又一具体结构例的图。
【具体实施方式】
下面，通过本发明的实施方式说明本发明，但是，下面的实施方式不限于涉及权利要求的发明，并且，在实施方式中说明的全部特征的组合不一定都是发明的解决方式所必须的。
图1和图2表示涉及本发明的一实施例的车辆用灯具10的结构的一例。图1表示车辆用灯具10的立体图；图2表示横截中段的光源单元20的水平面的车辆用灯具10的水平剖面图。本例的目的是使设置在LED组件100内的荧光体以高效率发出光。车辆周灯具10，例如是用于汽车等车辆的车辆用前照灯(大灯)，向车前方照射光，其具有：多个光源单元20、灯罩12、灯体14、电路单元16、多个散热部件24、延长反射镜28和电缆22、26。
多个光源单元20分别具有LED组件100和透镜204。LED组件100是发光组件的一例，介由电缆22对应从电路单元16得到的电力发出白色光。透镜204是光学部件的一例，向车辆用灯具10外部照射来自100的光。由此，光源单元20基于LED组件100发出的光向车前方照射规定的配光图形的光。光源单元20，例如通过用于调整光源单元20的光轴方向的对光机构能够倾斜活动地支承在灯体14上。光源单元20在车辆用灯具10安装在车体时，以使光轴方向向下偏例如0.3°～0.6°的方式支承在灯体14上。
另外，多个光源单元20既可以具有相同或同样的配光特性，也可以具有不同的配光特性。另外，在其他例中，一个光源单元20可以具有多个LED组件100。光源单元20作为光源组件也可以具有例如半导体激光，用以取代LED组件100。
灯罩12和灯体14构成车辆用灯具10的灯室，该灯室内放置多个光源单元20，灯罩12和灯体14可以密封光源单元20并且防水。灯罩12例如用可透过LED组件100发出的光的材料例如制成透明状，覆盖多个光源单元20的前方，设置在车辆的前面。灯体14设置成隔着多个光源单元20与灯罩12相对，并从后方覆盖多个光源单元20。灯体14可以与车身形成一体。
电路单元16是由使LED组件100发光的点灯电路等形成的组件，其通过电缆22与光源单元20电连接，并通过电缆26与车辆用灯具10的外部电连接。
多个散热部件24是与光源单元20的至少一部分接触而设置的散热片，例如用金属等导热率比空气高的材料制成。散热部件24设置成例如在相对对光机构的支点移动光源单元20的范围内可伴随光源单元20活动，且相对灯体14要留出足够的间隔以对光源单元20进行光轴调整。多个散热部件24可以由一个金属部件形成一体。这时，就能够从多个散热部件24的整体高效率地散热。
延长反射镜28例如是用薄金属板等从多个光源单元20的下部跨向灯罩12形成的反射镜，形成得覆盖灯体14的内面的至少一部分，由此掩盖灯体14的内面形状，提高车辆用灯具10的美观。
另外，延长反射镜28的至少一部分与光源单元20和/或散热部件24接触。这时，延长反射镜28具有作为向灯罩12传导LED组件100发生的热的热传导部件的功能。由此，延长反射镜28使LED组件100放热。另外，延长反射镜28的一部分固定在灯罩12或灯体14上。延长反射镜28也可以形成覆盖多个光源单元20的上下和侧面的框形。
根据本实施例，由于使用LED组件100作为光源，能够实现光源单元20的小型化。例如由此提高光源单元20的配置的自由度，所以，能够提供设计性高的车辆用灯具10。
图3和图4表示LED组件100的结构的一例，图3是LED组件100的CC剖面图，图4是LED组件100的上面图。LED组件100具有基板112、多个电极104、内腔109、保持部118、密封部件108、发光二极管元件102和荧光部106。
基板112是把发光二极管元件102放置在上面并固定的板状物。另外，基板112含有电连接多个电极104和发光二极管元件102的配线，向发光二极管元件102供给从多个电极104得到的电力。多个电极104把从LED组件100外部得到的电力通过基板112供给发光二极管元件102。内腔109是在基板112包围发光二极管元件102形成的空洞，在内部保持荧光部106。
保持部118保持基板112、多个电极104、内腔109和密封部件108。保持部118的至少一部分例如用金属等导热率比空气大的材料制成，这样，可把发光二极管元件102发生的热传递到LED组件100外部。
发光二极管元件102是产生光的半导体发光元件的一例，对应介由电极104和基板112从LED组件100的外部接收的电力产生紫外光。在其他实施例，发光二极管元件102也可产生兰色光代替紫外光。另外，LED组件100作为半导体发光元件也可有激光二极管元件。
荧光部106通过填充到内腔109中而覆盖发光二极管元件102的表面，对应发光二极管元件102发出的紫外光产生红色光、绿色光和兰色光。由此，LED组件100产生白色光。另外，发光二极管元件102发出兰色光时，荧光部106也可以对应发光二极管元件102发出的兰色光发出兰色光的补色黄色光。此时，LED组件100基于发光二极管元件102和荧光部106产生的兰色光和黄色光发出白色光。
密封部件108是封闭发光二极管元件102和荧光部106的模块。密封部件108隔着荧光部106与发光二极管元件102相对，由可透过白色光的材料构成。由此，密封部件108可透过荧光部106产生的光并射到LED组件100的外部。根据本实施例，LED组件100适当发出白色光，照射到外部。
另外，在其他例中，LED组件100可以具有多个发光二极管元件102。此时，荧光部106设置为例如同时覆盖多个发光二极管元件102。另外，密封部件密封部件108密封多个发光二极管元件102和荧光部106。
图5表示作为发光二极管元件102和荧光部106的具体结构一例和基板112与内腔109。为便于说明，其图中各部分尺寸之比与实际尺寸比不同。在本实施例中，发光二极管元件102具有多个电极412a、b，蓝宝石衬底410和半导体层408，蓝宝石衬底410和基板112隔着半导体层408而相对，并倒装在基板112上。电极412a、b例如是焊剂凸起(バンプ)，电连接半导体层408和基板112。
蓝宝石衬底410把半导体层408产生的光透向密封部件108。且蓝宝石衬底(サフアイア)410把透过的光从向着密封部件108的相对面110照射到荧光部106。相对面110例如是1mm边长的四边形平面。
半导体层408通过在蓝宝石衬底410的相对面110的背面114上结晶成长而形成，向着蓝宝石衬底410发光。在本实施例半导体层408具有N型GaN层402，InGaN层404和P型GaN层406。N型GaN层402，InGaN层404和P型GaN层406在蓝宝石衬底410的背面114上顺次层积而成。半导体层408在这些层之间还可以有其他层。
在本实施例，半导体层408对应电极412a、b和基板112接收的电力而向着蓝宝石衬底410产生例如波长为360～380nm程度的紫外光。由此，发光二极管元件102把蓝宝石衬底410的相对面110作为发光面向荧光部106发出紫外光。在其他实施例，半导体层408也可向着蓝宝石衬底410发出兰色光。
荧光部106具有粘合剂604和多个纳米荧光体粒子602。在本实施例，荧光部106具有发出各种不同颜色光的多种纳米荧光体粒子602。粘合剂604由例如硅树脂或氟树脂形成，以覆盖发光二极管元件102发光面的相对面110。另外，粘合剂604内部含有多个纳米荧光体粒子602。由此，粘合剂604以覆盖发光二极管元件102的发光面的层状保持多个纳米荧光体粒子602。此时，粘合剂604内的纳米荧光体粒子602最好以均匀密度分散。纳米荧光体粒子602例如可使用超声波均化器分散在粘合剂604内。另外，在其他实施例中，纳米荧光体粒子602也可设置在密封部件108的内部而替代粘合剂604。另外，荧光部106可具有单一种类的纳米荧光体粒子602，例如在发光二极管元件102产生兰色光时，荧光部106也可具有对应兰色光产生黄色光的纳米荧光体粒子602。
纳米荧光体粒子602是对应发光二极管元件102产生的紫外光而产生荧光的荧光体的粒子。各种纳米荧光体粒子602对应发光二极管元件102发出的紫外光，产生红、绿、兰各色光。在其他实施例，纳米荧光体粒子602对应半导体层408产生的兰色光也可产生兰色的补色黄色光。
另外，纳米荧光体粒子602通过例如在以ZnS、CdS、ZnSe或CdSe中任意一个为母体的晶体内作为活性中心渗杂Mn2+，Eu3+，Tb3+或Te中的任意一个而形成。其各纳米荧光体粒子602中的成为活性中心的原子或离子大约含有例如102～104个程度。
在此，纳米荧光体粒子602的半径R最好小于或等于在纳米荧光体粒子602中的激发子的波尔半径aB。此时，由量子关闭(量子閇じ込あ)效果，使电子和空穴的波动函数重叠变大，而可使纳米荧光体粒子602把照射的紫外光高效地变换为可见光。另外，纳米荧光体粒子602中依赖于尺寸改变电子与空穴的波动函数的重叠。为此，根据本实施例，通过改变例如纳米荧光体粒子602的尺寸，可以控制由荧光发出的光的寿命。纳米荧光体粒子602的半径R最好在纳米荧光体粒子602产生可见光的范围内。
另外，在本实施例，纳米荧光体粒子602的直径例如为2～10nm程度，比LED组件100(参照图3)产生的光的半波长要小。为此，纳米荧光体粒子602可透过可见光。此时，各纳米荧光体粒子602产生的可见光不被其他的纳米荧光体粒子602遮挡，透过粘合剂604。由此可高效地使用纳米荧光体粒子602产生的光。另外，由此，可以提供外部量子效率高的LED组件100。
在其他实施例，纳米荧光体粒子602的直径，大于10nm，且小于或等于可见光的波长的1/4。此时，可以低成本制造纳米荧光体粒子602。另外，由于纳米荧光体粒子602的直径比可见光波长1/4小，所以可以充分保证荧光部106的透过性。另外，可见光的波长例如是兰色光的波长。纳米荧光体粒子例如是直径比1μm小的荧光体的粒子。
在此，如果LED组件100的外部量子效率低，则有时由于LED组件100的发热使车辆用灯具10升温。车辆用灯具10有时在炎热的室外严酷环境中使用很难散热。因此，在由点亮LED组件100而加热车辆用灯具10时，还要考虑到不能适当点亮车辆用灯具10的情况。但是，在本实施例，通过以高外部量子效率点亮LED组件100可以防止加热车辆用灯具10。另外，由此也可以适当点亮车辆用灯具10。
另外，外部量子效率例如是LED组件100外部流出光子数目与流过发光二极管元件102的电流的比。该光子数目例如是用于形成车辆用灯具10配光的可见光的光子的数目。该光子的数目可以是纳米荧光体粒子602产生的光子的数目。另外，LED组件100产生光的半波长例如是含在白色光中的兰色光的半波长。纳米荧光体粒子602的半径和直径例如是外接纳米荧光体粒子602的假想的球的半径以及直径。
另外，纳米荧光体粒子602的半径R是在体结晶的激发子的波尔半径aB时，纳米荧光体粒子602的最低激发能量E1如下式(1)所示。在此，波尔半径aB例如是由与纳米荧光体粒子602相同化学成分形成的荧光体的体结晶的激发子的波尔半径。另外，在式子(1)中Eg是体结晶的禁带宽度，me和mh是电子和空穴的有效质量。
式子(1)：
此时，纳米荧光体粒子602的禁带宽度受纳米荧光体粒子602的尺寸的影响而改变。另外，在半径R为小于或等于波尔半径aB时，对应最低激发状态(Is型)而发光的光的振动频率fQD接近有效质量，而成为下式(2)。其中，fb为体结晶的振子强度。
式子(2)：
fQD=fb(aBR)3]]>
此时，通过纳米荧光体粒子602的尺寸变化可改变纳米荧光体粒子602产生光的波长。另外，此时，由于所述式子(1)的第二项的影响变大，所以通过改变纳米荧光体粒子602的尺寸可以使纳米荧光体粒子602的禁带宽度在比较宽的范围变化。
图6为更具体说明密封部件108的图。密封部件108通过形成得覆盖粘合剂604和发光二极管元件102而密封粘合剂604和发光二极管元件102。另外，在本实施例，密封部件108隔着荧光部106与蓝宝石衬底410相对。蓝宝石衬底410具有例如1.7～1.8程度的折射率。
密封部件108最好具有大于或等于1.45的折射率。此时，因为密封部件108与发光二极管元件102折射率差变小所以可以高效放出从发光二极管元件102产生的光。在本实施例密封部件108由环氧树脂形成。而环氧树脂例如是双酚A型环氧树脂(透明环氧树脂)、联苯基环氧树脂、脂环式环氧树脂等。此时，密封部件108的折射率约为1.5～1.6程度。
在此，环氧树脂接收紫外光的照射以后，有时产生例如黄变等老化现象。为此，如果使来自发光二极管元件102的紫外光透过荧光部106时也要考虑在密封部件108上产生老化，使LED组件100的外部量子效率降低的问题。
但是在本实施例，纳米荧光体粒子602可透过可见光。以来自发光二极管元件102的全部紫外光变换成可见光的充分的厚度，层状地形成多个纳米荧光体粒子602。由此，保持在粘合剂604上的多个纳米荧光体粒子602可把发光二极管元件102产生的全部紫外光变换成可见光。根据本实施例，可以用紫外光防止密封部件108的老化。另外，由此也可不必考虑对紫外光的耐光性而选择密封部件108的材料。另外，根据本实施例，也可以防止车辆用灯具中(参照图1)的其他树脂材料受紫外光而产生的老化。
另外，如果使纳米荧光体粒子602不透过可见光，则在纳米荧光体粒子602层变厚时，下层纳米荧光体粒子602产生的可见光由上层的纳米荧光体粒子602遮盖。此时，由于失去纳米荧光体粒子602产生的一部分光，所以使LED组件100的外部量子效率下降。但是，根据本实施例可以高效利用纳米荧光体粒子602发出的光。另外，由此，可以提供外部量子效率高的LED组件100。
另外，密封部件108具有比粘合剂604小的折射率。此时，粘合剂604的折射率比发光二极管元件102的折射率小，且比密封部件108的折射率大。而纳米荧光体粒子602最好具有比密封部件108大的折射率。另外纳米荧光体粒子602最好具有比粘合剂604大的折射率。纳米荧光体粒子602例如有大于或等于2的折射率。此时，粘合剂604的折射率比粘合剂604材料的折射率大。由此，由发光二极管元件102射入粘合剂604的光的临界角宽。根据本实施例，可以减少在发光二极管元件102和粘合剂604的界面上的紫外光的反射。
在其他实施例，发光二极管元件102，在蓝宝石衬底410和荧光部106可隔着半导体层408(参照图5)相对的状态下安装。半导体层408例如具有2.3～2.5的折射率。此时，也通过用环氧树脂等折射率高的材料形成密封部件108，所以可以提供外部量子效率高的LED组件100。
图7表示对粘合剂604进行耐光性试验的表格。在该耐光试验中，对表中所示的五种材料以9.5W/cm2照度照射150小时波长为365nm的紫外光。
结果在二甲基硅酮树脂、甲基型的倍半硅氧烷树脂和脂环型的倍半硅氧烷树脂中分光透过率的变化很小，也没有外观变化而得到良好效果。而其他材料的分光透过率变化量变大。
在此，作为倍半硅氧烷树脂例如是阶梯型和筐形等网络形的硅树脂。硅树脂例如是具有反复结合硅和氧的高分子链结构的聚硅氧烷。另外，甲基型的倍半硅氧烷树脂是作为侧链不带双重链的醇酸树脂的倍半硅氧烷树脂的一例。醇酸树脂例如是结合多价乙醇和多盐基酸得到的高分子链结构。另外，脂环型的倍半硅氧烷树脂是侧链是脂环基的倍半硅氧烷树脂的一例。
为此，粘合剂604最好由二甲基硅酮树脂或规定的倍半硅氧烷树脂形成。该倍半硅氧烷树脂的侧链最好是不带双重键的醇酸树脂或脂环基的。另外，该倍半硅氧烷树脂最好是侧链没有苯基的。
在此，在车辆用灯具10中，发光二极管元件102有时以例如超过或等于501m/W的功率发光。此时，发光二极管元件102产生的紫外光的照度有时成为太阳光的1～2万倍。
为此，如果使粘合剂604的材料耐紫外光的性能低，则粘合剂604有时会发生黄变等老化现象。此时，有时会发生光束强度下降或发光颜色改变等现象。但是在本实施例，由于使用二甲基硅酮树脂或规定的倍半硅氧烷树脂可以形成耐光性高的粘合剂604。另外，例如二甲基硅酮树脂成本低、可用简单工序形成，且热稳定性好。为此，根据本实施例，可以低成本形成高性能粘合剂604。
另外，二甲基硅酮树脂例如具有1.3～1.4的折射率。为此，如果使粘合剂604的折射率与二甲基硅酮树脂相同，则使粘合剂604和发光二极管元件102的界面的临界角小，降低从发光二极管元件102射入粘合剂604的光束强度。例如，粘合剂604与具有环氧树脂等同程度高折射率时相比，临界角由30°下降为20°，此时光束强度下降10～15％程度。
但是如使用图6说明的那样，在本实施例中，粘合剂604由于含有纳米荧光体粒子602所以具有比粘合剂604材料大的折射率。为此，在本实施例，例如用折射率低的材料形成粘合剂604，也可以把发光二极管元件102产生的光高效地射入粘合剂604中。由此，可由耐紫外线性能高的材料形成粘合剂604。为此，按本实施例，可以高效地利用发光二极管元件102产生的紫外光。另外，由此，可提高LED组件100的发光效率。
图8表示发光二极管元件102和荧光部106的另一具体结构例和基板112与内腔109。另外，在图8中与图5相同符号的结构因为与图5中的结构具有相同或同样的功能，因此省略说明。
在本实施例，荧光部106还具有多个金属氧化物粒子606。金属氧化物粒子606具有等于或小于10nm的直径，与多个纳米荧光体粒子602一起保持在粘合剂604中。
在此，金属氧化物粒子606由于具有等于或小于紫外光半波长的直径，所以可透过紫外光。另外，金属氧化物粒子606具有大于或等于2的折射率，均匀分散在粘合剂604中。所以，根据本实施例，可以进一步提高粘合剂604的折射率。另外，由此可以高效率地利用发光二极管元件102产生的紫外光。
图9表示发光二极管元件102和荧光部106的其他具体结构例和基板112与内腔109。另外，在图9中与图5相同符号的结构因为与图5中的结构具有相同或同样的功能，因此，省略说明。
在本实施例，荧光部106还有多个大直径荧光体粒子608。大直径荧光体粒子608是分别具有大于或等于可见光半波长的直径的荧光体粒子。另外，粘合剂604具有多个保持层702、704。
保持层702形成覆盖发光二极管元件102的发光面的相对面110。另外，保持层702内部含有多个大直径荧光体粒子608。由此，保持层702把多个大直径荧光体粒子608保持在相对面110上。保持层704形成得隔着保持层702与相对面110相对。另外，保持层704内部含有多个纳米荧光体粒子602。由此，保持层704在保持层702上保持纳米荧光体粒子602。
保持在保持层702中的大直径荧光体粒子608可把发光二极管元件102产生的部分紫外光变换成可见光。由此，保持层702可把发光二极管元件102产生的一部分紫外光和大直径荧光体粒子608变换的可见光透向保持层704。
另外，保持在保持层704上的多个纳米荧光体粒子602可把从保持层702射入的全部紫外光变换为可见光。由此，保持层704可把大直径荧光体粒子608产生的可见光和多个纳米荧光体粒子602产生的可见光透向粘合剂604的外部。
在此，在本实施例，纳米荧光体粒子602例如产生光的三原色的一部分颜色的光。而大直径荧光体粒子608产生光的三原色中其他光。大直径荧光体粒子608最好对应紫外光产生与纳米荧光体粒子602产生的可见光不同波长的可见光。在本实施例，可以由大直径荧光体粒子608产生一部分颜色光而由纳米荧光体粒子602产生其他颜色光。由此，可以根据成本和稳定性等分开使用纳米荧光体粒子602和大直径荧光体粒子608。
另外，在本实施例，保持层704中的纳米荧光体粒子602也可以介由保持层702把发光二极管元件102射入的全部紫外光变换成可见光。为此，在本实施例，也可以防止密封部件108(参照图3)的老化。
以上用实施例说明了本发明，但是本发明的技术范围不局限于上述实施例所述的范围。本领域技术人员可以对上述实施例施加各种变更或者改进。施加了这种变更或改进的例也可以包括在本发明的技术范围内，这从权利要求的记述中可以明确。