JP2018141035A - 光波長変換部材及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的には、前記特許文献1に記載の技術では、焼成中のCe揮発に伴う色ムラ(即ち色バラツキ)の防止のために、CeAl11O18を組織中に分散させている。しかし、第三成分であるCeAl11O18は光を吸収し、蛍光強度を減じる要因となる。このため、蛍光体の厚みを極端に薄くするなどして対処する必要があるが、薄片化は構造体としての蛍光体の耐久性を損なうものである。
A:Sc、Y、ランタノイド(Ceは除く)
B:Al、Ga
しかも、セラミックス板の気孔率が2体積%以下、且つ、平均面粗さ(算術平均粗さSa)が0.5μm以下であって、セラミックス板の厚み方向における一方の表面(例えば光入射面)に、異なる屈折率を有する透光性の層が積層された誘電体多層膜を備えている。
また、例えば外部からレーザー光等を入射させる光入射面に、透光性を有する誘電体多層膜を設ける場合には、その誘電体多層膜を調整することで、特定の波長を透過させたり反射させる機能をもたせることができる。
しかも、本第1局面では、レーザーなどの高出力光源下で使用でき、耐久性・耐熱性に優れた蛍光体である光波長変換部材を実現することができる。
前記割合が5体積%未満の場合、蛍光セラミックスが不足するため、十分な蛍光強度が得られなくなる恐れがある。一方、前記割合が50体積%より多い場合、異種界面(透光性セラミックス/蛍光セラミックス)における粒界散乱が増加し、十分な透光性が得られなくなる(従って蛍光強度が低下する)恐れがある。
(4)本発明の第4局面では、A3B5O12:Ce中のCeの濃度が、元素Aに対して10.0mol%以下(但し0を含まず)である。
本第5局面では、セラミックス板の内部から外部に光が放射される光放射面に反射防止層(即ちARコート)を設けることにより、セラミックス板の内部から外部に効率より光が放射される。よって、光波長変換部材の発光強度が向上するという利点がある。
(6)本発明の第6局面は、第1〜第5局面のいずれかの光波長変換部材を備えた発光装置に関するものであり、光波長変換部材に対して、誘電体多層膜を備えた表面側より光を入射させる構成を有する。
・前記「セラミックス板」は、上述した構成を有する多結晶のセラミックス焼結体であり、各結晶粒子やその粒界には、不可避不純物が含まれていてもよい。
・前記「A3B5O12:Ce」とは、A3B5O12中のAの一部にCeが固溶置換していることを示しており、このような構造を有することにより、同化合物は蛍光特性を示すようになる。
[1.第1実施形態]
[1−1.発光装置]
まず、第1実施形態の光波長変換部材を備えた発光装置について説明する。
この発光装置1では、発光素子5から放射された光は、光波長変換部材9の誘電体多層膜13に照射され、誘電体多層膜13を介して透光性を有するセラミックス板11内に導入される。セラミックス板11内に導入された光の一部は、セラミックス板11を透過するとともに、他の一部は、セラミックス板11内にて波長変換されて発光する。つまり、光波長変換部材9(詳しくはセラミックス板11)では、発光素子5から放射される光の波長とは異なる波長の蛍光を発する。
例えば、LDから照射される青色光が、光波長変換部材9によって波長変換されることにより、全体として白色光が光波長変換部材9から外部(例えば図1の上方)に照射される。
[1−2.光波長変換部材]
次に、光波長変換部材9について詳細に説明する。
A:Sc、Y、ランタノイド(Ceは除く)
B:Al、Ga
さらに、
セラミックス板11は、A3B5O12:Ceの占める割合が、5〜50体積%である。
また、光波長変換部材9は、図2に示すように、光波長変換部材9を厚み方向に切断した切断面において、誘電体多層膜13とセラミックス板11との界面にて開口するセラミックス板11の気孔15が、界面の長さ(即ち界面を通る直線の長さ)100μmの間に30個以下であり、且つ、それぞれの気孔15における開口径が2μm以下である。
一方、誘電体多層膜13は、異なる屈折率を有する透光性の層が積層された多層膜である。つまり、誘電体多層膜13は、図2(b)に示すように、1又は複数の高屈折率膜13aとそれより屈折率が低い1又は複数の低屈折率膜13bとを積層したものである。なお、図2では、複数の高屈折率膜13aと複数の低屈折率膜13bとが1膜毎に交互に配置された例を示している。
なお、ダイクロイックコートを形成する技術については周知であるので、詳しい説明は省略するが、簡単に言えば、各層の屈折率及び膜厚を制御し、層数を2〜100層程度、総膜厚を0.1〜20μm程度に調整することによって、特定の波長を透過させたり反射させることができる。
[1−2.光波長変換部材の製造方法]
ここでは、光波長変換部材9を製造する際の概略の手順について説明する。
次に、調製した粉末材料に、有機溶剤と分散剤とを加え、ボールミルにて粉砕混合を行った。
次に、スラリーを用いて、ドクターブレード法によりシート成形体を作製した。
次に、シート成形体を、脱脂した。
次に、セラミックス板11の光入射面11aに対して、周知のダイクロイックコートである誘電体多層膜13を形成した。
[1−3.効果]
次に、本第1実施形態の効果を説明する。
B:Al、Ga
従って、上述した組成によって、効率よく青色光を黄色光に変換することができる。
(4)しかも、本第1実施形態では、A3B5O12:Ce中のCeの濃度が、元素Aに対して10.0mol%以下(但し0を含まず)である。
(5)本第1実施形態の発光装置1は、光波長変換部材9に対して、誘電体多層膜13を備えた表面(即ち光入射面11a側の表面)より光を入射させる構成を有する。
[2.第2実施形態]
次に、第2実施形態の光波長変換部材を備えた発光装置について説明する。
なお、第1実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。また、第1実施形態と同様な構成には、同じ番号を用いる。
このような反射防止層25は、例えばスパッタリングによって、弗化マグネシウムからなる単層膜を形成することにより作製できる。
[3.実施例]
次に、上述した実施形態の具体的な実施例について説明する。
まず、各実施例における各セラミックス焼結体の製造方法について説明する。
各試料(No.1〜36)に対して、下記表1に示すように、セラミックス焼結体中のYAG(Y3Al5O12)の割合が、1〜60体積%(vol%)になるように、また、Ce濃度がYAG中のYに対して0.1〜15mol%になるように、Al2O3(平均粒径0.3μm)とY2O3(平均粒径1.2μm)とCeO2(平均粒径1.5μm)を秤量した。
次に、前記秤量した材料を、純水と所定量のバインダ(原料粉末に対し固形分換算で20wt%)と分散剤(原料粉末に対し固形物換算で1wt%)と共に、ボールミル中に投入し、12時間粉砕混合を行った。
次に、シート成形体を脱脂後、大気雰囲気にて、焼成温度1450℃〜1750℃、保持時間3〜20時間で焼成を行った。
2)セラミックス焼結体の面粗度の調整
次に、セラミックス焼結体の面粗度(平均面粗さSa)の調整方法について説明する。
上述のようにして得られたセラミックス焼結体の気孔率を、マイクロスコープ(キーエンス社製)にて測定した。具体的には、セラミックス焼結体の鏡面研磨面を観察し、任意の箇所の500倍の画像を得た。得られた画像に対して画像処理することにより気孔率を算出した。
3)誘電体多層膜の形成方法
次に、誘電体多層膜の形成方法について説明する。
詳しくは、酸化チタンと酸化けい素とを交互に積層させ、各層の膜厚をそれぞれ制御することにより、上述した特性を有する誘電体多層膜を形成できる。
4)次に、上述のようにして作製された光波長変換部材の試料について、下記の特性(a)〜(d)を調査した。その結果を下記表2に記す。
セラミックス焼結体の相対密度は、アルキメデス法で密度を測定し、測定した密度を相対密度に換算する方法で算出した。
各試料の誘電体多層膜が形成された表面に対し、465nmの波長を有する青色LD光をレンズで0.5mm幅まで集光させて照射した。そして、透過した光をレンズによって集光させ、パワーセンサーによりその発光強度を測定した。
(c)色ムラ(色バラツキ)
色バラツキは、色彩照度計による色度バラツキ測定によって評価した。
誘電体多層膜を備えた光波長変換部材の試料を、厚み方向に切断し、その切断面を鏡面研磨した。次に、その鏡面研磨面を走査型電子顕微鏡で観察し(即ちSEM観察し)、誘電体多層膜とセラミック板との界面の任意の箇所の5000倍の画像を得た。そして、界面が100μm以上となるように連結した画像に対して、界面に存在する気孔の数とそれぞれの開口端の長さ(開口径)を測定した。
以下では、本実施例1の各試料(No.1〜9)について、上述した(a)〜(d)の方法で調べた各特性などについて、具体的に説明する。
また、平均面粗さSaが0.5μm以下で、誘電体多層膜を形成したNo.2〜8の試料は、蛍光強度が高く、色バラツキが少ない結果となった。即ち、蛍光強度、色バラツキともに良好な結果となった。
なお、実施例1のいずれの試料においても、相対密度は99%以上で十分に緻密化されていた。
実施例2では、実施例1と同様に、下記表1及び表2に示すように、各試料(No.10〜18)を作製して、同様に評価を行った。
一方、誘電体多層膜/セラミックス板の界面の気孔の開口径の最大値が2μmより長いNo.17の試料は、蛍光強度は高いものの、色バラツキは大きくなった。
なお、実施例2のいずれの試料においても、相対密度は99%以上で十分に緻密化されていた。
実施例3では、実施例1と同様に、下記表1及び表2に示すように、試料(No.19〜36)を作製して、同様に評価を行った。
また、セラミックス焼結体中のYAGの割合が30vol%、Ce濃度がYAG中のYに対して10mol%以下(0を含まず)の範囲であるNo.28〜35の試料は、蛍光強度、色バラツキともに良好な結果となった。即ち、蛍光強度が高くなり、色バラツキは小さくなった。
また、No.36の試料は、色バラツキは抑制されるが、蛍光強度は低くなった。
なお、実施例3のいずれの試料においても、相対密度は99%以上で十分に緻密化されていた。
実施例4では、実施例1と同様に、下記表1及び表2に示すように、試料(No.37〜43)を作製して、同様に評価を行った。
その結果、No.37〜43の全ての試料において、蛍光強度、色バラツキともに良好な結果となった。即ち、蛍光強度が高くなり、色バラツキは小さくなった。
<実施例5>
本実施例5では、実施例1で得られたNo.2〜8の試料に対して、セラミックス焼結体の光出射面に、弗化マグネシウムからなる反射防止層を形成したサンプルを作製した。
その結果、いずれのサンプルに対しても、蛍光強度が高くなり、色バラツキは小さくなった。
本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(2)また、光波長変換部材や発光装置の用途としては、蛍光体、光波長変換機器、ヘッドランプ、照明、プロジェクター等の光学機器など、各種の用途が挙げられる。
(3)なお、上記実施形態における1つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を1つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
5…発光素子
9、23…光波長変換部材
11…セラミックス板
13…誘電体多層膜
25…反射防止層
Claims (6)
- Al2O3とA3B5O12:Ceで表される成分とを主成分とする多結晶体から構成されたセラミックス板を備えた光波長変換部材であって、
前記A3B5O12中のAとBとは、下記の元素群から選択される少なくとも1種の元素であり、
A:Sc、Y、ランタノイド(Ceは除く)
B:Al、Ga
前記セラミックス板の気孔率が2体積%以下、且つ、平均面粗さ(算術平均粗さSa)が0.5μm以下であって、前記セラミックス板の厚み方向における一方の表面に、異なる屈折率を有する透光性の層が積層された誘電体多層膜を備えたことを特徴とする光波長変換部材。 - 前記光波長変換部材を厚み方向に切断した切断面において、前記誘電体多層膜と前記セラミックス板との界面にて開口する前記セラミックス板の気孔が、前記界面の長さ100μmの間に30個以下であり、且つ、それぞれの前記気孔における開口径が2μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の光波長変換部材。
- 前記A3B5O12:Ceの前記セラミックス板に占める割合は、5〜50体積%であることを特徴とする請求項1又は2に記載の光波長変換部材。
- 前記A3B5O12:Ce中のCeの濃度が、前記元素Aに対して10.0mol%以下(但し0を含まず)であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光波長変換部材。
- 前記セラミックス板の厚み方向における他方の表面に、光の反射を抑制する透光性の反射防止層を備えたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の光波長変換部材。
- 前記請求項1〜5のいずれか1項に記載の光波長変換部材を備えた発光装置であって、
前記光波長変換部材に対して、前記誘電体多層膜を備えた表面側より光を入射させる構成を有することを特徴とする発光装置。
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