KR20180095645A - 파장 변환 부재 및 발광 장치 - Google Patents
파장 변환 부재 및 발광 장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20180095645A KR20180095645A KR1020187020385A KR20187020385A KR20180095645A KR 20180095645 A KR20180095645 A KR 20180095645A KR 1020187020385 A KR1020187020385 A KR 1020187020385A KR 20187020385 A KR20187020385 A KR 20187020385A KR 20180095645 A KR20180095645 A KR 20180095645A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- light
- phosphor
- phosphor particles
- average particle
- less
- Prior art date
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 144
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 116
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 41
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 12
- 239000011800 void material Substances 0.000 claims description 8
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 26
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 27
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 21
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 13
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 8
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 8
- 229910019655 synthetic inorganic crystalline material Inorganic materials 0.000 description 8
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 7
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 7
- WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N alpha-terpineol Chemical compound CC1=CCC(C(C)(C)O)CC1 WUOACPNHFRMFPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N delta-terpineol Natural products CC(C)(O)C1CCC(=C)CC1 SQIFACVGCPWBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 6
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 6
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 6
- 229940116411 terpineol Drugs 0.000 description 6
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 5
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 4
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 4
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 3
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- -1 lutetium aluminum Chemical compound 0.000 description 3
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 2
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012790 confirmation Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N isophorone Chemical compound CC1=CC(=O)CC(C)(C)C1 HJOVHMDZYOCNQW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 2
- 229910052712 strontium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100032047 Alsin Human genes 0.000 description 1
- 101710187109 Alsin Proteins 0.000 description 1
- 229910015999 BaAl Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 101000990976 Homo sapiens Mitochondrial Rho GTPase 2 Proteins 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 102100030325 Mitochondrial Rho GTPase 2 Human genes 0.000 description 1
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K aluminium phosphate Chemical compound O1[Al]2OP1(=O)O2 ILRRQNADMUWWFW-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000386 athletic effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 1
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 1
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 229920001709 polysilazane Polymers 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N tetramethyl orthosilicate Chemical compound CO[Si](OC)(OC)OC LFQCEHFDDXELDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
- F21V29/10—Arrangement of heat-generating components to reduce thermal damage, e.g. by distancing heat-generating components from other components to be protected
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
- C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
- C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
- C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
- C09K11/7706—Aluminates
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V7/00—Reflectors for light sources
- F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
- F21V7/28—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by coatings
- F21V7/30—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by coatings the coatings comprising photoluminescent substances
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
- F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
- F21V9/32—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material
- F21V9/35—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material at focal points, e.g. of refractors, lenses, reflectors or arrays of light sources
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B5/00—Optical elements other than lenses
- G02B5/20—Filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
- H01L33/48—Semiconductor 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
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
- H01S5/00—Semiconductor lasers
- H01S5/02—Structural details or components not essential to laser action
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F21—LIGHTING
- F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
- F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
- F21Y2115/30—Semiconductor lasers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
열 전도성이 높고, 형광층의 온도 상승을 방지할 수 있으며, 강도가 큰 광원광을 조사해도 형광 성능을 유지할 수 있는 형광 부재 및 발광 장치를 제공한다.
특정 범위의 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환함과 함께, 반사면에 의해 광을 반사하여 조사광으로 하는 반사형의 파장 변환 부재 (100) 로서, 무기 재료로 이루어지는 기재 (110) 와, 상기 기재 (110) 상에 형성되고, 흡수광에 대해 변환광을 발하는 형광체 입자 (122) 와 상기 형광체 입자 (122) 끼리를 결합하는 투광성 세라믹스 (121) 로 이루어지는 형광체층 (120) 을 구비하고, 상기 형광체층 (120) 의 두께와 상기 형광체 입자 (122) 의 평균 입자경의 비가 30 미만이고, 상기 기재 (110) 또는 자부재에 인접하는 반사판의 표면을 상기 변환광의 반사면으로 한다.
특정 범위의 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환함과 함께, 반사면에 의해 광을 반사하여 조사광으로 하는 반사형의 파장 변환 부재 (100) 로서, 무기 재료로 이루어지는 기재 (110) 와, 상기 기재 (110) 상에 형성되고, 흡수광에 대해 변환광을 발하는 형광체 입자 (122) 와 상기 형광체 입자 (122) 끼리를 결합하는 투광성 세라믹스 (121) 로 이루어지는 형광체층 (120) 을 구비하고, 상기 형광체층 (120) 의 두께와 상기 형광체 입자 (122) 의 평균 입자경의 비가 30 미만이고, 상기 기재 (110) 또는 자부재에 인접하는 반사판의 표면을 상기 변환광의 반사면으로 한다.
Description
본 발명은 특정 범위의 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환함과 함께, 반사면에 의해 광을 반사하여 조사광으로 하는 반사형의 파장 변환 부재 및 발광 장치에 관한 것이다.
발광 소자로서, 예를 들어 청색 LED 소자에 접촉하도록 에폭시나 실리콘 등으로 대표되는 수지에 형광체 입자를 분산시킨 파장 변환 부재를 배치한 것이 알려져 있다. 그리고, 최근에는 LED 대신에, 에너지 효율이 높고, 소형화, 고출력화에 대응하기 쉬운, 레이저 다이오드 (LD) 가 사용된 어플리케이션이 증가하고 있다.
레이저는 국소적으로 높은 에너지의 광을 조사하기 때문에, 집중적으로 레이저 광이 조사된 수지는, 그 조사 지점이 타버린다. 이에 반해, 파장 변환 부재를 링형상으로 형성하고 그것을 고속으로 회전시키면서 레이저를 조사함으로써 타는 것을 억제하는 개선책이 제안되어 있다 (특허문헌 1).
그런데, 상기와 같은 개선책에서는, 기구, 장치의 대형화나 복잡화를 초래하여, 시스템은 큰 제약을 받는다. 한편, 파장 변환 부재를 구성하는 수지 대신에 무기 바인더를 사용하고, 무기 재료만으로 형성된 파장 변환 부재를 사용하는 것이 제안되어 있다 (특허문헌 2 ∼ 7).
상기와 같은 무기 바인더를 사용한 파장 변환 부재에서는, 재료 자체의 내열성은 향상된다. 그러나, 레이저 파워에 대한 형광체 입자가 발열하여, 축열이 진행되면, 형광체 입자의 발광 성능이 소실되는 경우가 있다. 따라서, 실제로는, 고에너지 환경에서 파장 변환 부재의 사용은 곤란하다.
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 열 저항이 낮고, 형광체층의 온도 상승을 방지할 수 있으며, 강도가 큰 광원광을 조사해도 형광 성능을 유지할 수 있는 파장 변환 부재 및 발광 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 파장 변환 부재는, 특정 범위의 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환함과 함께, 반사면에 의해 광을 반사하여 조사광으로 하는 반사형의 파장 변환 부재로서, 무기 재료로 이루어지는 기재와, 상기 기재 상에 형성되고, 흡수광에 대해 변환광을 발하는 형광체 입자와 상기 형광체 입자끼리를 결합하는 투광성 세라믹스로 이루어지는 형광체층을 구비하고, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 30 미만이고, 특정 범위의 파장의 광원광에 대해, 상기 광원광이 20 W/㎟ 의 파워 밀도일 때, 상기 형광체층의 발광 효율 유지율이 70 ％ 이상이고, 상기 기재 또는 자부재 (自部材) 에 인접하는 반사판의 표면을 상기 변환광의 반사면으로 하는 것을 특징으로 하고 있다. 이로써, 열 저항이 낮고, 형광체층의 온도 상승을 방지할 수 있으며, 강도가 큰 광원광을 조사해도 형광 성능을 유지할 수 있다. 나아가 고출력으로 계속해서 발광시켜도 형광 성능이 저하되지 않는 발광 장치를 구성할 수 있다.
(2) 또, 본 발명의 파장 변환 부재는, 이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하고 있다. (a) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 1 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 30 미만인 것. (b) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 15 미만인 것. (c) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 5 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 10 미만인 것. (d) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 10 ㎛ 이상인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 5 미만인 것.
이와 같이, 파장 변환 부재는, 반사형으로서 사용된 경우에, 형광체층 내의 입자수의 밀도가 지나치게 높아지지 않고, 입계의 열 저항을 저감할 수 있는 한편, 형광체층 내의 구조를 균질하게 하여, 균질한 광을 얻을 수 있다. 본 발명에 있어서의 균질한 광이란, 「이차원 색채 휘도계 (코니카 미놀타 CA-2500) 를 사용하여 측정했을 때에 면 내에 있어서의 흡수광 (여기광) 의 스펙트럼 피크의 평균치에 대해, 국소적인 흡수광 (여기광) 의 스펙트럼 피크치가 2 배 미만인 것」으로 한다.
(3) 또, 본 발명의 파장 변환 부재는, 상기 형광체층의, 상기 형광체 입자의 최표면 및 상기 기재와 접하는 평면에 의해 협지된 일정 두께의 층의 외관상 체적에 대해, 상기 외관상 체적으로부터 상기 외관상 체적 내에 포함되는 고체 성분의 체적을 차감함으로써 산출된 공극 부분의 체적의 비율을 공극률이라고 정의한 경우에, 그 상기 공극률은 30 ∼ 70 ％ 인 것을 특징으로 하고 있다. 이로써, 형광체층 내에 분산된 기공을 다수 갖기 때문에, 조사된 광이 형광체층 내에서 분산 (난반사) 되어, 형광체 입자에 광이 조사되기 쉬워진다.
(4) 또, 본 발명의 파장 변환 부재는, 상기 기재는 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다. 이로써, 높은 열 전도성을 유지할 수 있어, 형광체층의 온도 상승을 억제할 수 있다.
(5) 또, 본 발명의 발광 장치는, 특정 범위의 파장의 광원광을 발생시키는 광원과, 상기 광원광을 흡수하고, 다른 파장의 광으로 변환하여 발광하는 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 파장 변환 부재를 구비하는 것을 특징으로 하고 있다. 이로써, 강도가 큰 광원광을 조사해도 형광 성능을 유지할 수 있는 발광 장치를 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 열 저항이 낮고, 형광체층의 온도 상승을 방지할 수 있으며, 강도가 큰 광원광을 조사해도 형광 성능을 유지할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 발광 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2 의 (a), (b), (c) 는 각각 본 발명의 파장 변환 부재의 제작 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3 의 (a), (b) 는 각각 파장 변환 부재에 대한 투과형, 반사형의 평가 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 4 의 (a), (b) 는 각각 기재를 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5 의 (a), (b) 는 각각 일정한 형광체 입자경에 대해 형광체층의 두께를 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6 의 (a), (b) 는 각각 형광체 입자의 평균 입자경을 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7 의 (a), (b) 는 각각 공극률과 형광의 발광 강도 및 포화점의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 의 (a), (b) 는 각각 소결체와 파장 변환 부재의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 2 의 (a), (b), (c) 는 각각 본 발명의 파장 변환 부재의 제작 공정을 나타내는 단면도이다.
도 3 의 (a), (b) 는 각각 파장 변환 부재에 대한 투과형, 반사형의 평가 시스템을 나타내는 단면도이다.
도 4 의 (a), (b) 는 각각 기재를 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 5 의 (a), (b) 는 각각 일정한 형광체 입자경에 대해 형광체층의 두께를 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 6 의 (a), (b) 는 각각 형광체 입자의 평균 입자경을 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
도 7 의 (a), (b) 는 각각 공극률과 형광의 발광 강도 및 포화점의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8 의 (a), (b) 는 각각 소결체와 파장 변환 부재의 발광 특성을 나타내는 그래프이다.
다음으로, 본 발명의 실시형태에 대해, 도면을 참조하면서 설명한다. 설명의 이해를 용이하게 하기 위해, 각 도면에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 붙이고, 중복되는 설명은 생략한다. 또한, 구성도에 있어서, 각 구성 요소의 크기는 개념적으로 나타낸 것으로, 실제의 치수 비율을 나타내는 것은 아니다.
[반사형의 발광 장치의 구성]
도 1 은, 반사형의 발광 장치 (10) 를 나타내는 모식도이다. 도 1 에 나타내는 바와 같이, 발광 장치 (10) 는, 광원 (50) 및 파장 변환 부재 (100) 를 구비하고, 파장 변환 부재 (100) 에 의해 반사된 광원광 및 파장 변환 부재 (100) 내에서 광원광에 의한 여기에 의해 발생한 광을 합하여 조사광을 방사하고 있다. 조사광은 예를 들어 백색광으로 할 수 있다.
광원 (50) 에는, LED (Light Emitting Diode) 또는 LD (Laser Diode) 의 칩을 사용할 수 있다. LED 는, 발광 장치 (10) 의 설계에 따라 특정 범위의 파장을 갖는 광원광을 발생시킨다. 예를 들어, LED 는, 청색광을 발생시킨다. 또, LD 를 사용한 경우에는 파장이나 위상의 편차가 적은 코히런트광을 발생할 수 있다. 또한, 광원 (50) 은, 이들에 한정되지 않고, 가시광 외의 것을 발생시키는 것이어도 되지만, 자외광, 청색광, 또는 녹색광을 발생시키는 것이 바람직하고, 특히 청색광을 발생시키는 것이 바람직하다.
[반사형의 파장 변환 부재의 구성]
파장 변환 부재 (100) 는, 기재 (110) 및 형광체층 (120) 을 구비하고, 판상으로 형성되며, 광원광을 기재 (110) 에 의해 반사시키면서, 광원광에 여기되어 파장이 상이한 광을 발생시킨다. 예를 들어, 청색광을 반사시키면서, 녹색과 적색이나 황색의 형광을 발생시켜 백색광을 방사할 수 있다. 기재 (110) 는 판상으로 형성되고, 예를 들어, 광원광을 반사시키는 무기 재료로 구성할 수 있다. 기재 (110) 는, 알루미늄으로 이루어지는 것이 바람직하다. 높은 열 전도성을 갖는 기재 (110) 를 채용함으로써, 형광체층 (120) 의 축열을 억제하여, 형광체 입자의 온도 상승을 억제할 수 있고, 온도 소광을 방지할 수 있다.
형광체층 (120) 은, 기재 (110) 상에 막으로서 형성되고, 형광체 입자 (122) 와 투광성 세라믹스 (121) 로 형성되어 있다. 투광성 세라믹스 (121) 는, 형광체 입자 (122) 끼리를 결합함과 함께 기재 (110) 와 형광체 입자 (122) 를 결합하고 있다. 형광체 입자경에 대한 형광체층 (120) 의 두께가 얇기 때문에, 형광체층 (120) 에서 발생한 열을 효율적으로 기재 (110) 로 전도하여, 형광체층 (120) 의 온도 상승을 방지할 수 있다. 그 결과, 강도가 큰 광원광을 조사해도 형광 성능을 유지할 수 있다.
즉, 고에너지 밀도 레이저를 광원광으로 하는 경우에도, 필요한 색 설계가 가능한 범위에서 가능한 한 얇은 형광체층 (120) 을 형성함으로써 형광체 입자 (122) 의 발열 (축열) 에 의한 온도 소광을 억제할 수 있다. 반사율을 보다 높이기 위해, 기재의 표면에는 Ag 막이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 열 전도성을 고려하면, 파장 변환 부재 (100) 의 두께는, 하기 표와 같은 것이 바람직하다.
열 전달의 곤란성을 나타내는 열 저항은 형광체층의 열 저항률 또는 열 전도율 및 면적을 일정하게 한 경우에는 두께에 의존하며, 두꺼워질수록 열 저항은 증가한다. 레이저를 조사한 경우에 열 저항이 작을수록, 즉 두께가 얇을수록 열은 전달되기 쉬워 축열이 일어나기 어려워지므로, 발열 (축열) 에 의한 온도 소광을 억제할 수 있다.
투광성 세라믹스 (121) 는, 형광체 입자 (122) 를 유지하기 위한 무기 바인더이고, 예를 들어 실리카 (SiO2), 인산알루미늄으로 구성된다. 형광체 입자 (122) 에는, 예를 들어 이트륨·알루미늄·가닛계 형광체 (YAG 계 형광체) 및 루테튬·알루미늄·가닛계 형광체 (LAG 계 형광체) 를 사용할 수 있다.
그 외에, 형광체 입자는, 발광시키는 색의 설계에 따라서 이하와 같은 재료로부터 선택할 수 있다. 예를 들어, BaMgAl10O17 : Eu, ZnS : Ag, Cl, BaAl2S4 : Eu 혹은 CaMgSi2O6 : Eu 등의 청색계 형광체, Zn2SiO4 : Mn, (Y,Gd)BO3 : Tb, ZnS : Cu, Al, (M1)2SiO4 : Eu, (M1)(M2)2S : Eu, (M3)3Al5O12 : Ce, SiAlON : Eu, CaSiAlON : Eu, (M1)Si2O2N : Eu 혹은 (Ba,Sr,Mg)2SiO4 : Eu, Mn 등의 황색 또는 녹색계 형광체, (M1)3SiO5 : Eu 혹은 (M1)S : Eu 등의 황색, 오렌지색 또는 적색계 형광체, (Y,Gd)BO3 : Eu, Y2O2S : Eu, (M1)2Si5N8 : Eu, (M1)AlSiN3 : Eu 혹은 YPVO4 : Eu 등의 적색계 형광체를 들 수 있다. 또한, 상기 화학식에 있어서, M1 은, Ba, Ca, Sr 및 Mg 로 이루어지는 군 중의 적어도 1 개가 함유되고, M2 는, Ga 및 Al 중의 적어도 1 개가 함유되고, M3 은, Y, Gd, Lu 및 Te 로 이루어지는 군 중 적어도 1 개가 함유된다. 또한, 상기 형광체 입자는 일례이며, 파장 변환 부재에 사용되는 형광체 입자가 반드시 상기에 한정되는 것은 아니다.
형광체층 (120) 의 공극률은 30 ％ 이상 70 ％ 이하인 것이 바람직하다. 기공이 형광체층 (120) 내에 많이 형성되어 있기 때문에, 형광체층 (120) 이 얇아도 내부에서 광이 분산되어, 효율적으로 형광체 입자 (122) 에 광원광이 조사된다.
형광체층 (120) 의 두께는, 형광체 입자 (122) 의 평균 입자경에 따라서, 그 형광체층의 두께와 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 소정 범위에 있는 것이 바람직하다. 형광체 입자의 입자경에 대해, 막두께가 소정 배 미만이기 때문에, 형광체층 (120) 내의 입자수의 밀도가 지나치게 높아지지 않아, 입계의 열 저항을 저감할 수 있다. 한편, 형광체 입자의 입자경에 대해, 막두께가 소정 배 이상이기 때문에, 형광체층 (120) 내의 구조를 균질하게 하여, 형광체층 (120) 의 강도를 유지할 수 있음과 함께, 균질한 광을 얻을 수 있다.
상기와 같은 구성에 의해, 파장 변환 부재 (100) 는, 광원광이 20 W/㎟ 의 파워 밀도일 때, 발광 효율 유지율이 70 ％ 이상인 것이 바람직하다. 이로써, 고출력으로 발광시켜도 형광 성능이 저하되지 않는 발광 장치 (10) 를 구성할 수 있다. 이와 같은 발광 장치 (10) 는, 예를 들어 공장, 구장이나 미술관 등의 공공 시설의 조명, 또는 자동차의 헤드 램프 등에 응용하면 높은 효과가 기대된다.
[파장 변환 부재의 제조 방법]
도 2 의 (a), (b), (c) 는, 각각 본 발명의 파장 변환 부재의 제조 공정을 나타내는 단면도이다. 먼저 무기 바인더, 용제, 형광체 입자를 준비한다. 바람직한 무기 바인더로서, 예를 들어 에탄올에 실리콘의 전구체를 녹여 얻어진 에틸실리케이트를 사용할 수 있다.
그 외, 무기 바인더는, 가수분해 혹은 산화에 의해 산화규소가 되는 산화규소 전구체, 규산 화합물, 실리카, 및 아모르퍼스 실리카로 이루어지는 군 중의 적어도 1 종을 함유하는 원료를, 상온에서 반응시키거나, 또는, 500 ℃ 이하의 온도에서 열처리함으로써 얻어진 것이어도 된다. 산화규소 전구체로는, 예를 들어, 퍼하이드로폴리실라잔, 에틸실리케이트, 메틸실리케이트를 주성분으로 한 것을 들 수 있다.
또, 용제로는, 부탄올, 이소포론, 테르피네올, 글리세린 등의 고비점 용제를 사용할 수 있다. 형광체 입자에는, 예를 들어 YAG, LAG 등의 입자를 사용할 수 있다. 광원광에 대하여 얻고자 하는 조사광에 따라 형광체 입자의 종류나 양을 조정한다. 예를 들어, 청색광에 대하여 백색광을 얻고자 하는 경우에는, 청색광에 의한 여기에 의해 녹색광 및 적색광 또는 황색광을 방사하는 형광체 입자를 각각 적량 선택한다.
도 2 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 이들 무기 바인더, 용제, 형광체 입자를 혼합하여 페이스트 (잉크) (410) 를 제조한다. 혼합에는 볼 밀 등을 사용할 수 있다. 한편으로, 무기 재료의 기재를 준비한다. 기재에는, 알루미늄을 사용할 수 있다. 기재는 판상인 것이 바람직하다. 또, 기재에 유리, 사파이어 등을 사용함으로써 투과형의 파장 변환 부재를 제조할 수도 있다.
다음으로, 도 2 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 스크린 인쇄법을 사용하여, 얻어진 페이스트 (410) 를 평균 입자경에 대해 상기 표에 나타내는 범위의 막두께가 되도록 기재 (110) 에 도포한다. 스크린 인쇄는, 페이스트 (410) 를 잉크 스퀴지 (510) 로, 프레임에 매달린 실크 스크린 (520) 에 대고 세게 눌러 실시할 수 있다. 스크린 인쇄법 이외에, 스프레이법, 디스펜서에 의한 묘화법, 잉크젯법을 들 수 있지만, 얇은 두께의 형광체층을 안정적으로 형성하기 위해서는 스크린 인쇄법이 바람직하다.
그리고, 인쇄된 페이스트 (410) 를 건조시켜, 노 (600) 내에서 열처리함으로써 용제를 날림과 함께 무기 바인더의 유기분을 날려 무기 바인더 중의 주금속을 산화 (주금속이 Si 인 경우에는 SiO2 화) 시키고, 그 때 형광체층 (120) 과 기재 (110) 를 접착한다. 이와 같이 하여, 파장 변환 부재를 얻을 수 있다.
그리고, 발광 장치는, 반사에 적절한 기재를 사용한 파장 변환 부재를 LED 등의 광원에 대해 적절히 배치하여 제조할 수 있다.
[실시예］
(1. 기재에 대한 소광 상태의 확인)
(1-1) 시료의 제조 방법
먼저, 다음과 같이 파장 변환 부재를 제조하였다. 에틸실리케이트와 테르피네올을 YAG 형광체 입자 (평균 입자경 18 ㎛) 와 혼합하여 제조된 페이스트를, 스크린 인쇄법을 사용하여 40 ㎛ 의 두께가 되도록 기재가 되는 유리, 사파이어, 알루미늄의 판에 각각 도포하고, 열처리하여 파장 변환 부재의 시료를 얻었다.
(1-2) 평가 방법
상기 제조 방법에 의해 얻어진 파장 변환 부재에 레이저를 조사하고, 레이저 입력값에 대한 형광의 발광 강도와 발광 효율 유지율을 조사하였다. 도 3 의 (a), (b) 는, 각각 파장 변환 부재에 대한 투과형, 반사형의 평가 시스템 (700, 800) 을 나타내는 단면도이다. 도 3 의 (a) 에 나타내는 바와 같이, 투과형의 평가 시스템 (700) 은, 광원 (710), 평면 볼록 렌즈 (720), 양볼록 렌즈 (730), 밴드 패스 필터 (735), 파워 미터 (740) 로 구성되어 있다. 또한, 밴드 패스 필터 (735) 는, 파장 480 ㎚ 이하의 광을 커트하는 필터로, 형광의 발광 강도를 측정할 때, 투과된 광원광 (여기광) 을 형광과 분리하기 위해서, 양볼록 렌즈와 파워 미터 사이에 설치된다.
평면 볼록 렌즈 (720) 로 들어간 광원광은, 파장 변환 부재 (100) 상의 초점에 집광된다. 그리고, 파장 변환 부재 (100) 로부터 발생한 방사광을 양볼록 렌즈 (730) 에 의해 집광하고, 그 집광된 광에 대해 파장 480 ㎚ 이하를 커트한 광의 강도를 파워 미터 (740) 로 측정한다. 이 측정값을 형광의 발광 강도로 한다. 한편, 도 3 의 (b) 에 나타내는 바와 같이, 반사형의 평가 시스템 (800) 은, 구성 요소는 평가 시스템 (700) 과 동일하지만, 파장 변환 부재 (100) 로부터의 반사광을 집광하여 측정할 수 있도록 각 요소가 배치되어 있다. 레이저광을 렌즈에 의해 집광하고, 조사 면적을 좁힘으로써, 저출력의 레이저라도 단위 면적당 에너지 밀도를 높일 수 있다. 이 에너지 밀도를 레이저 파워 밀도로 한다.
적절히, 상기 2 종의 평가 시스템 (700, 800) 을 구분해서 사용하여, 파장 변환 부재의 평가를 실시하였다. 투과형의 평가 시스템 (700) 에서는, 상기 유리 또는 사파이어의 기재의 시료를 사용하고, 반사형의 평가 시스템 (800) 에서는, 알루미늄의 기재의 시료를 사용하였다. 또한, 형광의 발광 강도란, 상기 평가 시스템을 사용한 경우에 휘도계에 나타나는 숫자를 무차원화한 상대 강도이고, 발광 효율 유지율이란, 발열이나 축열의 영향을 무시할 수 있는 낮은 레이저 파워 밀도에 있어서의, 발광 효율을 100 ％ 로 한 경우의 각 레이저 파워 밀도에 대한 발광 효율의 비율이다.
(1-3) 평가 결과
상기 평가 결과로서 기재에 대한 발광 특성을 확인할 수 있었다. 도 4 의 (a), (b) 는, 각각 기재를 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다. 3 종의 기재에서 일정한 레이저 파워 밀도까지는 파워 밀도의 증가에 수반하여 형광의 발광 강도가 거의 비례의 관계로 증가해 나가는 것이 확인되었다. 사파이어 기재에서는 레이저 파워 밀도가 48 W/㎟, 알루미늄 기재에서는 27 W/㎟, 유리 기재에서는 11 W/㎟ 이상에서 발광이 감소되었다.
형광체 입자는 온도의 상승에 따라 온도 소광에 의해 발광 성능이 저하된다. 그러나, 알루미늄은 유리보다 열 전도율이 높다. 따라서, 알루니늄 기재에서는, 형광체 입자로부터의 발열을 파장 변환 부재 내에 축열하기 어려워 형광체의 소광이 억제된 것으로 생각된다.
또, 상기 결과에 의하면, 열 전도율이 높은 알루미늄 기재보다 사파이어 기재 쪽이 소광을 억제할 수 있었다. 이것은, 투과형의 사파이어 기재의 측정에서는 레이저를 기재로부터 입사시키기 때문에, 형광체에 축열된 열이 곧바로 기재로 방열되기 때문으로 생각된다. 열 전도율이 높은 알루미늄 기재보다 사파이어 기재쪽이 소광이 억제되어 있다. 이것은, 투과형의 사파이어 기재의 측정에서는 레이저를 기재로부터 입사시키기 때문에, 형광체에 축열된 열이 곧바로 기재로 방열되기 때문으로 생각된다.
(2. Al＋Ag 기재로, 형광체층의 막두께/평균 입자경에 대한 온도 소광 상태의 확인)
(2-1) 시료의 제조 방법
에틸실리케이트와 테르피네올을 YAG 계의 형광체 입자 (평균 입자경 18 ㎛) 와 혼합하여 제조된 페이스트를, 스크린 인쇄법을 사용해서 30, 40, 60, 100, 180 ㎛ 의 두께가 되도록 기재가 되는 Al＋Ag 판에 도포하여 파장 변환 부재의 시료를 얻었다. Al＋Ag 기재는, 주로 Al 합금과 Ag 막으로 구성되어 있다 (Alanod 제조 MIRO2 SILVER 사용).
(2-2) 평가 방법
상기 파장 변환 부재의 제조 방법에 의해 얻어진 파장 변환 부재에 대해, 반사형의 평가 시스템을 사용하여 레이저 조사를 실시하고, 레이저 파워 밀도에 대한 형광의 발광 강도 및 발광 효율 유지율을 조사하였다.
(2-3) 평가 결과
상기의 평가 결과로서 형광체층의 발광 특성을 확인할 수 있었다. 도 5 의 (a), (b) 는, 하기 표와 같이 각각 일정한 형광체 입자경에 대해 형광체층의 두께를 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다. 각 조건에 대해, 레이저 파워 밀도에 대한 형광의 발광 강도 및 발광 효율 유지율을 각각 나타내고 있다.
모든 형광체층의 막두께/형광체 입자의 평균 입자경에서 레이저의 입력값의 증가에 수반하여, 형광의 발광 강도가 증가하는 것이 확인되었다. 또, 형광의 발광 강도는, 포화점을 맞이할 때까지는, 형광체층 막두께와 평균 입자경의 비율에 상관없이 거의 같은 발광 강도로 되어 있고, 형광체층 막두께와 평균 입자경의 비율이 작을수록, 발광 효율 유지율이 높은 채로 추이 (推移) 할 수 있음이 확인되었다. 발광 효율 유지에 대해서도, 형광체층의 막두께와 형광체 입자의 평균 입자경의 비율이 작은 편이 입자간의 접점이 적은 것에 의한 축열 방지의 효과가 있다고 생각된다.
형광체 입자의 평균 입자경에 대한 형광체층의 막두께의 비율을 작게 함으로써 형광체층에 대한 축열이 억제되고, Al＋Ag 기재에서는 휘도 (발광 효율) 유지율이 높아지는 것을 확인할 수 있었다.
(3. 막두께/평균 입자경별 형광 휘도 (발광 강도) 및 휘도 (발광 효율) 유지율의 확인)
(3-1) 시료의 제조 방법
에틸실리케이트와 테르피네올을 YAG 계 형광체 입자와 혼합하여 제조된 페이스트를, 스크린 인쇄법을 사용하여 기재가 되는 알루미늄판 (반사형) 에 도포하였다.
(3-2) 평가 방법
상기 파장 변환 부재의 제조 방법에 의해 얻어진 파장 변환 부재에 대해, 반사형의 평가 시스템 (800) 을 사용하여 레이저 조사를 실시하고, 20 W/㎟ 의 레이저 파워 밀도에 있어서의 발광 효율 유지율을 조사하였다.
형광체는 레이저 파워 밀도의 값이 높아짐에 따라서 발열하여, 형광체층의 온도가 상승하면 소광이 발생하여 발광 효율이 저하된다. 발열에 의한 영향이 거의 발생하지 않는 저레이저 파워 밀도에 있어서의 그래프의 기울기 (비례 관계의 기울기) 로부터 레이저 파워 밀도를 증가시켰을 때의 열의 영향을 계산하고, 그 열의 영향을 고려하지 않는 이상적인 값 (비례 관계로부터 구해지는 값) 을 100 ％ 로 했을 때에, 실제의 열의 영향에 의해 저하된 휘도 (발광 강도) 의 비율을 100 ％ 로부터 뺀 값을 휘도 (발광 효율) 유지율로 정의하였다. 그리고, 이 휘도 (발광 효율) 유지율이 70 ％ 이상이면 합격, 70 ％ 미만이면 불합격으로 판단하였다.
일반적으로 내열성이 높다고 말해지는 YAG 형광체나 질화물 형광체에 있어서, 휘도 (발광 강도) 가 70 ％ 까지 저하된 경우의 형광체 온도는 300 ℃ 전후에 도달하고 있는 것으로 추정된다. 그리고, 이와 같이 일반적으로 내열성이 높다고 말해지는 형광체라도, 대기 중에서 300 ℃ 이상까지 가열되면 서서히 성능 열화를 개시한다. 따라서, 조명 장치의 안전상의 관점, 형광체의 수명의 관점에서, 열의 영향에 의한 휘도 (발광 효율) 유지율은 70 ％ 이상인 것이 적당하다고 생각되기 때문에, 휘도 (발광 효율) 유지율이 70 ％ 를 합격 여부의 판단 기준으로 하였다.
(3-3) 평가 결과
하기 표는, 조건과 결과를 정리한 표이다.
반사형의 파장 변환 부재에 대해, 형광체 입자의 평균 입자경 및 형광체층의 두께/형광체 입자의 평균 입자경의 비가 표 1 의 범위 내에서 판단 기준을 만족하고 있는 것을 확인할 수 있었다.
(4. 형광체 입자의 종류에 의한 차이)
(4-1) 시료의 제조 방법
에틸실리케이트와 테르피네올을 YAG 계 형광체 입자와 혼합하여 제조된 페이스트를, 스크린 인쇄법을 사용하여 막 두께가 30 ㎛ 가 되도록 기재가 되는 알루미늄판에 도포하였다. 형광체 입자는 6, 13, 18 ㎛ 의 3 종의 평균 입자경의 것을 사용하였다.
(4-2) 평가 방법
상기 파장 변환 부재의 제조 방법에 의해 얻어진 알루미늄 기재의 파장 변환 부재에 대해, 반사형의 평가 시스템 (800) 을 사용하여 레이저 조사를 실시하고, 레이저 파워 밀도에 대한 형광의 발광 강도 및 발광 효율 유지율을 조사하였다.
(4-3) 평가 결과
도 6 의 (a), (b) 는, 각각 형광체 입자의 평균 입자경을 변경했을 때의 발광 특성을 나타내는 그래프이다. 도 6 의 (a), (b) 에 나타내는 바와 같이, 형광체 입자의 평균 입자경이 클수록 형광의 발광 강도, 발광 효율 유지율이 높은 것이 확인되었다. 형광체 입자가 클수록 변환 효율이 높은 것, 또, 형광체 입자끼리의 접점이 적어져 축열을 방지할 수 있었던 것의 쌍방의 효과에 의한 것으로 생각된다.
(5. 공극률에 대해)
(5-1) 시료의 제조 방법
에틸실리케이트와 테르피네올을 YAG 계 형광체 입자 (평균 입자경 18 ㎛) 와 혼합하여 제조된 페이스트를, 스크린 인쇄법을 사용하여 30 ㎛ 의 두께가 되도록 기재가 되는 알루미늄판에 도포하여 파장 변환 부재의 시료를 얻었다.
(5-2) 평가 방법
얻어진 파장 변환 부재에 대해 공극률의 계산과 레이저 조사 시험을 실시하고, 공극률과 형광의 발광 강도 및 포화점의 관계를 확인하였다. 공극률은, 형광체막 상의 형광체 입자의 최표면을 직선으로 연결한 외관상 체적에 대한, 형광체막 내의 공극 부분의 체적의 비율로 정의하여 산출하였다. 공극 부분의 체적은, 외관상 체적으로부터 고체 성분의 체적을 차감하여 산출하였다.
(5-3) 평가 결과
도 7 의 (a), (b) 는, 각각 공극률과 형광의 발광 강도 및 포화점의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 7 의 (a), (b) 에 나타내는 공극률과 형광의 발광 강도 및 포화점의 관계로부터, 공극률이 30 ∼ 70 ％ 인 범위에서는 형광의 발광 강도, 포화점이 안정되어 있는 것이 확인되었다. 공극률이 30 ％ 미만에서는 제조시의 열처리에 의해, 박리가 발생하여, 파장 변환 부재는 제조가 곤란하다. 이 박리의 원인은, 기재와 형광체층의 열 팽창의 차이에 의한 것으로 생각된다. 또, 공극률이 70 ％ 이상에서는 형광체층의 구조의 유지가 어려워 제조가 곤란하다.
(6. 소결체와의 비교)
(6-1) 평가 방법
상기 파장 변환 부재의 제조 방법에 의해 얻어진 본 발명의 파장 변환 부재 (막두께 30 ㎛) 와 소결체 (한 변 20.0 ㎜, 두께 1.0 ㎜ 의 정방 판형상) 의 형광체 플레이트에 대해, 반사형의 평가 시스템 (800) 을 사용하여 레이저 조사를 실시하고, 레이저 파워 밀도에 대한 형광의 발광 강도를 조사하여 공극률에 의한 형광의 발광 강도의 변화를 확인하였다.
공극률은, 형광체막 상의 형광체 입자의 최표면을 직선으로 연결한 외관상 체적에 대한, 형광체막 내의 공극 부분의 체적의 비율로 정의하여 산출하였다. 공극 부분의 체적은, 외관상 체적으로부터 고체 성분의 체적을 차감하여 산출하였다. 파장 변환 부재의 공극률은 40 ％, 소결체의 공극률은 1 ％ 미만이었다.
(6-2) 평가 결과
도 8 의 (a), (b) 는, 각각 소결체와 파장 변환 부재의 발광 특성을 나타내는 그래프이다. 도 8 의 (a), (b) 에 나타내는 파장 변환 부재쪽이, 형광의 발광 강도가 높은 것이 확인되었다. 이것은, 파장 변환 부재의 층 내의 공극에 의해 광의 산란이 일어나, 효율적으로 광을 변환하기 위해서 형광의 발광 강도가 높아진 것으로 생각된다. 한편으로, 공극이 적은 소결체는, 치밀하기 때문에 내부에서의 광의 산란이 적어 레이저광을 투과시킨다고 생각된다.
공극률이 적은 소결체인 경우에는 두께 1 ㎜ (1000 ㎛) 의 두께가 있어도 여전히 레이저를 투과시키고 있는 데 반해, 본 발명의 파장 변환 부재는 두께 30 ㎛ 임에도 불구하고, 최적인 공극을 포함하여, 광을 산란시켜 형광을 효율적으로 취출할 수 있기 때문에, 매우 유효한 것으로 생각된다.
10 : 발광 장치
50 : 광원
100 : 파장 변환 부재
110 : 기재
120 : 형광체층
121 : 투광성 세라믹스
122 : 형광체 입자
410 : 페이스트
510 : 잉크 스퀴지
520 : 실크 스크린
600 : 노
700, 800 : 평가 시스템
710 : 광원
720 : 평면 볼록 렌즈
730 : 양볼록 렌즈
735 : 밴드 패스 필터
740 : 파워 미터
50 : 광원
100 : 파장 변환 부재
110 : 기재
120 : 형광체층
121 : 투광성 세라믹스
122 : 형광체 입자
410 : 페이스트
510 : 잉크 스퀴지
520 : 실크 스크린
600 : 노
700, 800 : 평가 시스템
710 : 광원
720 : 평면 볼록 렌즈
730 : 양볼록 렌즈
735 : 밴드 패스 필터
740 : 파워 미터
Claims (5)
- 특정 범위의 파장의 광을 다른 파장의 광으로 변환함과 함께, 반사면에 의해 광을 반사하여 조사광으로 하는 반사형의 파장 변환 부재로서,
무기 재료로 이루어지는 기재와,
상기 기재 상에 형성되고, 흡수광에 대해 변환광을 발하는 형광체 입자와 상기 형광체 입자끼리를 결합하는 투광성 세라믹스로 이루어지는 형광체층을 구비하고,
상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 30 미만이고,
특정 범위의 파장의 광원광에 대해, 상기 광원광이 20 W/㎟ 의 파워 밀도일 때, 상기 형광체층의 발광 효율 유지율이 70 ％ 이상이고,
상기 기재 또는 자부재 (自部材) 에 인접하는 반사판의 표면을 상기 변환광의 반사면으로 하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재. - 제 1 항에 있어서,
이하의 조건을 만족하는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재.
(a) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 1 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 30 미만인 것.
(b) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 1 ㎛ 이상 5 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 15 미만인 것.
(c) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 5 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 10 미만인 것.
(d) 상기 형광체 입자의 평균 입자경이 10 ㎛ 이상인 경우에는, 상기 형광체층의 두께와 상기 형광체 입자의 평균 입자경의 비가 5 미만인 것. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 형광체층의, 상기 형광체 입자의 최표면 및 상기 기재와 접하는 평면에 의해 협지된 일정 두께의 층의 외관상 체적에 대해, 상기 외관상 체적으로부터 상기 외관상 체적 내에 포함되는 고체 성분의 체적을 차감함으로써 산출된 공극 부분의 체적의 비율을 공극률이라고 정의한 경우에, 그 상기 공극률은 30 ∼ 70 ％ 인 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 기재는, 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 파장 변환 부재. - 특정 범위의 파장의 광원광을 발생시키는 광원과,
상기 광원광을 흡수하고, 다른 파장의 광으로 변환하여 발광하는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 파장 변환 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 발광 장치.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JPJP-P-2016-011100 | 2016-01-22 | ||
| JP2016011100 | 2016-01-22 | ||
| PCT/JP2017/001078 WO2017126441A1 (ja) | 2016-01-22 | 2017-01-13 | 波長変換部材および発光装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180095645A true KR20180095645A (ko) | 2018-08-27 |
| KR102044140B1 KR102044140B1 (ko) | 2019-11-13 |
Family
ID=59362337
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020187020385A KR102044140B1 (ko) | 2016-01-22 | 2017-01-13 | 파장 변환 부재 및 발광 장치 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10508801B2 (ko) |
| EP (1) | EP3407101B1 (ko) |
| JP (1) | JP6524474B2 (ko) |
| KR (1) | KR102044140B1 (ko) |
| CN (1) | CN108474881B (ko) |
| TW (1) | TWI677115B (ko) |
| WO (1) | WO2017126441A1 (ko) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN208239722U (zh) | 2018-05-24 | 2018-12-14 | 中强光电股份有限公司 | 波长转换轮、照明系统及投影装置 |
| CN110416387B (zh) * | 2019-06-28 | 2020-12-01 | 苏州紫灿科技有限公司 | 一种高散热白光激光片及制备方法 |
| JP7429346B2 (ja) * | 2019-10-03 | 2024-02-08 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 | 波長変換部材 |
| WO2021221062A1 (ja) * | 2020-04-28 | 2021-11-04 | 京セラ株式会社 | 波長変換素子および波長変換素子の製造方法 |
| CN113917776B (zh) * | 2020-07-09 | 2023-03-24 | 中强光电股份有限公司 | 波长转换装置以及投影装置 |
| WO2022251195A1 (en) * | 2021-05-24 | 2022-12-01 | W. L. Gore & Associates, Inc. | Photoluminescent composites and processes for fabricating the same |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012185403A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Seiko Epson Corp | 発光素子とその製造方法、光源装置、およびプロジェクター |
| KR20130019385A (ko) * | 2011-06-29 | 2013-02-26 | 파나소닉 주식회사 | 발광 소자의 제조 방법 및 발광 소자의 제조 장치 |
| JP2013213131A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Nichia Corp | 色変換用無機成形体及びその製造方法、並びに発光装置 |
| JP2014039006A (ja) * | 2012-02-27 | 2014-02-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | 波長変換部材及びこれを用いた半導体発光装置 |
| JP2014241431A (ja) | 2013-05-16 | 2014-12-25 | 株式会社日本セラテック | 発光装置の製造方法 |
| JP2015065425A (ja) | 2013-08-29 | 2015-04-09 | 株式会社日本セラテック | 発光装置及びその製造方法 |
| JP2015090887A (ja) | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 株式会社日本セラテック | 発光素子及び発光装置 |
| JP2015094777A (ja) | 2013-11-08 | 2015-05-18 | 日本電気硝子株式会社 | 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 |
| JP2015119172A (ja) | 2013-11-13 | 2015-06-25 | 株式会社日本セラテック | 発光素子、発光装置、及びそれらの製造方法 |
| JP2015138839A (ja) | 2014-01-21 | 2015-07-30 | 豊田合成株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5401772B2 (ja) * | 2003-12-22 | 2014-01-29 | 日亜化学工業株式会社 | 発光装置 |
| JP4960645B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2012-06-27 | 京セラ株式会社 | 波長変換器および発光装置 |
| US9631782B2 (en) * | 2010-02-04 | 2017-04-25 | Xicato, Inc. | LED-based rectangular illumination device |
| TW201216481A (en) * | 2010-06-11 | 2012-04-16 | Asahi Glass Co Ltd | Translucent laminate and solar cell module using same |
| TWI523278B (zh) * | 2011-08-05 | 2016-02-21 | 晶元光電股份有限公司 | 波長轉換結構及其製造方法以及包含此波長轉換結構之發光裝置 |
| TWI505515B (zh) * | 2011-08-19 | 2015-10-21 | Epistar Corp | 發光裝置及其製造方法 |
| WO2013051281A1 (ja) * | 2011-10-07 | 2013-04-11 | コニカミノルタアドバンストレイヤー株式会社 | Ｌｅｄ装置の製造方法、およびそれに用いる蛍光体分散液 |
| JP6069890B2 (ja) * | 2012-05-29 | 2017-02-01 | 日亜化学工業株式会社 | 波長変換用無機成形体及び発光装置 |
| 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 |
| CN104676491A (zh) * | 2013-11-29 | 2015-06-03 | 台达电子工业股份有限公司 | 波长转换装置 |
-
2017
- 2017-01-13 US US16/070,974 patent/US10508801B2/en active Active
- 2017-01-13 CN CN201780007590.2A patent/CN108474881B/zh active Active
- 2017-01-13 EP EP17741319.2A patent/EP3407101B1/en active Active
- 2017-01-13 JP JP2017539380A patent/JP6524474B2/ja active Active
- 2017-01-13 KR KR1020187020385A patent/KR102044140B1/ko active IP Right Grant
- 2017-01-13 WO PCT/JP2017/001078 patent/WO2017126441A1/ja active Application Filing
- 2017-01-20 TW TW106102006A patent/TWI677115B/zh active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012185403A (ja) * | 2011-03-07 | 2012-09-27 | Seiko Epson Corp | 発光素子とその製造方法、光源装置、およびプロジェクター |
| KR20130019385A (ko) * | 2011-06-29 | 2013-02-26 | 파나소닉 주식회사 | 발광 소자의 제조 방법 및 발광 소자의 제조 장치 |
| JP2014039006A (ja) * | 2012-02-27 | 2014-02-27 | Mitsubishi Chemicals Corp | 波長変換部材及びこれを用いた半導体発光装置 |
| JP2013213131A (ja) * | 2012-04-02 | 2013-10-17 | Nichia Corp | 色変換用無機成形体及びその製造方法、並びに発光装置 |
| JP2014241431A (ja) | 2013-05-16 | 2014-12-25 | 株式会社日本セラテック | 発光装置の製造方法 |
| JP2015038960A (ja) | 2013-05-16 | 2015-02-26 | 株式会社日本セラテック | 発光装置 |
| JP2015065425A (ja) | 2013-08-29 | 2015-04-09 | 株式会社日本セラテック | 発光装置及びその製造方法 |
| JP2015090887A (ja) | 2013-11-05 | 2015-05-11 | 株式会社日本セラテック | 発光素子及び発光装置 |
| JP2015094777A (ja) | 2013-11-08 | 2015-05-18 | 日本電気硝子株式会社 | 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 |
| JP2015119172A (ja) | 2013-11-13 | 2015-06-25 | 株式会社日本セラテック | 発光素子、発光装置、及びそれらの製造方法 |
| JP2015138839A (ja) | 2014-01-21 | 2015-07-30 | 豊田合成株式会社 | 発光装置及びその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108474881B (zh) | 2021-02-02 |
| EP3407101A1 (en) | 2018-11-28 |
| TWI677115B (zh) | 2019-11-11 |
| EP3407101A4 (en) | 2019-10-09 |
| KR102044140B1 (ko) | 2019-11-13 |
| JPWO2017126441A1 (ja) | 2018-01-25 |
| TW201733170A (zh) | 2017-09-16 |
| JP6524474B2 (ja) | 2019-06-05 |
| CN108474881A (zh) | 2018-08-31 |
| WO2017126441A1 (ja) | 2017-07-27 |
| US10508801B2 (en) | 2019-12-17 |
| EP3407101B1 (en) | 2024-05-29 |
| US20190024879A1 (en) | 2019-01-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108885286B (zh) | 波长转换构件、其制造方法及发光装置 | |
| US8872208B2 (en) | Light source device and lighting device | |
| KR20180095645A (ko) | 파장 변환 부재 및 발광 장치 | |
| KR102470285B1 (ko) | 광파장 변환 장치 및 광복합 장치 | |
| KR102078532B1 (ko) | 파장 변환 부재 및 발광 장치 | |
| KR102070569B1 (ko) | 파장 변환 부재, 그 제조 방법 및 발광 장치 | |
| JP7019496B2 (ja) | 波長変換部材およびその製造方法 | |
| JP2019159175A (ja) | 光波長変換部材及び光波長変換装置 | |
| WO2019031016A1 (ja) | 波長変換部材および発光装置 | |
| JP2023124367A (ja) | 波長変換部材、その製造方法、および発光装置 | |
| JP2021099415A (ja) | 波長変換部材および発光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |