JP2024099929A - Wavelength conversion member, wavelength conversion device, and light source device - Google Patents
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Abstract
【課題】 波長変換部材において、放熱性を向上させる技術を提供する。
【解決手段】 波長変換部材は、入射する光の波長を変換するセラミック蛍光体と、セラミック蛍光体上に配置され、光を反射する金属の結晶粒を含む反射膜と、を備え、結晶粒は、亜結晶粒を含んでおらず、または、亜結晶粒を含んでいる場合、セラミック蛍光体と反射膜との積層方向に沿った厚み方向における反射膜の断面において、亜結晶粒界が内部を横断しておらず、結晶粒の面積に対する、セラミック蛍光体側とセラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒の合計面積の比率が、30%以上である。
【選択図】 図4
A technique for improving heat dissipation in a wavelength conversion member is provided.
[Solution] The wavelength conversion member comprises a ceramic phosphor that converts the wavelength of incident light, and a reflective film arranged on the ceramic phosphor and containing metal crystal grains that reflect light, wherein the crystal grains do not contain subgrains, or, if they contain subgrains, the subgrain boundaries do not traverse the interior in a cross section of the reflective film in the thickness direction along the stacking direction of the ceramic phosphor and the reflective film, and the ratio of the total area of the subgrains exposed on both the ceramic phosphor side and the opposite side of the ceramic phosphor to the area of the crystal grains is 30% or more.
[Selected figure] Figure 4
Description
本発明は、波長変換部材、波長変換装置、および、光源装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion member, a wavelength conversion device, and a light source device.
従来から、光源が発した光の波長を変換する波長変換部材が知られている。波長変換部材は、一般的に、入射する光の波長を変換する蛍光体と、蛍光体に入射した光を入射方向に向けて反射する反射膜と、を備え、反射膜で光を所定の方向に向けて反射させることで、波長変換部材の発光強度を向上させている。例えば、特許文献1には、銀粉末を焼結することで成膜される反射膜を備える波長変換部材が開示されている。
Conventionally, wavelength conversion members that convert the wavelength of light emitted by a light source have been known. Wavelength conversion members generally include a phosphor that converts the wavelength of incident light, and a reflective film that reflects the light incident on the phosphor in the direction of incidence, and the luminous intensity of the wavelength conversion member is improved by reflecting the light in a predetermined direction with the reflective film. For example,
しかしながら、特許文献1のような先行技術によっても、波長変換部材において、放熱性を向上させることができる技術については、なお、改善の余地があった。例えば、特許文献1の技術では、反射膜に含まれる銀の結晶粒の内部に、亜結晶粒界が存在する。例えば、レーザ光がセラミック蛍光体に照射されることでセラミック蛍光体に熱が発生するとき、セラミック蛍光体の熱は、反射膜を介して放熱部材に移動する。このとき、亜結晶粒界は、結晶内の不連続な部分であるため、セラミック蛍光体から放熱部材に移動する熱にとって抵抗となる。このため、セラミック蛍光体の熱が反射膜を介して移動しにくくなることから、放熱性が低下するおそれがある。
However, even with prior art such as
本発明は、波長変換部材において、放熱性を向上させる技術を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a technology that improves heat dissipation in wavelength conversion materials.
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。 The present invention has been made to solve at least some of the above problems, and can be realized in the following forms:
(1)本発明の一形態によれば、波長変換部材が提供される。この波長変換部材は、入射する光の波長を変換するセラミック蛍光体と、前記セラミック蛍光体上に配置され、光を反射する金属の結晶粒を含む反射膜と、を備え、前記結晶粒は、亜結晶粒を含んでおらず、または、亜結晶粒を含んでいる場合、前記セラミック蛍光体と前記反射膜との積層方向に沿った厚み方向における前記反射膜の断面において、亜結晶粒界が内部を横断しておらず、前記結晶粒の面積に対する、前記セラミック蛍光体側と前記セラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒の合計面積の比率が、30%以上である。 (1) According to one aspect of the present invention, a wavelength conversion member is provided. The wavelength conversion member includes a ceramic phosphor that converts the wavelength of incident light, and a reflective film that is disposed on the ceramic phosphor and contains metal crystal grains that reflect light, and the crystal grains do not contain subgrains, or if they contain subgrains, the subgrain boundaries do not cross the inside of the reflective film in a cross section in the thickness direction along the stacking direction of the ceramic phosphor and the reflective film, and the ratio of the total area of the subgrains exposed on both the ceramic phosphor side and the opposite side of the ceramic phosphor to the area of the crystal grains is 30% or more.
この構成によれば、反射膜に含まれる金属の結晶粒は、亜結晶粒を含んでいない、または、亜結晶粒を含んでいる場合には、セラミック蛍光体と反射膜との積層方向に沿った厚み方向における反射膜の断面において、亜結晶粒界が内部を横断していない。さらに、反射膜に含まれる金属の結晶粒が亜結晶粒を含んでいる場合には、セラミック蛍光体と反射膜との積層方向に沿った厚み方向における反射膜の断面において、結晶粒の面積に対する、セラミック蛍光体側とセラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒の合計面積の比率が、30%以上となっている。これにより、積層方向に沿った厚み方向における、亜結晶粒界による熱抵抗が比較的小さくなるため、波長変換部材の放熱性を向上させることができる。 According to this configuration, the metal crystal grains contained in the reflective film do not contain subgrains, or if they contain subgrains, the subgrain boundaries do not cross the inside of the reflective film in the cross section of the reflective film in the thickness direction along the stacking direction of the ceramic phosphor and the reflective film. Furthermore, if the metal crystal grains contained in the reflective film contain subgrains, the ratio of the total area of the subgrains exposed on both the ceramic phosphor side and the opposite side of the ceramic phosphor to the area of the crystal grains is 30% or more in the cross section of the reflective film in the thickness direction along the stacking direction of the ceramic phosphor and the reflective film. This makes the thermal resistance due to the subgrain boundaries in the thickness direction along the stacking direction relatively small, thereby improving the heat dissipation of the wavelength conversion member.
(2)本発明の別の形態によれば、波長変換装置が提供される。この波長変換装置は、上述の波長変換部材と、前記セラミック蛍光体の熱を外部に放出する放熱部材と、前記波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合層と、を備える。この構成によれば、波長変換装置は、セラミック蛍光体の熱を外部に放出する放熱部材を備えている。これにより、セラミック蛍光体で発生する熱を、亜結晶粒界が比較的少ない反射膜を介して、放熱部材によって放出することができるため、温度上昇によるセラミック蛍光体の温度消光を抑制することができる。したがって、波長変換装置の発光強度の低下を抑制することができる。 (2) According to another aspect of the present invention, a wavelength conversion device is provided. This wavelength conversion device includes the wavelength conversion member described above, a heat dissipation member that dissipates heat from the ceramic phosphor to the outside, and a bonding layer that bonds the wavelength conversion member and the heat dissipation member. According to this configuration, the wavelength conversion device includes a heat dissipation member that dissipates heat from the ceramic phosphor to the outside. As a result, heat generated in the ceramic phosphor can be dissipated by the heat dissipation member via a reflective film with relatively few subgrain boundaries, so that temperature quenching of the ceramic phosphor due to temperature rise can be suppressed. Therefore, a decrease in the luminous intensity of the wavelength conversion device can be suppressed.
(3)本発明のさらに別の形態によれば、光源装置が提供される。この光源装置は、上述の波長変換装置と、前記セラミック蛍光体に光を照射する光源と、を備える。この構成によれば、光源装置は、セラミック蛍光体に光を照射する光源を備える。これにより、放熱性が向上している波長変換部材は、温度上昇によるセラミック蛍光体の温度消光を抑制することができる。したがって、光源装置の発光強度の低下を抑制することができる。 (3) According to yet another aspect of the present invention, a light source device is provided. This light source device includes the above-mentioned wavelength conversion device and a light source that irradiates the ceramic phosphor with light. According to this configuration, the light source device includes a light source that irradiates the ceramic phosphor with light. As a result, the wavelength conversion member with improved heat dissipation can suppress temperature quenching of the ceramic phosphor due to temperature rise. Therefore, it is possible to suppress a decrease in the light emission intensity of the light source device.
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、波長変換部材を含む装置、波長変換装置または光源装置を含むシステム、反射膜の製造方法、波長変換部材の製造方法等の形態で実現することができる。 The present invention can be realized in various forms, for example, in the form of a device including a wavelength conversion member, a system including a wavelength conversion device or a light source device, a method for manufacturing a reflective film, a method for manufacturing a wavelength conversion member, etc.
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態の波長変換部材1の断面模式図である。本実施形態の波長変換部材1は、セラミック蛍光体10と、反射膜20と、を備える。波長変換部材1は、光が入射すると、入射する光とは異なる波長の光を発する。本実施形態の波長変換部材1は、プロジェクタ、ヘッドランプ、照明、ヘッドアップディスプレイなどの各種光学機器に用いられる。図1には、セラミック蛍光体10と反射膜20とが積層される方向である積層方向を鎖線矢印DLで示す。なお、図1における、セラミック蛍光体10と反射膜20とのそれぞれの大きさおよび厚みの関係は、説明の便宜上、実際の大きさまたは厚みの関係とは異なるように図示されている。
First Embodiment
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a
セラミック蛍光体10は、セラミック焼結体であり、本実施形態では、略円柱状に形成されている。セラミック蛍光体10は、光が入射する入射面11と、入射面11の反対側に位置する裏面12と、を有する。セラミック蛍光体10は、入射面11から入射する光のうちの少なくとも一部の波長を変換し、入射する光とは異なる波長の光を発する。セラミック蛍光体10は、蛍光性を有する結晶粒を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒を主体とする透光相を有するセラミック焼結体から構成されている。透光相の結晶粒は、化学式Al2O3で表される組成を有し、蛍光相の結晶粒は、化学式A3B5O12:Ceで表される組成(いわゆる、ガーネット構造)を有することが好ましい。「A3B5O12:Ce」とは、A3B5O12の中にCeが固溶し、元素Aの一部がCeに置換されていることを示す。
The
化学式A3B5O12:Ce中の元素Aおよび元素Bは、それぞれ下記の元素群から選択される少なくとも1種類の元素から構成されている。
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Gaを含んでいてもよい)
セラミック蛍光体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。なお、セラミック蛍光体10の材料は、上述の材料に限定されない。
The element A and the element B in the chemical formula A 3 B 5 O 12 :Ce are each composed of at least one element selected from the following group of elements:
Element A: Lanthanides other than Sc, Y, and Ce (however, element A may further include Gd)
Element B: Al (however, element B may further contain Ga)
By using a ceramic sintered body as the
反射膜20は、セラミック蛍光体10の裏面12上に配置されている。反射膜20は、光を反射する金属である銀(Ag)を含んでいる。本実施形態では、反射膜20は、複数の銀の結晶粒を含んでいる。反射膜20は、セラミック蛍光体10を透過した光や、セラミック蛍光体10で発生した光を反射する。反射膜20の積層方向DLに沿った厚みは、10μm~100μmであることが好ましい。なお、反射膜20に含まれる金属は、銀に限定されず、アルミニウム(Al)や白金(Pt)などであってもよい。本実施形態における反射膜20の特徴の詳細は、後述する。
The
図2は、第1実施形態の光源装置2の模式図である。本実施形態の光源装置2は、波長変換装置3と、光を発する光源4と、を備える。波長変換装置3は、波長変換部材1と、セラミック蛍光体10の熱を外部に放出する放熱部材30と、波長変換部材1と放熱部材30とを接合する接合層40と、を備える。波長変換装置3では、図2に示すように、セラミック蛍光体10、反射膜20、接合層40、放熱部材30の順に積層される。図2に、セラミック蛍光体10、反射膜20、接合層40、放熱部材30の積層方向を示す鎖線矢印DLを示す。
Figure 2 is a schematic diagram of the
光源装置2では、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)や半導体レーザー(LD:Laser Diode)などの光源4が発する光L1を波長変換装置3のセラミック蛍光体10に照射する。光L1が照射されたセラミック蛍光体10は、光L1とは異なる波長の光を発する。これにより、波長変換装置3は、光源4が発する光L1とは異なる色の光L2を放出する。このような波長変換装置3は、例えば、プロジェクタ、ヘッドランプ、照明、ヘッドアップディスプレイなどの各種光学機器において使用される。なお、図2における、セラミック蛍光体10、反射膜20、放熱部材30、および、接合層40のそれぞれの大きさおよび厚みの関係は、説明の便宜上、実際の大きさまたは厚みの関係とは異なるように図示されている。
In the
放熱部材30は、例えば、銅(Cu)、銅モリブデン合金、銅タングステン合金、アルミニウム(Al)、窒化アルミニウム(AlN)など、セラミック蛍光体10よりも高い熱伝導性を有する材料から形成されている平板形状の部材である。放熱部材30は、接合層40を介して伝わるセラミック蛍光体10の熱を、波長変換装置3の外部に放出する。なお、放熱部材30は、上述した材料からなる単層構造の部材でなくてもよく、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。また、放熱部材30のセラミック蛍光体10側の面には、接合層40との密着性を高めるめっきが配置されていてもよい。
The
接合層40は、波長変換部材1と放熱部材30との間に配置されている。接合層40は、金と錫とから形成されており、セラミック蛍光体10と放熱部材30とを接合する。
The
次に、反射膜20の特徴について説明する。本実施形態の反射膜20は、銀の結晶粒が亜結晶粒を含んでいない。
Next, the characteristics of the
図3は、本実施形態の波長変換部材1の断面を説明する図である。反射膜20に含まれる銀の結晶粒を観察する場合、セラミック蛍光体10と反射膜20との積層方向DLに沿った、セラミック蛍光体10と反射膜20との厚み方向における、反射膜20の断面を取得する。なお、「セラミック蛍光体10と反射膜20との厚み方向」とは、例えば、積層方向DLに略平行な方向となる。波長変換部材1の断面CS1は、図3に示す、積層方向DLに略平行な仮想面VP1に含まれる、波長変換部材1の断面CS1には、セラミック蛍光体10の断面CS10と反射膜20の断面CS20とが含まれる。
Figure 3 is a diagram illustrating a cross section of the
図4は、本実施形態の波長変換部材1の第1の断面模式図である。図4には、波長変換部材1の断面CS1の一部を示している。具体的には、積層方向DLに沿った厚み方向における反射膜20の断面CS20と、反射膜20近傍のセラミック蛍光体10の断面CS10とが示されている。図4(b)は、図4(a)の一部を拡大した図である。本実施形態の反射膜20は、図4(b)に示すように、銀の結晶粒G20を複数含んでいるが、結晶粒G20のそれぞれは、亜結晶粒を含んでいない。したがって、結晶粒G20のそれぞれの断面には、亜結晶粒界が存在しない。ここで、亜結晶粒界とは、再結晶を伴わない結晶の加熱によって、結晶内の転位が再配列されることで形成される、比較的安定な転位網のことを指す。また、亜結晶粒は、結晶粒の一部であって、亜結晶粒界に囲まれた部分を指す。
Figure 4 is a first schematic cross-sectional view of the
図5は、本実施形態の波長変換部材1の第2の断面模式図である。本実施形態の反射膜20は、図5に示すように、銀の結晶粒G20が、複数の亜結晶粒Gs20を含んでいてもよい。本実施形態では、銀の結晶粒G20が複数の亜結晶粒Gs20を含む場合、セラミック蛍光体10と反射膜20との積層方向DLに沿った厚み方向における反射膜20の断面CS20において、亜結晶粒界Bs20が内部を横断しておらず、結晶粒G20の面積に対する、セラミック蛍光体10側とセラミック蛍光体10の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒Gs20の合計面積の比率が、30%以上となっている。これらの特徴について、図5(b)に示す結晶粒G201を用いて説明する。
Figure 5 is a second schematic cross-sectional view of the
図6は、図5に示す結晶粒G201の特徴を説明する図である。図6に示す銀の結晶粒G20は、図5(b)に示す結晶粒G201であって、図6は、結晶粒G201を中心とした波長変換部材1の断面CS1の拡大図である。図6に示す結晶粒G201において、隣接する結晶粒G20と向かい合っている側面を結晶粒G201の側面Spとし、セラミック蛍光体10と向かい合っている面を面Upとし、波長変換装置3を製造するとき、接合層40と接することとなる面を面Lpとする。結晶粒G201の面Upは、セラミック蛍光体10の裏面12に接している。なお、説明の便宜上、隣接する結晶粒G20と、セラミック蛍光体10のそれぞれは、点線で示してある。
Figure 6 is a diagram for explaining the characteristics of the crystal grain G201 shown in Figure 5. The silver crystal grain G20 shown in Figure 6 is the crystal grain G201 shown in Figure 5 (b), and Figure 6 is an enlarged view of the cross section CS1 of the
本実施形態の反射膜20の第1の特徴として、結晶粒は、セラミック蛍光体と反射膜との積層方向に沿った厚み方向における反射膜の断面において、亜結晶粒界が内部を横断していない。これは、図6に示すような結晶粒G201の断面において、1本の亜結晶粒界Bs20の両端のいずれもが、結晶粒G201の側面Spに到達していないことを意味している。例えば、図6に示す亜結晶粒界Bs201において、一方の端部E1は、側面Spに到達しているものの、他方の端部E2は、セラミック蛍光体10側の面Upに到達しており、両端のいずれもが結晶粒G201の側面Spに到達していない。本実施形態の反射膜20に含まれる結晶粒G20は、このように、1本の亜結晶粒界Bs20の2つの端部のいずれかが、セラミック蛍光体10または反射膜20においてセラミック蛍光体10と反対側に設けられる接合層40に接する。
The first feature of the
また、結晶粒は、亜結晶粒界が内部を横断していないということには、複数本の亜結晶粒界Bs20の組合せにおいても、両端のいずれもが、結晶粒G201の側面Spに到達していないことも含まれる。例えば、図6に示す亜結晶粒界Bs202は、一方の端部E3は、側面Spに到達し、他方の端部E4は、別の亜結晶粒界Bs203に到達しているが、亜結晶粒界Bs203の両端部E5,E6のそれぞれは、セラミック蛍光体10側の面Upとセラミック蛍光体10の反対側の面Lpに到達している。さらに、亜結晶粒界Bs203に到達している2つの亜結晶粒界Bs20についても、端部E7,E8のそれぞれは、セラミック蛍光体10の反対側の面Lpに到達している。本実施形態の反射膜20に含まれる結晶粒G20は、このように、亜結晶粒界Bs20が、亜結晶粒界Bs20が内部を横断していない。すなわち、結晶粒G20には、セラミック蛍光体10側の面Upと接合層40と接することとなる面Lpとの両方を有する亜結晶粒Gs201,Gs202などが含まれることとなる。これにより、セラミック蛍光体10の熱を接合層40に伝えるための伝熱の経路が1つの亜結晶粒によって形成されるため、反射膜20全体において、亜結晶粒界Bs20による熱抵抗を小さくすることができる。したがって、セラミック蛍光体10の熱が、亜結晶粒Gs20によってセラミック蛍光体10からセラミック蛍光体10の反対側に伝わりやすくなる。
In addition, the fact that the subgrain boundary does not cross the inside of the crystal grain includes the fact that, even in a combination of multiple subgrain boundaries Bs20, none of the ends reach the side surface Sp of the crystal grain G201. For example, in the subgrain boundary Bs202 shown in FIG. 6, one end E3 reaches the side surface Sp, and the other end E4 reaches another subgrain boundary Bs203, but both ends E5 and E6 of the subgrain boundary Bs203 reach the surface Up on the
本実施形態の反射膜20の第2の特徴として、セラミック蛍光体と反射膜との積層方向に沿った厚み方向における反射膜の断面において、結晶粒の面積に対する、セラミック蛍光体側とセラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒の合計面積の比率が、30%以上である。これは、1つの結晶粒G20において、セラミック蛍光体10側の面Upとセラミック蛍光体10の反対側の面Lpとのそれぞれを有する亜結晶粒Gs20が比較的多いことを意味している。例えば、図6に示す結晶粒G201に含まれる亜結晶粒Gs20のうち、亜結晶粒Gs201,Gs202,Gs203のそれぞれは、セラミック蛍光体10側とセラミック蛍光体10の反対側とのいずれにも露出している。本実施形態の反射膜20では、反射膜20に含まれる結晶粒G20は,図6に示すような断面において、結晶粒G20の面積に対する、亜結晶粒Gs201,Gs202,Gs203の合計面積の比率が30%以上となっている。これにより、反射膜20において、伝熱の抵抗となる亜結晶粒界Bs20を通らない伝熱の経路が比較的多くなるため、セラミック蛍光体10の熱が、亜結晶粒Gs20によってセラミック蛍光体10からセラミック蛍光体10の反対側にさらに伝わりやすくなる。なお、結晶粒G20の面積に対する、セラミック蛍光体10側とセラミック蛍光体10の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒Gs201,Gs202,Gs203の合計面積の比率の最大値は、例えば、100%であってもよい。
The second feature of the
次に、光源装置2の製造方法を説明する。最初に、蛍光相と透光相が、例えば、6:4となるように、原料を秤量する。秤量した原料をエタノールまたは純水とともにボールミルに投入し、16時間粉砕混合をおこなうことで、セラミック蛍光体用のスラリーを作製する。セラミック蛍光体用のスラリーを乾燥し、造粒した後、バインダと、水とを加え、せん断力を加えながら混練を行うことで、坏土を作製する。作製した坏土を押出成形機でシート状に成形し、成形したシート状の成形体を大気雰囲気中において約1700℃で焼成する。焼成によって得られた焼成体を所定の厚みとなるように切断し、セラミック蛍光体10を作製する。
Next, a method for manufacturing the
セラミック蛍光体10を作製したのち、銀粉末と、アルミナ粉末と、アクリル系のバインダと、溶剤とを混合し、反射膜用のペーストを作製する。本実施形態では、反射膜用のペーストを作成するとき、例えば、ボールミルなどで扁平形状に変形させた銀粉末を用いる。作製した反射膜用のペーストを、セラミック蛍光体10の裏面12に塗布し、乾燥させた後、反射膜用のペーストが塗布されたセラミック蛍光体10を加熱する。これにより、反射膜のペーストに含まれる扁平形状の銀粉末が再結晶化し、亜結晶粒界の向きを制御することができる。反射膜用のペーストがセラミック蛍光体10の裏面12に焼き付くことで、セラミック蛍光体10に反射膜20が成膜され、波長変換部材1が完成する。
After the
波長変換部材1が完成したのち、波長変換部材1の反射膜20と放熱部材30との間にAuSn半田箔を挟み込み、例えば、リフロー炉で加熱し、AuSn半田箔を溶融させる。これにより、波長変換部材1と放熱部材30とが接合し、波長変換装置3が完成する。最後に、波長変換装置3の入射面11に対して光L1が照射されるように、光源4を配置する。これにより、光源装置2が完成する。
After the
次に、波長変換部材の評価試験について説明する。本評価試験では、波長変換部材の反射膜に含まれる銀の結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合が、波長変換部材の発光強度に与える影響を評価した。本評価試験に用いたサンプルは、反射膜を備える光源装置であって、銀の結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合が異なるように、上述した本実施形態の光源装置2の製造方法で作成した。ここで、「特定の亜結晶粒」とは、セラミック蛍光体側とセラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒を指す(図6の亜結晶粒Gs201,Gs202,Gs203参照)。したがって、図6を用いて説明したように、結晶粒内において亜結晶粒界が内部を横断している場合、「特定の亜結晶粒の存在割合」は0%となる。また、結晶粒内において亜結晶粒界が内部を横断していない場合でも、複数の亜結晶粒界がつながることでセラミック蛍光体側とセラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒がない場合も、「特定の亜結晶粒の存在割合」は0%となる。結晶粒内において亜結晶粒界が存在しない場合は、「特定の亜結晶粒の存在割合」を100%となる。本評価試験では、サンプルに含まれる反射膜中の結晶粒界と亜結晶粒界との区別は、電子後方散乱回折法(EBSD)によって行った。
Next, an evaluation test of the wavelength conversion member will be described. In this evaluation test, the influence of the abundance ratio of specific subcrystal grains in the silver crystal grains contained in the reflective film of the wavelength conversion member on the luminous intensity of the wavelength conversion member was evaluated. The sample used in this evaluation test was a light source device equipped with a reflective film, and was produced by the manufacturing method of the
本評価試験では、サンプルとしての光源装置に対して、レーザ光源を用いて、波長450nmの青色レーザ光(出力:70W)をセラミック蛍光体の表面に1分間照射した。1分間の照射の後、サンプルのセラミック蛍光体の温度をサーモグラフィによって測定した。本評価試験では、銀の結晶粒中の特定の亜結晶粒粒の存在割合が異なる4種類のサンプルのそれぞれについて、レーザ光を1分回照射した後のサンプルのセラミック蛍光体の温度を測定し、比較した。本評価試験では、セラミック蛍光体の温度が60℃未満の場合、評価結果を「A」とし、セラミック蛍光体の温度が60℃以上の場合、評価結果を「B」とした。 In this evaluation test, a laser light source was used to irradiate the surface of the ceramic phosphor with blue laser light (output: 70 W) having a wavelength of 450 nm for one minute using a sample light source device. After one minute of irradiation, the temperature of the sample ceramic phosphor was measured by thermography. In this evaluation test, the temperature of the ceramic phosphor of each of four types of samples with different proportions of specific subgrains in the silver crystal grains was measured and compared after one minute of irradiation with laser light. In this evaluation test, if the temperature of the ceramic phosphor was less than 60°C, the evaluation result was rated as "A," and if the temperature of the ceramic phosphor was 60°C or higher, the evaluation result was rated as "B."
図7は、波長変換部材の評価試験の結果を説明する図である。図7では、サンプルに含まれる反射膜における銀の結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合を「Rs(単位:%)」で示し、レーザ光を1分回照射した後のサンプルのセラミック蛍光体の温度を「Tsp(単位:℃)」で示している。 Figure 7 is a diagram explaining the results of the evaluation test of the wavelength conversion member. In Figure 7, the proportion of specific subgrains in the silver crystal grains in the reflective film contained in the sample is shown as "Rs (unit: %)", and the temperature of the ceramic phosphor of the sample after irradiating it with laser light for one minute is shown as "Tsp (unit: °C)".
図7に示すように、結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合が10%のサンプル1では、セラミック蛍光体の温度が63℃となる一方、結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合が30%以上のサンプル2~4では、セラミック蛍光体の温度は、60℃未満となった。また、結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合が高い方がセラミック蛍光体の温度は、低くなることが確認された。これは、結晶粒中の特定の亜結晶粒の存在割合が増えることで亜結晶粒界による熱抵抗が小さくなるため、セラミック蛍光体の熱が放熱部材に伝わりやすくなっていると考えられる。
As shown in Figure 7, in
以上説明した、本実施形態の波長変換部材1によれば、反射膜20に含まれる銀の結晶粒G20は、亜結晶粒Gs20を含んでいない、または、亜結晶粒Gs20を含んでいる場合には、セラミック蛍光体10と反射膜20との積層方向DLに沿った厚み方向における反射膜20の断面CS20において、亜結晶粒界Bs20が内部を横断していない。さらに、反射膜20に含まれる銀の結晶粒が亜結晶粒Gs20を含んでいる場合には、セラミック蛍光体10と反射膜20との積層方向DLに沿った厚み方向における反射膜20の断面CS20において、結晶粒G20の面積に対する、セラミック蛍光体10側とセラミック蛍光体10の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒Gs20の合計面積の比率が、30%以上となっている。これにより、積層方向DLに沿った厚み方向における、亜結晶粒界Bs20による熱抵抗が比較的小さくなるため、波長変換部材1の放熱性を向上させることができる。
According to the
また、本実施形態の波長変換部材1によれば、亜結晶粒界Bs20による熱抵抗が比較的小さくなるため、反射膜20内での熱応力が小さくなる。これにより、反射膜20の剥がれによる波長変換部材1の破損を抑制することができる。
In addition, according to the
また、本実施形態の波長変換装置3によれば、セラミック蛍光体10の熱を外部に放出する放熱部材30を備えている。これにより、セラミック蛍光体10で発生する熱を、亜結晶粒界Bs20がない、または、比較的少ない反射膜20を介して、放熱部材30によって放出することができるため、温度上昇によるセラミック蛍光体10の温度消光を抑制することができる。したがって、波長変換装置3の発光強度の低下を抑制することができる。
In addition, the
また、本実施形態の光源装置2によれば、光源装置2は、セラミック蛍光体10に光を照射する光源4を備える。これにより、放熱性が向上している波長変換部材1は、温度上昇によるセラミック蛍光体10の温度消光を抑制することができる。したがって、光源装置2の発光強度の低下を抑制することができる。
In addition, according to the
<本実施形態の変形例>
本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
<Modifications of this embodiment>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be embodied in various forms without departing from the spirit and scope of the invention. For example, the following modifications are also possible.
[変形例1]
上述の実施形態では、反射膜20に含まれる銀の結晶粒G20について、亜結晶粒を含まない場合(図4)と、亜結晶粒Gs20を含む場合(図5、図6)とに分けて説明した。反射膜20に含まれる複数の結晶粒G20は、亜結晶粒を含まない結晶粒G20と、亜結晶粒Gs20を含む結晶粒G20との混合であってもよい。このような反射膜20であっても、亜結晶粒界による熱抵抗が比較的小さくなるため、放熱性を向上させることができる。
[Modification 1]
In the above-described embodiment, the silver crystal grains G20 contained in the
[変形例2]
上述の実施形態では、波長変換装置3は、波長変換部材1と、接合層40と、放熱部材30とを備え、波長変換部材1は、セラミック蛍光体10と、反射膜20と、を備えるとした。しかしながら、波長変換部材1および波長変換装置3の構成は、これらに限定されない。封止膜やめっき層などを備えていてもよい。
[Modification 2]
In the above embodiment, the
以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。 Although this aspect has been described above based on the embodiment and modified examples, the embodiment of the above-mentioned aspect is intended to facilitate understanding of this aspect and does not limit this aspect. This aspect may be modified or improved without departing from the spirit and scope of the claims, and this aspect includes equivalents. Furthermore, if a technical feature is not described as essential in this specification, it may be deleted as appropriate.
[適用例1]
波長変換部材であって、
入射する光の波長を変換するセラミック蛍光体と、
前記セラミック蛍光体上に配置され、光を反射する金属の結晶粒を含む反射膜と、を備え、
前記結晶粒は、
亜結晶粒を含んでおらず、
または、
亜結晶粒を含んでいる場合、
前記セラミック蛍光体と前記反射膜との積層方向に沿った厚み方向における前記反射膜の断面において、
亜結晶粒界が内部を横断しておらず、
前記結晶粒の面積に対する、前記セラミック蛍光体側と前記セラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒の合計面積の比率が、30%以上である、
ことを特徴とする波長変換部材。
[適用例2]
波長変換装置であって、
適用例1に記載の波長変換部材と、
前記セラミック蛍光体の熱を外部に放出する放熱部材と、
前記波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合層と、を備える、
ことを特徴とする波長変換装置。
[適用例3]
光源装置であって、
適用例1または適用例2に記載の波長変換装置と、
前記セラミック蛍光体に光を照射する光源と、を備える、
ことを特徴とする光源装置。
[Application Example 1]
A wavelength conversion member,
A ceramic phosphor that converts the wavelength of incident light;
a reflective film disposed on the ceramic phosphor and including metal crystal grains that reflect light;
The crystal grains are
Does not contain subgrains,
or
If it contains subgrains,
In a cross section of the reflective film in a thickness direction along a lamination direction of the ceramic phosphor and the reflective film,
The subgrain boundaries do not cross the interior,
a ratio of a total area of subgrains exposed on both the ceramic phosphor side and the opposite side of the ceramic phosphor to an area of the crystal grains is 30% or more;
A wavelength conversion member characterized by:
[Application Example 2]
A wavelength conversion device,
The wavelength conversion member according to Application Example 1,
a heat dissipation member that dissipates heat of the ceramic phosphor to the outside;
A bonding layer that bonds the wavelength conversion member and the heat dissipation member.
A wavelength conversion device characterized by:
[Application Example 3]
A light source device,
A wavelength conversion device according to Application Example 1 or 2,
A light source that irradiates the ceramic phosphor with light.
A light source device characterized by:
1…波長変換部材
2…光源装置
3…波長変換装置
4…光源
10…セラミック蛍光体
20…反射膜
30…放熱部材
40…接合層
Bs20,Bs201,Bs202,Bs203…亜結晶粒界
CS20…(反射膜の)断面
G20,G201…結晶粒
Gs20,Gs201,Gs202,Gs203…亜結晶粒
Claims (3)
入射する光の波長を変換するセラミック蛍光体と、
前記セラミック蛍光体上に配置され、光を反射する金属の結晶粒を含む反射膜と、を備え、
前記結晶粒は、
亜結晶粒を含んでおらず、
または、
亜結晶粒を含んでいる場合、
前記セラミック蛍光体と前記反射膜との積層方向に沿った厚み方向における前記反射膜の断面において、
亜結晶粒界が内部を横断しておらず、
前記結晶粒の面積に対する、前記セラミック蛍光体側と前記セラミック蛍光体の反対側とのいずれにも露出する亜結晶粒の合計面積の比率が、30%以上である、
ことを特徴とする波長変換部材。 A wavelength conversion member,
A ceramic phosphor that converts the wavelength of incident light;
a reflective film disposed on the ceramic phosphor and including metal crystal grains that reflect light;
The crystal grains are
Does not contain subgrains,
or
If it contains subgrains,
In a cross section of the reflective film in a thickness direction along a lamination direction of the ceramic phosphor and the reflective film,
The subgrain boundaries do not cross the interior,
a ratio of a total area of subgrains exposed on both the ceramic phosphor side and the opposite side of the ceramic phosphor to an area of the crystal grains is 30% or more;
A wavelength conversion member characterized by:
請求項1に記載の波長変換部材と、
前記セラミック蛍光体の熱を外部に放出する放熱部材と、
前記波長変換部材と前記放熱部材とを接合する接合層と、を備える、
ことを特徴とする波長変換装置。 A wavelength conversion device,
The wavelength conversion member according to claim 1 ,
a heat dissipation member that dissipates heat of the ceramic phosphor to the outside;
A bonding layer that bonds the wavelength conversion member and the heat dissipation member.
A wavelength conversion device characterized by:
請求項2に記載の波長変換装置と、
前記セラミック蛍光体に光を照射する光源と、を備える、
ことを特徴とする光源装置。 A light source device,
A wavelength conversion device according to claim 2;
A light source that irradiates the ceramic phosphor with light.
A light source device characterized by:
Priority Applications (1)
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JP2023003568A JP2024099929A (en) | 2023-01-13 | 2023-01-13 | Wavelength conversion member, wavelength conversion device, and light source device |
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