JPWO2016125611A1 - 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
図1の(a)は、本発明の第1の実施形態に係る波長変換部材を示す模式的斜視図であり、(b)は(a)の波長変換部材の側断面の一部を示す図である。
図2は、本発明の第2の実施形態に係る波長変換部材の側断面の一部を示す図である。本実施形態に係る波長変換部材20では、多孔質セラミック層1の蛍光体層2が形成された主面1aとは反対側の主面1b上に放熱層3が設けられている点で、第1の実施形態に係る波長変換部材10と異なる。放熱層3は、第1の多孔質セラミック層1と外径が略同一かつ同心であるリング状である。その他の構成は第1の実施形態に係る波長変換部材10と同じである。多孔質セラミック層1の主面1b上に放熱層3を設けることにより、既述の理由から、蛍光体層2で発生し、第1のセラミック層1に伝導した熱が放熱層3を通じて外部に放出されやすくなる。放熱層3の熱伝導率は5W/m・K以上、10W/m・K以上、特に20W/m・K以上であることが好ましい。
図3は、本発明の第3の実施形態に係る波長変換部材の側断面の一部を示す図である。本実施形態に係る波長変換部材30では、放熱層3の主面3aに、放熱層3と同心であるリング状の穴部Hが設けられており、穴部H内に多孔質セラミック層1が形成されている点で、第2の実施形態に係る波長変換部材20と異なる。蛍光体層2は多孔質セラミック層1の主面1a上に設けられている。具体的には、蛍光体層2は多孔質セラミック層1の主面1aを覆うように形成されており、かつ蛍光体層2の一部は放熱層3の主面3a上に形成されている。本実施形態に係る波長変換部材30では、蛍光体層2の一部が放熱層3上に形成されているため、蛍光体層2で発生した熱をより一層外部に放出しやすくなる。
(4)第4の実施形態に係る波長変換部材
図4は、本発明の第4の実施形態に係る波長変換部材の側断面の一部を示す図である。本実施形態に係る波長変換部材40では、蛍光体層2が穴部Hの内部に形成されている点で、第3の実施形態に係る波長変換部材30とは異なる。具体的には、波長変換部材40の主面3aに形成された穴部Hの内部に、第1の多孔質セラミック層1及び蛍光体層2が順に形成されている。
図5は、本発明の第5の実施形態に係る波長変換部材の側断面の一部を示す図である。本実施形態に係る波長変換部材50では、放熱層3の主面3a上に、放熱層3と同心であるリング状の切り欠き部Cが形成されており、切り欠き部C内に多孔質セラミック層1が形成されている点で、第3の実施形態に係る波長変換部材30と異なる。蛍光体層2は多孔質セラミック層1の主面1a上に設けられている。具体的には、蛍光体層2は多孔質セラミック層1の主面1aを覆うように形成されており、かつ蛍光体層2の一部は放熱層3の主面3a上に形成されている。第3の実施形態に係る波長変換部材30と同様に、本実施形態に係る波長変換部材50では、蛍光体層2の一部が放熱層3上に形成されているため、蛍光体層2で発生した熱をより一層外部に放出しやすくなる。
図6は、本発明の第6の実施形態に係る波長変換部材の側断面の一部を示す図である。本実施形態に係る波長変換部材60では、蛍光体層2が、放熱層3の主面3a上に設けられた切り欠き部Cの内部に形成されている点で、第5の実施形態に係る波長変換部材50とは異なる。具体的には、波長変換部材60の主面3aに形成された切り欠き部Cの内部に、第1の多孔質セラミック層1及び蛍光体層2が順に形成されている。
図7は、本発明の第7の実施形態に係る波長変換部材の側断面の一部を示す図である。本実施形態に係る波長変換部材70では、放熱層3の主面3b上に、第1の多孔質セラミック層1と略同一形状の第2の多孔質セラミック層1’が設けられている。その他の構成は第2の実施形態に係る波長変換部材20と同じである。
図8の(a)は、本発明の第8の実施形態に係る波長変換部材80の平面図であり、(b)は(a)のA−A’断面図である。本実施形態に係る波長変換部材80では、蛍光体層2が形成されている領域の一部において切り欠き部Cが設けられている点で波長変換部材70と異なっている。各層の構成は波長変換部材70と同じである。切り欠き部Cにおいては、蛍光体層2、第1の多孔質セラミック層1、第2の多孔質セラミック層1’及び放熱層3のいずれも形成されておらず、ホイール外周の一部が完全に欠損した形態となっており、励起光が透過できるようになっている。よって、波長変換部材80を用いることにより、励起光を蛍光体層2で波長変換させて蛍光を取り出す場合と、励起光をそのまま取り出す場合の両者を適宜使い分けることができる発光デバイスを得ることができる。
図9の(a)は、本発明の第9の実施形態に係る波長変換部材90の平面図であり、(b)は(a)のA−A’断面図である。波長変換部材90では、蛍光体層2が形成されている領域の一部において切り欠き部Cが設けられている。切り欠き部Cにおいては、蛍光体層2、第1の多孔質セラミック層1及び第2の多孔質セラミック層1’が形成されておらず、放熱層3の主面3a及び3bが露出した状態となっている点で波長変換部材80と異なる。ここで、サファイア等の励起光を透過可能な材料で放熱層3を構成することにより、波長変換部材80と同様に、切り欠き部Cにおいて励起光を透過させることが可能となる。なお、波長変換部材90では、切り欠き部Cにおいて放熱層3が形成されているため、波長変換部材80と比較して、部材全体の質量バランスに優れている。よって、波長変換部材90を高速で回転させた場合の振動や風切り音の発生を抑制することができる。さらに、放熱層3の主面3a及び3bが一部露出しているため、蛍光体層2で発生した熱を外部に放熱させやすい。
図10の(a)は、本発明の第10の実施形態に係る波長変換部材100の平面図、(b)は(a)のA−A’断面図、(c)は放熱層3の平面図である。波長変換部材100では、波長変換部材90と同様に、蛍光体層2が形成されている領域の一部において切り欠き部Cが設けられており、かつ、切り欠き部Cにおいては、蛍光体層2、第1の多孔質セラミック層1及び第2の多孔質セラミック層1’が形成されておらず、放熱層3の主面3a、3bが露出した状態となっている。
本発明の発光デバイスは、上記の波長変換部材(波長変換部材10〜70のいずれか)と、波長変換部材に励起光を照射する光源とを備えてなる。光源としてはLEDやLD等を使用することができる。光源から照射された励起光は波長変換部材における蛍光体層で波長変換されて蛍光を発し、当該蛍光は第1の多孔質セラミック層で反射されて、励起光照射側と同じ側から蛍光が出射される。
(多孔質セラミック層用グリーンシートの作製)
Al2O3粉末(平均粒子径(D50):1μm)に対して、結合剤としてポリブチルメタクリレート、可塑剤としてメチルエチルケトン、溶剤としてブチルベンジルフタレートを適宜添加し、24時間混練することによりスラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法を用いてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に塗布し、乾燥させることにより、多孔質セラミック層用グリーンシート(厚み0.32mm)を得た。
モル%で、SiO2:58%、Al2O3:6%、B2O3:17%、Li2O:8%、Na2O:8%、K2O:3%のガラス組成となるよう原料を調合し、溶融急冷法によってフィルム状ガラスを得た。得られたフィルム状ガラスをボールミルを用いて粉砕し、平均粒子径(D50)が1μmのガラス粉末を得た。
多孔質セラミック層用グリーンシートと、放熱層として緻密質セラミック層(株式会社MARUWA製Al2O3シート 製品名HA−96−2;厚み0.8mm、熱伝導率23W/m・K)を重ね合わせ、熱圧着機を用いて、100℃で5分、10MPaの圧力を印加して両者を密着させた後、大気中にて600℃で8時間脱脂処理を行い、さらに1400℃で5時間焼成することにより、多孔質セラミック層と緻密質セラミック層の2層からなるセラミック層積層体を作製した。
実施例1と同様にして多孔質セラミック層用グリーンシート(厚み0.26mm)を作製した。多孔質セラミック層用グリーンシートを4層重ねて熱圧着機を用いて100℃で5分、10MPaの圧力を印可することにより密着させた後、大気中にて600℃で8時間脱脂処理を行い、1400℃で5時間焼成することにより多孔質セラミック層を得た。多孔質セラミック層の光反射率を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
Al2O3粉末(平均粒子径(D50):1μm)90体積%と易焼結性アルミナ粉末(大明化学工業株式会社製タイミクロンTM−D)10体積%の混合粉末に対して、結合剤としてポリブチルメタクリレート、可塑剤としてメチルエチルケトン、溶剤としてブチルベンジルフタレートを適宜添加し、24時間混練することによりスラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法を用いてポリエチレンテレフタレート(PET)フィルム上に塗布し、乾燥させることにより、多孔質セラミック層用グリーンシート(厚み0.32mm)を得た。
多孔質セラミック層用グリーンシートを作製する際に、Al2O3粉末80体積%と易焼結性アルミナ粉末20体積%の混合粉末を用いたこと以外は、実施例3と同様にして波長変換部材を作製した。
実施例1で得られた蛍光体層用グリーンシートを、緻密質セラミック層(株式会社MARUWA製Al2O3シート 製品名HA−96−2;厚み0.635mm)に熱圧着機を用いて、100℃で5分、10MPaの圧力を印加することにより密着させた後、大気中にて500℃で7時間脱脂処理を行い、さらに700℃で1時間焼成することにより波長変換部材を得た。なお、緻密質セラミック層の光反射率を実施例1と同様にして測定した。結果を表1に示す。
上記のようにして作製した各波長変換部材につき、蛍光ピーク強度と、蛍光体層の表面温度を下記のようにして測定した。結果を表1に示す。なお、測定には図11に示すサイズのもの(各層の厚みは表1に示す通り)を用いた。
1’ 第2の多孔質セラミック層
2 蛍光体層
3 放熱層
10、20、30、40、50、60、70、80、90、100 波長変換部材
31、32 放熱層片
H 穴部
C、C’ 切り欠き部
B 境界部
Claims (14)
- 気孔率が20体積%以上の第1の多孔質セラミック層と、第1の多孔質セラミック層の主面に形成される蛍光体層とを備えることを特徴とする波長変換部材。
- 蛍光体層が、第1の多孔質セラミック層に融着または無機接合層を介して接合していることを特徴とする請求項1に記載の波長変換部材。
- 第1の多孔質セラミック層が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム及び酸化ジルコニウムから選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項1または2に記載の波長変換部材。
- 第1の多孔質セラミック層の、蛍光体層が形成された主面とは反対側の主面に、放熱層が形成され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。
- 放熱層が、気孔率が20体積%未満の緻密質セラミック層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。
- 緻密質セラミック層が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム及び酸化ジルコニウムから選択される少なくとも1種からなることを特徴とする請求項5に記載の波長変換部材。
- 放熱層の、第1の多孔質セラミック層が形成された主面とは反対側の主面に、気孔率20体積%以上の第2の多孔質セラミック層が形成されていることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 第1の多孔質セラミック層と第2の多孔質セラミック層の気孔率、厚み及び/または材質が同一であることを特徴とする請求項7に記載の波長変換部材。
- 第1の多孔質セラミック層及び/または第2の多孔質セラミック層が易焼結性セラミック粉末を含有することを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 第1の多孔質セラミック層及び/または第2の多孔質セラミック層における易焼結性セラミック粉末の含有量が、体積%で0.1〜50%であることを特徴とする請求項9に記載の波長変換部材。
- 蛍光体層が、無機バインダー中に蛍光体が分散してなることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- ホイール形状であることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 請求項1〜12のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
波長変換部材における蛍光体層に励起光を照射する光源とを備えることを特徴とする発光デバイス。 - プロジェクター光源として使用されることを特徴とする請求項13に記載の発光デバイス。
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