CN111656228B - 波长转换体 - Google Patents

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Abstract

波长转换体(1)，其具备：基材部(10)；和光学转换层(30)，其包含光学转换无机粒子(40)和无机粘合剂部(50)，其中，无机粘合剂部(50)包含平均粒径小于光学转换无机粒子(40)的粒子状的粘合剂微粒(51)和无定型粘合剂(52)，在将基材侧部分(31)中的粘合剂微粒(51)的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子(40)的平均体积浓度的比率规定为基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS、并且将反基材侧部分(32)中的粘合剂微粒(51)的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子(40)的平均体积浓度的比率规定为反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO时，基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS大于反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO。

Description

波长转换体
技术领域
本申请涉及利用光致发光的波长转换体。
背景技术
以往，作为利用光致发光的光学转换层，已知有由通过激发光的照射而发光的多个光学转换无机粒子和保持这些多个光学转换无机粒子的粘合剂层构成的光学转换层。如果在基材部的表面形成光学转换层，则可得到包含基材部和光学转换层的波长转换体。基材部与光学转换层优选密合强度高。
例如，在专利文献1中公开了一种波长转换体，其包含石英玻璃基材和形成于上述石英玻璃基材的表面且含有荧光体粒子的波长转换石英玻璃层。另外，专利文献1的波长转换体中，波长转换石英玻璃层的荧光体浓度从玻璃基材侧朝向波长转换石英玻璃层的表面侧以由高浓度至低浓度的方式分布。
图4是专利文献1的波长转换体的示意性截面图。如图4中所示的那样，专利文献1的波长转换体100C具有由玻璃形成的基材部10和作为光学转换层的波长转换石英玻璃层130C。在波长转换石英玻璃层130C中，光学转换无机粒子40被无机粘合剂部150C保持。无机粘合剂部150C成为由无定型粘合剂形成的石英玻璃层52。在波长转换体100C中，波长转换石英玻璃层130C中的光学转换无机粒子40的浓度从基材部10侧朝向波长转换石英玻璃层130C的表面侧以由高浓度至低浓度的方式分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2016-34891号公报
发明内容
发明所要解决的课题
然而，专利文献1中公开的波长转换体在制造时需要550℃左右的加热。因此，在为了在基材部使光反射而将基材部设定为铝等金属制的情况下，有可能基材部的金属、光学转换无机粒子会因上述加热而劣化。
本申请是鉴于上述课题而进行的。本申请的目的是提供不会使基材部、光学转换无机粒子因加热而劣化且基材部与光学转换层的密合性高的波长转换体。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本申请的方案的波长转换体具备：基材部；和形成于上述基材部上的光学转换层，其包含光学转换无机粒子和保持上述光学转换无机粒子彼此的无机粘合剂部，其中，上述无机粘合剂部包含平均粒径小于上述光学转换无机粒子的粒子状的粘合剂微粒和无定型粘合剂，在将上述光学转换层中的自上述光学转换层的厚度方向的中间面起存在于上述基材部侧的部分规定为基材侧部分、将自上述中间面起存在于与上述基材部相反侧的部分规定为反基材侧部分的情况下，在将上述基材侧部分中的上述粘合剂微粒的平均体积浓度相对于上述基材侧部分中的上述光学转换无机粒子的平均体积浓度的比率规定为基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS、并且将上述反基材侧部分中的上述粘合剂微粒的平均体积浓度相对于上述反基材侧部分中的上述光学转换无机粒子的平均体积浓度的比率规定为反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO时，上述基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS大于上述反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO。
附图说明
图1是实施方式及实施例1的波长转换体的示意性截面图。
图2是比较例1的波长转换体的示意性截面图。
图3是比较例2的波长转换体的示意性截面图。
图4是专利文献1的波长转换体的示意性截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本实施方式的波长转换体进行说明。
[波长转换体]
图1是实施方式的波长转换体的示意性截面图。如图1中所示的那样，波长转换体1A(1)具备：基材部10；和形成于基材部10上的光学转换层30A(30)。波长转换体1A如果光学转换层30A中的光学转换无机粒子40接受从未图示出的激发光源射出的激发光，则光学转换无机粒子40会将经光学转换后的光放射到外部。
(基材部)
基材部10是具有下述功能的构件：对形成于基材部10的表面的光学转换层30A进行补强，并且通过选择材质及厚度，从而对光学转换层30A赋予适宜的光学特性、热特性。
作为基材部10的材质，例如可使用不具有透光性的金属、玻璃及蓝宝石等具有透光性的陶瓷。作为金属，例如可使用铝、铜等。由金属形成的基材部10由于光反射性优异，因此是优选的。另外，由陶瓷形成的基材部10由于透光性优异，因此是优选的。作为陶瓷，可使用氮化硅、氧化铝等。铝的热膨胀系数为23×10-6～24×10-6/K，铜的热膨胀系数为16×10-6～17×10-6/K。氮化硅的热膨胀系数为2×10-6～4×10-6/K，氧化铝的热膨胀系数为5×10-6～8×10-6/K。
在基材部10的材质为金属的情况下，由于容易提高散热性，因此是优选的。即，如果基材部10由金属形成，则基材部10的热导率变高，因此在光学转换层30A中，能够有效地除去在激发光被转换成荧光70的过程等中所产生的热。因此，如果基材部10由金属形成，则容易抑制光学转换无机粒子40的温度消光、无机粘合剂部50A的劣化、烧焦，因此是优选的。
另一方面，在基材部10的材质为具有透光性的陶瓷等具有透光性的材料的情况下，则能够介由基材部10对光学转换层30A中的光学转换无机粒子40照射光。其中，所谓具有透光性是指材质对于可见光(波长为380nm～800nm)是透明的。另外，所谓透明在本实施方式中是指材质中的光的透射率优选为80％以上、更优选为90％以上。另外，在由基材部10中使用的材质带来的可见光的吸光系数极低的情况下，能够介由基材部10对光学转换层30A中的光学转换无机粒子40充分地照射光，因此是优选的。像这样，在基材部10由具有透光性的材质形成的情况下，变得容易构筑小型的系统，因此是优选的。即，如果基材部10具有透光性，则变得容易构筑小型的系统，因此是优选的。
可是，上述金属与上述陶瓷相比通常耐热性低。因此，在基材部10由金属形成的情况下，在表面设置光学转换层30A时，优选不在高温下被加热。波长转换体1A的光学转换层30A如后述那样能够在较低温度下形成。因此，根据波长转换体1A，在基材部10由金属形成的情况下是优选的。
基材部10如果光学转换层30A侧的表面的反射率为90％以上，则光从光学转换层30A的表面取出的效率变高，因此是优选的。作为将基材部10的光学转换层30A侧的表面的反射率设定为90％以上的方法，例如可列举出使用表面的反射率为90％以上的由金属形成的基材部10的方法。
另外，作为将基材部10的光学转换层30A侧的表面的反射率设定为90％以上的其他方法，可列举出将基材部10制成包含基材本体和形成于基材本体的表面且表面的反射率为90％以上的反射膜这两层结构的方法。在该两层结构的情况下，作为基材本体的材质，没有特别限定，例如可以使用铝等金属或具有透过性的陶瓷。
另外，在将基材部10制成上述两层结构的情况下，可以在反射膜的表面进一步形成保护反射膜的保护膜而制成三层结构。例如在反射膜为铝的薄膜的情况下，可以在反射膜的表面形成抑制铝的氧化的保护膜而制成三层结构。
(光学转换层)
光学转换层30A(30)包含光学转换无机粒子40和保持光学转换无机粒子40彼此的无机粘合剂部50A(50)，且形成于基材部10上。光学转换层30A的膜厚例如为10μm～1000μm。如果光学转换层30A的膜厚在上述范围内，则所得到的波长转换体成为导热性及光取出效率高、光散射大的波长转换体，因此是优选的。
<光学转换无机粒子>
光学转换无机粒子40是由能够光致发光的无机化合物的光学转换材料形成的粒子。作为光学转换无机粒子40，只要能够光致发光，则其种类没有特别限定。作为光学转换无机粒子，例如可使用包含被Eu2+活化的氮化物系的光学转换材料的粒子、由YAG即Y3Al5O12形成的石榴石结构的晶体的粒子。光学转换无机粒子中的包含被Eu2+活化的氮化物系的光学转换材料的粒子由于激发光被转换成长波长侧的波长，因此是优选的。另外，作为包含被Eu2+活化的氮化物系的光学转换材料的粒子，例如可使用包含(Sr，Ca)AlSiN3：Eu、氮化硅Si3N4：Eu、SiAlON：Eu的光学转换无机粒子。
粒径大的光学转换无机粒子40的平均粒径通常为100μm以下，优选为30μm以下。如果光学转换无机粒子40的平均粒径在上述范围内，则通过全反射被封入光学转换无机粒子40内部的光的波导被限定于粒径的范围，因此能够减小来自波长转换体1A的输出光的点径，因此是优选的。另外，如果光学转换无机粒子40的平均粒径在上述范围内，则能够降低波长转换体1A的输出光的颜色的不均，并且能够以涂布法等廉价的制造工艺来制造光学转换无机粒子40，因此是优选的。
粒径大的光学转换无机粒子40的平均粒径可由下述方式求出：用扫描型电子显微镜(SEM)等对任意进行了前处理加工的光学转换层30A进行观察，以在统计学上充分显著的个数例如100个粒子的直径的平均值来求出。
另外，光学转换无机粒子40的组成可以通过能量色散型X射线分析法(EDX)、X射线衍射(XRD)的分析等公知的分析方法来判别。
光学转换无机粒子40可以是包含相同组成的荧光体的粒子，也可以是2种以上的组成的荧光体的粒子的混合体。
光学转换无机粒子40的折射率优选大于无机粘合剂部50A的折射率。如果光学转换无机粒子40的折射率大于无机粘合剂部50A的折射率，则光通过全反射被封入荧光体内部。因此，无机粘合剂部50A内的面内波导光被限定于光学转换无机粒子40的粒径的范围内的成分变多。因此，如果光学转换无机粒子40的折射率大于无机粘合剂部50A的折射率，则容易减小来自波长转换体1A的输出光的点径，因此是优选的。
在光学转换无机粒子40为YAG粒子的情况下，光学转换无机粒子40的折射率为1.8～1.9。
<无机粘合剂部>
无机粘合剂部50A(50)是构成光学转换层30A、保持光学转换无机粒子40彼此的构件。如图1中所示的那样，无机粘合剂部50A包含平均粒径小于光学转换无机粒子40的粒子状的粘合剂微粒51和无定型粘合剂52。基材部10与光学转换层30A中的无机粘合剂部50A在其界面处粘接。
[粘合剂微粒]
粘合剂微粒51是构成无机粘合剂部50A的一个成分，由平均粒径小于光学转换无机粒子40的粒子状的无机化合物制成。粘合剂微粒51通常通过形成多个粘合剂微粒51粘固而成的粘合剂微粒的粘固体55来保持光学转换无机粒子40彼此。这里，所谓粘固是指粘合剂微粒51等固体彼此通过分子间力被固定。在粘合剂微粒51形成粘合剂微粒的粘固体55的情况下，仅通过粘合剂微粒的粘固体55来保持光学转换无机粒子40彼此；或者通过粘合剂微粒的粘固体55与无定型粘合剂52协同作用来保持光学转换无机粒子40彼此。
需要说明的是，在光学转换层30A中，由于包含无定型粘合剂52，因此粘合剂微粒51未必需要形成粘合剂微粒的粘固体55。这种情况下，粘合剂微粒51通过粘合剂微粒51与无定型粘合剂52协同作用来保持光学转换无机粒子40彼此。
在形成粘合剂微粒的粘固体55的情况下，可维持构成粘合剂微粒的粘固体55的各个粘合剂微粒51的形状。因此，在粘合剂微粒的粘固体55中的相邻的粘合剂微粒51彼此之间形成空隙。在粘合剂微粒的粘固体55与无定型粘合剂52协同作用来保持光学转换无机粒子40彼此的情况下，无定型粘合剂52与粘合剂微粒的粘固体55的周围密合、浸渗到形成于粘合剂微粒51彼此之间的空隙中。即，无定型粘合剂52通过与粘合剂微粒的粘固体55的周围密合、浸渗到形成于粘合剂微粒51彼此之间的空隙中，从而与粘合剂微粒的粘固体55协同作用来保持光学转换无机粒子40彼此。
另一方面，在没有形成粘合剂微粒的粘固体55的情况下，光学转换无机粒子40彼此主要通过无定型粘合剂52被保持，粘合剂微粒51辅助性地进行由无定型粘合剂52带来的光学转换无机粒子40彼此的保持。
如后述那样，光学转换层30A中的粘合剂微粒51的平均体积浓度并不一样，根据光学转换层30A中的部位不同而异。通常，在光学转换层30A中的反基材侧部分32中，与基材侧部分31相比，粘合剂微粒的平均体积浓度变低。因此，在反基材侧部分32等粘合剂微粒51的平均体积浓度相对低的部分，有可能不会形成粘合剂微粒的粘固体55。例如，在光学转换层30A中的位于与基材部10相反侧的后述的反基材侧部分32中，由于粘合剂微粒51的平均体积浓度相对低，因此通常不会形成粘合剂微粒的粘固体55。另外，粘合剂微粒的粘固体55通常在制造光学转换层30A时，通过将光学转换无机粒子40与粘合剂微粒51的混合物干燥而生成。因此，在不经由这样的工序而制造的光学转换层30A中，通常不会形成粘合剂微粒的粘固体55。
粘合剂微粒51的材质例如为金属氧化物或氟化合物。作为金属氧化物，例如可使用氧化铝、氧化镁、氧化锌、氧化锆等。其中，氧化铝、氧化镁、氧化锌由于热导率高，因此是优选的。氧化锆由于热膨胀系数比较大，在使用铝等金属基板的情况下，可抑制因热膨胀系数之差而引起的剥离，因此是优选的。作为氟化物，例如可使用氟化镁(折射率为1.38)、氟化钙(折射率为1.399)、氟化锂(折射率为1.392)等。氟化物中，氟化镁由于是稳定的物质且可靠性高，并且折射率低，因此是优选的。如果粘合剂微粒51的折射率低，则在无机粘合剂部50A内产生面内波导光的比例少，波长转换体1A的光取出效率变高，能够减小输出光点径，因此是优选的。
粘合剂微粒51的折射率优选为1.43以下，更优选为低于1.40。如果粘合剂微粒51的折射率在上述范围内，则在无机粘合剂部50A内产生面内波导光的比例少，波长转换体1A的光取出效率变高，能够减小输出光点径，因此是优选的。通常，粘合剂微粒51的折射率小于光学转换无机粒子40的折射率。如果粘合剂微粒51的折射率为1.43以下，则与光学转换无机粒子40的折射率之差变得更大，在无机粘合剂部50A内产生面内波导光的比例变少。因此，如果粘合剂微粒51的折射率为1.43以下，则波长转换体1A的光取出效率变高，容易减小输出光点径，因此是优选的。
粘合剂微粒51的平均粒径通常为10～100nm，优选为10～50nm，更优选为15～25nm。若粘合剂微粒51的平均粒径在上述范围内，则粘合剂微粒的粘固体55的粘固强度高，因此是优选的。粘合剂微粒51的平均粒径可以与光学转换无机粒子40的平均粒径同样地操作来求出。
粘合剂微粒51可以制成中空粒子或介孔粒子。这里，所谓介孔粒子是指具有大量1nm～数十nm大小的孔的多孔性粒子。如果粘合剂微粒51为中空粒子或介孔粒子，则粘合剂微粒51的有效的折射率成为粘合剂微粒51的材质的折射率与空气的折射率(1.0)之间的值，与粘合剂微粒51的材质的折射率相比变低。因此，如果粘合剂微粒51为中空粒子或介孔粒子，则可得到从粘合剂微粒51及包含其的无机粘合剂部50A的光取出效率及输出光的功率密度高的波长转换体1A。
粘合剂微粒51的热膨胀系数通常为1×10-6/K以上，优选为1×10-6～50×10-6/K。如果粘合剂微粒51的热膨胀系数在上述范围内，则容易抑制基材部10与无机粘合剂部50中的粘合剂微粒51的剥离，因此是优选的。
[无定型粘合剂]
无定型粘合剂52是构成无机粘合剂部50A的一个成分，由无定型的无机化合物形成。无定型粘合剂52仅通过无定型粘合剂52来保持光学转换无机粒子40彼此或者通过无定型粘合剂52与粘合剂微粒的粘固体55协同作用来保持光学转换无机粒子40彼此。
如后述那样，光学转换层30A中的无定型粘合剂52的平均体积浓度并不一样，根据光学转换层30A中的部位不同而异。通常，在光学转换层30A中的基材侧部分31中，与反基材侧部分32相比，无定型粘合剂52的平均体积浓度变低。但是，由于无定型粘合剂52的生成前的原料即前驱体的流动性高，因此无定型粘合剂52浸渗到形成于粘合剂微粒51彼此之间的空隙中。
无定型粘合剂52的材质例如为以聚硅氮烷及聚硅氮烷衍生物中的至少一者作为前驱体的硅玻璃(折射率为1.44～1.50)。如果无定型粘合剂52的材质为以聚硅氮烷及聚硅氮烷衍生物中的至少一者作为前驱体的硅玻璃，则前驱体的流动性优异，因此是优选的。即，如果无定型粘合剂52的材质为上述硅玻璃，则流动性优异的前驱体被浸渗到粘合剂微粒51的粘固体55的空隙中，因此可得到致密的无机粘合剂部50A，因此是优选的。
这里，所谓聚硅氮烷是指具有连续地有1个以上Si-N键的环状或直链状的Si-N骨架结构、并且Si及N的侧链全部为H的结构的聚合物。另外，所谓聚硅氮烷衍生物是指构成聚硅氮烷的侧链或末端基的1个以上被H以外的基团例如烃基取代而得到的结构的聚合物。其中，作为烃基，例如可列举出烷基、苯基等。作为聚硅氮烷，例如可使用全氢聚硅氮烷。此外，所谓前驱体是指作为生成物的硅玻璃的固化前的具有流动性的物质。
上述聚硅氮烷及聚硅氮烷衍生物中的至少一者通过下述式(1)的硅转化反应，通过Si-N骨架结构的至少一部分变化成SiO4四面体的三维网眼结构的硅转化而形成硅玻璃。
(-SiH2NH-)+2H2O→(-SiO2-)+NH3+2H2 (1)
需要说明的是，在上述式(1)中，(-SiH2NH-)是表示存在于聚硅氮烷及聚硅氮烷衍生物的结构中的一部分的基团。聚硅氮烷及聚硅氮烷衍生物包含1个以上的(-SiH2NH-)。另外，在上述式(1)中，(-SiO2-)表示存在于硅转化反应后的硅玻璃的结构中的一部分。硅玻璃包含1个以上的(-SiO2-)。
其中，所谓硅玻璃是指SiO4四面体共有顶点的氧的三维网眼结构，且根据需要SiO4四面体的O的一部分被N置换、并且N的含量与作为前驱体的聚硅氮烷或聚硅氮烷衍生物相比减少的物质。这里，将SiO4四面体的O的一部分被N置换而得到的四面体称为置换四面体。硅玻璃具有下述三维网眼结构：仅由SiO4四面体构成的三维网眼结构；由SiO4四面体和置换四面体构成的三维网眼结构；或者仅由置换四面体构成的三维网眼结构。
光学转换层30A如上述那样包含光学转换无机粒子40和无机粘合剂部50A，无机粘合剂部50A包含粘合剂微粒51和无定型粘合剂52。即，光学转换层30A包含光学转换无机粒子40、粘合剂微粒51和无定型粘合剂52。但是，在光学转换层30A中，上述物质的平均体积浓度并不一样，在光学转换层30A中的光学转换层30A的厚度方向上的基材部10侧的部分和与基材部10相反侧的部分中上述物质的平均体积浓度不同。以下，对光学转换层30A中的物质的平均体积浓度和物质间的平均体积浓度的比率进行说明。
<基材侧部分和反基材侧部分>
首先，为了方便起见，将光学转换层30A区分为光学转换层30A的厚度方向上的基材部10侧的部分和与基材部10相反侧的部分。具体而言，将光学转换层30A中的自光学转换层的厚度方向的中间面35起存在于基材部10侧的部分规定为基材侧部分31，将自中间面35起存在于与基材部10相反侧的部分规定为反基材侧部分32。其中，所谓中间面35是指假定由光学转换层30A的厚度成为1/2的点的集合形成的面。图1中示出了中间面35。图1的光学转换层30A由于厚度一样，因此中间面35成为与基材部10的表面平行的平面。因此，在图1中，将中间面35表示为线。光学转换层30A等于基材侧部分31和反基材侧部分32之和。
<粘合剂微粒浓度比率RF>
在光学转换层30A中，在基材侧部分31和反基材侧部分32中，粘合剂微粒51的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率即基材侧粘合剂微粒浓度比率RF不同。以下，对基材侧部分31的基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS和反基材侧部分32的反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO进行说明。
首先，将基材侧部分31中的粘合剂微粒51的平均体积浓度CFS(体积％)相对于基材侧部分31中的光学转换无机粒子40的平均体积浓度COS(体积％)的比率规定为基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS。其中，在粘合剂微粒51中也包含构成粘合剂微粒的粘固体55的粘合剂微粒51。此外，上述光学转换无机粒子40的平均体积浓度COS、粘合剂微粒51的平均体积浓度CFS是基材侧部分31中的平均值。因此，就基材侧部分31而言，关于光学转换无机粒子40的体积浓度、粘合剂微粒51的体积浓度没有必要一样。具体而言，基材侧部分31也可以具有光学转换无机粒子40的体积浓度与光学转换无机粒子40的平均体积浓度COS不同的部分、粘合剂微粒51的体积浓度与粘合剂微粒51的平均体积浓度CFS不同的部分。
另一方面，将反基材侧部分32中的粘合剂微粒51的平均体积浓度CFO(体积％)相对于反基材侧部分32中的光学转换无机粒子40的平均体积浓度COO(体积％)的比率规定为反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO。其中，在粘合剂微粒51中也包含构成粘合剂微粒的粘固体55的粘合剂微粒51。此外，上述光学转换无机粒子40的平均体积浓度COO、粘合剂微粒51的平均体积浓度CFO为反基材侧部分32中的平均值。因此，就反基材侧部分32而言，关于光学转换无机粒子40的体积浓度、粘合剂微粒51的体积浓度没有必要一样。具体而言，反基材侧部分32也可以具有光学转换无机粒子40的体积浓度与光学转换无机粒子40的平均体积浓度COO不同的部分、粘合剂微粒51的体积浓度与粘合剂微粒51的平均体积浓度CFO不同的部分。
在光学转换层30A中，基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS大于反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO。即，在光学转换层30A中，与反基材侧部分32中相比，基材侧部分31中的粘合剂微粒51的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率较大。
因此，在光学转换层30A中，由于与反基材侧部分32中相比，基材侧部分31中的粘合剂微粒51相对于光学转换无机粒子40的比率较大，因此在基材侧部分31中光学转换无机粒子40被粘合剂微粒51牢固地保持。另外，通常，粘合剂微粒51的折射率小于光学转换无机粒子40、无定型粘合剂52的折射率，因此光从粘合剂微粒51朝向光学转换无机粒子40顺利地前进。在光学转换层30A中，由于与反基材侧部分32中相比，基材侧部分31中的粘合剂微粒51的浓度较高，因此在基材侧部分31中光从粘合剂微粒51朝向光学转换无机粒子40顺利地前进，光取出效率高。
<无定型粘合剂浓度比率RA>
另外，在光学转换层30A中，在基材侧部分31和反基材侧部分32中，优选无定型粘合剂52的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率即无定型粘合剂浓度比率RA不同。以下，对基材侧部分31的基材侧无定型粘合剂浓度比率RAS和反基材侧部分32的反基材侧无定型粘合剂浓度比率RAO进行说明。
首先，将基材侧部分31中的无定型粘合剂52的平均体积浓度CAS(体积％)相对于基材侧部分31中的光学转换无机粒子40的平均体积浓度COS(体积％)的比率规定为基材侧无定型粘合剂浓度比率RAS。需要说明的是，上述光学转换无机粒子40的平均体积浓度COS、无定型粘合剂52的平均体积浓度CAS为基材侧部分31中的平均值。因此，就基材侧部分31而言，关于光学转换无机粒子40的体积浓度、无定型粘合剂52的体积浓度没有必要一样。具体而言，基材侧部分31也可以具有光学转换无机粒子40的体积浓度与光学转换无机粒子40的平均体积浓度COS不同的部分、无定型粘合剂52的体积浓度与无定型粘合剂52的平均体积浓度CAS不同的部分。
另一方面，将反基材侧部分32中的无定型粘合剂52的平均体积浓度CAO(体积％)相对于反基材侧部分32中的光学转换无机粒子40的平均体积浓度COO(体积％)的比率规定为反基材侧无定型粘合剂浓度比率RAO。需要说明的是，上述光学转换无机粒子40的平均体积浓度COO、无定型粘合剂52的平均体积浓度CAO为反基材侧部分32中的平均值。因此，就反基材侧部分32而言，关于光学转换无机粒子40的体积浓度、无定型粘合剂52的体积浓度没有必要一样。具体而言，反基材侧部分32也可以具有光学转换无机粒子40的体积浓度与光学转换无机粒子40的平均体积浓度COO不同的部分、无定型粘合剂52的体积浓度与无定型粘合剂52的平均体积浓度CAO不同的部分。
在光学转换层30A中，反基材侧无定型粘合剂浓度比率RAO优选大于基材侧无定型粘合剂浓度比率RAS。即，在光学转换层30A中，与基材侧部分31中相比，反基材侧部分32中的无定型粘合剂52的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率优选较大。
因此，在光学转换层30A中，由于与基材侧部分31中相比，反基材侧部分32中的无定型粘合剂52相对于光学转换无机粒子40的比率较大，因此激发光介由无定型粘合剂52高效地被供给至光学转换无机粒子40。即，在光学转换层30A中，从反基材侧部分32的表面侧入射的激发光被充分地供给至反基材侧部分32及基材侧部分31，因此光学转换层30A整体的发光效率变高。
(波长转换体的制造方法)
波长转换体1A例如通过以下的制造方法来制造。
首先，准备用于制作基材侧部分31的荧光体分散液A和用于制作反基材侧部分32的荧光体分散液B。例如，作为荧光体分散液A，制备使光学转换无机粒子40和粘合剂微粒51分散于水中而得到的分散液。另一方面，作为荧光体分散液B，将光学转换无机粒子40、粘合剂微粒51和无定型粘合剂52的流动性原料混合而制备分散液。
接着，在基材部10的表面涂布荧光体分散液A，在常温下使其干燥，在基材部10的表面形成粘合剂微粒51的粘固体55。进而，在粘合剂微粒51的粘固体55的表面涂布荧光体分散液B，使荧光体分散液B的一部分浸渗到粘合剂微粒51的粘固体55内，然后在常温下使其干燥。如果使荧光体分散液B的一部分浸渗到粘合剂微粒51的粘固体55内并使其干燥，则可形成在粘合剂微粒51的粘固体55内浸渗有无定型粘合剂52的基材侧部分31。另外，如果使涂布于基材侧部分31的表面的荧光体分散液B在常温下干燥，则可在基材侧部分31的表面形成反基材侧部分32。
根据上述波长转换体的制造方法，能够在常温下制造波长转换体1A。因此，根据上述波长转换体的制造方法，能够提供不会使基材部10、光学转换无机粒子40因加热而劣化且基材部10与光学转换层30的密合性高的波长转换体1。
(波长转换体的作用)
首先，对于图1中所示的波长转换体1A，从未图示出的激发光源对光学转换层30A的表面照射激发光。激发光在光学转换层30A内按照反基材侧部分32、基材侧部分31的顺序前进。这里，在反基材侧无定型粘合剂浓度比率RAO大于基材侧无定型粘合剂浓度比率RAS的情况下，激发光容易在反基材侧部分32内部前进。这是由于：如果无定型粘合剂52相对于光学转换无机粒子40的浓度的比率在反基材侧部分32中大、在基材侧部分31中小，则激发光容易在无定型粘合剂52中前进。
在光学转换层30A内按照反基材侧部分32、基材侧部分31的顺序前进的激发光在基材侧部分31内在浓度增加的粘合剂微粒51中前进。折射率一般而言按照无定型粘合剂52、粘合剂微粒51及光学转换无机粒子40的顺序越是后者越高。因此，激发光按照无定型粘合剂52、粘合剂微粒51及光学转换无机粒子40的顺序或者按照无定型粘合剂52及光学转换无机粒子40的顺序顺利地前进。
如果激发光被照射至光学转换无机粒子40，则光学转换无机粒子40放射出荧光。所放射的荧光直接在光学转换层30A内前进，或者在基材部10的表面被反射后在光学转换层30A内前进，从光学转换层30A的表面作为出射光被放射。
(波长转换体的效果)
根据波长转换体1A，可得到不会使基材部10、光学转换无机粒子40因加热而劣化且基材部10与光学转换层30A的密合性高的波长转换体。另外，由于基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS大于反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO，因此与基材的密合性高。
另外，根据波长转换体1A，由于能够在常温下进行制造，因此能够提供不会使基材部10、光学转换无机粒子40因加热而劣化且基材部10与光学转换层30的密合性高的波长转换体1A。
实施例
以下，对本实施方式通过实施例进行进一步详细说明，但本实施方式并不限于这些实施例。
[实施例1]
(荧光体分散液P1的制备)
将通过气相法制作的平均粒径为40nm的氟化镁纳米粒子(折射率为1.38)的粉体与离子交换水混合，通过超声波使其分散，得到15质量％的氟化镁分散液D1。另外，作为荧光体(光学转换无机粒子)，准备了平均粒径为20μm的YAG粒子。将氟化镁分散液D1和YAG粒子以1：2的重量比混合，制备了荧光体分散液P1。
(荧光体分散液P2的制备)
作为无定型粘合剂的原料即聚硅氮烷，准备了Merck株式会社制全氢聚硅氮烷Aquamika(注册商标)NL120A。将聚硅氮烷、上述YAG粒子和氟化镁分散液D1以1：2：0.01的重量比混合，制备了荧光体分散液P2。
(波长转换体的制作)
在由铝板制成的基材部的表面，使用具备棒涂器的敷贴器来涂布荧光体分散液P1，在25℃下放置而使其干燥。干燥后，在基材部的表面形成了厚度为50μm的干燥涂膜M1。获知：干燥涂膜M1如图1中所示的那样具有下述结构：粘合剂微粒51即氟化镁纳米粒子的粘固体55保持光学转换无机粒子即YAG粒子40彼此。
接着，在基材部上的干燥涂膜M1的表面使用上述敷贴器来涂布荧光体分散液P2，在25℃下放置而使其干燥。干燥后，在干燥涂膜M1的表面形成了厚度为50μm的干燥涂膜M2。
由此，得到了具备由铝板制成的基材部和光学转换层的波长转换体。光学转换层在基材部上依次层叠有来自于干燥涂膜M1的厚度为50μm的部分和通过荧光体分散液P2的涂布而形成的厚度为50μm的部分。
对实施例1的波长转换体的结构进行了调查，结果获知呈现出与图1中所示的波长转换体1A同样的结构。因此，图1中，将实施例1的波长转换体表示为波长转换体1A，将光学转换层表示为光学转换层30A。
此外，实施例1的波长转换体1A的光学转换层30A具有来自于干燥涂膜M1的部分和通过荧光体分散液P2的涂布而形成的部分，但两者的厚度相同。因此，中间面35位于这些部分的边界处，因此来自于干燥涂膜M1的部分相当于基材侧部分31A，通过荧光体分散液P2的涂布而形成的部分相当于反基材侧部分32A。
获知：在实施例1的光学转换层30A中，在基材侧部分31A中，浸渗至保持YAG粒子40彼此的氟化镁纳米粒子51的粘固体55的空隙中的聚硅氮烷固化而成为作为无定型粘合剂的硅玻璃52。另外，获知：在基材侧部分31A中，YAG粒子40彼此通过氟化镁纳米粒子51的粘固体55和硅玻璃52被保持。
另一方面，获知：在实施例1的光学转换层30A中，在反基材侧部分32A中，在聚硅氮烷固化而成的作为无定型粘合剂的硅玻璃52中，分散有YAG粒子40和氟化镁纳米粒子51。另外，获知：在反基材侧部分32A中，YAG粒子40彼此主要通过硅玻璃52被保持。
(基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS与反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO的比较)
对实施例1的光学转换层30A的基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS和反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO进行研究。
粘合剂微粒浓度比率RF是粘合剂微粒51的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率。
另外，基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS是基材侧部分31A中的粘合剂微粒51的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率。
此外，反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO是反基材侧部分32A中的粘合剂微粒51的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率。
如由图1及上述试验条件获知的那样，关于粘合剂微粒51的平均体积浓度相对于光学转换无机粒子40的平均体积浓度的比率(粘合剂微粒浓度比率RF)，基材侧部分31A的值大于反基材侧部分32A的值。
像这样，就实施例1而言，基材侧部分31A的粘合剂微粒浓度比率RF即基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS与反基材侧部分32A的粘合剂微粒浓度比率RF即反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO相比变大。
[比较例1]
(荧光体分散液P1的制备)
与实施例1同样地操作，制备了荧光体分散液P1。
(波长转换体的制作)
在由铝板制成的基材部的表面，使用具备棒涂器的敷贴器，涂布荧光体分散液P1，在25℃下放置而使其干燥。干燥后，在基材部的表面形成了厚度为100μm的干燥涂膜M2。
由此，得到了具备由铝板制成的基材部和由厚度为100μm的干燥涂膜M2制成的光学转换层的波长转换体100A。
对比较例1的波长转换体100A的结构进行调查，结果获知：由干燥涂膜M2制成的光学转换层成为下述结构：氟化镁纳米粒子51的粘固体55保持YAG粒子40彼此。
将结果示于图2中。图2是比较例1的波长转换体100A的示意性截面图。
如图2中所示的那样，比较例1的波长转换体100A(100)具备由铝板制成的基材部10和形成于基材部10上的光学转换层130A(130)。光学转换层130A包含作为光学转换无机粒子的YAG粒子40和保持YAG粒子40彼此的无机粘合剂部150A。获知：无机粘合剂部150A形成了多个氟化镁纳米粒子51的粘固体55，光学转换无机粒子40彼此通过氟化镁纳米粒子51的粘固体55被保持。
需要说明的是，图2中，为了方便起见，将光学转换层130A中的自光学转换层130A的厚度方向的中间面35起存在于基材部10侧的部分表示为基材侧部分131A，将自中间面35起存在于与基材部10相反侧的部分表示为反基材侧部分132A。
但是，比较例1的波长转换体100A的光学转换层130A在其厚度方向上实质上没有光学转换无机粒子40、氟化镁纳米粒子51的浓度梯度。因此，在图2中所示的光学转换层130A中，基材侧部分131A与反基材侧部分132A实质上成为相同的结构。因此，在比较例1的波长转换体100A中，基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS与反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO是相同的。
[比较例2]
(荧光体分散液P2的制备)
与实施例1同样地操作，制备了荧光体分散液P2。
(波长转换体的制作)
在由铝板制成的基材部的表面，使用具备棒涂器的敷贴器，涂布荧光体分散液P2，在25℃下放置而使其干燥。干燥后，在基材部的表面形成了厚度为100μm的干燥涂膜M3。
由此，得到了具备由铝板制成的基材部和由厚度为100μm的干燥涂膜M3制成的光学转换层的波长转换体100A。
对比较例2的波长转换体100B的结构进行调查，结果获知：在由干燥涂膜M3制成的光学转换层中，在聚硅氮烷固化而成的作为无定型粘合剂的硅玻璃52中，分散有YAG粒子40和氟化镁纳米粒子51。
将结果示于图3中。图3是比较例2的波长转换体100B的示意性截面图。
如图3中所示的那样，比较例2的波长转换体100B(100)具备由铝板制成的基材部10和形成于基材部10上的光学转换层130B(130)。光学转换层130B包含作为光学转换无机粒子的YAG粒子40和保持YAG粒子40彼此的无机粘合剂部150B。获知：无机粘合剂部150B在聚硅氮烷固化而成的作为无定型粘合剂的硅玻璃52中分散有氟化镁纳米粒子51。
需要说明的是，图3中，为了方便起见，将光学转换层130B中的自光学转换层130B的厚度方向的中间面35起存在于基材部10侧的部分表示为基材侧部分131B，将自中间面35起存在于与基材部10相反侧的部分表示为反基材侧部分132B。
但是，比较例2的波长转换体100B的光学转换层130B在其厚度方向上实质上没有光学转换无机粒子40、氟化镁纳米粒子51、硅玻璃52的浓度梯度。因此，在图3中所示的光学转换层130B中，基材侧部分131B与反基材侧部分132B实质上成为相同的结构。因此，在比较例2的波长转换体100B中，基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS与反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO是相同的。
(波长转换体的膜密合强度的评价)
对于实施例1及比较例1及2的波长转换体，测定了基材部10与光学转换层的膜密合强度。
具体而言，在波长转换体的光学转换层的表面贴附NICHIBAN制Cellotape(注册商标)后，通过恒定的力进行剥离，以目视对将Cellotape剥离后的部分的光学转换层的毁坏程度进行了确认。
其结果是，就比较例1而言，在光学转换层130A的表面的一部分具体而言光学转换层130A的表面的面积的30％以上的部分中观察到表层剥离的样子。据推测这是由于：在用Cellotape剥离时，光学转换层130A中的氟化镁纳米粒子51的粘固体55的表层部分毁坏从而氟化镁纳米粒子51剥离。
具体而言，据推测上述剥离是由于下述原因产生的：与基材部10与光学转换层130A的粘接强度相比，光学转换层130A内部的氟化镁纳米粒子51的粘固体55的粘固强度较低。
另外，就比较例2而言，在从基材部10到光学转换层130B的整体中(光学转换层130B的表面的面积的80％以上)观察到剥离的样子。据推测这是由于：基材部10与光学转换层130B的粘接力低，因此在用Cellotape剥离时，光学转换层130B的整体剥离。
具体而言，据推测上述剥离是由于下述原因产生的：基材部10与光学转换层130B的粘接强度低于光学转换层130B内部的由硅玻璃52等产生的粘接强度。据推测：光学转换层130B内部的由硅玻璃52等产生的粘接强度高的理由是由于光学转换层130B的组成在光学转换层130B内基本均匀。
与此相对，就实施例1而言，观察到从基材部10到光学转换层30A的一部分具体而言光学转换层130A的表面的面积的5％以下的部分剥离的样子。但是，剥离的面积与比较例1及2相比显著少。
日本特愿2017-221095号(申请日：2017年11月16日)的全部内容被援引于此。
以上，按照实施例对本实施方式的内容进行了说明，但本实施方式并不限于这些记载，可以进行各种变形及改良对于本领域技术人员而言是不言而喻的。
产业上的可利用性
根据本申请，能够提供不会使基材部、光学转换无机粒子因加热而劣化且基材部与光学转换层的密合性高的波长转换体。
符号的说明
1、1A、100、100A、100B、100C 波长转换体
10 基材部
30、30A、130、130A、130B 光学转换层
130C 波长转换石英玻璃层
31、131A、131B、131C 基材侧部分
32、132A、132B、132C 反基材侧部分
35 中间面
40 光学转换无机粒子(荧光体粒子、YAG粒子)
50、50A、150、150A、150B、150C 无机粘合剂部
51 粘合剂微粒(氟化镁纳米粒子)
52 无定型粘合剂(石英玻璃层、硅玻璃)
55 粘合剂微粒的粘固体(氟化镁纳米粒子的粘固体)

Claims (10)

1.一种波长转换体，其具备：
基材部；和
形成于所述基材部上的光学转换层，其包含光学转换无机粒子和保持所述光学转换无机粒子彼此的无机粘合剂部，
其中，所述无机粘合剂部包含平均粒径小于所述光学转换无机粒子的粒子状的粘合剂微粒和无定型粘合剂，
将所述光学转换层中的自所述光学转换层的厚度方向的中间面起存在于所述基材部侧的部分规定为基材侧部分、将自所述中间面起存在于与所述基材部相反侧的部分规定为反基材侧部分，将所述基材侧部分中的所述粘合剂微粒的平均体积浓度相对于所述基材侧部分中的所述光学转换无机粒子的平均体积浓度的比率规定为基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS、并且将所述反基材侧部分中的所述粘合剂微粒的平均体积浓度相对于所述反基材侧部分中的所述光学转换无机粒子的平均体积浓度的比率规定为反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO，所述基材侧粘合剂微粒浓度比率RFS大于所述反基材侧粘合剂微粒浓度比率RFO。
2.根据权利要求1所述的波长转换体，其中，所述光学转换无机粒子的平均粒径为1～100μm，所述粘合剂微粒的平均粒径为10～100nm。
3.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，将所述基材侧部分中的所述无定型粘合剂的平均体积浓度相对于所述基材侧部分中的所述光学转换无机粒子的平均体积浓度的比率规定为基材侧无定型粘合剂浓度比率RAS、并且将所述反基材侧部分中的所述无定型粘合剂的平均体积浓度相对于所述反基材侧部分中的所述光学转换无机粒子的平均体积浓度的比率规定为反基材侧无定型粘合剂浓度比率RAO，所述反基材侧无定型粘合剂浓度比率RAO大于所述基材侧无定型粘合剂浓度比率RAS。
4.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述无定型粘合剂的热膨胀系数小于所述粘合剂微粒的热膨胀系数。
5.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述粘合剂微粒为中空粒子或介孔粒子。
6.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述粘合剂微粒的材质为金属氧化物或氟化合物。
7.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述无定型粘合剂的材质是以聚硅氮烷及聚硅氮烷衍生物中的至少一者作为前驱体的硅玻璃。
8.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述粘合剂微粒的热膨胀系数为1×10-6/K以上。
9.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述粘合剂微粒的折射率为1.43以下。
10.根据权利要求1或2所述的波长转换体，其中，所述基材部由金属形成。
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