JP6582907B2 - Method for manufacturing wavelength conversion element, wavelength conversion element and light emitting device - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザーダイオード(LD:Laser Diode)等の発する光の波長を別の波長に変換する波長変換素子の製造方法並びに波長変換素子及び発光装置に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a wavelength conversion element that converts the wavelength of light emitted from a light emitting diode (LED) or a laser diode (LD) to another wavelength, and a wavelength conversion element and a light emitting device. It is.
近年、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の発光装置として、低消費電力、小型軽量、容易な光量調節という観点から、LEDやLDを用いた発光装置に対する注目が高まってきている。そのような次世代発光装置の一例として、例えば特許文献1には、青色光を出射するLED上に、LEDからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材が配置された発光装置が開示されている。この発光装置は、LEDから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
In recent years, as a next-generation light-emitting device that replaces fluorescent lamps and incandescent lamps, attention has been focused on light-emitting devices using LEDs and LDs from the viewpoint of low power consumption, small size, light weight, and easy light quantity adjustment. As an example of such a next-generation light-emitting device, for example, in
波長変換部材としては、従来、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させたものが用いられている。しかしながら、当該波長変換部材を用いた場合、LEDからの光により樹脂が劣化し、発光装置の輝度が低くなりやすいという問題がある。特に、LEDが発する熱や高エネルギーの短波長(青色〜紫外)光によってモールド樹脂が劣化し、変色や変形を起こすという問題がある。 As the wavelength conversion member, a material in which an inorganic phosphor powder is dispersed in a resin matrix has been conventionally used. However, when the wavelength conversion member is used, there is a problem that the resin is deteriorated by the light from the LED and the luminance of the light emitting device tends to be lowered. In particular, there is a problem that the mold resin deteriorates due to heat generated by the LED or high energy short wavelength (blue to ultraviolet) light, causing discoloration or deformation.
そこで、樹脂に代えてガラスマトリクス中に蛍光体を分散固定した完全無機固体からなる波長変換部材が提案されている(例えば、特許文献2及び3を参照)。当該波長変換部材は、母材となるガラスがLEDの熱や照射光により劣化しにくく、変色や変形といった問題が生じにくいという特徴を有している。
Therefore, a wavelength conversion member made of a completely inorganic solid in which a phosphor is dispersed and fixed in a glass matrix instead of a resin has been proposed (see, for example,
近年、ハイパワー化を目的として、光源として用いるLEDやLDの出力が上昇している。それに伴い、光源の熱や、励起光を照射された蛍光体から発せられる熱により波長変換部材の温度が上昇し、その結果、発光強度が経時的に低下する(温度消光)という問題がある。また、場合によっては、波長変換部材の温度上昇が顕著となり、構成材料(ガラスマトリクス等)が溶解するおそれがある。 In recent years, the output of LEDs and LDs used as light sources has increased for the purpose of increasing power. Accordingly, there is a problem that the temperature of the wavelength conversion member rises due to the heat of the light source or the heat emitted from the phosphor irradiated with the excitation light, and as a result, the emission intensity decreases with time (temperature quenching). In some cases, the temperature rise of the wavelength conversion member becomes significant, and the constituent material (glass matrix or the like) may be dissolved.
そこで、波長変換部材からの熱を放熱するため、波長変換部材の周辺部に、当該波長変換部材より高い熱伝導率を有する放熱部材が設けられた波長変換素子が提案されている(例えば、特許文献4を参照)。特許文献4では、波長変換部材をステンレス製の放熱部材に取り付ける方法として、貫通孔を有する放熱部材の嵌合部に切り込みまたは穴部を形成し、切り込みまたは穴部に低融点ガラスを充填することにより取り付ける方法が挙げられている。
Therefore, in order to dissipate heat from the wavelength conversion member, there has been proposed a wavelength conversion element in which a heat dissipation member having a higher thermal conductivity than the wavelength conversion member is provided in the periphery of the wavelength conversion member (for example, a patent) (Ref. 4). In
しかしながら、特許文献4に記載の方法では、波長変換部材と放熱部材との間に隙間が形成され、波長変換部材からの熱が放熱部材に伝達されにくい。また、低融点ガラスは熱伝導性が低いため、高い放熱性を得ることができないという問題がある。
However, in the method described in
本発明の目的は、耐熱性に優れ、かつ波長変換部材からの熱を効率良く放熱部材に伝達することができる波長変換素子の製造方法並びに波長変換素子及び発光装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a wavelength conversion element manufacturing method, a wavelength conversion element, and a light emitting device that are excellent in heat resistance and that can efficiently transfer heat from the wavelength conversion member to the heat dissipation member.
本発明の製造方法は、貫通孔を有し、かつセラミックからなる放熱部材と、貫通孔内に配置されており、かつセラミック蛍光体からなる波長変換部材と、波長変換部材と貫通孔との間に設けられるセラミック層とを備え、セラミック層によって貫通孔の表面と波長変換部材の側面とが接着されている波長変換素子を製造する方法であって、易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する工程と、セラミックペーストを、波長変換部材の側面及び貫通孔の表面の少なくとも一方に塗布し、ペースト塗布層を形成する工程と、貫通孔内に波長変換部材を配置し、ペースト塗布層を加熱することにより、バインダーを除去させるとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させてセラミック層を形成する工程と、を備えることを特徴としている。 The manufacturing method of the present invention includes a heat radiating member having a through hole and made of ceramic, a wavelength converting member arranged in the through hole and made of a ceramic phosphor, and between the wavelength converting member and the through hole. Comprising a ceramic layer, and a method for producing a wavelength conversion element in which the surface of the through hole and the side surface of the wavelength conversion member are bonded by the ceramic layer, comprising a readily sinterable ceramic powder, a binder, A step of preparing a ceramic paste containing a solvent, a step of applying the ceramic paste to at least one of the side surface of the wavelength conversion member and the surface of the through hole, forming a paste coating layer, and a wavelength conversion member in the through hole. The step of placing and heating the paste coating layer to remove the binder and sinter the sinterable ceramic powder to form the ceramic layer It is characterized in that it comprises.
貫通孔は、一方端から他方端に向かって拡がるテーパー状に形成されていることが好ましい。その場合、貫通孔に対応した形状を有する波長変換部材を、他方端側から貫通孔内に配置することが好ましい。 The through-hole is preferably formed in a tapered shape that expands from one end to the other end. In that case, it is preferable to arrange | position the wavelength conversion member which has a shape corresponding to a through-hole in a through-hole from the other end side.
易焼結性セラミック粉末は、易焼結性アルミナ粉末であることが好ましい。 The easily sinterable ceramic powder is preferably an easily sinterable alumina powder.
セラミックペーストが、焼結助剤をさらに含んでいてもよい。セラミックペースト中における焼結助剤の含有量は、15重量%以下であることが好ましい。 The ceramic paste may further contain a sintering aid. The content of the sintering aid in the ceramic paste is preferably 15% by weight or less.
波長変換部材は、多結晶セラミック蛍光体または単結晶セラミック蛍光体からなるものであってもよい。 The wavelength conversion member may be made of a polycrystalline ceramic phosphor or a single crystal ceramic phosphor.
波長変換部材は、セラミック蛍光体層と、セラミック蛍光体層より高い熱伝導率を有する透光性セラミック層とを交互に積層させた積層体であってもよい。 The wavelength conversion member may be a laminate in which ceramic phosphor layers and translucent ceramic layers having higher thermal conductivity than the ceramic phosphor layers are alternately laminated.
本発明の波長変換素子は、貫通孔を有し、かつセラミックからなる放熱部材と、貫通孔内に配置されており、かつセラミック蛍光体からなる波長変換部材と、波長変換部材と貫通孔との間に設けられるセラミック層とを備え、セラミック層によって貫通孔の表面と波長変換部材の側面とが接着されていることを特徴としている。 The wavelength conversion element of the present invention has a through-hole and a heat dissipation member made of ceramic, a wavelength conversion member arranged in the through-hole and made of a ceramic phosphor, and the wavelength conversion member and the through-hole. And a ceramic layer provided therebetween, wherein the surface of the through hole and the side surface of the wavelength conversion member are bonded by the ceramic layer.
本発明の発光装置は、上記本発明の波長変換素子と、波長変換素子に励起光を照射する光源とを備えることを特徴している。 The light emitting device of the present invention includes the wavelength conversion element of the present invention and a light source that irradiates the wavelength conversion element with excitation light.
光源としては、レーザーダイオードが挙げられる。 A laser diode is mentioned as a light source.
本発明によれば、耐熱性に優れ、かつ波長変換部材からの熱を効率良く放熱部材に伝達することができる波長変換素子を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in heat resistance and can provide the wavelength conversion element which can transmit the heat | fever from the wavelength conversion member to a thermal radiation member efficiently.
以下、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。 Hereinafter, preferred embodiments will be described. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. Moreover, in each drawing, the member which has the substantially the same function may be referred with the same code | symbol.
[波長変換素子]
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態の製造方法で製造される波長変換素子を示す模式的断面図である。図1に示すように、本実施形態の波長変換素子10は、貫通孔3を有し、かつセラミックからなる放熱部材2と、貫通孔3内に配置されており、セラミック蛍光体からなる波長変換部材1と、波長変換部材1と貫通孔3との間に設けられるセラミック層4とを備えている。貫通孔3の表面3aと波長変換部材1の側面1aとは、セラミック層4によって接着されている。波長変換部材1に励起光を照射した場合、波長変換部材1から蛍光とともに熱が発生する。波長変換部材1から発生した熱はセラミック層4を通じて放熱部材2に伝達される。
[Wavelength conversion element]
(First embodiment)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a wavelength conversion element manufactured by the manufacturing method of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the
従って、波長変換素子10は、放熱性に優れている。また、波長変換素子10においては、波長変換部材1、放熱部材2及び接着層であるセラミック層4が全てセラミックにより構成されているので、波長変換素子10は、耐熱性にも優れている。
Therefore, the
波長変換部材1は、光源から発せられた励起光により蛍光を発するセラミック蛍光体からなる。セラミック蛍光体は、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。セラミック蛍光体の具体例としては、多結晶セラミック蛍光体及び単結晶セラミック蛍光体が挙げられる。これらのセラミック蛍光体は耐熱性に非常に優れるため、励起光の出力が大きくなって高温になった場合であっても、溶解等の不具合が発生しにくい。多結晶セラミック蛍光体及び単結晶セラミック蛍光体としては、例えばYAGセラミック蛍光体等のガーネット系セラミック蛍光体、CASN(CaAlSiN3)セラミック蛍光体等の窒化物系セラミック蛍光体、α―SiAlON蛍光体、またはβ―SiAlON蛍光体等の窒酸化物系セラミック蛍光体などが挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光、黄色光または赤色光を蛍光として出射するセラミック蛍光体を用いることができる。
The
波長変換部材1の厚みは、励起光が確実にセラミック蛍光体に吸収されるような厚みである範囲において、薄い方が好ましい。その理由としては、波長変換部材1が厚すぎると、波長変換部材1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下する傾向があること、及び、波長変換部材1の温度が高くなって、経時的な発光強度の低下が発生しやすくなることが挙げられる。そのため、波長変換部材1の厚みは、2mm以下であることが好ましく、1mm以下であることがより好ましく、0.8mm以下であることがさらに好ましい。波長変換部材1の厚みの下限値は、通常、0.03mm程度である。また、出射光として白色を得る目的の場合は、励起光と蛍光が適切な割合になるように、波長変換部材1の厚みを制御すればよい。
The thickness of the
放熱部材2は、波長変換部材1で生じた熱を放熱するため設けられている。したがって、放熱部材2は、高い熱伝導率を有するセラミックから形成されていることが好ましい。高熱伝導性セラミックとしては、酸化アルミニウム系セラミック、窒化アルミニウム系セラミック、炭化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミック、酸化マグネシウム系セラミック、酸化チタン系セラミック、酸化ニオビウム系セラミック、酸化亜鉛系セラミック、酸化イットリウム系セラミックなどが挙げられる。
The
本実施形態における放熱部材2の貫通孔3は、一方端3bから他方端3cに向かって拡がるテーパー状に形成されている。また、波長変換部材1は貫通孔3に対応した形状を有している。具体的には、波長変換部材1の側面1aは、貫通孔3のテーパー状の表面3aに対応した形状を有している。波長変換部材1の側面1a及び貫通孔3の表面3aが上記形状を有することにより、図2を参照して後述する波長変換素子10の製造工程において、波長変換部材1の側面1aを、貫通孔3の表面3aに均一に圧着させやすくなる。本実施形態において、波長変換部材1の側面1a及び貫通孔3の表面3aは、円錐台形のテーパー状に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば角錐台形のテーパー状に形成されていてもよい。
The through
本実施形態の波長変換素子10においては、例えば、一方端3b側から、貫通孔3内の波長変換部材1に励起光を照射し、波長変換部材1で波長変換して、蛍光を他方端3c側から出射させることができる。
In the
波長変換部材1から外部に励起光及び蛍光が漏れるのを防止するため、波長変換部材1の側面1a及び/または貫通孔3の表面3aの上に、反射層を設けてもよい。反射層としては、アルミナやチタニア等を含むセラミック層が挙げられる。なお、セラミック層4を反射層として機能させることもできる。
In order to prevent the excitation light and fluorescence from leaking outside from the
波長変換部材1の励起光入射側表面に、蛍光の前方取り出し向上を目的として、バンドパスフィルターを設けてもよい。また、波長変換部材1の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。
A band pass filter may be provided on the excitation light incident side surface of the
以下、波長変換素子10の製造方法の具体例につき説明する。
Hereinafter, a specific example of a method for manufacturing the
図2は、本発明の第1の実施形態の製造方法を説明するための模式的断面図である。図2に示すように、波長変換部材1の側面1aの上に、セラミックペーストを塗布し、ペースト塗布層5を形成している。ペースト塗布層5は、以下のようにして形成することができる。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, a ceramic paste is applied on the
易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する。易焼結性セラミック粉末とは、低温焼結性のセラミック粉末である。易焼結性セラミック粉末では、純度を高くしたり、粒径を小さくしたりすることにより、焼結温度を低くしていると考えられている。易焼結性セラミック粉末を焼成すると、例えば1500℃以下の低温で焼成しても緻密なセラミックを得ることができる。 A ceramic paste containing an easily sinterable ceramic powder, a binder, and a solvent is prepared. The easily sinterable ceramic powder is a low-temperature sinterable ceramic powder. In the easily sinterable ceramic powder, it is considered that the sintering temperature is lowered by increasing the purity or decreasing the particle size. When the easily sinterable ceramic powder is fired, a dense ceramic can be obtained even when fired at a low temperature of, for example, 1500 ° C. or lower.
易焼結性セラミック粉末の焼結温度は、1100〜1550℃であることが好ましく、1200〜1400℃であることがより好ましい。易焼結性セラミック粉末の焼結温度を上記範囲内とすることで、焼成温度をさほど高めることなく、焼成によってより一層緻密なセラミックを得ることができる。 The sintering temperature of the easily sinterable ceramic powder is preferably 1100 to 1550 ° C, and more preferably 1200 to 1400 ° C. By setting the sintering temperature of the easily sinterable ceramic powder within the above range, a denser ceramic can be obtained by firing without significantly increasing the firing temperature.
易焼結性セラミック粉末の平均粒子径(D50)は、0.05〜3μmであることが好ましく、0.08〜1μmであることがより好ましい。平均粒子径(D50)を上記範囲内とすることにより、易焼結性セラミック粉末の焼結温度をより一層好適な範囲とすることができる。 The average particle diameter (D 50 ) of the easily sinterable ceramic powder is preferably 0.05 to 3 μm, and more preferably 0.08 to 1 μm. By setting the average particle diameter (D 50 ) within the above range, the sintering temperature of the easily sinterable ceramic powder can be made a more preferable range.
易焼結性セラミック粉末の純度は、99%以上であることが好ましく、99.99%以上であることがより好ましい。易焼結性セラミック粉末の純度を上記下限以上とすることにより、易焼結性セラミック粉末の焼結温度をより一層最適な範囲とすることができる。 The purity of the easily sinterable ceramic powder is preferably 99% or more, and more preferably 99.99% or more. By setting the purity of the easily sinterable ceramic powder to the above lower limit or more, the sintering temperature of the easily sinterable ceramic powder can be further optimized.
易焼結性セラミック粉末としては、易焼結性アルミナ粉末、易焼結性ジルコニア粉末などが挙げられる。易焼結性アルミナ粉末としては、例えば、昭和電工社製のAL−160SGシリーズや、大明化学工業株式会社製のタイミクロンTM−Dシリーズなどを用いることができる。 Examples of the easily sinterable ceramic powder include an easily sinterable alumina powder and an easily sinterable zirconia powder. As the easily sinterable alumina powder, for example, AL-160SG series manufactured by Showa Denko KK, Tymicron TM-D series manufactured by Daimei Chemical Co., Ltd., or the like can be used.
バインダーとしては、ポリプロピレンカーボネート、ポリブチルメタクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリエステルカーボネート等が使用可能であり、これらを単独あるいは混合して使用することができる。 As the binder, polypropylene carbonate, polybutyl methacrylate, polyvinyl butyral, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, ethyl cellulose, nitrocellulose, polyester carbonate and the like can be used, and these can be used alone or in combination.
溶剤としては、テルピネオール、酢酸イソアミル、トルエン、メチルエチルケトン、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタジオールモノイソブチレート等を単独または混合して使用することができる。 As the solvent, terpineol, isoamyl acetate, toluene, methyl ethyl ketone, diethylene glycol monobutyl ether acetate, 2,2,4-trimethyl-1,3-pentadiol monoisobutyrate and the like can be used alone or in combination.
セラミックペーストは、例えば、バインダーを溶媒に溶解した溶液中に、易焼結性セラミック粉末を添加し混合することにより調製することができる。 The ceramic paste can be prepared, for example, by adding and mixing easily sinterable ceramic powder in a solution in which a binder is dissolved in a solvent.
セラミックペースト中には、焼結助剤が含有されていてもよい。焼結助剤としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ジルコニア、酸化イットリウムなどを用いることができる。焼結助剤が含有される場合には、その含有量が、セラミックペースト100質量%に対し、15質量%以下であることが好ましい。 The ceramic paste may contain a sintering aid. As the sintering aid, for example, magnesium oxide, calcium oxide, zirconia oxide, yttrium oxide, or the like can be used. When a sintering aid is contained, the content is preferably 15% by mass or less with respect to 100% by mass of the ceramic paste.
本実施形態では、このようにして調製したセラミックペーストを、セラミック蛍光体からなる波長変換部材1の側面1aの上に塗布し、ペースト塗布層5を形成する。次に、側面1aの上にペースト塗布層5を形成した波長変換部材1を、図2に示すように、セラミックからなる放熱部材2の貫通孔3の他方端3c側に配置する。続いて、波長変換部材1を、矢印A方向に移動させて、側面1a上に形成したペースト塗布層5を、貫通孔3の表面3aに圧着させた状態で、ペースト塗布層5を加熱して、バインダーや溶剤を除去するとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させる。それによって、セラミック層4を形成することができ、該セラミック層4によって貫通孔3の表面3aと波長変換部材1の側面1aとを接着することができる。加熱に際しては、まず400〜900℃、さらには600〜800℃の範囲でバインダーや溶剤を除去することが好ましい。その後、上記の易焼結性セラミック粉末の焼結温度で加熱することにより、緻密なセラミック層4を形成することができる。
In this embodiment, the ceramic paste prepared in this way is applied on the
なお、セラミック粉末を焼結するための温度が低すぎると、セラミック層4に気孔が残存しやすくなる。このような状態で波長変換部材1と放熱部材2を接触させ加熱すると、セラミック粉末同士が焼結し収縮する過程で、セラミック層4内に気泡が形成されたり、大きな隙間が形成されたりする傾向がある。これらの気泡や隙間は熱伝導率が極めて低いため、波長変換部材1からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができず、放熱性が低下しやすくなる。
If the temperature for sintering the ceramic powder is too low, pores tend to remain in the
本実施形態の製造方法では、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層5を加熱することによりセラミック層4を形成しているため、比較的低温で加熱した場合においても容易に焼結させて、緻密なセラミック層4を得ることができる。そのため、セラミック層4の内部に、空隙が形成され難い。また、本実施形態の製造方法では、セラミック層4を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材1と、セラミックからなる放熱部材2とを接着させているため、波長変換部材1と放熱部材2との密着性が高められており、波長変換部材1と放熱部材2との間に隙間が形成され難い。よって、得られた波長変換素子10では、セラミック層4を介して、波長変換部材1からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。また、得られた波長変換素子10は、波長変換部材1、放熱部材2及び接着層であるセラミック層4が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。
In the manufacturing method of this embodiment, since the
(第2の実施形態)
図3は、本発明の第2の実施形態の製造方法を説明するための模式的断面図である。本実施形態においては、セラミックペーストを、放熱部材2における貫通孔3の表面3aの上に塗布し、貫通孔3の表面3aの上にペースト塗布層5を形成している。第1の実施形態と同様に、波長変換部材1を矢印A方向に移動させ、貫通孔3の表面3a上のペースト塗布層5を、波長変換部材1の側面1aに圧着させた状態で、ペースト塗布層5を加熱して、バインダーを除去するとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させる。それによって、ペースト塗布層5の焼結体であるセラミック層4を形成することができ、セラミック層4によって貫通孔3の表面3aと波長変換部材1の側面1aとを接着することができる(接着後の図面は省略)。
(Second Embodiment)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention. In the present embodiment, the ceramic paste is applied on the
本実施形態においても、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層5を加熱することによりセラミック層4を形成しているため、低温で加熱した場合においても容易に焼結させることができ、緻密なセラミック層4を得ることができる。そのため、セラミック層4の内部に、空隙が形成され難い。また、セラミック層4を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材1と、セラミックからなる放熱部材2とを接着させているため、波長変換部材1と、放熱部材2との密着性が高められており、波長変換部材1と、放熱部材2との間に隙間が形成され難い。よって、セラミック層4を介して、波長変換部材1からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。また、得られた波長変換素子は、波長変換部材1、放熱部材2及び接着層であるセラミック層4が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。
Also in this embodiment, since the
本実施形態では、貫通孔3の表面3aの全体にペースト塗布層5を形成しているが、これに限定されるものではなく、波長変換部材1を貫通孔3の表面3aに圧着させた際に、接触する領域にのみペースト塗布層5を形成してもよい。また、ペースト塗布層5は、波長変換部材1の側面1a及び貫通孔3の表面3aの両方に形成してもよい。
In the present embodiment, the
第1の実施形態で製造される波長変換素子10と同様に、波長変換部材1の励起光入射側表面に、蛍光の前方取り出し向上を目的として、バンドパスフィルターを設けてもよい。また、波長変換部材1の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。
Similarly to the
(第3の実施形態)
図4は、本発明の第3の実施形態の製造方法で製造される波長変換素子を示す模式的断面図である。本実施形態においては、貫通孔3が円柱状に形成されている。したがって、波長変換部材1も円柱状に形成されている。本発明における貫通孔3は、必ずしも第1及び第2の実施形態のようにテーパー状に形成されている必要はなく、本実施形態のように円柱状の形状を有していてもよい。また、貫通孔3及び波長変換部材1の形状は、角柱状の形状であってもよい。
(Third embodiment)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing a wavelength conversion element manufactured by the manufacturing method of the third embodiment of the present invention. In the present embodiment, the through
本実施形態においても、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層5を加熱することによりセラミック層4を形成しているため、低温で加熱した場合においても容易に焼結させることができ、緻密なセラミック層4を得ることができる(接着前の図面は省略)。そのため、セラミック層4の内部に、空隙が形成され難い。また、セラミック層4を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材1と、セラミックからなる放熱部材2とを接着させているため、波長変換部材1と、放熱部材2との密着性が高められており、波長変換部材1と、放熱部材2との間に隙間が形成され難い。よって、セラミック層4を介して、波長変換部材1からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。また、得られた波長変換素子は、波長変換部材1、放熱部材2及び接着層であるセラミック層4が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。
Also in this embodiment, since the
第1の実施形態で製造される波長変換素子10と同様に、波長変換部材1の励起光入射側表面に、蛍光の前方取り出し向上を目的として、バンドパスフィルターを設けてもよい。また、波長変換部材1の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。
Similarly to the
(第4の実施形態)
図5は、本発明の第4の実施形態における波長変換部材を示す模式的断面図である。本発明における波長変換部材は、図5に示す波長変換部材20のように、セラミック蛍光体層21と、セラミック蛍光体層21より高い熱伝導率を有する透光性放熱層22とを交互に積層させた積層体から構成されていてもよい。具体的には、本実施形態の波長変換部材20は、セラミック蛍光体層21と、その両面に形成された透光性放熱層22とを備えた積層体からなる。本実施形態では、セラミック蛍光体層21に励起光が照射されることにより発生した熱は、各透光性放熱層22を通じて外部に効率良く放出される。よって、セラミック蛍光体層21の温度が過度に上昇することを抑制することができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing a wavelength conversion member in the fourth embodiment of the present invention. The wavelength conversion member in the present invention is formed by alternately laminating ceramic phosphor layers 21 and translucent heat radiation layers 22 having a higher thermal conductivity than the
セラミック蛍光体層21としては、第1の実施形態の波長変換部材1と同様のものを用いることができる。具体的には、多結晶セラミック蛍光体及び単結晶セラミック蛍光体などのセラミック蛍光体を好適に用いることができる。
As the ceramic
透光性放熱層22は、セラミック蛍光体層21より高い熱伝導率を有している。具体的には、5W/m・K以上であることが好ましく、10W/m・K以上であることがより好ましく、20W/m・K以上であることがさらに好ましい。また、励起光、及びセラミック蛍光体層21から発せられる蛍光を透過させる。具体的には、透光性放熱層22の波長400〜800nmにおける全光線透過率は10%以上であることが好ましく、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましく、40%以上であることが特に好ましく、50%以上であることが最も好ましい。
The translucent
透光性放熱層22としては、酸化アルミニウム系セラミックス、酸化ジルコニア系セラミックス、窒化アルミニウム系セラミックス、炭化ケイ素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックス、酸化マグネシウム系セラミックス、酸化チタン系セラミックス、酸化ニオビウム系セラミックス、酸化亜鉛系セラミックス、酸化イットリウム系セラミックス等の透光性セラミック基板が挙げられる。
The translucent
透光性放熱層22の厚みは、0.05〜1mmであることが好ましく、0.07〜0.8mmであることがより好ましく、0.1〜0.5mmであることがさらに好ましい。透光性放熱層22の厚みが小さすぎると、機械的強度が低下する傾向がある。一方、透光性放熱層22の厚みが大きすぎると、波長変換素子が大型化する傾向がある。
The thickness of the light transmissive
なお、セラミック蛍光体層21の両面に設けられた2つの透光性放熱層22の厚みは同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、一方の透光性放熱層22の厚みを比較的大きく(例えば0.2mm以上、さらには0.5mm以上)することにより、波長変換部材20としての機械的強度が担保される場合は、他方の透光性放熱層22の厚みを比較的小さく(例えば0.2mm未満、さらには0.1mm以下)してもよい。
In addition, the thickness of the two translucent heat radiation layers 22 provided on both surfaces of the
第1の実施形態で製造される波長変換素子10と同様に、透光性放熱層22の励起光入射側表面に、励起光の反射損失低減や蛍光の前方取り出し向上を目的として、反射防止膜やバンドパスフィルターを設けてもよい。また、透光性放熱層22の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。さらに、セラミック蛍光体層21及び透光性放熱層22から外部に励起光及び蛍光が漏れるのを防止するため、各層の側面に反射層を設けてもよい。
Similar to the
本実施形態の波長変換部材20は、例えば以下のようにして作製することができる。
The
セラミック蛍光体と、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、セラミック蛍光体層21用のグリーンシートを作製する。グリーンシートを焼成することによりセラミック蛍光体層21を得る。
A green sheet for the
セラミック蛍光体層21の両面に透光性放熱層22を積層し、加熱圧着することにより波長変換部材20が得られる。あるいは、ポリシラザン等の無機接着剤を介してセラミック蛍光体層21と透光性放熱層22を接合してもよい。また、セラミック蛍光体層21がセラミック蛍光体からなり、透光性放熱層22が透光性セラミックからなる場合には、セラミック蛍光体層21と透光性放熱層22とを放電プラズマ焼結法により接合してもよい。このようにすれば、セラミック蛍光体層21と透光性放熱層22の密着性が良好となり、セラミック蛍光体層21で発生した熱が透光性放熱層22に伝達しやすくなる。
The
本実施形態の波長変換部材20は、3層の積層体であるが、これに限定されるものではなく、例えば、セラミック蛍光体層21と透光性放熱層22とを交互に積層させた4層以上の積層体であってもよい。
The
本実施形態の波長変換部材20は、第1及び第2の実施形態の製造方法のいずれにも適用することができる。また、第3の実施形態の波長変換部材1のように、円柱状や角柱状であってもよい。
The
本実施形態の波長変換部材20を用いた場合にも、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層5を加熱することによりセラミック層4を形成しているため、低温で加熱した場合においても容易に焼結させることができ、緻密なセラミック層4を得ることができる。そのため、セラミック層4の内部に、空隙が形成され難い。また、セラミック層4を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材20と、セラミックからなる放熱部材2とを接着させているため、波長変換部材20と、放熱部材2との密着性が高められており、波長変換部材20と、放熱部材2との間に隙間が形成され難い。よって、セラミック層4を介して、波長変換部材20からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。また、得られた波長変換素子は、波長変換部材20、放熱部材2及び接着層であるセラミック層4が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。
Even when the
[発光装置]
(発光装置の実施形態)
図6は、本発明の第1の実施形態の波長変換素子を用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本実施形態の発光装置30は、第1の実施形態の波長変換素子10を用いた発光装置である。本実施形態の発光装置30において、波長変換素子10は、透過型の波長変換素子として用いられている。
[Light emitting device]
(Embodiment of light emitting device)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing an example of a light emitting device using the wavelength conversion element according to the first embodiment of the present invention. The light emitting device 30 of the present embodiment is a light emitting device using the
図6に示すように、発光装置30は、波長変換素子10と光源11とを備えている。光源11から出射された励起光12は、貫通孔3の一方端3b側から波長変換素子10に入射する。波長変換素子10に入射した励起光12は、波長変換部材1により、励起光12よりも波長の長い蛍光13に波長変換される。また、励起光12の一部は、波長変換素子10を透過する。このため、波長変換素子10からは、励起光12と蛍光13との合成光14が出射する。例えば、励起光12が青色光であり、蛍光13が黄色光である場合、白色の合成光14を得ることができる。合成光14は、貫通孔3の他方端3c側から出射する。
As shown in FIG. 6, the light emitting device 30 includes a
発光装置30において、波長変換素子10は、セラミック層4が波長変換部材1及び貫通孔3に密着しているので、セラミック層4を介して波長変換部材1からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができる。また、波長変換部材1と貫通孔3の間の空隙部分が減少しているので、波長変換部材1からの熱を効果的に放熱部材2に伝達させることができる。そのため、波長変換部材1に励起光12が照射されることにより発生した熱は、放熱部材2を通じて外部に効率良く放出される。よって、波長変換部材1の温度上昇を抑制することができる。
In the light emitting device 30, since the
また、発光装置30において、波長変換素子10は、波長変換部材1、放熱部材2及び接着層であるセラミック層4が全てセラミックにより構成されているので、発光装置30は、耐熱性に優れている。
In the light emitting device 30, the
光源11としては、LEDやLDが挙げられる。発光装置30の発光強度を高める観点からは、光源11は高強度の光を出射できるLDを用いることが好ましい。 Examples of the light source 11 include an LED and an LD. From the viewpoint of increasing the light emission intensity of the light emitting device 30, the light source 11 is preferably an LD capable of emitting high intensity light.
なお、本実施形態の発光装置30において、第1の実施形態の波長変換素子10に代えて、第2〜第4の実施形態の波長変換素子を用いてもよい。
In the light emitting device 30 of the present embodiment, the wavelength conversion elements of the second to fourth embodiments may be used instead of the
1…波長変換部材
1a…側面
2…放熱部材
3…貫通孔
3a…表面
3b…一方端
3c…他方端
4…セラミック層
5…ペースト塗布層
10…波長変換素子
11…光源
12…励起光
13…蛍光
14…合成光
20…波長変換部材
21…セラミック蛍光体層
22…透光性放熱層
30…発光装置
DESCRIPTION OF
Claims (13)
易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する工程と、
前記セラミックペーストを、前記波長変換部材の前記側面及び前記貫通孔の前記表面の少なくとも一方に塗布し、ペースト塗布層を形成する工程と、
前記貫通孔内に前記波長変換部材を配置し、前記ペースト塗布層を加熱することにより、前記バインダーを除去させるとともに、前記易焼結性セラミック粉末を焼結させて前記セラミック層を形成する工程と、
を備える、波長変換素子の製造方法。 A heat dissipating member having a through hole and made of ceramic, a wavelength converting member arranged in the through hole and made of a ceramic phosphor, and a ceramic provided between the wavelength converting member and the through hole And a method of manufacturing a wavelength conversion element in which a surface of the through hole and a side surface of the wavelength conversion member are bonded by the ceramic layer,
Preparing a ceramic paste containing a readily sinterable ceramic powder, a binder, and a solvent;
Applying the ceramic paste to at least one of the side surface of the wavelength conversion member and the surface of the through hole to form a paste coating layer;
Disposing the wavelength conversion member in the through-hole and heating the paste coating layer to remove the binder and sinter the sinterable ceramic powder to form the ceramic layer; and ,
A method for manufacturing a wavelength conversion element.
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