JPWO2020070995A1 - 蛍光体プレートおよびそれを用いた発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
α型サイアロン蛍光体と、アルミナを含む焼結体と、を含む複合体からなる蛍光体プレートが提供される。
III族窒化物半導体発光素子と、
前記III族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた上記の蛍光体プレートと、
を備える、発光装置が提供される。
本実施形態の蛍光体プレートは、α型サイアロン蛍光体と、アルミナを含む焼結体と、を含む複合体からなる板状部材で構成される。
本実施形態のα型サイアロン蛍光体は、下記一般式(1)で表されるEu元素を含有するα型サイアロン蛍光体を含むものである。
(M)m(1−x)/p(Eu)mx/2(Si)12−(m+n)(Al)m+n(O)n(N)16−n ・・一般式(1)
上記蛍光体プレートの主面における表面粗さRaは、例えば、0.1μm以上2.0μm以下、好ましくは0.3μm以上1.5μm以下である。
一方、上記蛍光体プレートの裏面における表面粗さRaは、例えば、0.1μm以上2.0μm以下、好ましくは0.3μm以上1.5μm以下である。
上記表面粗さを上記上限値以下とすることで、光の取り出し効率や、面内方向における光強度のバラツキを抑制できる。上記表面粗さを上記下限値以上とすることで、被着体との密着性を高められることが期待される。
なお、450nmの青色光における光線透過率の下限値は、特に限定されないが、例えば、0.01%以上としてもよい。
焼成雰囲気はαサイアロンの酸化を防ぐ目的のため、窒素やアルゴンなどの非酸化性の不活性ガス、もしくは真空雰囲気下が好ましい。
蛍光体プレート10は、発光素子20の一面上に直接配置されてもよいが、光透過性部材またはスペーサーを介して配置され得る。
図1は、蛍光体プレートの構成の一例を示す模式図である。図1に示す蛍光体プレート100の厚みとしては、例えば、100μm以上1mm以下としてもよい。蛍光体プレート100の厚みは、上記の製造工程で得られた後、研削などにより、適当に調整され得る。
なお、円板形状の蛍光体プレート100は、四角形状の場合と比べて、角部における欠けや割れの発生が抑制されるため、耐久性や搬送性に優れる。
また、図2(b)の発光装置120は、基板30と、ボンディングワイヤ60および電極50を介して基板30と電気的に接続された発光素子20と、発光素子20の発光面上に設けられた蛍光体プレート10と、を備える。
図2中、発光素子20と蛍光体プレート10とは、公知の方法で貼り付けられており、例えば、シリコーン系接着剤や熱融着等の方法で貼り合わされてもよい。
また、発光装置110、発光装置120は、全体を透明封止材で封止されていてもよい。
実施例1の蛍光体プレートの原料として、アルミナ粉末(TM−DAR、大明化学工業株式会社製)、Ca−αサイアロン蛍光体(アロンブライトYL−600B、デンカ株式会社製、平均粒径D50:15μm)を用いた。アルミナ粉末を7.857g、Ca−αサイアロン蛍光体粉末を2.833g秤量し、メノウ乳鉢により乾式混合した。混合後の原料を目開き75μmのナイロン製メッシュ篩を通して凝集を解き、原料混合粉末を得た。尚、原料の真密度(アルミナ:3.97g/cm3、Ca−αサイアロン蛍光体:3.34g/cm3)から算出した配合比は、アルミナ:Ca−αサイアロン蛍光体=70:30体積%である。
実施例1の蛍光体プレートのかさ密度をJIS−R1634:1998に準拠した方法により測定したところ、3.729g/cm3であった。原料の真密度と配合比から算出した混合物の理論密度が3.781g/cm3であるので、実施例1の蛍光体プレートの相対密度は98.6%であった。
実施例1の蛍光体プレートを研磨してSEM観察を実施した結果、アルミナマトリックス相の間にCa−αサイアロン蛍光体粒子が分散した状態が観察された。
なお、JIS B0601:1994に準拠し、表面粗さ測定器(ミツトヨ製、SJ−400)を用いて測定した実施例1の蛍光体プレートの主面の表面粗さRaが1.0μmであり、主面とは反対側の裏面の表面粗さRaが1.0μmであった。
実施例2の蛍光体プレートの原料として、実施例1と同じアルミナ粉末とCa−αサイアロン蛍光体を用いた。アルミナ粉末を6.701g、Ca−αサイアロン蛍光体を3.777g秤量し、メノウ乳鉢で乾式混合した。原料の真密度から算出した配合比は、アルミナ:Ca−αサイアロン蛍光体=60:40体積%である。
実施例2の蛍光体プレートの作製方法は、アルミナ粉末とCa−αサイアロン蛍光体の配合比が異なることを除いて、実施例1の蛍光体プレートの作製方法と同様である。
実施例2の蛍光体プレートのかさ密度を実施例1の測定方法と同様に測定した結果、3.665g/cm3であった。原料混合物の理論密度が3.717g/cm3であるので、実施例2の蛍光体プレートの相対密度は98.6%であった。
実施例2の蛍光体プレートの主面の表面粗さRaは1.0μmであり、主面とは反対側の裏面の表面粗さRaは1.1μmであった。
比較例1の蛍光体プレートの原料として、SiO2粉末(FB−9DCグレード、デンカ株式会社製)、Ca−αサイアロン蛍光体(アロンブライトYL−600B、デンカ株式会社製)を用いた。SiO2粉末を4.354g、Ca−αサイアロン蛍光体粉末を2.723g秤量し、メノウ乳鉢により乾式混合した。混合後の原料を目開き75μmのナイロン製メッシュの篩を通し、原料混合粉末を得た。原料の真密度から算出した配合比は、SiO2:Ca−αサイアロン蛍光体=70:30体積%である。
約7gの原料混合粉末を実施例1と同様にホットプレス用のカーボンダイスに充填し、多目的高温炉により、ホットプレス焼結を行った。炉内を0.1Pa以下まで真空排気し、減圧状態を保ったまま、室温から毎分20℃の速度で昇温し、800℃で窒素ガスを炉内
へ導入し、炉内雰囲気圧力を0.1MPa・Gとした。窒素ガス導入後は毎分5℃の速度で1375℃まで昇温し、1375℃で15分間保持した。その後、毎分5℃の速度で室温まで降温し、除圧した後、外径30mmの焼成物を回収し、実施例1と同様に加工して、直径25mm、厚さ1.5mmの円板状の蛍光体プレートを得た。
実施例1、2及び比較例1の蛍光体のプレートの室温(25℃)での熱伝導率は、JIS1611:2010に準拠し、フラッシュ法により、測定した。
・熱拡散率:キセノンフラッシュアナライザー(LFA447、ネッチ・ジャパン株式会社製)を用いて測定した。
・比熱容量:JIS K7123に準拠し、DSC測定装置(DSC8000、パーキンエルマー社製)を用いて求めた。
・かさ密度:JIS−R1634:1998に準拠した方法で測定した。
熱伝導率(W/m・K)=かさ密度(g/cm3)×熱拡散率(m2/s)×比熱容量(J/(kg・K))
実施例1の蛍光体プレートの熱伝導率が18W/m・K、実施例2の蛍光体プレートの熱伝導率が15W/m・K、比較例1の蛍光体プレートの熱伝導率が1.9W/m・Kであった。
実施例1、2の蛍光体プレートを乳鉢で粉砕して粉末状のサンプルを作成し、X線回折装置(製品名:UltimaIV、リガク社製)を用いて、得られたサンプルにおける回折パターンを測定した結果、アルミナ焼結体に結晶相が存在することを確認した。この結晶相には、主相としてαアルミナが含まれており、僅かにγアルミナが混在していることが分かった。
蛍光体プレートの光学特性は、チップオンボード型(COB型)のLEDパッケージ130を用いて測定した。図3は、蛍光体プレート100の発光スペクトルを測定するための装置(LEDパッケージ130)の概略図である。
まず、得られた厚さ1.5mmの円板状の蛍光体プレート100の厚みを0.25mmまで薄く加工し実施した。
次いで、凹部70が形成されたアルミ基板(基板30)を用意した。凹部70の底面の径φを13.5mmとし、凹部70の開口部の径φを16mmとした。基板30の凹部70の内部に、青色発光光源として青色LED(発光素子20)を実装した。
その後、基板30の凹部70の開口部を塞ぐように、青色LEDの上部に円形状の蛍光体プレート100を設置し、図3に示す装置(チップオンボード型(COB型)のLEDパッケージ130)を作製した。
また、実施例1、2および比較例1のいずれにおいても、波長450nm付近に、青色LEDの透過光に由来するスペクトルがわずかに観測された。しかしながら、実施例1、2における青色LEDからの青色光の透過率TB/TOは、比較例1と比べて、同程度の値を示すことが判明した。
なお、実施例1の蛍光体プレートにおいて、波長450nmにおける青色光の光線透過率が1.5%であったことから、十分に青色光の透過が抑制されたことが分かった。
実施例1、2の蛍光体プレートを使用することで、橙色光の蛍光強度に優れており、青色光を橙色光に変換する発光効率に優れた発光装置を実現できることが分かった。
Claims (11)
- α型サイアロン蛍光体と、アルミナを含む焼結体と、を含む複合体からなる蛍光体プレート。
- 請求項1に記載の蛍光体プレートであって、
当該蛍光体プレートの熱伝導率が、10W/m・K以上40W/m・K以下である、蛍光体プレート。 - 請求項1または2に記載の蛍光体プレートであって、
前記α型サイアロン蛍光体の含有量は、前記複合体全体に対して、体積換算で、5Vol%以上50Vol%以下である、蛍光体プレート。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
前記α型サイアロン蛍光体および前記アルミナの含有量の合計値は、前記複合体全体に対して、体積換算で、95Vol%以上100Vol%以下である、蛍光体プレート。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
前記α型サイアロン蛍光体は、下記一般式(1)で表されるEu元素を含有するα型サイアロン蛍光体を含む、蛍光体プレート。
(M)m(1−x)/p(Eu)mx/2(Si)12−(m+n)(Al)m+n(O)n(N)16−n ・・一般式(1)
(上記一般式(1)中、MはLi、Mg、Ca、Y及びランタニド元素(LaとCeを除く)からなる群から選ばれる1種以上の元素を表し、pはM元素の価数、0<x<0.5、1.5≦m≦4.0、0≦n≦2.0を表す。) - 請求項1〜5のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
前記アルミナが、αアルミナおよびγアルミナからなる群から選択される一種以上を含む、蛍光体プレート。 - 請求項1〜6のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
前記複合体中のα型サイアロン蛍光体の平均粒子径D50が、5μm以上30μm以下である、蛍光体プレート。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
当該蛍光体プレートの主面における表面粗さRaが、0.1μm以上2.0μm以下である、蛍光体プレート。 - 請求項1〜8のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
照射された青色光を橙色光に変換して発光する波長変換体として用いる、蛍光体プレート。 - 請求項1〜9のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
450nmの青色光における光線透過率が10%以下である、蛍光体プレート。 - III族窒化物半導体発光素子と、
前記III族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた請求項1〜10のいずれか一項に記載の蛍光体プレートと、
を備える、発光装置。
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