TW201842154A - 波長轉換構件及波長轉換元件、以及使用其等之發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種於照射高功率之LED或LD之光之情形時可抑制經時之發光強度之降低或構成材料之熔解的波長轉換構件及波長轉換元件、以及使用其等之發光裝置。 本發明之波長轉換構件之特徵在於：其係含有無機螢光體粒子及氧化鎂粒子者，且氧化鎂粒子介存於無機螢光體粒子間，且無機螢光體粒子係藉由氧化鎂粒子而黏結。
Description
本發明係關於一種將發光二極體(LED：Light Emitting Diode)或雷射二極體(LD：Laser Diode)等發出之光之波長轉換為其他波長之波長轉換構件及波長轉換元件、以及使用其等之發光裝置。
近年，作為代替螢光燈或白熾燈之下一代之發光裝置，自低消耗電力、小型輕量、容易之光量調節之觀點而言，對使用LED或LD之發光裝置之關注增加。作為此種下一代發光裝置之一例，例如於專利文獻1中，揭示了於出射藍色光之LED上配置有吸收來自LED之光之一部分而轉換為黃色光之波長轉換構件的發光裝置。該發光裝置發出自LED出射之藍色光、及自波長轉換構件出射之黃色光之合成光即白色光。 作為波長轉換構件，先前使用使無機螢光體粒子分散至樹脂基質中者。然而，於使用該波長轉換構件之情形時，具有因來自LED之光而使樹脂基質變色、變形之問題。因此，提出包含將螢光體分散固定於代替樹脂之玻璃基質中而成之完全無機固體的波長轉換構件(例如，參照專利文獻2及3)。該波長轉換構件具有成為母材之玻璃基質不易因來自LED之熱或照射光而劣化，不易產生變色或變形等問題之特徵。 [先前技術文獻] [專利文獻] [專利文獻1]日本專利特開2000-208815號公報 [專利文獻2]日本專利特開2003-258308號公報 [專利文獻3]日本專利第4895541號公報
[發明所欲解決之問題] 近年，以發光裝置之高功率化為目的，而提升用作光源之LED或LD之輸出。伴隨於此，產生如下問題：因光源之熱或自照射到激發光之螢光體發出之熱而導致波長轉換構件之溫度上升，其結果，發光強度經時降低(溫度淬滅)。又，視情形，波長轉換構件之溫度上升變明顯，而有構成材料(玻璃基質等)熔解之虞。 鑒於以上，本發明之目的在於提供一種於照射高功率之LED或LD之光之情形時可抑制經時之發光強度之降低或構成材料之熔解的波長轉換構件及波長轉換元件、以及使用其等之發光裝置。 [解決問題之技術手段] 本發明之波長轉換構件之特徵在於：其係含有無機螢光體粒子及氧化鎂粒子者，且氧化鎂粒子介存於無機螢光體粒子間，且無機螢光體粒子係藉由氧化鎂粒子而黏結。 於本發明之波長轉換構件中，氧化鎂粒子介存於無機螢光體粒子間。此處，因氧化鎂粒子與玻璃等相比導熱性優異，故可將由無機螢光體粒子產生之熱高效地向外部釋放。其結果，可抑制波長轉換構件之溫度上升，不易產生溫度淬滅。又，因氧化鎂粒子亦於耐熱性上優異，故即便於照射高功率之LED或LD之光之情形時亦不易熔解，或者，亦有可抑制由急遽之溫度上升所導致之熱龜裂等不良狀況發生之優點。進而，氧化鎂粒子亦具有能夠以低於氧化鋁或氧化鋯等陶瓷粒子之溫度燒結之優點。因此，亦可降低波長轉換構件製作時之煅燒溫度，可抑制煅燒時之無機螢光體粉末之劣化。 本發明之波長轉換構件較佳為含有以質量%計3～80%之無機螢光體粒子、及20～97%之氧化鎂粒子。 於本發明之波長轉換構件中，氧化鎂粒子之平均粒徑較佳為0.01～10 μm。據此，因提高波長轉換構件之緻密性，易形成導熱通道，故可將由無機螢光體粒子產生之熱進而高效地向外部釋放。 於本發明之波長轉換構件中，氧化鎂粒子之純度較佳為99%以上。據此，可將氧化鎂粒子以相對低溫燒結。 於本發明之波長轉換構件中，無機螢光體粒子之平均粒徑較佳為1～50 μm。 於本發明之波長轉換構件中，無機螢光體粒子較佳為包含具有石榴石結構之氧化物螢光體。因具有石榴石結構之氧化螢光體於耐熱性上優異，故於照射高功率之LED或LD之光之情形時，可抑制無機螢光體粒子本身之劣化。 於本發明之波長轉換構件中，(氧化鎂粒子之平均粒徑)/(無機螢光體粒子之平均粒徑)較佳為0.5以下。據此，因提高波長轉換構件之緻密性，易形成導熱通道，故可將由無機螢光體粒子產生之熱進而高效地向外部釋放。 本發明之波長轉換元件之特徵在於包含積層上述波長轉換構件、及具有高於波長轉換構件之導熱率之散熱層而成的積層體。據此，可將由波長轉換構件產生之熱傳遞至散熱層，故易抑制波長轉換構件之溫度上升。 於本發明之波長轉換元件中，作為散熱層，可使用包含透光性陶瓷者。 於本發明之波長轉換元件中，作為透光性陶瓷，可使用選自氧化鋁系陶瓷、氮化鋁系陶瓷、碳化矽系陶瓷、氮化硼系陶瓷、氧化鎂系陶瓷、氧化鈦系陶瓷、氧化鈮系陶瓷、氧化鋅系陶瓷及氧化釔系陶瓷之至少1種。 本發明之發光裝置之特徵在於：其係具備上述波長轉換構件、及向波長轉換構件照射激發光之光源而成。 本發明之發光裝置之特徵在於：其係具備上述波長轉換元件、及向波長轉換元件照射激發光之光源而成。 於本發明之發光裝置中，光源較佳為雷射二極體。因本發明之波長轉換構件及波長轉換元件於耐熱性及散熱性上優異，故於使用相對為高功率之雷射二極體作為光源之情形時容易享受發明之效果。 [發明之效果] 根據本發明，可提供一種於照射高功率之LED或LD之光之情形時可抑制經時之發光強度之降低或構成材料之熔解的波長轉換構件及波長轉換元件、以及使用其等之發光裝置。
以下，使用圖式說明本發明之實施形態。但以下之實施形態僅為例示，本發明並不限定於以下之實施形態。 (波長轉換構件) 圖1係表示本發明之波長轉換構件之一實施形態之模式性剖視圖。波長轉換構件10含有無機螢光體粒子1及氧化鎂粒子2。此處，氧化鎂粒子2介存於無機螢光體粒子1間，無機螢光體粒子1係藉由氧化鎂粒子2而黏結。 無機螢光體粒子1若為藉由激發光之入射而出射螢光者即可，並無特別限定。作為無機螢光體粒子1之具體例，例如可列舉：氧化物螢光體、氮化物螢光體、氮氧化物螢光體、氯化物螢光體、醯氯化物螢光體、硫化物螢光體、氧硫化物螢光體、鹵化物螢光體、硫屬化物螢光體、鋁酸鹽螢光體、鹵磷醯氯化物螢光體等。該等可單獨使用或混合2種以上而使用。再者，如後所述，因波長轉換構件10係藉由將無機螢光體粒子1及氧化鎂粒子2之混合粒子燒結而製作，故作為無機螢光體粒子1，較佳為於耐熱性上優異以便於燒結時不會熱劣化。就此種觀點來看，無機螢光體粒子1較佳為氧化物螢光體，特別是具有石榴石結構之氧化物螢光體(Y3
Al5
O12
：Ce3+
、Lu3
Al5
O12
：Ce3+
等)。 無機螢光體粒子1之平均粒徑(D50
)較佳為1～50 μm，特別是5～25 μm。若無機螢光體粒子1之平均粒徑過小，則發光強度易降低。另一方面，若無機螢光體粒子1之平均粒徑過大，則發光色有不均勻之傾向。 氧化鎂粒子2之平均粒徑(D50
)較佳為0.01～10 μm，特別是0.05～5 μm，特別是0.08～1 μm。藉由將平均粒徑設為上述範圍，能夠以相對低溫燒結氧化鎂粒子2。 氧化鎂粒子2之純度較佳為99%以上、99.9%以上、特別是99.98%以上。藉由將氧化鎂粒子2之純度設為上述範圍，能夠以相對低溫燒結氧化鎂粒子2。 如上所述，藉由適當調整氧化鎂粒子2之平均粒徑或純度，可降低燒結溫度。具體而言，即便以1000～1400℃、1020～1250℃、進而未達1050～1100℃之相對低溫煅燒，亦能夠緻密地燒結。 作為氧化鎂粒子2之製作方法，可列舉藉由氣相氧化反應之合成法，或水中火花放電法等。其中，藉由氣相氧化反應之合成法因容易得到高純度之氧化鎂粒子，故而較佳。再者，作為氧化鎂粒子之市售品，可使用Ube Material Industries製造之50A或2000A等。 再者，(氧化鎂粒子2之平均粒徑)/(無機螢光體粒子1之平均粒徑)較佳為0.5以下、0.2以下、0.1以下、特別是0.05以下。據此，因提高波長轉換構件10之緻密性，容易形成導熱通道，故可將由無機螢光體粒子1產生之熱進而高效地向外部釋放。 波長轉換構件10中之無機螢光體粒子1及氧化鎂粒子2之比例以質量%計較佳為3～80%之無機螢光體粒子1、20～97%之氧化鎂粒子2，更佳為15～75%之無機螢光體粒子1、25～95%之氧化鎂粒子2，進而較佳為8～70%之無機螢光體粒子1、30～92%之氧化鎂粒子2。若無機螢光體粒子1之含量過少(氧化鎂粒子2之含量過多)，則波長轉換構件10之發光強度容易降低。另一方面，若無機螢光體粒子1之含量過多(氧化鎂粒子2之含量過少)，則於波長轉換構件10中，因難以形成包含氧化鎂粒子2之導熱通道，故由無機螢光體粒子1產生之熱難以向外部釋放。又，無機螢光體粒子1之黏結性易降低而使波長轉換構件10之機械強度降低。 波長轉換構件10之形狀無特別限定，通常為板狀(矩形板狀、圓盤狀)。波長轉換構件10之厚度較佳為為了得到目標色調之光而適當選擇。具體而言，波長轉換構件10之厚度較佳為2 mm以下、1 mm以下、特別是0.8 mm以下。但若波長轉換構件10之厚度過小則機械強度易降低，故較佳為0.03 mm以上。 波長轉換構件10可藉由將以特定之比例混合無機螢光體粒子1與氧化鎂粒子2所得之原料粉末預成型後進行煅燒而製造。此處，亦可將黏結劑或溶劑等有機成分添加至原料粉末形成漿料狀後煅燒。據此，容易利用生胚片材成形等方法形成所需形狀之預成型體。此時，首先以脫脂步驟(600℃左右)去除有機成分，之後以氧化鎂粒子2之燒結溫度煅燒，藉此容易得到緻密之燒結體。又，亦可於1次煅燒後以煅燒溫度±150℃實施HIP(Hot Isostatic Pressing：熱均壓壓制)處理。藉由如此處理，可使波長轉換構件10內之孔隙收縮而消失，可抑制過度之光之散射。 作為黏結劑，可使用：聚碳酸丙二酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇縮丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、乙基纖維素、硝化纖維素、聚酯碳酸酯等，該等可單獨或者混合而使用。 作為溶劑，可將松油醇、乙酸異戊酯、甲苯、甲乙酮、二乙二醇單丁醚乙酸酯、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇單異丁酸酯等單獨或者混合而使用。 於漿料中，亦可含有燒結助劑。作為燒結助劑，例如可使用磷酸鎂、磷酸鋯、氧化錳、氧化鋇、氧化釔、氧化矽等晶質粉末、或矽酸系或磷酸系等氧化物非晶質粉末。 (波長轉換元件) 圖2係表示本發明之波長轉換元件之一實施形態之模式性剖視圖。波長轉換元件20由使波長轉換構件10及具有高於波長轉換構件10之導熱率之散熱層3積層而成的積層體構成。於本實施形態中，藉由向波長轉換構件10照射激發光而產生之熱通過散熱層3向外部高效地釋放。因此，可抑制波長轉換構件10之溫度過度上升。 散熱層3具有高於波長轉換構件10之導熱率。具體而言，散熱層3之導熱率較佳為5 W/m·K以上、10 W/m·K以上、特別是20 W/m·K以上。 散熱層3之厚度較佳為0.05～1 mm、0.07～0.8 mm、特別是0.1～0.5 mm。若散熱層3之厚度過小，則有機械強度降低之傾向。另一方面，若散熱層3之厚度過大，則有波長轉換元件大型化之傾向。 作為散熱層3，可使用包含透光性陶瓷者。據此，因可使激發光或螢光透過，故可作為透過型之波長轉換元件使用。包含透光性陶瓷之散熱層於波長400～800 nm下之全光線透過率較佳為10%以上、20%以上、30%以上、40%、特別是50%以上。 作為透光性陶瓷，可使用選自氧化鋁系陶瓷、氮化鋁系陶瓷、碳化矽系陶瓷、氮化硼系陶瓷、氧化鎂系陶瓷、氧化鈦系陶瓷、氧化鈮系陶瓷、氧化鋅系陶瓷及氧化釔系陶瓷之至少1種。 本實施形態之波長轉換元件20僅於波長轉換構件10之一主面形成散熱層3，但亦可於波長轉換構件10之兩主面形成散熱層3。據此，可將由波長轉換構件10產生之熱更高效地向外部釋放。再者，亦可為使波長轉換構件10與散熱層3交替積層而成之4層以上之積層體。 再者，作為散熱層3，除包含透光性陶瓷者以外，亦可為包含Cu、Al、Ag等金屬之層。據此，可作為反射型之波長轉換元件而使用。 (發光裝置) 圖3係表示本發明之發光裝置之一實施形態之模式性側視圖。本實施形態之發光裝置係使用透過型之波長轉換構件之發光裝置。如圖3所示，發光裝置30具備波長轉換構件10及光源4。自光源4出射之激發光L0藉由波長轉換構件10而轉換為波長長於激發光L0之螢光L1。又，激發光L0之一部分透過波長轉換構件10。因此，自波長轉換構件10出射激發光L0及螢光L1之合成光L2。例如，於激發光L0為藍色光，螢光L1為黃色光之情形時，可得到白色之合成光L2。再者，亦可使用於上述說明之波長轉換元件20代替波長轉換構件10。 作為光源4，可列舉LED或LD。就提高發光裝置30之發光強度之觀點來看，光源4較佳為使用可出射高強度之光之LD。
1‧‧‧無機螢光體粒子
2‧‧‧氧化鎂粒子
3‧‧‧散熱層
4‧‧‧光源
10‧‧‧波長轉換構件
20‧‧‧波長轉換元件
30‧‧‧發光裝置
L0‧‧‧激發光
L1‧‧‧螢光
L2‧‧‧合成光
圖1係表示本發明之波長轉換構件之一實施形態之模式性剖視圖。 圖2係表示本發明之波長轉換元件之一實施形態之模式性剖視圖。 圖3係表示本發明之發光裝置之一實施形態之模式性側視圖。
Claims (13)
- 一種波長轉換構件，其特徵在於：其係含有無機螢光體粒子及氧化鎂粒子者，且 氧化鎂粒子介存於無機螢光體粒子間，且無機螢光體粒子係藉由氧化鎂粒子而黏結。
- 如請求項1之波長轉換構件，其含有以質量%計3～80%之無機螢光體粒子、及20～97%之氧化鎂粒子。
- 如請求項1或2之波長轉換構件，其中氧化鎂粒子之平均粒徑為0.01～10 μm。
- 如請求項1至3中任一項之波長轉換構件，其中氧化鎂粒子之純度為99%以上。
- 如請求項1至4中任一項之波長轉換構件，其中無機螢光體粒子之平均粒徑為1～50 μm。
- 如請求項1至5中任一項之陶瓷波長轉換構件，其中無機螢光體粒子包含具有石榴石結構之氧化物螢光體。
- 如請求項1至6中任一項之波長轉換構件，其中(氧化鎂粒子之平均粒徑)/(無機螢光體粒子之平均粒徑)為0.5以下。
- 一種波長轉換元件，其特徵在於包含積層如請求項1至7中任一項之波長轉換構件、及具有高於波長轉換構件之導熱率之散熱層而成的積層體。
- 如請求項8之波長轉換元件，其中散熱層包含透光性陶瓷。
- 如請求項9之波長轉換元件，其中透光性陶瓷係選自氧化鋁系陶瓷、氮化鋁系陶瓷、碳化矽系陶瓷、氮化硼系陶瓷、氧化鎂系陶瓷、氧化鈦系陶瓷、氧化鈮系陶瓷、氧化鋅系陶瓷及氧化釔系陶瓷之至少1種。
- 一種發光裝置，其特徵在於：其係包含如請求項1至7中任一項之波長轉換構件、及向波長轉換構件照射激發光之光源而成。
- 一種發光裝置，其特徵在於：其係包含如請求項8至10中任一項之波長轉換元件、及向波長轉換元件照射激發光之光源而成。
- 如請求項11或12之發光裝置，其中光源係雷射二極體。
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