JP2018106169A

JP2018106169A - Method for manufacturing wavelength conversion member

Info

Publication number: JP2018106169A
Application number: JP2017246739A
Authority: JP
Inventors: 嘉典村▲崎▼; Yoshinori Murasaki
Original assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Current assignee: Nichia Chemical Industries Ltd
Priority date: 2016-12-27
Filing date: 2017-12-22
Publication date: 2018-07-05
Anticipated expiration: 2037-12-22
Also published as: JP6583400B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a wavelength conversion member with excellent light utilization efficiency.SOLUTION: A method for manufacturing a wavelength conversion according to one embodiment includes the steps of: forming a phosphor layer including a plurality of phosphor particles and having a gap between the plurality of phosphor particles on an upper surface of a base; and forming a filling region by filling a part of the gap with a translucent material having a lower refractive index than that of the phosphor particles so as to partly leave the gap.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、波長変換部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a wavelength conversion member.

半導体レーザなどの半導体発光素子と、蛍光体を含有する波長変換部材とを備える発光装置が知られている。例えば、波長変換部材の一種であるプロジェクタ用途の蛍光体ホイールには、蛍光体及び樹脂が混合された状態で用いられている（例えば、特許文献１）。このような波長変換部材は通常、その前方にレンズや拡散板等の光学部品が配置され、その配光が制御されている。 2. Description of the Related Art A light emitting device including a semiconductor light emitting element such as a semiconductor laser and a wavelength conversion member containing a phosphor is known. For example, a phosphor wheel for projectors, which is a type of wavelength conversion member, is used in a state where a phosphor and a resin are mixed (for example, Patent Document 1). Such a wavelength conversion member is usually provided with an optical component such as a lens or a diffusion plate in front of it, and its light distribution is controlled.

特開２０１６−０３１４０２号公報JP 2006-031402 A

しかし、上記のような波長変換部材では、入射した光の一部が樹脂により伝搬されることにより、発光サイズが大きくなってしまい、光学部品による光の利用効率が低下してしまう虞がある。 However, in the wavelength conversion member as described above, a part of incident light is propagated by the resin, so that the light emission size is increased, and there is a possibility that the light use efficiency by the optical component is lowered.

そこで、本発明は、光の利用効率に優れた波長変換部材の製造方法を提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the manufacturing method of the wavelength conversion member excellent in the utilization efficiency of light.

本発明の一態様の波長変換部材の製造方法は、基体の上面に、複数の蛍光体粒子を含み、前記複数の蛍光体粒子の間に空隙を有する蛍光体層を形成する工程と、前記空隙が部分的に残るよう、前記蛍光体粒子よりも屈折率が低い透光性材料を前記空隙の一部に充填することにより、充填領域を形成する工程と、を含む。 The method for producing a wavelength conversion member of one embodiment of the present invention includes a step of forming a phosphor layer including a plurality of phosphor particles on the upper surface of a substrate and having voids between the plurality of phosphor particles; Forming a filling region by filling a part of the gap with a translucent material having a refractive index lower than that of the phosphor particles so that a part of the phosphor particles remains.

本発明の一態様の波長変換部材の製造方法によれば、光の利用効率に優れた波長変換部材の製造方法を提供することができる。 According to the manufacturing method of the wavelength conversion member of 1 aspect of this invention, the manufacturing method of the wavelength conversion member excellent in the utilization efficiency of light can be provided.

本発明の一実施形態に係る波長変換部材の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the wavelength conversion member which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る波長変換部材の製造工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the wavelength conversion member which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る波長変換部材の製造工程を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the manufacturing process of the wavelength conversion member which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る発光装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the light-emitting device which concerns on one Embodiment of this invention. フィルタの配置の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of arrangement | positioning of a filter. 本発明の一実施形態に係る発光装置を用いたプロジェクタの構造を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the projector using the light-emitting device which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について適宜図面を参照して説明する。但し、以下に説明する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するためのものであって、特定的な記載がない限り、本発明を以下のものに限定しない。また、図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate. However, the embodiment described below is for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not limited to the following unless otherwise specified. In addition, the size, positional relationship, and the like of members illustrated in the drawings may be exaggerated for clarity of explanation.

図１は、本実施形態に係る製造方法によって得られる波長変換部材１０の概略断面図である。
波長変換部材１０は、基体２と、基体２の上面に形成された蛍光体層３とを有する。蛍光体層３は、複数の蛍光体粒子３１を含んでいる。複数の蛍光体粒子３１の間には、空隙３４が設けられている。また、蛍光体粒子３１よりも屈折率が低い透光性材料３２が空隙３４の一部に充填されることにより、充填領域３３が形成されている。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a wavelength conversion member 10 obtained by the manufacturing method according to the present embodiment.
The wavelength conversion member 10 includes a base 2 and a phosphor layer 3 formed on the upper surface of the base 2. The phosphor layer 3 includes a plurality of phosphor particles 31. A space 34 is provided between the plurality of phosphor particles 31. In addition, a filling region 33 is formed by filling a part of the gap 34 with a translucent material 32 having a refractive index lower than that of the phosphor particles 31.

波長変換部材１０は、入射した光の一部又は全部を蛍光体層３の蛍光体粒子３１によって吸収し、入射光とは異なる色の光に変換する。 The wavelength conversion member 10 absorbs a part or all of the incident light by the phosphor particles 31 of the phosphor layer 3 and converts it into light of a color different from the incident light.

以下、波長変換部材１０の製造方法について、図２Ａ〜２Ｂに示す模式断面図に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the wavelength conversion member 10 is demonstrated in detail based on the schematic cross section shown to FIG.

（蛍光体層３を形成する工程）
基体２の上面に、複数の蛍光体粒子３１を含む蛍光体層３を形成する。蛍光体層３を形成する工程においては、蛍光体粒子３１と揮発性部材との混合物を基体２の上面に塗布し、その後、揮発性部材の少なくもと一部を揮発させることにより、基体２の上面に蛍光体粒子３１の凝集体である蛍光体層３を形成することができる。これにより、空隙３４を有する蛍光体層３を比較的容易に形成することができる。なお、波長変換部材１０に無機フィラーや導電性粒子などの無機粒子を添加する場合は、蛍光体層３は、蛍光体粒子３１と、これらの無機粒子との凝集体となる。 (Step of forming phosphor layer 3)
A phosphor layer 3 including a plurality of phosphor particles 31 is formed on the upper surface of the substrate 2. In the step of forming the phosphor layer 3, the mixture of the phosphor particles 31 and the volatile member is applied to the upper surface of the substrate 2, and then at least a part of the volatile member is volatilized to thereby volatilize the substrate 2. The phosphor layer 3 that is an aggregate of the phosphor particles 31 can be formed on the upper surface of the substrate. Thereby, the fluorescent substance layer 3 which has the space | gap 34 can be formed comparatively easily. In addition, when adding inorganic particles, such as an inorganic filler and electroconductive particle, to the wavelength conversion member 10, the fluorescent substance layer 3 becomes an aggregate of the fluorescent substance particles 31 and these inorganic particles.

揮発性部材は、蛍光体粒子３１を分散させることができ、揮発性を有するものであれば特に限定されない。揮発性部材は、例えば、有機溶剤に樹脂が溶解された部材を用いることができる。このような部材としてはビヒクルを例示することができ、具体例として、エチルセルロース（樹脂）等の樹脂と、テルピオネール（溶剤）、２−（２−ブトキシエトキシ）エタノール（溶剤）等の有機溶剤を用いて調合したものが挙げられる。 A volatile member will not be specifically limited if the fluorescent substance particle 31 can be disperse | distributed and it has volatility. As the volatile member, for example, a member in which a resin is dissolved in an organic solvent can be used. As such a member, a vehicle can be exemplified. As a specific example, a resin such as ethyl cellulose (resin) and an organic solvent such as terpione (solvent) and 2- (2-butoxyethoxy) ethanol (solvent) are used. What was prepared and used is mentioned.

揮発性部材には、蛍光体粒子３１及び基体２、並びに蛍光体粒子３１同士を結着させるための無機結着剤を添加することが好ましい。無機結着剤を添加することにより、蛍光体粒子３１の凝集体を、後工程である充填領域３３を形成する工程で充填領域３３が形成されるまで、散逸させないようにすることができる。無機結着剤としては、例えば、Ｍｇイオン、Ｃａイオン、Ｓｒイオンなどのアルカリ土類金属イオンを用いることができる。添加したアルカリ土類金属イオンは、水酸化物や炭酸塩として析出して結着力を発揮する。これらの水酸化物や炭酸塩は、無色透明であるため、製造後の蛍光体層３３中に残存しても色変換効率を低下することがない。また、無機物であるため、経時変化により色変換効率を低下させることもない。 It is preferable to add to the volatile member an inorganic binder for binding the phosphor particles 31 and the substrate 2 and the phosphor particles 31 to each other. By adding the inorganic binder, it is possible to prevent the aggregate of the phosphor particles 31 from being dissipated until the filling region 33 is formed in the step of forming the filling region 33 as a subsequent step. As the inorganic binder, for example, alkaline earth metal ions such as Mg ions, Ca ions, and Sr ions can be used. The added alkaline earth metal ions are precipitated as hydroxides and carbonates and exhibit binding power. Since these hydroxides and carbonates are colorless and transparent, even if they remain in the phosphor layer 33 after manufacture, the color conversion efficiency does not decrease. Further, since it is an inorganic substance, the color conversion efficiency is not lowered due to a change with time.

（充填領域３３を形成する工程）
次に、空隙３４が部分的に残るよう、蛍光体粒子３１よりも屈折率が低い透光性材料３２を空隙３４の一部に充填することにより、充填領域３３を形成する。充填領域３３を形成する工程においては、透光性材料３２を蛍光体層３の表面に塗布した後、硬化することにより形成する。 (Step of forming the filling region 33)
Next, a filling region 33 is formed by filling a part of the gap 34 with a translucent material 32 having a refractive index lower than that of the phosphor particles 31 so that the gap 34 remains partially. In the step of forming the filling region 33, the light-transmitting material 32 is applied to the surface of the phosphor layer 3 and then cured.

ここで、蛍光体層３に透光性材料３２を含浸させることにより、蛍光体層３を蛍光体粒子３１と透光性材料３２の複合的な層構造とすることができる。この時、空隙３４が透光性材料３２で完全に埋まらないように、透光性材料３２の塗布量を調整することにより、蛍光体粒子３１の表面に透光性材料３２の薄膜を設けることができる。これにより、蛍光体層３に入射した光が透光性材料３２により伝搬されることによる発光サイズの肥大化を抑制しつつ、蛍光体層３の上面における全反射を緩和することができ、効率良く光を外部へ取り出すことができる。なお、ここでいう発光サイズとは、波長変換部材の光強度分布において、ピーク強度の１／ｅ^２以上に相当する範囲をいう。透光性材料３２を塗布する方法としては、スプレーによる吹き付け、ポッティング、インクジェット、印刷等を用いることができる。 Here, by impregnating the phosphor layer 3 with the translucent material 32, the phosphor layer 3 can have a composite layer structure of the phosphor particles 31 and the translucent material 32. At this time, a thin film of the translucent material 32 is provided on the surface of the phosphor particles 31 by adjusting the coating amount of the translucent material 32 so that the gap 34 is not completely filled with the translucent material 32. Can do. Thereby, it is possible to alleviate total reflection on the upper surface of the phosphor layer 3 while suppressing the enlargement of the light emission size caused by the light incident on the phosphor layer 3 being propagated by the translucent material 32, and the efficiency. Light can be taken out well. Here, the light emission size refers to a range corresponding to 1 / e ² or more of the peak intensity in the light intensity distribution of the wavelength conversion member. As a method for applying the translucent material 32, spraying by spraying, potting, inkjet, printing, or the like can be used.

上記のような方法で充填領域３３を形成することにより、蛍光体層３の下面側における空隙率を、上面側における空隙率よりも高くすることができる。これにより、蛍光体層３の上面において光の取り出し効率を高めることができるとともに、蛍光体層３の下面側において光の不要な伝搬や拡散を抑制することができる。なお、本明細書において蛍光体層３の下面側、上面側とは、波長変換部材の一断面視において、蛍光体層を厚み方向に二分する仮想の直線を基準にして、それよりも下方（図１の下方）を下面側、それよりも上方（図１の上方）を上面側とする。 By forming the filling region 33 by the method as described above, the porosity on the lower surface side of the phosphor layer 3 can be made higher than the porosity on the upper surface side. Thereby, it is possible to increase the light extraction efficiency on the upper surface of the phosphor layer 3 and to suppress unnecessary propagation and diffusion of light on the lower surface side of the phosphor layer 3. In the present specification, the lower surface side and the upper surface side of the phosphor layer 3 are lower than that on the basis of an imaginary straight line that bisects the phosphor layer in the thickness direction in a sectional view of the wavelength conversion member ( The lower side in FIG. 1 is the lower surface side, and the upper side (the upper side in FIG. 1) is the upper surface side.

以上のようにして形成した波長変換部材１０は、光の取り出し効率及び光の利用効率に優れている。 The wavelength conversion member 10 formed as described above is excellent in light extraction efficiency and light utilization efficiency.

以下、波長変換部材１０の各構成要素について説明する。 Hereinafter, each component of the wavelength conversion member 10 will be described.

（基体２）
蛍光体層３は図１に示すように基体２の上面に配置する。波長変換部材１０では、半導
体レーザ素子からの光を透過させる透過型の基体２を用いている。透過型の基体２として
は、例えば、無アルカリガラス、硼珪酸ガラス、石英ガラス、水晶又はサファイア等を含
むホイールを使用することができる。 (Substrate 2)
The phosphor layer 3 is disposed on the upper surface of the substrate 2 as shown in FIG. The wavelength conversion member 10 uses a transmissive substrate 2 that transmits light from the semiconductor laser element. As the transmissive substrate 2, for example, a wheel containing non-alkali glass, borosilicate glass, quartz glass, crystal, sapphire, or the like can be used.

（蛍光体層３）
蛍光体層３は、蛍光体粒子３１の凝集体を含む。蛍光体層３は、基体２の上面を被覆するように設けられている。蛍光体層３は、入射する光の一部又は全部を吸収し、入射した光とは異なる波長の光を発光する波長変換機能を有する層である。 (Phosphor layer 3)
The phosphor layer 3 includes an aggregate of phosphor particles 31. The phosphor layer 3 is provided so as to cover the upper surface of the substrate 2. The phosphor layer 3 is a layer having a wavelength conversion function of absorbing part or all of incident light and emitting light having a wavelength different from that of the incident light.

蛍光体層３は複数の蛍光体粒子３１を有し、蛍光体粒子３１の少なくとも一部が、透光性材料３２によって被覆されている。蛍光体層３の内部において、複数の蛍光体粒子３１の間に空隙３４が形成されている。蛍光体層３に入射した光は、この空隙３４によって散乱され、蛍光体層３に含有される蛍光体粒子３１に効率的に吸収されるため、空隙３４を有さない場合に比べて高い波長変換効率を得ることができる。このため、同じ波長変換効率を得るためには、空隙３４を有さない場合よりも蛍光体層３の厚さを薄くすることができる。 The phosphor layer 3 has a plurality of phosphor particles 31, and at least a part of the phosphor particles 31 is covered with a translucent material 32. Inside the phosphor layer 3, voids 34 are formed between the plurality of phosphor particles 31. The light incident on the phosphor layer 3 is scattered by the gap 34 and is efficiently absorbed by the phosphor particles 31 contained in the phosphor layer 3, so that the wavelength is higher than when the gap 34 is not provided. Conversion efficiency can be obtained. For this reason, in order to obtain the same wavelength conversion efficiency, the thickness of the phosphor layer 3 can be made thinner than when the gap 34 is not provided.

蛍光体層３の表面は、蛍光体粒子３１の粒径に起因した凹凸が形成されている。この凹凸により、蛍光体層３の表面での全反射を低減して蛍光体層３から効率良く光を取り出すことができる。 The surface of the phosphor layer 3 has irregularities due to the particle size of the phosphor particles 31. By this unevenness, total reflection on the surface of the phosphor layer 3 can be reduced and light can be efficiently extracted from the phosphor layer 3.

蛍光体層３の厚さ（光源５０からの光が通過する方向であって、図１における蛍光体層３の上下方向の長さ）は、１２０μｍ以下とすることが好ましい。これにより、蛍光体層３から厚さ方向において光を取り出しやすくすることができるので、所望の明るさを得ることができる。 The thickness of the phosphor layer 3 (the direction in which the light from the light source 50 passes and the vertical length of the phosphor layer 3 in FIG. 1) is preferably 120 μm or less. As a result, light can be easily extracted from the phosphor layer 3 in the thickness direction, so that desired brightness can be obtained.

蛍光体粒子３１として用いる蛍光体は、公知のもののいずれをも使用することができる。例えば、特開２０１３−２０３８２２号公報及び特開２０１４−１３５４００号公報等に例示したものを利用することができる。具体的には、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット（ＬＡＧ）、カルシウム‐α、ユウロピウムで賦活されたシリケート（（Ｓｒ，Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ）系蛍光体、αサイアロン系又はβサイアロン系等の酸窒化物蛍光体、（Ｂａ，Ｓｒ，Ｃａ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ系、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（Ｃｅ））系又はＳＣＡＳＮ（（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ（Ｃｅ））系蛍光体等の窒化物系蛍光体、ＫＳＦ系蛍光体（Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ）、硫化物系蛍光体等が挙げられる。また、ＩＩ−ＶＩ族、ＩＩＩ−Ｖ族、ＩＶ−ＶＩ族半導体、具体的には、ＣｄＳｅ、コアシェル型のＣｄＳ_ｘＳｅ_１−ｘ／ＺｎＳ、ＧａＰ等のナノクリスタル、量子ドットと称される発光物質を用いてもよい。これらは、単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。特に、紫外光から青色光を吸収して、青色光から赤色光を放出する材料であることが好ましい。 Any known phosphor can be used as the phosphor particles 31. For example, what was illustrated by Unexamined-Japanese-Patent No. 2013-203822, Unexamined-Japanese-Patent No. 2014-135400, etc. can be utilized. Specifically, yttrium-aluminum-garnet (YAG) phosphors activated with cerium, lutetium-aluminum-garnet (LAG) activated with cerium, calcium-α, silicate activated with europium ((Sr, Ba) ₂ SiO ₄ : Eu) -based phosphor, oxynitride phosphor such as α-sialon-based or β-sialon-based, (Ba, Sr, Ca) ₂ Si ₅ N ₈ : Eu-based, CASN (CaAlSiN ₃ : Eu ( Ce))-based or SCASN ((Sr, Ca) AlSiN ₃ : Eu (Ce))-based phosphors such as nitride phosphors, KSF-based phosphors (K ₂ SiF ₆ : Mn), sulfide-based phosphors, etc. Is mentioned. In addition, II-VI group, III-V group, IV-VI group semiconductors, specifically, CdSe, core-shell type CdS _x Se _1-x / ZnS, nanocrystals such as GaP, and light emission called quantum dots Substances may be used. You may use these individually or in combination of 2 or more types. In particular, a material that absorbs blue light from ultraviolet light and emits red light from blue light is preferable.

蛍光体粒子３１は、平均粒径が１〜５０μｍ程度のものが好ましく、５〜２０μｍ程度のものがより好ましい。平均粒径は、フィッシャー法（Fisher Sub-Sieve Sizer:F.S.S.S.）により測定することができる。フィッシャー法による平均粒径は、例えば、ＦｉｓｈｅｒＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製ＦｉｓｈｅｒＳｕｂ−ＳｉｅｖｅＳｉｚｅｒＭｏｄｅｌ９５を用いて測定される。 The phosphor particles 31 preferably have an average particle size of about 1 to 50 μm, more preferably about 5 to 20 μm. The average particle diameter can be measured by the Fisher method (Fisher Sub-Sieve Sizer: F.S.S.S.). The average particle diameter according to the Fischer method is measured using, for example, a Fisher Sub-Sieve Sizer Model 95 manufactured by Fisher Scientific.

蛍光体粒子３１は、平均粒径が１〜５０μｍであり、用いる蛍光体粒子３１の全質量の５０％以上の粒子の粒径が１μｍ以上であるものが好ましい。このような蛍光体粒子３１を用いることにより、空隙３４を有する蛍光体層３を比較的容易に形成することができる。 The phosphor particles 31 preferably have an average particle diameter of 1 to 50 μm and a particle diameter of 50% or more of the total mass of the phosphor particles 31 used is 1 μm or more. By using such phosphor particles 31, the phosphor layer 3 having the voids 34 can be formed relatively easily.

蛍光体層３には、無機フィラーなどが含まれていてもよい。例えば、高屈折率の無機フィラーの添加によって、蛍光体層３に入射した光が蛍光体で変換された光を散乱させ、光の混合を促進させて、色むらをなくすことができる。高熱伝導の無機フィラーの添加によって、ストークスロスによる発熱を効率的に基体２に伝導することで、放熱性を向上させることができる。無機フィラーの添加によって、蛍光体層３中に占める空隙３４の割合や形状、蛍光体層３の表面の凹凸形状等を調整することができる。 The phosphor layer 3 may contain an inorganic filler or the like. For example, by adding an inorganic filler having a high refractive index, light incident on the phosphor layer 3 is scattered by the light converted by the phosphor, and mixing of the light is promoted, so that color unevenness can be eliminated. By adding a highly heat-conductive inorganic filler, heat generated by Stokes loss can be efficiently conducted to the base 2 to improve heat dissipation. By adding the inorganic filler, the ratio and shape of the voids 34 in the phosphor layer 3, the uneven shape of the surface of the phosphor layer 3, and the like can be adjusted.

高屈折率の無機フィラーとしては、例えばＴｉＯ_２、Ｔａ_２Ｏ_５、Ｎｂ_２Ｏ_５、ＺｒＯ_２等の酸化物、ＳｉＣ、ダイヤモンド等が挙げられる。高熱伝導の無機フィラーとしては、ＡｌＮ、ＧａＮ等の窒化物、ＳｉＣ、ダイヤモンド等が挙げられる。これらは単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。無機フィラーは、蛍光体粒子３１の粒径と同程度のものを用いることができる。 Examples of the high refractive index inorganic filler include oxides such as TiO ₂ , Ta ₂ O ₅ , Nb ₂ O ₅ , and ZrO ₂ , SiC, diamond, and the like. Examples of the highly heat-conductive inorganic filler include nitrides such as AlN and GaN, SiC, and diamond. These can be used alone or in combination of two or more. As the inorganic filler, those having the same particle diameter as that of the phosphor particles 31 can be used.

（透光性材料３２）
透光性材料３２は、蛍光体粒子３１の間の空隙３４の一部に充填されている。透光性材料３２としては光透過率が高いものが好ましい。例えば、シリコーン樹脂若しくはエポキシ樹脂からなる有機材料、又はＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３若しくはガラスを用いることができ、中でもシリコーン樹脂を用いるのが好ましい。 (Translucent material 32)
The translucent material 32 is filled in a part of the gap 34 between the phosphor particles 31. As the translucent material 32, a material having high light transmittance is preferable. For example, an organic material made of a silicone resin or an epoxy resin, SiO ₂ , Al ₂ O _3, or glass can be used, and among these, it is preferable to use a silicone resin.

透過型の波長変換部材の場合、蛍光体層３の上面に垂直をなす一断面視において、透光性材料３２の面積と蛍光体粒子３１の面積との比率（透光性材料３２の面積／蛍光体粒子３１の面積）は、１／１７〜５／４とすることが好ましい。これにより、発光サイズの肥大化の抑制と高い光取り出し効率の両方をバランスよく達成することができる。 In the case of a transmission type wavelength conversion member, in a cross-sectional view perpendicular to the upper surface of the phosphor layer 3, the ratio of the area of the translucent material 32 to the area of the phosphor particles 31 (area of the translucent material 32 / The area of the phosphor particles 31) is preferably 1/17 to 5/4. Thereby, both suppression of the enlargement of light emission size and high light extraction efficiency can be achieved with good balance.

透光性材料３２は、蛍光体粒子３１の屈折率をｎ１、透光性材料３２の屈折率をｎ２、空隙３４の屈折率をｎ３としたときに、ｎ１＞ｎ２＞ｎ３の関係を有するような材料を選択する。このように構成することにより、蛍光体粒子３１、透光性材料３２及び空隙３４の各界面で全反射が低減され、蛍光体層３の上面方向に光を効率よく取り出すことができる。一方、波長変換部材１０中の透光性材料３２の含有量を多くすると、波長変換部材１０の内部を光が伝搬し易くなるが、本実施形態によれば空隙３４により光の伝搬が抑制できるので、発光サイズの肥大化を抑制しつつ、光取り出し効率を高めることができる。 The translucent material 32 has a relationship of n1> n2> n3 when the refractive index of the phosphor particles 31 is n1, the refractive index of the translucent material 32 is n2, and the refractive index of the gap 34 is n3. The right material. With this configuration, total reflection is reduced at the interfaces of the phosphor particles 31, the translucent material 32, and the gap 34, and light can be efficiently extracted in the upper surface direction of the phosphor layer 3. On the other hand, when the content of the translucent material 32 in the wavelength conversion member 10 is increased, the light easily propagates inside the wavelength conversion member 10, but according to the present embodiment, the light propagation can be suppressed by the gap 34. Therefore, the light extraction efficiency can be increased while suppressing the enlargement of the light emission size.

（発光装置１００）
図３に基づいて、波長変換部材１０を用いた発光装置１００について説明する。発光装置１００は、主として、光源５０と、上述した波長変換部材１０とを備える。発光装置１００は、光源５０が発光した光を波長変換部材１０に入射させ、入射光を波長変換部材１０によって波長変換して、入射光とは異なる波長の光を出力する。図３に示す波長変換部材１０は、基体２が円盤状であり、その中心に回転軸を備えている。波長変換部材１０は、回転軸を中心として回転し、光源５０からの光の照射位置が時間とともに移動するように構成されている。ここでは、透過型の基体２における回転軸の周囲に蛍光体層３を配置している。 (Light Emitting Device 100)
Based on FIG. 3, the light-emitting device 100 using the wavelength conversion member 10 is demonstrated. The light emitting device 100 mainly includes a light source 50 and the wavelength conversion member 10 described above. The light emitting device 100 causes the light emitted from the light source 50 to enter the wavelength conversion member 10, converts the wavelength of the incident light by the wavelength conversion member 10, and outputs light having a wavelength different from the incident light. In the wavelength conversion member 10 shown in FIG. 3, the base 2 is disk-shaped and has a rotation shaft at the center thereof. The wavelength conversion member 10 is configured to rotate about the rotation axis, and the irradiation position of the light from the light source 50 moves with time. Here, the phosphor layer 3 is disposed around the rotation axis of the transmissive substrate 2.

（光源５０）
発光装置１００では、励起光源５０として半導体レーザ素子を用いている。一般に半導体レーザ素子は光の放射角が狭いため、波長変換部材に光が照射される領域を小さくすることができる。半導体レーザ素子から出射される光の主波長は、例えば、４００ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲とすることができる。半導体レーザ素子は、１個のみ配置してもよく、複数個並べて配置してもよい。 (Light source 50)
In the light emitting device 100, a semiconductor laser element is used as the excitation light source 50. In general, since a semiconductor laser element has a narrow light emission angle, a region in which light is irradiated onto a wavelength conversion member can be reduced. The dominant wavelength of the light emitted from the semiconductor laser element can be in the range of 400 nm to 480 nm, for example. Only one semiconductor laser element or a plurality of semiconductor laser elements may be arranged side by side.

（レンズ６０）
発光装置１００は、波長変換部材１０からの光を制御するレンズ６０を備えている。レンズ６０は半導体レーザ素子からの光および蛍光体粒子３１からの光の配向を制御するための部材である。波長変換部材１０から発する光は一定の広がりをもって放出するため、レンズ６０への光の取り込みを考慮して、波長変換部材１０に近い位置にレンズ６０を配置することが好ましい。これにより、光の広がりが小さいうちにレンズ６０に集光されるので、レンズ６０を小型化でき、発光装置１００の小型化とコストの低減を両立できる。なお、レンズ６０は単数のレンズであっても複数枚のレンズであってもよい。 (Lens 60)
The light emitting device 100 includes a lens 60 that controls light from the wavelength conversion member 10. The lens 60 is a member for controlling the orientation of light from the semiconductor laser element and light from the phosphor particles 31. Since the light emitted from the wavelength conversion member 10 is emitted with a certain spread, it is preferable to dispose the lens 60 at a position close to the wavelength conversion member 10 in consideration of the capture of light into the lens 60. Thereby, since the light is condensed on the lens 60 while the spread of the light is small, the lens 60 can be downsized, and both the downsizing of the light emitting device 100 and the cost reduction can be achieved. The lens 60 may be a single lens or a plurality of lenses.

レンズ６０の材料は、樹脂、ガラスなどが挙げられる。短波長の光、例えば４００〜４８０ｎｍの光を本発明の光源５０として使用する場合は、短波長の光に対する耐性が高いガラスを用いるのが好ましい。レンズ６０としては、コリメートレンズ、集光レンズ、ロッドレンズなど各種レンズを用いることができる。 Examples of the material of the lens 60 include resin and glass. When short-wavelength light, for example, light having a wavelength of 400 to 480 nm is used as the light source 50 of the present invention, it is preferable to use glass having high resistance to short-wavelength light. As the lens 60, various lenses such as a collimator lens, a condenser lens, and a rod lens can be used.

（フィルタ）
光をより効率よく取り出すために、蛍光体層３の上面や下面には用途に合わせたフィルタを配置することができる。フィルタとしては、所定の波長よりも短波長の光を透過し長波長の光を反射するショートパスフィルタ、所定の波長よりも長波長の光を透過し短波長の光を反射するロングパスフィルタ、特定範囲の波長の光のみを透過するバンドパスフィルタ、無反射フィルタなどが挙げられる。 (filter)
In order to extract light more efficiently, a filter suitable for the application can be disposed on the upper surface and the lower surface of the phosphor layer 3. Filters include a short-pass filter that transmits light having a wavelength shorter than a predetermined wavelength and reflects light having a long wavelength, a long-pass filter that transmits light having a wavelength longer than a predetermined wavelength and reflects light having a short wavelength, and the like. Examples thereof include a band-pass filter that transmits only light in a wavelength range and a non-reflective filter.

図４は、フィルタの配置の一例を示す概略断面図である。光源５０と蛍光体層３との間には、光源５０からの光を透過し蛍光体層３からの光を反射するショートパスフィルタを第１フィルタ４１として設けることができる。このようにすることで、下側へと向かう光も無駄なく上側へと取り出すことができる。 FIG. 4 is a schematic sectional view showing an example of the arrangement of the filters. A short-pass filter that transmits light from the light source 50 and reflects light from the phosphor layer 3 can be provided as the first filter 41 between the light source 50 and the phosphor layer 3. By doing in this way, the light which goes down can also be taken out upward without waste.

また、蛍光体層３とレンズ６０との間には、光源５０からの光を反射し蛍光体層３からの光を透過するロングパスフィルタを第２フィルタ４２として設けることができる。これにより、波長変換されていない光を蛍光体層３へと反射し、励起させることができる。特に、第１フィルタ４１と組み合わせることにより、反射し励起させた光も再度第１フィルタ４１で反射させることができるため、波長変換された光を増やすことができる。 Further, a long pass filter that reflects light from the light source 50 and transmits light from the phosphor layer 3 can be provided as the second filter 42 between the phosphor layer 3 and the lens 60. Thereby, the light which is not wavelength-converted can be reflected and excited to the phosphor layer 3. In particular, by combining with the first filter 41, the reflected and excited light can be reflected again by the first filter 41, so that the wavelength-converted light can be increased.

第２フィルタ４２としては、特定範囲の波長の光のみを透過させるバンドパスフィルタを蛍光体層３とレンズ６０との間に設けることもできる。つまり、必要な範囲の波長よりも短波又は長波の光を反射させるフィルタとすることもできる。これにより、放出される波長幅を制御することができ、所望の発光を放出することができる。 As the second filter 42, a band pass filter that transmits only light in a specific range of wavelengths may be provided between the phosphor layer 3 and the lens 60. That is, a filter that reflects light having a shorter or longer wavelength than a necessary range of wavelengths may be used. Thereby, the wavelength width to be emitted can be controlled, and desired light emission can be emitted.

第２フィルタ４２と蛍光体層３との間には透明層を介在させることができる。透明層を設けることにより、蛍光体層３の上面を透明層で平坦化させることができ、第２フィルタ４２の効果をより得やすくすることができる。 A transparent layer can be interposed between the second filter 42 and the phosphor layer 3. By providing the transparent layer, the upper surface of the phosphor layer 3 can be flattened by the transparent layer, and the effect of the second filter 42 can be more easily obtained.

（プロジェクタ２００）
図５に基づいて、発光装置１００を用いたプロジェクタ２００について説明する。プロジェクタ２００は、主として、上述した発光装置１００と、レンズ７０と、合波光学部品８０とを備える。 (Projector 200)
Based on FIG. 5, a projector 200 using the light emitting device 100 will be described. The projector 200 mainly includes the light emitting device 100, the lens 70, and the multiplexing optical component 80 described above.

レンズ７０は、発光装置１００が出射する光を集光する集光レンズである。レンズ７０は、単数のレンズであっても複数枚のレンズであってもよい。レンズ７０は、合波光学部品８０の入射側に配置され、レンズ７０で集光された光は合波光学部品８０の入射面に照射される。合波光学部品８０は、レンズ７０で集光された光を合波するものであり、例えばロッドインテグレータ又はライトパイプからなる。 The lens 70 is a condensing lens that condenses the light emitted from the light emitting device 100. The lens 70 may be a single lens or a plurality of lenses. The lens 70 is disposed on the incident side of the multiplexing optical component 80, and the light condensed by the lens 70 is irradiated on the incident surface of the multiplexing optical component 80. The multiplexing optical component 80 multiplexes the light condensed by the lens 70, and is composed of, for example, a rod integrator or a light pipe.

プロジェクタ２００は、光変調器や投射レンズをさらに備えることができる。光変調器は、合波光学部品８０で合波された光を変調するものである。光変調器は、例えばデジタルマイクロミラーデバイス（ＤＭＤ）や液晶素子などからなる。投射レンズは、光変調器で変調された光を図示しないスクリーンに投射するためのレンズである。 The projector 200 can further include a light modulator and a projection lens. The optical modulator modulates the light combined by the multiplexing optical component 80. The optical modulator is composed of, for example, a digital micromirror device (DMD) or a liquid crystal element. The projection lens is a lens for projecting light modulated by the light modulator onto a screen (not shown).

以下、本発明に係る実施例について詳述する。 Examples according to the present invention will be described in detail below.

（実施例１）
図１は、実施例１に係る製造方法により得られた波長変換部材１０を示す概略断面図である。
揮発性部材として、有機溶剤と樹脂とからなるビヒクルを用いた。揮発性部材には、ホウ酸系やアルミナ系の結着剤を少量添加した。この揮発性部材１０ｇをバインダとして、平均粒径が１０μｍのＹＡＧ蛍光体２０ｇを混合したものを、スクリーン印刷機でガラス製の基体２に揮発後の蛍光体層３の膜厚が約７０μｍとなるように塗布した。そして、揮発性部材を揮発させることにより、蛍光体層３を形成した。このように形成した蛍光体層３では、基体２の側に比較的多くの空隙が残る。 Example 1
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a wavelength conversion member 10 obtained by the manufacturing method according to the first embodiment.
A vehicle composed of an organic solvent and a resin was used as the volatile member. A small amount of boric acid or alumina binder was added to the volatile member. Using a volatile member 10g as a binder and a mixture of YAG phosphor 20g having an average particle diameter of 10 μm, the film thickness of the phosphor layer 3 after being volatilized on a glass substrate 2 by a screen printing machine is about 70 μm. It was applied as follows. And the fluorescent substance layer 3 was formed by volatilizing a volatile member. In the phosphor layer 3 formed in this way, a relatively large number of voids remain on the substrate 2 side.

次に、蛍光体層３に、スプレーによる吹き付けにより、フェニル系シリコーン樹脂からなる透光性材料３２を塗布した。このとき、透光性材料３２の塗布量は、平板状に透光性部材３２を形成した場合に膜の厚みが約１０μｍとなるように調整した。さらに、１８０℃で５時間加熱することで透光性材料３２を硬化させて充填領域３３を形成した。 Next, a translucent material 32 made of a phenyl silicone resin was applied to the phosphor layer 3 by spraying with a spray. At this time, the application amount of the translucent material 32 was adjusted so that the thickness of the film was about 10 μm when the translucent member 32 was formed in a flat plate shape. Furthermore, the translucent material 32 was hardened by heating at 180 ° C. for 5 hours to form the filling region 33.

得られた波長変換部材１０をプロジェクタのカラーホイールとして用い、このカラーホイールを７２００ｒｐｍで回転させた状態で、青色半導体レーザ素子（波長：４４５ｎｍ、投入電流：１ｍＡ）の光を照射して、波長変換部材を発光させた。波長変換部材の発光画像を解析し、光強度分布におけるピーク強度の１／ｅ^２以上に相当するピクセルの数を発光サイズとすると、発光サイズは１３２であった。 The obtained wavelength conversion member 10 is used as a color wheel of a projector, and with the color wheel rotated at 7200 rpm, light of a blue semiconductor laser element (wavelength: 445 nm, input current: 1 mA) is irradiated to convert the wavelength. The member was illuminated. When the emission image of the wavelength conversion member was analyzed and the number of pixels corresponding to 1 / e ² or more of the peak intensity in the light intensity distribution was defined as the emission size, the emission size was 132.

さらに、波長変換部材１０を図５に示すプロジェクタ２００の波長変換部材１０として用い、光源５０として青色半導体レーザ素子（波長：４４５ｎｍ、出力：７２Ｗ）を用いたときのプロジェクタの出力を測定した。後述する比較例１の出力を１００％とした場合の実施例１の出力は、１０６．９％であった。 Furthermore, the output of the projector when the wavelength conversion member 10 was used as the wavelength conversion member 10 of the projector 200 shown in FIG. 5 and a blue semiconductor laser element (wavelength: 445 nm, output: 72 W) was used as the light source 50 was measured. The output of Example 1 was 106.9% when the output of Comparative Example 1 described later was 100%.

（実施例２）
実施例２は、実施例１と比べて、透光性材料３２の塗布量を、平板状に透光性部材３２を形成した場合に形成される膜の厚みが２３μｍになるように調整した点が異なる。このように形成した蛍光体層３では、実施例１ほどではないものの、基体２の側に空隙が残る。得られた波長変換部材の発光サイズは、１４３であった。また、この波長変換部材を用いたプロジェクタの出力は、比較例１の出力に対する相対値が１０６．３％であった。 (Example 2)
In Example 2, as compared with Example 1, the application amount of the translucent material 32 was adjusted so that the thickness of the film formed when the translucent member 32 was formed in a flat plate shape was 23 μm. Is different. In the phosphor layer 3 formed in this way, although not as much as in Example 1, a gap remains on the base 2 side. The light emission size of the obtained wavelength conversion member was 143. Further, the output of the projector using this wavelength conversion member was 106.3% relative to the output of Comparative Example 1.

（実施例３）
実施例３は、実施例１と比べて、透光性材料３２の塗布量を、平板状に透光性部材３２を形成した場合に膜の厚みが２９μｍになるように調整した点が異なる。このように形成した蛍光体層３では、実施例２ほどではないものの、基体２の側に空隙が残る。得られた波長変換部材の発光サイズは、１４６であった。また、この波長変換部材を用いたプロジェクタの出力は、比較例１の出力に対する相対値が１０６．０％であった。 (Example 3)
The third embodiment is different from the first embodiment in that the coating amount of the translucent material 32 is adjusted so that the thickness of the film is 29 μm when the translucent member 32 is formed in a flat plate shape. In the phosphor layer 3 formed as described above, although not as much as in Example 2, a gap remains on the substrate 2 side. The obtained wavelength conversion member had a light emission size of 146. Further, the output of the projector using this wavelength conversion member was 106.0% relative to the output of Comparative Example 1.

（比較例１）
比較例１として、充填領域３３を形成しない点以外は実施例１と同様に波長変換部材を形成した。得られた波長変換部材の発光サイズは、１２８であった。 (Comparative Example 1)
As Comparative Example 1, a wavelength conversion member was formed in the same manner as in Example 1 except that the filling region 33 was not formed. The light emission size of the obtained wavelength conversion member was 128.

（比較例２）
比較例２として、空隙を有する蛍光体層３の代わりに、実質的に空隙を有さない蛍光体と樹脂との混合物を用いた点以外は実施例１と同様に波長変換部材を形成した。具体的には、以下の手順により波長変換部材を形成した。シリコーン樹脂１０ｇをバインダとして、粒径１０μｍのＹＡＧ蛍光体２０ｇを混合したものを、スクリーン印刷機でガラス製の基体２に塗布した。さらに、１８０℃で５時間加熱することでシリコーン樹脂を硬化させた。得られた蛍光体層３は、平均１１０μｍの厚みであった。得られた波長変換部材の発光サイズは、１５３であった。また、この波長変換部材を用いたプロジェクタの出力は、比較例１の出力に対する相対値が９６．６％であった。 (Comparative Example 2)
As Comparative Example 2, a wavelength conversion member was formed in the same manner as in Example 1 except that a phosphor and resin mixture substantially free of voids was used instead of the phosphor layer 3 having voids. Specifically, the wavelength conversion member was formed by the following procedure. A mixture of 10 g of a silicone resin and 20 g of a YAG phosphor having a particle size of 10 μm was applied to the glass substrate 2 with a screen printer. Furthermore, the silicone resin was cured by heating at 180 ° C. for 5 hours. The obtained phosphor layer 3 had an average thickness of 110 μm. The obtained wavelength conversion member had a light emission size of 153. Further, the output of the projector using this wavelength conversion member was 96.6% relative to the output of Comparative Example 1.

各実施例と比較例より得られる発光サイズとプロジェクタの出力の関係を表１に示す。 Table 1 shows the relationship between the light emission size obtained from each example and the comparative example and the output of the projector.

表１に示すように、いずれの実施例においても、充填領域３３を形成しない比較例１に比べて出力が向上した。また、いずれの実施例においても、蛍光体層３が蛍光体と樹脂を混合して成形したものである比較例２に比べて発光サイズが小さくなった。これより、実施形態１〜３では、出力と発光サイズの双方を制御できることが理解できる。 As shown in Table 1, in any of the Examples, the output was improved as compared with Comparative Example 1 in which the filling region 33 was not formed. Moreover, in any Example, the light emission size became small compared with the comparative example 2 which the fluorescent substance layer 3 formed by mixing fluorescent substance and resin. From this, it can be understood that in Embodiments 1 to 3, both the output and the light emission size can be controlled.

１０…波長変換部材
２…基体
３…蛍光体層
３１…蛍光体粒子
３２…透光性材料
３３…充填領域
３４…空隙
４１…第１フィルタ
４２…第２フィルタ
５０…光源
６０…レンズ
７０…レンズ
８０…合波光学部品
１００…発光装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Wavelength conversion member 2 ... Base | substrate 3 ... Phosphor layer 31 ... Phosphor particle 32 ... Translucent material 33 ... Filling region 34 ... Air gap 41 ... 1st filter 42 ... 2nd filter 50 ... Light source 60 ... Lens 70 ... Lens 80: Combined optical component 100: Light emitting device

Claims

Forming a phosphor layer including a plurality of phosphor particles on the upper surface of the substrate and having a gap between the plurality of phosphor particles;
Forming a filling region by filling a part of the gap with a translucent material having a refractive index lower than that of the phosphor particles so that the gap remains partially;
The manufacturing method of the wavelength conversion member containing this.

The manufacturing method of the wavelength conversion member according to claim 1, wherein the porosity on the lower surface side of the phosphor layer in which the filling region is formed is higher than the porosity on the upper surface side of the phosphor layer in which the filling region is formed.

The method for manufacturing a wavelength conversion member according to claim 2, wherein in the step of forming the filling region, the phosphor layer is impregnated with the translucent material.

In the step of forming the filling region, in a cross-sectional view perpendicular to the upper surface of the phosphor layer, the ratio of the area of the translucent material to the area of the phosphor particles (area of the translucent material / phosphor) The method for producing a wavelength conversion member according to any one of claims 1 to 3, wherein the light-transmitting material is filled in a part of the gap so that a particle area is 1/17 to 5/4. .

In the step of forming the phosphor layer, after the mixture of the phosphor particles and the volatile member is applied to the upper surface of the base, the phosphor layer is formed by volatilizing at least a part of the volatile member. The manufacturing method of the wavelength conversion member as described in any one of Claims 1 thru | or 4 formed in the upper surface of the said base | substrate.

The method for manufacturing a wavelength conversion member according to any one of claims 1 to 5, wherein the translucent material is made of a silicone resin.