CN110494776A - 波长变换部件和发光装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供光取出效率高、发光强度优异的波长变换部件和使用该波长变换部件的发光装置。一种包含荧光体的板状的波长变换部件1，其特征在于，具有光入射面1a和与光入射面1a相对的光出射面1b，在将光入射面1a的表面粗糙度设为Rain且将光出射面1b的表面粗糙度设为Raout时，Rain为0.01～0.05μm，并且Raout－Rain为0.01～0.2μm。

Description

波长变换部件和发光装置
技术领域
本发明涉及将发光二极管(LED：Light Emitting Diode)或激光二极管(LD：LaserDiode)等所发出的光的波长变换为其它波长的波长变换部件以及使用该波长变换部件的发光装置。
背景技术
近年来，作为代替荧光灯或白炽灯的下一代光源，对使用LED、LD的发光装置等的关注越来越高。作为这样的下一代光源的一例，公开了组合射出蓝色光的LED与吸收来自LED的光的一部分并将其变换为黄色光的波长变换部件的发光装置。该发光装置发出作为从LED射出的蓝色光和从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无机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
发明要解决的技术问题
上述波长变换部件存在光取出效率差、无法得到充分的发光强度的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种光取出效率高、发光强度优异的波长变换部件以及使用该波长变换部件的发光装置。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的发明人进行了深入研究，结果发现，通过将波长变换部件的光入射面和光出射面的表面粗糙度规定在特定范围，能够提高光取出效率，能够得到发光强度优异的波长变换部件。
即，本发明的波长变换部件的特征在于，其为包含荧光体的板状的波长变换部件，其具有光入射面和与光入射面相对的光出射面，在将光入射面的表面粗糙度设为Rain且将光出射面的表面粗糙度设为Raout时，Rain为0.01～0.05μm，并且Raout－Rain为0.01～0.2μm。
本发明的波长变换部件的光出射面的表面粗糙度Raout优选为0.06μm以上。通过如此设定，能够更进一步提高光取出效率。
本发明的波长变换部件优选为在玻璃基质中分散荧光体粉末而成的。
本发明的波长变换部件的厚度优选为0.01～1mm。
本发明的发光装置的特征在于，具有：上述的波长变换部件；和对波长变换部件照射激发光的发光元件。
本发明的发光装置优选波长变换部件的光入射面通过粘接剂层与发光元件粘接。
本发明的发光装置优选在波长变换部件和发光元件的周围配置反射层。
发明的效果
依据本发明，能够提供光取出效率高、发光强度优异的波长变换部件以及使用该波长变换部件的发光装置。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的波长变换部件的示意剖面图。
图2是表示本发明的一个实施方式涉及的发光装置的示意剖面图。
具体实施方式
下面对优选的实施方式进行说明。但是，以下实施方式仅为例示，本发明并不限定于以下的实施方式。另外，在各附图中，有时将实质上具有相同功能的部件用相同符号进行参照。
图1是表示本发明的一个实施方式涉及的波长变换部件的示意剖面图。波长变换部件1例如为矩形的板状。波长变换部件1含有荧光体，具有光入射面1a、和与光入射面1a相对的光出射面1b。使用于激发波长变换部件1所含荧光体的激发光作为入射光Lin从波长变换部件1的光入射面1a入射。入射光Lin通过荧光体发生波长变换从而成为荧光。该荧光与未被波长变换的入射光Lin的合成光作为出射光Lout从光出射面1b射出。例如，在入射光Lin为蓝色光且荧光为黄色光的情况下，作为蓝色光与黄色光的合成光的白色光作为Lout射出。
在将波长变换部件1的光入射面1a的表面粗糙度设为Rain且将光出射面1b的表面粗糙度设为Raout时，Rain满足0.01～0.05μm，并且Raout－Rain满足0.01～0.2μm。通过如此设定，能够使光取出效率提高。其理由可以如下推测。通过使光入射面1a的表面粗糙度Rain比较小，入射光Lin不容易在光入射面1a表面发生散射，向波长变换部件1内部的入射效率变高。这可以认为是，由于通常入射光Lin是由LED或LD发出的光，因而直线传播性(取向性)高，相对于光入射面1a为垂直方向的光的比例大的缘故。另一方面，通过使光出射面1b的表面粗糙度Raout对于Rain而言相对大，能够使出射光Lout的光取出效率提高。由于波长变换部件1基本上是光散射体，因而入射光Lin和荧光在波长变换部件1的内部发生散射，以任意方向取向。因此，光出射面1b的表面粗糙度Raout小时，超过临界角的光成分变多，存在光取出效率降低的倾向。因此，通过使光出射面1b的表面粗糙度Raout大，能够提高对于散射光的光反射抑制效果。
Rain过大时，入射光Lin在光入射面1a表面发生散射，存在向波长变换部件1内部的入射效率降低的倾向。作为结果，波长变换部件的光取出效率下降，发光强度容易下降。而Rain过小时，在与发光元件(后述)粘接时难以得到锚定效果，粘接强度容易下降。此外，如果因粘接强度下降而导致波长变换部件1的一部分从发光元件剥离，则会在波长变换部件1与发光元件之间形成折射率低的空气层，因此，存在入射光Lin的入射效率显著下降的倾向。Rain的优选范围为0.015～0.045μm。
Raout－Rain过小时，出射光Lout容易在光出射面1b反射，光取出效率容易下降。而Raout－Rain过大时，出射光Lout在光出射面1b的散射变大，光取出效率反而容易下降。Raout－Rain的优选范围为0.02～0.18μm，更优选的范围为0.05～0.17μm。
其中，Raout优选为0.06μm以上、0.07μm以上、特别优选0.08μm以上，优选为0.25μm以下、0.23μm以下、特别优选0.22μm以下。Raout过小时，出射光Lout容易在光出射面1b反射，光取出效率容易下降。而Raout过大时，出射光Lout在光出射面1b的散射变大，光取出效率容易下降。
波长变换部件1例如包括荧光体玻璃，该荧光体玻璃包含玻璃基质和分散于该玻璃基质中的荧光体粉末。
玻璃基质只要能够作为无机荧光体等荧光体粉末的分散介质使用即可，没有特别限定。例如，可以使用硼硅酸盐系玻璃、磷酸盐系玻璃、锡磷酸盐系玻璃、铋酸盐系玻璃、亚碲酸盐系玻璃等。作为硼硅酸盐系玻璃，可以列举以质量％计含有30～85％的SiO2、0～30％的AL2O3、0～50％的B2O3、0～10％的Li2O+Na2O+K2O以及0～50％的MgO+CaO+SrO+BaO的玻璃。作为锡磷酸盐系玻璃，可以列举以摩尔％计含有30～90％的SnO、1～70％的P2O5的玻璃。作为亚碲酸盐系玻璃，可以列举以摩尔％计含有50％以上的TeO2、0～45％的ZnO、0～50％的RO(R为选自Ca、Sr和Ba中的至少1种)以及0～50％的La2O3+Gd2O3+Y2O3的玻璃。
玻璃基质的软化点优选为250℃～1000℃，更优选为300℃～950℃，进一步优选在500℃～900℃的范围内。如果玻璃基质的软化点过低，则有时波长变换部件1的机械强度、化学耐久性下降。另外，由于玻璃基质自身的耐热性低，有可能因由荧光体产生的热而发生软化变形。另一方面，如果玻璃基质的软化点过高，则在制造时包括烧制工序的情况下，荧光体劣化，有时波长变换部件1的发光强度下降。另外，如果玻璃基质的软化点变高，则烧制温度也变高，作为结果，存在制造成本变高的倾向。此外，从提高波长变换部件1的化学稳定性和机械强度的观点出发，玻璃基质的软化点优选为500℃以上、600℃以上、700℃以上、800℃以上、特别优选850℃以上。作为这样的玻璃，可以列举硼硅酸盐系玻璃。另一方面，从廉价制造波长变换部件1的观点出发，玻璃基质的软化点优选为550℃以下、530℃以下、500℃以下、480℃以下、特别优选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、亚碲酸盐系玻璃。
荧光体只要是通过激发光的入射而能够射出荧光的物质即可，没有特别限定。作为荧光体的具体例，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、硫属元素化物荧光体、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。在作为激发光使用蓝色光的情况下，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。
荧光体粉末的平均粒径优选为1μm～50μm，更优选为5μm～25μm。如果荧光体粉末的平均粒径过小，则有时发光强度下降。另一方面，如果荧光体粉末的平均粒径过大，则有时发光色变得不均匀。
波长变换部件1中的荧光体粉末的含量优选为1体积％以上、1.5体积％以上、特别优选2体积％，优选为70体积％以下、50体积％以下、30体积％以下。荧光体粉末的含量过少时，为了得到所要求的发光色而需要使波长变换部件1的厚度增厚，其结果，由于波长变换部件1的内部散射增加，有时光取出效率下降。而在荧光体粉末的含量过多时，为了得到所要求的发光色而需要使波长变换部件1的厚度变薄，因此，有时波长变换部件1的机械强度下降。
波长变换部件1的厚度优选为0.01mm以上、0.03mm以上、0.05mm以上、0.075mm以上、特别优选0.08mm以上，优选为1mm以下、0.5mm以下、0.35mm以下、0.3mm以下、0.25mm以下、0.15mm以下、特别优选0.12mm以下。如果波长变换部件1的厚度过厚，则有时波长变换部件1中的光的散射和吸收变得过大，光取出效率降低。如果波长变换部件1的厚度过薄，则有时难以获得充分的发光强度。还存在波长变换部件1的机械强度变得不充分的情况。
波长变换部件1的折射率(nd)优选为1.40以上、1.45以上、1.50以上，优选为1.90以下、1.80以下、1.70以下。波长变换部件1的折射率过高时，由于波长变换部件1与光出射侧的介质(例如空气层(nd＝1.0))的折射率差变大，容易在光出射面1b发生全反射，有时光取出效率降低。波长变换部件1的折射率过低时，与发光元件(例如倒装芯片安装型的LED。出射面为蓝宝石nd＝1.76)的折射率差变大。因此，在波长变换部件1与发光元件之间设置粘接剂层并通过该粘接剂层调整折射率差的情况下，发光元件与粘接剂层的折射率差和/或粘接剂层与波长变换部件1的折射率差也大，有时在各个界面光取出效率降低。
在波长变换部件1的光出射面1b也可以设置反射防止膜。通过如此设定，能够抑制在荧光、激发光从光出射面1b射出时，因波长变换部件1与空气的折射率差引起的光取出效率的下降。作为反射防止膜，可以列举由SiO2、AL2O3、TiO2、NB2O5、Ta2O5等构成的单层或多层的电介质膜。
在波长变换部件1的光入射面1a也可以设置反射防止膜。通过如此设定，能够抑制在激发光入射波长变换部件1时，因粘接剂层与波长变换部件1的折射率差引起的激发光入射效率的下降。
此外，在波长变换部件1包括荧光体玻璃的情况下，通常，考虑波长变换部件1的玻璃基质的折射率而进行反射防止膜的设计。其中，如果荧光体粉末暴露在波长变换部件1的光出射面1b，则由于荧光体粉末的折射率比较高，因而形成在荧光体粉末部分的反射防止膜不能成为适宜的膜设计，有可能无法得到充分的反射防止功能。因此，优选在波长变换部件1的光出射面1b以覆盖露出的荧光体粉末的方式设置玻璃层(不包括荧光体粉末的玻璃层)。通过如此设置，波长变换部件1的光出射面1b的折射率变得均一，能够提高利用反射防止膜得到的效果。此外，优选在波长变换部件1的光入射面1a也如上所述以提高反射防止效果为目的而设置玻璃层。
优选构成玻璃层的玻璃与构成波长变换部件1的玻璃基质的玻璃相同。通过如此设定，波长变换部件1的玻璃基质与玻璃层的折射率差消失，能够抑制两个界面的光反射损失。此外，在设置玻璃层的情况下，优选玻璃层表面的表面粗糙度满足上述的表面粗糙度Raout的范围。玻璃层的厚度优选为0.003～0.1mm、0.005～0.03mm、特别优选0.01～0.02mm。玻璃层的厚度过小时，可能无法充分覆盖露出的荧光体粉末。而在玻璃层的厚度过大时，激发光、荧光被吸收，从而发光效率有可能下降。
此外，波长变换部件1除了可以是包括荧光体玻璃的部件以外，也可以是包括YAG陶瓷等陶瓷的部件、或者是在树脂中分散有荧光体粉末的部件。
能够如下述操作，制作波长变换部件1。首先，制作板状的波长变换部件前体。波长变换部件前体能够通过将例如对荧光体粉末和玻璃粉末的混合物的烧结体进行切削来制作。接下来，通过以使波长变换部件前体的两个主面、即光入射面和光出射面成为所要求的表面粗糙度的方式进行研磨，从而得到波长变换部件1。其中，通过适当选择研磨垫、研磨磨粒，对波长变换部件1的两个主面的表面粗糙度进行调整。既可以对波长变换部件前体的两个主面同时进行研磨，也可以依次一面一面地进行研磨(在对光入射面进行研磨后对光出射面进行研磨，或者在对光出射面进行研磨后对光入射面进行研磨)。例如，可以列举：利用两面研磨机对波长变换部件1的两个表面实施粗研磨后，利用单面研磨机研磨光入射面的方法；或者利用单面研磨机，对波长变换部件1的光入射面和光出射面，使用不同的研磨磨粒依次一面一面地进行研磨的方法。
图2是表示本发明的一个实施方式涉及的发光装置的示意剖面图。发光装置10是波长变换部件1和发光元件2通过粘接剂层3粘接而成的装置。在本实施方式中，发光元件2设置在基板4上。另外，在波长变换部件1、发光元件2和粘接剂层3的周围配置反射层5。通过配置反射层5，能够抑制激发光和荧光反射而向外部泄露的现象，能够提高光的取出效率。发光元件2在俯视时与波长变换部件1为大致相同形状、相同面积。但是，波长变换部件1与发光元件2的形状和面积也可以不同。例如，可以对并排设置的多个发光元件2，以覆盖该多个发光元件2的方式粘贴一张波长变换部件1。
作为发光元件2，例如，可以使用发出蓝色光的LED光源或LD光源等光源。作为构成粘接剂层3的粘接剂，例如，可以列举有机硅树脂系、环氧树脂系、乙烯基系树脂系、丙烯酸树脂系等。优选构成粘接剂层3的粘接剂的折射率与波长变换部件1的折射率近似。通过如此设定，能够使由发光元件2发出的激发光高效入射波长变换部件1。作为基板4，例如，可以使用能够高效反射从发光元件2发出的光线的白色的LTCC(Low Temperature Co-firedCeramics，低温共烧陶瓷)等。具体而言，可以列举氧化铝、氧化钛、氧化铌等的无机粉末和玻璃粉末的烧结体。或者可以使用氧化铝、氮化铝等的陶瓷基板。作为反射层6，可以使用树脂组合物或玻璃陶瓷。作为树脂组合物，可以使用树脂与陶瓷粉末或玻璃粉末的混合物。作为玻璃陶瓷，可以列举LTCC等。作为玻璃陶瓷的材料，可以使用玻璃粉末和陶瓷粉末的混合粉末、或结晶性玻璃粉末。
实施例
下面通过实施例详细说明本发明的波长变换部件，但本发明不受以下实施例所限定。
表1表示实施例1、2和比较例1～3。
[表1]
向硼硅酸盐系玻璃粉末(平均粒径D50：2μm，软化点850℃)混合YAG荧光体粉末(平均粒径D50：15μm)得到混合粉末。YAG荧光体粉末的含量在混合粉末中设为8.3体积％。将混合粉末利用模具加压成型，并在软化点附近进行烧制，由此得到烧结体。通过将所得到的烧结体进行切削，得到30mm×30mm×0.3mm的板状的波长变换部件前体。对波长变换部件前体，以光入射面和光出射面分别成为给定的表面粗糙度的方式，使用单面研磨机，对于每一面改变研磨磨粒进行研磨，由此制作波长变换部件。将所得到的波长变换部件截断为外形尺寸1mm×1mm，得到小片的波长变换部件。
对于所得到的小片的波长变换部件，如下测定光通量值。在激发波长450nm的LED芯片表面涂布有机硅树脂，粘接小片的波长变换部件，在LED芯片和小片的波长变换部件的外周部涂布高反射性的有机硅树脂，得到测定用样品。将从小片的波长变换部件的光出射面发出的光引入积分球内部，之后向利用标准光源校正后的分光器中进行导光，测定光的能量分布谱。由所得到的能量分布谱计算光通量值。其中，表1的光通量值表示以实施例1的光通量值为1的相对值。
如表1所示，实施例1、2的波长变换部件的相对光通量值为0.99以上，与之相对，比较例1～3的波长变换部件的相对光通量值为0.95以下，变差了。
符号的说明
1 波长变换部件
1a 光入射面
1b 光出射面
2 发光元件
3 粘接剂层
10 发光装置

Claims (7)

1.一种波长变换部件，其特征在于：
其为包含荧光体的板状的波长变换部件，
具有光入射面和与所述光入射面相对的光出射面，
在将所述光入射面的表面粗糙度设为Rain且将所述光出射面的表面粗糙度设为Raout时，Rain为0.01～0.05μm，并且Raout－Rain为0.01～0.2μm。
2.如权利要求1所述的波长变换部件，其特征在于：
所述光出射面的表面粗糙度Raout为0.06μm以上。
3.如权利要求1或2所述的波长变换部件，其特征在于：
其是在玻璃基质中分散荧光体粉末而成的。
4.如权利要求1～3中任一项所述的波长变换部件，其特征在于：
厚度为0.01～1mm。
5.一种发光装置，其特征在于，具有：
权利要求1～4中任一项所述的波长变换部件；和
对所述波长变换部件照射激发光的发光元件。
6.如权利要求5所述的发光装置，其特征在于：
所述波长变换部件的所述光入射面通过粘接剂层与所述发光元件粘接。
7.如权利要求5或6所述的发光元件，其特征在于：
在所述波长变换部件和所述发光元件的周围配置有反射层。
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