TWI716900B - 光波長轉換構件及光波長轉換裝置以及發光裝置 - Google Patents
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Abstract
本發明之一態樣的光波長轉換構件，係具備具有螢光相和透光相的陶瓷燒結體，該螢光相係以具有藉由入射的光而發出螢光的螢光性之結晶粒子為主體，該透光相係以具有透光性的結晶粒子為主體。此光波長轉換構件，係在前述陶瓷燒結體之與前述光入射之側相反的側，具備具有反射光的反射性之金屬層，並且在前述陶瓷燒結體與前述金屬層之間具備介電體多層膜，該介電體多層膜具有光的折射率相異之介電體的層。
Description
本國際申請案係依據2018年6月18日在日本專利廳提出申請之日本專利申請案第2018-115578號，主張優先權，並將日本專利申請案第2018-115578號的全部內容以參考的方式引用於本國際申請案。
本發明係關於例如使用於波長轉換機器、螢光材、各種照明、影像裝置等之可進行光波長的轉換之光波長轉換構件及光波長轉換裝置以及發光裝置。
在例如頭燈、投影機或各種照明機器等中，利用螢光體將發光二極體(LED：Light Emitting Diode)、半導體雷射(LD：Laser Diode)的藍色光轉換波長，從而得到白色的裝置成為主流。
作為此螢光體，已知有樹脂系、玻璃系等，但近年來，正在進行光源的高輸出化，螢光體被要求更高的耐久性，因此陶瓷螢光體(即陶瓷燒結體)受到關注。
此外，作為此陶瓷螢光體，已知有如以Y3Al5O12：Ce(YAG：Ce)為代表之石榴石構造(A3B5O12)的成分中Ce被活化之螢光體。
又，作為上述使用於照明機器的發光構件(即，具備發光體的光波長轉換構件)，已知有設置反射層，利用藉由該反 射層使之反射的反射光之構造。此種構造中，必須使由光源的藍色光和螢光體所發出的光有效率地反射，因此提出各種技術(參照專利文獻1、2)。
例如，專利文獻1中揭示有具備：雷射激發的陶瓷螢光體、和在與雷射照射面不同的面具有光反射性的反射層之發光裝置。
又，專利文獻2中揭示了由陶瓷轉換器(ceramic converter)、和含金屬的反射性被覆、和金屬的冷卻體所構成的複合體。在此複合體中，陶瓷轉換器係被含金屬的反射性被覆所直接被覆。
專利文獻1 日本特開2016-58619號公報
專利文獻2 日本專利第6320531號公報
上述的習知技術中，可能會產生以下的問題，而要求加以改善。
例如，專利文獻1所記載的技術中，雖藉具有光反射性的反射層來反射光，惟因光的反射僅源自反射層的金屬成分，所以有無法將光以良好效率取出之可能性。
又，專利文獻2所記載的技術中，雖藉由被覆於陶瓷轉換器的反射性被覆層來反射光，惟與前述專利文獻1同樣地，因光的反射僅源自被覆層的金屬成分，所以有無法將光以良好效率取出之可能性。
在本發明的一態樣中，期望提供一種可將光以良好效率取出之光波長轉換構件及光轉換裝置以及發光裝置。
(1)本發明之一態樣的光波長轉換構件，係關於具備具有螢光相和透光相的陶瓷燒結體之光波長轉換構件，該螢光相係以具有藉由入射的光而發出螢光的螢光性之結晶粒子為主體，該透光相係以具有透光性的結晶粒子為主體。
該光波長轉換構件係在陶瓷燒結體之與光入射之側的相反側，具備具有反射光的反射性之金屬層，並且在陶瓷燒結體與金屬層之間，具備具有光的折射率相異的介電體的層之介電體多層膜。
此光波長轉換構件中，由於在依據入射的光而發出螢光的陶瓷燒結體、與具有反射光的性能的金屬層(即，反射層)之間，具備具有光的折射率相異之介電體層所積層而成的構成之介電體多層膜(即，可進行光的反射或透射之介電體多層膜)，所以具有比以往只有金屬層之反射性能(即，反射率)高的反射性能。
因此，此光波長轉換構件相較於以往可將入射光或螢光以良好效率地反射。亦即，在光波長轉換構件中，可以良好效率取出光，所以具有高的發光強度(即，螢光強度)。
在此，介電體多層膜係指可透射光，且光的折射率不同的介電體的膜之積層體，即具有以高折射率膜和(折射率比其低之)低折射率膜相鄰的方式依序積層而成的構成之積層體。
作為前述高折射率膜的材料，可列舉：氧化鈮(Nb2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鑭(La2O3)、氧化鉭(Ta2O5)、 氧化釔(Y2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鎢(WO3)、氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)、氮化矽(Si3N4)等。又，作為低折射率膜的材料，可列舉氧化矽(SiO2)等。因此，作為介電體多層膜，例如有：氧化鈦層與氧化矽層的積層體。
以介電體多層膜的所有層數而言，係可採用2層~4層，以各膜的膜厚而言，係可採用25nm~100nm。此外，以介電體多層膜的總厚度而言，較佳為至300nm左右為止。
以前述陶瓷燒結體的厚度而言，較合適為100μm~400μm的範圍。
以前述金屬層的厚度而言，較合適為例如100nm~500nm的範圍。
以下，說明藉由介電體多層膜，使反射光的強度提升之理由，惟因為是週知的原理，故簡單地說明。
如圖1所示，在從光的入射側依序積層有高折射率膜和低折射率膜的情況，詳言之，依光的波長λ以適當的膜厚依序積層有高折射率膜與低折射率膜的情況，來自各膜的界面之反射光係因干涉而強化。
因此，依據入射之光的波長，藉由規定高折射率膜與低折射率膜的各膜厚，可提高反射光的強度。因此，本發明的介電體多層膜(即，高折射率膜及低折射率膜)係設定成依據入射之光的波長，可提高反射光的強度之膜厚。
此外，在強化反射光的情況，係從光的入射側依高折射率膜、低折射率膜的順序積層(使用複數個高折射率膜及低折射率膜的情況亦同樣)。
(2)在上述的光波長轉換構件中，螢光相的結晶粒子係具有以化學式A3B5O12：Ce表示的組成，並且A元素及B元素係分別由選自以下元素群的至少1種元素所構成。
A：Sc、Y、Ce除外的鑭系
B：Al、Ga
此外，Ce除外的鑭系是指從鑭系排除Ce。
在此光波長轉換構件中，陶瓷燒結體係具有以由選自前述元素群的至少1種元素所構成之A3B5O12：Ce表示的石榴石構造。藉由此組成，可效率佳地將藍色光轉換成可視光。
又，藉由使用前述陶瓷燒結體，可在螢光相與透光相的界面產生光的散射，並可減少光的顏色之角度依存性，所以可提升色均質性(即，可減少色斑)。
再者，藉由使用前述陶瓷燒結體，由於熱傳導率佳，所以例如可將藉由雷射光的照射而在陶瓷燒結體產生的熱以良好效率排出外部(例如金屬層或放熱構件等)。藉此，可抑制陶瓷燒結體變成不發出螢光的溫度消光。因此，即便在雷射的高輸出區域，也可適當地維持螢光。
此外，具有以化學式A3B5O12：Ce表示的組成之化合物，較佳為在前述陶瓷燒結體整體之3vol%~70vol%的範圍。又，前述化學式之化合物的Ce濃度，係以相對於前述化合物的A元素為0.1mol%~1.0mol%的範圍較佳。再者，在A元素包含Gd的情況下，較佳為Gd濃度相對於A元素為30mol%以下的範圍。又，在B元素包含Ga的情況下，較佳為Ga濃度相對於B元素為30mol%以下的範圍。
(3)在上述的光波長轉換構件中，透光相的結晶粒子亦可具有Al2O3的組成。
在此，係顯示透光相的結晶粒子的組成之較佳例。
(4)在上述的光波長轉換構件中，作為金屬層的成分，亦可含有Ag及/或Al。
在金屬層的成分為Ag及/或Al的情況，例如可將從外部入射的光或藉陶瓷燒結體發出之螢光等的光適當地反射。
此外，以金屬層而言，較佳為例如包含Ag的Ag層或包含Al的Al層。
又，在金屬層中，在與光的入射側相反的一側，亦可設置包含氧化鋁(Al2O3)的被覆層。
例如，在金屬層使用Ag的情況，一旦Ag露出，便會氧化而導致反射性能劣化。於是，藉由在Ag的表面塗佈(即被覆)氧化鋁，可抑制Ag的氧化。
此外，氧化鋁的膜厚較佳為30nm~200nm左右。藉此，若變厚，則來自金屬層的放熱性會變差，無法以良好效率放出熱。
(5)在上述的光波長轉換構件中，亦可進一步在金屬層之與光的入射側之相反側，具備有Ni層及/或Au層。
前述金屬層中，在與光的入射側之相反側具有例如Au層的情況，例如使用焊劑，可將金屬層側的Au層與放熱構件牢固地接合(即，接合強度高)。
又，前述金屬層具備有Ag層，在該Ag層之與光的入射側相反的一側，例如有Ni層的情況，藉由Ni層可較佳地抑制Ag的氧化。
此外，在設置包含前述氧化鋁的被覆層之情況，在此被覆層之與光的入射側相反的一側，可設置Ni層及/或Au層。
(6)在上述的光波長轉換構件中，介電體多層膜係交替積層有入射波長550nm的光時之折射率a的高折射率膜、和入射波長550nm的光時之折射率比高折射率膜低之折射率b的低折射率膜而成的膜，折射率a與折射率b的關係為1.3<a/b，且，波長550nm的光入射至陶瓷燒結體時的折射率c與折射率a的關係為1<a/c。
在各折射率a、b、c的關係滿足1.3<a/b，且1<a/c的情況，金屬層中的光反射性能得以提升。藉此，可從光波長轉換構件以良好效率取出光。
此外，在此，「交替地積層高折射率膜與低折射率膜」係表示所積層之相鄰的層為高折射率膜與低折射率膜。因此，有高折射率膜與低折射率膜分別為1層的情況，也有1層高折射率膜和1層低折射率膜積層而成的複合層積層有複數個的情況。
(7)上述的光波長轉換構件中，高折射率膜亦可包含選擇自Ti、Zr、Hf、Ta、Nb的至少1種元素，低折射率膜亦可包含SiO2或MgF2。
在高折射率膜的材料為包含選自Ti、Zr、Hf、Ta、Nb之至少1種元素的情況(例如包含該元素的情況)，在低折射率膜的材料為包含SiO2或MgF2的情況，可從光波長轉換構件以良好效率取出光。
(8)上述的光波長轉換構件中，介電體多層膜的總厚度亦可為300nm以下。
在介電體多層膜的總厚度為300nm以下的情況，施加於介電體多層膜的殘留應力少，介電體多層膜與金屬層之間的密接性難以降低。因此，介電體多層膜的總厚度較合適為300nm以下。
(9)本發明之一態樣的光波長轉換裝置，係關於具備有前述光波長轉換構件的光波長轉換裝置。
在此光波長轉換裝置中，於光波長轉換構件的金屬層之與光的入射側相反的側，接合有放熱構件。
因此，由於光波長轉換裝置係藉由放熱構件提升放熱性，故藉由陶瓷燒結體之溫度的上升，可抑制陶瓷燒結體變得不會發出螢光的溫度消光。
此外，作為將放熱構件接合於光波長轉換構件的接合材料，係可採用例如金屬製焊劑、或熱傳導性優異之周知的熱傳導性接著劑。
在此，放熱構件係指放熱性(即，熱傳導性：熱傳導率)比陶瓷燒結體優異的構件，例如可採用鋁或銅等各種金屬構件。
(10)本發明之一態樣的發光裝置係具備：前述光波長轉換裝置、和發出光的發光元件之發光裝置。
藉由此發光裝置(詳言之，為光波長轉換構件)波長經轉換的光(即，螢光)係具有高螢光強度。又，具有高的色均質性。
此外，作為發光裝置的發光元件，係可使用例如LED、LD等週知的元件。
‧「螢光相」係以具有螢光性的結晶粒子為主體的相，「透光相」係以具有透光性的結晶粒子、詳細而言以與螢光相的結晶粒子不同的組成的結晶粒子為主體的相。
‧「主體」係表示在前述光波長轉換構件中，存在最多量(即體積)。例如，螢光相中亦可含有50體積%以上(較佳為90體積%以上)之具有螢光性的結晶粒子。又，例如，透光相中亦可含有50體積%以上(較佳為90體積%以上)之具有透光性的結晶粒子。
‧陶瓷燒結體中，於各結晶粒子或其粒界，亦可含有不可避免的雜質。在此陶瓷燒結體中，螢光相及透光相(因此，具有螢光性的結晶粒子及具有透光性的結晶粒子)亦可含有陶瓷燒結體的50體積%以上(較佳為90體積%以上)。
此外，以陶瓷燒結體中之螢光相的比例(因此，具有螢光性之結晶粒子的比例)，係可採用3~70體積%。另一方面，以陶瓷燒結體中之透光相的比例(因此，具有透光性之結晶粒子的比例)而言，係可採用30~97體積%。
‧「A3B5O12：Ce」係表示以Ce固溶取代A3B5O12中的元素A的一部分，藉由具有此種構造，該化合物會顯現出螢光特性。
1‧‧‧光波長轉換構件
3‧‧‧陶瓷燒結體
5‧‧‧介電體多層膜
5a‧‧‧高折射率膜
5b‧‧‧低折射率膜
7‧‧‧金屬層
23‧‧‧Ni層
43‧‧‧Au層
51‧‧‧光波長轉換裝置
61‧‧‧發光裝置
63‧‧‧發光元件
圖1係說明使用介電體多層膜來提升反射光的強度的原理之說明圖。
圖2係在厚度方向斷裂第1實施形態的光波長轉換構件之剖面圖。
圖3係表示第1實施形態之光波長轉換構件的製造步驟之說明圖。
圖4係在厚度方向斷裂第2實施形態的光波長轉換構件之剖面圖。
圖5係在厚度方向斷裂第3實施形態的光波長轉換構件之剖面圖。
圖6係在厚度方向斷裂第4實施形態的光波長轉換構件之剖面圖。
圖7係在厚度方向斷裂第5實施形態的光波長轉換構件之剖面圖。
圖8係在厚度方向斷裂第6實施形態的光波長轉換裝置之剖面圖。
圖9係顯示第8實施形態的發光裝置之說明圖。
其次，說明關於本發明的光波長轉換構件及光波長轉換裝置以及發光裝置之實施形態。
首先，就本第1實施形態之光波長轉換構件的構成進行說明。
如圖2所示，本實施形態的光波長轉換構件1，係從圖2的上方(亦即，來自外部的光(Light)所入射之側)積層有板狀陶瓷燒結體3和介電體多層膜5和金屬層7之板材。此外，以下，將光入射之側(圖2的上方)稱為入射側，將已入射的光所反射之側(亦即，與入射側相反之側：圖2的下方)稱為相反側。
以下，詳細地說明。
陶瓷燒結體3係由以藉由自外部入射的光而具有螢光性的結晶粒子(即，螢光相粒子)為主體之螢光相、和以具有透光性的結晶粒子(即，透光相粒子)為主體之透光相所構成的螢光體。
也就是說，陶瓷燒結體3係由螢光相和透光相所構成，該螢光相係由1或複數個螢光相粒子所構成的塊部分，該透光相係由1或複數個透光相粒子所構成的塊部分。
亦即，陶瓷燒結體3實質上係由螢光相粒子和螢光相粒子所構成。此外，螢光相粒子及螢光相粒子，在陶瓷燒結體3中為例如90體積%以上(例如約100體積%)。
詳言之，螢光相粒子係具有以化學式A3B5O12：Ce表示的組成，並且其A元素及B元素係由分別選擇自下述元素群的至少1種元素所構成。
A：Sc、Y、Ce除外的鑭系
B：Al、Ga
此外，前述化學式A3B5O12：Ce的A及B係表示構成以化學式A3B5O12：Ce表示的物質之各元素(其中，不同的元素)，O為氧，Ce為鈰。
再者，陶瓷燒結體3中，以化學式A3B5O12：Ce表示的化合物(即，螢光相粒子)係為例如陶瓷燒結體3整體的3vol%~70vol%之範圍。
又，前述螢光相粒子中的Ce濃度，例如相對於化合物的A元素為0.1mol%~1.0mol%的範圍。
此外，在A元素包含Gd的情況，例如，Gd濃度相對於A元素為30mol%以下的範圍。又，在B元素包含Ga的情況，例如，Ga濃度相對於B元素為30mol%以下的範圍。
另一方面，透光相粒子係具有例如Al2O3的組成。
此外，陶瓷燒結體3的尺寸為例如縱10mm×橫10mm，其厚度為例如100μm~400μm的範圍(例如100μm)。
介電體多層膜5係包含光的折射率不同之介電體的層(即，複數個層)，為可透射光之多層膜。
也就是說，介電體多層膜5係指光的折射率不同之介電體的膜(即，各介電體膜)之積層體，即高折射率膜與(折射率比其低之)低折射率膜之積層體。
詳言之，此介電體多層膜5係如圖2所示，例如為積層有配置於光的入射側之包含TiO2之TiO2膜(即高折射率膜)5a、和配置於相反側之包含SiO2之SiO2膜(即低折射率膜)5b之積層體。
在此，作為介電體多層膜5的所有層數(膜數)，雖例示2層，惟可採用例如2~4層等的構成。又，TiO2膜5a、SiO2膜5b的膜厚，係可分別採用例如25nm~100nm的範圍。此外，以總膜厚而言，較佳為到300nm左右為止。
此外，如上述，藉由依據所入射之光的波長，來規定高折射率膜和低折射率膜的膜厚，可提高反射光的強度。因此，在此，依據所入射之光的波長λ，TiO2膜5a及SiO2膜5b的各膜厚係設定為可提高反射光的強度之膜厚。
例如在所入射之光的波長為465nm的情況，TiO2膜5a及SiO2膜5b的各膜厚宜分別為50nm。
金屬層7係包含具有反射光的反射性之金屬的層。
在此，作為金屬層7，雖例示例如包含Ag的1層(Ag層)之構造，惟亦可採用包含其他金屬(例如Al)的層(例如Al層)。
或者，作為此金屬層7，亦可作成積層有包含不同金屬的層(例如Ag層和Al層)之多層構造。
此外，作為金屬層7的厚度，係可採用例如100nm~500nm的範圍。
接著，針對製造光波長轉換構件1時之概略的程序，參照圖3來簡單地作說明。
首先，以滿足前述第1實施形態的構成之方式，進行(即調製)陶瓷燒結體3之粉末材料的秤量等。
接著，在所調製成的粉末材料，加入有機溶劑和分散劑，利用球磨機(ball mill)進行粉碎混合，而製得漿料(slurry)。
其次，將所得到的漿料進行乾燥、造粒。
將所得到的造粒粉進行壓製成形。
然後，將壓製成形體以既定溫度燒成既定時間，而得到陶瓷燒結體3。
此外，除了利用上述的壓製成形所進行之陶瓷燒結體3的製造方法外，藉由對將漿料進行薄片(sheet)成形而得到的薄片成形體進行燒成，亦可得到陶瓷燒結體3。
接著，在陶瓷燒結體3之厚度方向的一方(相反側)，形成有介電體多層膜5。
具體而言，首先，藉由真空蒸鍍形成有TiO2膜5a。然後，在TiO2膜5a的表面(即，所露出之相反側的表面)，藉由真空蒸鍍形成有SiO2膜5b。
接著，在介電體多層膜5之SiO2膜5b的表面(即，所露出之相反側的表面)，例如藉由真空蒸鍍形成有金屬層(例如Ag層)7。
此外，形成金屬層7時，除了採用真空蒸鍍以外，亦可採用濺鍍、鍍敷等各種的薄膜形成方法。
藉此，得到光波長轉換構件1。
其次，說明本第1實施形態的功效。
(1)本第1實施形態之光波長轉換構件1，係在與陶瓷燒結體3的光入射之側相反的一側具備有具有反射光的反射性 之金屬層(Ag層)7，並且在陶瓷燒結體3與金屬層7之間具備有由光的折射率不同的介電體的層所構成之介電體多層膜5。
此介電體多層膜5係具有從光的入射側積層有高折射率膜5a和低折射率膜5b的構成，且具有來自各膜5a、5b的界面之反射光藉由干涉而增強之特性。
藉由此構成，光波長轉換構件1係具有比以往僅金屬層之反射性能(即反射率)還高的反射性能。亦即，光波長轉換構件1由於相較於以往可將入射光或螢光以更良好的效率反射。藉此，由於光波長轉換構件1可以良好效率將光取出，所以具有高的發光強度(即，螢光強度)。
(2)本第1實施形態中，螢光相的結晶粒子係具有以化學式A3B5O12：Ce表示的組成，並且A元素及B元素係分別由選擇自下述元素群的至少1種元素所構成。
A：Sc、Y、Ce除外的鑭系
B：Al、Ga
藉由此組成，可效率佳地將藍色光轉換成可視光。又，藉由使用前述陶瓷燒結體3，在螢光相與透光相的界面會發生光的散射，可減少光的顏色之角度依存性，所以可使色均質性提升(即，可降低色斑)。
再者，藉由使用前述陶瓷燒結體3，由於熱傳導率佳，所以例如可將藉由雷射光的照射而在光波長轉換構件1產生的熱以良好效率排出外部(例如金屬層7或放熱構件)。藉此，可抑制陶瓷燒結體3變得不會發出螢光的溫度消光。因此，即便在雷射的高輸出區域，也可較佳地維持螢光。
(3)本第1實施形態中，由於金屬層7包含Ag，所以可將例如由外部入射的光或藉陶瓷燒結體3發出之螢光等的光適當地反射。此外，作為金屬層7，並不限定於Ag層，也可採用Al層等。
接著，就第2實施形態的光波長轉換構件作說明，關於與第1實施形態同樣的內容，係將說明省略或簡化。此外，關於與第1實施形態同樣的構成，係標註同樣的符號。
如圖4所示，本第2實施形態的光波長轉換構件11係與第1實施形態同樣，具有從圖4的上方的入射側，積層有陶瓷燒結體3、和包含TiO2膜5a及SiO2膜5b的介電體多層膜5、和金屬層(即Ag層)7之構成。
尤其，在本第2實施形態中，在Ag層7的相反側(圖4的下方)，以覆蓋Ag層7的整個表面之方式積層有包含Al2O3的Al2O3層13。此外，Al2O2層13的厚度係為例如30nm~200nm。
此Al2O3層13係例如可藉由真空蒸鍍形成。
本第2實施形態係具有與第1實施形態同樣的功效。又，本第2實施形態中，由於Ag層7的表面係被Al2O3層13所覆蓋，所以可抑制Ag的氧化。因此，可抑制Ag層7之反射特性的劣化。
此外，也可採用Al層來取代Ag層7。又，亦可積層Ag層7和Al層(以下同樣)。
接著，就第3實施形態的光波長轉換構件進行說明，惟關於與第1實施形態同樣的內容，係將說明省略或加以簡化。此外，關於與第1實施形態同樣的構成，係標註同樣的符號。
如圖5所示，本第3實施形態的光波長轉換構件21係與第1實施形態同樣，具有從圖5的上方的入射側，積層有陶瓷燒結體3、包含TiO2膜5a及SiO2膜5b的介電體多層膜5、和金屬層(即Ag層)7之構成。
尤其在本第3實施形態中，在Ag層7的相反側(圖5的下方)，以覆蓋Ag層7的整個表面之方式積層有包含Ni的Ni層23。此外，Ni層23的厚度為例如100nm。
此外，在Ag層7的表面形成有Ni層23等的其他金屬層之情況，將包含Ag層(即金屬層)7及Ni層23等的構成稱為金屬被覆25。
作為此Ni層23的形成方法，與前述Ag層7同樣地，可採用真空蒸鍍、濺鍍、鍍敷等的各種薄膜形成方法。
本第3實施形態係發揮與第1實施形態同樣的功效。又，本第3實施形態中，由於係以Ni層23覆蓋Ag層7的表面，故可抑制Ag的氧化。
接著，就第4實施形態的光波長轉換構件進行說明，而關於與第2實施形態同樣的內容，則將說明省略或簡化。此外，關於與第2實施形態同樣的構成，係標註同樣的符號。
如圖6所示，本第4實施形態的光波長轉換構件31係與第2實施形態同樣，具有從圖6的上方的入射側，積層有陶瓷燒結體3、包含TiO2膜5a及SiO2膜5b的介電體多層膜5、金屬層(即Ag層)7、和Al2O3層13之構成。
尤其在本第4實施形態中，於Al2O3層13的相反側(圖6的下方)，以覆蓋Al2O3層13的整個表面之方式積層有與前述第3實施形態同樣的Ni層23。
本第4實施形態係發揮與第1實施形態同樣的功效。又，本第4實施形態中，由於Ag層7的表面係被Al2O3層13和Ni層23所覆蓋，所以可適當地抑制Ag的氧化。
接著，就第5實施形態的光波長轉換構件進行說明，而關於與第3實施形態同樣的內容，則將說明省略或簡化。此外，關於與第3實施形態同樣的構成，係標註同樣的符號。
如圖7所示，本第5實施形態的光波長轉換構件41係與第3實施形態同樣，具有從圖7的上方的入射側，積層有陶瓷燒結體3、包含TiO2膜5a及SiO2膜5b的介電體多層膜5、金屬層(即Ag層)7和Ni層23之構成。
尤其在本第5實施形態中，於Ni層23的相反側(圖7的下方)，以覆蓋Ni層23的整個表面之方式積層有包含Au的Au層43。此外，Au層43的厚度為例如200nm。
作為此Au層43的形成方法，係與前述N1層23同樣，可採用真空蒸鍍、濺鍍、鍍敷等的各種薄膜形成方法。
本第5實施形態係具有與第3實施形態同樣的功效。又，本第5實施形態中，由於係以N1層23及Au層43覆蓋Ag層7的表面，所以可適當地抑制Ag的氧化。
此外，亦可設置Al層來取代Ag層7，又，亦可設置Ag層來取代Au層43。再者，亦可在Ag層7與Ni層23之間設置與前述第4實施形態同樣的Al2O3層13。
接著，就第6實施形態的光波長轉換裝置進行說明，而關於與第5實施形態同樣的內容，係將說明省略或簡化。此外，關於與第5實施形態同樣的構成，則標註同樣的符號。
如圖8所示，本第6實施形態的光波長轉換裝置51，係在與第5實施形態同樣之光波長轉換構件41的相反側(圖8的下方)，藉由包含接合材的接合部53接合有板狀的放熱構件55。
詳言之，光波長轉換構件41係與第5實施形態同樣，具有從圖8的上方的入射側，積層有陶瓷燒結體3、包含TiO2膜5a及SiO2膜5b的介電體多層膜5、金屬層(即Ag層)7、Ni層23和Au層43之構成。
前述接合部53係由熱傳導性高的接合材，例如由包含Pb等的焊劑(solder)等的金屬接合材所構成。此外，除了金屬接合材以外，亦可採用例如熱傳導性優異之周知的熱傳導性接著劑。
前述放熱構件55由俯視觀之(由圖8的上下方向觀看時)，係外形比光波長轉換構件41大的構件。此外，以放熱構件的尺寸而言，在將光波長轉換構件41的尺寸設為例如縱3.5mm×橫3.5mm×厚度100μm的情況，可採用例如縱12mm×橫12mm×厚度1.5mm。黨
此放熱構件55係放熱性(即，熱傳導性：熱傳導率)優於陶瓷燒結體3之構件，例如可採用鋁、銅等的金屬構件。
此外，雖未圖示，惟在光波長轉換構件41與接合部53之間，為了使接合性提升，亦可形成保護層。作為此保護層，可採用Ni薄片。
本第6實施形態係具有與第5實施形態同樣的功效。又，本第6實施形態中，由於在光波長轉換構件41接合有放熱構件55，所以放熱性高。藉此，可抑制陶瓷燒結體3的溫度上升，所以可抑制溫度消光。因此，發光特性(即，螢光特性)優異。
接著，就第7實施形態的發光裝置進行說明，惟關於與第6實施形態同樣的內容，則將說明省略或簡化。此外，關於與第6實施形態同樣的構成，係標註同樣的符號。
如圖9所示，本第7實施形態的發光裝置61係在與第6實施形態同樣之光波長轉換裝置51的入射側(圖9的上方)，配置有發光元件63。
作為此發光元件63，係可使用例如LED、LD等周知的元件。
在前述發光裝置61中，係從發光元件63對陶瓷燒結體3的表面，照射藍色光。所照射的光係藉陶瓷燒結體3進行波長轉換，且藉Ag層7等反射，而從光波長轉換構件41之圖9的上方的表面(即，陶瓷燒結體的上面3a)，成為各色經混合的白色，照射到圖9的上方。
本第7實施形態係發揮與第6實施形態同樣的功效。又，本第7實施形態的發光裝置61係可將發光強度高的光照射到外部。
接著，就前述實施形態的具體實施例等進行說明。
在此，製作下表1所記載之No.1~18之光波長轉換構件的各試料。
各試料中，No.1~6、10~18為本發明的範圍內的試料，No.7~9為本發明的範圍外之比較例的試料。
此外，作為本發明的光波長轉換構件，係採用與第3實施形態同樣的構成。亦即，採用積層有陶瓷燒結體、介電體多層膜、Ag層、Ni層之構成。又，在表1之介電體多層膜的各試料的欄中，即，在顯示構成介電體多層膜之各介電體膜的欄中，於各欄的左側記載有接近陶瓷燒結體者。
首先，就對各試料所實施之各評價的方法進行說明。
藉由JIS R1634所規定的方法測定各試料之光波長轉換構件的陶瓷燒結體之開孔孔隙度(open porosity)，由其測定值求得陶瓷焼結體的相對密度。
將具有465nm的波長之藍色LD光以透鏡聚光至0.1mm寬度為止，並照射至各試料的光波長轉換構件，將所反射的光以透鏡聚光，藉由分光放射照度計(KONICA MINOLTA製CL-500A)測定色度值(X)。此時所照射之輸出密度為0~100W/mm2。
在此，在相對於雷射輸出5W/mm2時的色度值成為60%以下時，判斷為產生了溫度消光，將此時的雷射輸出密度 記載於表1。此外，關於在100W/mm2的情況下未消光者，記載為「>100」。此外，關於耐雷射輸出，較佳為至100W/mm2以上為止未消光者。
使具有465nm的波長之藍色LD光以透鏡聚光至0.1mm寬度為止，並照射至各試料的光波長轉換構件，將所反射的光以透鏡聚光，藉由功率感測器，測定此時的發光強度(即螢光強度)。此時，所照射的輸出密度設為40W/mm2。將使用單晶(即YAG：Ce單晶體)作為陶瓷燒結體(螢光體)時的螢光強度設為100%，進行各試料之螢光強度的比較。此外，關於螢光強度，較佳為100%以上。
色斑(即色偏差)係藉由採用照度計所進行的色度偏差測定來進行評價。
在此，使具有465nm的波長之藍色LD光以透鏡聚光而成為0.5mm寬度，並將其照射至各試料的光波長轉換構件而反射，然後將此反射的光，藉由分光放射照度計(KONICA MINOLTA製CL-500A)測定色度。
照射係對各試料的表面(即，試樣面)，將9mm見方的中央部分以3mm間隔區分成9個區域，評價各區域之色度(X方向)的偏差(△x)。偏差(△x)係表示色度方向之偏差的最大值，較佳為△x<0.03。
此外，色度係指利用國際照明委員會(CIE)在1931年所制定的國際顯示法，以CIE-XYZ表色系表示的色度。亦即，將顯色上的3原色數值化，以在xy座標空間顯示顏色的xy色度圖(所謂CIE色度圖)所示之色度。
使具有465nm的波長之藍色LD光以透鏡聚光至0.1mm寬度為止並照射至各試料的光波長轉換構件，將照射部(即，照射藍色LD光的部分)的溫度(即，照射部溫度)藉由放射溫度計進行測定。此時，將所照射之藍色LD光的輸出密度設為40W/mm2。
各試料的折射率比a/b、a/c，係由構成各試料的介電體多層膜之各介電體膜相對於波長550nm的光之折射率a、b(即，高折射率膜的折射率a、和折射率比高折射率膜低之低折射率膜的折射率b)、和各試料的陶瓷燒結體相對於波長550nm的光之折射率c算出。
此外，TiO2、Ta2O5、HfO2、ZrO2、Nb2O5的折射率a比SiO2的折射率b大，TiO2的折射率a比MgF2的折射率b大。
各試料之介電體多層膜的總厚度，係為構成各試料之介電體多層膜之各介電體膜的膜厚之合計。
為了針對各試料，確認膜的密接性，而實施了膠帶(tape)試驗。試驗方法係依據JIS R 3255，進行測定。確認在陶瓷燒結體與介電體多層膜的界面、或構成介電體多層膜之各介電體膜間的界面，是否發生了剝離。判定基準設為無剝離、局部剝離、全部剝離。
接著，就各試料的製造方法與各試料的評價結果進行說明。
藉由下表1所示之條件，製作No.1~4之光波長轉換構件的試料。
(1)首先，藉由以下的程序，製作陶瓷燒結體(螢光體)。此外，陶瓷燒結體的尺寸為縱10mm×橫10mm×厚度200μm。
具體而言，依據No.1~4之各試料的陶瓷燒結體(即，為了製造各試料的組成之陶瓷燒結體)，如下表1所示，秤量了Al2O3(平均粒徑0.2μm)、Y2O3(平均粒徑1.2μm)、CeO2(平均粒徑1.5μm)的各粉末材料。
將此等粉末連同乙醇一起投入球磨機中，進行16小時的粉碎混合。藉由將所得到的漿料進行乾燥‧造粒而得到造粒粉。對此造粒粉，以成為既定的比例(整體的2重量%)之方式，加入充分熔融的黏合劑，好好地攪拌，並使之乾燥，藉此得到既定的粉末。
將所得到的粉末進行壓製成形，進一步進行CIP成形，而得到成形體。將所得到的成形體脫脂後，大氣環境中進行燒成，而得到陶瓷燒結體。此時，將燒成溫度設為1600℃，保持時間設為10小時來進行燒成。
此外，表1、表2中雖未記載，惟各試料的相對密度係為99%以上。此外，關於以下的其他試料，亦相同。
(2)接著，藉由以下的程序，在陶瓷燒結體形成有介電體多層膜、金屬層。
首先，在陶瓷燒結體的單面，形成有介電體多層膜。也就是說，在陶瓷燒結體的表面形成有TiO2膜，在其TiO2膜的表面形成有SiO2膜。
詳言之，如表1所示，作為介電體多層膜，將TiO2膜和SiO2膜各積層一層或各積層兩層。各膜的厚度設為25nm或50nm。此外，No.3的試料係以TiO2膜、SiO2膜、TiO2膜、SiO2膜的順序，將TiO2膜和SiO2膜分別各形成有兩層。
接著，在介電體多層膜的表面(即，SiO2膜的表面)，如下表1所示，被覆Ag或Al作為具有反射性的金屬，形成屬於金屬層之Ag層或Al層。此Ag層或Al層的厚度設為300nm。
接著，在Ag層或Al層的表面，如下表1所示，形成有Ni層。此Ni層的厚度為100nm。
此外，作為Ag或Al、Ni的被覆方法，係採用真空蒸鍍。
藉此，得到各試料的光波長轉換構件。
(3)接著，對所得到之各試料的光波長轉換構件，進行採用上述的評價方法之評價。將其結果記載於下表2。
如由表2清楚地得知，No.1~4的試料，由於耐雷射輸出超過100W/mm2，難以產生溫度消光，所以是合適的。又，由於具備表1所示之介電體多層膜及金屬層的構成，並且折射率比a/b為2.02，折射率比a/c為1.65，所以螢光強度亦高達108%以上，因此是合適的。再者，由於色斑亦小至0.029以下，照射部溫度亦低至128℃(即，由於放熱性優異)，所以是合適的。而且，由於介電體多層膜的總厚度小至100nm以下，所以膜的密接性優異。
藉由下表1所示的條件，製作No.5、6之光波長轉換構件的試料。
此實驗例2之陶瓷燒結體的試料的製作方法，基本上與實驗例1同樣。
其中，關於No.5的試料，添加Gd2O3(平均粒徑1.1μm)，將Gd量相對於Y量以mol比成為30%之方式進行調整。又，關於No.7的試料，添加Lu2O3(平均粒徑4.1μm)、Ga2O3(平均粒徑0.9μm)，將Lu量相對於Y量以mol比成為50%之方式，將Ga量相對於Al量以mol比成為50%的方式進行調整。
對於本實驗例2的陶瓷燒結體，亦與前述實驗例1同樣地，如下表1所示，形成介電體多層膜或金屬被覆，來製作光波長轉換構件。此外，在表1的金屬被膜的欄中，同欄的左端的金屬(即，Al或Ag)係構成了金屬層。
接著，對所得到之各試料的光波長轉換構件，進行利用上述的評價方法之評價。將其結果記載於下表2。
如由表2清楚地得知，No.5、7的試料由於耐雷射輸出超過100W/mm2，難以產生溫度消光，因此是合適的。又，由於具備表1所示之介電體多層膜及金屬層的構成，並且折射率比a/b為2.02，折射率比a/c為1.65，所以螢光強度亦高達106%以上，因此是合適的。再者，由於色斑亦小至0.029，照射部溫度亦低至132℃以下，所以是合適的。且，介電體多層膜的總厚度小至100nm，所以膜的密接性優異。
藉由下表1所示的條件，製作No.7之光波長轉換構件的試料。此No.7的試料係指未設置介電體多層膜之比較例。
此實驗例3之陶瓷燒結體的試料的製作方法係與實驗例1相同。
且，對於本實驗例3的陶瓷燒結體，如下表1所示，沒有形成介電體多層膜，而是對陶瓷燒結體直接形成金屬被覆，來製作光波長轉換構件。
對所得到之各試料的光波長轉換構件，進行利用上述之評價方法的評價。將其結果顯示於下表2。
如由表2清楚地得知，No.7的試料，其螢光強度為低的94%，並不理想。此外，膜的密接性低，並不理想。
藉由下表1所示的條件，製作No.8、9之光波長轉換構件的試料。此No.8、9的試料之陶瓷燒結體的種類係與No.1~7的試料不同。
此實驗例4之陶瓷燒結體的試料的製作方法，基本上與實驗例1相同。
其中，在No.8中，使用使YAG粒子分散於玻璃的螢光體作為陶瓷燒結體，在No.9中，使用YAG單晶的螢光體作為陶瓷燒結體。
對於本實驗例4的陶瓷燒結體，亦與前述實驗例1同樣地，如下表1所示，形成介電體多層膜或金屬被覆，來製作光波長轉換構件。
接著，對於所得到之各試料的光波長轉換構件，進行利用上述評價方法之評價。將其結果記載於下表2。
如由表2清楚地得知，No.8的試料，其耐雷射輸出為低的40W/mm2，又，螢光強度亦為低的90%，所以不佳。此外，與其他的No.1~6的試料相比，色斑大，照射部溫度也高，所以不佳。
又，No.9的試料，其耐雷射輸出為低的75W/mm2，並不理想。與其他的No.1~6的試料相比，色斑大，照射部溫度也高，故不佳。又，螢光強度為100%，與其他的No.1~6的試料相比，是低的。
藉由下表1所示的條件，製作No.10、11之光波長轉換構件的試料。
此實驗例5之陶瓷燒結體的試料的製作方法，基本上與實驗例1同樣，惟變更了金屬被覆的構成。
具體而言，關於No.10、11的試料之陶瓷燒結體，將Ag層或Al層形成200nm，將Ni層形成100nm，再者，在Ni層的表面形成200nm的Au層或Ag層。
對於本實驗例5的陶瓷燒結體，亦與前述實驗例1同樣，如下表1所示，形成介電體多層膜或金屬被覆，而製作出光波長轉換構件。
接著，對所得到之各試料的光波長轉換構件，進行利用上述評價方法之評價。將其結果記載於下表2。
由表2清楚地得知，No.10、11的試料，其耐雷射輸出超過100W/mm2，難以產生溫度消光，所以是合適的。又，具備表1所示之介電體多層膜及金屬層的構成，且折射率比a/b為2.02，折射率比a/c為1.65，所以螢光強度亦高達105%以上，因此是合適的。再者，色斑亦小至0.029以下，照射部溫度亦低至126℃以下，因此是合適的。且，由於介電體多層膜的總厚度為小的100nm，所以膜的密接性優異。
藉由下表1所示的條件，製作No.12~18之光波長轉換構件的試料。
此實驗例6之陶瓷燒結體的試料的製作方法，係與實驗例1同樣。
對於本實驗例6的陶瓷燒結體，亦與前述實驗例1同樣，如下表1所示，形成介電體多層膜或金屬被覆，而製作出光波長轉換構件。
接著，對所得到之各試料的光波長轉換構件，進行利用上述評價方法之評價。將其結果記載於下表2。
由表2清楚地顯示，No.12~17的試料，其耐雷射輸出超過100W/mm2，難以產生溫度消光，所以是合適的。又，具備表1所示之介電體多層膜及金屬被覆的構成，且折射率比a/b為1.32以上，折射率比a/c為1.08以上，所以螢光強度為高的107%以上，是合適的。再者，色斑亦小至0.034以下，照射部溫度亦低至135℃以下，所以是合適的。且，由於介電體多層膜的總厚度小至300nm，所以膜的密接性優異。
又，No.18的試料，其耐雷射輸出超過100W/mm2，難以產生溫度消光，所以是合適的。又，由於具備表1所示之介電體多層膜及金屬被覆的構成，並且折射率比a/b為2.02，折射率比a/c為1.65，所以螢光強度為高的118%，是合適的。此外，由於介電體多層膜的總厚度為400nm，所以與總厚度為300nm的試料相比，膜的密接性低。
本發明完全不限定於前述實施形態，在不脫離本發明的範圍內，當然可以各種態樣來實施。
(1)例如，在前述實施例中，係以大氣燒成製作試料，除此之外，亦可藉由熱壓(hot press)燒成、真空燒成、還原環境燒成、HIP、或組合此等的燒成方法，來製作具有相同性能的試料。
(2)作為前述光波長轉換構件或發光裝置的用途，係可列舉：螢光體、光波長轉換機器、頭燈、照明、投影機等的光學機器等各種用途。
(3)作為使用於發光裝置的發光元件，並無特別限定，可採用周知的LED、LD等各種構成。
(4)此外，可使複數個構成要素分擔上述各實施形態中的一個構成要素所具有的功能，或使一個構成要素發揮複數個構成要素所具有的功能。又，亦可省略上述各實施形態之構成的一部分。又，亦可將上述實施形態的構成的至少一部分對其他實施形態的構成予以附加或置換等。此外，從記載於專利申請範圍的文辭特定的技術思想所包含的所有態樣乃係本發明的實施形態。
1‧‧‧光波長轉換構件
3‧‧‧陶瓷燒結體
5‧‧‧介電體多層膜
5a‧‧‧高折射率膜
5b‧‧‧低折射率膜
7‧‧‧金屬層
Claims (9)
- 一種光波長轉換構件，其係具備具有螢光相和透光相的陶瓷燒結體，該螢光相係以具有藉由入射的光而發出螢光的螢光性之結晶粒子為主體，該透光相係以具有透光性的結晶粒子為主體，在該光波長轉換構件中，前述螢光相的結晶粒子係具有以化學式A3B5O12：Ce表示的組成，並且前述A元素及前述B元素係分別由選擇自以下元素群的至少一種元素所構成，A：Sc、Y、Ce除外的鑭系B：Al、Ga，在前述陶瓷燒結體之與前述光入射之側相反的一側，具備具有反射光的反射性之金屬層，並且在前述陶瓷燒結體與前述金屬層之間具備介電體多層膜，該介電體多層膜具有光的折射率相異之介電體的層。
- 如請求項1之光波長轉換構件，其中前述透光相的結晶粒子係具有Al2O3的組成。
- 如請求項1之光波長轉換構件，其中作為前述金屬層的成分，係包含Ag及/或Al。
- 如請求項3之光波長轉換構件，其進一步在前述金屬層之與前述光的入射側相反的一側，具備有Ni層及/或Au層。
- 如請求項1之光波長轉換構件，其中前述介電體多層膜係交替積層有入射波長550nm的 前述光時之折射率a的高折射率膜、和入射波長550nm的前述光時之折射率比前述高折射率膜低之折射率b的低折射率膜而成的膜，前述折射率a與前述折射率b的關係為1.3<a/b，且波長550nm的前述光入射至前述陶瓷燒結體時的折射率c與前述折射率a的關係為1<a/c。
- 如請求項5之光波長轉換構件，其中前述高折射率膜係包含選擇自Ti、Zr、Hf、Ta、Nb的至少1種元素，前述低折射率膜係包含SiO2或MgF2。
- 如請求項1至6中任一項之光波長轉換構件，其中前述介電體多層膜的總厚度為300nm以下。
- 一種光波長轉換裝置，其係具備如前述請求項1至7中任一項之光波長轉換構件，在前述光波長轉換構件的前述金屬層之與前述光的入射側相反的一側，接合有放熱構件。
- 一種發光裝置，其係具備如請求項8之光波長轉換裝置、和發出前述光的發光元件。
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