WO2016152191A1 - 波長変換部材、その製造方法及び発光デバイス - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a wavelength conversion member, a manufacturing method thereof, and a light emitting device using the same.
- white light sources using blue light emitting LEDs (Light Emitting Diodes) and wavelength conversion members have been actively developed.
- white light that is a combined light of blue light emitted from the LED and transmitted through the wavelength conversion member and yellow light emitted from the wavelength conversion member is emitted.
- Patent Document 1 It has been proposed to use a glass capillary as a container for enclosing a phosphor in a wavelength conversion member (Patent Document 1 and Patent Document 2). Further, in recent years, quantum dots have been studied as phosphors. For example, it has been studied to inject a fluid in which quantum dots are dispersed in a resin into a glass capillary to form a wavelength conversion member.
- the wavelength conversion member is also required to be reduced in size and weight.
- An object of the present invention is to provide a wavelength conversion member that can be reduced in size and weight, a manufacturing method thereof, and a light-emitting device using the same.
- the wavelength conversion member of the present invention is characterized by comprising a glass tube, a phosphor injected into the glass tube, and a sealing film for sealing at least one end of the glass tube.
- the sealing film is in direct contact with the glass tube.
- the sealing film is preferably made of at least one selected from a metal oxide film, a metal nitride film, a metal oxynitride film, a metal film, and a diamond-like carbon film.
- metal oxide film, metal nitride film, and metal oxynitride film examples include a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.
- Examples of the metal film include an aluminum film, a titanium film, and a chromium film.
- Both ends of the glass tube may be sealed with a sealing film.
- Fluorescent materials include quantum dots.
- the quantum dots are injected into the glass tube in a state of being dispersed in the resin.
- a resin sealing portion is provided between the phosphor at the end of the glass tube and the sealing film.
- the resin sealing portion can be formed from, for example, a thermosetting resin or an ultraviolet curable resin.
- a reflective film may be provided on at least a part of a portion other than an incident portion where excitation light for exciting the phosphor is incident and an emission portion where the fluorescence from the phosphor is emitted.
- an antireflection film or a fine concavo-convex structure is provided on at least one of an incident portion where excitation light for exciting the phosphor is incident and an emission portion where fluorescence from the phosphor is emitted. Also good.
- the light-emitting device of the present invention is characterized by comprising the above-described wavelength conversion member of the present invention and a light source that emits excitation light for exciting the phosphor.
- a plurality of light sources may be provided, and a plurality of wavelength conversion members may be provided so that the wavelength conversion members correspond to the respective light sources.
- a first manufacturing method of the present invention is a method of manufacturing the wavelength conversion member of the present invention, and a step of manufacturing a glass tube in which a phosphor is injected, and at least one end of the glass tube And a step of forming the sealing film by a vapor deposition method, a sputtering method, or a CVD method.
- a second production method of the present invention is a method for producing the wavelength conversion member of the present invention, wherein a step of injecting a phosphor into a glass tube base material, and a glass tube base material into which the phosphor is injected, Dividing each wavelength conversion member unit into a glass tube for each unit into which a phosphor is injected, and forming a sealing film on at least one end of the divided glass tube. It is a feature.
- the glass tube base material it is preferable to divide the glass tube base material by folding the glass tube base material. In this case, it is preferable to form a scribe on the glass tube base material and fold the glass tube base material along the scribe.
- the wavelength conversion member can be reduced in size and weight.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the length direction showing the wavelength conversion member of the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the width direction showing the wavelength conversion member of the second embodiment of the present invention.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the width direction showing the wavelength conversion member of the third embodiment of the present invention.
- FIG. 5: is typical sectional drawing which follows the width direction which shows the wavelength conversion member of the 4th Embodiment of this invention.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the wavelength conversion member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the length direction showing the wavelength conversion member of the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
- FIG. 3 is
- FIG. 7 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the wavelength conversion member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 8 is a schematic cross-sectional view for explaining a method for manufacturing the wavelength conversion member according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 9 is a schematic view showing an example of a light emitting device in which a wavelength conversion member is arranged for each light source.
- FIG. 10 is a schematic diagram illustrating an example of a light emitting device in which one common wavelength conversion member is disposed for each light source.
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view along the length direction showing the wavelength conversion member of the first embodiment of the present invention.
- the wavelength conversion member 1 of this embodiment seals the glass tube 10, the phosphor 2 injected into the glass tube 10, and the open ends 10a and 10b of the glass tube 10, respectively.
- a resin sealing portion 4 is provided between the phosphor 2 at the end portions 10 a and 10 b of the glass tube 10 and the sealing film 3.
- the sealing film 3 is provided so as to cover the resin sealing portion 4, and the end portion of the sealing film 3 is in direct contact with the glass tube 10.
- the glass tube 10 extends in the length direction, that is, the y direction.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along the line II-II shown in FIG.
- the cross section along the width direction (x direction) of the glass tube 10 has a rectangular shape.
- both the inner wall surface and the outer wall surface along the width direction of the glass tube 10 have a rectangular shape. Therefore, the glass tube 10 of this embodiment is a square tube-shaped glass tube.
- the glass tube 10 includes a first main wall portion 11 and a second main wall portion 12 that face each other in the z direction, and a first side wall portion 13 and a second side wall portion that face each other in the x direction. 14.
- the dimension of the glass tube 10 is not specifically limited, For example, the distance between the inner wall surface 11a of the 1st main wall part 11 and the inner wall surface 12a of the 2nd main wall part 12, and 1st The distance between the inner wall surface 13a of the side wall portion 13 and the inner wall surface 14a of the second side wall portion 14 can be about 0.1 to 5.0 mm.
- the wall thickness of the glass tube 10 can be set to, for example, about 0.1 to 2.5 mm.
- the length of the glass tube 10 in the y direction can be about 0.2 to 100 mm.
- the type of glass constituting the glass tube 10 is not particularly limited.
- glass tube 10 what consists of silicate system glass, borate system glass, phosphate system glass, borosilicate system glass, borophosphate system glass, etc. can be used, for example.
- silicate glass and borosilicate glass that are excellent in transparency and can improve light extraction efficiency are particularly preferable.
- quantum dots can be used.
- quantum dots include II-VI group compounds and III-V group compounds.
- the II-VI group compounds include CdS, CdSe, CdTe, ZnS, ZnSe, ZnTe and the like.
- III-V group compounds include InP, GaN, GaAs, GaP, AlN, AlP, AlSb, InN, InAs, InSb, and the like. At least one selected from these compounds, or a composite of two or more of these can be used as quantum dots.
- the composite include those having a core-shell structure, such as those having a core-shell structure in which the surface of CdSe particles is coated with ZnS.
- the particle size of the quantum dots is appropriately selected within a range of, for example, 100 nm or less, 50 nm or less, particularly 1 to 30 nm, 1 to 15 nm, or even 1.5 to 12 nm.
- the quantum dots are preferably injected into the glass tube 10 in a state of being dispersed in the resin.
- the resin for example, an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin are used.
- an epoxy curable resin, an acrylic ultraviolet curable resin, a silicone curable resin, or the like can be used. These resins are preferable because they are flowable resins when injected.
- the phosphor 2 is not limited to quantum dots.
- the oxide phosphor, nitride phosphor, oxynitride phosphor, chloride phosphor, acid chloride phosphor, sulfide phosphor, acid Inorganic phosphor particles such as sulfide phosphor, halide phosphor, chalcogenide phosphor, aluminate phosphor, halophosphate phosphor, and garnet compound phosphor may be used.
- the sealing film 3 a film having low moisture permeability is preferable.
- the moisture permeability is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 2 (g / m 2 / day) or less, and more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 4 (g / m 2 / day) or less.
- the film having low moisture permeability include a metal oxide film, a metal nitride film, a metal oxynitride film, a metal film, and a diamond-like carbon film.
- Examples of the metal oxide film, the metal nitride film, and the metal oxynitride film include a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxynitride film.
- Examples of the metal film include an aluminum film, a titanium film, and a chromium film.
- the thickness of the sealing film 3 is preferably in the range of 0.01 to 10 ⁇ m, more preferably in the range of 0.1 to 5 ⁇ m, and particularly preferably in the range of 0.5 to 3 ⁇ m. If the thickness of the sealing film 3 is too thin, low moisture permeability may not be obtained. If the thickness of the sealing film 3 is too thick, the moisture permeability decreases in proportion to the thickness of the sealing film 3. In some cases, it is economically undesirable. Further, the sealing film 3 may be peeled off or it may not be preferable in reducing the size and weight of the wavelength conversion member 1. The thickness of the sealing film 3 is an average film thickness.
- a resin sealing portion 4 is provided between the phosphor 2 at the end portions 10 a and 10 b of the glass tube 10 and the sealing film 3.
- the resin sealing portion 4 it is possible to prevent the gas from being released from the resin in which the phosphor 2 is dispersed and the resin from contracting. Therefore, the phosphor 2 can be stably placed inside the glass tube 10. Can be encapsulated.
- the resin sealing portion 4 is filled so as to fill the hollow portion formed by the shrinkage of the resin in which the phosphor 2 is dispersed. Is preferably provided.
- the resin sealing part 4 functions also as a base layer at the time of forming the sealing film 3, by forming the resin sealing part 4, the sealing film 3 can be formed thereon with good adhesion. Can be formed.
- the resin sealing part 4 is provided so that the surface on which the sealing film 3 is formed is smooth. Is preferred.
- the resin sealing portion 4 can be formed from, for example, an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin.
- resin which comprises the resin sealing part 4 an epoxy resin, a polyvinylidene chloride resin, a polyvinyl alcohol resin, a urethane resin, an acrylic resin, polyolefin resin etc. can be used.
- you may make a resin contain a filler as needed.
- the open ends 10a and 10b of the glass tube 10 are sealed with the sealing film 3, so that it is simpler than the case where the ends of the conventional glass tube are heated and fused.
- the structure can be sealed. For this reason, the wavelength conversion member 1 can be reduced in size and weight. Moreover, since it is not necessary to heat and fuse the end of the glass tube, deterioration of the phosphor 2 due to heat can be prevented.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view along the width direction showing the wavelength conversion member 21 of the second embodiment of the present invention.
- the glass tube 10 of the present embodiment includes a first main wall portion 11 and a second main wall portion 12 that face each other in the z direction, and the first main wall portion 11 and the The first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 are arranged between the two main wall portions 12.
- the 1st side wall part 13 and the 2nd side wall part 14 have the curved shape which swells toward the outer side of a x direction.
- both the inner wall surface 13a and the outer wall surface 13b of the first side wall portion 13 have a curved shape that bulges outward.
- both the inner wall surface 14a and the outer wall surface 14b of the second side wall portion 14 have a curved shape that bulges outward.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view along the width direction showing the wavelength conversion member 31 of the third embodiment of the present invention.
- the glass tube 10 of the present embodiment includes a first main wall portion 11 and a second main wall portion 12 that face each other in the z direction, and the first main wall portion 11 and the first main wall portion 11.
- the first side wall portion 13 and the second side wall portion 14 are arranged between the two main wall portions 12.
- the outer wall surface 13b of the first side wall portion 13 and the outer wall surface 14b of the second side wall portion 14 have a curved shape that bulges toward the outside in the x direction.
- the inner wall surface 13 a of the first side wall portion 13 and the inner wall surface 14 a of the second side wall portion 14 are planar shapes extending in a direction perpendicular to the first main wall portion 11 and the second main wall portion 12. have.
- the cross-sectional shape in the width direction of the glass tube 10 in the present invention is not limited to the shape in the above embodiment, and may be, for example, a circular shape or an elliptical shape.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the width direction showing the wavelength conversion member 41 of the fourth embodiment of the present invention.
- antireflection films 42 and 43 are provided on the outer wall surface 11 b of the first main wall portion 11 of the glass tube 10 and on the outer wall surface 12 b of the second main wall portion 12, respectively.
- the second main wall portion 12 is an incident portion on which excitation light 5 for exciting the phosphor 2 is incident.
- the first main wall portion 11 is an emission portion from which the fluorescence 6 from the phosphor 2 is emitted. Therefore, in this embodiment, the antireflection films 42 and 43 are provided in the incident part where the excitation light 5 for exciting the phosphor 2 is incident and the emission part where the fluorescence 6 from the phosphor 2 is emitted, respectively. ing.
- the antireflection film 43 By providing the antireflection film 43, it is possible to suppress the excitation light 5 about to enter the phosphor 2 from being reflected by the outer wall surface 12b of the second main wall portion 12. Therefore, the luminous efficiency of the phosphor 2 can be increased. Further, by providing the antireflection film 42, it is possible to suppress the fluorescence 6 that is about to be emitted from the phosphor 2 from being reflected by the outer wall surface 11 b of the first main wall portion 11. Therefore, the emission efficiency of the fluorescence 6 can be increased.
- the antireflection films 42 and 43 are provided in both the incident portion where the excitation light 5 is incident and the emission portion where the fluorescence 6 is emitted.
- the antireflection films 42 and 43 are not necessarily provided in both, and are provided only in one. May be.
- a filter film that transmits the excitation light 5 and reflects the fluorescence 6 or a fine concavo-convex structure may be provided in the incident portion where the excitation light 5 is incident, instead of the antireflection film 43.
- a filter film that transmits the fluorescence 6 and reflects the excitation light 5 or a fine concavo-convex structure may be provided in the emission part from which the fluorescence 6 is emitted, instead of the antireflection film 42.
- the antireflection film and the filter film can be composed of, for example, a dielectric multilayer film.
- the dielectric multilayer film is a film composed of a laminate of a high refractive index film and a low refractive index film.
- the fine concavo-convex structure is provided with a plurality of cone-shaped convex portions on the outer wall surface 11 b of the first main wall portion 11 of the glass tube 10 or on the outer wall surface 12 b of the second main wall portion 12.
- the moth-eye structure formed by the above can be used.
- the cone shape in the moth-eye structure is not particularly limited, and a cone shape having an antireflection function such as a cone shape, a pyramid shape, a truncated cone shape, a truncated pyramid shape, a bell shape, or an elliptical truncated cone shape should be used. Can do.
- the antireflection characteristic can be controlled by appropriately adjusting the pitch and depth of the unevenness.
- the uneven pitch is preferably 400 nm or less, and the uneven depth is preferably 800 nm or less.
- reflective films 44 and 45 are provided on the outer wall surface 13b of the first side wall portion 13 and the outer wall surface 14b of the second side wall portion 14 of the glass tube 10, respectively. By providing the reflective films 44 and 45, it is possible to suppress the fluorescence 6 from leaking outside from the first side wall part 13 and the second side wall part 14. For this reason, the emission efficiency of the fluorescence 6 can be increased.
- the reflective film is provided on both the outer wall surface 13b of the first side wall portion 13 and the outer wall surface 14b of the second side wall portion 14, but it is not always necessary to provide the reflective film on both, and it is provided only on one side.
- the emission efficiency of the fluorescence 6 can be increased by providing a reflective film on at least a part of the portion other than the incident portion where the excitation light 5 is incident and the emission portion where the fluorescence 6 is emitted.
- the reflective films 44 and 45 can be composed of, for example, a metal film such as silver, aluminum, or platinum, or a dielectric multilayer film.
- FIG. 6 is a schematic cross-sectional view for explaining a method of manufacturing the wavelength conversion member 1 according to the first embodiment of the present invention.
- a glass tube base material 50 as shown in FIG. 6 is prepared.
- the glass tube base material 50 has such a length that the glass tube 10 shown in FIG. 1 can be taken out by being divided into a plurality of portions in the length direction (y direction).
- one end 50a of the glass tube base material 50 is sealed by fusing glass.
- the other end 50b of the glass tube base material 50 is opened.
- the phosphor 2 is injected from the opened end 50b, and the inside of the glass tube base material 50 is filled with the phosphor 2.
- the inside of the glass tube base material 50 is kept in a depressurized state, and the end portion 50b of the glass tube base material 50 is immersed in the fluorescent substance 2 in a fluid state, whereby a glass tube base material is obtained.
- the phosphor 2 can be injected into 50.
- quantum dots dispersed in a resin are used as the phosphor 2, and when the phosphor 2 is injected, the resin is in a state before being cured and has fluidity. After injecting the phosphor 2 into the glass tube base material 50, the resin of the phosphor 2 is cured by ultraviolet irradiation or the like.
- the glass tube base material 50 in which the phosphor 2 is injected can be produced.
- a scribe is formed at a predetermined location A of the glass tube base material 50 using a scriber or the like.
- the predetermined location A is set so that the distance between adjacent A becomes the length (the length in the y direction) of the glass tube 10 of the first embodiment.
- each of the first main wall portion 11, the second main wall portion 12, the first side wall portion 13, and the outer wall surface of the second side wall portion 14 of the glass tube 10 shown in FIG. Forming a scribe.
- the glass tube base material 50 is folded so that the glass tube base material 50 is broken at a predetermined location A where the scribe is formed.
- the glass tube base material 50 into which the phosphor 2 is injected can be divided for each unit of the wavelength conversion member 1 of the first embodiment.
- the glass tube base material 50 is divided by forming a scribe and breaking the glass tube base material 50, but the present invention is not limited to this.
- the glass tube base material 50 may be divided by dicing or the like.
- a smooth fracture surface can be obtained by forming a scribe and folding the glass tube base material 50. For this reason, in order to obtain a smooth fracture surface, the method of this embodiment is preferable.
- it is not necessary to divide the glass tube base material 50 using water unlike dicing when the quantum dot is used as the phosphor 2 inside the glass tube 10, the phosphor 2 is deteriorated by moisture. Can also be suppressed.
- FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a unit of a wavelength conversion member obtained by dividing the glass tube base material 50 as described above. As shown in FIG. 8, the end portions 2a and 2b of the phosphor 2 are formed so as to be slightly recessed inward. This is because when the glass tube base material 50 is broken, the ends 2a and 2b of the phosphor 2 are opened, and the resin contracts due to gas being released from the resin in which the phosphor 2 is dispersed. It seems to be formed.
- the resin sealing portion 4 shown in FIG. 1 is formed on the end portions 2 a and 2 b of the phosphor 2. As described above, since the end portions 2a and 2b of the phosphor 2 are formed so as to be recessed inward, the resin sealing portion 4 also fills the concave portion and plays a role of flattening the surface.
- the resin sealing portion 4 can be formed by applying a resin paste or the like and drying it, followed by curing by ultraviolet irradiation or heating.
- the sealing film 3 shown in FIG. 1 is formed so as to cover the resin sealing portion 4.
- the sealing film 3 can be formed by, for example, vapor deposition, sputtering, CVD, or the like. Further, the sealing film 3 may be formed using nano ink, a sol-gel method, metal solder, or the like. When the sealing film 3 is simultaneously formed on the plurality of glass tubes 10, the sealing film 3 can be formed in a state where the plurality of glass tubes 10 are bundled.
- a wavelength conversion member is manufactured by forming the resin sealing part 4 and the sealing film 3 only with respect to the other edge part. be able to.
- the wavelength conversion member 1 of the first embodiment shown in FIG. 1 can be manufactured.
- the wavelength conversion member of this invention is not limited to the thing manufactured by the said manufacturing method, The thing manufactured by the other method may be used.
- FIG. 9 is a schematic diagram showing the light emitting device 8 in which the wavelength conversion member 61 is arranged for each light source 7.
- FIG. 10 is a schematic diagram showing the light emitting device 9 in which one common wavelength conversion member 62 is arranged for each light source 7.
- the present invention by dividing the glass tube base material into which the phosphor is injected, a plurality of wavelength conversion members can be manufactured at the same time, and miniaturization and weight reduction can be achieved. It can be set as the wavelength conversion member excellent in productivity.
- the wavelength conversion member of the present invention can also be used as the wavelength conversion member 62 shown in FIG.
- the resin sealing portion 4 is provided between the phosphor 2 and the sealing film 3, but the present invention is not limited to this.
- the sealing film 3 may be formed directly on the phosphor 2.
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Abstract
小型化及び軽量化が可能な波長変換部材、その製造方法、及びそれを用いた発光デバイスを提供する。 ガラス管１０と、ガラス管１０内に注入された蛍光体２と、ガラス管１０の少なくとも一方の端部１０ａ及び１０ｂを封止する封止膜３とを備えることを特徴としている。ガラス管１０の端部１０ａ及び１０ｂの蛍光体２と封止膜３の間に、樹脂封止部４が設けられていることが好ましい。
Description
本発明は、波長変換部材、その製造方法、及びそれを用いた発光デバイスに関するものである。
近年、液晶ディスプレイのバックライトなどの用途において、青色光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）と波長変換部材を用いた白色光源の開発が盛んに行われている。このような白色光源では、ＬＥＤから出射され波長変換部材を透過した青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光が出射される。
波長変換部材において蛍光体を封入する容器としては、ガラス毛細管を用いることが提案されている（特許文献１及び特許文献２）。また、蛍光体としては、近年、量子ドットが検討されており、例えば、量子ドットを樹脂中に分散させた流動体を、ガラス毛細管に注入し、波長変換部材とすることが検討されている。
上記白色光源を、スマートフォンなどに用いる場合、白色光源の小型化及び軽量化が望まれている。したがって、波長変換部材においても、小型化及び軽量化が要望されている。
本発明の目的は、小型化及び軽量化が可能な波長変換部材、その製造方法、及びそれを用いた発光デバイスを提供することにある。
本発明の波長変換部材は、ガラス管と、ガラス管内に注入された蛍光体と、ガラス管の少なくとも一方の端部を封止する封止膜とを備えることを特徴としている。
封止膜の少なくとも一部は、ガラス管と直接接触していることが好ましい。
封止膜は、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜、金属膜、及びダイヤモンド状炭素膜から選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。
金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜としては、それぞれ酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜が挙げられる。
金属膜としては、アルミニウム膜、チタン膜、またはクロム膜が挙げられる。
ガラス管の両方の端部は、封止膜で封止されていてもよい。
蛍光体としては、量子ドットが挙げられる。この場合、量子ドットは、樹脂に分散された状態でガラス管内に注入されていることが好ましい。
ガラス管の端部の蛍光体と封止膜の間に、樹脂封止部が設けられていることが好ましい。この場合、樹脂封止部は、例えば、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂から形成することができる。
ガラス管においては、蛍光体を励起するための励起光が入射する入射部と、蛍光体からの蛍光が出射する出射部以外の部分の少なくとも一部に、反射膜が設けられていてもよい。
ガラス管においては、蛍光体を励起するための励起光が入射する入射部と、蛍光体からの蛍光が出射する出射部の少なくとも一方に、反射防止膜若しくは微細な凹凸構造体が設けられていてもよい。
本発明の発光デバイスは、上記本発明の波長変換部材と、蛍光体を励起するための励起光を出射する光源とを備えることを特徴としている。
本発明の発光デバイスにおいては、光源が複数設けられており、各光源にそれぞれ波長変換部材が対応するように波長変換部材が複数設けられていてもよい。
本発明の第１の製造方法は、上記本発明の波長変換部材を製造する方法であって、内部に蛍光体が注入されたガラス管を作製する工程と、ガラス管の少なくとも一方の端部に、封止膜を、蒸着法、スパッタリング法、またはＣＶＤ法で形成する工程とを備えることを特徴としている。
本発明の第２の製造方法は、上記本発明の波長変換部材を製造する方法であって、ガラス管母材に蛍光体を注入する工程と、蛍光体が注入されたガラス管母材を、波長変換部材のユニット毎に分割し、蛍光体が注入されたユニット毎のガラス管にする工程と、分割したガラス管の少なくとも一方の端部に、封止膜を形成する工程とを備えることを特徴としている。
ガラス管母材を折り割ることにより、ガラス管母材を分割することが好ましい。この場合、ガラス管母材にスクライブを形成し、スクライブに沿ってガラス管母材を折り割ることが好ましい。
本発明によれば、波長変換部材を小型化及び軽量化することができる。
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
図１は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す長さ方向に沿う模式的断面図である。図１に示すように、本実施形態の波長変換部材１は、ガラス管１０と、ガラス管１０内に注入された蛍光体２と、ガラス管１０の開口した端部１０ａ及び１０ｂをそれぞれ封止する封止膜３とを備えている。また、本実施形態において、ガラス管１０の端部１０ａ及び１０ｂの蛍光体２と、封止膜３との間には、樹脂封止部４が設けられている。封止膜３は、樹脂封止部４を覆うように設けられており、封止膜３の端部は、ガラス管１０と直接接触している。図１に示すように、ガラス管１０は、長さ方向、すなわちｙ方向に延びている。
図２は、図１に示すII－II線に沿う模式的断面図である。図２に示すように、ガラス管１０の幅方向（ｘ方向）に沿う断面は、矩形形状を有している。本実施形態において、ガラス管１０の幅方向に沿う内壁面及び外壁面は、ともに矩形形状を有している。したがって、本実施形態のガラス管１０は、角筒状のガラス管である。ガラス管１０は、ｚ方向において互いに対向している第１の主壁部１１及び第２の主壁部１２と、ｘ方向において互いに対向している第１の側壁部１３及び第２の側壁部１４とから構成されている。
ガラス管１０の寸法は、特に限定されるものではないが、例えば、第１の主壁部１１の内壁面１１ａと第２の主壁部１２の内壁面１２ａとの間の距離、並びに第１の側壁部１３の内壁面１３ａと第２の側壁部１４の内壁面１４ａとの間の距離は、０．１～５．０ｍｍ程度とすることができる。また、ガラス管１０の肉厚は、例えば、０．１～２．５ｍｍ程度とすることができる。また、ガラス管１０のｙ方向の長さは、０．２～１００ｍｍ程度とすることができる。
ガラス管１０を構成しているガラスの種類は、特に限定されない。ガラス管１０としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどからなるものを用いることができる。これらの中でも、透明性に優れ、光の取り出し効率を向上させることが可能な珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラスが特に好ましい。
蛍光体２としては、例えば、量子ドットを用いることができる。量子ドットとしては、ＩＩ－ＶＩ族化合物、及びＩＩＩ－Ｖ族化合物が挙げられる。ＩＩ－ＶＩ族化合物としては、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅなどが挙げられる。ＩＩＩ－Ｖ族化合物としては、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂなどが挙げられる。これらの化合物から選択される少なくとも１種、またはこれら２種以上の複合体を量子ドットとして用いることができる。複合体としては、コアシェル構造のものが挙げられ、例えばＣｄＳｅ粒子表面がＺｎＳによりコーティングされたコアシェル構造のものが挙げられる。
量子ドットの粒径は、例えば１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、特に１～３０ｎｍ、１～１５ｎｍ、さらには１．５～１２ｎｍの範囲で適宜選択される。
量子ドットは、樹脂中に分散された状態でガラス管１０内に注入されていることが好ましい。樹脂としては、例えば、紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂などが用いられる。具体的には、例えば、エポキシ系硬化樹脂、アクリル系紫外線硬化樹脂、シリコーン系硬化樹脂等を用いることができる。これらの樹脂であれば、注入する際に、流動性を有する樹脂であるため好ましい。
蛍光体２は、量子ドットに限定されるものではなく、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体などの無機蛍光体粒子などを用いてもよい。
封止膜３としては、水分透過性の低い膜が好ましい。具体的には、水分透過性が１×１０－２（ｇ／ｍ２／ｄａｙ）以下であることが好ましく、１×１０－４（ｇ／ｍ２／ｄａｙ）以下であることがさらに好ましい。水分透過性の低い膜を封止膜３として用いることにより、ガラス管１０の内部の蛍光体２として、量子ドットを用いた場合に、蛍光体２が水分で劣化するのを抑制することができる。水分透過性の低い膜としては、例えば、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜、金属膜、ダイヤモンド状炭素膜などが挙げられる。金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜としては、酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜などが挙げられる。金属膜としては、例えば、アルミニウム膜、チタン膜、クロム膜などが挙げられる。
封止膜３の厚みは、０．０１～１０μｍの範囲であることが好ましく、０．１～５μｍの範囲であることがさらに好ましく、０．５～３μｍの範囲であることが特に好ましい。封止膜３の厚みが薄すぎると、低い水分透過性が得られない場合があり、封止膜３の厚みが厚すぎると、封止膜３の厚みに比例して水分透過性が低くならず、経済的に好ましくない場合がある。また、封止膜３が剥離したり、波長変換部材１の小型化及び軽量化において好ましくない場合がある。なお、封止膜３の厚みは、平均膜厚である。
本実施形態においては、ガラス管１０の端部１０ａ及び１０ｂの蛍光体２と、封止膜３との間に、樹脂封止部４が設けられている。樹脂封止部４を設けることにより、蛍光体２を分散している樹脂からガスが放出し樹脂が収縮するのを防止することができるため、ガラス管１０の内部に蛍光体２を安定して封入しておくことができる。なお、蛍光体２を分散している樹脂の収縮をより効果的に防止するために、蛍光体２を分散している樹脂の収縮により形成された窪み部分を充填するように樹脂封止部４を設けることが好ましい。また、樹脂封止部４は、封止膜３を形成する際の下地層としても機能するため、樹脂封止部４を形成しておくことにより、その上に密着性良く封止膜３を形成することができる。なお、樹脂封止部４の上に、より効果的に密着性良く封止膜３を形成するために、封止膜３を形成する面が平滑となるように樹脂封止部４を設けることが好ましい。
樹脂封止部４は、例えば、紫外線硬化性樹脂及び熱硬化性樹脂などから形成することができる。樹脂封止部４を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂、ポリ塩化ビニリデン樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂などを用いることができる。また、必要に応じて、樹脂中にフィラーを含有させてもよい。
本実施形態においては、ガラス管１０の開口した端部１０ａ及び１０ｂを封止膜３で封止しているので、従来のガラス管の端部を加熱して融着させる場合に比べ、簡易な構造で封止することができる。このため、波長変換部材１を小型化及び軽量化することができる。また、ガラス管の端部を加熱して融着させる必要がないため、熱による蛍光体２の劣化を防ぐことができる。
また、本実施形態においては、封止膜３の少なくとも一部がガラス管１０と直接接触しているので、高い気密性を確保することができる。
図３は、本発明の第２の実施形態の波長変換部材２１を示す幅方向に沿う模式的断面図である。図３に示すように、本実施形態のガラス管１０は、ｚ方向において互いに対向している第１の主壁部１１及び第２の主壁部１２と、第１の主壁部１１と第２の主壁部１２の間に配置された第１の側壁部１３及び第２の側壁部１４とから構成されている。第１の側壁部１３及び第２の側壁部１４は、ｘ方向の外側に向かって膨らむ湾曲形状を有している。本実施形態では、第１の側壁部１３の内壁面１３ａ及び外壁面１３ｂが共に外側に向かって膨らむ湾曲形状を有している。同様に、第２の側壁部１４の内壁面１４ａ及び外壁面１４ｂも共に外側に向かって膨らむ湾曲形状を有している。
図４は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材３１を示す幅方向に沿う模式的断面図である。図４に示すように、本実施形態のガラス管１０は、ｚ方向において互いに対向している第１の主壁部１１及び第２の主壁部１２と、第１の主壁部１１と第２の主壁部１２の間に配置された第１の側壁部１３及び第２の側壁部１４とから構成されている。第１の側壁部１３の外壁面１３ｂ及び第２の側壁部１４の外壁面１４ｂは、ｘ方向の外側に向かって膨らむ湾曲形状を有している。一方、第１の側壁部１３の内壁面１３ａ及び第２の側壁部１４の内壁面１４ａは、第１の主壁部１１及び第２の主壁部１２に対して垂直な方向に延びる平面形状を有している。
本発明におけるガラス管１０の幅方向の断面形状は、上記実施形態の形状に限定されるものではなく、例えば、円形形状、楕円形形状などであってもよい。
図５は、本発明の第４の実施形態の波長変換部材４１を示す幅方向に沿う模式的断面図である。本実施形態においては、ガラス管１０の第１の主壁部１１の外壁面１１ｂの上並びに第２の主壁部１２の外壁面１２ｂの上にそれぞれ反射防止膜４２及び４３が設けられている。本実施形態において、第２の主壁部１２は、蛍光体２を励起するための励起光５が入射する入射部となっている。また、第１の主壁部１１は、蛍光体２からの蛍光６が出射する出射部となっている。したがって、本実施形態においては、蛍光体２を励起するための励起光５が入射する入射部、及び蛍光体２からの蛍光６が出射する出射部に、それぞれ反射防止膜４２及び４３が設けられている。
反射防止膜４３を設けることにより、蛍光体２に入射しようとする励起光５が、第２の主壁部１２の外壁面１２ｂで反射されるのを抑制することができる。したがって、蛍光体２の発光効率を高めることができる。また、反射防止膜４２を設けることにより、蛍光体２から出射しようとする蛍光６が、第１の主壁部１１の外壁面１１ｂで反射されるのを抑制することができる。したがって、蛍光６の出射効率を高めることができる。
本実施形態では、励起光５が入射する入射部及び蛍光６が出射する出射部の両方に反射防止膜４２及び４３を設けているが、必ずしも両方に設ける必要はなく、一方のみに設けられていてもよい。また、励起光５が入射する入射部には、反射防止膜４３に代えて、励起光５を透過し蛍光６を反射するフィルター膜や微細な凹凸構造体が設けられていてもよい。また、蛍光６が出射する出射部には、反射防止膜４２に代えて、蛍光６を透過し励起光５を反射するフィルター膜や微細な凹凸構造体が設けられていてもよい。これらのフィルター膜や微細な凹凸構造体を設けることにより、蛍光体２の発光効率をさらに高めることができる。
反射防止膜及びフィルター膜は、例えば、誘電体多層膜などから構成することができる。誘電体多層膜は、高屈折率膜と低屈折率膜の積層体により構成された膜である。
また、微細な凹凸構造体は、錐体形状凸部をガラス管１０の第１の主壁部１１の外壁面１１ｂの上や第２の主壁部１２の外壁面１２ｂの上に複数設けることにより形成されたモスアイ構造で構成することができる。モスアイ構造における錐体形状は、特に限定されるものではなく、円錐形状、角錐形状、円錐台形状、角錐台形状、釣鐘形状、楕円錐台形状など、反射防止機能を有する錐体形状を用いることができる。なお、反射防止特性は凹凸のピッチ及び深さなどを適宜調節することにより制御することができる。凹凸のピッチは、４００ｎｍ以下であることが好ましく、凹凸の深さは、８００ｎｍ以下であることが好ましい。 さらに、本実施形態においては、ガラス管１０の第１の側壁部１３の外壁面１３ｂの上並びに第２の側壁部１４の外壁面１４ｂの上にそれぞれ反射膜４４及び４５が設けられている。反射膜４４及び４５を設けることにより、第１の側壁部１３及び第２の側壁部１４から、蛍光６が外部に漏れ出すのを抑制することができる。このため、蛍光６の出射効率を高めることができる。本実施形態では、第１の側壁部１３の外壁面１３ｂ並びに第２の側壁部１４の外壁面１４ｂの両方に反射膜を設けているが、必ずしも両方に設ける必要はなく、一方のみに設けられていてもよい。本実施形態のように、励起光５が入射する入射部及び蛍光６が出射する出射部以外の部分の少なくとも一部に、反射膜を設けることにより、蛍光６の出射効率を高めることができる。
反射膜４４及び４５は、例えば、銀、アルミニウム、白金等の金属膜や、誘電体多層膜等から構成することができる。
図６は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材１を製造する方法を説明するための模式的断面図である。図６に示すようなガラス管母材５０を用意する。ガラス管母材５０は、図１に示すガラス管１０を長さ方向（ｙ方向）に複数分割して取り出すことができる長さを有している。本実施形態において、ガラス管母材５０の一方の端部５０ａは、ガラスを融着させることにより封止されている。ガラス管母材５０の他方の端部５０ｂは、開口されている。この開口された端部５０ｂから、蛍光体２を注入し、ガラス管母材５０の内部に蛍光体２を充填する。具体的には、ガラス管母材５０の内部を減圧した状態にしておき、ガラス管母材５０の端部５０ｂを、流動性を有する状態の蛍光体２に浸漬することにより、ガラス管母材５０の内部に蛍光体２を注入することができる。本実施形態では、樹脂中に分散した量子ドットを蛍光体２として用いており、蛍光体２を注入する際、樹脂は硬化前の状態であり流動性を有している。ガラス管母材５０の内部に蛍光体２を注入した後、紫外線照射等により、蛍光体２の樹脂を硬化させる。
以上のようにして、内部に蛍光体２を注入したガラス管母材５０を作製することができる。
図７に示すように、次に、ガラス管母材５０の所定の箇所Ａに、スクライバー等を用いて、スクライブを形成する。所定の箇所Ａは、隣接するＡ間の距離が、第１の実施形態のガラス管１０の長さ（ｙ方向の長さ）となるように設定される。本実施形態においては、図２に示すガラス管１０の第１の主壁部１１、第２の主壁部１２、第１の側壁部１３、及び第２の側壁部１４の外壁面のそれぞれに、スクライブを形成している。しかしながら、必ずしも全ての壁部の外壁面にスクライブを形成する必要はなく、一部の壁部にのみスクライブを形成してもよい。
次に、スクライブを形成した所定箇所Ａでガラス管母材５０が破断されるように、ガラス管母材５０を折り割る。これにより、第１の実施形態の波長変換部材１のユニット毎に、蛍光体２が注入されたガラス管母材５０を分割することができる。本実施形態では、スクライブを形成して、ガラス管母材５０を折り割ることにより、ガラス管母材５０を分割しているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、ダイシング等により、ガラス管母材５０を分割してもよい。しかしながら、本実施形態に従い、スクライブを形成して、ガラス管母材５０を折り割ることにより、平滑な破断面を得ることができる。このため、平滑な破断面を得るためには、本実施形態の方法が好ましい。また、ダイシングのように水を用いてガラス管母材５０を分割する必要がないため、ガラス管１０の内部の蛍光体２として、量子ドットを用いた場合に、蛍光体２が水分で劣化するのを抑制することもできる。
図８は、以上のようにしてガラス管母材５０を分割して得られる波長変換部材のユニットを示す模式的断面図である。図８に示すように、蛍光体２の端部２ａ及び２ｂは、若干内側に窪むように形成されている。これは、ガラス管母材５０を破断した際に、蛍光体２の端部２ａ及び２ｂが開放され、蛍光体２を分散している樹脂からガスが放出されるなどして樹脂が収縮するため形成されるものと思われる。
次に、蛍光体２の端部２ａ及び２ｂの上に、図１に示す樹脂封止部４を形成する。上述のように、蛍光体２の端部２ａ及び２ｂは内側に窪むように形成されているので、樹脂封止部４はこの凹部を埋めて、表面を平坦にする役割も果たしている。樹脂封止部４は、樹脂ペースト等を塗布し乾燥した後、紫外線照射や加熱等により硬化させて形成することができる。
次に、樹脂封止部４を覆うように、図１に示す封止膜３を形成する。封止膜３は、例えば、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法等により、成膜して形成することができる。また、ナノインク、ゾルゲル法、金属ハンダなどを用いて、封止膜３を形成してもよい。複数のガラス管１０に対して同時に封止膜３を形成する場合、複数のガラス管１０を束ねた状態にして封止膜３を形成することができる。
ガラスの融着により封止された端部５０ａを有する波長変換部材については、他方の端部のみに対して樹脂封止部４及び封止膜３を形成することにより、波長変換部材を製造することができる。
以上のようにして、図１に示す第１の実施形態の波長変換部材１を製造することができる。なお、本発明の波長変換部材は、上記製造方法より製造されたものに限定されず、他の方法により製造されたものであってもよい。
図９は、各光源７に対しそれぞれ波長変換部材６１を配置した発光デバイス８を示す模式図である。図１０は、各光源７に対し１つの共通する波長変換部材６２を配置した発光デバイス９を示す模式図である。
図１０に示すように、各光源７に対し１つの共通する波長変換部材６２を配置した場合、波長変換部材６２において、光源７からの励起光５が照射されない領域が存在する。励起光５が照射されない領域は、発光に寄与することがなく、無駄な部分となる。このため、スマートフォン等の設置スペースが制限されたデバイスでは、図９に示すように、各光源７に対しそれぞれ波長変換部材６１を配置することが好ましい。本発明の波長変換部材は、ガラス管の端部を封止膜で封止するものであるので、小型化及び軽量化を図ることができる。また、本発明によれば、蛍光体を注入したガラス管母材を複数に分割することにより、同時に複数の波長変換部材を製造することができ、小型化及び軽量化を図ることができるとともに、生産性に優れた波長変換部材にすることができる。
したがって、本発明によれば、従来は製造することが困難であった、小型化及び軽量化が可能な波長変換部材とすることができる。
なお、本発明の波長変換部材は、図１０に示す波長変換部材６２としても用いることができるものである。
上記実施形態では、蛍光体２と封止膜３との間に樹脂封止部４を設けているが、本発明はこれに限定されるものではない。蛍光体２の上に封止膜３を直接形成してもよい。
１，２１，３１，４１, ６１，６２…波長変換部材
２…蛍光体
３…封止膜
４…樹脂封止部
５…励起光
６…蛍光
７…光源
８，９…発光デバイス
１０…ガラス管
１１…第１の主壁部
１２…第２の主壁部
１３…第１の側壁部
１４…第２の側壁部
４２，４３…反射防止膜
４４，４５…反射膜
５０…ガラス管母材
Ａ…スクライブ箇所
２…蛍光体
３…封止膜
４…樹脂封止部
５…励起光
６…蛍光
７…光源
８，９…発光デバイス
１０…ガラス管
１１…第１の主壁部
１２…第２の主壁部
１３…第１の側壁部
１４…第２の側壁部
４２，４３…反射防止膜
４４，４５…反射膜
５０…ガラス管母材
Ａ…スクライブ箇所
Claims (18)
- ガラス管と、前記ガラス管内に注入された蛍光体と、前記ガラス管の少なくとも一方の端部を封止する封止膜とを備える、波長変換部材。
- 前記封止膜の少なくとも一部が、前記ガラス管と直接接触している、請求項１に記載の波長変換部材。
- 前記封止膜が、金属酸化物膜、金属窒化物膜、金属酸窒化物膜、金属膜、及びダイヤモンド状炭素膜から選ばれる少なくとも１種からなる、請求項１または２に記載の波長変換部材。
- 前記金属酸化物膜、前記金属窒化物膜、前記金属酸窒化物膜が、それぞれ酸化ケイ素膜、窒化ケイ素膜、酸窒化ケイ素膜である、請求項３に記載の波長変換部材。
- 前記金属膜が、アルミニウム膜、チタン膜、またはクロム膜である、請求項３に記載の波長変換部材。
- 前記ガラス管の両方の端部が、前記封止膜で封止されている、請求項１～５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 前記蛍光体が、量子ドットである、請求項１～６のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 前記量子ドットが、樹脂に分散された状態で前記ガラス管内に注入されている、請求項７に記載の波長変換部材。
- 前記ガラス管の端部の前記蛍光体と前記封止膜の間に、樹脂封止部が設けられている、請求項１～８のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 前記樹脂封止部が、熱硬化性樹脂または紫外線硬化性樹脂から形成されている、請求項９に記載の波長変換部材。
- 前記ガラス管において、前記蛍光体を励起するための励起光が入射する入射部と、前記蛍光体からの蛍光が出射する出射部以外の部分の少なくとも一部に、反射膜が設けられている、請求項１～１０のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 前記ガラス管において、前記蛍光体を励起するための励起光が入射する入射部と、前記蛍光体からの蛍光が出射する出射部の少なくとも一方に、反射防止膜若しくは微細な凹凸構造体が設けられている、請求項１～１１のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 請求項１～１２のいずれか一項に記載の波長変換部材と、前記蛍光体を励起するための励起光を出射する光源とを備える、発光デバイス。
- 前記光源が複数設けられており、各光源にそれぞれ前記波長変換部材が対応するように前記波長変換部材が複数設けられている、請求項１３に記載の発光デバイス。
- 請求項１～１２のいずれか一項に記載の波長変換部材を製造する方法であって、
内部に蛍光体が注入されたガラス管を作製する工程と、
前記ガラス管の少なくとも一方の端部に、封止膜を、蒸着法、スパッタリング法、またはＣＶＤ法で形成する工程とを備える、波長変換部材の製造方法。 - 請求項１～１２のいずれか一項に記載の波長変換部材を製造する方法であって、
ガラス管母材に蛍光体を注入する工程と、
前記蛍光体が注入されたガラス管母材を、前記波長変換部材のユニット毎に分割し、前記蛍光体が注入された前記ユニット毎のガラス管にする工程と、
分割した前記ガラス管の少なくとも一方の端部に、封止膜を形成する工程とを備える、波長変換部材の製造方法。 - 前記ガラス管母材を折り割ることにより、前記ガラス管母材を分割する、請求項１６に記載の波長変換部材の製造方法。
- 前記ガラス管母材にスクライブを形成し、前記スクライブに沿って前記ガラス管母材を折り割る、請求項１７に記載の波長変換部材の製造方法。
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