CN109564308A - 波长变换部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够容易且高精度地调整色度的波长变换部件及其制造方法。该波长变换部件的特征在于：其是具有彼此相反的第一主面(1a)和第二主面(1b)的波长变换部件(1)，所述波长变换部件具有玻璃基质(2)和配置在玻璃基质(2)中的荧光体颗粒(3)，第一主面(1a)的荧光体颗粒(3)的浓度高于从第一主面(1a)起算在内侧20μm处的荧光体颗粒(3)的浓度，第二主面(1b)的荧光体颗粒(3)的浓度低于从第二主面(1b)起算在内侧20μm处的荧光体颗粒(3)的浓度，第一主面(1a)的荧光体颗粒(3)的浓度高于第二主面(1b)的荧光体颗粒(3)的浓度。

Description

波长变换部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种将发光二极管(LED：Light Emitting Diode)和激光二极管(LD：Laser Diode)等所发射的光的波长变换成其他波长的波长变换部件及其制造方法。
背景技术
近年来，作为替代荧光灯或白炽灯的下一代光源，对于使用LED、LD的发光设备等的关注越来越高。作为这种下一代光源的一例，公开了组合射出蓝色光的LED和吸收来自LED的一部分光并将其变换成黄色光的波长变换部件而得到的发光设备。该发光设备发出作为由LED射出的蓝色光和由波长变换部件射出的黄色光的合成光的白色光。专利文献1中，作为波长变换部件的一例，提出了在玻璃基质中分散有荧光体粉末的波长变换部件。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－258308号公报
发明内容
发明所要解决的课题
如专利文献1的波长变换部件是通过将玻璃基质中分散有荧光体粉末的玻璃母材进行研磨而使厚度变薄来制得的。然而，通过这样的方法得到的波长变换部件中，有时发生发光色的色不匀(色度不匀)。因此，有时无法以高精度得到所希望色度的波长变换部件。另外，有时用于得到所希望色度的波长变换部件的玻璃母材的研削量会变多，无法充分地提高生产率。
本发明的目的在于提供一种能够容易且高精度地调整色度的波长变换部件及其制造方法。
用于解决课题的技术方案
本发明所涉及的波长变换部件的特征在于：其具有彼此相反的第一主面和第二主面，该波长变换部件具有玻璃基质和配置在玻璃基质中的荧光体颗粒，第一主面的荧光体颗粒的浓度高于从第一主面起算在内侧20μm处的荧光体颗粒的浓度，第二主面的荧光体颗粒的浓度低于从第二主面起算在内侧20μm处的荧光体颗粒的浓度，第一主面的荧光体颗粒的浓度高于第二主面的荧光体颗粒的浓度。
在本发明中，具有荧光体颗粒的浓度从第一主面侧朝向第二主面侧逐渐变低的多个区域，该多个区域从第一主面侧朝向第二主面侧连续设置。
本发明所涉及的波长变换部件的制造方法是用于制造依据本发明所构成的波长变换部件的方法，其特征在于，包括：制备包含成为玻璃基质的玻璃颗粒和荧光体颗粒的浆料的工序；将浆料涂布于基材并使其干燥，在直至干燥结束的期间使荧光体颗粒朝下方沉降，由此获得下表面的荧光体颗粒的浓度高于上表面的荧光体颗粒的浓度的第一生片、第二生片的工序；和以使第一生片的上表面和第二生片的下表面重叠的方式叠层第一生片、第二生片，使其一体化并进行烧制的工序。
优选还包括对波长变换部件的第一主面和/或第二主面进行研磨的工序。
发明效果
依据本发明，能够提供能够容易且高精度地调整色度的波长变换部件及其制造方法。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的主视截面示意图。
图2是表示本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的第一主面的荧光体颗粒的浓度的俯视示意图。
图3是表示本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的从第一主面起算在内侧20μm处的表层底面的荧光体颗粒的浓度的俯视截面示意图。
图4是表示本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的第二主面的荧光体颗粒的浓度的俯视示意图。
图5是表示本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的从第二主面起算在内侧20μm处的表层底面的荧光体颗粒的浓度的俯视截面示意图。
图6(a)～(d)是用于对本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的制造方法的一个例子进行说明的主视截面示意图。
图7是本发明的第二实施方式所涉及的波长变换部件的主视截面示意图。
具体实施方式
以下，对优选的实施方式进行说明。但是，以下的实施方式只是示例，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，在各附图中，实质上具有相同的功能的部件有时参照相同的符号。
(第一实施方式)
图1是本发明的第一实施方式所涉及的波长变换部件的主视截面示意图。如图1所示，波长变换部件1具有玻璃基质2和配置在玻璃基质2中的荧光体颗粒3。波长变换部件1具有彼此相反的第一、第二主面1a、1b。
在本实施方式中，从第一主面1a和第二主面1b中的一个面入射激发光。利用激发光的入射从荧光体颗粒3射出荧光。从第一主面1a和第二主面1b中的另一个面射出荧光和激发光。其中，在本实施方式中，将第一主面1a与第二主面1b相对的方向设为厚度方向。
玻璃基质2只要能够用作无机荧光体等的荧光体颗粒3的分散介质，就没有特别限定。例如，可以使用硼硅酸盐系玻璃、磷酸盐、锡磷酸盐系玻璃、铋酸盐系玻璃系玻璃等。作为硼硅酸盐系玻璃，可以列举以质量％计，含有SiO2 30～85％、Al2O3 0～30％、B2O3 0～50％、Li2O+Na2O+K2O 0～10％和MgO+CaO+SrO+BaO 0～50％的玻璃。作为锡磷酸盐系玻璃，可以列举以摩尔％计含有SnO30～90％、P2O5 1～70％的玻璃。玻璃基质2的软化点优选为250℃～1000℃，更优选为300℃～950℃，进一步优选为500℃～900℃的范围内。玻璃基质2的软化点过低时，有时波长变换部件1的机械强度和化学耐久性会下降。另外，由于玻璃基质2自身的耐热性变低，有时会因荧光体颗粒3所产生的热而发生软化变形。另一方面，玻璃基质2的软化点过高时，由于制造时的烧制工序，有时荧光体颗粒3劣化而波长变换部件1的发光强度下降。另外，玻璃基质2优选为无碱玻璃。由此，能够抑制荧光体颗粒3的失活。另外，从提高波长变换部件1的机械强度和化学耐久性的观点考虑，玻璃基质2的软化点优选为500℃以上，更优选为600℃以上，进一步优选为700℃以上，进一步优选为800℃以上，特别优选为850℃以上。作为这样的玻璃，可以列举硼硅酸盐系玻璃。但是，玻璃基质2的软化点变高时，烧制温度也变高，作为结果，有制造成本变高的倾向。因此，从廉价地制造波长变换部件1的观点考虑，玻璃基质2的软化点优选为550℃以下，更优选为530℃以下，进一步优选为500℃以下，进一步优选为480℃以下，特别优选为460℃以下。作为这样的玻璃，可以列举锡磷酸盐系玻璃、铋酸盐系玻璃。
荧光体颗粒3只要能够因激发光的入射而射出荧光，就没有特别限定。作为荧光体颗粒3的具体例，例如可以列举选自氧化物荧光体、氮化物荧光体、氮氧化物荧光体、氯化物荧光体、氯氧化物荧光体、硫化物荧光体、硫氧化物荧光体、卤化物荧光体、硫属化合物荧光体、铝酸盐荧光体、卤磷酸盐化物荧光体和石榴石系化合物荧光体中的1种以上等。使用蓝色光作为激发光时，例如可以使用射出绿色光、黄色光或红色光作为荧光的荧光体。
荧光体颗粒3的平均粒径优选为1μm～50μm，更优选为5μm～25μm。荧光体颗粒3的平均粒径过小时，有时发光强度会下降。另一方面，荧光体颗粒3的平均粒径过大时，有时发光色不均匀。
玻璃基质2中的荧光体颗粒3的含量优选处于1～70体积％的范围内，更优选处于1.5～50体积％的范围内，进一步优选处于2～30体积％的范围内。荧光体颗粒3的含量过少时，有时波长变换部件1的发光强度不充分。另一方面，荧光体颗粒3的含量过多时，有时得不到所希望的发光色。另外，有时波长变换部件1的机械强度会下降。
波长变换部件1的厚度优选处于0.01mm～1mm的范围内，更优选处于0.03mm～0.5mm的范围内，进一步优选处于0.05mm～0.35mm的范围内，特别优选处于0.075mm～0.3mm的范围内，最优选处于0.1mm～0.25mm的范围内。波长变换部件1的厚度过厚时，有时波长变换部件1中的光的散射和吸收会变得过大、荧光的发射效率变低。波长变换部件1的厚度过薄时，有时难以获得充分的发光强度。另外，有时波长变换部件1的机械强度不充分。
本实施方式的特征在于，第一主面1a的荧光体颗粒3的浓度高于从第一主面1a起算在内侧20μm处的荧光体颗粒3的浓度，第二主面1b的荧光体颗粒3的浓度低于从第二主面1b起算在内侧20μm处的荧光体颗粒3的浓度，第一主面1a的荧光体颗粒3的浓度高于第二主面1b的荧光体颗粒3的浓度。以下，参照图1～图5对本实施方式的特征进行说明。
如图1所示，在本实施方式中，将从第一主面1a起算在内侧20μm处的面设为表层底面1c。同样地，将从第二主面1b起算在内侧20μm处的面设为表层底面1d。从第一主面1a至表层底面1c的区域为本实施方式的表层B1。从第二主面1b至表层底面1d的区域为本实施方式的表层B2。
图2是表示第一主面1a的荧光体颗粒3的浓度的俯视示意图。图3是表示从第一主面1a至20μm内侧的表层底面1c的荧光体颗粒3的浓度的俯视截面示意图。如图2和图3所示，与第一主面1a的荧光体颗粒3的面积占有率相比，表层底面1c的荧光体颗粒3的面积占有率变小了。因此，第一主面1a的荧光体颗粒3的浓度高于从第一主面1a起算在内侧20μm处的表层底面1c的荧光体颗粒3的浓度。
图4是表示第二主面1b的荧光体颗粒3的浓度的俯视示意图。图5是表示从第二主面1b至20μm内侧的表层底面1d的荧光体颗粒3的浓度的俯视截面示意图。如图4和图5所示，与表层底面1d的荧光体颗粒3的面积占有率相比，第二主面1b的荧光体颗粒3的面积占有率变小了。因此，第二主面1b的荧光体颗粒3的浓度低于从第二主面1b起算在内侧20μm处的表层底面1d的荧光体颗粒3的浓度。
如图2和图4所示，第一主面1a的荧光体颗粒3的浓度高于第二主面1b的荧光体颗粒3的浓度。
第一主面1a的荧光体颗粒3的面积占有率优选为表层底面1c的荧光体颗粒3的面积占有率的140％以上，更优选为160％以上，进一步优选为200％以上，优选为1000％以下，更优选为500％以下，进一步优选为330％以下。该面积占有率过小时，有研磨第一主面1a时的色度变化量过小、生产效率下降的倾向。另一方面，该面积占有率过大时，研磨第一主面1a时的色度变化量过大，难以高精度地进行色度调整。
第二主面1b的荧光体颗粒3的面积占有率优选为表层底面1d的荧光体颗粒3的面积占有率的10％以上，更优选为20％以上，进一步优选为30％以上，优选为70％以下，更优选为60％以下，进一步优选为50％以下。该面积占有率过小时，有研磨第二主面1b时的色度变化量过小、生产效率下降的倾向。另一方面，该面积占有率过大时，研磨第二主面1b时的色度变化量过大，难以高精度地进行色度调整。
第一主面1a的荧光体颗粒3的面积占有率优选为第二主面1b的荧光体颗粒3的面积占有率的140％以上，更优选为160％以上，进一步优选为200％以上，优选为1000％以下，更优选为500％以下，进一步优选为330％以下。通过将该面积占有率设为这样的范围，容易发挥能够容易且高精度地调整色度这样的本发明的效果。
其中，面积占有率通过将各主面和各表层底面的SEM(扫描型电子显微镜)图像二值化，利用每单位面积内荧光体颗粒部分所占的面积比率而算出。对于表层底面，通过研磨主面，以使表层底面露出的状态拍摄图像。
如图1所示，本实施方式的波长变换部件1具有第一、第二区域A1、A2。在第一、第二区域A1、A2中，荧光体颗粒3的浓度分别随着从第一主面1a侧朝向第二主面1b侧变低。第一区域A1包含第一主面1a，第二区域A2包含第二主面1b。第一区域A1和第二区域A2从第一主面1a朝向第二主面1b连续设置。
更详细而言，在第一区域A1中，具有随着从第一主面1a朝向第二主面1b侧，荧光体颗粒3的浓度逐渐变低的浓度梯度。因此，表层B1具有随着朝向第一主面1a，荧光体颗粒3的浓度逐渐变高的浓度梯度。另一方面，在第二区域A2中，具有随着从第一主面1a侧朝向第二主面1b，荧光体颗粒3的浓度逐渐变低的浓度梯度。因此，表层B2具有随着朝向第二主面1b，荧光体颗粒3的浓度逐渐变低的浓度梯度。
出于变换所入射的激发光的波长而射出荧光的目的，使用波长变换部件1。在为白色光的发光设备时，从波长变换部件1发射白色光，该白色光为例如作为来自LED等光源的激发光的蓝色光和作为荧光的黄色光的合成光。关于从波长变换部件1发射的光的色度的调整，一般而言，通过对波长变换部件1的第一主面1a和第二主面1b中的至少一个进行研磨而使波长变换部件1的厚度变薄来进行调整。通过使波长变换部件1的厚度变薄，能够使从波长变换部件1发射的荧光的比例变少，使透过波长变换部件1的激发光的比例变多。通常，通过在表层B1、B2的区域内进行研磨来进行波长变换部件1的厚度的调整。
在本实施方式中，第一主面1a的荧光体颗粒3的浓度高于表层底面1c的荧光体颗粒3的浓度。因此，相对于因研磨第一主面1a而导致的厚度的变化，色度的变化大。即，在第一主面1a侧，即使研磨的研削量少时，也能够大大地改变色度，并能够容易地调整色度。另一方面，第二主面1b的荧光体颗粒3的浓度低于表层底面1d的荧光体颗粒3的浓度。因此，相对于因研磨第二主面1b而导致的厚度的变化，色度的变化小。即，在第二主面1b侧，相对于因研磨而导致的厚度的变化，能够稍微改变色度，并能够对色度进行微调整。
因此，调整色度时，可以在对第一主面1a进行研磨而调整至所希望的色度附近后，对第二主面1b进行研磨而对色度进行微调整。因此，利用本实施方式，能够容易且高精度地调整色度。
如图1所示，在第二区域A2中，与表层底面1d的荧光体颗粒3的浓度相比，比表层底面1d更靠内侧的荧光体颗粒3的浓度更高。即，波长变换部件1不仅在第一主面1a附近而且在表层底面1c与表层底面1d之间的区域也具有荧光体颗粒3的浓度高于表层底面1d的荧光体颗粒3的浓度的区域C。没有荧光体颗粒3的浓度高的区域C时，在波长变换部件1的内部，在存在荧光体颗粒3的部分和不存在荧光体颗粒3的部分，激发光的散射或波长变换的程度不同，因此，有发光色不均匀的倾向。例如，向不存在荧光体颗粒3的部分照射激发光时，有时会发生未被散射或未被波长变换而直接透过的所谓的“激发光的泄露”。另一方面，存在荧光体颗粒3的浓度高的区域C时，直接透过波长变换部件1的表层的激发光在区域C容易被散射或被波长变换，颜色的均匀性容易提高。
另外，在波长变换部件1中，具有荧光体颗粒3的浓度高的多个区域，因此，不会使第一主面1a附近的荧光体颗粒3的浓度变得过高，而能够使波长变换部件1中的荧光体颗粒3的含量成为充分的量。因此，不容易导致第一主面1a附近的机械强度的劣化，并且能够更可靠地使波长变换部件1中的荧光体颗粒3的含量成为充分的量。
其中，在图1中，在表层B2未图示荧光体颗粒3，但如图4所示，表层B2也可以含有荧光体颗粒3。在表层B2以外的未图示荧光体颗粒3的部分，同样也可以含有荧光体颗粒3。在图1中，为了显示表层B1和区域C中的荧光体颗粒3的浓度高，只在表层B1和区域C图示了荧光体颗粒3。
以下，对波长变换部件1的制造方法的一个例子进行说明。
(波长变换部件的制造方法)
图6(a)～(d)是用于对第一实施方式所涉及的波长变换部件的制造方法的一个例子进行说明的主视截面示意图。
在波长变换部件1的制造方法中，首先，制备含有成为玻璃基质的玻璃颗粒、荧光体颗粒、粘合剂树脂和溶剂等有机成分的浆料。接着，如图6(a)所示，利用刮刀法等将浆料4涂布在作为基材的聚对苯二甲酸乙二醇酯等树脂膜6上。
接着，使浆料4干燥。此时，在直至浆料4的干燥结束的期间，使荧光体颗粒3朝下方沉降。由此，得到图6(b)所示的下表面5Ab的荧光体颗粒3的浓度高于上表面5Aa的荧光体颗粒3的浓度的第一生片5A。
其中，浆料4的玻璃颗粒的密度小于荧光体颗粒3的密度。由此，能够使荧光体颗粒3适当沉降。因此，能够在第一生片5A中更可靠地形成上述那样的荧光体颗粒3的浓度分布。
另一方面，利用与图6(a)和图6(b)所示的工序相同的方法，得到图6(c)所示的第二生片5B。关于第二生片5B，下表面5Bb的荧光体颗粒3的浓度也高于上表面5Ba的荧光体颗粒3的浓度。
接着，如图6(c)所示，以使第一生片5A的上表面5Aa与第二生片5B的下表面5Bb重叠的方式叠层第一、第二生片5A、5B。接着，对第一、第二生片5A、5B进行热压接，使其一体化并进行烧制。由此，制作图6(d)所示的波长变换部件1A。
另外，通过对波长变换部件1A的第一主面1a和第二主面1b或者任意一方进行研磨，可以进行波长变换部件1A的色度调整。其中，在第一实施方式中，对第一、第二主面1a、1b进行研磨，得到图1所示的波长变换部件1。作为研磨的方法，没有特别限定，例如可以利用抛光研磨、镜面研磨进行。抛光研磨与镜面研磨相比，具有研磨速度快的优点。另一方面，镜面研磨与抛光研磨相比，能够提高研磨面精度。由于波长变换部件1的厚度与色度存在相关关系，通过预先求出该相关关系，能够求出用于获得所希望的色度的波长变换部件1的目标厚度。厚度与色度的相关关系例如可以通过一边以高于目标色度的状态进行研磨一边对厚度和色度进行测定而求出。此时，从高精度地获得色度与厚度的相关关系的观点出发，优选采用形成与最终制品的加工面同等的表面状态(表面粗糙度)的研磨方法。例如，利用镜面研磨进行最终制品的加工时，优选求出色度与厚度的相关关系时的研磨方法也采用镜面研磨。
(第二实施方式)
图7是第二实施方式所涉及的波长变换部件的主视截面示意图。本实施方式的波长变换部件11除了图6(c)所示的第一、第二生片5A、5B以外，还可以进一步叠层利用与第一、第二生片5A、5B相同的方法制作的第三生片而制造。具体而言，可以通过将第三生片中的荧光体颗粒3的浓度低的上表面叠层于第一、第二生片5A、5B的叠层体的第一生片5A侧，使其一体化并进行烧制而制造。或者，也可以将第三生片中的荧光体颗粒3的浓度高的下表面叠层于上述叠层体的第二生片5B侧。
在本实施方式中，第一主面11a的荧光体颗粒3的浓度也高于表层底面11c的荧光体颗粒3的浓度。第二主面11b的荧光体颗粒3的浓度也低于表层底面11d的荧光体颗粒3的浓度。另外，第一主面11a的荧光体颗粒3的浓度高于第二主面11b的荧光体颗粒3的浓度。因此，可以在对第一主面11a进行研磨并调整至所希望的色度附近后，对第二主面11b进行研磨而对色度进行微调整。因此，能够容易且高精度地调整色度。
另外，波长变换部件11具有随着从第一主面11a侧朝向第二主面11b侧，荧光体颗粒3的浓度变低的第一～第三区域A1～A3。从第一主面11a侧朝向第二主面11b侧，第一区域A1、第三区域A3和第二区域A2依次连续设置。另外，在波长变换部件11中，具有随着从第一主面11a侧朝向第二主面11b侧，荧光体颗粒3的浓度变低的3个区域，也可以具有4个以上。
波长变换部件11在表层底面11c与表层底面11d之间，具有荧光体颗粒3的浓度高于表层底面11d的荧光体颗粒3的浓度的多个区域C。因此，容易进一步获得上述的提高颜色的均匀性的效果。另外，与第一实施方式同样，不容易导致第一主面11a附近的机械强度的劣化，并且能够更可靠地使荧光体颗粒3的含量成为充分的量。
另外，在第三区域A3中，随着从第一主面11a侧朝向第二主面11b侧，荧光体颗粒3的浓度也可以变高。
符号说明
1、1A…波长变换部件
1a、1b…第一、第二主面
1c、1d…表层底面
2…玻璃基质
3…荧光体颗粒
4…浆料
5A…第一生片
5Aa…上表面
5Ab…下表面
5B…第二生片
5Ba…上表面
5Bb…下表面
6…树脂膜
11…波长变换部件
11a、11b…第一、第二主面
11c、11d…表层底面
A1～A3…第一～第三区域
B1、B2…表层
C…区域

Claims (4)

1.一种波长变换部件，其特征在于：
其具有彼此相反的第一主面和第二主面，
所述波长变换部件具备：
玻璃基质；和
配置在所述玻璃基质中的荧光体颗粒，
所述第一主面的所述荧光体颗粒的浓度高于从所述第一主面起算在内侧20μm处的所述荧光体颗粒的浓度，
所述第二主面的所述荧光体颗粒的浓度低于从所述第二主面起算在内侧20μm处的所述荧光体颗粒的浓度，
所述第一主面的所述荧光体颗粒的浓度高于所述第二主面的所述荧光体颗粒的浓度。
2.如权利要求1所述的波长变换部件，其特征在于：
具有所述荧光体颗粒的浓度从所述第一主面侧朝向所述第二主面侧逐渐变低的多个区域，该多个区域从所述第一主面侧朝向所述第二主面侧连续设置。
3.一种波长变换部件的制造方法，用于制造权利要求1或2所述的波长变换部件，所述制造方法的特征在于，包括：
制备包含成为所述玻璃基质的玻璃颗粒和所述荧光体颗粒的浆料的工序；
涂布所述浆料并使其干燥，在直至干燥结束的期间使所述荧光体颗粒朝下方沉降，由此获得下表面的所述荧光体颗粒的浓度高于上表面的所述荧光体颗粒的浓度的第一生片、第二生片的工序；和
以使所述第一生片的所述上表面与所述第二生片的所述下表面重叠的方式叠层所述第一生片、所述第二生片，使其一体化并进行烧制的工序。
4.如权利要求3所述的波长变换部件的制造方法，其特征在于：
还包括对所述波长变换部件的所述第一主面和/或所述第二主面进行研磨的工序。
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