JP6753202B2 - Fluorescent light source device - Google Patents
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Description
本発明は、蛍光光源装置に関する。さらに詳しくは、励起光入射面と蛍光出射面とが同一面によって構成された蛍光プレートを備えてなる反射型の蛍光光源装置に関する。 The present invention relates to a fluorescent light source device. More specifically, the present invention relates to a reflection type fluorescence light source device including a fluorescence plate in which an excitation light incident surface and a fluorescence emitting surface are formed on the same surface.
従来、蛍光光源装置の或る種のものとしては、レーザ光を励起光として蛍光プレートの一面に照射することによって当該蛍光プレートの蛍光層を構成する蛍光体を励起し、当該一面から蛍光を出射する構成の反射型のものが知られている。
このような反射型の蛍光光源装置においては、蛍光プレートとして、蛍光層における励起光入射側の反対側に、アルミニウム、銀および金などの金属からなる反射層が設けられたものが用いられている(例えば、特許文献1参照。)。
そして、特許文献1の蛍光光源装置においては、高輝度化を図るために、蛍光層と反射層との間に、当該蛍光層の構成材料よりも屈折率が小さく、その蛍光層の構成材料との屈折率差が0.2以上である材料からなる全反射膜が、蛍光層と直接接触した状態で設けられている。全反射膜は、例えばフッ化マグネシウム(MgF2 )からなるものとされている。また、蛍光層と反射層との間、具体的には全反射膜と反射層との間には、光学多層膜よりなる増反射層、および、必要に応じて金属酸化物よりなる保護膜が積層されている。
Conventionally, as a kind of fluorescence light source device, a phosphor constituting the fluorescence layer of the fluorescence plate is excited by irradiating one surface of the fluorescence plate with laser light as excitation light, and fluorescence is emitted from the one surface. A reflective type with a structure is known.
In such a reflection type fluorescence light source device, a fluorescence plate provided with a reflection layer made of a metal such as aluminum, silver, and gold on the opposite side of the fluorescence layer on the side opposite to the excitation light incident side is used. (See, for example, Patent Document 1.).
Then, in the fluorescent light source device of Patent Document 1, in order to increase the brightness, the refractive index between the fluorescent layer and the reflective layer is smaller than that of the constituent material of the fluorescent layer, and the constituent material of the fluorescent layer is used. A total reflection film made of a material having a refractive index difference of 0.2 or more is provided in a state of being in direct contact with the fluorescent layer. The total reflection film is made of, for example, magnesium fluoride (MgF 2 ). Further, between the fluorescent layer and the reflective layer, specifically, between the total reflective film and the reflective layer, a reflective layer made of an optical multilayer film and, if necessary, a protective film made of a metal oxide are provided. It is laminated.
一方、フラットパネルディスプレイやプロジェクタ等の光学系に使用される反射ミラーにおいても、樹脂製の基板上に金属からなる反射層が形成されたものが知られており、当該反射層は、高い反射率を有する銀からなるものとされている(例えば、特許文献2参照)。 On the other hand, it is known that a reflective mirror used for an optical system such as a flat panel display or a projector has a reflective layer made of metal formed on a resin substrate, and the reflective layer has a high reflectance. It is made of silver having (see, for example, Patent Document 2).
しかしながら、蛍光プレートに反射層が設けられた蛍光光源装置においては、反射層が銀からなるものである場合には、種々の不具合が生じることが明らかとなった。
具体的に説明すると、反射層が酸化劣化し、当該反射層の反射率が低下する、という問題がある。このような問題は、本発明者らの鋭意研究により、蛍光プレートが酸化物からなる構成層を有する場合、特に、反射層に酸化物からなる構成層が直接接触した状態である場合に顕著となることが明らかとなった。また、蛍光層との間に十分な密着性が得られず、よって反射層の剥離が生じる、という問題もある。
However, it has been clarified that in a fluorescence light source device in which a reflection layer is provided on a fluorescence plate, various problems occur when the reflection layer is made of silver.
More specifically, there is a problem that the reflective layer is oxidatively deteriorated and the reflectance of the reflective layer is lowered. According to the diligent research of the present inventors, such a problem is remarkable when the fluorescent plate has a constituent layer made of an oxide, particularly when the constituent layer made of an oxide is in direct contact with the reflective layer. It became clear that Further, there is also a problem that sufficient adhesion to the fluorescent layer cannot be obtained, and thus the reflective layer is peeled off.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、長期間にわたって反射層に高い反射率が得られ、また当該反射層の剥離の発生が抑制された蛍光光源装置を提供することにある。 The present invention has been made based on the above circumstances, and an object of the present invention is a fluorescent light source in which a high reflectance is obtained in the reflective layer for a long period of time and the occurrence of peeling of the reflective layer is suppressed. To provide the device.
本発明の蛍光光源装置は、励起光入射面と蛍光出射面とが同一面によって構成された蛍光プレートを備えてなる蛍光光源装置において、
前記蛍光プレートは、多結晶体から成る蛍光層と、第1酸化物層と、銀からなる反射層とがこの順に積層されており、
前記第1酸化物層と前記反射層との間に第1保護層が設けられており、
前記第1保護層は、窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されており、前記第1酸化物層と、前記第1保護層と、前記反射層と、を覆うように接着層が設けられており、
前記接着層は、前記蛍光層に接着された状態で設けられていることを特徴とする。
The fluorescence light source device of the present invention is a fluorescence light source device including a fluorescence plate in which an excitation light incident surface and a fluorescence emitting surface are formed of the same surface.
In the fluorescent plate, a fluorescent layer made of polycrystalline material, a first oxide layer, and a reflective layer made of silver are laminated in this order.
A first protective layer is provided between the first oxide layer and the reflective layer.
The first protective layer is made of a translucent material made of nitride or fluoride , and is an adhesive layer that covers the first oxide layer, the first protective layer, and the reflective layer. Is provided,
The adhesive layer is provided in a state of being adhered to the fluorescent layer .
本発明の蛍光光源装置においては、前記第1酸化物層は、アルミナからなる酸化物単層膜、および、二酸化ケイ素からなる第1構成層とチタニアからなる第2構成層とよりなる酸化物多層膜の少なくとも一方により構成されていることが好ましい。 In the fluorescent light source device of the present invention, the first oxide layer is an oxide multilayer film composed of an oxide monolayer film made of alumina, a first constituent layer made of silicon dioxide, and a second constituent layer made of titania. It is preferably composed of at least one of the membranes.
本発明の蛍光光源装置は、励起光入射面と蛍光出射面とが同一面によって構成された蛍光プレートを備えてなる蛍光光源装置において、
前記蛍光プレートは、蛍光層と、第1酸化物層と、銀からなる反射層とがこの順に積層されており、
前記第1酸化物層と前記反射層との間に第1保護層が設けられており、
前記反射層における、前記蛍光層、前記第1酸化物層および前記第1保護層が積層された面の反対側の面側に、第2酸化物層が積層されており、
前記第2酸化物層と前記反射層との間に第2保護層が設けられており、
前記第1保護層は、窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されており、
前記第2保護層は、分子構造中に酸素原子を含有しない材料からなる酸素原子非含有材料により構成されていることを特徴とする。
The fluorescence light source device of the present invention is a fluorescence light source device including a fluorescence plate in which an excitation light incident surface and a fluorescence emitting surface are formed of the same surface.
In the fluorescent plate, a fluorescent layer, a first oxide layer, and a reflective layer made of silver are laminated in this order.
A first protective layer is provided between the first oxide layer and the reflective layer.
The second oxide layer is laminated on the surface side of the reflective layer opposite to the surface on which the fluorescent layer, the first oxide layer and the first protective layer are laminated.
A second protective layer is provided between the second oxide layer and the reflective layer.
The first protective layer is made of a translucent material made of nitride or fluoride.
The second protective layer is characterized by being composed of an oxygen atom-free material made of a material containing no oxygen atom in its molecular structure.
本発明の蛍光光源装置においては、前記第2保護層を構成する酸素原子非含有材料は、フッ化マグネシウム、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、アルミニウム、クロムおよびニッケルのいずれかの材料からなることが好ましい。 In fluorescence light source device of the present invention, an oxygen atom-free material constituting the second protective layer is magnesium fluoride, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum, is preferably made of any material of chromium and nickel.
本発明の蛍光光源装置においては、蛍光プレートにおける蛍光層と反射層との間に、第1酸化物層と第1保護層とが設けられていることから、反射層が銀からなるものであっても、蛍光層と反射層との間に高い密着性を得ることができる。また、第1保護層が第1酸化物層と反射層との間に配設されており、当該第1保護層が窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されていることから、蛍光プレートが第1酸化物層を有するものであっても、当該第1酸化物層が設けられていることに起因する、反射層の酸化劣化を防止することができる。
また、蛍光層が多結晶体で構成されているため、蛍光層の熱伝導性を向上できる。
さらに、第1酸化物層と、第1保護層と、反射層の各層を覆うように設けられた接着層は、蛍光層に接着されているため、第1酸化物層と、第1保護層と、反射層とを蛍光層および接着層でまとめて密封でき、反射層の酸化劣化や剥離の発生をより一層抑制できる。
従って、本発明の蛍光光源装置によれば、長期間にわたって反射層に高い反射率が得られ、また当該反射層の剥離の発生が抑制される。
In the fluorescent light source device of the present invention, since the first oxide layer and the first protective layer are provided between the fluorescent layer and the reflective layer in the fluorescent plate, the reflective layer is made of silver. However, high adhesion can be obtained between the fluorescent layer and the reflective layer. Further, since the first protective layer is disposed between the first oxide layer and the reflective layer, and the first protective layer is made of a translucent material made of nitride or fluoride, Even if the fluorescent plate has a first oxide layer, it is possible to prevent oxidative deterioration of the reflective layer due to the provision of the first oxide layer.
Further, since the fluorescent layer is composed of polycrystals, the thermal conductivity of the fluorescent layer can be improved.
Further, since the adhesive layer provided so as to cover each of the first oxide layer, the first protective layer, and the reflective layer is adhered to the fluorescent layer, the first oxide layer and the first protective layer The reflective layer can be sealed together with the fluorescent layer and the adhesive layer, and the occurrence of oxidative deterioration and peeling of the reflective layer can be further suppressed.
Therefore, according to the fluorescent light source device of the present invention, a high reflectance can be obtained in the reflective layer for a long period of time, and the occurrence of peeling of the reflective layer is suppressed.
本発明の蛍光光源装置においては、第1酸化物層を、アルミナからなる酸化物単層膜、および、酸化ケイ素からなる第1構成層とチタニアからなる第2構成層とよりなる酸化物多層膜の少なくとも一方により構成することにより、蛍光プレートがより優れた特性を有するものとなる。 In the fluorescent light source device of the present invention, the first oxide layer is an oxide monolayer film made of alumina, and an oxide multilayer film composed of a first constituent layer made of silicon oxide and a second constituent layer made of titania. The fluorescent plate has more excellent properties when it is composed of at least one of the above.
本発明の蛍光光源装置においては、反射層における、蛍光層、第1酸化物層および第1保護層が積層された面の反対側の面側に、第2酸化物層と酸素原子非含有材料により構成された第2保護層とをこの順に設けることにより、蛍光プレートが第2酸化物層を有するものであっても、当該第2酸化物層が設けられていることに起因する、反射層の酸化劣化を防止することができる。 In the fluorescent light source device of the present invention, the second oxide layer and the oxygen atom-free material are placed on the surface side of the reflective layer opposite to the surface on which the fluorescent layer, the first oxide layer and the first protective layer are laminated. By providing the second protective layer composed of the above in this order, even if the fluorescent plate has the second oxide layer, the reflective layer is caused by the provision of the second oxide layer. It is possible to prevent oxidative deterioration of.
以下、本発明の蛍光光源装置の実施の形態について説明する。
図1は、本発明の蛍光光源装置の構成の一例の概略を示す説明図であり、図2は、図1の蛍光光源装置における蛍光発光部材の具体的な構成を示す説明用分解図である。
この蛍光光源装置10は、図1に示すように、例えば半導体レーザよりなる励起光源11と、励起光源11からの励起光によって蛍光を出射する蛍光プレート21を有する蛍光発光部材20とを備え、これらが互いに離間して配設されたものである。
この図の例において、蛍光発光部材20は、励起光源11に対向するよう、当該励起光源11の光軸に対して傾斜した姿勢で配置されている。
Hereinafter, embodiments of the fluorescent light source device of the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory view showing an outline of an example of the configuration of the fluorescence light source device of the present invention, and FIG. 2 is an explanatory exploded view showing a specific configuration of the fluorescence light emitting member in the fluorescence light source device of FIG. ..
As shown in FIG. 1, the fluorescence
In the example of this figure, the fluorescence
蛍光発光部材20は、平板状の蛍光プレート21が、平板状の放熱基板24の表面(図1における上面)上に配設されたものであり、放熱基板24と蛍光プレート21との間には、矩形平板状の接合部材層28が形成されている。すなわち、蛍光プレート21と放熱基板24とは、接合部材層28によって接合されている。また、蛍光発光部材20は、蛍光プレート21の表面(図1における上面)が、励起光源11に対向するように配置されており、当該蛍光プレート21の表面が、励起光入射面とされていると共に蛍光出射面とされている。すなわち、蛍光プレート21においては、励起光入射面と蛍光出射面とが同一面によって構成されている。
The fluorescence
蛍光プレート21は、図2に示されているように、平板状の蛍光層22と、平板状の第1酸化物層33と、銀からなる、薄膜状の反射層31とがこの順に積層して設けられたものである。この蛍光プレート21においては、蛍光層22の表面(図2における上面)によって当該蛍光プレート21の表面、すなわち蛍光プレート21の励起光入射面および蛍光出射面が構成されており、蛍光層22の裏面(図2における下面)側に、第1酸化物層33と反射層31とがこの順に設けられている。
この図の例において、蛍光プレート21には、蛍光層22の裏面側に、第1酸化物層33および反射層31と、後述する第1保護層32A、第2保護層32Bおよび第2酸化物層37とを覆うように、接着層42と封止層41とが設けられている。具体的には、蛍光層22の裏面には、第1酸化物層33、第1保護層32A、反射層31、第2保護層32Bおよび第2酸化物層37の順に積層された積層体(以下、「反射積層体」ともいう。)が配設されており、この反射積層体を覆うようにして、封止層41が、接着層42によって反射積層体と蛍光層22とに接着された状態で設けられている。すなわち、蛍光層22、接着層42および封止層41により、反射積層体の封止構造が形成されている。
また、封止層41の裏面(図2における下面)には、応力緩和層43、金層45、拡散防止層46および半田濡れ膜層47がこの順に設けられている。応力緩和層43は、チタン層43Aと白金層43Bとを有する多層膜よりなるものである。
In the
In the example of this figure, the
Further, on the back surface of the sealing layer 41 (lower surface in FIG. 2), a
蛍光層22は、蛍光体を含有する多結晶体からなるもの、具体的には、蛍光体と、アルミナ(Al2 O3 )などの金属酸化物との混合焼結体からなるものである。
蛍光層22が多結晶体からなるものであることにより、当該蛍光層22が高い熱伝導性を有するものとなる。
The
Since the
蛍光層22を構成する多結晶体の具体例としては、Al2 O3 /YAG:Ce、Al2 O3 /YAG:Pr、Al2 O3 /YAG:Sm、Al2 O3 /LuAG:Ceなどが挙げられる。これらの多結晶体の蛍光体において、希土類元素(賦活材)のドープ量は、0.5mol%程度である。
この図の例において、蛍光層22は、YAG系蛍光体とアルミナとの混合焼結体(多結晶体)からなるものである。
Specific examples of the polycrystals constituting the
In the example of this figure, the
蛍光層22を構成する多結晶体は、例えば下記の手法によって得ることができる。
先ず、原材料(具体的には母材、賦活材、焼成助剤および金属酸化物(具体的には、例えばアルミナ(Al2 O3 ))を、ボールミルなどを用いて粉砕処理することにより、サブミクロン以下の原材料微粉末を得る。そして、得られた原材料微粉末と、有機溶剤とにより、原材料微粉末が有機溶剤中において均一に分散されてなるスラリーを調製する。
次いで、得られたスラリーからドクターブレード法によって所定の厚みのグリーンシートを作製し、そのグリーンシートを焼成処理することにより焼結体を得る。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工を施すことによって、気孔率が0.5%以下の多結晶体が得られる。
The polycrystals constituting the
First, raw materials (specifically, base material, activator, firing aid and metal oxide (specifically, for example, alumina (Al 2 O 3 )) are pulverized by using a ball mill or the like to sub-process. A raw material fine powder of micron or less is obtained. Then, the obtained raw material fine powder and an organic solvent are used to prepare a slurry in which the raw material fine powder is uniformly dispersed in the organic solvent.
Next, a green sheet having a predetermined thickness is produced from the obtained slurry by the doctor blade method, and the green sheet is fired to obtain a sintered body. Then, by subjecting the obtained sintered body to hot isotropic pressure processing, a polycrystal having a porosity of 0.5% or less can be obtained.
また、蛍光層22の厚みは、励起光有効利用性および排熱性の観点から、0.05〜2.0mmであることが好ましい。
この図の例において、蛍光層22の厚みは、0.10mmである。
The thickness of the
In the example of this figure, the thickness of the
第1酸化物層33は、アルミナ(Al2 O3 )からなる酸化物単層膜(以下、「特定単層膜」ともいう。)34、および、二酸化ケイ素(SiO2 )からなる第1構成層35Aとチタニア(TiO2 )からなる第2構成層35Bとよりなる酸化物多層膜(以下、「特定多層膜」ともいう。)35の少なくとも一方により構成されたものであることが好ましい。
第1酸化物層33を、特定単層膜34および特定多層膜35の少なくとも一方により構成することにより、蛍光プレート21がより優れた特性を有するものとなる。
具体的に説明すると、第1酸化物層33が特定単層膜34を有するものであることによれば、特定単層膜34が優れた耐候性を有するものであるため、反射層31の表面(図2における上面)が、当該反射層31の表面側に積層された構成層(具体的には、特定多層膜35および蛍光層22)を介して蛍光プレート21の内部に侵入した湿気に曝されることを防止または十分に抑制することができる。
一方、第1酸化物層33が特定多層膜35を有するものであることによれば、特定多層膜35が増反射膜として作用することから、蛍光プレート21の反射率(具体的には、蛍光層22の裏面における反射率)を高めることができるため、蛍光プレート21がより一層優れた高反射性能を有するものとなる。
この図の例において、第1酸化物層33は、特定単層膜34と特定多層膜35とにより構成されており、特定単層膜34が反射層31側(図2における下方側)に配設されており、特定多層膜35が蛍光層22側(図2における上方側)に配設されてなるものである。
The first oxide layer 33 has a first configuration made of an oxide single layer film (hereinafter, also referred to as “specific single layer film”) 34 made of alumina (Al 2 O 3 ) and silicon dioxide (SiO 2 ). It is preferably composed of at least one of an oxide multilayer film (hereinafter, also referred to as “specific multilayer film”) 35 composed of a second
By forming the first oxide layer 33 with at least one of the specific
Specifically, according to the fact that the first oxide layer 33 has the specific
On the other hand, according to the fact that the first oxide layer 33 has the
In the example of this figure, the first oxide layer 33 is composed of a specific
第1酸化物層33の厚みは、当該第1酸化物層33の構成によって適宜に定められる。
具体的には、例えば、第1酸化物層33が特定単層膜34により構成されてなる場合には、5〜15nmとされ、また第1酸化物層33が特定多層膜35により構成されてなる場合には、80〜100nmとされる。また、第1の酸化物層33が特定単層膜34と特定多層膜35とにより構成されてなる場合には、85〜115nmとされる。
この図の例において、第1酸化物層33の厚みは、85〜115nmである。すなわち、特定単層膜34の厚みが5〜15nmであって、特定多層膜35の厚みが80〜100nmである。そして、特定多層膜35において、第1構成層35Aの厚みは10nmであって第2構成層35Bの厚みは40nmである。
The thickness of the first oxide layer 33 is appropriately determined by the configuration of the first oxide layer 33.
Specifically, for example, when the first oxide layer 33 is composed of the specific
In the example of this figure, the thickness of the first oxide layer 33 is 85 to 115 nm. That is, the thickness of the
反射層31は、銀からなるものである。具体的には、銀反射膜または銀を主体とする銀合金反射膜よりなるものである。
反射層31が銀からなるものであることにより、銀が高反射特性を有するものであることから、蛍光プレート21(具体的には、蛍光層22の裏面)が高反射性能を有するものとされる。
The
Since the
反射層31の厚みは、例えば110〜350nmである。
また、反射層31の表面の面積は、励起光および蛍光の有効利用性の観点から、蛍光層22の裏面の面積以下であることが好ましい。
この図の例において、反射層31の厚みは、130nmである。また、反射層31の表面は、蛍光層22の裏面の寸法よりも僅かに小さな寸法を有しており、その全面が蛍光層22の裏面の中央部に対向している。
The thickness of the
Further, the area of the front surface of the
In the example of this figure, the thickness of the
そして、蛍光プレート21には、蛍光層22、第1酸化物層33および反射層31と共に、第1酸化物層33と反射層31との間に、薄膜状の第1保護層32Aが設けられている。この第1保護層32Aは、窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されており、励起光および蛍光に対する透光性を有するものである。そして、第1保護層32Aは、反射層31を酸化から保護する機能を有するものである。具体的には、酸素を透過せず、酸素を放出しないものである。
第1保護層32Aが設けられていることにより、銀からなる反射層31(具体的には、反射層31の表面)において、銀の硫化物、銀の酸化物および水酸化銀等の化合物の生成を防止することができる。よって、反射層31の反射率の低下を抑制することができる。そのため、蛍光プレート21が酸化物層(具体的には、第1酸化物層33)を有するものであっても、反射層31の表面が、当該酸化物層から放出される酸素、および、反射層31の表面側に積層された構成層(具体的には、蛍光層22および第1酸化物層33)を介して蛍光プレート21の内部に侵入した酸素に曝されることがない。その結果、反射層31の酸化劣化を防止することができる。
ここに、第1保護層32Aが窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されていることによって、反射層31における、銀の硫化物、銀の酸化物および水酸化銀等の化合物の生成を防止できる理由について説明する。第1保護層32Aを構成する透光性材料は、酸化物以外のものであって、かつ、アモルファス(非晶質)ではなく、結晶質のものであることがよい。透光性材料が酸化物以外のものであることによれば、第1保護層32Aから酸素が放出されることがなく、また、反射膜成膜中の酸素分圧を少なくすることができ、反射層31の酸化を防止することができる。更に、透光性材料が結晶質のものであることによれば、第1保護層32Aは緻密であるため、当該第1保護層32A中に水分を含まず、また、外部からの酸素、硫黄、水等の浸入、及び、第1酸化物層33からの酸素、特に第1構成層35Aを構成する二酸化ケイ素(SiO2 )中の水の反射層31への拡散をより防止することができるものとなる。そのため、第1保護層32Aを、酸化物ではなく、かつ、結晶質である、窒化物またはフッ化物からなる透光性材料によって構成することにより、反射層31を構成する銀が、酸素、硫黄、水などと反応することを防止できる。
The
By providing the first protective layer 32A, in the
Here, since the first protective layer 32A is composed of a translucent material made of nitride or fluoride, the compound such as silver sulfide, silver oxide and silver hydroxide in the
また、図2に示されているように、第1保護層32Aを、反射層31に直接接触した状態で設けることによれば、後述する実験例からも明らかなように、反射層31に高い反射率が得られる。
Further, as shown in FIG. 2, according to the provision of the first protective layer 32A in a state of being in direct contact with the
第1保護層32Aを構成する透光性材料として用いられる窒化物としては、窒化アルミニウム(AlN)等の金属窒化物および窒化ケイ素(Si3 N4 )などが挙げられる。
また、第1保護層32Aを構成する透光性材料として用いられるフッ化物としては、フッ化マグネシウム(MgF2 )などの金属フッ化物が挙げられる。
そして、第1保護層32Aを構成する透光性材料は、前述したように、酸素放出防止、並びに、酸素、硫黄および水等の浸入防止の観点から、フッ化マグネシウム(MgF2 )、窒化ケイ素(Si3 N4 )、窒化アルミニウム(AlN)であることが好ましい。
この図の例において、第1保護層32Aは、フッ化マグネシウム(MgF2 )によって構成されている。
Examples of the nitride used as the translucent material constituting the first protective layer 32A include metal nitrides such as aluminum nitride (AlN) and silicon nitride (Si 3 N 4 ).
Further, examples of the fluoride used as the translucent material constituting the first protective layer 32A include metal fluorides such as magnesium fluoride (MgF 2 ).
As described above, the translucent material constituting the first protective layer 32A includes magnesium fluoride (MgF 2 ) and silicon nitride from the viewpoint of preventing oxygen release and infiltration of oxygen, sulfur, water and the like. (Si 3 N 4 ) and aluminum nitride (AlN) are preferable.
In the example of this figure, the first protective layer 32A is composed of magnesium fluoride (MgF 2 ).
第1保護層32Aの厚みは、1〜80nmであることが好ましい。更に好ましくは40〜80nmである。第1保護層32Aの厚みが40〜80nmであることにより、反射層31を構成する銀が、酸素、硫黄、水などと反応することを防止できる。
また、第1保護層32Aの裏面(図2における下面)の面積は、反射層31の保護の観点から、反射層31の表面の面積と同等であることが好ましい。
この図の例において、第1保護層32Aの厚みは、40nmである。また、第1保護層32Aの裏面は、反射層31の表面の寸法と同等の寸法を有しており、当該第1保護層32Aが、反射層31の表面の全面を覆っている。
The thickness of the first protective layer 32A is preferably 1 to 80 nm. More preferably, it is 40 to 80 nm. When the thickness of the first protective layer 32A is 40 to 80 nm, it is possible to prevent the silver constituting the
Further, the area of the back surface (lower surface in FIG. 2) of the first protective layer 32A is preferably the same as the area of the front surface of the
In the example of this figure, the thickness of the first protective layer 32A is 40 nm. Further, the back surface of the first protective layer 32A has the same dimensions as the surface of the
また、蛍光プレート21には、図2に示されているように、反射層31における、第1保護層32A、第1酸化物層33および蛍光層22が積層された面の反対側、すなわち反射層31の裏面側(図2における下面側)に、第2酸化物層37が積層されており、当該第2酸化物層37と反射層31との間に第2保護層32Bが設けられていることが好ましい。すなわち、蛍光プレート21において、反射層31の裏面側に第2酸化物層37を設ける場合には、その第2酸化物層37と反射層31との間に第2保護層32Bを介在させることが好ましい。この第2保護層32Bは、分子構造中に酸素原子を含有しない材料からなる酸素原子非含有材料により構成されており、反射層31を酸化から保護する機能を有するものである。具体的には、酸素を透過せず、酸素を放出しないものである。
第2保護層32Bが設けられていることによれば、蛍光プレート21が酸化物層(具体的には、第2酸化物層37)を有するものであっても、反射層31の裏面が、当該酸化物層から放出される酸素に曝されることがない。その結果、反射層31の酸化劣化を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 2, the
According to the provision of the second
この第2保護層32Bは、励起光および蛍光に対する透光性を有するものであってもよく、また非透光性のものであってもよい。
The second
第2保護層32Bを構成する酸素原子非含有材料は、フッ化物、窒化物または金属からなるものであることが好ましい。
具体的には、酸素原子非含有材料は、フッ化マグネシウム(MgF2 )、窒化ケイ素(Si3 N4 )、窒化アルミニウム(AlN)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)およびニッケル(Ni)のいずれかの材料からなることが好ましい。
酸素原子非含有材料が、フッ化マグネシウム(MgF2 )、窒化ケイ素(Si3 N4 )、窒化アルミニウム(AlN)、アルミニウム(Al)、クロム(Cr)およびニッケル(Ni)のいずれかの材料からなることにより、反射層31(具体的には、反射層31の裏面)が、酸化物層(具体的には、第2酸化物層37)から放出される酸素に曝されることがない。
この図の例において、第2保護層32Bは、フッ化マグネシウム(MgF2 )によって構成されている。
The oxygen atom-free material constituting the second
Specifically, the oxygen atom-free material is any one of magnesium fluoride (MgF2), silicon nitride (Si3 N4), aluminum nitride (AlN), aluminum (Al), chromium (Cr) and nickel (Ni). It is preferably made of a material .
Oxygen-free material, magnesium fluoride (MgF2), silicon nitride (Si3 N4), aluminum nitride (AlN), aluminum (Al), by made of any material of chromium (Cr) and nickel (Ni) , The reflective layer 31 (specifically, the back surface of the reflective layer 31) is not exposed to oxygen released from the oxide layer (specifically, the second oxide layer 37).
In the example of this figure, the second
第2保護層32Bの厚みは、1〜30nmであることが好ましい。
また、第2保護層32Bの表面(図2における上面)の面積は、反射層31の保護の観点から、反射層31の裏面の面積と同等であることが好ましい。
この図の例において、第2保護層32Bの表面は、反射層31の裏面の寸法と同等の寸法を有しており、当該第2保護層32Bが、反射層31の裏面の全面を覆っている。
The thickness of the second
Further, the area of the front surface (upper surface in FIG. 2) of the second
In the example of this figure, the front surface of the second
第2酸化物層37は、金属酸化物からなるものであることが好ましい。
具体的には、第2酸化物層37は、アルミナ(Al2 O3 )からなる金属酸化物単層膜(特定単層膜)により構成されたものであることが好ましい。
第2酸化物層37が特定単層膜により構成されたものであることにより、当該特定単層膜が優れた耐候性を有するものであるため、反射層31の裏面が湿気に曝されることを防止または十分に抑制することができる。
この図の例において、第2酸化物層37は、アルミナ(Al2 O3 )からなる金属酸化物単層膜により構成されている。
The
Specifically, the
Since the
In the example of this figure, the
第2酸化物層37の厚みは、当該第2酸化物層37の材質によって適宜に定められる。
具体的には、例えば、第2酸化物層37が金属酸化物単層膜により構成されてなる場合、すなわち第2酸化物層37の材質がアルミナである場合には、5〜30nmとされる。
この図の例において、第2酸化物層37の厚みは、20nmである。
The thickness of the
Specifically, for example, when the
In the example of this figure, the thickness of the
放熱基板24は、蛍光プレート21(蛍光層22)において発生した熱を排熱する機能を有するものである。
この放熱基板24は、高熱伝導性を有すると共に、蛍光プレート21(蛍光層22の構成材料(多結晶体))との熱膨張係数の差が小さい材料よりなるものであることが好ましい。
The
The
放熱基板24の構成材料としては、銅(Cu)およびモリブデンと銅との合金(Mo−Cu)などの金属が用いられる。
ここに、放熱基板24の構成材料として用いられる銅の熱膨張係数は16.5×10-6〔1/K〕であり、モリブデンと銅との合金(銅(Cu)の含有割合30質量%)の熱膨張係数は8.6×10-6〔1/K〕である。一方、蛍光層22の構成材料として用いられるYAGの熱膨張係数は8.6×10-6〔1/K〕である。
図の例において、放熱基板24は、銅よりなるものである。
As a constituent material of the
Here, the coefficient of thermal expansion of copper used as a constituent material of the
In the example of the figure, the
放熱基板24において、厚みは、放熱特性を考慮して適宜に定めればよく、例えば0.5〜5.0mmである。
また、放熱基板24の表面の面積は、図1および図2に示されているように、排熱性などの観点から、蛍光プレート21の裏面の面積よりも大きいことが好ましい。
また、放熱基板24は、放熱フィンの機能を兼ね備えたものであってもよい。
この図の例において、放熱基板24の厚みは0.5〜4mmである。
The thickness of the
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the area of the front surface of the
Further, the
In the example of this figure, the thickness of the
また、放熱基板24には、接合部材層28との接合性の観点から、図2に示されているように、当該放熱基板24の表面に、保護膜層25および半田濡れ膜層26がこの順に積層された金属膜が形成されていることが好ましい。
この図の例において、放熱基板24は、外表面全面(表面、裏面および周側面)が、保護膜層25および半田濡れ膜層26よりなる金属膜で覆われてなるものである。この金属膜を構成する各層の厚みは、保護膜層25が2.5μm、半田濡れ膜層26が0.03μmである。
Further, on the
In the example of this figure, the
接合部材層28を構成する接合部材としては、排熱性および低応力性の観点から、スズを含有する半田を使用することが好ましい。
接合部材として用いられるスズを含有する半田の具体例としては、例えば金スズ合金(AuSn,スズ(Sn)の含有割合20質量%,熱伝導率250W/mk)およびスズ−銀−銅合金(Sn−3Ag−0.5Cu(銀(Ag)の含有割合3質量%、銅(Cu)の含有割合0.5質量%、スズ(Sn)の含有割合96.5質量%),熱伝導率55W/mk)などが挙げられる。
また、接合部材層28の厚みは、例えば30μmである。
この図の例において、接合部材による蛍光プレート21と放熱基板24との接合方法としては、例えばリフロー炉を用い、フラックスフリー半田シート(接合部材)を、蛍光プレート21と放熱基板24との間に挟み、蟻酸ガスまたは水素ガスの雰囲気中において加熱を行うリフロー方式が用いられている。このように、蟻酸または水素の還元力を利用してフラックスフリー半田シートの表面酸化膜を除去してリフローを行う接合方法によれば、形成される接合部材層28にボイドが生じることがなく、良好な熱伝導性が得られる。
As the joining member constituting the joining
Specific examples of tin-containing solder used as a joining member include, for example, a gold-tin alloy (AuSn, tin (Sn) content ratio of 20% by mass, thermal conductivity 250 W / mk) and a tin-silver-copper alloy (Sn). -3Ag-0.5Cu (silver (Ag) content 3% by mass, copper (Cu) content 0.5% by mass, tin (Sn) content 96.5% by mass), thermal conductivity 55W / mk) and the like.
The thickness of the joining
In the example of this figure, as a method of joining the
このような構成の蛍光光源装置10においては、励起光源11から出射された励起光は、蛍光発光部材20における蛍光プレート21の表面(励起光入射面)に照射され、当該蛍光プレート21に入射する。そして、蛍光プレート21においては、蛍光層22を構成する蛍光体が励起される。これにより、蛍光層22において蛍光体から蛍光が放射される。この蛍光は、蛍光体に吸収されずに蛍光層22の裏面において反射層31によって反射された励起光と共に蛍光プレート21の表面(蛍光出射面)から外部に出射され、蛍光光源装置10の外部に出射される。
In the fluorescence
而して、蛍光光源装置10においては、蛍光プレート21において、蛍光層22と反射層31との間に、第1酸化物層33と第1保護層32Aとが設けられていることから、当該反射層31が、蛍光層22に対する密着性の小さい銀からなるものであっても、蛍光層22と反射層31との間に高い密着性を得ることができる。また、第1保護層32Aが第1酸化物層33と反射層31との間に配設されており、当該第1保護層32Aが窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成され、酸素を透過せず、酸素を放出しないものであることから、蛍光プレート21が第1酸化物層33を有するものであっても、当該第1酸化物層33が設けられていることに起因する、反射層31の酸化劣化を防止することができる。
従って、蛍光光源装置10によれば、長期間にわたって反射層31に高い反射率が得られ、また当該反射層31の剥離の発生が抑制される。
Therefore, in the fluorescence
Therefore, according to the fluorescent
また、蛍光光源装置10においては、第1酸化物層33が、特定単層膜34と特定多層膜35とにより構成されていることから、反射層31の表面が湿気に曝されることを防止または十分に抑制することができ、また、蛍光プレート21がより一層優れた高反射性能を有するものとなる。
Further, in the fluorescence
また、蛍光光源装置10においては、蛍光プレート21に、第2酸化物層37と共に、当該第2酸化物層37と反射層31との間に第2保護層32Bが設けられていることから、当該第2酸化物層37が設けられていることに起因する、反射層31の酸化劣化を防止することができる。
Further, in the fluorescent
以上において、本発明の蛍光光源装置を具体的な例を用いて説明したが、本発明の蛍光光源装置はこれに限定されるものではない。
例えば、蛍光プレートは、当該蛍光プレートの表面に、複数の凸部が周期的に配列されてなる周期構造が形成されたものであってもよい。ここに、蛍光プレートの表面の周期構造は、例えば略錐形状(具体的には、錐状または錐台状)の凸部が密集した状態で二次元周期的に配列されてなるものである。また、蛍光プレートが表面に周期構造を有するものである場合には、その蛍光プレートは、製造容易性の観点から、蛍光層の表面に、励起光および蛍光に対する光透過性を有する周期構造体層が積層されたものであることが好ましい。
In the above, the fluorescent light source device of the present invention has been described with reference to specific examples, but the fluorescent light source device of the present invention is not limited thereto.
For example, the fluorescent plate may have a periodic structure in which a plurality of convex portions are periodically arranged on the surface of the fluorescent plate. Here, the periodic structure of the surface of the fluorescent plate is, for example, a structure in which convex portions having a substantially conical shape (specifically, a conical shape or a frustum shape) are densely arranged in a two-dimensional periodic manner. When the fluorescent plate has a periodic structure on its surface, the fluorescent plate has a periodic structure layer having light transmission to excitation light and fluorescence on the surface of the fluorescent layer from the viewpoint of ease of manufacture. Is preferably laminated.
また、蛍光光源装置全体の構造は、図1に示すものに限定されず、種々の構成を採用することができる。例えば、図1に係る蛍光光源装置では、1つの励起光源(例えば、半導体レーザ)の光を用いているが、励起光源が複数あり、蛍光発光部材の前に集光レンズを配置して、集光光を蛍光発光部材に照射する形態であってもよい。また、励起光は半導体レーザによる光に限るものではなく、蛍光プレートにおける蛍光体を励起することができるものであれば、LEDによる光を集光したものでもよく、更には、水銀、キセノン等が封入されたランプからの光であってもよい。尚、ランプやLEDのように放射波長に幅を持つ光源を利用した場合には、励起光の波長は主たる放射波長の領域である。ただし、本発明においては、これに限定されるものではない。 Further, the structure of the entire fluorescent light source device is not limited to that shown in FIG. 1, and various configurations can be adopted. For example, in the fluorescence light source device according to FIG. 1, the light of one excitation light source (for example, a semiconductor laser) is used, but there are a plurality of excitation light sources, and a condenser lens is arranged in front of the fluorescence light emitting member to collect light. It may be in the form of irradiating the fluorescent light emitting member with light. Further, the excitation light is not limited to the light emitted by the semiconductor laser, and as long as it can excite the phosphor in the fluorescent plate, the light emitted by the LED may be condensed, and mercury, xenone, etc. may be used. It may be light from an enclosed lamp. When a light source having a width in the radiation wavelength such as a lamp or an LED is used, the wavelength of the excitation light is in the region of the main radiation wavelength. However, the present invention is not limited to this.
以下、本発明の実験例について説明する。 Hereinafter, experimental examples of the present invention will be described.
<実験例1>
銀よりなる反射膜の表面および裏面の各々に、アルミナ(Al2 O3 )からなる金属酸化物層を形成した実験用反射積層体(以下、「反射積層体A」ともいう。)を作製した。
また、反射積層体Aにおいて、アルミナ(Al2 O3 )よりなる金属酸化物層に代えて、フッ化マグネシウム(MgF2 )からなる金属フッ化物層を作成したこと以外は、当該反射積層体Aと同様の構成の実験用反射積層体(以下、「反射積層体B」ともいう。)を作製した。すなわち、反射積層体Bは、銀よりなる反射膜の表面および裏面の各々に、フッ化マグネシウム(MgF2 )金属フッ化物層が形成されたものである。
そして、作製した反射積層体Aおよび反射積層体Bの各々に対して、光入射角度5°の光照射条件によって光を照射することにより、直線反射率測定を行い、分光反射率を測定した。結果を図3に示す。図3においては、反射積層体Aの分光反射率が破線で示されており、反射積層体Bの分光反射率が実線で示されている。
<Experimental Example 1>
An experimental reflective laminate (hereinafter, also referred to as "reflective laminate A") in which a metal oxide layer made of alumina (Al 2 O 3 ) was formed on each of the front surface and the back surface of the reflective film made of silver was prepared. ..
Further, in the reflective laminate A, except that a metal fluoride layer made of magnesium fluoride (MgF 2 ) was prepared instead of the metal oxide layer made of alumina (Al 2 O 3 ). An experimental reflective laminate having the same configuration as that of the above (hereinafter, also referred to as “reflective laminate B”) was produced. That is, the reflective laminate B has a magnesium fluoride (MgF 2 ) metal fluoride layer formed on each of the front surface and the back surface of the reflective film made of silver.
Then, linear reflectance was measured by irradiating each of the produced reflective laminate A and reflective laminate B with light under light irradiation conditions at a light incident angle of 5 °, and the spectral reflectance was measured. Results are shown in FIG. In FIG. 3, the spectral reflectance of the reflective laminate A is shown by a broken line, and the spectral reflectance of the reflective laminate B is shown by a solid line.
図3の結果から、反射積層体Aの波長435〜660nmの光の反射率の平均値は、96.8%であり、一方、反射積層体Bの波長435〜660nmの光の反射率の平均値は、97.7%であり、よって、反射積層体Bの反射率が、反射積層体Aの反射率に比して、約1%高いことが確認された。
この結果から、銀からなる反射層の表裏面の各々に酸化物層に代えて、酸素を透過せず、酸素を放出しない保護層を設けることにより、蛍光プレートからの、励起パワーに対する蛍光パワーの割合である外部量子効率は65%から68.3%となり、3.3%明るくなることが明らかとなった。
また、本発明の構成である反射積層体Bの構成では、銀からなる反射層の剥離が発生することなく、長期間にわたって高い反射率を維持できることが判った。
From the results shown in FIG. 3, the average reflectance of light having a wavelength of 435 to 660 nm of the reflective laminate A is 96.8%, while the average reflectance of light having a wavelength of 435 to 660 nm of the reflective laminate B is average. The value was 97.7%, and it was confirmed that the reflectance of the reflective laminate B was about 1% higher than the reflectance of the reflective laminate A.
From this result, by providing a protective layer that does not allow oxygen to permeate and does not release oxygen on each of the front and back surfaces of the reflection layer made of silver instead of the oxide layer, the fluorescence power from the fluorescence plate with respect to the excitation power can be obtained. It was revealed that the external quantum efficiency, which is a ratio, increased from 65% to 68.3% and became 3.3% brighter.
Further, it was found that in the configuration of the reflective laminate B, which is the configuration of the present invention, high reflectance can be maintained for a long period of time without peeling of the reflective layer made of silver.
10 蛍光光源装置
11 励起光源
20 蛍光発光部材
21 蛍光プレート
22 蛍光層
24 放熱基板
25 保護膜層
26 半田濡れ膜層
28 接合部材層
31 反射層
32A 第1保護層
32B 第2保護層
33 第1酸化物層
34 酸化物単層膜(特定単層膜)
35 酸化物多層膜(特定多層膜)
35A 第1構成層
35B 第2構成層
37 第2酸化物層
41 封止層
42 接着層
43 応力緩和層
43A チタン層
43B 白金層
45 金層
46 拡散防止層
47 半田濡れ膜層
10 Fluorescent
35 Oxide multilayer film (specific multilayer film)
35A 1st
Claims (4)
前記蛍光プレートは、多結晶体から成る蛍光層と、第1酸化物層と、銀からなる反射層とがこの順に積層されており、
前記第1酸化物層と前記反射層との間に第1保護層が設けられており、
前記第1保護層は、窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されており、前記第1酸化物層と、前記第1保護層と、前記反射層と、を覆うように接着層が設けられており、
前記接着層は、前記蛍光層に接着された状態で設けられていることを特徴とする蛍光光源装置。 In a fluorescence light source device including a fluorescence plate in which an excitation light incident surface and a fluorescence emitting surface are formed on the same surface.
In the fluorescent plate, a fluorescent layer made of polycrystalline material, a first oxide layer, and a reflective layer made of silver are laminated in this order.
A first protective layer is provided between the first oxide layer and the reflective layer.
The first protective layer is made of a translucent material made of nitride or fluoride , and is an adhesive layer that covers the first oxide layer, the first protective layer, and the reflective layer. Is provided,
A fluorescent light source device characterized in that the adhesive layer is provided in a state of being adhered to the fluorescent layer .
前記蛍光プレートは、蛍光層と、第1酸化物層と、銀からなる反射層とがこの順に積層されており、
前記第1酸化物層と前記反射層との間に第1保護層が設けられており、
前記反射層における、前記蛍光層、前記第1酸化物層および前記第1保護層が積層された面の反対側の面側に、第2酸化物層が積層されており、
前記第2酸化物層と前記反射層との間に第2保護層が設けられており、
前記第1保護層は、窒化物またはフッ化物からなる透光性材料により構成されており、
前記第2保護層は、分子構造中に酸素原子を含有しない材料からなる酸素原子非含有材料により構成されていることを特徴とする蛍光光源装置。 In a fluorescence light source device including a fluorescence plate in which an excitation light incident surface and a fluorescence emitting surface are formed on the same surface.
In the fluorescent plate, a fluorescent layer, a first oxide layer, and a reflective layer made of silver are laminated in this order.
A first protective layer is provided between the first oxide layer and the reflective layer.
The second oxide layer is laminated on the surface side of the reflective layer opposite to the surface on which the fluorescent layer, the first oxide layer and the first protective layer are laminated.
A second protective layer is provided between the second oxide layer and the reflective layer.
The first protective layer is made of a translucent material made of nitride or fluoride.
The second protective layer is a fluorescence light source device characterized in that it is made of an oxygen atom-free material made of a material that does not contain oxygen atoms in its molecular structure.
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