CN113272260A - 波长转换部件和发光设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供能够容易地抑制紫外波段的激发光向外部的漏出的波长转换部件。本发明的波长转换部件是为了将波长250～280nm的激发光转换成可见光而使用的波长转换部件，其特征在于，含有玻璃基质和分散在上述玻璃基质中的荧光体，波长250～280nm时的厚度1mm的上述玻璃基质的全光线透射率为0.1～80％。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于将发光二极管(LED：Light Emitting Diode)或激光二极管(LD：Laser Diode)等光源发出的光的波长转换成其他的波长的波长转换部件。
背景技术
近年来，作为替代荧光灯或白炽灯的下一代发光设备，从低耗电、小型轻量、容易调节光量的观点考虑，对使用LED或LD的发光设备的关注逐渐提高。作为这种发光设备的一例，例如专利文献1中公开了一种发光设备，其在射出蓝色光的LED上，配置有吸收来自LED的光的一部分并将其转换成黄色光的波长转换部件。该发光设备发出作为从LED射出的蓝色光与从波长转换部件射出的黄色光的合成光的白色光。
作为使用LED或LD的发光设备，还提出有除了一般照明用途以外，还用于传感器用途的发光设备。例如专利文献2中公开了一种甲烷气体传感器用光源，其具有：发出紫外光和/或可见光的发光元件；和设置在该发光元件上的荧光体层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－208815号公报
专利文献2：日本特开2013－170205号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
如果激发光与荧光一起漏出到外部，有时对作为传感器的功能带来不良影响。特别在紫外光的波长小时，特别对人体也容易造成不良影响。因此，专利文献2所记载的发光设备中，在荧光体层的表面形成有不透过激发光、仅透过荧光的滤光器。然而，如果将这样的滤光器形成在荧光体层的表面时，则存在制造工序变得繁杂从而导致成本提高的问题。
鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种能够容易地抑制紫外波段的激发光漏出到外部的波长转换部件。
用于解决技术问题的技术方案
本发明的波长转换部件是为了将波长250～280nm的激发光转换成可见光而使用的波长转换部件，其特征在于，含有玻璃基质和分散在玻璃基质中的荧光体，波长250～280nm时的厚度1mm的玻璃基质的全光线透射率为0.1～80％。通过将波长转换部件中的玻璃基质的全光线透射率限定为80％以下这样低，能够抑制未发生波长转换的紫外激发光漏出到外部。另一方面，通过将波长转换部件中的玻璃基质的全光线透射率限定为0.1％以上，能够抑制紫外激发光过度地被玻璃基质吸收，实现所希望的发光效率。
本发明的波长转换部件中，玻璃基质优选以摩尔％计含有30～85％的SiO2、0～35％的B2O3、0～25％的Al2O3、0～7％的Li2O+Na2O+K2O、0～45％的MgO+CaO+SrO+BaO。通过如此限定玻璃基质的组成，容易实现上述那样的所希望的全光线透射率。另外，本说明书中，“○+○+…”意指对应的各成分的合计量。
本发明的波长转换部件中，玻璃基质优选以摩尔％计含有0.001～10％的CeO2。这样，能够抑制紫外激发光漏出到波长转换部件的外部。
本发明的波长转换部件是为了将波长250～280nm的激发光转换成可见光而使用的波长转换部件，其特征在于，含有玻璃基质和分散在玻璃基质中的荧光体，玻璃基质以摩尔％计含有30～85％的SiO2、0～35％的B2O3、0～25％的Al2O3、0～7％的Li2O+Na2O+K2O、0～45％的MgO+CaO+SrO+BaO。
本发明的波长转换部件优选荧光体为石榴石系荧光体。
本发明的波长转换部件优选荧光体为Lu3Al5O12:Ce。
本发明的波长转换部件优选荧光体的含量为0.01～70体积％。
本发明的波长转换部件优选由烧结体构成，该烧结体含有作为玻璃基质的原料的玻璃粉末和荧光体。这样，能够容易制作荧光体均匀分散的波长转换部件。
本发明的发光设备的特征在于包括：上述的波长转换部件；和向波长转换部件照射波长250～280nm的激发光的光源。
关于本发明的发光设备，优选在由波长转换部件发出的出射光的光谱中，来自激发光的峰值强度I1和来自由荧光体发出的荧光的峰值强度I2满足0≤I1/I2≤0.2的关系。这样，能够制成具有所希望的发光强度并且减少了紫外激发光漏出到外部的发光设备。
本发明的发光设备优选为I1/I2＝0。这样，能够制成紫外激发光不会漏出到外部的安全性优异的发光设备。
发明的效果
根据本发明，提供一种能够容易地抑制紫外波段的激发光漏出到外部的波长转换部件。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的发光设备的示意性侧视图。
具体实施方式
本发明的波长转换部件是为了将波长250～280nm的激发光转换成可见光而使用的波长转换部件，其含有玻璃基质和分散在玻璃基质中的荧光体。
波长250～280nm时的厚度1mm的玻璃基质的全光线透射率为0.1～80％，优选为0.5～80％、0.6～50％、0.8～30％、1～20％、特别优选1.2～12％。玻璃基质的全光线透射率过低时，激发光被玻璃基质过度地吸收，因而难以实现所希望的发光效率。另一方面，玻璃基质的全光线透射率过高时，未发生波长转换的紫外激发光容易漏出到外部。
作为玻璃基质，例如可以列举以摩尔％计含有30～85％的SiO2、0～35％的B2O3、0～25％的Al2O3、0～7％的Li2O+Na2O+K2O、0～45％的MgO+CaO+SrO+BaO的玻璃基质。以下对如此限定玻璃组成的理由进行说明。另外，以下的各成分的说明中，没有特别说明时，“％”意指“摩尔％”。
SiO2为形成玻璃网络结构(network)的成分，具有使紫外线透射率和耐失透性提高的效果。并且，还具有使耐候性、机械强度提高的效果。SiO2的含量优选为30～85％、40～80％、50～75％、特别是55～70％。SiO2的含量过少时，难以得到上述效果。另一方面，SiO2的含量过多时，由于烧结温度需要高温，在制造波长转换部件时，荧光体容易劣化。并且，烧制时的玻璃粉末的流动性变差，容易在烧制后的玻璃基质中残留气泡。还存在紫外线透射率变得过高的担忧。
B2O3为降低熔融温度而显著改善熔融性的成分。并且，B2O3具有不太降低紫外线透射率、并且抑制碱金属成分和碱土金属成分所引起的紫外线吸收的效果。B2O3的含量优选为0～35％、0～20％、1～15％、2～10％、3～8％、特别是4～7％。B2O3的含量过多时，耐候性容易降低。还存在紫外线透射率变得过高的担忧。
Al2O3为提高耐候性、机械强度的成分。并且，与B2O3同样，具有抑制碱金属成分和碱土金属成分所引起的紫外线吸收的效果。Al2O3的含量优选为0～25％、0.1～20％、1～10％、特别是2～8％。Al2O3的含量过多时，存在熔融性降低的倾向。还存在紫外线透射率变得过高的担忧。
Li2O、Na2O和K2O为降低熔融温度而改善熔融性、并且降低软化点的成分。然而，这些成分的含量过多时，耐候性容易降低，并且容易因照射激发光导致发光强度随时间经过而降低。因此，Li2O+Na2O+K2O的含量优选为0～7％、0～5％、0～3％、0～2％、特别是0～1％、最优选不含有。另外，Li2O、Na2O和K2O的各成分的含量分别优选为0～7％、0～5％、0～3％、0～2％、特别是0～1％，最优选不含有。
另外，如后述，在玻璃组成中含有CeO2的情况下，即使含有Li2O、Na2O或K2O，也能够抑制因照射激发光导致发光强度随时间经过降低。因此，在玻璃组成中含有CeO2的情况下，可以积极地含有Li2O、Na2O或K2O。这种情况下，Li2O、Na2O和K2O的含量(合计量)优选为0.1～7％，更优选为1～6.5％，更加优选为2～6％。另外，Li2O、Na2O和K2O的含量分别更优选为0～7％、0.1～5％、0.5～4％、特别是1～3％。Li2O、Na2O和K2O优选将2种以上、特别是3种混合使用。具体而言，Li2O、Na2O和K2O分别优选含有0.1％以上、0.5％以上、特别含有1％以上。这样，能够通过混合碱效果，使软化点高效率地降低。另外，使各碱氧化物的含量为等量时，容易获得混合碱效果。
MgO、CaO、SrO和BaO为降低熔融温度而改善熔融性、且降低软化点的成分。另外，这些成分与碱金属成分不同，对于波长转换部件的发光强度随时间经过的降低不产生影响。MgO+CaO+SrO+BaO的含量优选为0～45％、1～45％、5～40％、10～35％、特别是20～33％。MgO+CaO+SrO+BaO的含量过少时，难以降低软化点。另一方面，MgO+CaO+SrO+BaO的含量过多时，耐候性容易降低。另外，MgO、CaO、SrO和BaO的各成分的含量分别优选为0～35％、0.1～33％、特别是1～30％。这些成分的含量过多时，存在耐候性降低的倾向。
ZnO为降低熔融温度而改善熔融性的成分。ZnO的含量优选为0～15％、0～10％、0～5％、0.1～4.5％、特别是1～4％。ZnO的含量过多时，存在耐候性降低的倾向。并且，存在相分离而透射率降低、结果发光强度降低的倾向。
CeO2为使玻璃基质的紫外线透射率降低的成分。通过含有CeO2，能够抑制紫外激发光漏出到波长转换部件的外部。并且，CeO2具有抑制因Li2O、Na2O或K2O导致的发光强度随时间经过的降低的效果。CeO2的含量优选为0～10％、0.001～10％、0.001～5％、0.01～3％、0.05～1％、特别是0.1～0.5％。CeO2的含量过多时，存在玻璃基质的可见光透射率降低、发光强度降低的倾向。
另外，除上述成分以外，还能够在不损害本发明效果的范围内含有各种成分。例如，能够将P2O5、La2O3、Ta2O5、TeO2、TiO2、Nb2O5、Gd2O3、Y2O3、Sb2O3、SnO2、Bi2O3、As2O3和ZrO2等分别以15％以下、进而以10％以下、特别是5％以下、以合计量计30％以下的范围含有。另外，也可以含有F。F具有降低软化点的效果，因此，通过将含有的属于形成着色中心的原因之一的碱金属成分替代为F，能够在维持低软化点的情况下，抑制发光强度随时间经过的降低。F的含量优选以阴离子％计为0～10％、0～8％、特别是0.1～5％。
玻璃基质的软化点优选为600～1100℃、630～1050℃、特别是650～1000℃。玻璃基质的软化点过低时，机械强度和耐候性容易降低。另一方面，软化点过高时，烧结温度也变高，因此在制造时的烧制工序中，荧光体容易劣化。
另外，作为玻璃基质的原料的玻璃粉末的平均粒径D50优选为100μm以下、50μm以下、20μm以下、特别是10μm以下。玻璃粉末的平均粒径D50过大时，所得到的波长转换部件容易在烧制后的玻璃基质中残留气泡，存在波长转换部件的光取出效率降低的担忧。玻璃粉末的平均粒径D50的下限没有特别限定，考虑到生产成本、操作性，优选为0.1μm以上、1μm以上、特别是2μm以上。另外，在本发明中，平均粒径D50是指通过激光衍射法测得的值。
作为荧光体，只要在照射波长250～280nm的激发光时发出可见光区域(例如波长500～600nm)的荧光即可，没有特别限定，可以列举氧化物荧光体、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、卤化物荧光体、铝酸盐荧光体、卤磷酸氯化物荧光体等。其中，石榴石荧光体、特别是Lu3Al5O12:Ce、或SiAlON荧光体、特别是Si6－zAlzOzN8－z:Eu(0＜z＜4.2)(β－SiAlON:Eu)等由于能够将波长250～280nm的激发光高效率地转换成可见光区域的荧光，因而优选。
波长转换部件的发光效率(lm/W)根据荧光体的种类和含量、以及波长转换部件的厚度等而变化。对荧光体的含量和波长转换部件的厚度，以发光效率和荧光强度达到最佳的方式适当调整即可。例如，波长转换部件的厚度小时，以能够获得所希望的发光效率和荧光强度的方式使荧光体的含量增多即可。但是，荧光体的含量变得过多时，有可能发生难以烧结、或气孔率变大而激发光难以高效率照射到荧光体上、或者波长转换部件的机械强度降低等的问题。另一方面，荧光体的含量过少时，难以获得所希望的荧光强度。从这样的观点考虑，本发明的波长转换部件中的荧光体的含量优选为0.01～70体积％，更优选为0.05～50体积％，更加优选为0.08～30体积％。
本发明的波长转换部件例如由烧结体构成，该烧结体含有作为玻璃基质的原料的玻璃粉末、和荧光体(荧光体粉末)。玻璃粉末和荧光体的混合粉末的烧制温度优选为玻璃粉末的软化点±150℃以内，特别是玻璃粉末的软化点±100℃以内。烧制温度过低时，玻璃粉末无法充分地流动，难以得到致密的烧结体。另一方面，烧制温度过高时，存在荧光体成分发生热劣化而发光强度降低的担忧。
优选在减压气氛中进行烧制。具体而言，烧制中的气氛优选低于1.013×105Pa、1000Pa以下、特别是400Pa以下。由此，能够使波长转换部件中残留的气泡的量变少，因为上述理由，能够提高发光强度。另外，可以将烧制工序整体在减压气氛中进行，例如也可以仅将烧制工序在减压气氛中进行，并将其前后的升温工序和降温工序在不是减压气氛的气氛(例如大气压下)中进行。
本发明的波长转换部件的形状没有特别限制，例如，不仅包括板状、柱状、半球状、半球圆顶状等其自身具有特定形状的部件，还包括形成在玻璃基板或陶瓷基板等基材表面的被膜状的烧结体等。
另外，可以在波长转换部件表面设置防反射膜或微细凹凸结构层。这样，能够降低在波长转换部件表面的光反射率，改善光取出效率，提高发光强度。
作为防反射膜，可以列举由氧化物、氮化物、氟化物等构成的单层膜或多层膜(介电质多层膜)，能够通过溅射法、蒸镀法、涂敷法等形成。防反射膜的光反射率在波长380～780nm下优选为5％以下、4％以下、特别是3％以下。
另外，可以是含有荧光体的波长转换层与不含荧光体的玻璃层的叠层体。这样，由于玻璃层发挥防反射膜的作用，因而能够提高光取出效率。其中，作为玻璃层，能够使用玻璃粉末烧结体或块(bulk)状玻璃。所使用的玻璃优选与波长转换层所使用的玻璃为相同组成，由此能够减少在波长转换层与玻璃层的界面的光反射损失。
作为微细凹凸结构层，可以列举以可见光的波长以下的尺寸构成的蛾眼结构等。作为微细凹凸结构层的制作方法，可以列举纳米压印法和光刻法。或者，也可以通过喷砂、蚀刻、研磨等使波长转换部件表面糙面化，从而形成微细凹凸结构层。凹凸结构层的表面粗糙度Ra优选为0.001～0.3μm、0.003～0.2μm、特别是0.005～0.15μm。表面粗糙度Ra过小时，难以获得所希望的防反射效果。另一方面，表面粗糙度Ra过大时，光散射变大，发光强度容易降低。
图1中示出本发明的发光设备的实施方式的一例。如图1所示，发光设备1具有波长转换部件2和光源3。光源3对波长转换部件2照射激发光L1。射入波长转换部件2的波长250～280nm的激发光L1被转换成可见光区域的荧光L2，从与光源3的相反侧射出。
这里，优选来自激发光L1的峰值强度I1和来自荧光L2的峰值强度I2满足0≤I1/I2≤0.2的关系。这样，能够制成具有所希望的发光强度、并且减少了紫外激发光向外部的漏出的发光设备。从抑制紫外激发光向外部的漏出的观点考虑，I1/I2的值优选为0.15以下，特别优选为0.1以下，最优选为0。另外，从使荧光L2的发光强度最大化的观点考虑，优选一部分激发光L1不发生波长转换而直接透过波长转换部件2。具体而言，I1/I2的值优选为超过0且为0.1以下、特别是0.01～0.05。
实施例
以下，基于实施例对本发明进行详细说明，但本发明不限于这些实施例。
表1和2示出本发明的实施例(No.1～9、11、12)和比较例(No.10)。
[表1]
[表2]
以成为表中所记载的玻璃组成的方式调配原料，使用铂坩埚在1200～1700℃熔融1～2小时使其玻璃化。通过使熔融玻璃流出到一对冷却辊间，从而成型成膜状。将所得到的膜状玻璃成型体用球磨机进行粉碎后，进行分级，得到平均粒径D50为2.5μm的玻璃粉末。
关于玻璃的软化点，利用纤维伸长法，采用粘度达到107.6dPa·s的温度。
关于玻璃的全光线透射率，将熔融玻璃成型而制作厚度1mm的试样，通过遵照JISK7105的方法进行测定。
对所得到的玻璃粉末，混合Lu3Al5O12:Ce荧光体粉末(荧光峰波长560nm)，以玻璃的软化点+50℃的温度进行烧制，由此得到烧结体。并且，混合荧光体粉末使其在波长转换部件中的含量达到10体积％。通过对烧结体进行加工，得到厚度1mm的波长转换部件。
对波长转换部件照射水银灯(波长254nm)，利用通用的发光光谱测定装置测定从波长转换部件的出射面侧发出的光的能量分布光谱。从所得到的光谱求得激发光峰值强度I1和荧光峰值强度I2的比I1/I2。将结果示于表1和2。
如表1和2所示，作为实施例的No.1～9、11、12中，I1/I2的值为0～0.18，抑制了紫外线漏出到外部。另一方面，作为比较例的No.10中，I1/I2的值为0.25，大量紫外线漏出到外部。
符号说明
1：发光设备；2：波长转换部件；3：光源。
Claims (11)
1.一种波长转换部件，其是为了将波长250～280nm的激发光转换成可见光而使用的波长转换部件，其特征在于：
含有玻璃基质和分散在所述玻璃基质中的荧光体，波长250～280nm时的厚度1mm的所述玻璃基质的全光线透射率为0.1～80％。
2.如权利要求1所述的波长转换部件，其特征在于：
所述玻璃基质以摩尔％计含有30～85％的SiO2、0～35％的B2O3、0～25％的Al2O3、0～7％的Li2O+Na2O+K2O、0～45％的MgO+CaO+SrO+BaO。
3.如权利要求1或2所述的波长转换部件，其特征在于：
所述玻璃基质以摩尔％计含有0.001～10％的CeO2。
4.一种波长转换部件，其是为了将波长250～280nm的激发光转换成可见光而使用的波长转换部件，其特征在于：
含有玻璃基质和分散在所述玻璃基质中的荧光体，
所述玻璃基质以摩尔％计含有30～85％的SiO2、0～35％的B2O3、0～25％的Al2O3、0～7％的Li2O+Na2O+K2O、0～45％的MgO+CaO+SrO+BaO。
5.如权利要求1～4中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
所述荧光体为石榴石系荧光体。
6.如权利要求5所述的波长转换部件，其特征在于：
所述荧光体为Lu3Al5O12:Ce。
7.如权利要求1～6中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
所述荧光体的含量为0.01～70体积％。
8.如权利要求1～7中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
由含有作为所述玻璃基质的原料的玻璃粉末和所述荧光体的烧结体构成。
9.一种发光设备，其特征在于，包括：
权利要求1～8中任一项所述的波长转换部件；和向所述波长转换部件照射波长250～280nm的激发光的光源。
10.如权利要求9所述的发光设备，其特征在于：
在由所述波长转换部件发出的出射光的光谱中，来自所述激发光的峰值强度I1和来自由所述荧光体发出的荧光的峰值强度I2满足0≤I1/I2≤0.2的关系。
11.如权利要求10所述的发光设备，其特征在于：
I1/I2＝0。
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