KR20180052560A

KR20180052560A - 파장 변환 부재 및 발광 디바이스

Info

Publication number: KR20180052560A
Application number: KR1020177035813A
Authority: KR
Inventors: 다다히토 후루야마; ?스케 후지타; 스케 후지타
Original assignee: 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2016-09-02
Publication date: 2018-05-18
Also published as: JP2017058654A; JP6740616B2; KR102576303B1; TWI726910B; CN108026442A; US20180180975A1; TW201714016A; CN108026442B

Abstract

형광체층과 기판의 계면에 발생하는 응력 변형을 저감시키고, 사용시에 잘 파손되지 않는 파장 변환 부재를 제공한다. 기판 (10) 과, 유리 매트릭스 (21) 중에 무기 형광체 분말 (22) 이 분산되어 이루어지는 형광체층 (20) 이 접합되어 이루어지는 파장 변환 부재 (1). 30 ℃ ∼ 형광체층 (20) 의 고착점의 온도 범위에 있어서, 기판 (10) 의 열팽창 계수를 α1, 형광체층 (20) 의 열팽창 계수를 α2 로 한 경우, -10 × 10^-7 ≤ α₁ - α₂ ≤ 10 × 10^-7 (/℃) 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다. 단, 고착점 = Tf - (Tf - Tg)/3 (Tg：유리 전이점, Tf：굴복점)

Description

파장 변환 부재 및 발광 디바이스{WAVELENGTH CONVERSION MEMBER AND LIGHT-EMITTING DEVICE}

본 발명은, 프로젝터용 형광 휠 등으로서 바람직한 파장 변환 부재 및 그것을 사용한 발광 디바이스에 관한 것이다.

최근, 프로젝터를 소형화하기 위해서, LED (Light Emitting Diode) 등의 광원과, 형광체층을 갖는 파장 변환 부재를 사용한 발광 디바이스가 제안되어 있다. 예를 들어, 광원의 광을 형광체층에서 파장 변환하여, 얻어진 형광을, 파장 변환 부재에 인접하여 형성된 반사 기판에 의해 광원의 입사측에 반사시켜 외부로 취출하는, 이른바 반사형의 형광 휠이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조). 반사형의 형광 휠은 외부로의 형광 취출 효율이 높고, 프로젝터를 고휘도화하기 쉽다는 이점이 있다.

형광체층은, 광원으로부터의 광의 조사에 의해 발열을 수반하기 때문에, 내열성이 요구된다. 그래서, 내열성이 높은 유리 매트릭스 중에 무기 형광체 분말이 분산되어 이루어지는 형광체층을 갖는 파장 변환 부재가 제안되어 있다. 그러나, 이 경우, 형광체층과 반사 기판의 열팽창 계수차에서 기인하여, 양자의 계면에 응력 변형이 발생하는 경우가 있다. 예를 들어, 반사 기판으로서 금속 기판을 사용한 경우, 형광체층과의 열팽창 계수차가 크기 때문에, 응력 변형이 커진다. 그 결과, 사용 중에 받는 진동 등에 의해, 형광체층에 크랙이 생기거나 형광체층이 반사 기판으로부터 박리된다는 문제가 발생할 우려가 있다.

상기의 문제를 경감시키기 위해서, 반사 기판과 형광체층의 열팽창 계수차를 작게 하는 방법이 생각된다. 예를 들어, 선행 문헌 2 에는, 반사 기판을 세라믹 기판과 금속 반사층의 2 층 구조로 하고, 세라믹 기판측의 표면에 형광체층을 형성한 파장 변환 부재 (프로젝터용 형광 휠) 가 개시되어 있다. 세라믹 기판은 금속 재료와 비교하여 열팽창 계수가 낮기 때문에, 형광체층과의 열팽창 계수차를 작게 할 수 있다.

일본 공개특허공보 2015-1709호 국제 공개 제2015/068562호

반사 기판과 형광체층의 열팽창 계수차를 작게 해도, 양자의 계면에 발생하는 응력 변형이 충분히 작아지지 않는 경우가 있다.

따라서, 본 발명은, 기판과 형광체층의 계면에 발생하는 응력 변형을 저감시키고, 사용시에 잘 파손되지 않는 파장 변환 부재를 제공하는 것을 기술 과제로 한다.

본 발명의 파장 변환 부재는, 기판과, 유리 매트릭스 중에 무기 형광체 분말이 분산되어 이루어지는 형광체층이 접합되어 이루어지는 파장 변환 부재로서, 30 ℃ ∼ 상기 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서, 기판의 열팽창 계수를 α₁, 형광체층의 열팽창 계수를 α₂ 로 한 경우, -10 × 10^-7 ≤ α₁ - α₂ ≤ 10 × 10^-7 (/℃) 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다. 여기서, 고착점은 Tf - (Tf - Tg)/3 (Tg：유리 전이점, Tf：굴복점) 으로 나타내는 온도를 의미한다.

본 발명자 등이 검토한 결과, 파장 변환 부재에 있어서의 기판과 형광체층의 계면에 발생하는 응력 변형은, 그 제조 공정에서 기인하는 것을 알 수 있다. 구체적으로는 이하와 같이 설명된다.

기판 상에 형광체층이 형성되어 이루어지는 파장 변환 부재는, 예를 들어 유리 분말 및 무기 형광체 분말을 포함하는 그린 시트를 기판 상에 첩부하고, 소성함으로써 제조된다. 구체적으로는, 그린 시트를 소성하면, 유리 분말 및 무기 형광체 분말의 소결체로 이루어지는 형광체층이 형성된다. 형광체층은 그 고착점에서 기판에 고착되고, 그 후 상온 부근까지 냉각시킴으로써, 기판 상에 형광체층이 형성되어 이루어지는 파장 변환 부재가 얻어진다. 여기서, 30 ℃ ∼ 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서, 기판의 열팽창 계수와 형광체층의 열팽창 계수의 차가 크면, 형광체층이 기판에 고착된 후, 강온 과정에 있어서 양자의 계면에 잔류 응력이 발생하기 쉬워진다. 그래서, 30 ℃ ∼ 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서, 기판의 열팽창 계수와 형광체층의 열팽창 계수의 차를 상기와 같이 규정함으로써, 상기의 문제의 발생을 억제할 수 있다.

본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 기판이 산화물 세라믹스 또는 유리로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 산화물 세라믹스가 다결정 알루미나 또는 단결정 사파이어인 것이 바람직하다.

본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 형광체층이, 기판에 융착되어 있는 것이 바람직하다. 당해 구성에 의하면, 내열성이 낮은 수지 접착제 등을 사용하지 않고, 형광체층과 기판을 접합할 수 있기 때문에, 내열성이 우수한 파장 변환 부재를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 수지 접착제는 여기광의 조사열에 의해 열화되어 흑화되기 때문에, 발광 강도가 시간 경과적으로 저하되기 쉽지만, 상기 구성에 의하면 그러한 문제가 잘 발생하지 않는다. 또, 수지 접착제는 열전도성이 낮기 때문에, 형광체층과 기판을 수지 접착제로 접착한 경우에는, 형광체층에서 발생한 열이 기판측으로 잘 방열되지 않는다. 한편, 형광체층이, 기판에 융착되어 있으면, 형광체층에서 발생한 열이 기판측으로 효율적으로 방열되기 쉽다.

본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 형광체층의 두께가 30 ∼ 300 ㎛ 인 것이 바람직하다.

본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 무기 형광체 분말이, 질화물 형광체, 산질화물 형광체, 산화물 형광체, 황화물 형광체, 산황화물 형광체, 할로겐화물 형광체 및 알루민산염 형광체에서 선택되는 1 종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 파장 변환 부재에 있어서, 형광체층에 있어서의 무기 형광체 분말의 함유량이 30 ∼ 80 체적％ 인 것이 바람직하다.

본 발명의 파장 변환 부재는, 휠 형상인 것이 바람직하다. 당해 구성에 의하면, 회전에 의한 방열이 용이해져, 형광체층의 승온에 수반하는 파손이나 온도 소광을 저감시킬 수 있다. 따라서, 특히 고휘도의 프로젝터 광원용으로서 바람직하다.

본 발명의 발광 디바이스는, 상기의 파장 변환 부재와 파장 변환 부재에 있어서의 형광체층에 여기광을 조사하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 발광 디바이스는, 프로젝터 광원으로서 바람직하다.

본 발명의 파장 변환 부재의 제조 방법은, 유리 분말과 무기 형광체 분말을 포함하는 그린 시트를 제조하는 공정, 그린 시트를 기판 상에 첩부하고, 소성함으로써 형광체층을 형성하는 공정을 포함한다. 여기서, 30 ℃ ∼ 상기 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서, 기판의 열팽창 계수를 α₁, 형광체층의 열팽창 계수를 α₂ 로 한 경우, -10 × 10^-7 ≤ α₁ - α₂ ≤ 10 × 10^-7 (/℃) 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 한다. 여기서 고착점은, 상기와 마찬가지로, Tf - (Tf - Tg)/3 (Tg：유리 전이점, Tf：굴복점) 으로 나타내는 온도를 의미한다.

본 발명에 의하면, 형광체층과 기판의 계면에 발생하는 응력 변형을 저감시키고, 사용시에 잘 파손되지 않는 파장 변환 부재를 제공할 수 있다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 관련된 파장 변환 부재의 모식적 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 관련된 파장 변환 부재를 사용한 발광 디바이스의 모식적 측면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해 설명한다. 단, 하기의 실시형태는 단순한 예시로, 본 발명은 하기의 실시형태에 전혀 한정되지 않는다.

(파장 변환 부재 (1))

도 1 은, 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 파장 변환 부재의 약도적 단면도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 파장 변환 부재 (1) 는, 기판 (10) 과, 그 표면에 접합되어 있는 형광체층 (20) 을 구비하고 있다. 형광체층 (20) 은, 유리 매트릭스 (21) 중에 무기 형광체 분말 (22) 이 분산되어 이루어진다.

형광체층 (20) 은 기판 (10) 에 융착되어 있는 것이 바람직하다. 무기 접합층으로는 유리층을 들 수 있다. 구체적으로는, 유리 매트릭스 (21) 과 동일한 조성으로 이루어지는 유리층을 들 수 있다.

파장 변환 부재 (1) 의 형상 치수는, 파장 변환 부재 (1) 가 사용되는 디바이스의 형상 치수 등에 따라 적절히 설정할 수 있다. 파장 변환 부재 (1) 의 형상으로는, 예를 들어 사각판상, 원반상, 휠 형상을 들 수 있다. 특히 프로젝터용 광원에 사용하는 경우에는, 휠 형상인 것이 바람직하다. 또한, 기판 (10) 의 표면 (적어도 일방의 주면) 의 전체에 형광체층 (20) 이 형성되어 있어도 되고, 기판 (10) 의 표면의 일부에만 형광체층 (10) 이 형성되어 있어도 된다.

(기판 (10))

기판 (10) 으로는, 산화물 세라믹스나 유리로 이루어지는 것을 들 수 있다. 산화물 세라믹스로는, 다결정 알루미나, 단결정 사파이어 등을 들 수 있다. 다결정 알루미나는 다공질체여도 된다. 다결정 알루미나는 반사 기판으로서 사용된다. 한편, 단결정 사파이어는 광 투과성이기 때문에, 투과형의 파장 변환 부재로서 사용할 수 있다.

(형광체층 (20))

형광체층 (20) 은, 유리 매트릭스 (21) 와 무기 형광체 분말 (22) 을 포함한다. 예를 들어, 형광체층 (20) 은, 유리 분말 소결체로 이루어지는 유리 매트릭스 (21) 중에 무기 형광체 분말 (22) 이 분산되어 이루어진다. 이와 같이 하면, 유리 매트릭스 (21) 중에 무기 형광체 분말 (22) 이 균일하게 분산된 형광체층 (20) 을 얻기 쉬워진다.

유리 매트릭스 (21) 의 조성으로는, 예를 들어, SiO₂, B₂O₃ 중 어느 1 종 이상을 60 ∼ 90 질량％ 함유하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 SiO₂-B₂O₃-RO (R 은 Mg, Ca, Sr 또는 Ba) 계 유리, SiO₂-B₂O₃-R'₂O (R' 는 Li, Na 또는 Ka) 계 유리, SiO₂-B₂O₃-RO-R'₂O 계 유리 등을 들 수 있다.

본 실시형태에서는, 30 ℃ ∼ 형광체층 (20) 의 고착점의 온도 범위에 있어서, 기판 (10) 의 열팽창 계수를 α₁, 형광체층 (20) 의 열팽창 계수를 α₂ 로 한 경우, -10 × 10^-7 ≤ α₁ - α₂ ≤ 10 × 10^-7 (/℃) 의 관계를 만족한다. α₁ - α₂ 가 지나치게 작으면, 상기 서술한 이유로부터, 기판 (10) 과 형광체층 (20) 의 계면에 발생하는 응력 변형 (기판 (10) 으로부터 형광체 (20) 에 대한 인장 응력) 이 커져, 사용시에 파손될 우려가 있다. 한편, α₁ - α₂ 가 지나치게 큰 경우도, 기판 (10) 과 형광체층 (20) 의 계면에 발생하는 응력 변형 (기판 (10) 으로부터 형광체 (20) 에 대한 압축 응력) 이 커져, 형광체층 (20) 이 기판 (10) 으로부터 박리되기 쉬워진다. α₁ - α₂ 는 -8 × 10^-7 이상, 특히 -6 × 10^-7 이상 (/℃) 이 바람직하고, 8 × 10^-7 이하, 특히 6 × 10^-7 이하 (/℃) 가 바람직하다.

무기 형광체 분말 (22) 로는, 일반적으로 시장에서 입수할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 질화물 형광체 분말, 산질화물 형광체 분말, 산화물 형광체 분말 (YAG 형광체 분말 등의 가넷계 형광체 분말을 포함한다), 황화물 형광체 분말, 산황화물 형광체 분말, 할로겐화물 형광체 분말 (할로인산염화물 분말 등) 및 알루민산염 형광체 분말 등으로 이루어지는 것을 들 수 있다. 그 중에서도, 질화물 형광체 분말, 산질화물 형광체 분말 및 산화물 형광체 분말은 내열성이 높고, 소성시에 비교적 잘 열화되지 않기 때문에 바람직하다. 또한, 질화물 형광체 분말 및 산질화물 형광체 분말은, 근자외 ∼ 청색의 여기광을 녹색 ∼ 적색이라는 폭넓은 파장 영역으로 변환하고, 게다가 발광 강도도 비교적 높다는 특징을 갖고 있다. 그 때문에, 질화물 형광체 분말 및 산질화물 형광체 분말은, 특히 백색 LED 소자용 파장 변환 부재에 사용되는 무기 형광체 분말 (22) 로서 유효하다.

무기 형광체 분말 (22) 로는, 파장 300 ∼ 500 ㎚ 에 여기대를 갖고, 파장 380 ∼ 780 ㎚ 에 발광 피크를 갖는 것, 특히 청색 (파장 440 ∼ 480 ㎚), 녹색 (파장 500 ∼ 540 ㎚), 황색 (파장 540 ∼ 595 ㎚) 또는 적색 (파장 600 ∼ 700 ㎚) 으로 발광하는 것을 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면, 청색의 발광을 발하는 무기 형광체 분말로는, (Sr,Ba)MgAl₁₀O₁₇：Eu^2＋, (Sr,Ba)₃MgSi₂O₈：Eu^2＋ 등을 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면, 녹색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말로는, SrAl₂O₄：Eu^2＋, SrBaSiO₄：Eu^2＋, Y₃(Al,Gd)₅O₁₂：Ce^2＋, SrSiO_n：Eu^2＋, BaMgAl₁₀O₁₇：Eu^2＋, Mn^2＋, Ba₂MgSi₂O₇：Eu^2＋, Ba₂SiO₄：Eu^2＋, Ba₂Li₂Si₂O₇：Eu^2＋, BaAl₂O₄：Eu^2＋ 등을 들 수 있다.

파장 440 ∼ 480 ㎚ 의 청색의 여기광을 조사하면, 녹색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말로는, SrAl₂O₄：Eu^2＋, SrBaSiO₄：Eu^2＋, Y₃(Al,Gd)₅O₁₂：Ce^3＋, SrSiO_n：Eu^2＋, β-SiAlON：Eu^2＋ 등을 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면, 황색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말로는, La₃Si₆N₁₁：Ce^3＋ 등을 들 수 있다.

파장 440 ∼ 480 ㎚ 의 청색의 여기광을 조사하면, 황색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말로는, Y₃(Al,Gd)₅O₁₂：Ce^3＋, Sr₂SiO₄：Eu^2＋ 를 들 수 있다.

파장 300 ∼ 440 ㎚ 의 자외 ∼ 근자외의 여기광을 조사하면, 적색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말로는, CaGa₂S₄：Mn^2＋, MgSr₃Si₂O₈：Eu^2＋, Mn^2＋, Ca₂MgSi₂O₇：Eu^2＋, Mn^2＋ 등을 들 수 있다.

파장 440 ∼ 480 ㎚ 의 청색의 여기광을 조사하면, 적색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말로는, CaAlSiN₃：Eu^2＋, CaSiN₃：Eu^2＋, (Ca,Sr)₂Si₅N₈：Eu^2＋, α-SiAlON：Eu^2＋ 등을 들 수 있다.

또한, 여기광이나 발광의 파장역에 맞춰, 복수의 무기 형광체 분말을 혼합하여 사용해도 된다. 예를 들어, 자외역의 여기광을 조사하여 백색광을 얻는 경우에는, 청색, 녹색, 황색, 적색의 형광을 발하는 무기 형광체 분말을 혼합하여 사용하면 된다.

형광체층 (20) 에 있어서의 무기 형광체 분말 (22) 의 함유량이 지나치게 많으면, 소결성이 저하되어 형광체층 (20) 의 기계적 강도가 저하되기 쉬워진다. 한편, 무기 형광체 분말 (22) 의 함유량이 지나치게 적으면, 원하는 발광 강도를 얻기 어려워진다. 이와 같은 관점에서, 형광체층 (20) 에 있어서의 무기 형광체 분말 (22) 의 함유량은, 체적％ 로, 20 ∼ 90 ％, 30 ∼ 80 ％, 특히 40 ∼ 75 ％ 인 것이 바람직하다.

무기 형광체 분말 (22) 의 평균 입자경이 지나치게 크면, 발광색이 불균일해지는 경우가 있다. 따라서, 무기 형광체 분말 (22) 의 평균 입자경은 50 ㎛ 이하, 특히 25 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 단, 무기 형광체 분말 (22) 의 평균 입자경이 지나치게 작으면, 발광 강도가 저하되는 경우가 있다. 따라서, 무기 형광체 분말 (22) 의 평균 입자경은 1 ㎛ 이상, 특히 5 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.

형광체층 (20) 의 두께는 30 ∼ 300 ㎛, 특히 50 ∼ 200 ㎛ 인 것이 바람직하다. 형광체층 (20) 의 두께가 지나치게 작으면, 원하는 발광 강도를 얻기 어려워진다. 한편, 형광체층 (20) 의 두께가 지나치게 크면, 형광체층 (20) 으로부터의 광의 취출 효율이 떨어져, 발광 강도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 형광체층 (20) 의 두께가 클수록 형광체층 (20) 과 기판 (10) 의 계면 응력이 커지기 쉽기 때문에, 본 발명의 효과를 향수하기 쉬워진다.

(파장 변환 부재 (1) 의 제조 방법)

다음으로, 파장 변환 부재 (1) 의 제조 방법의 일례에 대해 설명한다.

먼저, 유리 매트릭스 (21) 를 구성하기 위한 유리 분말과, 무기 형광체 분말 (22) 을 포함하는 혼합 분말을 사용하여 그린 시트를 제조한다. 구체적으로는, 혼합 분말에 대하여, 유기 용제나 수지 바인더 등을 적당량 첨가하여 혼련함으로써 슬러리를 얻은 후, PET (폴리에틸렌테레프탈레이트) 등의 수지 필름 상에 시트 성형함으로써 그린 시트를 제조한다.

유리 분말의 입자경은, 최대 입자경 (Dmax) 이 200 ㎛ 이하 (특히 150 ㎛ 이하, 나아가서는 105 ㎛ 이하), 또한, 평균 입자경 (D50) 이 0.1 ㎛ 이상 (특히 1 ㎛ 이상, 나아가서는 2 ㎛ 이상) 인 것이 바람직하다. 유리 분말의 최대 입자경이 지나치게 크면, 형광체층 (20) 에 있어서 여기광이 산란되기 어려워져 발광 효율이 저하되기 쉬워진다. 또, 평균 입자경이 지나치게 작으면, 형광체층 (20) 에 있어서, 여기광이 과잉으로 산란되어 오히려 발광 효율이 저하되기 쉬워진다.

또한, 본 발명에 있어서, 최대 입자경 및 평균 입자경은 레이저 회절법에 의해 측정한 값을 나타낸다.

다음으로, 그린 시트와 기판 (10) 을 적층하고, 필요에 따라 프레스함으로써, 적층체를 제조한다. 적층체를 소성함으로써 파장 변환 부재 (1) 를 얻는다. 또한, 기판 (10) 과 유리 분말은, 각각의 열팽창 계수가 상기 서술한 관계가 되는 재료를 선택한다. 소성 온도는, 치밀한 소결체를 얻기 위하여, 유리 분말의 연화점 이상인 것이 바람직하다. 한편, 소성 온도가 지나치게 높으면, 무기 형광체 분말이 유리 분말 중에 용출되어 발광 강도가 저하될 우려가 있다. 그 때문에, 소성 온도는, 유리 분말의 연화점 ＋ 150 ℃ 이하, 특히 유리 분말의 연화점 ＋ 100 ℃ 이하인 것이 바람직하다.

(발광 디바이스 (2))

도 2 는, 파장 변환 부재 (1) 를 사용한 발광 디바이스 (2) 의 일 실시형태를 나타내는 모식적 측면도이다. 발광 디바이스 (2) 는, 파장 변환 부재 (1) 와 광원 (30) 을 갖는다. 광원 (30) 은, 파장 변환 부재 (1) 에 대해 여기광 (L1) 을 조사한다. 여기광 (L1) 이 파장 변환 부재 (1) 에 있어서의 형광체층 (20) 에 입사되면, 형광 (L2) 으로 파장 변환된다. 형광 (L2) 은, 반사 기판인 기판 (10) 에 의해 반사되어 광원 (30) 측을 향하여 출사된다. 형광 (L2) 은, 광원 (30) 과 파장 변환 부재 (1) 사이에 배치된 빔 스플리터 (40) 에 의해 분리되어, 외부로 취출된다.

실시예

이하, 본 발명을 구체적인 실시예에 기초하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시예에 전혀 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에 있어서 적절히 변경하여 실시하는 것이 가능하다.

표 1 은 실시예 1 ∼ 3 및 비교예 1, 2 를 나타낸다.

(1) 파장 변환 부재의 제조

표 1 에 기재된 유리 조성이 되도록 원료를 조합하고, 용융 급랭법에 의해 필름상으로 유리를 성형하였다. 얻어진 유리 필름을, 볼밀을 사용하여 습식 분쇄하여, 평균 입자경이 2 ㎛ 인 유리 분말을 얻었다.

얻어진 유리 분말과, YAG 형광체 분말 (Yttrium Aluminum Garnet：Y₃Al₅O₁₂, 평균 입자경 15 ㎛) 을, 체적비로, 유리 분말：형광체 분말 = 30：70 이 되도록 진동 혼합기를 사용하여 혼합하였다. 얻어진 혼합 분말 50 g 에 결합제, 가소제, 용제 등을 적당량 첨가하고, 24 시간 혼련함으로써 슬러리를 얻었다. 이 슬러리를, 닥터 블레이드법 (블레이드 갭 200 ㎛) 을 사용하여 PET 필름 상에 도포하고 건조시킴으로써 그린 시트를 제조하였다. 얻어진 그린 시트의 두께는 120 ㎛ 였다.

다결정 알루미나 기판 (MARUWA 제조 HA-96-2, 180 ㎜ × 15 ㎜, 두께 0.25 ㎜) 의 표면에, 동사이즈로 절단한 상기의 그린 시트를 첩부하고, 열 압착기를 사용하여 100 ℃ 에서 10 ㎪ 의 압력을 3 분 인가함으로써 적층체를 제조하였다. 적층체를 대기 중에서 600 ℃ 에서 1 시간 탈지 처리한 후, 표 1 에 기재된 소성 온도에서 30 분간 소성함으로써, 파장 변환 부재를 제조하였다. 얻어진 파장 변환 부재에 있어서의 형광체층의 두께는 100 ㎛ 였다.

형광체층의 고착점 및 30 ℃ ∼ 고착점의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수는 이하와 같이 하여 측정하였다. 상기에서 얻어진 유리 분말과 YAG 형광체 분말의 혼합 분말을, 금형을 사용하여 50 ㎫ 로 프레스함으로써 압분체를 제조하였다. 압분체를 전기로로 표 1 에 기재된 소성 온도에서 60 분간 소성함으로써 치밀한 소결체를 얻었다. 얻어진 소결체를 소정 형상으로 가공하고, TMA (열기계 분석) 장치 (리가쿠 제조 Thermo Plus TMA8310) 를 사용하여 얻어진 열팽창 곡선으로부터 유리 전이점 Tg 및 굴복점 Tf 를 구하고, 고착점 = Tf - (Tf - Tg)/3 의 식으로부터 고착점을 산출하였다. 열팽창 곡선은 승온 과정에서 급격한 구배를 갖는 직선으로 변화한다. 이 굴곡점을 유리 전이점 Tg 로 하였다. 더욱 승온을 실시하면, 소결체는 연화에 의해 외관상, 신장이 정지되고 수축이 검출된다. 이 변곡점을 굴복점 Tf 로 하였다. 또 열팽창 곡선으로부터, 30 ℃ ∼ 상기 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수를 산출하였다. 다결정 알루미나 기판에 대해서도, TMA 장치를 사용하여 얻어진 열팽창 곡선으로부터, 30 ℃ ∼ 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서의 열팽창 계수를 산출하였다.

(2) 특성 평가

상기에서 제조한 파장 변환 부재에 대하여, 기판과 형광체층의 계면에 있어서의 잔존 응력을 확인하였다. 또한, 기판 및 형광체층은 모두 불투명체이고, 편광 현미경 등에 의한 광학적 변형을 관찰할 수 없기 때문에, 파장 변환 부재의 휨량을 측정하여 잔존 응력의 지표로 하였다. 구체적으로는, 파장 변환 부재의 길이 방향의 단부를 정반 상에 가압하였을 때, 반대측의 단부와 정반의 거리를 측정하여, 휨량으로서 평가하였다. 또한, 표에는 형광체층측이 오목해지도록 휘는 경우를 정 (正), 기판측이 오목해지도록 휘는 경우를 부 (負) 로서 기재하였다.

표 1 로부터 명확한 바와 같이, 실시예 1 ∼ 3 의 파장 변환 부재는, 비교예 1, 2 의 파장 변환 부재와 비교하여, 휨량의 절대값이 작고, 기판과 형광체층의 계면에 있어서의 잔존 응력이 작은 것을 알 수 있다.

1 : 파장 변환 부재
2 : 발광 디바이스
10 : 기판
20 : 형광체층
21 : 유리 매트릭스
22 : 무기 형광체 분말
30 : 광원
40 : 빔 스플리터

Claims

기판과, 유리 매트릭스 중에 무기 형광체 분말이 분산되어 이루어지는 형광체층이 접합되어 이루어지는 파장 변환 부재로서,
30 ℃ ∼ 상기 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서, 상기 기판의 열팽창 계수를 α₁, 상기 형광체층의 열팽창 계수를 α₂ 로 한 경우, -10 × 10^-7 ≤ α₁ - α₂ ≤ 10 × 10^-7 (/℃) 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
단, 고착점 = Tf - (Tf - Tg)/3 (Tg：유리 전이점, Tf：굴복점)
제 1 항에 있어서,
상기 기판이 산화물 세라믹스 또는 유리로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 2 항에 있어서,
상기 산화물 세라믹스가 다결정 알루미나 또는 단결정 사파이어인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광체층이, 상기 기판에 융착되어 있는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광체층의 두께가 30 ∼ 300 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 형광체 분말이, 질화물 형광체 분말, 산질화물 형광체 분말, 산화물 형광체 분말, 황화물 형광체 분말, 산황화물 형광체 분말, 할로겐화물 형광체 분말 및 알루민산염 형광체 분말에서 선택되는 1 종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 형광체층에 있어서의 상기 무기 형광체 분말의 함유량이 30 ∼ 80 체적％ 인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
휠 형상인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 파장 변환 부재와, 상기 파장 변환 부재에 있어서의 상기 형광체층에 여기광을 조사하는 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
제 9 항에 있어서,
프로젝터 광원으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 발광 디바이스.
유리 분말과 무기 형광체 분말을 포함하는 그린 시트를 제조하는 공정,
상기 그린 시트를 기판 상에 첩부하고, 소성함으로써 형광체층을 형성하는 공정을 포함하는 파장 변환 부재의 제조 방법으로서,
30 ℃ ∼ 상기 형광체층의 고착점의 온도 범위에 있어서, 상기 기판의 열팽창 계수를 α₁, 상기 형광체층의 열팽창 계수를 α₂ 로 한 경우, -10 × 10^-7 ≤ α₁ - α₂ ≤ 10 × 10^-7 (/℃) 의 관계를 만족시키는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재의 제조 방법.
단, 고착점 = Tf - (Tf - Tg)/3 (Tg：유리 전이점, Tf：굴복점)