TWI657602B - 波長轉換構件及其製造方法、以及發光裝置 - Google Patents

波長轉換構件及其製造方法、以及發光裝置 Download PDF

Info

Publication number
TWI657602B
TWI657602B TW106113564A TW106113564A TWI657602B TW I657602 B TWI657602 B TW I657602B TW 106113564 A TW106113564 A TW 106113564A TW 106113564 A TW106113564 A TW 106113564A TW I657602 B TWI657602 B TW I657602B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
light
particles
wavelength conversion
conversion member
particle diameter
Prior art date
Application number
TW106113564A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201742270A (zh
Inventor
佐藤友美
傳井美史
阿部譽史
佐藤豐
Original Assignee
日商日本特殊陶業股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日商日本特殊陶業股份有限公司 filed Critical 日商日本特殊陶業股份有限公司
Publication of TW201742270A publication Critical patent/TW201742270A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI657602B publication Critical patent/TWI657602B/zh

Links

Classifications

    • 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
    • C09K11/025—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor non-luminescent particle coatings or suspension media
    • 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
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21K9/00—Light sources using semiconductor devices as light-generating elements, e.g. using light-emitting diodes [LED] or lasers
    • F21K9/60—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction
    • F21K9/64—Optical arrangements integrated in the light source, e.g. for improving the colour rendering index or the light extraction using wavelength conversion means distinct or spaced from the light-generating element, e.g. a remote phosphor layer
    • 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
    • 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
    • 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
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0085—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for modulating the output, i.e. the laser beam is modulated outside the laser cavity
    • 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
    • H01S5/005—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S5/0087—Optical components external to the laser cavity, specially adapted therefor, e.g. for homogenisation or merging of the beams or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping for illuminating phosphorescent or fluorescent materials, e.g. using optical arrangements specifically adapted for guiding or shaping laser beams illuminating these materials
    • 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]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/502—Wavelength conversion materials

Abstract

提供一種能夠使空隙減少以抑制光源光的透過而不會使大粒徑的螢光體粒子所產生的光的轉換效率降低之波長轉換構件及發光裝置。一種將特定範圍的波長的光轉換成其他波長的光之波長轉換構件100，其具備：基材110，其由無機材料構成；與螢光體層120，其接合在基材110，且由對吸收光發出轉換光的螢光體粒子122與將螢光體粒子122彼此結合的透光性陶瓷121；螢光體粒子122包含具有既定的粒徑分布的2種粒子；2種粒子中，平均粒徑大的大粒子的平均粒徑與平均粒徑小的小粒子的平均粒徑之比為2~4；大粒子的體積與小粒子的體積之比為5.7以下。

Description

波長轉換構件及其製造方法、以及發光裝置
本發明係關於將特定範圍的波長的光轉換成其他波長的光的波長轉換構件及發光裝置。
作為發光元件，已知有以與例如藍色LED元件接觸的方式配置使螢光體粒子分散於環氧樹脂、矽氧樹脂等所代表的樹脂的波長轉換構件者。然後，近年來，使用能量效率高且易對應小型化、高輸出化的雷射二極體(LD)取代LED的應用逐漸增加。
雷射係局部地照射高能量的光，因此被集中照射雷射光的樹脂，其照射部分燒焦。對此，已知：使用無機黏結劑取代構成波長轉換構件的樹脂，使用僅用無機材料所形成的波長轉換構件(專利文獻1~6)。
另一方面，關於構造用材料，也公開了為了提高填充的均勻性及填充率而組合2種粒度的陶瓷粒子的技術(專利文獻7)。專利文獻7記載了較佳為用將微粒的平均粒徑的比調整為6~20的2種粒度的陶瓷粒子來構成金屬-陶瓷複合材料的預形體。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開2015-90887號公報
專利文獻2 日本特開2015-38960號公報
專利文獻3 日本特開2015-65425號公報
專利文獻4 日本特開2014-241431號公報
專利文獻5 日本特開2015-119172號公報
專利文獻6 日本特開2015-138839號公報
專利文獻7 日本特開2011-137186號公報
作為使用了如上述的波長轉換構件的發光裝置，使用了雷射二極體(LD)的應用陸續增加。對於僅用這樣的無機材料所形成的波長轉換構件，在螢光體層係用大粒徑的螢光體粒子形成的情況下，波長的轉換效率提升。但是，若為了抑制發熱而縮小膜厚對粒徑的比，則粒子間的空隙部分多，容易產生激發光的透過。特別是對於僅取出許多螢光的用途，必須抑制光源光的透過。
本發明係有鑑於這樣的事情所完成者，目的在於提供一種能夠使空隙減少以抑制光源光的透過而不會使大粒徑的螢光體粒子所產生的光的轉換效率降低之波長轉換構件及發光裝置。
(1)為了達成上述的目的，本發明的波長轉換構件，係將特定範圍的波長的光轉換成其他波長的光的波長轉換構件，其特徵為具備：基材，其由無機材料構成；與螢光體層，其接合在前述基材，且由對吸收光 發出轉換光的螢光體粒子與將前述螢光體粒子彼此結合的透光性陶瓷構成；前述螢光體粒子包含具有既定的粒徑分布的2種粒子；前述2種粒子中，平均粒徑大的大粒子的平均粒徑與平均粒徑小的小粒子的平均粒徑之比為2~4；前述大粒子的體積與前述小粒子的體積之比為5.7以下。
藉此，能夠使空隙減少以抑制光源光的透過，而不會使大粒子所產生的光的轉換效率降低。此外，即使光源光的雷射功率密度大，也能夠抑制蓄熱所產生的急劇的淬滅(quenching)。
(2)此外，本發明的波長轉換構件的特徵為前述大粒子的體積與前述小粒子的體積之比為4以下。藉此，能夠效率更佳地抑制光源光的透過。
(3)此外，本發明的波長轉換構件的特徵為前述大粒子的體積與前述小粒子的體積之比為1.5以上。藉此，能夠維持大粒徑的螢光強度，進一步使粒子間的界面減少以減少熱阻，能夠抑制淬滅。
(4)此外，本發明的波長轉換構件的特徵為前述大粒子的平均粒徑為10~20μm，前述小粒子的平均粒徑為2.5~10μm。藉此，能夠構成適合發光裝置用的波長轉換構件。
(5)此外，本發明的發光裝置的特徵為具備：光源，使特定範圍的波長的光源光產生；與如(1)至(4)中任一項的波長轉換構件，吸收前述光源光，轉換成其他波長的光而發光。藉此，能夠實現：防止光源光的 透過而取出許多螢光，而且即使雷射功率密度大，因蓄熱所產生的急劇的淬滅也很難產生的發光裝置。
(6)此外，本發明的波長轉換構件的製造方法，係將特定範圍的波長的光轉換成其他波長的光的波長轉換構件的製造方法，其特徵為包含：準備平均粒徑不同的螢光體粒子，製作以既定的比例包含各個前述螢光體粒子的糊的步驟；將前述糊塗布在基材的步驟；與將塗布有前述糊的基材進行熱處理的步驟。藉此，能夠使空隙減少以抑制光源光的透過，而不會使大粒徑的螢光體粒子所產生的光的轉換效率降低。
根據本發明，能夠使空隙減少以抑制光源光的透過，而不會使大粒徑的螢光體粒子所產生的光的轉換效率降低。
10、20‧‧‧發光裝置
50‧‧‧光源
100‧‧‧波長轉換構件
110、210‧‧‧基材
120‧‧‧螢光體層
121‧‧‧透光性陶瓷
122‧‧‧螢光體粒子
410‧‧‧糊
510‧‧‧刮墨刀
520‧‧‧絲網版
600‧‧‧爐
700‧‧‧評價系統
710‧‧‧光源
720‧‧‧平凸透鏡
730‧‧‧雙凸透鏡
735‧‧‧帶通濾波器
740‧‧‧功率計
圖1(a)、(b)分別為顯示本發明的穿透型及反射型的發光裝置的示意圖。
圖2(a)~(c)分別為顯示本發明的波長轉換構件的製作步驟的說明圖。
圖3係顯示對波長轉換構件的穿透型的評價系統的說明圖。
圖4係顯示相對於雷射功率密度的透過的光源光的發光強度的曲線圖。
圖5(a)~(c)分別為顯示波長轉換構件的部分剖面的SEM照片。
圖6(a)、(b)分別為顯示雷射功率密度40W/mm2時的相對於波長的發光強度的曲線圖、及其放大的曲線圖。
圖7係顯示相對於雷射功率密度的螢光的發光強度的曲線圖。
用於實施發明的形態
接著，針對本發明的實施形態，一邊參照圖式一邊說明。為了容易理解說明，在各圖式中對同一結構要素賦予同一元件符號，省略重複的說明。又，在結構圖中，各結構要素的大小係概念地表示，並非表示實際的尺寸比率。
[穿透型的發光裝置的結構]
圖1(a)係顯示穿透型的發光裝置的示意圖。如圖1所示，發光裝置10具備光源50及波長轉換構件100，將透過波長轉換構件100的光源光、及在波長轉換構件100內因光源光所產生的激發而產生的光合併而放射照射光。照射光能夠為例如白色光。
光源50能使用LED(Light Emitting Diode，發光二極體)或LD(Laser Diode，雷射二極體)的晶片。LED係根據發光裝置10的設計而使具有特定範圍的波長的光源光(激發光)產生。例如，LED使藍色光產生。此外，在使用LD的情況下能產生波長、相位的變異少的同調光。又，光源50不限於此，可以是產生可見光以 外的光源，但較佳為產生紫外光、紫色光、藍色光或綠色光的光源。這樣的發光裝置10，若應用於例如工廠、球場、美術館等的從高處照亮大範圍的公共設施的照明、或汽車的頭燈等的照亮長距離的照明，便可期待高效果。
[穿透型的波長轉換構件的結構]
波長轉換構件100具備基材110及螢光體層120，形成為板狀，使光源光透過，並且受光源光激發而使波長不同的光產生。例如，使藍色光的光源光透過，並且能使由螢光體層所轉換的綠與紅、黃色的螢光透過而放射。基材110係形成為板狀，例如，能夠用使光源光透過的玻璃、藍寶石等的無機材料構成。基板110較佳為由具有高導熱性的藍寶石構成。
(螢光體層)
螢光體層120係設置在基材110上作為膜，用螢光體粒子122與透光性陶瓷121形成。透光性陶瓷121係將螢光體粒子122彼此結合，同時將基材110與螢光體粒子122結合。藉此，對於高能量密度的光的照射，照射側的容易產生熱的部分係與發揮作為散熱材的功能的基材110接合，因此能夠效率佳地散熱，能夠抑制螢光體的溫度淬滅。在穿透型方面，螢光體層120的膜厚，只要為2~400μm即可，較佳為30~80μm。
成為在與基材110的界面及其附近，透光性陶瓷成分埋在螢光體粒子間的間隙的構造。藉此，確保了往基材110的散熱路徑，散熱功能變高。
透光性陶瓷121係用以保持螢光體粒子122的無機黏結劑，可以例如矽石(SiO2)、磷酸鋁構成。螢光體粒子122，能夠使用例如釔-鋁-石榴石系螢光體(YAG系螢光體)及鎦-鋁-石榴石系螢光體(LAG系螢光體)。
除此之外，螢光體粒子122能夠根據所發光的顏色的設計而從如下的材料選出。可舉出例如：BaMgAl10O17：Eu、ZnS：Ag,Cl、BaAl2S4：Eu或者是CaMgSi2O6：Eu等的藍色系螢光體、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或者是(Ba,Sr,Mg)2SiO4：Eu,Mn等的黃色或綠色系螢光體、(M1)3SiO5：Eu或者是(M1)S：Eu等的黃色、橙色或紅色系螢光體、(Y,Gd)BO3：Eu,Y2O2S：Eu、(M1)2Si5N8：Eu、(M1)AlSiN3：Eu或者是YPVO4：Eu等的紅色系螢光體。又，在上述化學式中，M1包含由Ba、Ca、Sr及Mg構成的群組中至少一個，M2包含Ga及Al中至少一個，M3包含由Y、Gd、Lu及Te構成的群組中至少一個。又，上述的螢光體粒子122是一個例子，波長轉換構件100中所使用的螢光體粒子122未必限於上述者。
螢光體粒子122包含具有既定的粒徑分布的2種粒子。即，包含2種粒徑分布各自不同的螢光體粒子。既定的粒徑分布係指如例如常態分布、高斯分布般具有一個波峰的分布。2種粒子包含平均粒徑大的大 粒子及平均粒徑小的小粒子，藉由這些2種粒度的粒子佔據整體的70體積%以上。
而且，大粒子的平均粒徑與小粒子的平均粒徑之比為2~4，大粒子的體積與小粒子的體積之比為5.7以下。依此方式，相對於大粒子，以成為8.5：1.5的比例以上的方式混合小粒子，從而能夠使空隙減少以抑制光源光的透過，而不會使大粒子所產生的光的轉換效率降低。此外，即使射入雷射功率密度大的光源光，也能夠抑制因蓄熱所產生的急劇的淬滅。
具體而言，較佳為大粒子的平均粒徑為10~20μm，小粒子的平均粒徑為2.5~10μm。藉此，能夠構成適合發光裝置10用的波長轉換構件100。平均粒徑能夠由研磨剖面的SEM影像測量全部粒子的粒徑，作成粒度分布的度數資料來算出。即使是在分為2種粒度的情況下，也能夠將2點波峰的粒徑作為各平均粒徑而得到，即使是在波峰彼此重疊的情況下，也能從波峰的肩部算出估算的平均粒徑。
大粒子的體積與小粒子的體積之比較佳為5.7以下。即，相對於大粒子，以體積比成為8.5：1.5的比例以上的方式混合小粒子，從而減少空隙，能夠效率更佳地抑制光源光的透過。
另一方面，若小粒子變得太過多，則粒子間的界面變多，熱阻變高。於是，即使照射低功率密度的雷射也會產生蓄熱。因此，大粒子的體積與小粒子的體積之比較佳為1.5以上。即，相對於大粒子，以體積 比成為6：4的比例以下的方式混合小粒子，從而使粒子間的界面減少以減少熱阻，而能夠抑制淬滅。
使用平均粒徑的粒度分布的資料，假設該粒度分布為對稱的常態分布且粒子為真球狀，算出其眾數(也可以是平均值或中間值)的度數比。進一步將平均粒徑設為各粒子的直徑，計算其一個粒子的體積，將各個度數與該體積相乘，從而能夠算出體積比。
依此方式，用一定的比例混合具有2個粒徑分布的螢光體粒子，使小粒子進入大粒子的粒子間的空隙，從而能夠抑制光源光的透過，且減少螢光體層的空隙部分，確保散熱路徑。
[反射型的發光裝置的結構]
圖1(b)係顯示反射型的發光裝置20的示意圖。如圖1(b)所示，發光裝置20具備光源50及波長轉換構件200，例如，能夠將在波長轉換構件200反射的光源光、及在波長轉換構件100內轉換了光源光的波長的光合併而放射如白色光的照射光。
波長轉換構件200具備基材210及螢光體層120，形成為板狀，用基材210使光源光反射，同時受光源光激發而使波長不同的光產生。基材210係形成為板狀，例如，能夠用使光源光反射的無機材料構成。基材210較佳為由鋁構成。藉由採用具有高導熱性的基材210，抑制螢光體層120的蓄熱，能夠抑制螢光體粒子的溫度上升，能夠防止溫度淬滅。依此方式，即使是發光裝置20同樣地用高輸出使其持續發光，也能夠防止 螢光性能的降低。為了進一步提高反射率，較佳為在基材的表面形成有Ag膜。在反射型方面，螢光體層120的膜厚，只要為2~400μm即可，較佳為20~80μm。
[波長轉換構件的製作方法]
圖2(a)~(c)分別為顯示本發明的波長轉換構件的製作步驟的說明圖。首先，準備螢光體粒子、無機黏結劑、分散媒。螢光體粒子能使用例如YAG、LAG等的粒子。根據相對於光源光所要得到的照射光來調整螢光體粒子的種類、量。例如，在相對於藍色光要得到白色光的情況下，分別適量選擇藉由藍色光所產生的激發而放射綠色光及紅色光或黃色光的螢光體粒子。
作為較佳的無機黏結劑，能使用例如將矽的前驅物溶於乙醇所得到的矽酸乙酯。除此之外，無機黏結劑可以是使包含由利用水解或氧化而成為氧化矽的氧化矽前驅物、矽酸化合物、矽石、及非晶形矽石構成的群組中的至少一種的原料在常溫下進行反應、或者在500℃以下的溫度下進行熱處理所得到者。作為氧化矽前驅物，可舉出例如，以全氫聚矽氮烷、矽酸乙酯、矽酸甲酯作為主要成分者。此外，作為分散媒，能使用丁醇、異佛酮、萜品醇、甘油等的高沸點溶劑。
如圖2(a)所示，混合這些無機黏結劑、分散媒、大小2種的螢光體粒子製作糊(墨)410。混合能使用球磨機等。另一方面，準備無機材料的基材。基材能使用玻璃、藍寶石。基材較佳為板狀。
接著，如圖2(b)所示，使用網版印刷法，以相對於平均粒徑成為上述膜厚的方式將所得到的糊410塗布於基材110。網版印刷能夠用刮墨刀(ink squeegee)510將糊410按住在張貼在框上的絲網版(silk screen)520來進行。除了網版印刷法外，還可以舉出：噴灑法、利用分液器的描繪法、噴墨法，但為了穩定地形成薄厚度的螢光體層，較佳為網版印刷法。
然後，如圖2(c)所示，藉由使所印刷的糊410乾燥，在爐600內進行熱處理來飛散分散媒，同時飛散無機黏結劑的有機成分以使無機黏結劑中的主要金屬氧化(在主要金屬為Si的情況下為SiO2化)，此時將螢光體層120與基材110接著。依此方式操作，能夠製造能夠抑制光源光的透過的波長轉換構件100。然後，能夠相對於LED等的光源適宜配置所得到的波長轉換構件而製作。
[實施例] (1.抑制光源光的透過的評價) (1-1)試料的製作方法
製作實施例1~4、比較例1~4的波長轉換構件。首先，針對2種粒徑(平均粒徑6μm、18μm)的螢光體粒子(YAG，以下相同)，分別混合無機黏結劑、作為分散媒的矽酸乙酯和萜品醇而製作2種糊，以用下表所示的混合比(體積比)構成2種粒子的方式混合2種糊。使用網版印刷法，以成為40μm的厚度的方式將所製作的糊塗 布在成為基材的藍寶石板，進行熱處理而得到波長轉換構件的試料。又，本螢光體粒子的粒徑，不會因熱處理而發生粒子分割或者粒子彼此結合，因此波長轉換構件中的螢光體粒子的平均粒徑成為與原料中的螢光體粒子的平均粒徑同等的數值。
此外，螢光體的平均粒徑係使用雷射繞射/散射式粒徑分布測定裝置「HORIBA(堀場製作所)LA-960」進行測定。此外，體積比係由各粒徑的螢光體的重量除以密度，從而算出體積比。
(1-2)評價方法
對依上述方式操作所得到的比較例1~4、實施例1~4進行光源光的發光強度的評價。具體而言，將雷射照射於試料，調查相對於雷射輸入值的透過的光源光的發光強度。又，螢光的發光強度係指在使用上述的評價系統的情況下將亮度計所示的數字進行無因次化的相對強度。
圖3係顯示對波長轉換構件的穿透型的評價系統的說明圖。如圖3所示，穿透型的評價系統700係用光源710、平凸透鏡720、雙凸透鏡730、帶通濾波器735、功率計740構成。以能夠將來自波長轉換構件S的透射光集光並進行測定的方式配置各要素。
帶通濾波器735係以波長480nm為閾值而截斷光的濾波器，在測定透過的光源光之際係使用截斷長波長側的濾波器。此外，在測定螢光的發光強度之際係使用截斷短波長側的濾波器。依此方式，為了將透過的光源光(激發光)與螢光分開來，而設置在雙凸透鏡與功率計之間。
在依此方式所構成的系統中，進入平凸透鏡720的光源光係集光至波長轉換構件的試料S上的焦點。然後，用雙凸透鏡730將從試料S產生的放射光集光，針對該所集光的光，用功率計740測定已用帶通濾波器735截斷的光的強度。將此測定值作為螢光的發光強度。用透鏡將雷射光集光，縮小照射面積，從而即使是低功率的雷射也可以提升每單位面積的能量密度。將此能量密度作為雷射功率密度。
圖4係顯示相對於雷射功率密度的透射的光源光的發光強度的曲線圖。如圖4所示，若將比較例1與比較例4進行比較，便可確認僅有大粒子的試料係透過的光源光的強度比小粒子高。
茲認為：包含小粒子的波長轉換構件係基材上緊密地配置有螢光體粒子，光源光難以透過，但僅 有大粒子的波長轉換構件在螢光體粒子間有許多空隙存在，因此光源光會透過。
對於比較例2、實施例1~4，能夠確認將小粒子的比例增得越高，激發光的強度降得越低的傾向。對於實施例2、3，透過的激發光的強度為相同程度。茲認為：藉由混合螢光體的小粒子和大粒子而製作波長轉換構件，來成為小粒子埋在大粒子彼此的間隙的構造，抑制了激發光的透過。
根據以上的結果，切斷比較例1、4、實施例2的試料，利用SEM觀察剖面。圖5(a)~(c)分別為顯示波長轉換構件的部分剖面的SEM照片。如圖5(a)所示，能確認：比較例1的試料係在大粒徑的螢光體粒子之間有空隙。此外，如圖5(b)所示，能確認：比較例4的試料係填充有小粒徑的螢光體粒子。如圖5(c)所示，能確認：對於實施例2的試料，2種粒度當中小粒徑的螢光體粒子被填充在大粒徑的螢光體粒子的間隙。
(2.光譜評價)
圖6(a)、(b)分別為顯示雷射功率密度40W/mm2時的發光光譜的曲線圖及其放大的曲線圖。如圖6(a)、(b)所示，確認了：比較例1係在相當於藍色光的波長範圍內強度變大，實施例1~4係在維持比較例1的螢光強度下，對於相當於藍色光的波長範圍抑制了光源光的透過。
(3.抑制蓄熱的評價)
對上述的實施例1~3、比較例1、2、4的試料，進行穿透型的雷射照射試驗，確認了相對於雷射功率密度的螢光的發光強度。圖7為分別顯示相對於雷射功率密度的螢光的發光強度的曲線圖。
若將比較例1和比較例4進行比較，便可確認僅有大粒子的比較例1的試料係所測定的螢光的發光強度比僅有小粒子的比較例4的試料高。認為這是大粒徑的螢光體粒子係轉換成螢光的效率比小粒徑的螢光體粒子高所造成。另一方面，對於實施例1~3，能夠確認：即使將1.5~3成(15%~30%)的小粒子混合於大粒子，大粒子的轉換效率仍優異且不會使發光強度降低。
此外，僅有大粒子的比較例1的試料，蓄熱所產生的螢光淬滅係在雷射功率密度41W/mm2以上急劇地發生，相對於此，僅有小粒子的比較例4的試料，即使是高雷射功率密度，蓄熱所產生的螢光淬滅也非常緩慢。
茲認為：小粒子，因粒子小而密集地配置在基材上，因此成為螢光體粒子間的空隙少的構造，容易確保將螢光體層中產生的熱散熱的路徑，蓄熱所產生的螢光淬滅變得緩慢。
另一方面，茲認為：大粒子的集合中有許多空隙部存在，因此發生空隙部的空氣所產生的蓄熱，若照射高功率密度的雷射，便會急劇地進行螢光淬滅。又，對於實施例1~3，小粒子的比例增得越高，蓄熱所產生的螢光淬滅的時間點越往高能量側移動，螢光的發光強度的降低傾向變得緩慢。
混合1成的小粒子的比較例2係在56W/mm2確認了螢光淬滅，混合1.5~3成(15%~30%)的實施例1~3係淬滅緩慢，能夠確認對螢光體層蓄熱的抑制效果。
(4.粒徑的比別評價) (4-1)試料的製作方法
針對平均粒徑18μm的大粒子的螢光體、與平均粒徑18、9、6、4.5、3.5、3μm的6種小粒子的螢光體，各自混合無機黏結劑、作為分散媒的矽酸乙酯和萜品醇而製作糊，以大粒子和小粒子的混合比(體積比)成為8：2的方式混合2種糊。使用網版印刷法，以成為40μm的厚度的方式將所製作的糊塗布在成為基材的藍寶石板，進行熱處理而得到波長轉換構件的試料。
(4-2)評價方法
對於用上述方法製作的試料，進行穿透型的雷射照射試驗，確認雷射功率50W/mm2下的螢光的發光強度和透過的光源光的強度。此外，在將粒徑比1.0時的螢光和光源光的發光強度設為100%的情況下，求出各粒徑比的相對發光強度。
(4-3)結果
結果如下表。當大粒子與小粒子的粒徑比為2.0~4.0時，仍能維持90%以上的僅有大粒徑的螢光強度，而使光源光的透過減少為小於70%。又，上述實施例，係使用YAG作為螢光體粒子的材料，但即使是LAG等的其他材料，也可以預期得到同樣的效果。

Claims (7)

  1. 一種波長轉換構件，其係將特定範圍的波長的光轉換成其他波長的光的波長轉換構件，其特徵為具備：基材，其由無機材料構成；與螢光體層，其接合在該基材，且由對吸收光發出轉換光的螢光體粒子與將該螢光體粒子彼此結合的透光性陶瓷構成；該螢光體粒子包含具有既定的粒徑分布的2種粒子；該2種粒子中，平均粒徑大的大粒子的平均粒徑與平均粒徑小的小粒子的平均粒徑之比為2~4；該大粒子的體積與該小粒子的體積之比為5.7以下，該大粒子的平均粒徑為10~20μm，該小粒子的平均粒徑為2.5~10μm。
  2. 如請求項1之波長轉換構件，其中該大粒子的體積與該小粒子的體積之比為4以下。
  3. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中該大粒子的體積與該小粒子的體積之比為1.5以上。
  4. 如請求項3之波長轉換構件，其中該大粒子的平均粒徑為10~20μm，該小粒子的平均粒徑為4.5~10μm。
  5. 如請求項1或2之波長轉換構件，其中該基材由藍寶石或鋁之任一者構成。
  6. 一種發光裝置，其特徵為具備：光源，其使特定範圍的波長的光源光產生；與如請求項1至5中任一項之波長轉換構件，其吸收該光源光，轉換成其他波長的光而發光。
  7. 一種波長轉換構件之製造方法，其係將特定範圍的波長的光轉換成其他波長的光之波長轉換構件的製造方法，其特徵為包含：準備平均粒徑不同的螢光體粒子，製作以既定的比例包含各該螢光體粒子的糊之步驟；將該糊塗布在基材之步驟；和將塗布有該糊的基材進行熱處理之步驟。
TW106113564A 2016-04-25 2017-04-24 波長轉換構件及其製造方法、以及發光裝置 TWI657602B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016087114 2016-04-25
JP2016-087114 2016-04-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201742270A TW201742270A (zh) 2017-12-01
TWI657602B true TWI657602B (zh) 2019-04-21

Family

ID=60160437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW106113564A TWI657602B (zh) 2016-04-25 2017-04-24 波長轉換構件及其製造方法、以及發光裝置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10590341B2 (zh)
EP (1) EP3451031B1 (zh)
JP (1) JP6650951B2 (zh)
KR (1) KR102070569B1 (zh)
CN (2) CN116293491A (zh)
TW (1) TWI657602B (zh)
WO (1) WO2017188191A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109782516B (zh) * 2017-11-15 2021-10-22 中强光电股份有限公司 投影机及波长转换元件
JPWO2020162357A1 (ja) * 2019-02-06 2021-12-09 シャープ株式会社 波長変換素子、光源装置、車両用前照灯具、透過型照明装置、表示装置及び照明装置
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
JP7447694B2 (ja) 2020-06-22 2024-03-12 ウシオ電機株式会社 半導体発光装置
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

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080231170A1 (en) * 2004-01-26 2008-09-25 Fukudome Masato Wavelength Converter, Light-Emitting Device, Method of Producing Wavelength Converter and Method of Producing Light-Emitting Device
US20090194781A1 (en) * 2008-01-18 2009-08-06 Sharp Kabushiki Kaisha Wavelength conversion member, light-emitting device and phosphor
US20140021503A1 (en) * 2011-03-31 2014-01-23 Panasonic Corporation Semiconductor light emitting device
JP5454473B2 (ja) * 2008-06-16 2014-03-26 株式会社ニコン 蛍光体セラミックス及びその製造方法、並びに発光素子
US20150077966A1 (en) * 2012-04-13 2015-03-19 Sharp Kabushiki Kaisha Light-scattering body, light-scattering body film, light-scattering body substrate, light-scattering body device, light-emitting device, display device, and illumination device

Family Cites Families (36)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04332457A (ja) * 1991-01-17 1992-11-19 Toshiba Lighting & Technol Corp 蛍光ランプおよびこれに用いる結着剤
JP3617587B2 (ja) * 1997-07-17 2005-02-09 日亜化学工業株式会社 発光ダイオード及びその形成方法
MY131962A (en) * 2001-01-24 2007-09-28 Nichia Corp Light emitting diode, optical semiconductor device, epoxy resin composition suited for optical semiconductor device, and method for manufacturing the same
KR100923804B1 (ko) * 2001-09-03 2009-10-27 파나소닉 주식회사 반도체발광소자, 발광장치 및 반도체발광소자의 제조방법
JP4207537B2 (ja) 2002-11-08 2009-01-14 日亜化学工業株式会社 蛍光体および発光装置
WO2004081140A1 (ja) * 2003-03-13 2004-09-23 Nichia Corporation 発光膜、発光装置、発光膜の製造方法および発光装置の製造方法
US7279832B2 (en) * 2003-04-01 2007-10-09 Innovalight, Inc. Phosphor materials and illumination devices made therefrom
CN100543361C (zh) * 2005-09-01 2009-09-23 夏普株式会社 发光装置
JP2009010315A (ja) 2007-05-30 2009-01-15 Sharp Corp 蛍光体の製造方法、発光装置および画像表示装置
JP2009019163A (ja) * 2007-07-13 2009-01-29 Sharp Corp 発光装置用蛍光体粒子集合体、発光装置、および液晶表示用バックライト装置
JP2009280793A (ja) * 2008-04-24 2009-12-03 Kyocera Corp 蛍光体および波長変換器ならびに発光装置、照明装置
WO2010120900A1 (en) * 2009-04-15 2010-10-21 Research Triangle Institute Stimulated lighting devices
JP5601833B2 (ja) 2009-12-25 2014-10-08 日本ファインセラミックス株式会社 金属−セラミックス複合材料の製造方法
JP4930649B1 (ja) * 2011-02-25 2012-05-16 三菱化学株式会社 ハロリン酸塩蛍光体、及び白色発光装置
JP2011228673A (ja) * 2010-03-30 2011-11-10 Mitsubishi Chemicals Corp 発光装置
JP2011238811A (ja) * 2010-05-12 2011-11-24 Konica Minolta Opto Inc 波長変換素子および発光装置
KR101450991B1 (ko) 2010-05-13 2014-10-15 덴끼 가가꾸 고교 가부시키가이샤 β 형 사이알론의 제조 방법, β 형 사이알론 및 그 이용 제품
JP5864851B2 (ja) 2010-12-09 2016-02-17 シャープ株式会社 発光装置
EP2656050B1 (en) * 2010-12-22 2021-03-31 Lumileds LLC Method and apparatus for testing luminescent films
JP5866870B2 (ja) 2011-08-26 2016-02-24 三菱化学株式会社 発光装置
JP6076909B2 (ja) * 2011-09-26 2017-02-08 コニカミノルタ株式会社 蛍光体分散液、およびｌｅｄ装置の製造方法
JP5744941B2 (ja) * 2012-03-12 2015-07-08 富士フイルム株式会社 放射線画像検出装置及び放射線画像撮影システム
KR101538603B1 (ko) * 2012-08-13 2015-07-21 코니카 미놀타 가부시키가이샤 형광체 분산액의 제조 방법 및 led 장치의 제조 방법
WO2014103671A1 (ja) 2012-12-28 2014-07-03 シャープ株式会社 発光装置
JP2015038960A (ja) 2013-05-16 2015-02-26 株式会社日本セラテック 発光装置
WO2014203484A1 (ja) * 2013-06-21 2014-12-24 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材、光源、及び自動車用ヘッドランプ
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
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
JPWO2015041204A1 (ja) 2013-09-20 2017-03-02 旭硝子株式会社 光変換部材、光変換部材の製造方法、光変換部材の色度調整方法、照明光源および液晶表示装置
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
DE102014101804A1 (de) * 2013-12-18 2015-06-18 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
JP6152801B2 (ja) 2014-01-21 2017-06-28 豊田合成株式会社 発光装置及びその製造方法
JP6430123B2 (ja) * 2014-02-06 2018-11-28 スタンレー電気株式会社 波長変換体及びそれを用いた発光装置
JP6344157B2 (ja) 2014-09-01 2018-06-20 日本電気硝子株式会社 波長変換部材の製造方法及び波長変換部材
JP2016204561A (ja) 2015-04-24 2016-12-08 太平洋セメント株式会社 蛍光部材、その製造方法および発光装置
JP2017107071A (ja) * 2015-12-10 2017-06-15 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及び波長変換素子、並びにそれらを用いた発光装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080231170A1 (en) * 2004-01-26 2008-09-25 Fukudome Masato Wavelength Converter, Light-Emitting Device, Method of Producing Wavelength Converter and Method of Producing Light-Emitting Device
US20090194781A1 (en) * 2008-01-18 2009-08-06 Sharp Kabushiki Kaisha Wavelength conversion member, light-emitting device and phosphor
JP5454473B2 (ja) * 2008-06-16 2014-03-26 株式会社ニコン 蛍光体セラミックス及びその製造方法、並びに発光素子
US20140021503A1 (en) * 2011-03-31 2014-01-23 Panasonic Corporation Semiconductor light emitting device
US20150077966A1 (en) * 2012-04-13 2015-03-19 Sharp Kabushiki Kaisha Light-scattering body, light-scattering body film, light-scattering body substrate, light-scattering body device, light-emitting device, display device, and illumination device

Also Published As

Publication number Publication date
CN116293491A (zh) 2023-06-23
EP3451031A1 (en) 2019-03-06
US10590341B2 (en) 2020-03-17
JP6650951B2 (ja) 2020-02-19
JPWO2017188191A1 (ja) 2018-05-10
KR20180113573A (ko) 2018-10-16
KR102070569B1 (ko) 2020-01-29
CN109073801A (zh) 2018-12-21
EP3451031A4 (en) 2019-12-11
US20190127636A1 (en) 2019-05-02
TW201742270A (zh) 2017-12-01
EP3451031B1 (en) 2022-03-09
WO2017188191A1 (ja) 2017-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI753889B (zh) 波長轉換構件、其製造方法及發光裝置
TWI657602B (zh) 波長轉換構件及其製造方法、以及發光裝置
TWI677115B (zh) 波長轉換構件及發光裝置
TWI669375B (zh) 波長轉換構件及發光裝置
JP6990065B2 (ja) 波長変換部材、その製造方法および発光装置
WO2019031016A1 (ja) 波長変換部材および発光装置
JP6902373B2 (ja) 波長変換部材およびその製造方法
JP2021103247A (ja) 波長変換部材および発光装置
JP2021099415A (ja) 波長変換部材および発光装置