KR20220100648A - 형광판, 파장 변환 부재, 및, 광원 장치 - Google Patents
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Abstract
형광판은, 여기광에 의해 형광을 발하는 형광상과, 여기광을 투과하는 투광상과, 형광상과 투광상에 둘러싸이는 복수의 공극을 구비하고, 공극의 단면을 포함하는 형광판의 단면에 있어서, 공극의 외주 중, 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 평균 비율은, 공극의 단면을 포함하는 형광판의 단면에 있어서, 형광판에서 차지하는 형광상과 투광상의 합계에 대한 형광상의 면적비보다 높다.
Description
본 발명은 형광판, 파장 변환 부재, 및, 광원 장치에 관한 것이다.
종래부터, 광을 조사하면 형광을 발하는 형광판이 알려져 있다. 최근의 형광판은, 광이 조사되면 조사된 광의 파장과는 상이한 파장의 광을 발하는 형광상과, 광을 투과하는 투광상을 구비하는 등, 고기능화시키고 있는 것이 많이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 형광상과 투광상 사이에, 일정한 비율로 공극을 형성하는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기 선행 기술에 의해서도, 형광판에 있어서, 광의 취출 효율을 향상시키기 위해서는, 여전히 개선의 여지가 있었다. 예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 형광상이 발하는 광은, 공극에 있어서 산란되기 때문에 감쇠하기 쉬워진다. 즉, 형광판에 있어서의 광의 취출 효율이 저하될 우려가 있었다.
본 발명은, 형광판에 있어서, 광의 취출 효율을 향상시키는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 서술한 과제의 적어도 일부를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 이하의 형태로서 실현하는 것이 가능하다.
(1) 본 발명의 일 형태에 의하면, 형광판이 제공된다. 이 형광판은, 여기광에 의해 형광을 발하는 형광상과, 상기 여기광을 투과하는 투광상과, 상기 형광상과 상기 투광상에 둘러싸이는 복수의 공극을 구비하고, 상기 공극의 단면 (斷面) 을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 공극의 외주 중, 상기 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 평균 비율은, 상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비보다 높다.
이 구성에 의하면, 형광판이 구비하는 복수의 공극은, 형광상과 투광상에 둘러싸여 있고, 공극의 단면을 포함하는 형광판의 단면에 있어서, 공극의 외주 중 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 평균 비율은, 형광판에서 차지하는 형광상과 투광상의 합계에 대한 형광상의 면적비보다 높다. 이것은, 공극의 주위에는, 형광판 전체에서의 형광상의 조성 비율보다 높은 비율로 형광상이 존재하고 있는 것을 의미하고 있으며, 형광상의 표면이 공극에 비교적 많이 노출되어 있다. 이에 따라, 여기광에 의해 형광상이 발하는 형광을 포함하는 광은, 공극에 있어서, 투광상보다 굴절률이 큰 형광상의 표면에서 전반사되기 쉬워지기 때문에, 형광판의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있다. 따라서, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
(2) 상기 형태의 형광판에 있어서, 상기 공극의 외주 중, 상기 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 비율은, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비보다 5 ％ 이상 높아도 된다. 이 구성에 의하면, 공극의 단면을 포함하는 형광판의 단면에 있어서, 공극의 외주 중 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 평균 비율은, 형광판에서 차지하는 형광상과 투광상의 합계에 대한 형광상의 면적비보다 5 ％ 이상 높다. 이에 따라, 특히, 공극 주위에는, 높은 비율로 형광상이 존재하게 되기 때문에, 여기광에 의해 형광상이 발하는 형광을 포함하는 광은, 공극에 있어서, 형광상의 표면에서 보다 많이 반사되기 때문에, 형광판의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있다. 따라서, 광의 취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
(3) 상기 형태의 형광판에 있어서, 상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 복수의 공극의 지름의 평균은, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만이어도 된다. 이 구성에 의하면, 공극의 지름의 평균은, 가시광의 파장 이상의 길이인 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만으로 되어 있다. 이에 따라, 형광에 포함되는 가시광이 공극을 투과하는 것이 억제되기 때문에, 공극에 있어서, 보다 많은 가시광을 형광상의 표면에서 전반사할 수 있다. 따라서, 형광판의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있기 때문에, 광의 취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
(4) 상기 형태의 형광판에 있어서, 상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비는, 21 ％ 이상이어도 된다. 이 구성에 의하면, 형광판의 단면에 있어서, 형광판에서 차지하는 형광상과 투광상의 합계에 대한 형광상의 면적비는, 21 ％ 이상으로 되어 있다. 이에 따라, 공극의 외주 중, 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 평균 비율을, 공극에 있어서의 형광상의 표면에서의 반사량의 증가가 형광판에 있어서의 광의 취출 효율의 향상에 기여할 수 있는 정도로 할 수 있다. 따라서, 광의 취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
(5) 상기 형태의 형광판에 있어서, 상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비는, 90 ％ 이하여도 된다. 이 구성에 의하면, 투광상에 있어서, 광이 적당히 산란하기 때문에, 형광상에서의 광로 길이가 비교적 길어져, 광의 흡수율의 저하를 억제할 수 있다. 이에 따라, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
(6) 본 발명의 다른 형태에 의하면, 파장 변환 부재가 제공된다. 이 파장 변환 부재는, 상기 서술한 형광판과, 상기 형광판에 배치되어, 상기 여기광과 상기 형광을 반사하는 반사 부재를 구비한다. 이 구성에 의하면, 파장 변환 부재는, 형광판으로부터 방사되는 형광과 여기광을 반사하는 반사 부재를 구비하고 있다. 이에 따라, 형광판에 있어서 광을 조사해야 할 소정의 방향과는 상이한 방향으로 방사되는 광은, 반사판에 의해 소정의 방향으로 반사되기 때문에, 파장 변환 부재로부터 방사되는 광량을 증가할 수 있다.
(7) 상기 형태의 파장 변환 부재는, 또한, 상기 형광판의 열을 외부에 방출하는 방열 부재를 구비해도 된다. 이 구성에 의하면, 파장 변환 부재는, 형광판의 열을 외부에 방출하는 방열 부재를 구비한다. 이에 따라, 형광판에 있어서, 여기광에 의해 형광을 발할 때에 발생하는 열을 효율적으로 외부에 방출할 수 있기 때문에, 형광판의 온도 상승에 의한 소광을 억제할 수 있다. 따라서, 파장 변환 부재로부터 방사되는 광량의 저감을 억제할 수 있다.
(8) 본 발명의 또 다른 형태에 의하면, 광원 장치가 제공된다. 이 광원 장치는, 상기 서술한 파장 변환 부재와, 상기 형광판에 상기 여기광을 조사하는 광원을 구비해도 된다. 이 구성에 의하면, 광원 장치는, 형광판에 여기광을 조사하는 광원을 구비하고 있다. 광원이 형광판에 여기광을 조사하면, 형광판에서는, 여기광에 의해 형광이 발해진다. 발해진 형광을 포함하는 광은, 공극에 있어서 비교적 많이 노출되어 있는 형광상의 표면에서 반사되기 때문에, 형광판의 외부에 방사되는 광량이 증가한다. 이에 따라, 광원 장치의 발광 강도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은, 여러 가지 양태로 실현하는 것이 가능하며, 예를 들어, 형광판의 제조 방법, 파장 변환 부재의 제조 방법, 광원 장치의 제조 방법, 광원 장치를 포함하는 시스템, 광원 장치의 제어 방법, 광원 장치를 제조 장치에 제조시키기 위한 컴퓨터 프로그램 등의 형태로 실현할 수 있다.
도 1 은, 제 1 실시형태의 형광판을 구비하는 광원 장치의 모식도이다.
도 2 는, 형광판의 확대 단면도이다.
도 3 은, 도 2 의 A 부 확대도이다.
도 4 는, 형광판의 외주 비율에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 형광판의 공극의 원상당경에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 형광판의 면적비에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 형광판의 확대 단면도이다.
도 3 은, 도 2 의 A 부 확대도이다.
도 4 는, 형광판의 외주 비율에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 5 는, 형광판의 공극의 원상당경에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
도 6 은, 형광판의 면적비에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다.
＜제 1 실시형태＞
도 1 은, 제 1 실시형태의 형광판 (1) 을 구비하는 광원 장치 (3) 의 모식도이다. 본 실시형태의 형광판 (1) 은, 광원 장치 (3) 가 구비하는 발광 다이오드 (LED : Light Emitting Diode) 나 반도체 레이저 (LD : Laser Diode) 등의 광원 (9) 이 발하는 광 (L1) 이 조사되면, 광 (L1) 과는 상이한 파장의 광을 형광으로서 발한다. 형광판 (1) 이 발하는 형광은, 형광판 (1) 에서의 형광의 발생에 기여하지 않았던 광과 함께, 광 (L2) 으로서, 소정의 방향으로 방사된다. 본 실시형태의 광원 장치 (3) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 반사형의 광원 장치로서, 헤드 램프, 조명, 프로젝터 등의 각종 광학 기기에 있어서 사용된다. 광원 장치 (3) 는, 상기 서술한 광원 (9) 과, 파장 변환 부재 (2) 를 구비한다. 파장 변환 부재 (2) 는, 형광판 (1) 과, 반사 부재 (6) 와, 방열 부재 (7) 와, 접합층 (8) 을 구비한다. 또한, 설명의 편의상, 도 1 에 있어서의 각 부재의 각각의 크기의 관계는, 실제 관계와는 상이하도록 도시되어 있다.
형광판 (1) 은, 세라믹 소결체로 형성되어 있는 평판 부재이다. 형광판 (1) 에는, 광 (L1) 이 입사하는 입사면 (1a) 과, 입사면 (1a) 의 반대측에 위치하는 이면 (1b) 이 형성되어 있다. 형광판 (1) 은, 입사면 (1a) 으로부터 입사하는 광 (L1) 을 여기광으로서, 형광을 발한다. 형광판 (1) 은, 형광을 발할 때에 발열한다. 형광판 (1) 의 상세한 구성은, 후술한다.
반사 부재 (6) 는, 은 (Ag) 을 주성분으로 하는 박막으로서, 형광판 (1) 의 이면 (1b) 에 형성되어 있다. 반사 부재 (6) 는, 광원 (9) 이 발하는 광 (L1) 중 형광판 (1) 을 투과한 광과, 형광판 (1) 이 발한 형광 중 이면 (1b) 의 방향을 향하는 형광을 입사면 (1a) 의 방향으로 반사한다. 또한, 반사 부재 (6) 는, 은 합금이나 알루미늄 (Al) 등 반사율이 높은 재료로 형성되어 있어도 된다.
방열 부재 (7) 는, 예를 들어, 구리, 구리 몰리브덴 합금, 구리 텅스텐 합금, 알루미늄, 질화알루미늄 등, 형광판 (1) 보다 높은 열전도성을 갖는 재료로 형성되어 있는 평판 부재이다. 방열 부재 (7) 는, 접합층 (8) 을 통해 전달되는 형광판 (1) 의 열을 외부에 방열한다. 또한, 방열 부재 (7) 는, 상기 서술한 재료로 이루어지는 단층 구조의 부재여도 되고, 동종 또는 상이한 재료로 형성되어 있는 다층 구조의 부재여도 된다. 또, 방열 부재 (7) 의 형광판 (1) 측의 면 (7a) 에는 접합층 (8) 과의 밀착성을 높이는 금속막이 배치되어 있어도 된다.
접합층 (8) 은, 반사 부재 (6) 와 방열 부재 (7) 의 사이에 배치되고, 금 (Au) 과 주석 (Sn) 으로 형성되어 있다. 접합층 (8) 은, 형광판 (1) 과 방열 부재 (7) 를 접합함과 함께, 형광판 (1) 에서 발생하는 열을 방열 부재 (7) 에 전달한다. 또한, 접합층 (8) 은, 금과 주석으로 형성되는 것 외에, 다른 재료로 형성되는 땜납이어도 되고, 은이나 구리 (Cu) 등의 미세 분말을 소결한 것이어도 된다.
도 2 는, 형광판 (1) 의 확대 단면도이다. 다음으로, 본 실시형태의 형광판 (1) 의 특징에 대해서 설명한다. 형광판 (1) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 형광상 (10) 과, 투광상 (20) 과, 공극 (30) 을 갖는다.
형광상 (10) 은, 복수의 형광성 결정립자로 구성되어 있다. 본 실시형태에서는, 이 형광성 결정립자는, 화학식 A3B5O12 : Ce 로 나타내는 조성 (이른바, 가닛 구조) 을 갖고 있다. 여기서, 「A3B5O12 : Ce」 란, A3B5O12 중에 Ce 가 고용하고, 원소 A 의 일부가 Ce 로 치환되어 있는 것을 나타낸다. 화학식 A3B5O12 : Ce 중의 원소 A 및 원소 B 는, 각각 하기의 원소군에서 선택되는 적어도 1 종류의 원소로 구성되어 있다.
원소 A : Sc, Y, Ce 를 제외한 란타노이드 (단, 원소 A 로서 추가로 Gd 를 포함하고 있어도 된다)
원소 B : Al (단, 원소 B 로서 추가로 Ga 를 포함하고 있어도 된다)
또한, 형광상 (10) 을 구성하는 형광성 결정립자의 조성 및 원소의 종류는, 상기 서술한 조성 및 원소의 종류에 한정되지 않고, 1 개의 형광상 (10) 에, 복수 종의 형광성 결정립자로 구성되어 있어도 된다.
투광상 (20) 은, 복수의 투광성 결정립자로 구성되어 있다. 이 투광성 결정립자는, 화학식 Al2O3 으로 나타내는 조성을 갖는다. 투광상 (20) 은, 형광판 (1) 의 내부에 있어서 광을 투과함과 함께, 형광상 (10) 이 형광을 발할 때에 발생하는 열을 방열 부재 (7) 에 효율적으로 전달하는 전열 경로로도 된다. 투광상 (20) 의 굴절률은, 형광상 (10) 의 굴절률보다 작다.
공극 (30) 은, 형광상 (10) 과 투광상 (20) 에 둘러싸여 형성된다. 본 실시형태에서는, 형광판 (1) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수의 공극 (30) 을 구비하고 있다. 여기서, 본 실시형태에서의 공극 (30) 이란, 도 2 에 나타내는 바와 같은 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 형광상 (10) 및 투광상 (20) 모두가 존재하지 않는 영역, 즉, 공간으로서, 그 영역의 면적에 상당하는 진원의 직경 (원상당경) 이, 0.4 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하인 공간을 가리킨다. 본 실시형태에서는, 복수의 공극 (30) 의 원상당경의 평균은, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만으로 되어 있다. 공극 (30) 의 굴절률은, 투광상 (20) 의 굴절률보다 작다. 즉, 공극 (30) 의 굴절률은, 형광상 (10) 의 굴절률보다 작다.
본 실시형태에서는, 형광판 (1) 에 있어서의 공극 (30) 을 제외한 부분은, 체적비로, 60 ％ 의 형광상 (10) 과, 40 ％ 의 투광상 (20) 에 의해 구성되어 있다. 즉, 도 2 에 나타내는 바와 같은 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 의 면적과 투광상 (20) 의 면적의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비는, 60 ％ 가 되고, 투광상 (20) 의 면적비는, 40 ％ 가 된다. 따라서, 본 실시형태에서는, 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 형광상 (10) 의 면적비는, 투광상 (20) 의 면적비보다 20 ％ 높게 된다. 형광판 (1) 의 단면에 있어서의 형광상 (10) 의 면적비는, 90 ％ 이하인 것이 바람직하다. 이에 따라, 투광상 (20) 에 있어서, 광이 적당히 산란하기 때문에, 형광상 (10) 에서의 광로 길이가 비교적 길어져, 광의 흡수율의 저하를 억제할 수 있다.
도 3 은, 도 2 의 A 부 확대도이다. 도 3 은, 1 개의 대표적인 공극 (30) 을 포함하는 형광판 (1) 의 단면을 나타내고 있다. 본 실시형태의 형광판 (1) 에서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 공극 (30) 의 외주 (31) 는, 형광상 (10) 또는 투광상 (20) 과 접해 있다. 바꿔 말하면, 공극 (30) 은, 형광상 (10) 과 투광상 (20) 에 둘러싸여 있다고 말할 수 있으며, 공극 (30) 에는, 형광상 (10) 및 투광상 (20) 의 표면이 노출되어 있다. 또한, 도 3 에서는, 공극 (30) 의 외주 (31) 를 알기 쉽게 하기 위해서, 형광상 (10) 이나 투광상 (20) 의 외형을 나타내는 선보다 굵은선으로 외주 (31) 를 나타내고 있다.
도 3 에 나타내는 공극 (30) 에 있어서, 공극 (30) 의 외주 (31) 전체의 길이를 길이 L 로 하고, 외주 (31) 중 형광상 (10) 과 접해 있는 부분 (도 3 에 나타내는 외주 (31) 의 내측에 일점 쇄선으로 나타내는 부분) (31a) 의 길이를 길이 La 로 한다. 또, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 의 면적과 투광상 (20) 의 면적의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비를 면적비 Rs 로 하면, 1 개의 공극 (30) 에 있어서의, 외주 (31) 전체의 길이 L 에 대한, 형광상 (10) 과 접해 있는 부분의 길이 La 와의 비율 (이하, 「외주 비율」 이라고 한다) 과, 형광판 (1) 에 있어서의 면적비 Rs 와의 관계는, 이하의 식 (1) 로 나타낼 수 있다.
La/L ＞ Rs … (1)
예를 들어, 도 3 에 나타내는 공극 (30) 에서의 외주 비율 La/L 은, 약 0.75이며, 면적비 Rs 는, 0.6 으로 되어 있기 때문에, 외주 비율 La/L 은, 면적비 Rs 보다 15 ％ 정도 높고, 식 (1) 을 만족하게 된다. 이것은, 형광상 (10) 의 표면이 공극 (30) 에 비교적 많이 노출되어 있는 것을 나타내고 있다. 본 실시형태에서는, 공극 (30) 의 단면을 포함하는 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 공극 (30) 의 외주 (31) 중, 형광상 (10) 과 접해 있는 부분의 외주 (31) 전체에 대한 평균 비율은, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 과 투광상 (20) 의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비보다 높다. 여기서, 평균 비율이란, 형광판 (1) 의 단면에 포함되는 복수의 공극 (30) 의 각각의 외주 비율 La/L 을 모두 더한 값을, 형광판 (1) 이 구비하는 공극 (30) 의 개수로 나눈 값이다. 예를 들어, 도 2 에 나타내는 단면에서는, 도의 좌우에 위치하는, 일부가 잘려 있는 공극 (30) 을 제외한 3 개의 공극 (30) 의 각각의 외주 비율 La/L 을 모두 더한 값을, 공극 (30) 의 수인 3 으로 나눈 값이 평균 비율이 된다. 또한, 도 3 에는, 외주 (31) 중 투광상 (20) 과 접해 있는 부분을, 외주 (31) 의 내측에 점선으로 나타내는 부분 (31b) 으로 나타내고 있다.
다음으로, 형광판 (1) 의 제조 방법에 대해서 설명한다. 형광판 (1) 의 제조 방법에서는, 최초로, 칭량한 Y2O3 과, CeO2 와, 조공재 (造孔材), 예를 들어, 아크릴 비드에 순수를 첨가하여, 분쇄 혼합을 실시하고, 스프레이 드라이어로 조립 (造粒) 한다. 다음으로, 조립 분말에 형광상의 비율이 60 체적％ 가 되도록 Al2O3 을 첨가하고, 바인더와 조공재를 소정의 양 혼합한 후, 전단력을 가하면서 혼련을 실시함으로써, 배토를 제조한다. 배토를 제조할 때, 최초로, Y2O3 등과 혼합하는 아크릴 비드의 양은, 형광판 (1) 에 포함되는 아크릴 비드의 전체량의 일부로 하고, 조립 분말에 Al2O3 등과 함께 첨가하는 아크릴 비드의 양은, 형광판 (1) 에 포함되는 아크릴 비드의 전체량의 나머지로 한다. 제조한 배토를 압출 성형기로 시트상으로 성형한 후, 1700 ℃ 의 대기 분위기 중에서 소성을 실시함으로써, 형광판 (1) 이 제조된다.
또한, 형광판 (1) 을 구비하는 파장 변환 부재 (2) 를 제조하는 경우, 형광판 (1) 의 이면 (1b) 에 은을 증착 또는 스퍼터링하고, 반사 부재 (6) 를 제막한다. 다음으로, 형광판 (1) 에 성막된 반사 부재 (6) 와 방열 부재 (7) 의 사이에, 금 주석 땜납 박을 끼워 넣은 상태로, 질소 분위기 중 또는 수소 분위기 중의 리플로 노에 있어서 가열한다. 이에 따라, 형광판 (1) 과 방열 부재 (7) 가 접합되어, 파장 변환 부재 (2) 가 제조된다. 또한, 금 주석 땜납 박을 사용하는 대신에, 금 주석 땜납 페이스트를 도포하여 형광판 (1) 과 방열 부재 (7) 를 접합해도 된다.
또한, 파장 변환 부재 (2) 를 구비하는 광원 장치 (3) 를 제조하는 경우, 파장 변환 부재 (2) 가 구비하는 형광판 (1) 의 입사면 (1a) 에 광이 조사되도록, 광원 (9) 을 세트하고, 파장 변환 부재 (2) 와 광원 (9) 을 패키지한다. 이에 따라, 광원 장치 (3) 가 제조된다.
다음으로, 본 실시형태의 형광판 (1) 에 대한 평가 시험의 내용 및 그 결과를 설명한다. 본 평가 시험에서는, 복수의 형광판의 샘플을 제조하고, 각각의 샘플에 광을 조사했을 때의 샘플의 휘도를 측정함으로써, 그 샘플의 광의 취출 효율을 평가하였다. 본 평가 시험에서는, (i) 외주 비율, (ii) 공극의 원상당경, (iii) 면적비의 3 개의 항목에 주목하여 평가 시험을 실시하였다.
본 평가 시험에서는, 상기 서술한 3 개의 항목의 각각에 대해, 이하의 방법을 사용하여 측정을 실시하였다.
·외주 비율 및 공극의 원상당경
샘플을 절단하고, 경면 가공된 절단면을 FE-SEM 에 의해 관찰하였다. winloof 에 의한 화상 해석은, 임의의 5 개 지점의 점에서 단면 화상을 취득하고, 공극의 외주의 길이와 공극의 외주 중, 형광상과 접해 있는 부분과 투광상과 접해 있는 부분의 각각의 길이를 측정하였다. 이 측정 결과로부터, 외주 비율 (1 개의 공극에 있어서의 외주의 길이와 형광상과 접해 있는 부분의 길이의 비율) 을 산출하였다. 또, 공극의 원상당경은, winloof 를 사용하여 산출하였다.
·휘도
샘플의 두께가 200 ㎛ 가 되도록 연마하고, 표면을 경면 가공함으로써 휘도 계측용 샘플을 제조하였다. 이 휘도 계측용 샘플에, 파장 450 ㎚ 의 레이저 (레이저 지름 : 0.4 ㎜, 레이저 출력 : 5 W) 를 조사하고, 반사 방향의 광을 휘도계로 측정하였다.
(i) 외주 비율
도 4 는, 제 1 실시형태의 형광판의 외주 비율에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다. 평가 시험용 샘플은, 상기 서술한 형광판 (1) 의 제조 방법에 준한 방법에 있어서, 칭량한 Y2O3 및 CeO2 와 혼합하는 조공재의 양을 변경함과 함께, 조립 분말에 Al2O3 을 첨가할 때에, 나머지 조공재를 첨가하여 배토로 함으로써, 제조하였다. 예를 들어, 샘플 1 에서는, 최초로, 샘플 1 이 포함하는 아크릴 비드의 전체량 중 50 ％ 와 Y2O3 과 CeO2 를 분쇄 혼합하여 스프레이 드라이어로 조립한 후, 조립한 조립 분말에, 나머지 50 ％ 의 아크릴 비드와 Al2O3 을 첨가함으로써, 배토를 제조하였다. 다른 샘플에 대해서도, 마찬가지로, 최초로 첨가하는 아크릴 비드의 양과 2 회째에 첨가하는 아크릴 비드의 양의 비율을 변경함으로써, 형광판의 외주 비율을 변경하였다. 도 4 의 표 중에 나타내는 샘플 1 은, 본 실시형태의 형광판 (1) 과 동일한 구성 (면적비, 외주 비율, 및, 공극의 원상당경) 의 샘플이며, 이번 평가 시험에 있어서의 기준 샘플로 한다. 도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 시험에 의해, 외주 비율과 면적비의 차 (이하, 「비율차」 라고 한다) 가 커질수록 휘도가 커지는 것이 분명해졌다. 특히, 비율차가 3 ％ 이상이 되면, 휘도가 500 cd/㎟ 가 되어, 형광판으로부터의 광의 취출 효율이 향상되는 것이 분명해졌다.
(ii) 공극의 원상당경
도 5 는, 제 1 실시형태의 형광판의 공극의 원상당경에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다. 평가 시험용 샘플은, 상기 서술한 형광판 (1) 의 제조 방법에 준한 방법에 있어서, 칭량한 Y2O3 과 CeO2 와 혼합하는 조공재의 입경과, 조립 분말에 Al2O3 과 함께 첨가되는 조공재의 입경을 변경함으로써, 제조하였다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 시험에 의해, 공극의 원상당경이, 3.5 ㎛, 4.6 ㎛, 5.6 ㎛ 인 경우에 있어서, 휘도가 500 cd/㎟ 보다 커지는 것이 분명해졌다. 한편, 공극의 원상당경이, 1.0 ㎛ 와, 10 ㎛ 인 경우에 있어서, 휘도가 500 cd/㎟ 보다 작아지는 것이 분명해졌다. 즉, 공극의 원상당경이, 1.0 ㎛ 보다 크고, 10 ㎛ 보다 작은 경우, 휘도가 커지는 것이 분명해졌다. 또한, 도 5 의 표 중에 나타내는 샘플 1 은, 도 4 의 샘플 1 과 동일한 샘플이다.
(iii) 면적비
도 6 은, 형광판의 면적비에 관한 평가 시험의 결과를 나타내는 도면이다. 평가 시험용 샘플은, 상기 서술한 형광판 (1) 의 제조 방법에 준한 방법에 있어서, 조공재와 함께 순수가 첨가되는 Y2O3 과 CeO2 의 각각의 양을 조정함으로써, 제조하였다. 도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 시험에 의해, 면적비가 30 ％ 이상 90 ％ 이하 (30 ％, 60 ％, 75 ％, 85 ％, 90 ％) 가 되면, 휘도가 500 cd/㎟ 이상이 되는 것이 분명해졌다. 한편, 면적비가 20 ％ 가 되면, 휘도가 500 cd/㎟ 보다 작아지는 것이 분명해졌다. 또한, 도 6 의 표 중에 나타내는 샘플 1 은, 도 4 의 샘플 1 과 동일한 샘플이다.
이상 설명한, 본 실시형태의 형광판 (1) 에 의하면, 형광판 (1) 이 구비하는 복수의 공극 (30) 은, 형광상 (10) 과 투광상 (20) 에 둘러싸여 있으며, 공극 (30) 의 단면을 포함하는 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 공극 (30) 의 외주 (31) 중 형광상 (10) 과 접해 있는 부분 (31a) 의 외주 전체에 대한 평균 비율은, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 과 투광상 (20) 의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비보다 높다. 이것은, 공극 (30) 의 둘레에는, 형광판 (1) 전체에서의 형광상 (10) 의 조성 비율보다 높은 비율로 형광상 (10) 이 존재하고 있는 것을 의미하고 있으며, 형광상 (10) 의 표면이 공극 (30) 에 비교적 많이 노출되어 있다. 이에 따라, 여기광에 의해 형광상 (10) 이 발하는 형광을 포함하는 광은, 공극 (30) 에 있어서, 투광상 (20) 보다 굴절률이 큰 형광상 (10) 의 표면에서 전반사되기 쉬워지기 때문에, 형광판 (1) 의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있다. 따라서, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 형광판 (1) 에 의하면, 공극 (30) 의 단면을 포함하는 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 공극 (30) 의 외주 (31) 중 형광상 (10) 과 접해 있는 부분 (31a) 의 외주 (31) 전체에 대한 평균 비율은, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 과 투광상 (20) 의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비보다 5 ％ 이상 높다. 이에 따라, 특히, 공극 (30) 의 둘레에는, 높은 비율로 형광상 (10) 이 존재하게 되기 때문에, 여기광에 의해 형광상 (10) 이 발하는 형광을 포함하는 광은, 공극 (30) 에 있어서, 형광상 (10) 의 표면에서 보다 많이 반사되기 때문에, 형광판 (1) 의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있다. 따라서, 광의 취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 형광판 (1) 에 의하면, 공극 (30) 의 원상당경의 평균은, 가시광의 파장 이상의 길이인 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만으로 되어 있다. 이에 따라, 형광에 포함되는 가시광이 공극 (30) 을 투과하는 것이 억제되기 때문에, 공극 (30) 에 있어서, 보다 많은 가시광을 형광상 (10) 의 표면에서 전반사할 수 있다. 따라서, 형광판 (1) 의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있기 때문에, 광의 취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 형광판 (1) 에 의하면, 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 과 투광상 (20) 의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비는, 21 ％ 이상 90 ％ 이하인 60 ％ 로 되어 있다. 이에 따라, 형광상 (10) 과 접해 있는 부분 (31a) 의 외주 (31) 전체에 대한 평균 비율을, 공극 (30) 에 있어서의 형광상 (10) 의 표면에서의 반사량의 증가가 형광판 (1) 에 있어서의 광의 취출 효율의 향상에 기여할 수 있는 정도로 할 수 있다. 또, 투광상에 있어서, 광이 적당히 산란하기 때문에, 형광상에서의 광로 길이가 비교적 길어져, 광의 흡수율의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 광의 취출 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (2) 에 의하면, 파장 변환 부재 (2) 는, 형광판 (1) 으로부터 방사되는 형광과 여기광을 반사하는 반사 부재 (6) 를 구비하고 있다. 이에 따라, 예를 들어, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 형광판 (1) 에 있어서 광 (L2) 이 방사되는 방향과는 상이한 방향으로 방사되는 광은, 반사 부재 (6) 에 의해 소정의 방향으로 반사되기 때문에, 파장 변환 부재 (2) 로부터 방사되는 광량을 증가할 수 있다.
또, 본 실시형태의 파장 변환 부재 (2) 에 의하면, 파장 변환 부재 (2) 는, 형광판 (1) 의 열을 외부에 방출하는 방열 부재 (7) 를 구비한다. 이에 따라, 형광판 (1) 에 있어서, 여기광에 의해 형광을 발할 때에 발생하는 열을 효율적으로 외부에 방출할 수 있기 때문에, 형광판 (1) 의 온도 상승에 의한 소광을 억제할 수 있다. 따라서, 파장 변환 부재 (2) 로부터 방사되는 광량의 저감을 억제할 수 있다.
또, 본 실시형태의 광원 장치 (3) 에 의하면, 광원 장치 (3) 는, 형광판 (1) 에 광 (L1) 을 조사하는 광원 (9) 을 구비하고 있다. 광원 (9) 이 형광판 (1) 에 광 (L1) 을 조사하면, 형광판 (1) 은, 광 (L1) 의 일부의 광에 의해 형광을 발한다. 형광판 (1) 이 발하는 형광은, 공극 (30) 에 있어서 비교적 많이 노출되어 있는 형광상 (10) 의 표면에서 반사되기 때문에, 형광판 (1) 의 외부에 방사되는 광량이 증가한다. 이에 따라, 광원 장치 (3) 의 발광 강도를 향상시킬 수 있다.
＜본 실시형태의 변형예＞
본 발명은 상기의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 일탈하지 않는 범위에 있어서 여러 가지 양태에 있어서 실시하는 것이 가능하며, 예를 들어 다음과 같은 변형도 가능하다.
[변형예 1]
상기 서술한 실시형태에서는, 도 3 에 나타낸 바와 같이, 형광판 (1) 이 구비하는 공극 (30) 중 1 개는, 외주 비율 La/L 이 약 0.75 이고, 면적비 Rs 가 0.6 으로 되어 있는 것으로 하였다. 이에 따라, 형광상 (10) 과 접해 있는 부분 (31a) 의 외주 (31) 전체에 대한 비율은, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 과 투광상 (20) 의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비보다 5 ％ 이상 높아져 있다. 형광상 (10) 과 접해 있는 부분 (31a) 의 외주 (31) 전체에 대한 비율과, 면적비의 차는, 5 ％ 보다 작아도 되지만, 이 차가 커지면, 공극 (30) 에 있어서, 형광상 (10) 의 표면에서 광이 보다 많이 반사되기 때문에, 형광판 (1) 의 외부에 방사되는 광량을 늘릴 수 있다.
[변형예 2]
상기 서술한 실시형태에서는, 복수의 공극 (30) 의 원상당경의 평균은, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만으로 되어 있는 것으로 하였다. 복수의 공극 (30) 의 원상당경의 평균은, 1 ㎛ 보다 작아도 되고, 10 ㎛ 이상이어도 된다. 그러나, 공극 (30) 의 원상당경의 평균을 가시광의 파장 이상의 길이인 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만으로 함으로써, 보다 많은 가시광을 형광상 (10) 의 표면에서 반사할 수 있다.
[변형예 3]
상기 서술한 실시형태에서는, 형광판 (1) 의 단면에 있어서, 형광판 (1) 에서 차지하는 형광상 (10) 의 면적과 투광상 (20) 의 면적의 합계에 대한 형광상 (10) 의 면적비는, 60 ％ 가 되는 것으로 하였다. 형광상 (10) 의 면적비는 이것에 한정되지 않는다. 그러나, 형광상 (10) 의 면적비가 21 ％ 이상이 되면, 형광상 (10) 의 평균 비율을, 공극 (30) 에 있어서의 형광상 (10) 의 표면에서의 반사량의 증가가 형광판 (1) 에 있어서의 광의 취출 효율의 향상에 기여할 수 있는 정도로 할 수 있기 때문에, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 또, 형광상 (10) 의 면적비가 90 ％ 이하가 되면, 투광상에 있어서, 광이 적당히 산란하기 때문에, 형광상에서의 광로 길이가 비교적 길어져, 광의 흡수율의 저하를 억제할 수 있다. 이에 따라, 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
[변형예 4]
상기 서술한 실시형태에서는, 광원 장치 (3) 는, 반사형의 광원 장치인 것으로 하였다. 그러나, 형광판 (1) 은, 투과형의 광원 장치에 적용되어도 된다.
[변형예 5]
상기 서술한 실시형태에서는, 형광판 (1) 에 있어서의 공극 (30) 을 제외한 부분은, 체적비로, 60 ％ 의 형광상 (10) 과, 40 ％ 의 투광상 (20) 에 의해 구성되어 있는 것으로 하였다. 형광판 (1) 의 구성비는, 체적비로, 100 ％ 미만의 형광상 (10) 과, 투광상 (20) 이어도 된다. 그러나, 형광판 (1) 에 있어서, 투광상 (20) 은, 형광판 (1) 전체의 형광상 (10) 이 형광을 발하도록 광을 투과함과 함께, 형광상 (10) 에서 발생한 열을 외부에 방출하기 위한 전열 경로로도 되기 때문에, 예를 들어, 10 ％ 정도 있었던 쪽이 바람직하고, 형광상 (10) 이 90 ％ 이상이 되면, 외주 비율의 조정이 어려워진다.
이상, 실시형태, 변형예에 기초하여 본 태양에 대해서 설명해 왔지만, 상기한 양태의 실시형태는, 본 태양의 이해를 용이하게 하기 위한 것이며, 본 태양을 한정하는 것은 아니다. 본 태양은, 그 취지 그리고 특허 청구의 범위를 일탈하는 일 없이, 변경, 개량될 수 있음과 함께, 본 태양에는 그 등가물이 포함된다. 또, 그 기술적 특징이 본 명세서 중에 필수적인 것으로서 설명되어 있지 않으면, 적절히 삭제할 수 있다.
1 : 형광판
2 : 파장 변환 부재
3 : 광원 장치
6 : 반사 부재
7 : 방열 부재
9 : 광원
10 : 형광상
20 : 투광상
30 : 공극
31 : 외주
31a : 형광상과 접해 있는 부분
L1 : 여기광
L2 : 방사광
Rs : 면적비
2 : 파장 변환 부재
3 : 광원 장치
6 : 반사 부재
7 : 방열 부재
9 : 광원
10 : 형광상
20 : 투광상
30 : 공극
31 : 외주
31a : 형광상과 접해 있는 부분
L1 : 여기광
L2 : 방사광
Rs : 면적비
Claims (8)
- 형광판으로서,
여기광에 의해 형광을 발하는 형광상과,
상기 여기광을 투과하는 투광상과,
상기 형광상과 상기 투광상에 둘러싸이는 복수의 공극을 구비하고,
상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 공극의 외주 중, 상기 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 평균 비율은,
상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비보다 높은,
것을 특징으로 하는 형광판. - 제 1 항에 있어서,
상기 공극의 외주 중, 상기 형광상과 접해 있는 부분의 외주 전체에 대한 비율은, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비보다 5 ％ 이상 높은,
것을 특징으로 하는 형광판. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 복수의 공극의 지름의 평균은, 1 ㎛ 이상 10 ㎛ 미만인,
것을 특징으로 하는 형광판. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비는, 21 ％ 이상인,
것을 특징으로 하는 형광판. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 공극의 단면을 포함하는 상기 형광판의 단면에 있어서, 상기 형광판에서 차지하는 상기 형광상과 상기 투광상의 합계에 대한 상기 형광상의 면적비는, 90 ％ 이하인,
것을 특징으로 하는 형광판. - 파장 변환 부재로서,
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 형광판과,
상기 형광판에 배치되어, 상기 여기광과 상기 형광을 반사하는 반사 부재를 구비하는,
것을 특징으로 하는 파장 변환 부재. - 제 6 항에 기재된 파장 변환 부재는, 또한,
상기 형광판의 열을 외부에 방출하는 방열 부재를 구비하는,
것을 특징으로 하는 파장 변환 부재. - 광원 장치로서,
제 6 항 또는 제 7 항에 기재된 파장 변환 부재와,
상기 형광판에 상기 여기광을 조사하는 광원을 구비하는,
광원 장치.
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