TW202044609A - 波長轉換構件及其製造方法、與發光裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明之目的在於提供一種能夠抑制波長轉換構件之溫度上升而抑制經時性之發光強度之降低或構成材料之變形、變色的波長轉換構件及其製造方法、與發光裝置。 本發明之波長轉換構件10之特徵在於：其係具備基質1、及分散於基質1中之螢光體粒子3之波長轉換構件，且基質1包含平均細孔徑為50 μm以下之氧化物多孔質體2。

Description

波長轉換構件及其製造方法、與發光裝置
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)等所發出之光之波長轉換成其他波長之波長轉換構件及其製造方法、與發光裝置。
就低耗電、小型輕量、容易光量調節之觀點而言，使用LED或LD之發光裝置受到注目。例如，LED上配置有吸收來自LED之光之一部分之波長轉換構件的發光裝置發出LED所出射之激發光(例如藍色光)與波長轉換構件所出射之轉換光(例如黃色光)之合成光(例如白色光)。作為波長轉換構件，例如揭示有使螢光體粒子於樹脂基質或玻璃基質中分散固定而成者(專利文獻1～3)。 [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，隨著發光裝置之高功率化，激發光之強度正在逐步提高。當被照射高強度之激發光時，螢光體粒子所發出之熱之強度增加，波長轉換構件容易具有過量之熱。於先前之波長轉換構件中，有因該過量之熱，而容易產生發光強度之經時性之降低(溫度淬滅)或構成材料之變形、變色等問題。
鑒於以上內容，本發明之目的在於提供一種能夠抑制波長轉換構件之溫度上升而抑制經時性之發光強度之降低或構成材料之變形、變色的波長轉換構件及其製造方法、與發光裝置。 [解決問題之技術手段]
本發明之波長轉換構件之特徵在於：其係具備基質、及分散於基質中之螢光體粒子者，且基質包含平均細孔徑為5 μm以下之氧化物多孔質體。
於上述構成之中，基質包含平均細孔徑為5 μm以下之氧化物多孔質體。藉由具有此種基質，當向波長轉換構件照射激發光時，氧化物多孔質體之骨架成為熱通道，從而容易使螢光體粒子所發出之熱有效率地向外部釋出。結果，容易抑制波長轉換構件之溫度上升，從而容易抑制發光強度之經時性之降低(溫度淬滅)或基質之變形、變色。又，激發光藉由細孔部分而發生光散射，入射至螢光體粒子之頻率變高，因此容易提高波長轉換構件之發光效率。
本發明之波長轉換構件較佳為基質之氣孔率為10%以下。若如此，則容易使波長轉換構件所產生之熱有效率地向外部釋出。又，容易抑制波長轉換構件內部之過量之光散射。
本發明之波長轉換構件較佳為基質包含氧化鎂。
本發明之波長轉換構件較佳為基質進而含有導熱性粒子。
本發明之波長轉換構件較佳為導熱性粒子包含氧化鎂。
本發明之波長轉換構件較佳為於將螢光體粒子設為平均粒徑Dp ，將導熱性粒子之平均粒徑設為Dm 時，滿足下述之條件(A)。 (A)0.1≦Dp /Dm ≦10
本發明之波長轉換構件較佳為螢光體粒子之含量以體積%計為0.01～80%。
本發明之波長轉換構件之特徵在於：螢光體粒子分散於包含氧化物之基質中，且熱擴散率為2×10-6 m2 /s以上。
於上述構成之中，波長轉換構件具有2×10-6 m2 /s以上之較高之熱擴散率。藉由具有此種熱擴散率，而容易使波長轉換構件所產生之熱有效率地向外部釋出。
本發明之波長轉換構件較佳為量子效率為20%以上。
本發明之波長轉換構件較佳為熱擴散率(m2 /s)與量子效率(%)之值之積為8×10-5 以上。
本發明之波長轉換構件之製造方法之特徵在於：其係上述波長轉換構件之製造方法，且具備藉由將螢光體粒子及金屬鹽加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為具備：藉由利用金屬鹽被覆螢光體粒子而準備金屬鹽被覆螢光體粒子之步驟；及藉由煅燒金屬鹽被覆螢光體粒子而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為於將金屬鹽被覆螢光體粒子之被覆層之厚度設為Tp ，將螢光體粒子之平均粒徑設為Dp 時，滿足下述之條件(B)。 (B)0.01≦Tp /Dp ≦0.3
本發明之波長轉換構件之製造方法之特徵在於：其係上述波長轉換構件之製造方法，且具備藉由將螢光體粒子、導熱性粒子、及金屬鹽加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為具備：藉由利用金屬鹽被覆導熱性粒子而準備金屬鹽被覆導熱性粒子之步驟；及藉由將螢光體粒子及金屬鹽被覆導熱性粒子加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為於將金屬鹽被覆導熱性粒子之被覆層之厚度設為Tm ，將導熱性粒子之平均粒徑設為Dm 時，滿足下述之條件(C)。 (C)0.01≦Tm /Dm ≦0.3
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為金屬鹽中所含之金屬元素與上述導熱性粒子中作為主成分所含之金屬元素相同。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為藉由利用金屬鹽被覆螢光體粒子而準備金屬鹽被覆螢光體粒子，並將金屬鹽被覆螢光體粒子、及金屬鹽被覆導熱性粒子加以混合並進行煅燒。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為金屬鹽包含碳酸鹽及/或氫氧化物鹽。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為藉由加熱壓製進行煅燒。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為煅燒時之最高溫度為1300℃以下。
本發明之波長轉換構件之製造方法較佳為於惰性氣氛、還原氣氛或真空氣氛下進行煅燒。
本發明之發光裝置之特徵在於具備上述波長轉換構件、及對上述波長轉換構件照射激發光之光源。
本發明之發光裝置較佳為光源為雷射二極體。 [發明之效果]
根據本發明，可提供一種能夠抑制波長轉換構件之溫度上升而抑制經時性之發光強度之降低或構成材料之變形、變色的波長轉換構件及其製造方法、與發光裝置。
以下，使用圖式對本發明之實施形態詳細地進行說明。但本發明不受以下之實施形態任何限定。
(第1實施形態) 圖1係表示本發明之一實施形態之波長轉換構件之模式剖視圖。波長轉換構件10具備基質1、及分散於基質1中之螢光體粒子3。於本實施形態中，基質1包含氧化物多孔質體2。以下，對於本實施形態中之各構成要素詳細地進行說明。
(基質1) (氧化物多孔質體2) 氧化物多孔質體2之平均細孔徑為5 μm以下，較佳為3 μm以下，特佳為1 μm以下。若平均細孔徑過大，則難以使螢光體粒子3所產生之熱向外部散熱。又，基質1內之光散射變大，波長轉換構件10之光提取效率容易降低。平均細孔徑之下限無特別限定，現實而言為0.005 μm以上、0.01 μm以上、特別是0.05 μm以上。再者，於本發明中，平均細孔徑表示於藉由汞滲法或氮吸附脫附法測得之細孔徑分佈中，最大之峰值之細孔徑。再者，於無法藉由汞滲法或氮吸附脫附法獲得測定資料之情形時，細孔可能閉合而獨立，因此此時可藉由使用電子顯微鏡照片觀察波長轉換構件10之剖面而確認平均細孔徑。具體而言，可列舉以下之方法。首先，反覆進行利用聚焦離子束(FIB)之表面加工(間距10 μm以下)、及利用SEM(scanning electron microscope，掃描式電子顯微鏡)觀察(倍率1000倍以上)之圖像獲取，從而獲得波長轉換構件10之切片圖像。其次，合成所獲得之複數個切片圖像進行三維圖像處理，可算出平均細孔徑。
此處，上述細孔為氣孔(具有空氣等氣體之孔)，因此細孔部分與構成氧化物多孔質體2之氧化物相比具有較低之折射率。因此，藉由該等之折射率差，可獲得光散射效應。再者，於光散射過量之情形時，為了減少該折射率差，亦考慮到例如將樹脂等填充物導入至細孔部分，但於本發明中，由於平均細孔徑相對較小，故而即便不導入此種填充物亦可獲得適度之光散射。
氧化物多孔質體2較佳為包含金屬氧化物，特佳為包含導熱性較高之金屬氧化物。具體而言，較佳為氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅，特佳為氧化鎂。氧化鎂由於具有較高之熱導率(45～60 W・m-1 ・K-1 )，故而容易使螢光體粒子3所產生之熱有效地向外部釋出。又，於螢光體粒子3之激發光波長區域(例如，300～500 nm)及發光波長區域(例如，380～780 nm)中之光吸收較少，不易降低波長轉換構件10之光提取效率。再者，該等可單獨使用，亦可組合兩種以上使用。
氧化物多孔質體2之熱導率較佳為15 W・m-1 ・K-1 以上，更佳為20 W・m-1 ・K-1 以上，特佳為30 W・m-1 ・K-1 以上。若如此，則容易使螢光體粒子3所發出之熱有效地向外部釋出。
氧化物多孔質體2之氣孔率較佳為相對於波長轉換構件10之總體積為10%以下，更佳為1%以下，特佳為0.1%以下。若氣孔率過高，則不易使螢光體粒子3所產生之熱向外部釋出。又，容易降低波長轉換構件10之機械強度。進而，容易降低波長轉換構件10之光提取效率。氣孔率之下限值無特別限定，現實而言，為0.01%以上。
(螢光體粒子3) 螢光體粒子3較佳為於波長300～500 nm具有激發帶，於波長380～780 nm具有發光峰之無機螢光體。例如可使用氧化物螢光體、氮化物螢光體、氮氧化物螢光體、氯化物螢光體、氧氯化物螢光體、鹵化物螢光體、鋁酸鹽螢光體及鹵磷酸鹽螢光體。尤其是氧化物螢光體、氮氧化物螢光體由於耐熱性較高，煅燒時不易劣化，故而較佳。具體而言，較佳為使用包含YAG(釔-鋁-石榴石)螢光體之石榴石系陶瓷螢光體粒子、包含α-SiAlON螢光體及β-SiAlON螢光體之以SiAlON作為主成分之螢光體粒子。特佳為使用包含YAG(釔-鋁-石榴石)螢光體之石榴石系陶瓷螢光體粒子。再者，亦可根據激發光或發光之波長區域，混合複數種螢光體粒子3使用。
螢光體粒子3之平均粒徑較佳為0.1～50 μm，更佳為1～30 μm，進而較佳為3～20 μm，特佳為5～10 μm。若平均粒徑過小，則製造時螢光體粒子3容易凝集，波長轉換構件10之發光色容易變得不均勻。又，螢光體粒子3自身之發光效率容易變低，從而降低波長轉換構件10之亮度。另一方面，即便平均粒徑過大，波長轉換構件10之發光色亦容易變得不均勻。再者，於本發明中，平均粒徑意指藉由雷射繞射法測得之值，表示藉由雷射繞射法進行測定時之體積基準之累積粒度分佈曲線中，其累計量自粒子較小者開始累積為50%之粒徑。
波長轉換構件10中之螢光體粒子3之含量以體積%計較佳為0.01～80%，更佳為0.1～70%，特佳為1～60%。若螢光體粒子3之含量過多，則波長轉換構件10中之基質1之比率相對變小，故而不易使螢光體粒子3所產生之熱向外部釋出。若螢光體粒子3之含量過少，則不易獲得所需之發光強度。再者，於透過型波長轉換構件10中，若螢光體粒子3之含量過多，則激發光之透過光量變少，透過光容易轉換成螢光之色度。其結果，難以進行出射光之色度調整。因此，透過型波長轉換構件10中之螢光體粒子3之含量以體積%計較佳為0.01～50%，更佳為0.1～35%，特佳為1～20%。
(波長轉換構件10) 波長轉換構件10較佳為基質1與螢光體粒子3之燒結體。若如此，則基質1與螢光體粒子3相互結著，從而容易使螢光體粒子3所發出之熱更加有效地向外部釋出。
波長轉換構件10之熱擴散率為2×10-6 m2 /s以上，較佳為3×10-6 m2 /s以上，進而較佳為4×10-6 m2 /s以上，特佳為5×10-6 m2 /s以上。若如此，則即便於照射高強度之激發光之情形時，亦容易使螢光體粒子3所產生之熱高效率地向外部釋出，從而容易抑制波長轉換構件10之溫度上升。結果，容易抑制由溫度上升所導致之波長轉換構件10之發光效率之降低。
波長轉換構件10之量子效率較佳為20%以上，更佳為40%以上，進而較佳為60%以上，特佳為80%以上。若量子效率過低，則成為熱損耗之能量變大，從而容易降低波長轉換構件10之發光效率。再者，於本發明中，量子效率係指藉由下述式所算出之值，可使用絕對PL(photoluminescence，光致發光)量子產率裝置進行測定。
量子效率＝｛(作為螢光自樣品釋出之光子數)/(被樣品吸收之光子數)｝×100(%)
再者，一般而言，於螢光體粒子分散於基質中而成之波長轉換構件中，熱擴散率與量子效率為取捨之關係。例如，當藉由煅燒製造波長轉換構件時，為了獲得熱擴散率較高之緻密之燒結體，大多情況下將煅燒溫度設為高溫，結果容易使基質與螢光體粒子反應而降低量子效率。另一方面，若欲維持螢光體粒子之量子效率，則容易使燒結變得不充分，從而容易降低熱擴散率。針對上述內容，由於本發明之波長轉換構件10即便於相對低溫(例如，1300℃以下)下亦容易緻密地進行煅燒，故而容易以較高水準維持先前為取捨之關係之熱擴散率與量子效率雙方。具體而言，波長轉換構件之熱擴散率(m2 /s)與量子效率(%)之值之積可設為8×10-5 以上、1×10-4 以上、1.5×10-4 以上、1.8×10-4 以上、2.0×10-4 以上、2.1×10-4 以上、2.2×10-4 以上、2.3×10-4 以上、2.4×10-4 以上、2.5×10-4 以上、3.0×10-4 以上、4.0×10-4 以上、特別是5×10-4 以上。藉由具有此種值，即便於照射高強度之激發光之情形時，亦容易使螢光體粒子3所產生之熱高效率地向外部釋出。由於上述波長轉換構件10之構成、或下述波長轉換構件20之構成容易以較高水準維持熱擴散率與量子效率雙方，故而特佳。
波長轉換構件10之形狀可以能夠獲得目標色調之光之方式進行適當選擇，例如為板狀(矩形板狀、圓盤狀等)。波長轉換構件10之厚度較佳為3000 μm以下，更佳為1000 μm以下，進而較佳為800 μm以下，特佳為500 μm以下。若厚度過大，則不易獲得所需之發光強度。又，波長轉換構件10之厚度較佳為30 μm以上，更佳為50 μm以上，特佳為80 μm以上。若厚度過小，則容易降低波長轉換構件10之機械強度。
(第2實施形態) 圖2係表示本發明之第2實施形態之波長轉換構件之模式剖視圖。本實施形態之波長轉換構件20與第1實施形態之波長轉換構件10之不同在於基質1含有導熱性粒子4之方面。即，於本實施形態中，基質1包含氧化物多孔質體2、及導熱性粒子4。除此以外，較佳為具有與上述波長轉換構件10相同之構成。
(導熱性粒子4) 導熱性粒子4係具有與氧化物多孔質體2相同、或其以上之熱導率之粒子。藉由於基質1中含有此種導熱性粒子4，可提高基質1整體之導熱性。其結果，容易使螢光體粒子3所產生之熱有效地向外部釋出。
導熱性粒子4之熱導率較佳為15 W・m-1 ・K-1 以上，更佳為20 W・m-1 ・K-1 以上，特佳為30 W・m-1 ・K-1 以上。若如此，則容易使螢光體粒子3所發出之熱有效地向外部釋出。
導熱性粒子4較佳為包含金屬氧化物，特佳為包含熱導率較高之金屬氧化物。具體而言，較佳為氧化鋁、氧化鎂、氧化鋅，特佳為氧化鎂。氧化鎂具有較高之熱導率(45～60 W・m-1 ・K-1 )，容易使螢光體粒子3所產生之熱有效地向外部釋出。又，螢光體粒子3於激發光波長區域(例如，300～500 nm)及發光波長區域(例如，380～780 nm)中之光吸收較少，不易降低波長轉換構件20之光提取效率。再者，該等可單獨使用，亦可組合兩種以上使用。
構成導熱性粒子4之氧化物與構成氧化物多孔質體2之氧化物較佳為相同。例如，於氧化物多孔質體2為氧化鎂之情形時，導熱性粒子4亦較佳為氧化鎂。若如此，則於對波長轉換構件20照射激發光之情形時，於氧化物多孔質體2與導熱性粒子4之界面，不易產生因熱膨脹係數之不同所導致之開裂。又，容易抑制氧化物多孔質體2與導熱性粒子4之界面所產生之過量之光散射。再者，為了使導熱性粒子4之熱導率高於氧化物多孔質體2之熱導率，較佳為導熱性粒子4比氧化物多孔質體2緻密。具體而言，較佳為導熱性粒子4之視密度高於氧化物多孔質體2。
導熱性粒子4相對於波長轉換構件20之含量以體積%計較佳為0～90%，更佳為0.1～85%，進而較佳為10～80%，特佳為20～70%。若導熱性粒子4之含量過多，則不易獲得平均細孔徑較小之波長轉換構件20。其結果，不易使螢光體粒子3所產生之熱向外部釋出。
導熱性粒子4之平均粒徑較佳為0.1 μm～50 μm，更佳為1 μm～30 μm，進而較佳為1 μm～20 μm，特佳為1 μm～10 μm。若平均粒徑過小，則波長轉換構件20內部之光散射容易過量，從而容易降低發光強度。另一方面，若平均粒徑過大，則波長轉換構件20之出射光之色度容易變得不均勻。
當將導熱性粒子4之平均粒徑設為Dm 時，螢光體粒子3之平均粒徑Dp 、及導熱性粒子4之平均粒徑Dm 較佳為0.1≦Dp /Dm ≦10，更佳為0.2≦Dp /Dm ≦5，特佳為0.3≦Dp /Dm ≦4。若如此，則容易抑制波長轉換構件20內部之過量之光散射，從而容易抑制發光強度之降低。再者，於螢光體粒子3之平均粒徑DP 大於導熱性粒子4之平均粒徑Dm (1＜Dp /Dm )之情形時，容易獲得緻密之波長轉換構件20。
(波長轉換構件之製造方法I) 波長轉換構件之製造方法I係用於製造波長轉換構件10之方法。製造方法I具備：藉由將螢光體粒子3及金屬鹽加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體2之步驟S1。若如此，則容易獲得平均細孔徑較小之波長轉換構件10，從而容易獲得導熱性較高之波長轉換構件10。
(金屬鹽) 金屬鹽包含與構成氧化物多孔質體2之氧化物中作為主成分所含之金屬元素相同之金屬元素，較佳為碳酸鹽及/或氫氧化物鹽。例如，於氧化物多孔質體2為氧化鎂之情形時，金屬鹽較佳為碳酸鎂及/或氫氧化鎂。又，於氧化物多孔質體2為氧化鋁之情形時，金屬鹽較佳為碳酸鋁及/或氫氧化鋁。再者，該等金屬鹽可單獨使用，亦可組合兩種以上使用。特佳為組合碳酸鹽及氫氧化物鹽使用。若如此，則容易獲得具有所需之平均細孔徑之氧化物多孔質體2。
金屬鹽之狀態無特別限定，例如可以粉末狀、凝膠狀使用。
上述金屬鹽較佳為煅燒時至少一部分釋出氣體而分解，從而成為構成氧化物多孔質體2之氧化物。具體而言，以體積%計，較佳為藉由煅燒分解金屬鹽之90%以上，特佳為分解99%以上。藉由煅燒中所產生之氣體分散於氧化物中，而形成具有均勻之細孔之氧化物多孔質體2。例如，碳酸鎂及氫氧化鎂藉由加熱而釋出二氧化碳或水蒸氣而分解，成為氧化鎂。
藉由將上述金屬鹽及螢光體粒子3加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，可獲得具備氧化物多孔質體2及分散於氧化物多孔質體2中之螢光體粒子3之波長轉換構件10。煅燒時之最高溫度較佳為1300℃以下，更佳為1200℃以下，進而較佳為1100℃以下，特佳為1000℃以下。若煅燒時之最高溫度過高，則螢光體粒子3容易因熱而劣化。再者，若煅燒時之最高溫度過低，則金屬鹽之分解容易變得不充分，從而煅燒變得不充分。就此種觀點而言，煅燒時之最高溫度較佳為600℃以上，更佳為650℃以上，特佳為700℃以上。
又，煅燒時之最高溫度較佳為高於金屬鹽之分解溫度。具體而言，較佳為分解溫度＋50℃以上，更佳為分解溫度＋100℃以上，特佳為分解溫度＋200℃以上。若如此，則煅燒時可有效地分解金屬鹽，從而容易形成具有均勻之細孔之氧化物多孔質體2。
煅燒較佳為藉由加熱壓製而進行。若如此，則容易形成具有均勻之細孔之氧化物多孔質體2。壓製面壓可根據目標波長轉換構件10之厚度而適當調節。例如，較佳為1 MPa以上，更佳為3 MPa以上，特佳為設為10 MPa以上。上限無特別限定，為了防止壓製模具之破損，較佳為設為100 MPa以下，特佳為設為50 MPa以下。
壓製時間較佳為以金屬鹽充分固著於螢光體粒子3之方式適當調節。例如，較佳為設為0.1～300分鐘，更佳為設為0.5～120分鐘，特佳為設為1～100分鐘。
進行煅燒時之氣氛較佳為惰性氣氛、還原氣氛或真空氣氛。若如此，則容易抑制螢光體粒子3之劣化或氧化物多孔質體2之變質。又，容易抑制由壓製模具之氧化所導致之劣化。具體而言，於惰性氣氛中，較佳為使用氮或氬。就運轉成本之觀點而言，特佳為使用氮。於還原氣氛中，較佳為使用氫，特佳為使用氫與惰性氣體之混合氣體。此處，惰性氣體係指氮或氬。
於製造方法I中，較佳為將螢光體粒子3製成被金屬鹽被覆之金屬鹽被覆螢光體粒子並煅燒該金屬鹽被覆螢光體。具體而言，較佳為具備：準備金屬鹽被覆螢光體粒子之步驟S1-1；及藉由煅燒金屬鹽被覆螢光體粒子而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體2之步驟S1-2。若如此，則螢光體粒子3容易分散於氧化物多孔質體2而存在。又，螢光體粒子3煅燒時不易劣化。
圖3係表示本發明中之金屬鹽被覆螢光體粒子之模式剖視圖。如圖3所示，金屬鹽被覆螢光體粒子11於螢光體粒子3之表面之至少一部分形成有包含金屬鹽之被覆層5a。於金屬鹽被覆螢光體粒子11中，被覆層5a之厚度Tp 、及螢光體粒子3之平均粒徑Dp 較佳為0.01≦Tp /Dp ≦0.3，特佳為0.05≦Tp /Dp ≦0.1。若如此，則螢光體粒子3容易分散於氧化物多孔質體2而存在。又，螢光體粒子3煅燒時不易劣化。若被覆層5a過厚，則金屬鹽之發泡量過多，平均細孔徑變大，從而容易降低熱擴散率。又，若被覆層5a過薄，則無法充分填埋螢光體粒子3彼此之間隙，平均細孔徑反而變大，因此容易降低熱擴散率。
首先，於步驟S1-1中，利用金屬鹽被覆螢光體粒子3，而製作金屬鹽被覆螢光體粒子11。被覆方法無特別限定，例如可藉由溶膠凝膠法、溶液析出法而於螢光體粒子3之表面形成包含金屬鹽之被覆層5a。
其次，於步驟S1-2中，藉由煅燒金屬鹽被覆螢光體粒子11而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體2。本步驟中之煅燒可使用與上述步驟S1相同之條件。
(波長轉換構件之製造方法II) 波長轉換構件之製造方法II係用於製造波長轉換構件20之方法。製造方法II之特徵在於具備藉由將螢光體粒子3、導熱性粒子4、及金屬鹽加以混合並進行煅燒而使上述金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體2之步驟S2。與波長轉換構件10之製造方法之不同在於含有導熱性粒子4之方面。
步驟S2中之煅燒可使用與上述步驟S1相同之條件。
於製造方法II中，較佳為將導熱性粒子4製成被金屬鹽被覆之金屬鹽被覆導熱性粒子並煅燒該金屬鹽被覆導熱性粒子。具體而言，較佳為具備：準備金屬鹽被覆導熱性粒子之步驟S2-1；及藉由將螢光體粒子3及金屬鹽被覆導熱性粒子加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體2之步驟S2-2。若如此，則容易抑制導熱性粒子4之凝集。又，導熱性粒子4與螢光體粒子3容易經由金屬鹽分解而成之氧化物多孔質體2而相互牢固地結著，從而容易使螢光體粒子3所發出之熱有效率地向外部釋出。
圖4係表示本發明中之金屬鹽被覆導熱性粒子之模式剖視圖。如圖4所示，於本實施形態中，金屬鹽被覆導熱性粒子12於導熱性粒子4之表面之至少一部分形成有包含金屬鹽之被覆層5b。於金屬鹽被覆導熱性粒子12中，被覆層5b之厚度Tm 、及導熱性粒子4之平均粒徑Dm 較佳為0.01≦Tm /Dm ≦0.3，特佳為0.05≦Tm /Dm ≦0.1。若如此，則於將導熱性粒子4及金屬鹽加以混合並進行煅燒時，容易抑制導熱性粒子4之凝集。若被覆層5b過厚，則金屬鹽之發泡量過多，平均細孔徑變大，從而容易降低熱擴散率。又，若被覆層5b過薄，則無法充分填埋螢光體粒子3或導熱性粒子4之間隙，平均細孔徑反而變大，因此容易降低熱擴散率。
首先，於步驟S2-1中，利用金屬鹽被覆導熱性粒子4，而製作金屬鹽被覆導熱性粒子12。本步驟中之被覆可藉由與上述步驟S1-1相同之方法而進行。
其次，於步驟S2-2中，藉由將螢光體粒子3及金屬鹽被覆導熱性粒子12加以混合並進行煅燒而使金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體2。本步驟中之煅燒可使用與上述步驟S1相同之條件。
再者，於製造方法II中，亦可將螢光體粒子3製成被金屬鹽被覆之金屬鹽被覆螢光體粒子11，並將金屬鹽被覆螢光體粒子11及金屬鹽被覆導熱性粒子12加以混合並進行煅燒。若如此，則容易使螢光體粒子3及導熱性粒子4均勻地分散。又，螢光體粒子3煅燒時不易劣化。進而，導熱性粒子4與螢光體粒子3容易經由金屬鹽分解而成之氧化物多孔質體2而相互牢固地結著，從而容易使螢光體粒子3所發出之熱有效率地向外部釋出。
(發光裝置) 圖5係表示本發明之一實施形態之發光裝置之模式剖視圖。如圖5所示，發光裝置50具備波長轉換構件10及光源6。光源6以激發光L0 入射至波長轉換構件10之方式進行配置。自光源6出射之激發光L0 藉由波長轉換構件10而波長轉換成波長比激發光L0 長之螢光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 與螢光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，可獲得白色之合成光L2 。再者，發光裝置50亦可使用波長轉換構件20來代替波長轉換構件10。
光源6較佳為LED或LD。就提高發光裝置50之發光強度之觀點而言，特佳為使用可出射高強度之光之LD。 [實施例]
以下，使用實施例對本發明之波長轉換構件詳細地進行說明，但本發明並不限定於以下之實施例。
表1表示本發明之實施例(No.1、3～10)及比較例(No.2)。
[表1]
      No.1 No.2 No.3 No.4 No.5 No.6 No.7 No.8 No.9 No.10
螢光體粒子 種類 YAG YAG YAG YAG YAG YAG YAG YAG YAG YAG
平均粒徑(μm) 24 24 24 24 24 24 24 24 24 24
含量(體積%) 10 20 1 5 20 30 50 10 10 10
導熱性粒子 種類 MgO MgO MgO MgO MgO MgO MgO MgO MgO MgO
平均粒徑(μm) 8 8 8 8 8 8 8 8 8 8
含量(體積%) 65 80 77 71 59 47 26 77 46 32
金屬鹽 種類 MgCO3 / Mg(OH)2 - MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2 MgCO3 / Mg(OH)2
厚度(μm) 1.0 - 0.8 0.9 0.9 1.1 1.5 0.5 2.0 3.0
煅燒條件 熱處理溫度(℃) 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000
壓製壓力(MPa) 48 - 48 48 48 48 48 48 48 48
壓製時間(min) 60 - 60 60 60 60 60 60 60 60
熱處理氣氛 N2 大氣 N2 N2 N2 N2 N2 N2 N2 N2
熱擴散率(×10-6 m2 /s) 5.7 1.0 6.1 5.9 5.5 5.4 3.4 5.5 5.6 4.7
量子效率(%) 89 79 90 90 90 88 87 90 90 90
平均細孔徑(μm) 1.0 10.0 0.9 0.9 1.0 2.1 3.0 1.6 1.5 2.8
實施例(No.1、3～10)係如下所示進行製作。首先，藉由溶液析出法製作金屬鹽被覆螢光體粒子及金屬鹽被覆導熱性粒子。對於所獲得之金屬鹽被覆螢光體粒子及金屬鹽被覆導熱性粒子，以螢光體粒子及導熱性粒子成為表1所示之含量之方式加以混合，從而獲得混合物。再者，螢光體粒子及導熱性粒子之含量(體積%)係以相對於螢光體粒子、導熱性粒子及「假設所添加之金屬鹽全部分解而成為氧化物多孔質體時之氧化物」之體積之和的比率表示。又，各材料使用以下者。
(a)螢光體粒子 YAG螢光體粒子(Y3 Al5 O12 、平均粒徑：24 μm)
(b)導熱性粒子 MgO粒子(熱導率：約45 W/m・K、平均粒徑：8 μm、折射率(nd)：1.74)
(c)被覆層 碳酸鎂與氫氧化鎂之混合物
將上述所獲得之混合物放入模具，於表1所記載之條件下進行加熱壓製煅燒後，緩冷至常溫，藉此製作作為燒結體之波長轉換構件。
比較例(No.2)係如下所示進行製作。首先，將螢光體粒子及導熱性粒子以成為表1所示之含量之方式加以混合，從而獲得混合物。各材料使用與實施例(No.1)相同者。
將上述所獲得之混合物放入模具，於0.45 MPa下進行壓製，藉此製成壓粉體後，於表1所記載之條件下進行煅燒。煅燒後，緩冷至常溫，藉此製作作為燒結體之波長轉換構件。
將所獲得之波長轉換構件研磨加工成厚度500 μm之板狀試樣後，藉由以下之方法評價熱擴散率、量子效率、平均細孔徑。將結果示於表1。
熱擴散率係藉由ai-Phase公司製造之熱擴散率測定裝置ai-phase進行測定。熱擴散率之測定於105±5℃之條件下進行共計11次，將平均11次之結果所得之值設為試樣之熱擴散率。
量子效率係指藉由下述式所算出之值，使用絕對PL量子產率裝置(Hamamatsu Photonics公司製造)進行測定。
量子效率＝｛(作為螢光自樣品釋出之光子數)/(被樣品吸收之光子數)｝×100(%)
平均細孔徑係藉由如下方式進行測定，即，將FIB之表面加工間距設為0.1 μm，將SEM圖像之倍率設為5000倍，拍攝300張，使用VOLUME GRAPHICS公司製造之VG STUDIO MAX將所獲得之圖像進行三維圖像處理。
由表1可知，實施例(No.1、3～10)之波長轉換構件之熱擴散率高達3.4×10-6 m2 /s以上。又，量子效率高達87%以上。另一方面，比較例(No.2)之波長轉換構件之熱擴散率低至1×10-6 m2 /s，量子效率亦低至79%。
1:基質 2:氧化物多孔質體 3:螢光體粒子 4:導熱性粒子 5a:被覆層 5b:被覆層 6:光源 10:波長轉換構件 11:金屬鹽被覆螢光體粒子 12:金屬鹽被覆導熱性粒子 20:波長轉換構件 50:發光裝置 Dm:導熱性粒子之平均粒徑 Dp:螢光體粒子之平均粒徑 L0:激發光 L1:螢光 L2:合成光 Tm:金屬鹽被覆導熱性粒子之被覆層之厚度 Tp:金屬鹽被覆螢光體粒子之被覆層之厚度
圖1係表示本發明之第1實施形態之波長轉換構件之模式剖視圖。 圖2係表示本發明之第2實施形態之波長轉換構件之模式剖視圖。 圖3係表示本發明中之金屬鹽被覆螢光體粒子之模式剖視圖。 圖4係表示本發明中之金屬鹽被覆導熱性粒子之模式剖視圖。 圖5係表示本發明之發光裝置之一實施形態之模式剖視圖。
1:基質
2:氧化物多孔質體
3:螢光體粒子
10:波長轉換構件

Claims (24)

  1. 一種波長轉換構件，其特徵在於：其係具備基質、及分散於上述基質中之螢光體粒子者，且 上述基質包含平均細孔徑為5 μm以下之氧化物多孔質體。
  2. 如請求項1之波長轉換構件，其中上述基質之氣孔率為10%以下。
  3. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中上述基質包含氧化鎂。
  4. 如請求項1至3中任一項之波長轉換構件，其中上述基質進而含有導熱性粒子。
  5. 如請求項4之波長轉換構件，其中上述導熱性粒子包含氧化鎂。
  6. 如請求項4或5之波長轉換構件，其於將上述螢光體粒子設為平均粒徑Dp ， 將上述導熱性粒子之平均粒徑設為Dm 時， 滿足下述之條件(A)： (A)0.1≦Dp /Dm ≦10。
  7. 如請求項1至6中任一項之波長轉換構件，其中上述螢光體粒子之含量以體積%計為0.01～80%。
  8. 一種波長轉換構件，其特徵在於：螢光體粒子分散於包含氧化物之基質中，且熱擴散率為2×10-6 m2 /s以上。
  9. 如請求項1至8中任一項之波長轉換構件，其量子效率為20%以上。
  10. 如請求項1至9中任一項之波長轉換構件，其中熱擴散率(m2 /s)與量子效率(%)之值之積為8×10-5 以上。
  11. 一種波長轉換構件之製造方法，其特徵在於：其係如請求項1至10中任一項之波長轉換構件之製造方法，且 具備藉由將螢光體粒子及金屬鹽加以混合並進行煅燒而使上述金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
  12. 如請求項11之波長轉換構件之製造方法，其具備：藉由利用上述金屬鹽被覆上述螢光體粒子而準備金屬鹽被覆螢光體粒子之步驟；及 藉由煅燒上述金屬鹽被覆螢光體粒子而使上述金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
  13. 如請求項11或12之波長轉換構件之製造方法，其於將上述金屬鹽被覆螢光體粒子之被覆層之厚度設為Tp ， 將上述螢光體粒子之平均粒徑設為Dp 時， 滿足下述之條件(B)： (B)0.01≦Tp /Dp ≦0.3。
  14. 一種波長轉換構件之製造方法，其特徵在於：其係如請求項4至10中任一項之波長轉換構件之製造方法，且 具備藉由將螢光體粒子、導熱性粒子、及金屬鹽加以混合並進行煅燒而使上述金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
  15. 如請求項14之波長轉換構件之製造方法，其具備：藉由利用金屬鹽被覆上述導熱性粒子而準備金屬鹽被覆導熱性粒子之步驟；及 藉由將螢光體粒子及上述金屬鹽被覆導熱性粒子加以混合並進行煅燒而使上述金屬鹽發泡，製成氧化物多孔質體之步驟。
  16. 如請求項15之波長轉換構件之製造方法，其於將上述金屬鹽被覆導熱性粒子之被覆層之厚度設為Tm ， 將上述導熱性粒子之平均粒徑設為Dm 時， 滿足下述之條件(C)： (C)0.01≦Tm /Dm ≦0.3。
  17. 如請求項14至16中任一項之波長轉換構件之製造方法，其中上述金屬鹽中所含之金屬元素與上述導熱性粒子中作為主成分所含之金屬元素相同。
  18. 如請求項15至17中任一項之波長轉換構件之製造方法，其藉由利用上述金屬鹽被覆上述螢光體粒子而準備金屬鹽被覆螢光體粒子，並將上述金屬鹽被覆螢光體粒子及上述金屬鹽被覆導熱性粒子加以混合並進行煅燒。
  19. 如請求項11至18中任一項之波長轉換構件之製造方法，其中上述金屬鹽包含碳酸鹽及/或氫氧化物鹽。
  20. 如請求項11至19中任一項之波長轉換構件之製造方法，其藉由加熱壓製進行煅燒。
  21. 如請求項11至20中任一項之波長轉換構件之製造方法，其中煅燒時之最高溫度為1300℃以下。
  22. 如請求項11至21中任一項之波長轉換構件之製造方法，其於惰性氣氛、還原氣氛或真空氣氛下進行煅燒。
  23. 一種發光裝置，其特徵在於具備如請求項1至10中任一項之波長轉換構件、及對上述波長轉換構件照射激發光之光源。
  24. 如請求項23之發光裝置，其中上述光源為雷射二極體。
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