JP2022115222A - 波長変換部材及びそれを備える光源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
第3面と前記第3面に対向する第4面とを有する膜と、を備え、
前記蛍光体の前記第2面は、
前記膜の前記第3面と当接する当接部と、
前記膜の前記第3面と当接しておらず前記第3面と対向する複数の第1凹部と、を備えることを特徴とする波長変換部材が提供される。
本発明の実施形態に係る光源装置100について説明する。なお、以下の説明においては、光源装置100が使用可能に設置された状態(図1の状態)を基準として上下方向5(本開示の第1方向に対応)が定義される。図1に示されるように、本実施形態に係る光源装置100は、波長変換部材1と、光源2とを備える。光源2は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)又は半導体レーザ(LD:Laser Diode)であり、所定の波長領域の光L1を発する。波長変換部材1は、後述の蛍光体10を含んでいる。蛍光体10は光L1が入射されると、光L1とは別の波長の光を蛍光として放出する。波長変換部材1において、蛍光体10が発する蛍光は、蛍光体10での蛍光の発生に寄与しなかった光L1とともに、光L2として、所定の方向に放射される。本実施形態の光源装置100は、図1に示すように、反射型の光源装置であって、ヘッドランプ、照明、プロジェクタなどの各種光学機器において使用される。
元素A:Sc、Y、Ceを除くランタノイド(ただし、元素AとしてさらにGdを含んでいてもよい)
元素B:Al(ただし、元素BとしてさらにGdを含んでいてもよい)
蛍光体10として、セラミック焼結体を使用することで、蛍光相と透光相との界面で光が散乱し、光の色の角度依存性を減らすことができる。これにより、色の均質性を向上することができる。
次に蛍光体10と光学膜20との界面について説明する。図2(a)に示されるように、蛍光体10の第2面12には、ポア13が第2面12に露出することによって生じた複数の凹部14が形成されている。上述のように、蛍光体10の第2面12には光学膜20が成膜されている。蛍光体10の第2面12の、凹部14が形成されていない部分(以下、当接部15と呼ぶ)は、光学膜20の第3面21と当接している。しかしながら、図2(a)に示されるように、複数の凹部14のうち少なくとも一部の凹部14は、光学膜20によって完全に充填されているわけではない。つまり、蛍光体10の第2面12の複数の凹部14のうち、少なくとも一部の凹部14は光学膜20の第3面21と当接しておらず、当該凹部14と光学膜20の第3面21との間には空隙16が形成されている。
波長変換部材1の製造方法について、図3を参照しつつ説明する。まず、蛍光相と透光相が6:4となるように原料を秤量する(S11)。次に、秤量した原料をエタノールとともにボールミルに投入し、16時間粉砕混合を行う(S12)。次に、粉砕混合を行うことによって得られたスラリーを乾燥し、造粒した後、造孔剤と、バインダーと、水とを加える(S13)。次に、せん断力を加えながら混練を行うことで坏土を作製し、これを押出成形機でシート状に成形する(S14)。次に、作製した成形体を大気雰囲気中で1700℃で焼成する(S15)。得られた焼成体を厚さ250μmに切断し、表面に鏡面加工を施すことによって蛍光体10を作製する。
実施例1では、上述の製造方法で波長変換部材1を製造する際に、造孔剤として粒径約0.08μmのアクリルビーズを用いた。また、光学膜20として、酸化チタン層及び酸化ケイ素層の2層の膜を有する酸化物膜23(厚さ約30nm~50nm)と銀の膜である金属膜25(厚さ約100nm)を成膜した。
1.断面観察
蛍光体10と放熱部材40の接合体を切断し、断面をSEMで観察した。蛍光体10の第2面12と光学膜20の第3面21との界面において、凹部14に空隙16が形成された状態で、第2面12に酸化物膜23及び金属膜25が成膜されていることを確認した。なお、酸化物膜23及び金属膜25の、上下方向5において凹部14と重なる部分は、上側に向かって(蛍光体10に向かって)凹むように湾曲していた。
蛍光体10と放熱部材40との接合体である波長変換部材1について、せん断強度試験を行った。せん断強度試験では、剥離強度を徐々に上げていき、蛍光体10が剥離したときの応力を評価した。本実施例では、応力の相対値が100のときに蛍光体10が剥離した。
蛍光体10の発熱に対する波長変換部材1の耐性を調べるために、青色レーザー(波長450nm、最大出力20W)の出力を上げていき、蛍光体10と放熱部材40とが剥がれたときの青色レーザーの出力を評価した。実施例1では、青色レーザーの出力の相対値が100のときに蛍光体10と放熱部材40とが剥がれた。なお、光学膜20(酸化物膜23及び金属膜25)の熱による劣化は認められなかった。
実施例2では、上述の製造方法で波長変換部材1を作製する際に、造孔剤として粒径約0.1μmのアクリルビーズを用いた。光学膜20は実施例1と同じである。
実施例3では、上述の製造方法で波長変換部材1を作製する際に、造孔剤として粒径約5μmのアクリルビーズを用いた。光学膜20は実施例1と同じである。
実施例4では、上述の製造方法で波長変換部材1を作製する際に、造孔剤として粒径約10μmのアクリルビーズを用いた。光学膜20は実施例1と同じである。
実施例5では、上述の製造方法で波長変換部材1を作製する際に、造孔剤として粒径約0.08μmのアクリルビーズを用いた。光学膜20として、銀の膜である金属膜25(厚さ約100nm)を成膜した。
本比較例では、上述の製造方法で波長変換部材1を作製する際に、造孔剤として粒径約0.08μmのアクリルビーズを用いた。光学膜20として、フッ素樹脂膜(厚さ約50nm)と銀の膜である金属膜(厚さ約100nm)を成膜した。
図4は、上述の実施例1~5及び比較例における評価試験の結果をまとめた表を示している。実施例1~5と比較例とを比較して分かるように、全ての凹部14が光学膜20によって完全に充填されている場合には、凹部14に空隙16が形成された状態で光学膜20が成膜されている場合と比べて、蛍光体10の(物理的な)剥離強度が低下するだけでなく、波長変換部材1の耐熱性が著しく低下することが分かった。また、実施例1~5のように、光学膜20として酸化物膜23及び/又は金属膜25を用いている場合には、レーザー照射試験の後でも熱による劣化は認められなかった。
上記実施形態において、波長変換部材1は、励起光L1によって蛍光を発する蛍光体10であって、第1面11と、第1面11と対向する第2面12とを有し、且つ、内部に分散された複数のポア13を有する蛍光体10と、第3面21と第3面21に対向する第4面22とを有する光学膜20と、を備えている。そして、蛍光体10の第2面12は、光学膜20の第3面と当接する当接部15と、光学膜20の第3面21と当接しておらず第3面21と対向する複数の凹部14と、を備えている。
上述の実施形態は、あくまで例示に過ぎず、適宜変更しうる。例えば、蛍光体10及び光学膜20の材料は、上述の材料に限定されず、適宜の材料を用いることができる。接合層30は、金と錫から形成されるAuSn半田に限られず、他の材料から形成される半田であってもよいし、銀や銅(Cu)などの微細粉末を焼結したものであってもよい。放熱部材40は、上述した材料からなる単層構造の部材であってもよいし、同種または異なる材料から形成されている多層構造の部材であってもよい。放熱部材40の表面を金、ニッケルなどでメッキしてもよい。なお、放熱部材40の上面(蛍光体10側の面)に、接合層30との密着性を高める金属膜を配置することができる。
10 蛍光体
20 光学膜
23 酸化物膜
25 金属膜
30 接合層
40 放熱部材
Claims (8)
- 励起光によって蛍光を発する蛍光体であって、第1面と、 前記第1面と対向する第2面とを有し、且つ、内部に分散された複数の空洞を有する蛍光体と、
第3面と前記第3面に対向する第4面とを有する膜と、を備え、
前記蛍光体の前記第2面は、
前記膜の前記第3面と当接する当接部と、
前記膜の前記第3面と当接しておらず前記第3面と対向する複数の第1凹部と、を備えることを特徴とする波長変換部材。 - 前記複数の空洞の平均径が0.1μm~10μmであることを特徴とする請求項1に記載の波長変換部材。
- 前記膜は、酸化物膜又は金属膜であることを特徴とする請求項1又は2に記載の波長変換部材。
- 前記膜は、前記第1面と前記第2面とに対向する第1方向において、前記複数の第1凹部と重なる部分は、前記蛍光体に向かって凹むように湾曲してい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。
- 前記蛍光体の前記第2面は、さらに、前記複数の空洞の一部が前記第1面に開口した複数の第2凹部であって、前記膜の前記第3面と当接している複数の第2凹部を備え、
前記複数の第1凹部の数と前記複数の第2凹部の数の和に対する、前記複数の第1凹部の数の比が70%以上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。 - さらに、前記膜の、前記第1方向の前記第4面側に配置されて、光を反射する反射膜を備える請求項1~5のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- さらに、前記膜の、前記第1方向の前記第4面側に配置されて、前記蛍光体の熱を放熱する放熱部材を備える請求項1~6のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 光源装置であって、
請求項7に記載の波長変換部材と、
前記蛍光体の前記第1面に前記励起光を照射する光源と、を備える光源装置。
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