TW202235925A - 波長轉換構件及具備其之光源裝置 - Google Patents

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Abstract

提供一種技術，其在波長轉換構件中，抑制反射膜的緊貼強度變弱，抑制反射膜的反射率降低。波長轉換構件1具有：螢光體10，其係藉由激發光L1發出螢光；和反射膜20，其係配置在螢光體10的第2面12側。再者，反射膜20具有銀等的金屬層21和分散於金屬層21中的結晶性的氧化物粒子22。而且，氧化物粒子22的熔點比構成金屬層21的金屬的熔點高。

Description

波長轉換構件及具備其之光源裝置
本發明係關於波長轉換構件及具備其之光源裝置。
專利文獻1中揭露了一種光學構件，其具備：螢光體；和反射膜，其係被燒接在螢光體的表面的金屬的反射膜且含有玻璃成分。藉由對銀(Ag)等金屬添加玻璃成分而形成反射膜，來提高反射膜對螢光體的濕潤性。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特表2016-534396號公報
[發明欲解決之課題]
在專利文獻1中，係在燒接反射膜之際，加熱至金屬的反射膜所含的玻璃成分軟化的溫度。此時，由於軟化的玻璃成分的流動性變高，因此有玻璃成分彼此凝集、或者玻璃成分大多分布在與螢光體的界面附近的情形。此外，在玻璃成分流動至與螢光體的界面的情況下，有螢光體與玻璃進行反應之虞。其結果，有螢光體成分變質，反射膜的反射率降低的情形。
本發明的目的係提供一種技術，其抑制反射膜的緊貼強度變弱，抑制反射膜的反射率降低。 [用以解決課題之手段]
若按照本發明的態樣，便可提供一種波長轉換構件，其特徵為具備： 螢光體，其係藉由激發光發出螢光的螢光體，具有前述激發光入射的入射面及與前述入射面相向的背面；和 反射膜，其係配置在前述螢光體的前述背面側的反射膜，具有金屬層、及分散於前述金屬層中的陶瓷粒子， 前述陶瓷粒子為結晶性，且前述陶瓷粒子的熔點比構成前述金屬層的金屬的熔點高。 [發明之效果]
根據上述態樣，反射膜具有金屬層和分散於金屬層中的結晶性的陶瓷粒子。而且，陶瓷粒子的熔點比構成金屬層的金屬的熔點高。因此，能夠在加熱至比構成金屬層的金屬的熔點高的溫度的狀態下，將金屬層燒接在螢光體的表面。藉此，能夠使反射膜的緊貼強度變強。又，假如即使是在加熱至比構成金屬層的金屬的熔點高的溫度的狀態下，將金屬層燒接在螢光體的表面的情況，陶瓷粒子亦不會熔融而不流動，因此陶瓷粒子不會聚集在與螢光體的界面，能夠使其分散在熔融的金屬中。因為陶瓷粒子係分散在熔融的金屬中，故熔融的金屬的黏性提高，能夠維持膜形狀。藉此，能夠抑制反射膜的反射率降低。
[用以實施發明的形態]
針對本發明的實施形態的光源裝置100進行說明。又，在以下的說明中，以將光源裝置100設置成可以使用的狀態(圖1的狀態)為基準來定義上下方向5(對應於本揭露的第1方向)。如圖1所示，本實施形態的光源裝置100具備波長轉換構件1、和光源2。光源2係發光二極體(LED：Light Emitting Diode)或半導體雷射(LD：Laser Diode)，發出既定波長區域的光L1。波長轉換構件1包含後述的螢光體10。螢光體10，若被光L1入射，便以螢光的形式釋出與光L1不同波長的光。在波長轉換構件1中，螢光體10發出的螢光，係與未對在螢光體10之螢光產生有過貢獻的光L1一起，以光L2的形式，向既定方向發射。本實施形態的光源裝置100，係如圖1所示，為反射型的光源裝置，在頭燈、照明、投影機等各種光學機器中使用。
波長轉換構件1具備螢光體10、反射膜20、接合層30、和散熱構件40。如圖1所示，螢光體10、反射膜20、接合層30及散熱構件40係依序積層在上下方向上。
螢光體10係板狀的陶瓷燒結體，具備有：螢光相，其係包含具有螢光性的結晶粒子；和透光相，其係包含具有透光性的結晶粒子。在以下的說明中，將螢光體10的上表面(與反射膜20相反之側的面)稱為第1面11，將螢光體10的下表面(與反射膜20相向的面)稱為第2面12。螢光體10的螢光相，係吸收從第1面11入射的光L1，釋出不同波長的光。換句話說，螢光體10的螢光相係以從第1面11入射的光L1作為激發光，發出與激發光不同波長的螢光。
較佳的是透光相的結晶粒子具有以化學式Al 2O 3所表示的組成，且螢光相的結晶粒子具有以化學式A 3B 5O 12：Ce所表示的組成(即，石榴石構造)。又，所謂的「A 3B 5O 12：Ce」表示Ce固溶於A 3B 5O 12中，元素A的一部分被取代為Ce。
化學式A 3B 5O 12：Ce中的元素A及元素B係分別由從下述的元素群組所選出的至少一種元素構成。 元素A：Sc、Y、不包括Ce的鑭系(其中，作為元素A，可以進一步包含Gd) 元素B：Al(其中，作為元素B，可以進一步包含Gd) 藉由使用陶瓷燒結體作為螢光體10，光在螢光相與透光相的界面散射，能夠減少光的顏色的角度依存性。藉此，能夠提高顏色的均質性。
如圖1所示，螢光體10的第2面12上係積層有反射膜20。反射膜20係將透射螢光體10的光、及在螢光體10產生的光予以反射。反射膜20具備金屬層21(例如，銀(Ag)、鉑(Pt)、鋁(Al)、銀合金等)、和分散於金屬層21之內部的複數個結晶性的氧化物粒子22。結晶性的氧化物粒子22係本發明的結晶性的陶瓷粒子的一例。又，結晶性的氧化物粒子22係例如為Al 2O 3、YAG、TiO 2、Y 2O 3、SiO 2、Cr 2O 3、Nb 2O 5、Ta 2O 5等的結晶，不包含玻璃等的非晶質的氧化物粒子。
接合層30，係配置在反射膜20與散熱構件40之間，由包含金(Au)和錫(Sn)的AuSn焊料形成。接合層30係接合螢光體10和散熱構件40，並且將在螢光體10產生的熱傳導至散熱構件40。
散熱構件40係例如為：由銅、銅鉬合金、銅鎢合金、鋁、氮化鋁等具有比螢光體10高的導熱性的材料所形成的平板狀的構件。散熱構件40係將通過接合層30而傳導的螢光體10的熱散熱至外部。 [實施例]
以下，針對本發明，使用實施例進一步進行說明。但是，本發明不限於以下說明的實施例。
[實施例1] 在實施例1，依以下的程序製作波長轉換構件1(參照圖2)。首先，以螢光相和透光相成為6：4的方式秤量原料(S11)。接著，將秤量的原料和乙醇一起投入球磨機，進行16小時的粉碎混合(S12)。又，也能夠使用純水來取代乙醇。接著，將藉由進行粉碎混合所得到的漿料進行乾燥、造粒後，加入黏合劑和水(S13)。接著，一邊施加剪切力一邊進行混練，從而製作生坯(green body)，以擠出成形機將其成形為薄片狀(S14)。在大氣環境中以約1700℃將製作的成形體進行燒成(S15)。將所得到的燒成體切割為厚度250μm，對表面施加鏡面加工，從而製作螢光體10。
對銀(Ag)粉末(平均粒徑約1～100μm)及氧化鋁(Al 2O 3)粉末(平均粒徑約0.1～10μm)，加入丙烯酸系的黏合劑和溶劑並加以混合(S16)。在混合氧化鋁粉末和銀粉末之際，氧化鋁粉末較佳為以體積比計調整為3～50%左右，更佳為以體積比計調整為5～20%左右。在本實施例中，氧化鋁粉末係採以體積比計成為約5%的方式調整。接著，將所得到的漿料塗布在螢光體10的第2面12，使其乾燥(S17)。之後，在大氣環境中加熱至銀的熔點(961.8℃)以上的溫度(例如1000℃)(S18)。藉此，將反射膜20成膜在螢光體10的第2面12上。
再者，在已將反射膜20成膜在第2面12上的螢光體10與散熱構件40之間，包夾作為接合層30的AuSn焊料箔的狀態下，投入回流爐，將波長轉換構件1與散熱構件40接合(S19)。藉此，製造屬螢光體10和散熱構件40的接合體的波長轉換構件1。如上述，因為使用平均粒徑約0.1～10μm的氧化鋁粉末，因此分散於所製造之波長轉換構件1的反射膜20的氧化鋁粒子的平均粒徑為約0.1～10μm。
在實施例1中，係在成膜反射膜20之際，加熱至銀的熔點以上的溫度。又，氧化鋁的熔點係高達2072℃的極高溫，在成膜反射膜20之際並未加熱至氧化鋁的熔點。因此，在成膜反射膜20之際，銀粒子熔融，熔融的銀流動，但氧化鋁粒子因結晶性而沒有流動。因此，氧化鋁粒子不會聚集在與螢光體10的界面，能夠使氧化鋁粒子分散在熔融的銀中。藉此，能夠抑制因氧化鋁粒子聚集在與螢光體10的界面所產生的反射膜20的反射率降低。此外，由於分散於反射膜20之內部的氧化鋁粒子係透光性高，因此能夠抑制因光被氧化鋁粒子吸收所造成之光量的減少。
在實施例1中，係在成膜反射膜20之際，在高溫下將銀燒接在螢光體10的表面。因此，與利用蒸鍍將銀的反射膜20成膜的情況相比，能夠明顯地提高反射膜與螢光體表面的緊貼強度。此外，與利用蒸鍍將銀的反射膜20成膜的情況相比，能夠成膜厚反射膜。一般而言，在利用蒸鍍來將銀的反射膜20成膜在螢光體10的表面的情況下，數百nm的厚度為極限。相對於此，在如上述將銀的反射膜20燒接在螢光體10的表面的情況下，與利用蒸鍍來形成反射膜的情況相比，能夠使反射膜20的厚度變厚。在實施例1中，成膜了厚度5～10μm的反射膜20。此外，在如上述將銀的反射膜20燒接在螢光體10的表面的情況下，與利用蒸鍍來形成反射膜的情況相比，能夠廉價地成膜反射膜20。
又，在依上述方式操作而成膜反射膜20之際，在不混入氧化鋁粒子而只混入銀粒子的情況下，會有在加熱至銀的熔點以上的溫度之際，熔融的銀局部地凝集的情形。如此，若熔融的銀局部地凝集，則難以將銀擴展到螢光體10的第2面12之整體。相對於此，如本實施例，在有氧化鋁粒子分散在熔融的銀中的情況下，熔融的Ag的黏性提高，阻礙熔融的銀局部地凝集，能夠將熔融的銀擴展到螢光體10的第2面12之整體。
[實施例2] 在實施例2，除了分散在反射膜20之內部的氧化物粒子不是氧化鋁粒子，而是鈰活化釔鋁石榴石(YAG：Ce)的粒子這點以外，以與實施例1同樣的製法製造波長轉換構件1。在以下的說明中，將鈰活化釔鋁石榴石(YAG：Ce)的粒子簡稱為YAG粒子。
在實施例2中，也與實施例1同樣地，在成膜反射膜20之際，將銀燒接在螢光體10的表面。因此，與利用蒸鍍將銀的反射膜20成膜的情況相比，能夠明顯地提高反射膜與螢光體表面的緊貼強度，並且能夠成膜5～100μm的厚反射膜。此外，與氧化鋁粒子同樣地，YAG粒子發揮吸引熔融的銀的如核般之作用，因此阻礙熔融的銀局部地凝集，能夠將熔融的銀擴展到螢光體10的第2面12之整體。
又，YAG粒子係吸收藍色光而發出黃色光的螢光體。因此，藉由使YAG粒子分散在反射膜20之內部，能夠在反射膜20之內部使光量增加。
[實施例3] 在實施例3中，除了在混合氧化鋁粉末和銀粉末之際，使用平均粒徑約5～50μm的氧化鋁粉末、以及成膜了厚度10～150μm的反射膜20以外，與實施例1同樣地操作來製造波長轉換構件1。因為使用平均粒徑約5～50μm的氧化鋁粉末，因此分散於所製造之波長轉換構件1的反射膜20的氧化鋁粒子的平均粒徑為約5～50μm。確認了實施例3的波長轉換構件1也發揮與實施例1的波長轉換構件1同樣的效果。
＜實施形態的作用功效＞ 本實施形態的波長轉換構件1具有：螢光體10，其係藉由激發光L1發出螢光；和反射膜20，其係配置在螢光體10的第2面12側。藉此，例如，如圖1所示，螢光體10中在與發射光L2的方向不同的方向上所發射的光(例如，朝向下側前進的光)，係藉由反射膜20反射至上側，因此能夠增加從波長轉換構件1所發射的光量。再者，反射膜20具有銀等的金屬層21和分散於金屬層21中的結晶性的氧化物粒子22。而且，氧化物粒子22的熔點比構成金屬層21的金屬的熔點高。因此，能夠在加熱至比構成金屬層21的金屬的熔點高的溫度的狀態下，將金屬層燒接在螢光體10的表面。藉此，能夠使反射膜20對螢光體10的緊貼強度變強。又，假如即使是在加熱至比構成金屬層21的金屬的熔點高的溫度的狀態下，將金屬層21燒接在螢光體10的表面的情況，氧化物粒子22亦不會熔融而不流動，因此氧化物粒子22不會聚集在與螢光體10的界面，能夠使其分散在熔融的金屬中。因為氧化物粒子22係分散在熔融的金屬中，故熔融的金屬的黏性提高，能夠抑制熔融的金屬局部地凝集。藉此，能夠抑制反射膜20的反射率降低。
在上述實施形態中，氧化物粒子22(例如，氧化鋁粒子或YAG粒子)具有透光性。藉此，能夠抑制因光被氧化物粒子22吸收所造成之光量的減少。此外，例如作為具有透光性的氧化物粒子，除了氧化鋁粒子、YAG粒子外，還有TiO 2、Y 2O 3、SiO 2、Cr 2O 3、Nb 2O 5、Ta 2O 5等。
在上述實施形態中，在氧化物粒子22為藉由激發光來發光的氧化物粒子(例如，YAG粒子)的情況下，因為氧化物粒子22發光，故能夠在反射膜20之內部使光量增加。此外，例如作為發光的氧化物粒子，除了YAG粒子外，還有LuAG(鎦鋁石榴石)等。
在上述實施形態中，波長轉換構件1具備將螢光體10的熱釋出至外部的散熱構件40。藉此，在螢光體10中，能夠有效率地將在藉由激發光來發出螢光時產生的熱釋出至外部，因此能夠抑制因螢光體10的溫度上升所造成之消光。由此，能夠抑制從波長轉換構件1所發射之光量的降低。
在上述實施形態中，光源裝置100具備對螢光體100照射光L1的光源2。如上述，反射膜20，與藉由蒸鍍所形成的反射膜相比，能夠使膜厚變厚，能夠提高反射膜20對螢光體10的緊貼強度。藉此，能夠使反射膜20的耐熱性提高，因此可以提高入射至螢光體10的光L1的亮度，能夠提高光源裝置100的發光強度。
＜變更形態＞ 上述的實施形態及上述實施例，只不過是例示而已，可以適宜變更。例如，螢光體10及反射膜20的材料不限於上述的材料，能夠使用適宜的材料。接合層30不限於由金和錫所形成的AuSn焊料，可以是由其他材料所形成的焊料，也可以是將銀、銅(Cu)等的微細粉末進行燒結而成的物質。散熱構件40可以是包含上述的材料的單層構造的構件，也可以是由同種或不同材料所形成的多層構造的構件。此外，可以用金、鎳等將散熱構件40的表面進行鍍敷。此外，為了提高與接合層30的緊貼性、及/或為了防止反射膜20的氧化，能夠在接合層30與反射膜20之間成膜金屬膜(例如，金(Au)的薄膜、鎳(Ni)的薄膜等)。
在上述實施例中，反射膜20的金屬層21係由銀形成，但本發明不限於這種態樣。作為金屬層21，能夠使用銀以外的金屬(例如，銀合金等的合金、鉑、鋁等)。
在上述實施例中，作為反射膜20所含的結晶性的氧化物粒子，係使用氧化鋁粒子及YAG粒子，但本發明不限於這種態樣。分散於反射膜20的金屬層21之內部的粒子可以不一定是氧化鋁粒子、YAG粒子，只要為具有熔點比構成反射膜20的金屬層21的金屬的熔點高的結晶性的陶瓷粒子即可。作為結晶性的陶瓷粒子，例如，能夠使用氧化鋁粒子及YAG粒子以外的適宜的氧化物、氮化物、碳化物、硼化物的粒子、表面經陶瓷化的金屬粒子等。又，如上述，就結晶性的陶瓷粒子而言，不包含如玻璃之非晶質的氧化物的粒子。
氧化物粒子在大氣環境中是穩定的。因此，在如上述實施例使用結晶性的氧化物粒子作為結晶性的陶瓷粒子的情況下，如上述之S18的步驟，能夠在容易調整燒成溫度的大氣環境中進行燒成。
作為結晶性的陶瓷粒子，能夠使用構成螢光體10的陶瓷燒結體的粒子。在反射膜20的熱膨脹係數與螢光體10的熱膨脹係數存在差異的情況下，有伴隨使用波長轉換構件1之際的發熱而發生反射膜20與螢光體10的剝離之虞。相對於此，在使用構成螢光體10的陶瓷燒結體的粒子作為結晶性的陶瓷粒子的情況下，與不使用的情況相比，能夠使反射膜20的熱膨脹係數與螢光體10的熱膨脹係數的差異變小，能夠抑制反射膜20與螢光體10的剝離。此外，在陶瓷粒子與螢光體接觸的情況下，有此等之組成變化的可能性。然而，在使用構成螢光體10的陶瓷燒結體的粒子作為結晶性的陶瓷粒子的情況下，能夠抑制那樣的組成變化。
此外，在上述實施例中，係在螢光體10的第2面12上直接燒接反射膜20，但本揭露不限於這種態樣。例如，可以在螢光體10的第2面12與反射膜20之間，成膜有緊貼膜、增反射膜。緊貼膜、增反射膜能夠由氧化鈮、氧化鈦、氧化鑭、氧化鉭、氧化釔、氧化釓、氧化鎢、氧化鉿、氧化鋁、氧化矽、氧化鉻等形成。又，緊貼膜、增反射膜可以是包含上述的材料的單層膜，也可以是包含同種或不同材料的多層膜。在螢光體10的第2面12上成膜有這種增反射膜的情況下，也與上述的實施例1、2同樣地，能夠使反射膜20對螢光體10(及增反射膜)的緊貼強度變強。
以上，使用發明的實施形態及其變更形態進行了說明，但本發明的技術範圍不限於上述的記載範圍。同業者顯然理解可對上述實施形態施加各式各樣的變更或改良。由申請專利範圍的記載亦顯然可知，施加了如此之變更或改良的形態也能夠包含在本發明的技術範圍內。
在說明書及圖式中所示之製造方法中的各處理的施行順序，只要沒有特別載明順序，且沒有將前處理的輸出用在後處理上，便能夠以任意的順序施行。即使為了方便起見而使用「首先」、「接著」等進行說明，也並非意指需要依此順序實施。
1:波長轉換構件 10:螢光體 20:反射膜 21:金屬層 22:氧化物粒子 30:接合層 40:散熱構件
圖1係光源裝置100的概略圖。 圖2係顯示波長轉換構件1的製造方法的流程圖。
1:波長轉換構件
2:光源
5:上下方向
10:螢光體
11:第1面
12:第2面
20:反射膜
21:金屬層
22:氧化物粒子
30:接合層
40:散熱構件
100:光源裝置
L1,L2:光

Claims (7)

  1. 一種波長轉換構件，其特徵為具備： 螢光體，其係藉由激發光發出螢光的螢光體，具有該激發光入射的入射面及與該入射面相向的背面；和 反射膜，其係配置在該螢光體的該背面側的反射膜，具有金屬層、及分散於該金屬層中的陶瓷粒子， 該陶瓷粒子為結晶性，且該陶瓷粒子的熔點比構成該金屬層的金屬的熔點高。
  2. 如請求項1的波長轉換構件，其中該陶瓷粒子係氧化物粒子。
  3. 如請求項1或2的波長轉換構件，其中該陶瓷粒子具有透光性。
  4. 如請求項1至3中任一項的波長轉換構件，其中該陶瓷粒子係藉由激發光來發光的氧化物粒子。
  5. 如請求項1至4中任一項的波長轉換構件，其中該陶瓷粒子係構成該螢光體的陶瓷燒結體的粒子。
  6. 如請求項1至5中任一項的波長轉換構件，其進一步具備：散熱構件，其係配置在該反射膜的與該螢光體相反之側，將該螢光體的熱散熱。
  7. 一種光源裝置，該光源裝置具備： 如請求項6的波長轉換構件；和 光源，其係對該螢光體的該入射面照射該激發光。
TW111103535A 2021-01-28 2022-01-27 波長轉換構件及具備其之光源裝置 TWI830134B (zh)

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