CN111051932A - 荧光体及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

荧光体具有板状荧光体、接合构件和聚光用光学构件。聚光用光学构件具有至少一个凸面，利用接合构件固定于板状荧光体。在板状荧光体的接合有聚光用光学构件的面、与聚光用光学构件所具有的凸面之间，接合构件形成圆角形状。将圆角形状的、从板状荧光体的接合有聚光用光学构件的面起的高度设为高度X，将聚光用光学构件的、从板状荧光体的接合有聚光用光学构件的面起的最大距离设为最大距离Y时，高度X为最大距离Y的2/3以下。

Description

荧光体及其制造方法
技术领域
本申请主要涉及荧光体、特别是涉及用于使用具有高输出密度的激光进行激发而得到白色光的荧光体。
背景技术
近年来，利用以蓝色激光二极管作为发光源的激光器来激发荧光体，用于得到比通常的发光二极管(LED)更高亮度的白色光的开发研究正在盛行。这种白色光的能量消耗量少，且为高亮度，因此可以应用于汽车用的前照灯、内视镜用的光源、高亮度投影仪，预期会有很大的需求。
然而，若提高激光的输出密度，则光能集中于荧光体上的微小面积，因此发热量增加。因此，由发热量增加导致的温度淬灭、荧光体自身的劣化成为问题。因此，作为与这些激光器激发光源对应的荧光体，需要在输出密度高的激光照射下也能够维持发光量的耐热性高的荧光体。
专利文献1中公开了在LED等中也经常使用的在硅酮树脂中分散有荧光体粉末的荧光体。
另外，作为用于满足在输出密度高的激光照射下维持发光量这一要求特性的荧光体，例如专利文献2中提出了将发光材料与导热材料进行三维复合化而得的MGC(MeltGrowth Composite，熔体生长复合物)荧光体。对于MGC荧光体而言，被照射作为激发光的输出密度高的激光时，由构成MGC荧光体的发光材料发出荧光。因发出荧光而导致的发热通过与发光材料进行三维复合化的导热材料而传导至发光点外。其结果是，因发光材料的温度过度升高导致的温度淬灭得到抑制，在输出密度高的激光照射下也可维持一定的发光量。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-074273号公报
专利文献2：国际公开第2004/065324号
发明内容
本申请的荧光体具有板状荧光体、接合构件和聚光用光学构件。
聚光用光学构件具有至少一个凸面，利用接合构件固定于板状荧光体。
在板状荧光体的接合有聚光用光学构件的面、与聚光用光学构件所具有的凸面之间，接合构件形成圆角形状。
将圆角形状的、从板状荧光体的接合有聚光用光学构件的面起的高度设为高度X，将聚光用光学构件的、从板状荧光体的接合有聚光用光学构件的面起的最大距离设为最大距离Y时，高度X为最大距离Y的2/3以下。
本申请的荧光体的制造方法具有以下工序：
将发光材料的原料粉末与导热材料的原料粉末进行混合，并投入坩埚的工序；
将坩埚加热，使发光材料与导热材料熔融混合的工序；
将熔融混合的发光材料与导热材料向上拉或向下拉从而使其冷却固化，从而形成使发光材料与导热材料三维复合化而得的熔体生长复合物(MGC)荧光体的工序；
将MGC荧光体加工为板状，形成板状荧光体的工序；
使透明构件附着于板状荧光体或聚光用光学构件的工序；
通过透明构件使聚光用光学构件与板状荧光体接触的工序；以及
通过透明构件使聚光用光学构件与板状荧光体接合的工序。
进而，本申请的荧光体的另一制造方法具有以下工序：
将烧结陶瓷荧光体加工为板状，形成板状荧光体的工序；
使透明构件附着于板状荧光体或聚光用光学构件的工序；
通过透明构件使聚光用光学构件与板状荧光体接触的工序；以及
通过透明构件使聚光用光学构件与板状荧光体接合的工序。
附图说明
图1是示出实施方式涉及的荧光体的截面结构的截面图。
图2A是示出实施方式涉及的荧光体的截面结构的截面图。
图2B是示出图2A的MGC荧光体的微观结构的放大截面示意图。
图3是实施例16涉及的荧光体的截面图。
图4A是表示实施例1的制造工序的一部分的截面示意图。
图4B是表示实施例1的制造工序的一部分的截面示意图。
图4C是表示实施例1的制造工序的一部分的截面示意图。
图4D是表示实施例1的制造工序的一部分的截面示意图。
图4E是表示实施例1的制造工序的一部分的截面示意图。
图5是表示实施方式涉及的荧光体的光学模拟的结果的图。
具体实施方式
在专利文献1记载的硅酮树脂中分散有荧光体粉末的构成中，通过输出密度高的激光照射，作为荧光体的分散介质的硅酮树脂发生劣化变色，发光亮度降低。另外，对于专利文献2的发光材料与导热材料进行三维复合化而得的MGC荧光体而言，导热材料不具有将入射激光转换为荧光的功能。因此，特别是为输出密度高的激光的情况下，入射的激光的一部分在导热材料中反射的同时被波导，或者发生漫反射并射出至MGC荧光体外。其结果是，荧光以激光的入射位置为起点进行发散，从而聚光效率降低。
本申请的荧光体具备：板状荧光体、和
具有至少一个凸面的聚光用光学构件，
上述聚光用光学构件利用接合构件固定于上述板状荧光体，
在上述板状荧光体的接合有上述聚光用光学构件的面、与上述聚光用光学构件所具有的凸面之间，上述接合构件形成圆角形状，
上述圆角形状的、从上述板状荧光体的接合有上述聚光用光学构件的面起的高度X为上述聚光用光学构件的、从上述板状荧光体的接合有上述聚光用光学构件的面起的最大距离Y的2/3以下。
对于本申请的荧光体而言，上述聚光用光学构件具有至少一个凸面，从上述凸面的至少1点向上述板状荧光体的、接合有上述聚光用光学构件的面垂下的假想的垂线上的至少一部分可以存在空间。
对于本申请的荧光体而言，上述板状荧光体可以为MGC荧光体，并且上述MGC荧光体为作为荧光物质的发光材料与作为金属氧化物的导热材料进行三维复合化而形成的。
对于本申请的荧光体而言，可以是上述发光材料和上述导热材料的至少一个为金属氧化物，在上述发光材料为金属氧化物的情况下，该发光材料为上述金属氧化物中的金属元素被置换为发光元素的结构。
对于本申请的荧光体而言，上述发光材料可以是以Y3Al5O12作为母体并且一部分Y元素被置换为Ce元素的发光材料、或者以Lu3Al5O12作为母结晶并且母结晶中的一部分Lu原子被置换为Ce元素的发光材料，上述导热材料可以为Al2O3或ZnO。
对于本申请的荧光体而言，上述板状荧光体可以为烧结陶瓷荧光体。
对于本申请的荧光体而言，上述烧结陶瓷荧光体可以为以Y3Al5O12作为母体并且一部分Y元素被置换为Ce元素的发光材料。
对于本申请的荧光体而言，上述聚光用光学构件可以为包含二氧化硅的球状透镜。
对于本申请的荧光体而言，上述接合构件可以为热固化性透明构件或者热塑性透明构件。
对于本申请的荧光体而言，上述接合构件可以为硅酮树脂。
对于本申请的荧光体而言，上述接合构件的折射率可以为上述聚光用光学构件的折射率以下。
本申请的荧光体的制造方法具有以下工序：
将发光材料的原料粉末与导热材料的原料粉末进行混合，并投入坩埚的工序；
将上述坩埚加热，使上述发光材料与上述导热材料熔融混合的工序；
将上述熔融混合的发光材料与导热材料向上拉或向下拉从而使其冷却固化，从而形成使上述发光材料与上述导热材料三维复合化而得的MGC荧光体的工序；
将上述MGC荧光体加工为板状，形成板状荧光体的工序；
使透明构件的液状单体或热熔融的透明构件附着于上述板状荧光体或聚光用光学构件的工序；
通过上述透明构件使聚光用光学构件与板状荧光体接触的工序；以及
使上述透明构件的液状单体固化、或者使热熔融的上述透明构件冷却固化，由此通过冷却固化的上述透明构件使上述聚光用光学构件与上述板状荧光体接合的工序。
进而，本申请的另一荧光体的制造方法具有以下工序：
将烧结陶瓷荧光体加工为板状，形成板状荧光体的工序；
使透明构件的液状单体或热熔融的透明构件附着于上述板状荧光体或聚光用光学构件的工序；
通过上述透明构件使聚光用光学构件与上述板状荧光体接触的工序；以及
使上述透明构件的液状单体固化、或者使热熔融的上述透明构件冷却固化，由此通过冷却固化的上述透明构件使上述聚光用光学构件与上述板状荧光体接合的工序。
以下，使用附图对实施方式涉及的荧光体及其制造方法进行说明。需要说明的是，对于附图中实质上相同的构件标注相同的符号。
(实施方式)
图1是示出实施方式涉及的荧光体10的截面结构的截面图。本实施方式涉及的荧光体10中，具备板状荧光体11、和具有至少一个凸面的聚光用光学构件13。聚光用光学构件13例如为图1所示的球状透镜。板状荧光体11与聚光用光学构件13利用接合构件12粘接而固定。需要说明的是，接合构件12成为在板状荧光体11的面与聚光用光学构件13的面之间粘接于二者的面的所谓的圆角形状。此处，“圆角形状”是指：例如从聚光用光学构件13的面向板状荧光体11的面的下部扩张的形状。对于板状荧光体11而言，从接合有聚光用光学构件13的面的相反面照射激光21的情况下，从板状荧光体11朝向板状荧光体11与聚光用光学构件13接合的面发光、散射的光被聚光用光学构件13聚光。荧光体10在激光入射面的相反面用接合构件12固定有聚光用光学构件13。因此，能够提高光的聚光效果。进而，根据荧光体10，接合构件12的圆角形状的高度X为聚光用光学构件13的高度Y的2/3以下。由此，接合构件12覆盖聚光用光学构件13射出的光的一部分光路的面积被限定，能够抑制发光强度的降低。
以下，针对构成该荧光体的构件进行说明。
(板状荧光体)
作为板状荧光体11，只要是将入射特定波长的光时发出更长波长的光的荧光体材料形成为板状而得到的板状荧光体即可。例如，可以使用后述的将发光材料15与导热材料14进行三维复合化而得的MGC(Melt Growth Composite，熔体生长复合物)荧光体(参照图2B)被加工为板状而得到的板状荧光体、或通过将发光材料粉末进行烧结而制造的烧结陶瓷荧光体被加工为板状而得到的板状荧光体。本实施方式中的荧光体10中，从接合有聚光用光学构件13的面的背面侧照射激光21，使由板状荧光体11产生的荧光成为利用聚光用光学构件13而聚光的荧光22。因此，从提高接合有聚光用光学构件13的面侧的荧光的聚光效果的观点出发，作为板状荧光体11的厚度，优选没为50μm以上且2000μm以下。若厚度小于50μm，则板状荧光体11的强度变小，制造工序中容易产生破损。在比2000μm厚的情况下，由激光21的入射所产生的荧光被板状荧光体11自身吸收，朝向激光21的入射方向相反侧的荧光22的发光强度降低，因此不优选。从兼顾本实施方式的制造工序中的易处理性和发光强度的观点出发，作为板状荧光体11的厚度，进一步优选为100μm以上且1mm以下的情况。
(发光材料)
作为发光材料，可以为在母结晶中金属元素作为发光离子进行活化的氧化物、氮化物、硫化物等。可以为以下的无机发光材料，该无机发光材料中，作为母结晶的组成而使用B、Gd、O、S、Al、Ga、Ba、Sr、K、V、La、Cl、P、In、Zn、Y、Lu、Ca、Mg等1种以上的原子，并且作为发光中心原子Zn、Ho、Tb、Nd、Ag、Mn、Ce、Eu、Dy、Tm等1种以上进行活化而使用。
其中，制造MGC荧光体的情况下，在其制造工序中，优选从在坩埚内容易熔融、并且与后述的能够作为导热材料而适合使用的Al2O3容易进行共晶的观点出发来选择发光材料。例如，可以合适地使用以Y3Al5O12作为母结晶，并且母结晶中的一部分Y原子被置换为Ce原子的发光材料(以下，也记为Ce：YAG)。另外，可以合适地使用以Lu3Al5O12作为母结晶，并且母结晶中的一部分Lu原子被置换为Ce原子的发光材料(以下，也记为Ce：LuAG)。
另外，形成烧结陶瓷荧光体时，从发光效率高的观点出发，可以合适地使用Ce：YAG荧光体。
(导热材料)
作为制造MGC荧光体时的导热材料，可以使用金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物等陶瓷材料。作为金属氧化物，可举出例如Al2O3、MgO、ZrO2、TiO2、SiO2、CaO、Y2O3、ZnO、稀土类氧化物等。其中，从透明度高、并且与上述Ce：YAG荧光体、Ce：LuAG荧光体容易进行共晶的观点出发优选Al2O3。另一方面，从折射率低、且容易控制由入射激光被波导而导致的散射的观点出发优选ZnO。
另外，板状荧光体为上述烧结陶瓷荧光体的情况下，通过将发光材料的粉末与上述导热材料的粉末混合，并将混合物进行烧结，从而也能够制成发光材料与导热材料进行物理地混杂的放热效果高的烧结陶瓷荧光体。此时，作为所使用的导热材料，可以使用与上述MGC荧光体中的导热材料相同的导热材料。
(接合构件)
作为接合构件12，可以使用透明的热塑性树脂、或使单体聚合而形成透明的聚合物的例如热固化性树脂、光固化性树脂、湿气固化性树脂。以使板状荧光体和聚光用光学构件共同接触固化前或热熔融状态的液状的接合构件的方式进行配置，然后进行固化或冷却固化，由此使板状荧光体与聚光用光学构件接合。另外，设想对板状荧光体照射输出密度高的激光的情况下，板状荧光体成为100℃以上的高温。因此，作为接合构件12，可以使用软化点高于100℃、并且耐热性高的透明树脂。
作为接合构件12，可以将例如聚乙烯醇、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯聚合物、乙酸纤维素、聚碳酸酯、聚酯、PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、偏三氟乙烯、环氧树脂、硅酮树脂、聚醚砜、环烯烃、三乙酸酯、有机无机混合树脂等单独使用，也可以将这些物质中的2种以上混合使用。其中，从耐热性高的观点出发，可以合适地使用硅酮树脂、有机无机混合树脂、混合玻璃。其中，可以特别合适地使用连续耐热温度为200℃以上的混合玻璃。混合玻璃是硅氧烷骨架为主骨架的硅酮树脂的一种，从该观点出发也可以称为高耐热硅酮树脂。另外，混合玻璃的连续耐热温度为200℃，具有即使在200℃放置1000小时其透射率的减少也为1％以内的特征。
另外，从抑制板状荧光体11发出的荧光在入射至后述的聚光用光学构件13时，在接合构件12与聚光用光学构件13的界面处的反射的观点出发，优选接合构件12的折射率为后述的聚光用光学构件13的折射率以下。即，将后述的聚光用光学构件13在波长550nm时的折射率设为n1、接合构件在波长550nm时的折射率设为n2时，优选设为n1≥n2。
作为固化或冷却固化前的接合构件的供给量，没有限定，但可以以在板状荧光体11与聚光用光学构件13之间形成的圆角为基准进行规定。即，关于图1中以符号X表示的圆角的从板状荧光体11中搭载有聚光用光学构件13的面起的高度X、与图1中以符号Y表示的聚光用光学构件13的高度Y之比即X/Y，可以规定为0＜X/Y≤2/3。由于只要至少在聚光用光学构件13与板状荧光体11之间形成基于接合构件12的圆角形状即可，因此X/Y的下限大于0即可。在X/Y大于2/3的情况下，接合构件12妨碍聚光用光学构件13所射出的光的一部分光路的可能性高，导致发光强度降低。
在图3所示的情况下，X/Y例如为1/10。该情况下，聚光用光学构件13的至少一个凸面朝向板状荧光体11。图3中，在板状荧光体11、与聚光用光学构件13的朝向板状荧光体11的凸面之间存在空间17。换言之，从聚光用光学构件13的朝向板状荧光体11的凸面上的至少1点向板状荧光体11的接合有聚光用光学构件13的面垂下的假想的垂线上的至少一部分存在空间，换言之存在空气。将假想的垂线的例子在图3中作为符号H来示出。该情况下，由板状荧光体11发出的一部分光通过上述空间17，入射至聚光用光学构件13。空间17例如为空气的情况下，其折射率为1，比接合构件12小，因此从空间17入射至聚光用光学构件13的发光与不存在空间17的情况相比更有效地进行聚光，可得到更高的聚光效果。
图5和表1～表3为对于X/Y的值计算了聚光效率的光学模拟的结果。使用光线追踪软件进行模拟。将聚光用光学构件设为直径3mm、折射率1.52的球体，将接合构件的折射率设为1.43，将接合构件的圆角与板状荧光体所成的角度设为45度。另外，对于板状荧光体11，从聚光用光学构件的相反侧照射激发用激光，波长550nm的荧光从聚光用光学构件的接合面以直径1.5mm进行朗伯发光，通过接合构件、聚光用光学构件。在以上的条件下，在从板状荧光体的聚光用光学构件的接合面起的距离为5mm的位置，将4mmφ的直径内聚光的光的比例作为本模拟的聚光效率，进行模拟。如图5所示，可知随着X/Y变小，聚光效率变大，若X/Y减小至1/10，则聚光效率超过50％，为51.4％。根据以上的模拟结果，可知：如图3所示，从板状荧光体11发出的一部分光通过空间17，入射至聚光用光学构件13，由此，从空间17入射至聚光用光学构件13的发光与不存在空间17的情况相比更有效地进行聚光，可得到更高的聚光效果。特别是可以说若X/Y小于1/10，则其聚光效率变高，超过50％。
(聚光用光学构件)
作为聚光用光学构件13，可以选择平凸透镜、双面凸透镜、球状透镜等至少一个位置具有凸面的透明构件。进而，曲面不限定为球状、非球状等，但从进一步提高聚光效果的观点出发，可以合适地使用双面凸透镜、球状透镜等从聚光用光学构件13观察时可以在板状荧光体11的方向和光的射出方向这二者上配制有凸面的透镜。只要是具有凸面的聚光用光学构件13，则也可以使用非球面透镜。
作为聚光用光学构件13的材质，没有限定，只要是透明构件即可，从由发光构件发出的荧光容易透射、并抑制发光的衰减的观点出发，光的可见波长区域的透射率为80％以上即可。在以二氧化硅为主原料的聚光用光学构件13的情况下，具体而言，可以使用Pyrex(注册商标)、BK7、合成石英、无水合成石英、钠钙玻璃、结晶化玻璃等。另外，作为聚光用光学构件13，通过组合折射率的波长分散小的玻璃和波长分散大的玻璃，从而能够制成校正了色像差的消色差透镜。另外，在以树脂材料为主原料的聚光用光学构件13的情况下，可以使用透明树脂材料。
另外，作为聚光用光学构件13的材质，可以使用例如聚甲基丙烯酸甲酯等丙烯酸系、苯乙烯系、聚烯烃系、聚碳酸酯、硅系或将它们组合而得的树脂、作为与上述接合构件同样的树脂的聚乙烯醇、聚苯乙烯、苯乙烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物、聚乙烯、乙烯乙酸乙烯酯共聚物、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯苯乙烯聚合物、乙酸纤维素、聚碳酸酯、聚酯、PET、偏三氟乙烯、环氧树脂、硅酮树脂、聚醚砜、环烯烃、三乙酸酯、有机无机混合树脂。作为上述以外的构成聚光用光学构件13的透明材料，还可以使用蓝宝石、CaF2、金刚石等。
聚光用光学构件13向板状荧光体11的接合方向没有限定，只要能够对来自板状荧光体11的发光进行聚光，就可以以任意的方向进行接合。
聚光用光学构件13的大小没有限定，而是取决于板状荧光体11的大小、形状，优选其直径为照射至板状荧光体11的激光的照射直径的1/2以上且激光的照射直径的5倍以下。在激光的照射直径小于1/2的情况下，由照射激光的激发而产生的发光向聚光用光学构件13的入射量少，无法充分地聚光。另外，在激光的照射直径大于5倍的情况下，曲率半径(以下称为R)变大，无法使由照射激光的激发而产生的发光充分地聚光。
(荧光体的制造方法)
使用图4A～图4E，对本实施方式的荧光体10的制造方法进行说明。
(1)首先，作为板状荧光体，准备MGC荧光体18(图4A)。作为MGC荧光体的制造工艺，可以通过以下方法进行制造。
(1-a)例如在坩埚内分别配合成为发光材料15和导热材料14的原料的粉末。作为发光材料15的原料，可以选择氧化钇(Y2O3)粉末和氧化铈粉末(CeO2)，作为导热材料的原料，可以选择氧化铝粉末(Al2O3)。
(1-b)将这些粉末以规定的比率混合，将坩埚加热至这些原料的熔点以上、例如约1900℃使其熔融混合。作为加热方法，从容易控制温度，能够局部地对坩埚部分进行加热，并且，能够利用向上拉、向下拉这样的方法一边将熔融液体进行冷却一边引出的观点出发，可以合适地使用感应加热、电阻加热。
(1-c)使用预先在底部开孔的坩埚的情况下，使成为晶种的结晶熔合于从底部的孔渗出的熔融液体，并且一边以恒定速度下拉一边进行冷却，从而得到棒状MGC荧光体。在上述组成的情况下，发光材料15为Ce：YAG，导热材料14为Al2O3，可以得到它们进行三维复合化而得的MGC荧光体。或者也可以由底部未开孔的坩埚从熔融液面利用基于所谓的提拉法的单向凝固来制造棒状MGC荧光体。
(1-d)通过将该棒状MGC荧光体进行切割、研磨，能够得到具有期望厚度的板状MGC荧光体18。
(2)接下来，使用接合构件12将聚光用光学构件13接合于MGC荧光体18。准备聚光用光学构件13，在接合构件12为热固化性树脂、光固化性树脂的情况下，以使它们的单体液体16附着于聚光用光学构件13(图4B)，并且所涂布的单体液体16与板状MGC荧光体18也接触的方式，将聚光用光学构件13设置在板状MGC荧光体18上(图4C、图4D)。
(3)进而，利用光照射、加热等与单体液体16的固化方法相对应的固化方法使单体液体固化，从而使板状MGC荧光体18与聚光用光学构件13粘接、固定(图4E)。由此，能够得到本实施方式涉及的荧光体。
另外，接合构件12为热塑性树脂的情况下，将热塑性树脂加热至软化点以上的温度，使成为液状的树脂附着于聚光用光学构件13。之后，在所涂布的热塑性树脂冷却固化之前，以与MGC荧光体18也接触的方式，将聚光用光学构件13设置于MGC荧光体18，利用基于冷却固化的粘接能够制成本实施方式涉及的荧光体10。在接合构件12为固化性树脂的情况下、以及为热塑性树脂的情况下，均优选在聚光用光学构件13的光射出方向上不进行涂布。
进而，在将聚光用光学构件13与MGC荧光体18接合时，首先使接合构件以液滴的形式附着于MGC荧光体18，然后将聚光用光学构件13设置于固化前或冷却固化前的接合构件上，使其固化或冷却固化，由此也能够制成荧光体。
需要说明的是，从接合构件12不易附着于聚光用光学构件13的光射出方向的观点出发，在生产上优选使接合构件12以液滴的形式附着于MGC荧光体18的方法。
(实施例)
以下，对于实施例和比较例进行具体说明。
实施例1中，如图2A所示那样，板状荧光体11为MGC荧光体18，如图2B所示那样，作为其微观结构，导热材料14与发光材料15被三维复合化。此外，其是作为MGC荧光体的发光材料15使用了Ce：YAG，作为导热材料14使用了Al2O3，作为接合构件12使用了以二甲基硅酮为主成分的硅酮树脂，作为聚光用光学构件13使用了球状透镜的例子。
(1)首先，准备板状荧光体11。以下对由MGC荧光体构成的板状荧光体的制造方法进行说明。
(1-a)在铱制的坩埚内添加规定量的氧化钇(Y2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化铝(Al2O3)的粉末。在坩埚的底部设置有5mm见方、高度2mm的突起，进而在突起的5mm见方的底面中央设置有直径1mmφ的贯通孔。坩埚的内径为20mm、内壁高度为30mm。
(1-b)接下来，将坩埚设置于圆筒形的绝热材料容器内，将绝热材料设置于圆筒形的石英管内。进而将石英管设置于感应加热用线圈的内侧。在石英管的上下分别设置设有氮气出口和入口的盖。
(1-c)一边流经石英管内一边用氮填充，形成氧化抑制气氛。以该状态对上述线圈接通交流电流，使石英管内部感应加热。绝热材料设有窥视孔，可以利用穿过线圈的间隙和该窥视孔和石英管并使用放射温度计等公知的方法来测定坩埚侧面的温度。
(1-d)坩埚侧面的温度被加热至约1900℃，确认到熔融液体从上述坩埚底部的孔渗出后，使Al2O3的5mm见方的结晶接触该渗出的液体，利用表面张力，以例如3mm/秒的恒定速度进行下拉。由于表面张力，坩埚内部的熔融液体依次从孔中引出。被引出的熔融液体在坩埚底部润湿扩展，维持坩埚底部的突起的截面形状且被下拉，在被下拉的同时与坩埚底部的突起的距离增加，与此相伴通过冷却而固化，能够得到棒状的MGC荧光体。
(1-e)与棒的向下拉方向垂直的方向的截面形状与上述坩埚底面的突起截面为同尺寸、同形状，为5mm见方。所得的棒状的MGC荧光体可以通过切割、研磨等加工而制成具有期望厚度的板状MGC荧光体。本实施例中，将厚度设为100μm。换言之，本实施例中的板状荧光体是尺寸为5mm见方、厚度100μm的板状MGC荧光体，发光材料为Ce：YAG，导热材料为Al2O3。
(2)接下来，准备聚光用光学构件和接合构件，使用接合构件将聚光用光学构件接合于上述板状荧光体。本实施例中聚光用光学构件为球状透镜，其原材料为BK7，直径为3mm。作为接合构件，使用了热固化性的二甲基硅酮骨架的硅酮树脂。
(2-a)如图4A所示那样，首先板状荧光体11的5mm见方的平面以成为水平的方式静置，在其大致中心位置以直径2mm的液滴形式附着热固化性硅酮树脂的单体液体16(图4B)。
(2-b)接下来，如图4C所示那样，在该单体液体16的液滴的大致中心位置，如图中的箭头所示那样载置作为聚光用光学构件的聚光用光学构件13(球状透镜)。
(2-c)如图4D所示那样，利用聚光用光学构件13来推开热固化性硅酮树脂的单体液体16。另外，单体液体16成为利用其表面张力而同时润湿扩展于作为聚光用光学构件的聚光用光学构件13的底部和板状荧光体11的圆角状的形态。
(3)进而，通过在所使用的热固化性的硅酮树脂的固化温度150℃下进行4小时加热，使硅酮树脂固化，从而使板状荧光体与球状透镜接合、固定，制成实施例1的荧光体10(图4E)。需要说明的是，上述工艺中，在板状荧光体与球状透镜之间，如图4E所示那样形成了作为接合构件的硅酮树脂、即接合构件12的圆角。本实施例中，圆角的高度X为球状透镜的高度Y的1/3。并且，硅酮树脂在波长550nm处的折射率为1.43，BK7在波长550nm处的折射率为1.52。
实施例2中，作为聚光用光学构件的球状透镜的直径为1mm，除此之外，与实施例1相同。
实施例3中，作为聚光用光学构件的球状透镜的直径为5mm，除此之外，与实施例1相同。
实施例4中，圆角的高度为聚光用光学构件的高度的2/3，除此之外，与实施例1相同。
实施例5中，聚光用光学构件的材质为合成石英，除此之外，与实施例1相同。需要说明的是，本实施方式中的形成聚光用光学构件的合成石英的折射率为1.46。
实施例6中，聚光用光学构件的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，除此之外，与实施例1相同。需要说明的是，本实施方式中的形成聚光用光学构件的聚甲基丙烯酸甲酯的折射率为1.67。
实施例7中，聚光用光学构件的材质为聚甲基丙烯酸甲酯，接合构件为透明环氧树脂，除此之外，与实施例1相同。需要说明的是，本实施方式中的形成聚光用光学构件的聚甲基丙烯酸甲酯的折射率为1.67，形成接合构件的环氧树脂的折射率为1.575。
实施例8中，板状荧光体为Ce：YAG的烧结体，除此之外，与实施例1相同。本实施例中板状荧光体按照以下这样制造。将氧化钇、氧化铝、氧化铈分别称量规定量，加入异丙醇制成混合液体。将该混合液体用珠磨机进行搅拌混合而制成浆料。接下来，将该浆料通过泥浆浇铸法(注浆成型)而成形为5mm见方、厚度100μm。通过将该成形物以1200℃烧成2小时，从而进行烧结，制造作为Ce：YAG的烧结体的板状荧光体。
实施例9中，板状荧光体为MGC荧光体，MGC荧光体中的发光材料为Ce：LuAG，除此之外，与实施例1相同。
实施例10中，板状荧光体为MGC荧光体，其导热材料为氧化锌，除此之外，与实施例1相同。
实施例11中，聚光用光学构件为双面凸透镜，除此之外，与实施例1相同。需要说明的是，本实施例中的双面凸透镜的两面的凸面的R为5.88mm、直径为3mm、中心厚度为1.8mm。
实施例12中，接合构件为作为热塑性树脂的聚乙烯树脂，其折射率为1.49，除此之外，与实施例1相同。制造时将聚乙烯树脂加热至150℃，使其热熔融，在此基础上，以液滴形状涂布于板状荧光体，粘接作为聚光用光学构件的直径3mm的球状透镜并冷却，由此制成本实施方式的荧光体。
实施例13中，板状荧光体的厚度为50μm，除此之外，与实施例1相同。
实施例14中，板状荧光体的厚度为2000μm，除此之外，与实施例1相同。
实施例15中，接合构件是连续耐热温度为200℃的耐热性更高的高耐热硅酮树脂，除此之外，与实施例1相同。
实施例16中，如图3所示那样，圆角的高度为聚光用光学构件的高度的1/10，除此之外，与实施例1相同。需要说明的是，在后述的评价中，以图3的空间17中充满空气的状态进行。
实施例17中，聚光用光学构件为非球面双面凸透镜，除此之外，与实施例1相同。所使用的非球面双面凸透镜与球面双面凸透镜相比，是像差小、外形为3mm、焦点距离为6mm的透镜。
比较例1中，未将聚光用光学构件与接合构件组合，除此之外，与实施例1相同。
比较例2中，接合构件使用了连续耐热温度低至79℃的聚氯乙烯，除此之外，与实施例4相同。
比较例3中，圆角的高度为聚光用光学构件的高度的3/4，除此之外，与实施例1相同。
关于以上的实施例和比较例，对于使激发激光在板状荧光体11的接合有聚光用光学构件的面的相反面进行聚光的情况的聚光效果、发光强度、耐热性进行评价。激光是波长为450nm的蓝色激光，利用透镜以直径1mm进行聚光，在接合有聚光用光学构件的面的相反面，以对接合有聚光用光学构件的位置照射50W/mm2能量密度的方式进行调整。
各评价项目的判定基准记载于以下。
(聚光效果)
针对实施例、比较例中的荧光体，对于来自入射蓝色激光的面的相反面、即接合有聚光用光学构件的面的发光进行相对比较。在从板状荧光体的接合有光学用聚光构件的面起垂直方向距离20mm的位置设置白纸。关于对白纸照射的发光的直径(以下，称为发光直径)，测定将比较例1的发光直径设为1时的相对值(以下，记为发光直径相对值)，进行下述判定。
<判定基准>
作为聚光效果特别优异的范围，将发光直径相对值为-0.3以下时记作◎。作为聚光效果优异的范围，将发光直径相对值大于-0.3且为-0.1以下时记作○。作为聚光效果不充分的范围，将发光直径相对值大于-0.1时记作Δ。
(发光强度)
为了测定实施例、比较例中的荧光体的发光强度，测定来自板状荧光体设置有聚光用光学构件一侧的荧光成分的光输出功率。即激光从聚光用光学构件的相反侧入射，来自聚光用光学构件的发光利用透镜进行准直，进而利用透镜聚光于光输出功率检测器。将所照射的激光的输出密度调整至1.5W/mm2，在不超出光输出功率检测器的检测上限的范围内测定荧光成分的光输出功率。为了使穿过MGC荧光体的蓝色激光不入射至光输出功率检测器而仅测定荧光的输出，在光输出功率检测器的前面设置蓝色光截止滤光器，从而能够仅测定荧光成分的光。
<判定基准>
作为在光学制品中的应用特别合适的范围，荧光输出功率为40mW以上时记作◎。作为在光学制品中的应用合适的范围，荧光输出功率小于40mW且为30mW以上时记作○。作为在光学制品的应用中不合适的范围，荧光输出功率小于30mW时记作Δ。
(耐热性)
从评价激发激光对于升温的耐热性的观点出发，对于各实施例和比较例，在100℃的干燥机内放置1000小时，评价放置后的发光强度Ia相对于放置前的发光强度Ib的比率Ia/Ib。耐热性差的材料主要是由于接合材料的变色而导致吸收从板状荧光体发出的发光，发光强度降低。
<判定基准>
作为耐热性特别优异的范围，Ia/Ib为0.93以上时记作◎。作为耐热性优异的范围，Ia/Ib小于0.93且为0.90以上时记作○。作为耐热性差的范围，Ia/Ib小于0.90时记作Δ。
(综合判定)
在各实施例和比较例中，聚光效果、发光强度、耐热性均为◎时记作◎，至少Δ为1个以上时记作Δ，其他情况记作○。
[表1]
Figure BDA0002384316510000171
[表2]
Figure BDA0002384316510000181
[表3]
Figure BDA0002384316510000191
由上述表1、表2、表3所示的结果可以知晓以下内容。
在全部实施例中，聚光用光学构件接合于板状荧光体，聚光用光学构件的折射率高于接合构件的折射率，均确认到聚光效果。
根据实施例1、实施例2和实施例3，将聚光的激发激光聚光至直径1mm时，对于聚光用光学构件而言，其直径为1mm以上且5mm以下的范围时确认到聚光效果。
根据实施例1和实施例4，对于接合构件的高度范围而言，在聚光用光学构件的2/3以下时确认到聚光效果。
根据实施例1、实施例5和实施例6可知，聚光用光学构件的材质没有限定，可以为二氧化硅、树脂材料。
根据实施例1、实施例7和实施例12可知，接合构件的材质没有限定，除了硅酮树脂之外，也可以为热固化性树脂、热塑性树脂。
根据实施例1和实施例8可知，作为板状荧光体，可以为MGC荧光体，也可以为烧结体。
根据实施例1、实施例9和实施例10可知，板状荧光体为MGC荧光体时，发光材料可以为Ce：YAG也可以为Ce：LuAG，并且导热材料可以为蓝宝石也可以为氧化锌。
根据实施例1、实施例11和实施例17可知，作为聚光用光学构件，可以为球状透镜、双面凸透镜、非球面透镜。
根据实施例1、实施例13和实施例14可知，作为板状荧光体的厚度，可以为50μm以上且2000μm以下。
根据实施例15可知，作为接合构件，连续耐热温度高的情况下，耐热性特别优异。
根据实施例16可知，在板状荧光体与聚光用光学构件的凸面之间存在空间的情况下，可得到更高的聚光效果。
根据比较例1可知，仪由板状荧光体无法获得聚光效果。
根据比较例2可知，使用连续耐热温度低的树脂作为接合构件的情况下，耐热性差。
根据比较例3可知，接合构件的圆角的高度若超过聚光用光学构件的高度的2/3，则发光强度降低。
需要说明的是，本申请中包括将上述各种实施例中的任意实施例进行适当组合而得的方案，能够发挥各实施例所具有的效果。
根据本申请涉及的荧光体，接合构件形成圆角形状。进而，上述圆角形状的高度X为聚光用光学构件的高度Y的2/3以下。由此，向板状荧光体照射输出密度高的激光时，由来自板状荧光体的光的散射引起的发光直径的扩大通过被接合的聚光用光学构件进行聚光而被抑制。由此，能够得到聚光效果高的荧光体。进而，利用将聚光用光学构件与板状荧光体接合的接合构件的耐热性，由聚光用光学构件与板状荧光体的接合部分的热导致的劣化也受到抑制，能够制成长寿命地维持高发光强度和高聚光效果的荧光体。
产业上的可利用性
如以上说明那样，本申请涉及的荧光体可以制成在输出密度高的激光的照射下，荧光的聚光效果高、发光强度高的荧光体，并且耐热性优异，因此产业上的可利用性高。
附图标记说明
10、10a 荧光体
11 板状荧光体
12 接合构件
13 聚光用光学构件
14 导热材料
15 发光材料
16 单体液体
17 空间(在聚光用光学构件的凸面的一部分与板状荧光体之间存在的空间)
18 MGC荧光体
21 激光
22 荧光

Claims (17)

1.一种荧光体，其具备：
板状荧光体；
接合构件；和
具有至少一个凸面并且利用所述接合构件固定于所述板状荧光体的聚光用光学构件，
在所述板状荧光体的接合有所述聚光用光学构件的面、与所述聚光用光学构件所具有的凸面之间，所述接合构件形成圆角形状，
将所述圆角形状的、从所述板状荧光体的接合有所述聚光用光学构件的面起的高度设为高度X，将所述聚光用光学构件的、从所述板状荧光体的接合有所述聚光用光学构件的面起的最大距离设为最大距离Y时，高度X为最大距离Y的2/3以下。
2.根据权利要求1所述的荧光体，其中，从所述凸面的至少1点向所述板状荧光体的、接合有所述聚光用光学构件的面垂下的假想的垂线上的至少一部分存在空间。
3.根据权利要求1或2所述的荧光体，其中，所述板状荧光体为熔体生长复合物荧光体即MGC荧光体，并且所述MGC荧光体为作为荧光物质的发光材料与作为金属氧化物的导热材料进行三维复合化而形成的。
4.根据权利要求3所述的荧光体，其中，所述发光材料和所述导热材料的至少一个为金属氧化物，在所述发光材料为金属氧化物的情况下，所述发光材料为所述金属氧化物中的金属元素被置换为发光元素的结构。
5.根据权利要求3或4所述的荧光体，其中，所述发光材料是以Y3Al5O12作为母体并且一部分Y元素被置换为Ce元素的发光材料、或者以Lu3Al5O12作为母结晶并且母结晶中的一部分Lu原子被置换为Ce元素的发光材料，所述导热材料为Al2O3或ZnO。
6.根据权利要求1或2所述的荧光体，其中，所述板状荧光体为烧结陶瓷荧光体。
7.根据权利要求6所述的荧光体，其中，所述烧结陶瓷荧光体为以Y3Al5O12作为母体并且一部分Y元素被置换为Ce元素的发光材料。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的荧光体，其中，所述聚光用光学构件为包含二氧化硅的球状透镜。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的荧光体，其中，所述接合构件为热固化性透明构件或者热塑性透明构件。
10.根据权利要求9所述的荧光体，其中，所述接合构件为硅酮树脂。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的荧光体，其中，所述接合构件的折射率为所述聚光用光学构件的折射率以下。
12.一种荧光体的制造方法，其具有以下工序：
将发光材料的原料粉末与导热材料的原料粉末进行混合，并投入坩埚的工序；
将所述坩埚加热，使所述发光材料与所述导热材料熔融混合的工序；
将所述熔融混合的发光材料与导热材料向上拉或向下拉从而使其冷却固化，从而形成使所述发光材料与所述导热材料三维复合化而得的熔体生长复合物荧光体即MGC荧光体的工序；
将所述MGC荧光体加工为板状，形成板状荧光体的工序；
使透明构件附着于所述板状荧光体或聚光用光学构件的工序；
通过所述透明构件使聚光用光学构件与板状荧光体接触的工序；以及
通过所述透明构件使所述聚光用光学构件与所述板状荧光体接合的工序。
13.根据权利要求12所述的荧光体的制造方法，其中，所述透明构件具有液状单体，通过使所述液状单体固化，从而将所述聚光用光学构件与所述板状荧光体接合。
14.根据权利要求12所述的荧光体的制造方法，其中，通过使所述透明构件热熔融，从而使其附着于所述板状荧光体或聚光用光学构件，
通过使所述透明构件冷却固化，从而将所述聚光用光学构件与所述板状荧光体接合。
15.一种荧光体的制造方法，其具有以下工序：
将烧结陶瓷荧光体加工为板状，形成板状荧光体的工序；
使透明构件附着于所述板状荧光体或聚光用光学构件的工序；
通过所述透明构件使聚光用光学构件与所述板状荧光体接触的工序；以及
通过所述透明构件使所述聚光用光学构件与所述板状荧光体接合的工序。
16.根据权利要求15所述的荧光体的制造方法，其中，所述透明构件具有液状单体，通过使所述液状单体固化，从而将所述聚光用光学构件与所述板状荧光体接合。
17.根据权利要求15所述的荧光体的制造方法，其中，通过使所述透明构件热熔融，从而使其附着于所述板状荧光体或聚光用光学构件，
通过使所述透明构件冷却固化，从而将所述聚光用光学构件与所述板状荧光体接合。
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