JP2016066764A - 波長変換部材及びそれを用いた発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体層と放熱基板が接着剤を介して接着された波長変換部材であって、接着剤が蛍光体層内部に侵入して、放熱基板とは反対側の表面に染み出すことを抑制することが可能な波長変換部材を提供する。【解決手段】波長変換部材は、放熱基板１１と、放熱基板の上に設けられた蛍光体層１２と、放熱基板と蛍光体層とを接着する接着剤層１３とを備え、蛍光体層の内部、または蛍光体層の放熱基板側の表面に緻密ガラス層１４が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、プロジェクター用発光装置等に用いられる波長変換部材に関する。

近年、プロジェクターを小型化するため、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）と、蛍光体とを用いた発光デバイスが提案されている。例えば、特許文献１には、蛍光体層と、蛍光体層に対して励起光を照射する光源とを備えた発光装置を用いたプロジェクターが開示されている。特許文献１には、蛍光体層を銅板等の放熱基板（伝熱部材）と接合することにより、蛍光体層で発生した熱を効率的に外部に放熱できることが記載されている。

特開２０１０−８６８１５号公報

蛍光体層と放熱基板は、通常、樹脂等の接着剤を用いて接合される。この場合、接着剤が蛍光体層内部に侵入し、蛍光体層の放熱基板とは反対側の表面に染み出すという問題がある。そのため、蛍光体層と放熱基板の間に存在する接着剤量が減少して、両者の接着強度が低下しやすくなる。さらに、蛍光体層と放熱基板との密着性が低下し、蛍光体層から放熱基板への熱伝導が不十分となる場合もある。

以上に鑑み、本発明は、蛍光体層と放熱基板が接着剤を介して接着された波長変換部材であって、接着剤が蛍光体層内部に侵入して、放熱基板とは反対側の表面に染み出すことを抑制することが可能な波長変換部材を提供することを目的とする。

本発明の波長変換部材は、放熱基板と、放熱基板の上に設けられた蛍光体層と、放熱基板と蛍光体層とを接着する接着剤層とを備え、蛍光体層の内部に緻密ガラス層が形成されてなることを特徴とする。本発明の波長変換部材は、蛍光体層の内部、または蛍光体層の放熱基板側の表面に緻密ガラス層が形成されているため、接着剤が蛍光体層内部に侵入した場合であっても、当該緻密ガラス層がバリア層の役割を果たして、蛍光体層の放熱基板とは反対側の表面に接着剤が染み出すことを抑制することができる。

本発明の波長変換部材において、蛍光体層が、蛍光体粉末及びガラス粉末を含む混合粉末の焼結体からなることが好ましい。当該構成によれば、蛍光体層中に蛍光体粉末を均一に分散することができ、色ばらつきの少ない波長変換部材を得ることができる。なおこの場合、蛍光体層は多孔質となりやすく、内部に接着剤が侵入しやすくなる。そのため、蛍光体層中に緻密ガラス層を設けることによる上記の効果を享受しやすくなる。

本発明の波長変換部材において、蛍光体層における蛍光体粉末の含有量が３０体積％以上であることが好ましい。当該構成によれば、発光強度の強い波長変換部材を得ることができ、特にプロジェクター用に好適となる。なおこの場合、蛍光体層は多孔質となりやすく、内部に接着剤が侵入しやすくなる。そのため、蛍光体層中に緻密ガラス層を設けることによる上記の効果を享受しやすくなる。

本発明の波長変換部材において、緻密ガラス層がガラス粉末の焼結体からなることが好ましい。当該構成によれば、緻密ガラス層を容易に形成することが可能となる。

本発明の波長変換部材において、放熱基板が金属基板であることが好ましい。

本発明の波長変換部材において、接着剤層が、シリコーン樹脂またはポリイミド樹脂からなることが好ましい。

本発明の波長変換部材はプロジェクター用であることが好ましい。

本発明の蛍光体層は、放熱基板の上に接着剤層を介して接着されるものであり、内部、または放熱基板側の表面に緻密ガラス層が形成されてなることを特徴とする。

本発明の発光装置は、上記の波長変換部材と、波長変換部材の蛍光体層に励起光を照射する光源とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、蛍光体層と放熱基板が接着剤を介して接着された波長変換部材において、接着剤が蛍光体層内部に侵入して、放熱基板とは反対側の表面に染み出すことを抑制することが可能となる。

本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的斜視図である。 本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的斜視図である。 本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光装置を示す模式的側面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

（第１の実施形態の波長変換部材）
図１は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的斜視図である。波長変換部材１は、放熱基板１１と蛍光体層１２を備えており、両者は接着剤層１３により接着されている。蛍光体層１２の内部には緻密ガラス層１４が形成されている。接着剤層１３における接着剤が蛍光体層１２内部に侵入した場合であっても、緻密ガラス層１４がバリア層の役割を果たして、蛍光体層１２の放熱基板１１とは反対側の表面に接着剤が染み出すことを抑制することができる。

放熱基板１１としては、金属基板やカーボン基板等が挙げられる。本実施形態では、放熱基板１１として金属基板が用いられており、放熱だけでなく、光反射の役割も担っている。具体的には、金属基板は、蛍光体層１２に入射する励起光、及び励起光の入射により蛍光体から出射される蛍光を反射する。金属基板は、一般に、金属または合金から形成され、表面処理が施されていてもよい。金属基板としては、反射率の高いものが好ましく、例えば、表面に金属酸化物などからなる増反射膜が形成されたアルミニウム基板が挙げられる。このようなものとしては、アラノッド（Ａｌａｎｏｄ）社製のＭｉｒｏ（登録商標）及びＭｉｒｏ−Ｓｉｌｖｅｒ（登録商標）等が挙げられる。

本実施形態において、蛍光体層１２は蛍光体粉末及びガラス粉末を含む混合粉末の焼結体からなる。本実施形態では、蛍光体粉末として、無機蛍光体の粒子が用いられている。

ガラス粉末は、無機蛍光体等の蛍光体粉末の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。ガラスマトリクスの軟化点は、２５０〜１０００℃であることが好ましく、３００〜８５０℃であることがより好ましい。ガラス粉末の軟化点が低すぎると、蛍光体層１２の機械的強度が低下しやすくなる。一方、ガラス粉末の軟化点が高すぎると、製造時における焼成工程で蛍光体粉末が劣化して、蛍光体層の発光強度が低下しやすくなる。

蛍光体粉末は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体粉末の具体例としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた１種以上が挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光または黄色光を蛍光として出射する蛍光体粉末を混合して用いることができる。

蛍光体粉末の平均粒子径は、１〜５０μｍであることが好ましく、５〜２５μｍであることがより好ましい。蛍光体粉末の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下しやすくなる。一方、蛍光体粉末の平均粒子径が大きすぎると、波長変換部材１の発光色が不均一になる場合がある。

蛍光体層１２における蛍光体粉末の含有量は３０体積％以上であることが好ましく、４０体積％以上であることがより好ましく、５０体積％以上であることがさらに好ましい。蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、所望の発光強度が得られにくくなる。一方、蛍光体粉末の含有量が多すぎると、蛍光体層１２の機械的強度が低下しやすくなる。よって、蛍光体粉末の含有量は９０体積％以下であることが好ましく、８５体積％以下であることがより好ましく、８０体積％以下であることがさらに好ましい。

蛍光体層１２の厚みが大きすぎると、蛍光体層１２における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低くなってしまう場合がある。よって、蛍光体層１２の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。なお、励起光が確実に蛍光体粉末に吸収されるようにするため、蛍光体層１２の厚みは０．０３ｍｍ以上とすることが好ましい。

放熱基板１１と蛍光体層１２との間には、接着剤層１３が設けられている。接着剤層１３に用いられる接着剤の具体例としては、シリコーン樹脂及びポリイミド樹脂等が挙げられる。

シリコーン樹脂としては、一般的なシロキサン結合を有するシリコーン樹脂を用いることができ、特に、耐熱性の高いシルセスキオキサンを好ましく用いることができる。シルセスキオキサンは、主鎖骨格がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合からなるシロキサン系化合物であり、３官能性シランを加水分解することで得られる（ＲＳｉＯ_１．５）_ｎの構造を持つネットワーク型ポリマーまたは多面体クラスターである。

接着剤層１３の厚みは、２〜１００μｍであることが好ましく、５〜５０μｍであることがより好ましい。接着剤層１３の厚みが小さすぎると、放熱基板１１と蛍光体層１２の接着強度に劣る場合がある。一方、接着剤層１３の厚みが大きすぎると、蛍光体層１２で発生した熱が放熱基板１１へ放熱されにくくなる場合がある。

緻密ガラス層１４は、ガラス粉末の焼結体からなる。ガラス粉末としては既述のものを使用することができる。なお、蛍光体層１２に用いるガラス粉末と緻密ガラス層１４に用いるガラス粉末は同一組成を有することが好ましい。これにより、蛍光体層１２及び緻密ガラス層１４の屈折率を近づけることができ、両者の界面での光反射を低減することができる。結果として、波長変換部材１の発光強度を高めることが可能となる。また、後述するように、蛍光体層１２と緻密ガラス層１４を同時焼成した場合に、両者の焼結状態が良好になりやすい。

緻密ガラス層１４の厚みは、０．００５〜０．５ｍｍであることが好ましく、０．０１〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０１〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。緻密ガラス層１４の厚みが小さすぎると、接着剤の侵入に対するバリア層としての役割が得られにくくなる。緻密ガラス層１４の厚みが大きすぎると、励起光及び蛍光が緻密ガラス層１４内部で吸収されて、波長変換部材１の発光強度が低下しやすくなる。

（第１の実施形態の波長変換部材の製造方法）
以下に、第１の実施形態の波長変換部材の製造方法の一例を説明する。

ガラス粉末と、蛍光体粉末と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、蛍光体層形成用グリーンシートを作製する。

また、ガラス粉末と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、緻密ガラス層形成用グリーンシートを作製する。

２枚の蛍光体層形成用グリーンシートの間に緻密ガラス層形成用グリーンシートを挟持した状態で焼成することにより、内部に緻密ガラス層１４が形成された蛍光体層１２を得る。焼成温度は、ガラス粉末の軟化点±１５０℃以内であることが好ましく、ガラス粉末の軟化点±１００℃以内であることがより好ましい。焼成温度が低すぎると、ガラス粉末が軟化流動せず、焼結が不十分となり、蛍光体層１２の機械的強度が低下しやすくなる。一方、焼成温度が高すぎると、蛍光体粉末がガラス粉末中に溶出して、蛍光体としての機能が低下することにより発光強度が低下しやすくなる。また、蛍光体成分がガラス粉末中に拡散してガラス粉末が着色することにより発光強度が低下する場合もある。

放熱基板１１及び蛍光体層１２を接着剤により接着することにより、第１の実施形態の波長変換部材を作製することができる。

なお、第１の実施形態の波長変換部材は蛍光体層１２が略上下対称構造となっているため、焼成時における各グリーンシートの熱収縮率の違いによる反り変形を抑制できるという利点がある。

（第２の実施形態の波長変換部材）
図２は、本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的斜視図である。第１の実施形態では、緻密ガラス層１４が蛍光体層１２内部中央付近に設けられているが、本実施形態の波長変換部材２は、緻密ガラス層１４が蛍光体層１２の放熱基板１１側の表面に設けられている点で、第１の実施形態とは異なる。本実施形態の構成によれば、接着剤層１３における接着剤が蛍光体層１２内部に侵入することを効果的に抑制できる。

（第３の実施形態の波長変換部材）
図３は本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的斜視図である。第１の実施形態の波長変換部材は矩形状であるが、本実施形態の波長変換部材３はホイール形状を有している。本実施形態の波長変換部材は、プロジェクター用途に使用されるいわゆる蛍光体ホイールとして好適である。波長変換部材３は周方向に回転する。これにより、放熱基板１１から外部への熱放出がさらに促進される。

（第１の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光装置）
図４は、本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光装置の模式的側面図である。実施形態に係る発光装置は、反射型の波長変換部材を用いた発光装置である。発光装置４は、波長変換部材１と光源１５とビームスプリッタ１６を備えている。光源１５から出射された励起光Ｌ０は、ビームスプリッタ１６によって波長変換部材１に導かれ、波長変換部材１における蛍光体層１２により、光Ｌ０よりも波長の長い光Ｌ１に波長変換される。光Ｌ１は、反射機能を備えた放熱基板１１によって入射側に反射され、ビームスプリッタ１６を透過して外部に出射される。光源１５の具体例としては、ＬＥＤ光源やレーザー光源などが挙げられる。

１、２、３ 波長変換部材
４ 発光装置
１１ 放熱基板
１２ 蛍光体層
１３ 接着剤層
１４ 緻密ガラス層
１５ 光源
１６ ビームスプリッタ

Claims (9)

1. 放熱基板と、
   前記放熱基板の上に設けられた蛍光体層と、
   前記放熱基板と前記蛍光体層とを接着する接着剤層とを備え、
   前記蛍光体層の内部、または前記蛍光体層の前記放熱基板側の表面に緻密ガラス層が形成されてなることを特徴とする波長変換部材。
2. 前記蛍光体層が、蛍光体粉末及びガラス粉末を含む混合粉末の焼結体からなることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記蛍光体層における蛍光体粉末の含有量が３０体積％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換部材。
4. 前記緻密ガラス層がガラス粉末の焼結体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
5. 前記放熱基板が金属基板であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換部材。
6. 前記接着剤層が、シリコーン樹脂またはポリイミド樹脂からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
7. プロジェクター用であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換部材。
8. 放熱基板の上に接着剤層を介して接着される蛍光体層であって、
   内部、または前記放熱基板側の表面に緻密ガラス層が形成されてなることを特徴とする蛍光体層。
9. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
   前記波長変換部材の前記蛍光体層に励起光を照射する光源とを備えることを特徴とする発光装置。