CN102691905B - 发光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光取出效率和荧光板的激励效率高，并且发光颜色的控制和配光的控制容易的发光装置。本发明的发光装置的特征在于，包含：荧光板，其利用激光照射而发出荧光；第一激光光源，其配置成向荧光板的第一面照射第一激光；第二激光光源，其配置成向荧光板的与第一面相对的第二面照射第二激光；反射器，其具有第二激光穿过的光通过孔，且具备至少覆盖荧光板上的第二激光的照射区域的凹状反射面；和透镜，其配置在荧光板的第一面侧的空间中，对第一激光的由荧光板表面反射的反射光以及利用第一激光和第二激光的激励而从荧光板发出的荧光进行会聚。

Description

发光装置

技术领域

本发明涉及发光装置，特别是涉及在使用半导体激光二极管元件的车辆用前照灯中所使用的发光装置。

背景技术

近年，在使用半导体激光二极管(LD)元件的发光装置中，使用被LD元件发出的蓝色激励光激励而发出黄色荧光的荧光体来得到白色光。具体而言，通过将来自LD元件等的蓝色激励光和来自被激励的荧光体的黄色荧光进行混色而生成了白色光。在利用蓝色激励光高效地激励荧光体后，通过取得蓝色激励光和黄色荧光的平衡，从而实现良好的白色光。

在车辆用前照灯使用的发光装置中，除了良好的白色光特性以外，还需要兼具远距离可视性和确保宽阔的前方照射区域的配光特性。利用在光照射面的中央区域(所谓的截止(cut-off)区域)具有大峰值的配光特性来确保充分的远距离可视性，利用从光照射面中央区域往周边平缓地降低的配光特性来确保宽阔的前方照射区域。

专利文献1公开了一种光源装置，具有利用激励光而发出荧光的发光体、反射来自荧光体的光的凹面镜、以及发射激励光的LED元件或者LD元件。

专利文献2公开了一种具备发光部的车辆用灯具，所述发光部包含形成交错光束用的取向图案的LED光源以及LED光源用荧光体，所述LED光源用荧光体通过接受来自LED光源的光而进行发光，来向取向图案的截止区附近照射光。

专利文献3公开了一种LED装置，其包含发光半导体、覆盖发光半导体的半球型透明透镜、以及配置在透明透镜表面附近的荧光体层，所述LED装置从发光半导体发射光并激励荧光体层而得到荧光。

专利文献1：日本特开2004-354495号公报

专利文献2：日本特开2010-232044号公报

专利文献3：日本特表2005-537651号公报

发明内容

在如专利文献1所示的光源装置中，从LD元件射出的激励光中有很多不激励荧光体而是在荧光体表面上进行反射的成分。从而，激励光的反射成分比从荧光体发射的荧光成分多，要调节激励光的反射成分和荧光成分的混色状态来得到适当的白色光会非常困难。

在如专利文献2所示的车辆用灯具(发光装置)中，通过照射从LED光源射出的激励光来激励激光光源用荧光体，但不能够激励荧光体而是在荧光体表面上进行反射的激励光也很多。从而，基于与专利文献1中发光装置相同的理由，要将激励光的反射成分和荧光成分进行混色来得到适当的白色光会非常困难。

在如专利文献3所示的车辆用灯具(发光装置)中，激励光入射到荧光体层时引起的背面反射多，会产生发光效率下降的问题。此外，由于从荧光体发出的荧光成分向各个方向上分散，因此，要实现在照射区域的中央具有照度大的峰值的那样的特别适合于车辆前照灯的配光会很困难。

此外，在专利文献1和3中，仅能够按一定的配光进行光的照射，要将配光控制成期望的分布会很困难。

本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种光取出效率和荧光板的激励效率高，并且发光颜色的控制和配光的控制容易的发光装置。

本发明的发光装置的特征在于，包含：荧光板，其利用激光照射而发出荧光；第一激光光源，其配置成向荧光板的第一面照射第一激光；第二激光光源，其配置成向荧光板的与第一面相对的第二面照射第二激光；反射器，其具有第二激光穿过的光通过孔，且具备至少覆盖荧光板上的第二激光的照射区域的凹状反射面；和透镜，其配置在荧光板的第一面侧的空间中，对第一激光的由荧光板表面反射的反射光以及利用第一激光和第二激光的激励而从荧光板发出的荧光进行会聚。

根据本发明的发光装置，对荧光板的面向光照射方向的面即前表面和位于其相反方向上的背面分别照射激光。然后，通过利用反射器覆盖荧光板背面的激光照射区域，将背面反射光返回到荧光板上，从而增加了荧光体激励效率，并且容易进行激励光和荧光的混色以及配光控制。这样就能够提供一种发光装置，该发光装置能实现在光照射面中央照度非常强、而且往周边照度平缓地下降的适用于车辆用前照灯的配光图案和照射光颜色，同时发光效率和发光颜色以及配光控制性良好。

附图说明

图1是本发明的实施例1涉及的发光装置的图。

图2(a)、(b)是本发明的实施例1涉及的发光装置的各个LD元件发出的光的路径图。

图3是本发明的实施例2涉及的发光装置的图。

图4是本发明的实施例3涉及的发光装置的图。

标号说明

10发光装置

11荧光板

13第一LD元件

14第二LD元件

15反射器

16通过孔

17透镜

18调节器

20、30发光装置

21反射镜

31凹部

PL光照射面

LA光轴

CR光照射面中央区域

PR光照射面周边区域

具体实施方式

以下，参照附图，关于本发明的实施例进行说明。再有，在以下所示的图中，对实质上相同或者等价的结构要素部分标记同一参照符号。此外，在以下实施例中，对荧光板11是平行平板的情况进行了说明，但荧光板11的形状不限定于此。

(实施例1)

图1是观察本发明的实施例1涉及的发光装置10的垂直于光照射面PL的平面的剖视图。图1中示出了发光装置10内的光路径，用实线表示了激励光成分，用虚线表示了荧光成分。此外，利用线的粗细示意性地表示了光强度。用LA表示发光装置10的光轴。另外，在图右侧部分示出了照度曲线和光照射面PL面内的配光分布。详细地示出了被从发光装置10射出的光照射到的照射面(即光照射面PL)上的照度分布。再有，图中将光照射面PL表示为线。此外，配光分布中画上了阴影线的部分表示在车辆用前照灯中需要高照度的中央区域(即截止区域：CR)。此外，设其周边区域为PR。

如图1所示，发光装置10包括荧光板11、第一半导体激光二极管元件13(以下称为LD元件13)、第二半导体激光二极管元件14(以下称为LD元件14)、反射器15和透镜17。

荧光板11具有一条边为数mm～20mm左右的矩形的平面形状，并配置成该平面相对于光照射面PL构成45°角度。此外，还将荧光板11配置成平面相对于LD元件13的光出射面构成45°角度(来自LD元件13的光以45°角度入射)。荧光板11是具有透光性的荧光体粉末烧结体，例如是将YAG(钇·铝·石榴石：Y₃Al₅O₁₃)烧结而成的。荧光体吸收从LD元件13、14发出的、例如波长约为460nm的蓝色激励光后，发出在波长560nm前后具有发光峰值的黄色荧光。从而，从LD元件13发出后未被荧光体吸收而是反射了的蓝色激励光、和从荧光体发出的黄色荧光相混合，可以得到白色光。再有，荧光板11也可以由具有透光性的材料、例如硅酮树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂、或者复合树脂(环氧树脂+硅酮树脂)构成。该情况下，在荧光板11的树脂内分散有例如向YAG导入了Ce(铈)作为活化剂的YAG:Ce荧光体。此外，荧光板11也可以是在具有透光性的玻璃中掺杂了荧光体的物质。可以按照激光二极管的激励光波长来使用荧光体，例如，若激励光是紫外光，则可以利用R、G、B荧光体，若激励光是蓝色，则除上述YAG荧光体以外，还可以利用R、G荧光体。

第一LD元件13是发出蓝色激励光(例如，波长430nm～470nm左右)的激光二极管。第一LD元件13配置在荧光板11的前表面11A侧(即、发光装置10发出的光的光照射方向)的空间中。然后，将来自第一LD元件13的激光(第一激光)朝着荧光板11的前面11A射出。将第一LD元件13配置成，其激光中的一部分光在荧光板11的前表面11A上反射，该反射的光中的正反射光的光束在垂直于光照射面PL的光轴LA上行进，到达光照射面PL。

第二LD元件14配置在与荧光板11的前表面11A相对的背面11B那侧的空间中。第二LD元件14朝着荧光板的背面11B侧照射第二激光。将第二激光照射到荧光板11的背面11B与光轴LA的延长线的交点位置上。或者，在利用透射过荧光板11的激光作为照射光的情况下，构成为第二激光在透射过荧光板11后，在光轴LA上行进。

反射器15是由例如硅酮树脂、环氧树脂等树脂或者玻璃等形成的具有中空半球状的凹状反射面(内壁)的部件。反射器15的凹部反射面从荧光板11的背面11B侧围绕覆盖了荧光板11的至少第二激光的照射区域。在荧光板11的第二激光的照射区域与反射器15之间保持有间隔。将反射器15用硅酮系粘结剂等固定在荧光板11上。利用激光加工等，在反射器15上形成用于第二激光穿过的光通过孔16。

反射器15的凹部反射面是以从第二LD元件14射出的第二激光所照射的荧光板11表面上的区域为中心的半球状，利用例如银蒸镀或铝蒸镀形成反射面。从而，第二激光中的被荧光板11的背面11B反射的成分被反射器15的凹状反射面反射后，返回到荧光板11的背面11B。此外，反射器15还起到使从被第一和第二激光激励的荧光体发射的荧光中的向荧光板11的后方发射的光向前方返回的作用。再有，为了避免向光照射方向以外的方向漏出光，期望反射器15的开口面的面积小于荧光板11的平面区域的面积。此外，优选使光通过孔16大于第二激光光束直径，以使第二激光穿过，且尽量小到从荧光板11反射的光和从荧光板放射的光不会漏出。

此外，形成凹状反射面的凹部不是中空的也可以，也可以在凹部内填充透光性材料，例如透光性树脂等。通过这样做，能提高反射器15的机械强度。

透镜17是由光学玻璃、聚碳酸酯、硅酮树脂等透光性材料构成的凸透镜。将透镜17配置在荧光板11的前方，设置成对从荧光板11反射的激励光和从荧光板自身发出的荧光进行会聚。具体而言，通过构成为荧光板11上的第一激光的入射位置成为透镜17的大致焦点位置，而使入射到透镜17的光向平行于光轴LA的方向会聚。再有，在图1和后述的图2(a)、(b)至4中，相对于透镜，放大地示出了其他部件(荧光板、反射器、激光光源)。

此外，在使用发光装置10作为车辆用前照灯的情况下，可以将用于形成截止线的遮光器适当地配置在透镜17与荧光板11之间。

在此，用图2(a)、(b)个别地说明发光装置10中LD元件13和LD元件14的激光路径。图2(a)、(b)也与图1同样地用实线表示了激励光成分，用虚线表示了荧光成分，利用线的粗细示意性地表示了光强度。另外，在图的右侧部分，与图1同样地示出了光照度曲线和配光分布。

图2(a)示出了从第一LD元件13射出的第一激光涉及的光路径、照度曲线和配光分布图。第一激光的一部分在荧光板11的前表面11A上进行正反射或者扩散反射后朝向透镜17。剩余部分或激励荧光板11内的荧光体，或不激励荧光体而穿过荧光板11后到达反射器15。不激励荧光体而穿过了荧光板11的光在反射器15上反射后，再次入射到荧光板11而激励荧光体。利用第一激光的激励而从荧光板11发出的荧光中，发射到金属板11前方的光仍朝向透镜17。发射到反射器15侧的光被反射器15反射后，透射过荧光板11之后朝向透镜17。入射到透镜17上的反射激励光和荧光被会聚成期望的配光分布，然后从发光装置10中取出。

如图2(a)的光照度曲线和配光分布所示，在由第一激光形成的配光分布中，第一激光中在荧光板11的前表面11A上进行正反射的成分比较多，在照射面PL的中央区域CR具有突出的峰值。但是，由于导入到荧光板11内的第一激光成分比较少，因此可知从荧光体发射的荧光少，并且在荧光板11的前表面11A上进行扩散反射的激励光也比较少，所以，几乎不向中央区域CR的周边区域PR照射光。即，利用第一LD元件13的第一激光主要确保远距离可视性。再有，关于第一激光，由于在荧光板11的前表面11A上进行正反射的成分比较多，因此，在图2(a)的结构中，中央区域CR中的光成为偏蓝的白色。

图2(b)示出了从第二LD元件14射出的第二激光涉及的光路径、照度曲线和配光分布图。第二激光的一部分在荧光板11上激励荧光体，剩余部分或不激励荧光体而穿过荧光板11，或在荧光板11的背面11B上进行反射。穿过了荧光板11的第二激光的一部分扩散后朝向透镜17。在荧光板11的背面11B上反射的第二激光被反射器15反射后再次入射荧光板11而激励荧光体。利用第二激光的激励而从荧光板11发出的荧光中，发射到前方的光仍朝向透镜17，发射到后方的光也被反射器15反射后朝向透镜17。入射到透镜17的激励光和荧光被会聚成期望的配光分布，然后从发光装置10进行照射。

从图2(b)的照度曲线和配光分布可知，由第二激光形成的配光分布也在中央具有峰值。但是，与由第一激光形成的配光分布不同，在周边区域PR中也示出了变宽的配光分布。这是因为，通过将第二激光在荧光板11内部向板11的面内方向进行导光，从而荧光板11的宽阔区域被激励而发射荧光，不激励荧光体而穿过了荧光板11的成分的一部分扩散后朝向透镜17。另外，因为利用扩散反射到荧光板11后方之后返回到荧光板11的激励光来激励荧光板11的被反射器15覆盖的整个覆盖区域，因此进一步确保了对周边区域PR的配光。从而，利用第二激光确保了宽阔的前方照射区域。再有，关于第二激光，由于不激励荧光体而穿过荧光板11的成分比较少，因此，在图2(b)的结构中，中央区域CR中的光成为偏黄的白色。

在此，参照图1，发光装置10的配光分布结合了图2(a)的LD元件12形成的配光分布和图2(b)的LD元件13形成的配光分布。即，成为中央具有大的峰值、而且往周边区域PR平缓地变宽的配光分布。即，根据发光装置10，得到了对车辆前照灯等有利的配光特性，该配光特性在光照射面中央区域CR(截止区域附近)照度非常高，换言之远距离可视性高，而且往光照射面周边照度平缓地下降，换言之可以确保宽阔的前方照射区域。再有，由于在光照射面的中央区域CR中混合了利用第一激光得到的偏蓝的白色光和利用第二激光得到的偏黄的白色光，因此，在发光装置10的配光(利用第一激光和第二激光得到的配光)中能够得到从中央区域CR到周边区域PR色感均匀的白色。

可以在发光装置10中进一步根据需要来调节照射光的颜色和配光分布。在发光装置10中控制蓝色激励光与黄色激励光的混色的方法、即调节照射光颜色的方法可以采取以下方法。

第一方法是变更荧光板11的厚度或者荧光板11内的荧光体浓度来调节照射光颜色的方法。具体而言，可以通过增厚荧光板11的厚度或者提高荧光体浓度，来增加利用从第二LD元件14射出的第二激光的荧光体激励而发射的黄色光，将照射光颜色向黄色侧进行调节。同样地，可以通过使荧光板11的厚度变薄或者降低荧光体浓度，将照射光颜色向蓝色侧进行调节。

第二方法是通过调节照射到荧光板11上的第一和第二激光的强度来调节照射光颜色的方法。具体而言，若增大第一激光的强度，就能够增大被荧光板11反射的蓝色激励光的比例，从而可以将照射光的颜色向蓝色侧进行调节。反之，若增大第二激光的强度，就能够增大来自荧光板11内的荧光体的黄色荧光的比例，从而可以将照射光颜色向黄色侧进行调节。也可以通过使用如图3所示的调节器18变更第一LD元件13和第二LD元件14的驱动电流来进行光强度的调节。此外，也可以在LD元件13和14射出的激光的光程上配置滤光器，通过改变该滤光器的光透射率来调节光强度。

第三方法是通过改变荧光板11的表面粗糙度来调节照射光的颜色的方法。具体而言，通过增加荧光板11的前表面11A的表面粗糙度，使得容易向荧光板11内导入从第一LD元件13射出的第一激光。通过这样做，第一激光中的在荧光板11表面上反射的激励光的成分减少。另一方面，由于导入到荧光板11内激励荧光体的激励光成分增加，从而从荧光板11发出的荧光增加，因此可以将发光装置10的照射光的颜色向黄色侧进行调节。同样地，可以通过降低荧光板11的前表面的表面粗糙度(例如进行镜面加工)，将发光装置10的照射光颜色向蓝色侧进行调节。

要在发光装置10中调节配光分布，可以采取以下方法。

第一方法是与上述调节照射光颜色的第二方法同样地调节第一LD元件13和第二LD元件14的光输出的方法。具体而言，通过增大第一激光的强度，使得在荧光板11的表面上反射的激励光成分增加，光照射面中央区域CR(截止区域附近)的照度变高，从而可以将配光分布调节成远距离可视性提高。另一方面，若增大第二激光的强度，则荧光板11内的荧光体进一步被激励，从荧光板11发出的荧光增加，从而可以将配光分布调节成光照射面的周边区域PR的照度变高。再有，激光强度的调节方法与上述调节照射光颜色的第二方法同样。

第二方法是变更激光照射荧光板11的位置的方法。具体而言，通过使被从第一LD元件13射出的第一激光和从第二LD元件14射出的第二激光照射的荧光板11上的位置相对地移动，来使光照射面上由第一激光形成在光照射面PL上的照度峰值区域相对于整个照射区域相对地移动。

第三方法是通过变更反射器15的形状来变更配光图案的方法。具体而言，例如在想在照射面PL上得到水平方向上横长的配光的情况下，只要使反射器15的凹部反射面的形状成为从照射面PL看在水平方向上具有长径的椭圆半球形状即可。此外，通过使反射器15的反射面中的被荧光板11的背面11B反射的激励光所入射的部分成为漫反射面，来使激励光分散，使激励光普遍入射到整个荧光板11上，也能使照射面的周边区域PR的照度增加。该情况下，通过对荧光板11的背面11B的表面进行镜面加工，使在荧光板11表面上反射的激励光成分增加，通过在反射器15的反射面上使更多的激励光分散，可以进一步使周边区域PR的照度增加。再有，反射器15的凹部反射面除了具有半球截面等的曲面形状以外，还可以根据期望的配光图案来使凹部成为多反射器形状或者圆锥状或棱锥状等。

第四方法是通过变更透镜17的形状来变更配光图案的方法。具体而言，例如在想在照射面PL上得到水平方向上横长的配光的情况下，可以使用在上下方向上出射平行光、左右方向上出射扩散光的扁平透镜。

(实施例2)

以下，参照附图，关于本发明的实施例2涉及的发光装置20进行说明。图3是观察本发明的实施例2涉及的发光装置20的垂直于照射面PL的平面的剖视图。

发光装置20与上述实施例1涉及的半导体发光装置10的基本结构相同，但进一步设置有反射镜21，并且第二LD元件14与第一LD元件13接近配置。

在实施例2涉及的发光装置20中并排地配置LD13和LD14，使得来自第一LD元件13的第一激光和来自第二LD元件14的第二激光平行地射出。

将反射镜21配置成相对于照射面PL构成45°角度，以使从第二LD元件14射出的激光穿过反射器15的光通过孔16。反射镜21例如由硅酮树脂、环氧树脂等树脂或者玻璃等形成，对于反射镜21的激光反射面，为了反射激光而利用银蒸镀或铝蒸镀形成反射面。

在发光装置20中，从LD元件14射出的第二激光被反射镜21反射后，与实施例1的情况同样地穿过反射器15的光通过孔16后到达荧光板11。到达荧光板11后的光路径与实施例1的光路径同样。

实施例2涉及的发光装置20与发光装置10不同，通过使用反射镜21，可以将第一LD元件13和第二LD元件14接近配置，因此，可以使发光装置20小型化。此外，通过将LD元件13和LD元件14接近配置，能够将LD元件13和14设置在同一基板上，可以通过共用散热路径等而使结构简化。

再有，在实施例1和2中，荧光板11的角度相对于发光装置10或是20的光照射面PL也可以不是45°。在变更荧光板11的角度的情况下，根据该角度适当地变更第一LD元件13和第二LD元件14的位置以及反射器15的光通过孔16的位置，调节成使第二激光能够穿过光通过孔16，并且第一激光在荧光板11表面上的正反射成分与光轴LA一致地到达光照射面。

(实施例3)

以下，参照附图，关于本发明的实施例3涉及的发光装置30进行说明。图4是观察本发明的实施例3涉及的发光装置30的垂直于光照射面PL的平面的剖视图。

发光装置30由与上述实施例1涉及的半导体发光装置10同样的结构要素构成。在发光装置30中，与光照射面平行地配置荧光板11，并且为了提高第一LD元件13的第一激光的荧光体激励效率，还在荧光板11的前表面11A上形成有凹部31。此外还配置成第一LD元件13相对于荧光板11构成45°角度，以使第一激光相对于荧光板11以45°角度入射。

凹部31例如是半球状，形成为进入到凹部31中的第一激光在凹部31内多重反射后朝向光照射面PL。通过这样地使从第一LD元件射出的第一激光在荧光板11上进行多重反射，能够高效地激励荧光板11内的荧光体，使从荧光板11发射的荧光增加。

再有，在实施例3中，第一激光相对于荧光板11的行进角度也可以不是45°。在变更第一LD元件13的配置的情况下，只要变更荧光板11的角度或是变更凹部31的形状，使得在荧光板上反射的激励光成分与光轴LA(即，垂直于照射面PL的线)一致地朝向照射面PL即可。

在上述实施例中，反射器15的开口部优选包含有透镜17从荧光板11会聚的光在该荧光板11上的发射区域。通过这样做，能减少向光照射面PL方向以外的方向漏出的光。

优选利用同一壳体(未图示)来支撑上述实施例中记载的结构要素，以使结构要素的相互位置关系不会变化。

此外，上述实施例中使用了半导体激光二极管元件作为光源，但也可以使用其他激光光源等。

在上述实施例中，关于本发明的发光装置，以用于车辆用前照灯为中心进行了说明。但是，本发明的发光装置也可以用于要求同样的配光的其他照明装置。

再有，上述实施例中的各种各样的数值、尺寸和材料等只不过是例示，可以按照用途或者所使用的发光元件等适当地选择。

Claims (10)

1.一种发光装置，其特征在于，包含：

荧光板，其利用激光照射而发出荧光；

第一激光光源，其配置成向所述荧光板的第一面照射第一激光；

第二激光光源，其配置成向所述荧光板的与所述第一面相对的第二面照射第二激光；

反射器，其具有所述第二激光穿过的光通过孔，且具备至少覆盖所述荧光板上的所述第二激光的照射区域的凹状反射面；和

透镜，其配置在所述荧光板的所述第一面侧的空间中，对所述第一激光的由所述荧光板表面反射的反射光以及利用所述第一激光和所述第二激光的激励而从所述荧光板发出的荧光进行会聚。

2.根据权利要求1所述的发光装置，其特征在于，所述反射器的所述凹状反射面具有曲面形状。

3.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述荧光板在所述第一面具有凹部，所述凹部配置在所述第一激光入射的区域。

4.根据权利要求3所述的发光装置，其特征在于，所述第一激光在所述凹部内进行多重反射。

5.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述荧光板是被所述第一激光和第二激光激励而发出黄色荧光的荧光体粉末烧结体。

6.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述发光装置具有调节所述第一激光和第二激光的至少一方的光强度的调节器。

7.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述反射器的所述凹状反射面包含所述透镜从所述荧光板会聚的光在所述荧光板上的发射区域。

8.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述第一激光的由所述荧光板反射的正反射光和入射到所述荧光板的所述第二激光处于同一光轴上。

9.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述反射器的所述凹状反射面形成为，朝着所述第二激光在所述荧光板上的照射区域反射由所述荧光板反射的所述第二激光的反射光。

10.根据权利要求1或2所述的发光装置，其特征在于，所述反射器的所述凹状反射面的至少一部分是漫反射面。