JPWO2016125611A1 - 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス - Google Patents

波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス Download PDF

Info

Publication number
JPWO2016125611A1
JPWO2016125611A1 JP2016573282A JP2016573282A JPWO2016125611A1 JP WO2016125611 A1 JPWO2016125611 A1 JP WO2016125611A1 JP 2016573282 A JP2016573282 A JP 2016573282A JP 2016573282 A JP2016573282 A JP 2016573282A JP WO2016125611 A1 JPWO2016125611 A1 JP WO2016125611A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
wavelength conversion
conversion member
porous ceramic
ceramic layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2016573282A
Other languages
English (en)
Inventor
忠仁 古山
忠仁 古山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
Publication of JPWO2016125611A1 publication Critical patent/JPWO2016125611A1/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B41/00After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
    • C04B41/80After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone of only ceramics
    • C04B41/81Coating or impregnation
    • C04B41/85Coating or impregnation with inorganic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V1/00Shades for light sources, i.e. lampshades for table, floor, wall or ceiling lamps
    • F21V1/14Covers for frames; Frameless shades
    • F21V1/16Covers for frames; Frameless shades characterised by the material
    • F21V1/17Covers for frames; Frameless shades characterised by the material the material comprising photoluminescent substances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/22Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00Reflectors for light sources
    • F21V7/22Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F21V7/24Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material
    • F21V7/26Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material the material comprising photoluminescent substances
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21LIGHTING
    • F21VFUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • F21V9/45Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity by adjustment of photoluminescent elements
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/007Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light
    • G02B26/008Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements the movable or deformable optical element controlling the colour, i.e. a spectral characteristic, of the light in the form of devices for effecting sequential colour changes, e.g. colour wheels
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
    • G03B21/16Cooling; Preventing overheating
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03BAPPARATUS OR ARRANGEMENTS FOR TAKING PHOTOGRAPHS OR FOR PROJECTING OR VIEWING THEM; APPARATUS OR ARRANGEMENTS EMPLOYING ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ACCESSORIES THEREFOR
    • G03B21/00Projectors or projection-type viewers; Accessories therefor
    • G03B21/14Details
    • G03B21/20Lamp housings
    • G03B21/2006Lamp housings characterised by the light source
    • G03B21/2033LED or laser light sources
    • G03B21/204LED or laser light sources using secondary light emission, e.g. luminescence or fluorescence
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/64Heat extraction or cooling elements
    • H01L33/647Heat extraction or cooling elements the elements conducting electric current to or from the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141Constructional details thereof
    • H04N9/3144Cooling systems
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N9/00Details of colour television systems
    • H04N9/12Picture reproducers
    • H04N9/31Projection devices for colour picture display, e.g. using electronic spatial light modulators [ESLM]
    • H04N9/3141Constructional details thereof
    • H04N9/315Modulator illumination systems
    • H04N9/3158Modulator illumination systems for controlling the spectrum
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H01L33/50Wavelength conversion elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Projection Apparatus (AREA)
  • Porous Artificial Stone Or Porous Ceramic Products (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)

Abstract

セラミック層を反射層として有し、発光強度に優れた波長変換部材及びそれを用いた発光デバイスを提供する。気孔率が20体積%以上の第1の多孔質セラミック層1と、第1の多孔質セラミック層1の主面1aに形成される蛍光体層2とを備えることを特徴とする波長変換部材10。

Description

本発明は、プロジェクター用蛍光ホイール等として好適な波長変換部材及びそれを用いた発光デバイスに関するものである。
近年、プロジェクターを小型化するため、LED(Light Emitting Diode)等の光源と蛍光体とを用いた発光デバイスが提案されている。例えば、光源の光を蛍光体層で波長変換し、得られた蛍光を、波長変換部材に隣接して設けられた反射層により光源の入射側に反射させて外部に取り出す、いわゆる反射型の蛍光ホイールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。反射型の蛍光ホイールは外部への蛍光取出し効率が高く、プロジェクターを高輝度化しやすいという利点がある。
特許文献1では、反射層として金、銀、銅、アルミニウム等の金属層が開示されている。金属層は熱伝導率も高いため、蛍光体層に発生した熱を効率良く外部に放出できることから、蛍光体の温度消光(蛍光体の温度上昇により発光強度が低下する現象)を効果的に抑制できるという利点がある。
特開2015−1709号公報
金属層は熱膨張係数が比較的大きいため、光源から光を照射した場合、あるいは光照射を停止した場合の膨張及び収縮の割合が大きい。そのため、蛍光体層との熱膨張係数差に起因して、蛍光体層にクラックが入ったり、剥離するおそれがある。そこで、熱膨張係数が比較的小さく、熱伝導率が比較的高いセラミック層を反射層として使用することが考えられるが、セラミック層は反射率に劣り、十分な発光強度が得られないという問題がある。
以上に鑑み、本発明は、セラミック層を反射層として有し、発光強度に優れた波長変換部材及びそれを用いた発光デバイスを提供することを技術課題とする。
本発明の波長変換部材は、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。
本発明の波長変換部材において、第1の多孔質セラミック層は反射層としての機能を果たす。具体的には、励起光を、蛍光体層の主面(第1の多孔質セラミック層側とは反対側の主面)に照射することにより発生した蛍光は、第1の多孔質セラミック層で反射されて、蛍光体層における励起光入射面と同じ主面から外部に照射される。ここで、第1の多孔質セラミック層は20体積%以上の気孔率を有することにより、高い光反射率を示す。具体的には、第1の多孔質セラミック層の内部に存在する気孔とセラミックスとの界面では、両者の屈折率差に起因して光が反射されやすい。本発明では、第1の多孔質セラミック層における気孔の割合が20体積%以上と大きく、光反射に寄与する上記界面が多く存在するため、第1の多孔質セラミック層全体として光反射率が大きくなる。結果として、蛍光体層で発生した蛍光を第1の多孔質セラミック層で効率良く反射することができ、波長変換部材の発光強度を向上させることが可能となる。また、蛍光体層で発生した熱は第1の多孔質セラミック層を通して放熱される。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。
上記構成によれば、耐熱性の低い樹脂接着剤等を使用することなく、蛍光体層と第1の多孔質セラミック層を接合することができるため、耐熱性に優れた波長変換部材を得ることができる。具体的には、樹脂接着剤は励起光の照射熱により劣化して黒化するため、発光強度が経時的に低下しやすいが、上記構成によればそのような問題が生じにくい。また、樹脂接着剤は熱伝導性が低いため、蛍光体層と第1の多孔質セラミック層を樹脂接着剤で接着した場合は、蛍光体層で発生した熱が第1の多孔質セラミック層側に放熱されにくい。一方、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れば、蛍光体層で発生した熱が第1の多孔質セラミック層側に効率良く放熱されやすい。
本発明の波長変換部材において、第1の多孔質セラミック層は、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種からなることが好ましい。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。
蛍光体層で発生した熱は、第1の多孔質セラミック層に伝達されるが、第1の多孔質セラミック層には多数の気孔が存在するため熱伝導性が不十分な場合がある。このような場合に、上記構成を採用すれば、蛍光体層で発生し、第1のセラミック層に伝導した熱が放熱層を通じて外部に放出されやすくなる。よって、蛍光体層における発熱をより一層抑制することが可能となる。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。
緻密質セラミック層は、断熱性を有する気孔の割合が20体積%未満と低いため、比較的熱伝導性に優れる。また、第1の多孔質セラミック層で反射されずに透過した光を緻密質セラミック層で反射することができるため、波長変換部材全体として光反射率を向上させることが可能となる。
本発明の波長変換部材において、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種からなることが好ましい。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。
後述するように、第1の多孔質セラミック層は、例えば原料となるグリーンシートの焼成により作製される。ここで、グリーンシートは焼成により収縮しやすいため、第1の多孔質セラミック層及び放熱層を含む積層体に反りが発生する場合がある。特に、各層の厚みが小さい場合は、反りが発生しやすい。そこで、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を形成することにより、放熱層と第1のセラミック層の間に発生する応力と、放熱層と第2のセラミック層の間に発生する応力のバランスがとれ、焼成時における反りが発生しにくくなる。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。このようにすれば、本発明の波長変換部材の製造時のグリーンシートの焼成工程における反りの問題を効果的に抑制することができる。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。このようにすれば、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の抗折強度が向上し、結果として波長変換部材全体の抗折強度も向上させることができる。
本発明の波長変換部材において、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%であることが好ましい。
本発明の波長変換部材において、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が好ましい。このようにすれば、蛍光体層の耐熱性が向上しやすくなり、励起光照射による蛍光体層の破損等の不具合が生じにくくなる。
本発明の波長変換部材は、ホイール形状であってもよい。この場合、プロジェクター光源の構成部材として好適となる。
本発明の発光デバイスは、上記の波長変換部材と、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。
本発明の発光デバイスは、プロジェクター光源として使用することができる。
本発明によれば、セラミック層を反射層として有し、発光強度に優れた波長変換部材及びそれを用いた発光デバイスを提供することができる。
(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。 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。 (a)は、本発明の第8の実施形態に係る波長変換部材の平面図であり、(b)は(a)のA−A’断面図である。 (a)は、本発明の第9の実施形態に係る波長変換部材の平面図であり、(b)は(a)のA−A’断面図である。 (a)は、本発明の第10の実施形態に係る波長変換部材の平面図、(b)は(a)のA−A’断面図、(c)は(a)における放熱層の平面図である。 実施例において、特性評価を行うための波長変換部材のサンプルを示す模式的平面図である。
以下、本発明の波長変換部材の実施形態を図面を用いて説明する。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。
(1)第1の実施形態に係る波長変換部材
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。
波長変換部材10は、リング状の第1の多孔質セラミック層1と、その主面に第1の多孔質セラミック層1と外径が略同一であり、かつ同心となるように形成されたリング状の蛍光体層2を備えたホイール形状を有している。具体的には、第1の多孔質セラミック層1は主面1aと主面1bを有しており、主面1a上に蛍光体層2が形成されている。励起光は蛍光体層2の主面2a側から入射し、蛍光体層2に含まれる蛍光体により波長変換されて蛍光を発する。蛍光は第1の多孔質セラミック層1で反射され、蛍光体層2の主面2aから外部に照射される。ここで、第1の多孔質セラミック層1は蛍光体層2よりも熱伝導率が高いことが好ましく、これにより蛍光体層2で発生した熱を外部に効率良く放出しやすくなる。
第1の多孔質セラミック層1の気孔率は20体積%以上であり、30体積%以上、特に40体積%以上であることが好ましい。第1の多孔質セラミック層1は20体積%以上の気孔率を有することにより、既述の理由から高い光反射率を示す。第1の多孔質セラミック層1の気孔率の上限は80体積%以下、75体積%以下、特に70体積%以下であることが好ましい。第1の多孔質セラミック層1の気孔率が高すぎると、機械的強度が低下したり、あるいは熱伝導率が低下して蛍光体層2で発生した熱を外部に放出しにくくなる。
第1の多孔質セラミック層1は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素等からなるものが挙げられる。これらは単独であっても良く、2種以上を複合して用いても良い。なかでも酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムは、熱伝導率が高く、また安価であるため好ましい。特に、酸化アルミニウムであることが好ましい。第1の多孔質セラミック層1を構成する材料は、蛍光体層2よりも熱伝導率が高いことが好ましい。
第1の多孔質セラミック層1は易焼結性セラミック粉末を含有することが好ましい。このようにすれば、第1の多孔質セラミック層の抗折強度が向上し、結果として波長変換部材全体の抗折強度も向上させることができる。
易焼結性セラミック粉末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。具体的には、易焼結性セラミック粉末は、例えば1100〜1550℃、さらには1200〜1400℃の比較的低温で焼成しても焼結することができる。
易焼結性セラミック粉末の平均粒子径(D50)は0.01〜10μm、特に0.05〜5μm、特に0.08〜1μmであることが好ましい。平均粒子径を上記範囲とすることにより、易焼結性セラミック粉末を比較的低温で焼結することが可能となる。
易焼結性セラミック粉末の純度は99%以上、99.9%以上、特に99.99%以上であることが好ましい。易焼結性セラミック粉末の純度を上記範囲とすることにより、易焼結性セラミック粉末を比較的低温で焼結することが可能となる。
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等が挙げられる。なかでも、易焼結性アルミナ粉末は低温焼結性に優れるため好ましい。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シリーズ等を用いることができる。
第1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は、体積%で0.1〜50%、1〜40%、特に5〜30%であることが好ましい。易焼結性セラミック粉末の含有量が少なすぎると、上記の効果が得られにくくなる。一方、易焼結性セラミック粉末の含有量が多すぎると、気孔率が低下して光反射率が低下しやすくなる。
第1の多孔質セラミック層1の厚みは0.05〜2mm、0.1〜1.5mm、特に0.2〜1mmであることが好ましい。第1の多孔質セラミック層1の厚みが小さすぎると、機械的強度が低下して、使用時に破損しやすくなる。また、十分な光反射率が得られにくくなる。一方、第1の多孔質セラミック層1の厚みが大きすぎると、波長変換部材10、さらにはそれを用いた発光デバイスの質量が大きくなる傾向がある。また、ホイール状の波長変換部材10をプロジェクター用光源に使用した場合、波長変換部材10を回転させるモーターへの負荷が大きくなる、あるいは回転による振動が大きくなり破損のおそれがある。
蛍光体層2としては、例えば無機バインダー中に蛍光体が分散してなるものが挙げられる。無機バインダーとしてはガラス等が挙げられる。また、第1の多孔質セラミック層1との熱膨張係数も整合させやすくなり、励起光照射により高温になった場合であっても、熱膨張係数差に起因する破損が生じにくくなる。
無機バインダーとして使用するガラスとしては、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。ガラスの軟化点は250〜1000℃、特に300〜850℃であることが好ましい。ガラスの軟化点が低すぎると、蛍光体層2の機械的強度が低下したり、励起光の照射により融解しやすくなる。一方、ガラスの軟化点が高すぎると、製造時における焼成工程で蛍光体が劣化して、蛍光体層2の発光強度が低下しやすくなる。
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。蛍光体の具体例としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた1種以上等が挙げられる。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蛍光体を混合して用いればよい。
蛍光体の平均粒子径(D50)は1〜50μm、特に5〜25μmであることが好ましい。蛍光体の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下しやすくなる。一方、蛍光体の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均一になる傾向がある。
蛍光体層2中における蛍光体の含有量は5〜80体積%、10〜75体積%、特に20〜70体積%であることが好ましい。蛍光体の含有量が少なすぎると、発光強度が不十分になる傾向がある。一方、蛍光体の含有量が多すぎると、蛍光体層2の機械的強度が不十分になる傾向がある。
蛍光体層2の厚みは、励起光が確実に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。蛍光体層2が厚すぎると、蛍光体層2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くなってしまう場合があるためである。具体的には、蛍光体層2の厚みは1mm以下、0.5mm以下、特に0.3mm以下であることが好ましい。蛍光体層2の厚みの下限値は、通常、0.03mm程度である。
蛍光体層2は、融着または無機接合層を介して第1の多孔質セラミック層1に接合していることが好ましい。このようにすれば、波長変換部材10の耐熱性を高めることができる。また、蛍光体層2で発生した熱を第1の多孔質セラミック層1側に効率良く放熱することができる。
蛍光体層2を第1の多孔質セラミック層1に融着する方法としては、例えば蛍光体層2を第1の多孔質セラミック層1の主面1a上に積層して加熱圧着し、焼成する方法が挙げられる。例えば、ガラスマトリクス中に蛍光体が分散してなる蛍光体層2の場合は、第1の多孔質セラミック層1と、蛍光体層2におけるガラスマトリクスが融着する。
蛍光体層2を第1の多孔質セラミック層1に無機接合層により接合する方法としては、多孔質セラミック層1の主面1a上にゾルゲル法による透明無機材料を塗布し、その上に蛍光体層2を積層して加熱する方法が挙げられる。ゾルゲル法による透明無機材料としてはポリシラザン等があげられる。ポリシラザンは空気中の水分と反応し、アンモニアを発生して縮合することにより、SiOの被膜を形成する。このように、透明無機材料として、比較的低温(室温〜200℃)で無機質のガラス膜を形成する接合剤を使用することができる。その他にも、アルコール可溶型有機ケイ素化合物や、その他金属化合物(有機または無機)を含み、触媒の存在下、比較的低温でガラスと同様のSiOネットワークを形成する接合剤を使用することができる。当該接合剤は、有機金属化合物として金属アルコキシド、触媒としてアルコールを用いた場合、加水分解及び脱水反応が促進される結果、SiOネットワークが形成される。
波長変換部材10は以下のようにして作製することができる。
第1の多孔質セラミック層1の原料であるセラミック粉末と、バインダー樹脂、溶剤、可塑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、第1の多孔質セラミック層1用グリーンシートを作製する。ここで、第1の多孔質セラミック層1の原料であるセラミック粉末の平均粒子径(D50)は0.1〜10μmであることが好ましい。セラミック粉末の平均粒子径が小さすぎると、第1の多孔質セラミック層1の気孔率が低下しやすくなる。一方、セラミック粉末の平均粒子径が大きすぎると、焼結が不十分となり、第1の多孔質セラミック層1の機械的強度が低下しやすくなる。次に、第1の多孔質セラミック層1用グリーンシートを約1200〜1500℃で焼成する。このようにして、第1の多孔質セラミック層1を得る。ここで、焼成温度が低すぎると、焼結が不十分になる傾向がある。一方、焼成温度が高すぎると、気孔率が低下しやすくなる。
また蛍光体層2のガラスマトリクスとなるガラス粉末と、蛍光体と、バインダー樹脂、溶剤、可塑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、蛍光体層2用グリーンシートを作製する。
得られた多孔質セラミック層1と蛍光体層2用グリーンシートを積層し、焼成することにより、多孔質セラミック層1と蛍光体層2が融着接合されてなる波長変換部材10が得られる。ここで、焼成温度は蛍光体層2におけるガラス粉末の軟化温度±100℃の範囲内、特にガラス粉末の軟化点±50℃の範囲内であることが好ましい。焼成温度が低すぎると、蛍光体層2が多孔質セラミック層1に融着しにくくなる。また、ガラス粉末の焼結が不十分となって、蛍光体層2の機械的強度が低下しやすくなる。一方、焼成温度が高すぎると、蛍光体が劣化して発光強度が低下するおそれがある。
上記方法以外にも、多孔質セラミック層1の表面に蛍光体層2用スラリーを塗布し、焼成することより、多孔質セラミック層1と蛍光体層2が融着接合されてなる波長変換部材10を得ることができる。ここで使用する蛍光体層2用スラリーは、蛍光体層2用グリーンシートの作製に使用したものを利用できる。
あるいは、多孔質セラミック層1用グリーンシートと蛍光体層2用グリーンシートをそれぞれ別々に焼成して多孔質セラミック層1と蛍光体層2を得た後、それらを無機接合剤を用いて接合することにより、多孔質セラミック層1と蛍光体層2が無機接合層により接合されてなる波長変換部材10を得ることもできる。
なお、上記の各製造方法において、グリーンシートまたはスラリーの焼成前に、有機物を除去するための脱脂工程を行ってもよい。また、グリーンシートを含む各層の積層時において、互いの密着性を高めるため、適宜加熱圧着してもよい。
(2)第2の実施形態に係る波長変換部材
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。
放熱層3としては、例えば、緻密質セラミック層が挙げられる。緻密質セラミック層の気孔率は20体積%未満であり、15体積%以下、特に10体積%以下であることが好ましい。緻密質セラミック層の気孔率が高すぎると、熱伝導率が低下して、放熱性が低下しやすくなる。一方、緻密質セラミック層の気孔率の下限は特に限定されないが、現実的には0.2体積%以上である。
緻密質セラミック層は、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、酸化イットリウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、炭化ケイ素等からなるものが挙げられる。これらは単独であっても良く、2種以上を複合して用いても良い。なかでも酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化ジルコニウムは、熱伝導率が高く、また安価であるため好ましい。
放熱層3としては、上記以外にもサファイアや、アルミニウム、銀、銅等の金属からなるものであってもよい。
放熱層3の厚みは0.2〜2mm、0.3〜1.5mm、特に0.5〜1mmであることが好ましい。放熱層3の厚みが小さすぎると、十分な放熱効果が得られにくくなる。一方、放熱層3の厚みが大きすぎると、波長変換部材20、さらにはそれを用いた発光デバイスの質量が大きくなる傾向がある。また、ホイール状の波長変換部材20をプロジェクター用光源に使用した場合、波長変換部材20を回転させるモーターへの負荷が大きくなる、あるいは回転による振動が大きくなり破損のおそれがある。
波長変換部材20は以下のようにして作製することができる。
波長変換部材10における方法と同様にして、第1の多孔質セラミック層1用グリーンシートを作製する。
次に、放熱層3を準備する。放熱層3として緻密質セラミック層を用いる場合は、波長変換部材10における多孔質セラミック層1用グリーンシートの作製方法と同様にして、緻密質セラミック層用グリーンシートを得る。緻密質セラミック層用グリーンシートを比較的高温で焼結することにより、気孔率の低い緻密質セラミック層を得る。具体的には、緻密質セラミック層用グリーンシートを約1500℃以上、好ましくは1600℃以上で焼成することが好ましい。また、原料であるセラミック粉末の平均粒子径(D50)が小さいほど、緻密質セラミック層の気孔率を低減しやすい。
続いて、第1の多孔質セラミック層1用グリーンシートと、放熱層3を積層し、焼成することにより第1の多孔質セラミック層1と放熱層3が接合してなる積層体を得る。
波長変換部材10における方法と同様にして、得られた積層体における第1の多孔質セラミック層1の主面1a上に蛍光体層2を接合することにより、波長変換部材20を得る。
なお、先に蛍光体層2を第1の多孔質セラミック層1に接合した後に放熱層3を接合してもよい。
(3)第3の実施形態に係る波長変換部材
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。
波長変換部材30は以下のようにして作製することができる。
まず、波長変換部材10における方法と同様にして、放熱層3を準備し、放熱層3の主面3aに穴部Hを切削等により形成する。あるいは、放熱層3として緻密質セラミック層を用いる場合は、緻密質セラミック層用グリーンシートを、穴部Hが得られるように適宜積層した状態で焼成することにより、主面3aに穴部Hが形成された放熱層3を得る。
次に、波長変換部材10における方法と同様にして得られた第1の多孔質セラミック層1用グリーンシートを、放熱層3における穴部Hの形状に合わせて切断し、穴部H内に積層する。ここで、第1の多孔質セラミック層1用グリーンシートの大きさは、焼成時における収縮を考慮して適宜調整する(例えば、穴部Hの大きさよりも一回り大きくする等)ことが好ましい。その後、焼成することにより、放熱層3の穴部Hの内部に第1の多孔質セラミック層1を形成する。
さらに、波長変換部材10における方法と同様にして、第1の多孔質セラミック層1の主面1a上に蛍光体層2を接合することにより、波長変換部材30を得る。
(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。
本実施形態に係る波長変換部材40においては、蛍光体層2の端部が放熱層3に接触しているため、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。
なお、波長変換部材40は、波長変換部材30の作製方法に準じて作製することができる。
(5)第5の実施形態に係る波長変換部材
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。
なお、波長変換部材50は、波長変換部材30の作製方法に準じて作製することができる。
(6)第6の実施形態に係る波長変換部材
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。
本実施形態に係る波長変換部材60においては、蛍光体層2の端部が放熱層3に接触しているため、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。
なお、波長変換部材60は、波長変換部材30の作製方法に準じて作製することができる。
(7)第7の実施形態に係る波長変換部材
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。
放熱層3の主面3b上に第2の多孔質セラミック層1’を設けることにより、既述の通り、製造工程におけるグリーンシート焼成時に波長変換部材70に反りが発生しにくくなる。
第2の多孔質セラミック層1’の気孔率及び厚みの範囲、及び材質の具体例については、第1の多孔質セラミック層1と同様のものを選択することができる。製造時の焼成工程における波長変換部材70の反りの問題を効果的に抑制する観点からは、第1の多孔質セラミック層1と第2の多孔質セラミック層1’の気孔率、厚み及び材質の少なくとも1つが同一であることが好ましく、それら全てが同一であることがより好ましい。
第2の多孔質セラミック層1’は易焼結性セラミック粉末を含有することが好ましい。このようにすれば、第2の多孔質セラミック層1’の抗折強度が向上し、結果として波長変換部材全体の抗折強度も向上させることができる。なお、製造時の焼成工程における波長変換部材70の反りの問題を効果的に抑制する観点からは、第2の多孔質セラミック層1’における易焼結性セラミック粉末の含有量は、第1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と同一であることが好ましい。
波長変換部材70は以下のようにして作製することができる。
波長変換部材10における方法と同様にして、第1の多孔質セラミック層1用グリーンシート及び第2の多孔質セラミック層1’用グリーンシートを得る。また、波長変換部材20における方法と同様にして、放熱層3を準備する。放熱層3の主面3aに第1の多孔質セラミック層1用グリーンシート、主面3bに第2の多孔質セラミック層1’用グリーンシートを積層し、焼成することにより、放熱層3の各主面に第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’がそれぞれ接合してなる積層体を得る。
次に、波長変換部材10における方法と同様にして、得られた積層体における第1の多孔質セラミック層1の主面1a上に蛍光体層2を接合することにより、波長変換部材70を得る。
(8)第8の実施形態に係る波長変換部材
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。
(9)第9の実施形態に係る波長変換部材
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。
(10)第10の実施形態に係る波長変換部材
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。
波長変換部材100で使用される放熱層3は、放熱層片31、32から構成される。具体的には、放熱層片31は切り欠き部C’を有しており、切り欠き部C’に対応する形状を有する放熱層片32が切り欠き部C’に嵌め込まれている。放熱層片31、32は、境界部Bで接着剤により接合してもよい。
切り欠き部C’は切り欠き部Cよりも一回り大きくなっているため、放熱層3における放熱層片31、32の境界部Bは、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’により覆われるとともに、切り欠き部Cには放熱層片32のみが露出した状態となっている。また、放熱層片31、32は、境界部Bにおいて第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’により挟持されることにより、固定されている。
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片32を構成することにより、波長変換部材90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。また、波長変換部材100においても、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100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。
波長変換部材100においては、放熱層3のうちの一部、すなわち放熱層片32のみを励起光を透過可能な材料で構成すればよく、残りの放熱層片31については、励起光に対する透過特性は問われない。例えば、放熱層片32としてサファイアを用いる場合は、放熱層片31としては、サファイアと熱膨張係数が近似している酸化アルミニウムを使用することが好ましい。このようにすれば、放熱層片31、32の熱膨張差に起因する応力の発生を抑制することができる。また、放熱層3の大部分を安価な酸化アルミニウムで構成することにより、部材の低コスト化を図ることが可能となる。
(発光デバイス)
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。
以下、本発明の波長変換部材を実施例により詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
表1は本発明の実施例及び比較例を示す。
Figure 2016125611
(実施例1)
(多孔質セラミック層用グリーンシートの作製)
Al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。
なお、多孔質セラミック層の抗折強度は以下のようにして測定した。多孔質セラミック層用グリーンシートを大気中にて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を得た。得られた多孔質セラミック層について、試験機(島津製作所製AG−10kNIS)を用いて抗折強度を測定した。
(蛍光体層用グリーンシートの作製)
モル%で、SiO:58%、Al:6%、B:17%、LiO:8%、NaO:8%、KO: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。
得られたガラス粉末と、YAG(YAl12)蛍光体粉末(平均粒子径(D50):15μm)とを、ガラス粉末 30体積%、YAG(YAl12)蛍光体粉末 70体積%となるように調合し、振動混合機を用いて混合した。得られた混合粉末50gに結合剤、可塑剤、溶剤等を適宜添加し、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PETフィルム上に塗布し、乾燥させることにより、蛍光体層用グリーンシート(厚み0.12mm)を得た。
(波長変換部材の作製)
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Al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。
セラミック層積層体において、多孔質セラミック層用と緻密質セラミック層の気孔率は、断面の反射電子画像を二値化した後に、気孔部分の面積割合を算出することにより求めた。また、セラミック層積層体の光反射率は、島津製作所製UV−2500PCを用いて波長400〜800nmの各波長の反射光強度の平均値より求めた。
次に、セラミック層積層体の多孔質セラミック層上に蛍光体層用グリーンシートを重ね合わせ、熱圧着機を用いて、100℃で5分、10MPaの圧力を印加することにより両者を密着させた後、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作製した。
(実施例2)
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。
多孔質セラミック層と実施例1で得られた蛍光体層用グリーンシートを重ね合わせ、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作製した。
(実施例3)
Al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。
得られた多孔質セラミック層用グリーンシートを用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で波長変換部材を作製した。
(実施例4)
多孔質セラミック層用グリーンシートを作製する際に、Al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。
(比較例)
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Al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。
(特性評価)
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。
8000rpmで回転させた波長変換部材の蛍光体層表面に、波長440nmの青色レーザー光源から出力30Wでレーザー光を照射した。得られた蛍光を光ファイバーを通して小型分光器(USB−4000 オーシャンオプティクス社製)で受光し、発光スペクトルを得た。発光スペクトルから蛍光ピーク強度を読み取った。また蛍光体層の表面温度をFLIR製サーモグラフィーi5を用いて測定した。
表1から明らかなように、実施例1〜4の波長変換部材は蛍光ピーク強度が1251(a.u.)以上であったのに対し、比較例の波長変換部材は蛍光ピーク強度が1098(a.u.)と劣っていた。なお、実施例1と実施例2を比較すると、光反射層として多孔質セラミック層と緻密質セラミック層の積層体を用いた場合、光反射率が向上することわかる。また多孔質セラミック層に緻密質セラミック層を積層した場合、蛍光体層の温度も低下しており、これにより蛍光体の温度消光が軽減されるものと考えられる。これら2つの要因により、実施例1の波長変換部材は、実施例2の波長変換部材と比較して蛍光ピーク強度が高くなっていると考察される。さらに、実施例1、3、4を比較すると、多孔質セラミック層に易焼結性アルミナを含有させることにより、抗折強度が向上することがわかる。
1 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
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)

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。
  5. 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。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 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。
  9. 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。
  10. 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。
  11. 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。
  12. 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。
  13. 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。
  14. 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。
JP2016573282A 2015-02-03 2016-01-22 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス Pending JPWO2016125611A1 (ja)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015018967 2015-02-03
JP2015018967 2015-02-03
JP2015060499 2015-03-24
JP2015060499 2015-03-24
PCT/JP2016/051903 WO2016125611A1 (ja) 2015-02-03 2016-01-22 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020121351A Division JP6879417B2 (ja) 2015-02-03 2020-07-15 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPWO2016125611A1 true JPWO2016125611A1 (ja) 2017-11-16

Family

ID=56563962

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016573282A Pending JPWO2016125611A1 (ja) 2015-02-03 2016-01-22 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス
JP2020121351A Active JP6879417B2 (ja) 2015-02-03 2020-07-15 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020121351A Active JP6879417B2 (ja) 2015-02-03 2020-07-15 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10557614B2 (ja)
JP (2) JPWO2016125611A1 (ja)
KR (1) KR20170113533A (ja)
CN (1) CN107209302A (ja)
TW (1) TWI673252B (ja)
WO (1) WO2016125611A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11715818B2 (en) 2018-06-11 2023-08-01 Coretronic Corporation Wavelength-converting element, projection apparatus, and manufacturing method of wavelength-converting element

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018056157A1 (ja) * 2016-09-21 2018-03-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 波長変換装置及び照明装置
KR20190071671A (ko) * 2016-11-02 2019-06-24 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 파장 변환 부재, 발광 디바이스 및 파장 변환 부재의 제조 방법
CN108105604B (zh) * 2016-11-25 2020-05-29 深圳光峰科技股份有限公司 发光陶瓷结构及其制备方法、相关发光装置和投影装置
DE102017104128A1 (de) 2017-02-28 2018-08-30 Osram Gmbh Konversionselement, optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines Konversionselements
CN206817390U (zh) * 2017-03-21 2017-12-29 深圳市光峰光电技术有限公司 光源装置及色轮
JP6848582B2 (ja) * 2017-03-24 2021-03-24 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及び発光デバイス
JP6891648B2 (ja) * 2017-06-07 2021-06-18 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、波長変換装置、光源装置およびプロジェクター
TWI753161B (zh) * 2017-06-14 2022-01-21 日商日本電氣硝子股份有限公司 波長轉換構件及發光裝置
JP7081094B2 (ja) * 2017-08-22 2022-06-07 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置及びプロジェクター
JP6917244B2 (ja) * 2017-08-23 2021-08-11 日本特殊陶業株式会社 蛍光体ホイール、ホイールデバイスおよびプロジェクター
EP3685447A4 (en) 2017-09-20 2021-10-06 Materion Precision Optics (Shanghai) Limited LIGHT CONVERSION DEVICE WITH IMPROVED INORGANIC BINDER
WO2019056209A1 (en) * 2017-09-20 2019-03-28 Materion Precision Optics (Shanghai) Limited LUMINOPHORE WHEEL WITH INORGANIC BINDER
JP6909695B2 (ja) * 2017-10-02 2021-07-28 株式会社小糸製作所 波長変換部材および光源モジュール
CN109696792B (zh) * 2017-10-24 2022-03-29 中强光电股份有限公司 投影机及波长转换装置
CN111527447B (zh) * 2017-12-27 2022-01-11 京瓷株式会社 色轮以及投影仪
CN111699420B (zh) * 2018-02-14 2023-01-13 日本特殊陶业株式会社 光波长转换装置
CN110579932B (zh) 2018-06-11 2023-12-05 中强光电股份有限公司 波长转换元件、投影装置及波长转换元件的制作方法
CN112585534B (zh) * 2018-08-27 2022-10-04 索尼公司 波长转换元件、光源模块及投影显示装置
WO2020161963A1 (ja) * 2019-02-04 2020-08-13 パナソニックIpマネジメント株式会社 波長変換部材及びプロジェクタ
JP6922939B2 (ja) * 2019-03-18 2021-08-18 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置、プロジェクター、及び波長変換素子の製造方法
JP7279436B2 (ja) * 2019-03-18 2023-05-23 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子、光源装置、プロジェクター、及び波長変換素子の製造方法
CN110262173A (zh) * 2019-05-31 2019-09-20 苏州佳世达光电有限公司 易散热的荧光色轮及投影机
CN112578552A (zh) 2019-09-30 2021-03-30 台达电子工业股份有限公司 波长转换装置
CN112578551A (zh) 2019-09-30 2021-03-30 台达电子工业股份有限公司 波长转换装置
WO2021145252A1 (ja) * 2020-01-17 2021-07-22 ソニーグループ株式会社 波長変換素子および光源モジュールならびに投射型表示装置
WO2022004911A1 (ko) * 2020-06-30 2022-01-06 엘지전자 주식회사 형광체휠, 조명계 및 프로젝터
TWI845746B (zh) * 2020-08-20 2024-06-21 台達電子工業股份有限公司 波長轉換元件及光源模組
CN114077136B (zh) * 2020-08-20 2024-03-08 台达电子工业股份有限公司 波长转化元件及光源模块
CN114815477A (zh) * 2021-01-20 2022-07-29 中强光电股份有限公司 波长转换模块以及投影机
CN113603462B (zh) * 2021-07-20 2022-08-26 中国计量大学 一种陶瓷-玻璃复合结构荧光色轮及其制备方法和在激光显示源中的应用

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003297551A (ja) * 2002-03-29 2003-10-17 Pioneer Electronic Corp 有機エレクトロルミネッセンス表示パネル
JP2006287132A (ja) * 2005-04-04 2006-10-19 Kyoritsu Elex Co Ltd 発光ダイオード用パッケージ及び発光ダイオード
JP2011191785A (ja) * 2005-03-29 2011-09-29 Kyocera Corp 反射部材、これを用いた発光装置および照明装置
JP2012227224A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Kyocera Corp 発光装置
JP2012227363A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Kyocera Corp 発光装置
JP2013207049A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Nec Corp 波長変換体を用いた発光装置
JP2013247067A (ja) * 2012-05-29 2013-12-09 Nichia Chem Ind Ltd 色変換用無機成形体及びその製造方法、並びに発光装置
JP2014119492A (ja) * 2012-12-13 2014-06-30 Nippon Electric Glass Co Ltd プロジェクタ用カラーホイール及びプロジェクタ用発光デバイス
JP2014229503A (ja) * 2013-05-23 2014-12-08 パナソニック株式会社 発光素子とその製造方法、およびプロジェクター
WO2014194864A1 (zh) * 2013-06-08 2014-12-11 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种波长转换装置及其制作方法、相关发光装置

Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1492387A1 (en) * 2002-03-29 2004-12-29 Pioneer Corporation Organic electroluminescence display panel
WO2007141688A1 (en) * 2006-06-02 2007-12-13 Philips Intellectual Property & Standards Gmbh Colored and white light generating lighting device
ATE504853T1 (de) * 2007-09-27 2011-04-15 Oerlikon Trading Ag Herstellung eines farbrades
US8684560B2 (en) * 2009-11-18 2014-04-01 Stanley Electric Co., Ltd. Semiconductor light source apparatus and lighting unit
US8556437B2 (en) * 2009-12-17 2013-10-15 Stanley Electric Co., Ltd. Semiconductor light source apparatus and lighting unit
WO2012012765A2 (en) * 2010-07-22 2012-01-26 Green Bubble Technologies Llc Biooptical and biofunctional properties, applications and methods of polylactic acid films
JP2012243624A (ja) * 2011-05-20 2012-12-10 Stanley Electric Co Ltd 光源装置および照明装置
US20130088689A1 (en) * 2011-10-07 2013-04-11 Young Optics Inc. Light source module and projection apparatus
DE102011084961A1 (de) * 2011-10-21 2013-04-25 Osram Gmbh Leuchtstoffrad, Verfahren zum Herstellen eines Leuchtstoffrads und Beleuchtungsanordnung
CN103367611B (zh) * 2012-03-28 2017-08-08 日亚化学工业株式会社 波长变换用无机成型体及其制造方法以及发光装置
JP2013214629A (ja) * 2012-04-03 2013-10-17 Nippon Electric Glass Co Ltd 波長変換部材及び発光デバイス
JP6305009B2 (ja) * 2013-01-11 2018-04-04 三菱電機株式会社 光源装置およびプロジェクタ
JP6136617B2 (ja) 2013-06-18 2017-05-31 日亜化学工業株式会社 光源装置及びプロジェクタ
CN104566229B (zh) * 2013-10-15 2016-06-08 深圳市光峰光电技术有限公司 波长转换装置的制造方法
CN203489181U (zh) * 2013-10-15 2014-03-19 深圳市光峰光电技术有限公司 色轮及其光源系统、投影系统
CN104566230B (zh) * 2013-10-15 2017-07-11 深圳市光峰光电技术有限公司 波长转换装置及其光源系统、投影系统
US20150153487A1 (en) * 2013-11-29 2015-06-04 Delta Electronics, Inc. Wavelength-converting device
TWI579589B (zh) * 2015-08-31 2017-04-21 中強光電股份有限公司 波長轉換裝置及投影機

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003297551A (ja) * 2002-03-29 2003-10-17 Pioneer Electronic Corp 有機エレクトロルミネッセンス表示パネル
JP2011191785A (ja) * 2005-03-29 2011-09-29 Kyocera Corp 反射部材、これを用いた発光装置および照明装置
JP2006287132A (ja) * 2005-04-04 2006-10-19 Kyoritsu Elex Co Ltd 発光ダイオード用パッケージ及び発光ダイオード
JP2012227224A (ja) * 2011-04-15 2012-11-15 Kyocera Corp 発光装置
JP2012227363A (ja) * 2011-04-20 2012-11-15 Kyocera Corp 発光装置
JP2013207049A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Nec Corp 波長変換体を用いた発光装置
JP2013247067A (ja) * 2012-05-29 2013-12-09 Nichia Chem Ind Ltd 色変換用無機成形体及びその製造方法、並びに発光装置
JP2014119492A (ja) * 2012-12-13 2014-06-30 Nippon Electric Glass Co Ltd プロジェクタ用カラーホイール及びプロジェクタ用発光デバイス
JP2014229503A (ja) * 2013-05-23 2014-12-08 パナソニック株式会社 発光素子とその製造方法、およびプロジェクター
WO2014194864A1 (zh) * 2013-06-08 2014-12-11 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种波长转换装置及其制作方法、相关发光装置
JP2016526191A (ja) * 2013-06-08 2016-09-01 深▲せん▼市繹立鋭光科技開発有限公司Appotronics(China)Corporation 波長変換装置及びその作製方法、関連する発光装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11715818B2 (en) 2018-06-11 2023-08-01 Coretronic Corporation Wavelength-converting element, projection apparatus, and manufacturing method of wavelength-converting element

Also Published As

Publication number Publication date
US10557614B2 (en) 2020-02-11
TWI673252B (zh) 2019-10-01
WO2016125611A1 (ja) 2016-08-11
CN107209302A (zh) 2017-09-26
JP6879417B2 (ja) 2021-06-02
TW201638053A (zh) 2016-11-01
JP2020194170A (ja) 2020-12-03
US20180003363A1 (en) 2018-01-04
KR20170113533A (ko) 2017-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6879417B2 (ja) 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス
WO2018016357A1 (ja) 波長変換部材及びそれを用いた発光デバイス
JP7094496B2 (ja) 波長変換部材及び発光デバイス
JP6314472B2 (ja) プロジェクター用蛍光ホイール、その製造方法及びプロジェクター用発光デバイス
JP6394144B2 (ja) プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
JP6503710B2 (ja) プロジェクター用蛍光ホイール、その製造方法及びプロジェクター用発光デバイス
WO2017098963A1 (ja) 波長変換部材及び波長変換素子、並びにそれらを用いた発光装置
WO2018083903A1 (ja) 波長変換部材、発光デバイス及び波長変換部材の製造方法
JP6303735B2 (ja) プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
JP6512067B2 (ja) 波長変換素子の製造方法
JP2019009406A (ja) 光学部品及び光学部品の製造方法
JPWO2019102787A1 (ja) 波長変換部材及び発光装置
JP2015206940A (ja) プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
JP2015118107A (ja) プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
JP6500744B2 (ja) 波長変換素子の製造方法
JP2018124560A (ja) プロジェクター用蛍光ホイール及びプロジェクター用発光デバイス
JP6582907B2 (ja) 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
JP2017111214A (ja) 波長変換部材の製造方法
JP6561777B2 (ja) 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
JP2019204104A (ja) 波長変換素子及び発光装置
JP2020095162A (ja) 波長変換部材、発光デバイス及び波長変換部材の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181205

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191007

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191204

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200414

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200608

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20201109