WO2019003927A1 - 波長変換部材及び光源 - Google Patents

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WO2019003927A1
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wavelength conversion
conversion member
protective layer
phosphor
zno
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PCT/JP2018/022656
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幸彦 杉尾
濱田 貴裕
鈴木 信靖
純久 長崎
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パナソニックIpマネジメント株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a wavelength conversion member and a light source.
  • the wavelength conversion member has phosphor particles embedded in a matrix.
  • the light of the light emitting element is irradiated to the phosphor particles as excitation light, and light of a wavelength longer than the wavelength of the excitation light is emitted from the phosphor.
  • attempts have been made to increase the brightness and power of the light.
  • Patent Document 1 discloses an LED sealing resin body in which a phosphor is dispersed in a silicone resin.
  • Patent Document 2 discloses a wavelength conversion member in which glass is used as a matrix material.
  • Patent Document 3 discloses a wavelength conversion member in which zinc oxide (ZnO) is used as a material of a matrix. ZnO is superior in heat resistance to silicone resins and the like. ZnO is an inorganic material having a refractive index close to the refractive index of many phosphors, and also has excellent transparency and thermal conductivity. According to the wavelength conversion member of Patent Document 3, light scattering at the interface between the phosphor particles and the ZnO matrix can be suppressed, and high light output can be achieved.
  • the wavelength conversion member of Patent Document 3 has room for improvement from the viewpoint of reliability.
  • An object of the present disclosure is to provide a wavelength conversion member having high reliability.
  • the present disclosure includes a phosphor layer having a matrix containing ZnO, phosphor particles embedded in the matrix, and at least one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4 , and a phosphor And a first protective layer covering the layer.
  • a wavelength conversion member having high reliability can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a wavelength conversion member according to a first embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a wavelength conversion member according to a second embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a wavelength conversion member according to a third embodiment of the present disclosure.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a reflection-type light source using the wavelength conversion member of the present disclosure.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a lighting device using the light source of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a laser microscope image of the wavelength conversion member of Sample 1.
  • FIG. 7 is a laser microscope image of the wavelength conversion member of sample 2.
  • FIG. 6 is a laser microscope image of the wavelength conversion member of Sample 1.
  • FIG. 8 is a graph showing the result of analyzing the wavelength conversion member of sample 2 by the electron beam microanalyzer.
  • FIG. 9 is a graph showing changes in CIE chromaticity coordinates of light emitted from the wavelength conversion member of Sample 3.
  • FIG. 10 is a graph showing changes in CIE chromaticity coordinates of light emitted from the wavelength conversion member of Sample 5.
  • FIG. 11 is a graph showing changes in CIE chromaticity coordinates of light emitted from the wavelength conversion member of sample 6.
  • ZnO contained in the matrix may react with a corrosive gas in the air.
  • the reaction between ZnO and the corrosive gas proceeds over time.
  • the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion member may change with time.
  • the wavelength conversion member according to the first aspect of the present disclosure is A phosphor layer having a matrix containing ZnO and phosphor particles embedded in the matrix, and at least one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4 , and covering the phosphor layer And a first protective layer.
  • the first protective layer suppresses the permeation of corrosive gases in the air. Therefore, ZnO contained in the matrix of the phosphor layer hardly reacts with the corrosive gas. That is, it is possible to suppress the progress of the reaction between ZnO and the corrosive gas with time. Thereby, the temporal change of the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion member is sufficiently suppressed. That is, the wavelength conversion member has high reliability.
  • the first protective layer of the wavelength conversion member according to the first aspect is in contact with the phosphor layer. According to the second aspect, it is possible to sufficiently suppress the temporal change of the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion member.
  • ZnO of the wavelength conversion member according to the first or second aspect is ZnO c-axis oriented polycrystalline. According to the third aspect, light scattering in the phosphor layer is further suppressed. Therefore, high light output can be achieved in the wavelength conversion member.
  • the phosphor layer of the wavelength conversion member according to any one of the first to third aspects further includes filler particles.
  • the wavelength conversion member emits light having the required chromaticity.
  • the thickness of the first protective layer of the wavelength conversion member according to any one of the first to fourth aspects is in the range of 0.5 to 20 ⁇ m. According to the fifth aspect, high luminous efficiency can be achieved because the first protective layer is sufficiently thin.
  • the wavelength conversion member according to any one of the first to fifth aspects includes at least one selected from the group consisting of a silicone resin, an organic-inorganic hybrid material and glass, It further comprises a second protective layer covering the body layer.
  • the strength of the wavelength conversion member is improved by the second protective layer.
  • the second protective layer can further suppress the permeation of corrosive gas.
  • a light source includes: a light emitting element; and the wavelength conversion member according to any one of the first to sixth aspects, which receives fluorescence from the light emitting element and emits excitation light. It is
  • the seventh aspect it is possible to provide a light source in which temporal change in chromaticity of light is sufficiently suppressed. That is, the light source has high reliability.
  • the wavelength conversion member 100 includes a substrate 10, a phosphor layer 20 and a first protective layer 30.
  • the substrate 10 supports the phosphor layer 20 and the first protective layer 30.
  • the phosphor layer 20 is disposed on the substrate 10.
  • the phosphor layer 20 covers the entire surface of the substrate 10.
  • the phosphor layer 20 may only partially cover the surface of the substrate 10.
  • the lower surface of the phosphor layer 20 is in contact with the upper surface of the substrate 10.
  • the first protective layer 30 is disposed on the phosphor layer 20.
  • the phosphor layer 20 is disposed between the substrate 10 and the first protective layer 30. That is, in the thickness direction of the wavelength conversion member 100, the substrate 10, the phosphor layer 20, and the first protective layer 30 are arranged in this order.
  • the first protective layer 30 covers the entire surface of the phosphor layer 20.
  • the first protective layer 30 may only partially cover the surface of the phosphor layer 20.
  • the lower surface of the first protective layer 30 is in contact with the upper surface of the phosphor layer 20.
  • the phosphor layer 20 has a matrix 21 and phosphor particles 22.
  • the phosphor layer 20 may further have filler particles 23.
  • a matrix 21 is present between each particle.
  • Each particle is embedded in a matrix 21. In other words, each particle is dispersed in the matrix 21.
  • the wavelength conversion member 100 When the wavelength conversion member 100 is irradiated with excitation light having a first wavelength band, the wavelength conversion member 100 converts part of the excitation light into light having a second wavelength band and emits the light.
  • the wavelength conversion member 100 emits light having a wavelength longer than that of the excitation light.
  • the second wavelength band is a band different from the first wavelength band. However, a part of the second wavelength band may overlap the first wavelength band.
  • the light emitted from the wavelength conversion member 100 may include not only the light emitted from the phosphor particles 22 but also the excitation light itself.
  • the substrate 10 has a substrate body 11 and a thin film 12.
  • the thickness of the substrate 10 is, for example, larger than the thickness of the phosphor layer 20.
  • the substrate body 11 is selected from the group consisting of sapphire (Al 2 O 3 ), gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), silicon, aluminum, glass, quartz (SiO 2 ), silicon carbide (SiC) and zinc oxide Containing at least one of
  • the substrate body 11 may or may not be translucent to, for example, excitation light and light emitted from the phosphor particles 22.
  • the substrate body 11 may have a mirror-polished surface.
  • the surface of the substrate body 11 may be coated with an antireflective film, a dichroic mirror, a metal reflection film, a reflection enhancing film, a protective film, or the like.
  • the antireflective film is a film for preventing reflection of excitation light.
  • the dichroic mirror can be constituted by a dielectric multilayer film.
  • the metal reflection film is a film for reflecting light, and is made of a metal material such as silver or aluminum.
  • the reflection increasing film may be constituted by a dielectric multilayer film.
  • the protective film may be a film for physically or chemically protecting these films.
  • the thin film 12 functions as a base layer for forming the phosphor layer 20.
  • the thin film 12 functions as a seed crystal in the crystal growth process of the matrix 21. That is, the thin film 12 is a single crystal thin film or a polycrystalline thin film.
  • the matrix 21 is composed of ZnO single crystal or ZnO polycrystal
  • the thin film 12 may be a ZnO single crystal thin film or a ZnO polycrystal thin film.
  • the substrate body 11 can exhibit the function of a seed crystal, the thin film 12 may be omitted.
  • the matrix 21 made of crystalline ZnO can be formed directly on the substrate body 11.
  • phosphor particles 22 are dispersed in a matrix 21.
  • the phosphor particles 22 are separated from one another.
  • the filler particles 23 are also separated from the phosphor particles 22.
  • the phosphor particles 22 may be in contact with each other, and the filler particles 23 may be in contact with the phosphor particles 22.
  • a plurality of filler particles 23 may be in contact with the phosphor particles 22.
  • the phosphor particles 22 and the filler particles 23 may be stacked like stone walls.
  • the phosphor particles 22 receive excitation light and emit fluorescence.
  • the material of the phosphor particles 22 is not particularly limited.
  • Various fluorescent materials can be used as the material of the phosphor particles 22.
  • Y 3 Al 5 O 12 Ce (YAG), Y 3 (Al, Ga) 5 O 12 : Ce (GYAG), Lu 3 Al 5 O 12 : Ce (LuAG), (Si, Al) 6 (O, N) 8 : Eu ( ⁇ -SiAlON), (La, Y) 3 Si 6 N 11 : Ce (LYSN), La 3 Si 6 N 11 : Ce (LSN), Lu 2 CaMg 2 Si 3 O 12 : Ce (LCMS), Sr 2 SiO 4 : Eu, (Ba, Sr) Si 2 O 2 N 2 : Eu, Ca 3 Sc 2 Si 3 O 12 : Ce, CaSi 2 O 2 N 2 : Eu, etc.
  • the phosphor particles 22 may include a plurality of types of phosphor particles having different compositions.
  • the material of the phosphor particles 22 is selected according to the chromaticity of the light to be emitted from the wavelength conversion member 100.
  • the average particle size of the phosphor particles 22 is, for example, in the range of 0.1 to 50 ⁇ m.
  • the average particle size of the phosphor particles 22 can be identified, for example, by the following method. First, the cross section of the wavelength conversion member 100 is observed with a scanning electron microscope. In the obtained electron microscope image, the area of a specific phosphor particle 22 is calculated by image processing. The diameter of a circle having the same area as the calculated area is regarded as the particle size (diameter of the particle) of that specific phosphor particle 22. The particle diameter of an arbitrary number (for example, 50) of phosphor particles 22 is calculated, and the average value of the calculated values is regarded as the average particle diameter of phosphor particles 22.
  • the shape of the phosphor particles 22 is not limited.
  • the shape of the phosphor particles 22 may be spherical, scaly, or fibrous.
  • the method of measuring the average particle diameter is not limited to the above method.
  • the matrix 21 contains ZnO.
  • ZnO is suitable as the material of the matrix 21 in terms of transparency and thermal conductivity.
  • ZnO has high thermal conductivity. Therefore, when ZnO is used as the material of the matrix 21, the heat of the phosphor layer 20 can be easily dissipated to the outside (mainly the substrate 10).
  • the matrix 21 may contain ZnO as a main component.
  • the “main component” means a component contained in the matrix 21 in the largest proportion by weight.
  • the matrix 21 may be substantially made of ZnO. “Consisting essentially of” means excluding other components that alter the essential characteristics of the mentioned compound. However, the matrix 21 may contain impurities in addition to ZnO.
  • ZnO as a material of the matrix 21 is ZnO single crystal or c-axis oriented ZnO polycrystal.
  • ZnO has a wurtzite crystal structure.
  • the “c-axis oriented ZnO” means that a plane parallel to the main surface (the surface having the largest area) of the substrate 10 is the c-plane.
  • the ZnO polycrystal oriented in the c-axis contains a plurality of columnar crystal grains oriented in the c-axis. There are few crystal grain boundaries in the c-axis direction in ZnO polycrystalline oriented in the c-axis. “The columnar crystal grains are oriented in the c-axis” means that the growth of ZnO in the c-axis direction is faster than the growth of ZnO in the a-axis direction, and longitudinally elongated ZnO crystal grains are formed on the substrate 10 Means to The c-axis of the ZnO crystal grain is parallel to the normal direction of the substrate 10.
  • the inclination of the c-axis of the ZnO crystal grain with respect to the normal direction of the substrate 10 is 4 ° or less.
  • the inclination of c axis is 4 degrees or less
  • the distribution of the inclination of c axis is 4 degrees or less, and the inclination of c axis of all crystal grains is always 4 degrees or less. It does not mean.
  • “Inclination of c-axis” can be evaluated by the half-width by the X-ray rocking curve method of c-axis. In detail, the half value width by the X-ray rocking curve method of c axis is 4 degrees or less.
  • Patent Document 3 discloses in detail a matrix composed of ZnO polycrystals oriented in the c-axis.
  • the filler particles 23 are dispersed in the matrix 21.
  • the filler particles 23 do not emit fluorescent light or emit only fluorescent light of negligible intensity.
  • the material, shape and addition amount of the filler particles 23 are appropriately adjusted in accordance with the required chromaticity.
  • the filler particles 23 are, for example, inorganic particles, and typically contain a metal oxide.
  • the filler particles 23 may be substantially made of a metal oxide. Many of the metal oxides are suitable as the material of the filler particles 23 because they are chemically stable and emit little fluorescence.
  • the filler particles 23 include at least one selected from Al 2 O 3 particles, SiO 2 particles, and TiO 2 particles.
  • the average particle size of the filler particles 23 is, for example, in the range of 0.1 to 20 ⁇ m.
  • the average particle size of the filler particles 23 is smaller than, for example, the average particle size of the phosphor particles 22.
  • the ratio (D2 / D1) of the average particle diameter D2 of the filler particles 23 to the average particle diameter D1 of the phosphor particles 22 is, for example, in the range of 0.01 to 0.90.
  • the average particle size of the filler particles 23 can be measured by the same method as the average particle size of the phosphor particles 22.
  • the shape of the filler particles 23 may be spherical, scaly, or fibrous.
  • the volume of the phosphor particles 22 is defined as V1.
  • the volume of the filler particle 23 is defined as V2. At this time, the value of V2 / (V1 + V2) is, for example, in the range of 0.1 to 0.9.
  • the first protective layer 30 includes at least one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4 . These compounds hardly react with corrosive gases in the air.
  • the corrosive gas is, for example, a gas containing at least one selected from the group consisting of H 2 S, Cl 2 , NO 2 and SO 2 .
  • the first protective layer 30 hardly reacts with the corrosive gas.
  • the first protective layer 30 suppresses the permeation of corrosive gas. Therefore, ZnO contained in the matrix 21 hardly reacts with the corrosive gas. That is, it is possible to suppress the progress of the reaction between ZnO and the corrosive gas with time. Thereby, the temporal change of the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion member 100 is sufficiently suppressed. That is, the wavelength conversion member 100 has high reliability.
  • the first protective layer 30 may contain at least one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS and ZnSO 4 as a main component.
  • the first protective layer 30 may contain any one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4 as a main component.
  • the first protective layer 30 may consist essentially of at least one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4 .
  • the first protective layer 30 may contain impurities in addition to these compounds.
  • the thickness of the first protective layer 30 is smaller than the thickness of the phosphor layer 20, for example.
  • the thickness of the first protective layer 30 is, for example, in the range of 0.5 to 20 ⁇ m.
  • the thickness of the first protective layer 30 may be 2.0 ⁇ m or less, or 1.3 ⁇ m or less.
  • the fact that the wavelength conversion member 100 includes the first protective layer 30 can be confirmed by performing elemental analysis on the surface of the wavelength conversion member 100. Elemental analysis can be performed, for example, by an electron beam microanalyzer. The fact that the wavelength conversion member 100 includes the first protective layer 30 may be confirmed by observing the surface of the wavelength conversion member 100 with a laser microscope. The thickness of the first protective layer 30 can be measured, for example, by an electron beam microanalyzer.
  • a mixed sol containing a precursor such as zinc alkoxide, phosphor particles 22 and filler particles 23 is prepared.
  • the mixed sol is applied to the substrate 10 so that a coating film is formed on the substrate 10.
  • a printing method is mentioned as a formation method of a coating film.
  • the phosphor layer 20 is obtained by gelling the coating film and baking it.
  • the matrix 21 can be formed on the substrate 10 by a solution growth method.
  • the substrate 10 is prepared.
  • a crystalline ZnO thin film is formed on the substrate body 11 as a thin film 12.
  • a vacuum film forming method such as an electron beam vapor deposition method, a reactive plasma vapor deposition method, a sputtering method, and a pulsed laser storage method is used.
  • the thin film 12 may be a ZnO single crystal thin film or a ZnO polycrystalline thin film.
  • a layer including phosphor particles 22 and filler particles 23 is formed on the substrate 10 (on the thin film 12).
  • a dispersion liquid containing phosphor particles 22 and filler particles 23 is prepared.
  • the substrate 10 is placed in the dispersion, and the phosphor particles 22 and the filler particles 23 are deposited on the substrate 10 using electrophoresis. Thereby, a layer including the phosphor particles 22 and the filler particles 23 can be formed on the substrate 10.
  • the substrate 10 may be disposed in a dispersion, and the phosphor particles 22 and the filler particles 23 may be precipitated to form a layer including the phosphor particles 22 and the filler particles 23 on the substrate 10.
  • a layer containing the phosphor particles 22 and the filler particles 23 can also be formed on the substrate 10 using a coating solution containing the phosphor particles 22 and the filler particles 23 by a thin film forming method such as a printing method.
  • a matrix 21 is formed between particles by a solution growth method using a solution containing Zn.
  • Solution growth methods include chemical bath deposition under atmospheric pressure, hydrothermal synthesis under superatmospheric pressure, electrolytic deposition with voltage or current applied ( electrochemical deposition) and the like are used.
  • a solution for crystal growth for example, an aqueous solution of zinc nitrate containing hexamethylenetetramine is used.
  • a crystalline matrix 21 is epitaxially grown on the thin film 12.
  • the phosphor layer 20 is obtained.
  • the phosphor layer 20 is placed under an atmosphere of sample gas.
  • the sample gas contains at least one selected from the group consisting of H 2 S, Cl 2 and SO 2 .
  • ZnO contained in the matrix 21 reacts with the sample gas.
  • the first protective layer 30 is formed.
  • the formed first protective layer 30 is in close contact with the surface of the phosphor layer 20. In other words, almost no gap is formed between the first protective layer 30 and the phosphor layer 20. Thereby, the reflection of light is suppressed at the interface between the first protective layer 30 and the phosphor layer 20.
  • the first protective layer 30 is, for example, transparent and hardly absorbs visible light.
  • the first protective layer 30 suppresses the permeation of the sample gas. Therefore, after the first protective layer 30 is formed, ZnO contained in the matrix 21 hardly reacts with the sample gas.
  • the concentration of each of H 2 S, Cl 2 and SO 2 in the sample gas may be in the range of 0.005 to 10 vol ppm.
  • the period for which the phosphor layer 20 and the sample gas should be in contact may be in the range of 1 to 50 days.
  • the temperature of the sample gas when the sample gas is in contact with the phosphor layer 20 may be in the range of 1 to 50.degree.
  • the first protective layer 30 may be produced by depositing on the phosphor layer 20 at least one selected from the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4 . Examples of methods for depositing these compounds include sputtering, ion plating, electron beam evaporation, vacuum evaporation, chemical vapor deposition, and chemical vapor deposition.
  • the wavelength conversion member 110 according to the second embodiment includes the second protective layer 40. Except for the second protective layer 40, the structure of the wavelength conversion member 110 is the same as the structure of the wavelength conversion member 100 of the first embodiment. Therefore, the same referential mark may be given to the element common to the wavelength conversion member 100 of Embodiment 1, and the wavelength conversion member 110 of this embodiment, and those description may be abbreviate
  • the second protective layer 40 is disposed on the phosphor layer 20 and the first protective layer 30. Specifically, in the thickness direction of the wavelength conversion member 110, the substrate 10, the phosphor layer 20, the first protective layer 30, and the second protective layer 40 are arranged in this order. The second protective layer 40 covers the entire surface of the phosphor layer 20. The second protective layer 40 may only partially cover the surface of the phosphor layer 20. In the wavelength conversion member 110, the upper surface of the first protective layer 30 is in contact with the lower surface of the second protective layer 40. The second protective layer 40 may not be disposed on the first protective layer 30. The second protective layer 40 may be disposed between the phosphor layer 20 and the first protective layer 30.
  • the second protective layer 40 includes at least one selected from the group consisting of silicone resin, organic-inorganic hybrid material and glass.
  • the strength of the wavelength conversion member 110 is improved by the second protective layer 40.
  • the second protective layer 40 can further suppress the permeation of corrosive gas.
  • the second protective layer 40 may contain, as a main component, at least one selected from the group consisting of silicone resins, organic-inorganic hybrid materials, and glass.
  • the organic-inorganic hybrid material may be, for example, polysilsesquioxane having a siloxane bond.
  • the second protective layer 40 may be substantially made of glass.
  • the thickness of the second protective layer 40 is smaller than the thickness of the phosphor layer 20, for example.
  • the thickness of the second protective layer 40 is, for example, in the range of 0.5 to 20 ⁇ m.
  • the method for producing the second protective layer 40 is not particularly limited.
  • the second protective layer 40 contains a silicone resin
  • the second protective layer 40 can be produced by the following method. First, a dispersion containing a silicone resin is prepared. The dispersion is applied to the first protective layer 30 such that a coating is formed on the first protective layer 30. By drying the coating, the second protective layer 40 is formed.
  • the second protective layer 40 contains an organic-inorganic hybrid material
  • the second protective layer 40 can be produced by the following method. First, polysilsesquioxane is dissolved in benzyl alcohol to prepare a dispersion containing these. The dispersion is applied to the first protective layer 30 such that a coating is formed on the first protective layer 30. The second protective layer 40 is obtained by thermally curing the coating.
  • the second protective layer 40 contains glass
  • the second protective layer 40 can be produced by the following method. First, a sol containing a precursor such as silicon alkoxide is prepared. The sol is applied to the first protective layer 30 such that a coating is formed on the first protective layer 30. The second protective layer 40 is obtained by gelling the coating and baking.
  • the preparation of the first protective layer 30 is selected from, for example, the group consisting of ZnCl 2 , ZnS, and ZnSO 4. It is performed by depositing at least one on the second protective layer 40.
  • the wavelength conversion member 120 includes a phosphor layer 20, a first protective layer 31, and a second protective layer 41.
  • the material of the first protective layer 31 is the same as the first protective layer 30 described in the previous embodiment.
  • the material of the second protective layer 41 is the same as the second protective layer 40 described in the previous embodiment.
  • the second protective layer 41 has a plurality of pinholes 45.
  • the pinhole 45 is a through hole which penetrates the second protective layer 41 in the thickness direction.
  • a plurality of pinholes 45 overlap the top surface of the phosphor layer 20. In the plurality of pinholes 45, the plurality of first protective layers 31 are disposed on the phosphor layer 20.
  • the plurality of first protective layers 31 are in contact with the phosphor layer 20 through the plurality of pinholes 45.
  • the lower surfaces of the second protective layer 41 and the plurality of first protective layers 31 are in contact with the upper surface of the phosphor layer 20.
  • the thickness of each of the plurality of first protective layers 31 is smaller than the thickness of the second protective layer 41.
  • the diameters of the plurality of pinholes 45 in plan view may each be in the range of 1.0 nm to 1.0 ⁇ m.
  • the diameters of the plurality of pinholes 45 can be measured, for example, by observing the surface of the second protective layer 41 with an electron microscope.
  • each of the second protective layer 41 and the plurality of first protective layers 31 can be manufactured as follows. First, the second protective layer 41 is disposed on the phosphor layer 20. For the preparation of the second protective layer 41, the method described above can be used. The second protective layer 41 produced by the above-described method usually has a plurality of pinholes 45. A plurality of pinholes 45 may be formed by irradiating the second protective layer 41 with an ion beam. The phosphor layer 20 is exposed to the outside through the plurality of pinholes 45.
  • the phosphor layer 20 on which the second protective layer 41 is disposed is placed under an atmosphere of a sample gas.
  • ZnO contained in the matrix 21 reacts with the sample gas.
  • the plurality of first protective layers 31 are formed in the plurality of pinholes 45 of the second protective layer 41.
  • the light source 200 of the present embodiment includes the wavelength conversion member 100 and the light emitting element 51.
  • the phosphor layer 20 of the wavelength conversion member 100 is located between the light emitting element 51 and the substrate 10 of the wavelength conversion member 100.
  • the light source 200 is a reflective light source.
  • the wavelength conversion member 110 described with reference to FIG. 2 and the wavelength conversion member 120 described with reference to FIG. 3 can also be used. It is also possible to use a combination of these wavelength conversion members 100, 110 and 120 for the light source 200.
  • the light emitting element 51 emits excitation light.
  • the light emitting element 51 is typically a semiconductor light emitting element.
  • the semiconductor light emitting element is, for example, a light emitting diode (LED), a super luminescent diode (SLD) or a laser diode (LD).
  • the light emitting element 51 may be configured by one LD or may be configured by a plurality of LDs.
  • the plurality of LDs may be optically coupled.
  • the light emitting element 51 emits, for example, blue-violet light.
  • blue-violet light is light having a peak wavelength in the range of 380-420 nm.
  • the light source 200 further includes an optical system 50.
  • the optical system 50 may be located on the optical path of the excitation light emitted from the light emitting element 51.
  • the optical system 50 includes optical components such as a lens, a mirror, and an optical fiber.
  • the illumination device 300 of the present embodiment includes a light source 200 and an optical component 55.
  • the optical component 55 is a component for guiding light emitted from the light source 200 to the front, and more specifically, is a reflector.
  • the optical component 55 has, for example, a metal film of Al, Ag or the like or an Al film in which a protective film is formed on the surface.
  • a filter 56 may be provided in front of the light source 200. The filter 56 absorbs or scatters the blue light so that the coherent blue light from the light emitting element of the light source 200 does not go out directly.
  • the lighting device 300 may be a so-called reflector type or a projector type.
  • the lighting device 300 is, for example, a headlamp for a vehicle.
  • Example 1 a crystalline ZnO thin film was formed on the substrate body.
  • a substrate body As a substrate body, an Ag mirror with a protective film (manufactured by Keihin Light Film Industry Co., Ltd.) was used.
  • the protective film was SiO 2 .
  • Phosphor particles were placed on the ZnO thin film.
  • the material of the phosphor particles was YAG (manufactured by Nemoto Special Chemical Co., Ltd.).
  • a crystalline ZnO matrix was produced on the ZnO thin film by a solution growth method. Thereby, a phosphor layer containing phosphor particles embedded in a ZnO matrix was formed.
  • a solution for crystal growth an aqueous solution of zinc nitrate containing hexamethylenetetramine was used. The concentration of hexamethylenetetramine in the aqueous solution was 0.10 mol / L. The concentration of zinc nitrate in the aqueous solution was 0.10 mol / L. Thus, the wavelength conversion member of sample 1 was obtained.
  • sample 2 A phosphor layer was produced on the substrate by the same method as Sample 1. Next, the phosphor layer was placed under an atmosphere of sample gas.
  • the sample gas contained H 2 S, Cl 2 and SO 2 .
  • the concentration of H 2 S in the sample gas was 0.01 vol ppm.
  • the concentration of Cl 2 in the sample gas was 0.01 vol ppm.
  • the concentration of SO 2 in the sample gas was 0.2 vol ppm.
  • the temperature of the sample gas was 25.degree.
  • the humidity of the sample gas was 75% RH.
  • the phosphor layer and the sample gas were in contact for 10 days. Thus, the wavelength conversion member of sample 2 was obtained.
  • the wavelength conversion member of sample 2 was analyzed by an electron beam microanalyzer.
  • JXA-8900R manufactured by JEOL Ltd.
  • the analysis results are shown in FIG.
  • a graph showing the detection result of S atoms and a graph showing the detection results of Cl atoms are displayed side by side.
  • the horizontal axis of the graph indicates the distance from the detection unit of the electron beam microanalyzer in the thickness direction of the wavelength conversion member.
  • the vertical axis of the graph indicates the strength of the detection signal.
  • S atoms and Cl atoms were detected in the range surrounded by the broken line.
  • the range surrounded by the broken line was 1.3 ⁇ m. That is, the first protective layer of the wavelength conversion member of sample 2 had a thickness of 1.3 ⁇ m.
  • Example 3 The wavelength conversion member of Sample 3 was obtained by the same method as Sample 2 except that the composition of the phosphor layer was changed.
  • Al 2 O 3 particles were added to the phosphor layer as filler particles.
  • the volume ratio of phosphor particles to filler particles was adjusted so as to obtain the required chromaticity of light.
  • the ratio of the volume of phosphor particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 65 vol%.
  • the ratio of the volume of filler particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 35 vol%.
  • excitation light was irradiated to the obtained wavelength conversion member.
  • An LD was used as an excitation light source.
  • the wavelength of the excitation light was 447 nm.
  • the energy density of the excitation light was 13.9 kW / mm 2 .
  • the luminous intensity of the light emitted from the wavelength conversion member and the CIE chromaticity coordinates of the light were measured by a luminance meter.
  • a luminance meter an imaging color luminance meter LumiCam 1300 (manufactured by Instrument Systems) was used.
  • the color temperature of light was calculated based on the obtained CIE chromaticity coordinates.
  • the temperature of the surface of the phosphor layer contained in the wavelength conversion member was measured by infrared thermography.
  • FLIR T640 manufactured by FLIR Systems Japan
  • the first protective layer was formed on the phosphor layer by the same method as Sample 3, except that the composition of the phosphor layer was changed. Specifically, the volume ratio of phosphor particles to filler particles was adjusted to obtain the required chromaticity of light. The ratio of the volume of phosphor particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 50 vol%. The ratio of the volume of filler particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 50 vol%. Next, a sol containing tetraethyl orthosilicate was prepared. The sol was applied to the first protective layer so that a coating was formed on the first protective layer.
  • the coating was gelled and baked to cure the coating, thereby producing a second protective layer on the first protective layer. Baking was performed at 160 ° C. for 3 hours.
  • the second protective layer was made of glass.
  • the wavelength conversion member of sample 4 was obtained. Excitation light was irradiated to the wavelength conversion member of sample 4 by the same method as sample 3. At this time, the emission intensity of the light emitted from the wavelength conversion member, the CIE chromaticity coordinates of the light, the color temperature of the light, and the temperature of the surface of the phosphor particles contained in the wavelength conversion member were measured or calculated. The obtained results are shown in Table 1.
  • Example 5 A phosphor layer was produced on the substrate by the same method as Sample 1 except that the composition of the phosphor layer was changed. In detail, Al 2 O 3 particles were added to the phosphor layer as filler particles. The volume ratio of phosphor particles to filler particles was adjusted so as to obtain the required chromaticity of light. The ratio of the volume of phosphor particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 50 vol%. The ratio of the volume of filler particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 50 vol%. Next, a second protective layer was produced on the phosphor layer. The preparation of the second protective layer was performed by the same method as Sample 4.
  • the phosphor layer was placed under an atmosphere of sample gas.
  • the composition of the sample gas, the temperature of the sample gas, the humidity of the sample gas, and the period of contact with the sample gas were the same as those of the sample 2.
  • the plurality of first protective layers were formed on the phosphor layer in the plurality of pinholes of the second protective layer.
  • the wavelength conversion member of sample 5 was obtained.
  • Excitation light was irradiated to the wavelength conversion member of sample 5 by the same method as sample 3.
  • the emission intensity of the light emitted from the wavelength conversion member, the CIE chromaticity coordinates of the light, the color temperature of the light, and the temperature of the surface of the phosphor particles contained in the wavelength conversion member were measured or calculated. The obtained results are shown in Table 1.
  • Example 6 The wavelength conversion member of Sample 6 was obtained by the same method as Sample 1 except that the composition of the phosphor layer was changed. In detail, Al 2 O 3 particles were added to the phosphor layer as filler particles. The volume ratio of phosphor particles to filler particles was adjusted so as to obtain the required chromaticity of light. The ratio of the volume of phosphor particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 65 vol%. The ratio of the volume of filler particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 35 vol%. Excitation light was irradiated to the wavelength conversion member of sample 6 by the same method as sample 3.
  • Example 7 a mixed sol containing tetraethyl orthosilicate, phosphor particles and filler particles was prepared.
  • the material of the phosphor particles was YAG (manufactured by Nemoto Special Chemical Co., Ltd.).
  • the filler particles were Al 2 O 3 particles.
  • the mixed sol was applied to the substrate such that a coating film was formed on the substrate.
  • an Ag mirror with a protective film manufactured by Keihin Light Film Industry Co., Ltd.
  • the phosphor layer was formed by drying and baking the coating film.
  • the phosphor layer of the wavelength conversion member of Sample 7 had a glass matrix, not a ZnO matrix.
  • the glass matrix contained silicone as a main component.
  • the ratio of the volume of phosphor particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 50 vol%.
  • the ratio of the volume of filler particles to the total value of the volume of phosphor particles and the volume of filler particles was 50 vol%.
  • Excitation light was irradiated to the wavelength conversion member of sample 7 by the same method as sample 3. At this time, the emission intensity of the light emitted from the wavelength conversion member, the CIE chromaticity coordinates of the light, the color temperature of the light, and the temperature of the surface of the phosphor particles contained in the wavelength conversion member were measured or calculated. The obtained results are shown in Table 1.
  • Each of the wavelength conversion members of Samples 3 to 7 was placed under the corrosive gas atmosphere.
  • the corrosive gases contained H 2 S, Cl 2 , NO 2 and SO 2 .
  • the concentration of H 2 S in the corrosive gas was 0.01 vol ppm.
  • the concentration of Cl 2 in the corrosive gas was 0.01 vol ppm.
  • the concentration of NO 2 in the corrosive gas was 0.2 vol ppm.
  • the concentration of SO 2 in the corrosive gas was 0.2 vol ppm.
  • the temperature of the corrosive gas was 25.degree.
  • the humidity of the corrosive gas was 75% RH.
  • the wavelength conversion member was in contact with the corrosive gas for 10 days.
  • the wavelength conversion members of Samples 3 to 7 were irradiated with excitation light.
  • the CIE chromaticity coordinates of the light emitted from the wavelength conversion member were measured by a luminance meter.
  • the color temperature of light was calculated based on the obtained CIE chromaticity coordinates. The obtained results are shown in Table 1.
  • FIGS. 9 to 11 show changes in CIE chromaticity coordinates of light emitted from the wavelength conversion members of Samples 3, 5 and 6, respectively.
  • the square marks indicate the CIE chromaticity coordinates of the light emitted from the wavelength conversion member before contacting with the corrosive gas.
  • the circles indicate the CIE chromaticity coordinates of the light emitted from the wavelength conversion member after being in contact with the corrosive gas.
  • the color temperature range of 4500 to 6500 K is surrounded by a frame.
  • the dotted lines show the relationship between the chromaticity of the light emitted from the black body and the color temperature.
  • the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion member of sample 3 hardly changed before and after the contact with the corrosive gas. That is, the wavelength conversion member of sample 3 had high reliability. Similar to sample 3, the wavelength conversion member of sample 4 also had high reliability.
  • the change in color temperature of light before and after contacting with the corrosive gas was within the range of 1000K. That is, the wavelength conversion member of sample 5 had sufficient reliability in practical use.
  • the chromaticity of the light emitted from the wavelength conversion member of sample 6 changed significantly before and after the contact with the corrosive gas.
  • the reliability of the wavelength conversion member of sample 6 was inferior to the wavelength conversion members of samples 3 to 5.
  • the temperature (150 ° C.) of the surface of the phosphor contained in the wavelength conversion member of Sample 7 was higher than in Samples 3 to 6.
  • the emission intensity of the light emitted from the wavelength conversion member is reduced.
  • the emission intensity of the light emitted from the wavelength conversion member of sample 7 was lower than that of samples 3 to 6.
  • the light source of the present disclosure includes, for example, general lighting devices such as ceiling lights, spotlights, illuminations for stadiums, special lighting devices such as lighting for studios, lighting devices for vehicles such as headlamps, projectors such as projectors and head-up displays It can be used for Further, the light source of the present disclosure includes, for example, lights for endoscopes; imaging devices such as digital cameras, cellular phones, and smartphones, monitors for personal computers (PCs), notebook personal computers, televisions, personal digital assistants (PDX), It can be used as a light source in a liquid crystal display device such as a smartphone, a tablet PC, a mobile phone and the like.
  • general lighting devices such as ceiling lights, spotlights, illuminations for stadiums
  • special lighting devices such as lighting for studios
  • lighting devices for vehicles such as headlamps
  • projectors such as projectors and head-up displays
  • the light source of the present disclosure includes, for example, lights for endoscopes; imaging devices such as digital cameras, cellular phones, and smartphones, monitors for

Abstract

高い信頼性を有する波長変換部材を提供する。本開示の波長変換部材(100)は、ZnOを含むマトリクス(21)と、マトリクス(21)に埋め込まれた蛍光体粒子(22)とを有する蛍光体層(20)と、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、蛍光体層(20)を被覆している第1保護層(30)と、を備える。例えば、第1保護層(30)が蛍光体層(20)に接している。例えば、ZnOは、c軸に配向したZnO多結晶である。

Description

波長変換部材及び光源
 本開示は、波長変換部材及び光源に関する。
 近年、発光素子及び波長変換部材を備えた光源が開発されている。波長変換部材は、マトリクスに埋め込まれた蛍光体粒子を有する。発光素子の光が励起光として蛍光体粒子に照射され、励起光の波長よりも長い波長の光が蛍光体から放射される。このタイプの光源において、光の輝度及び出力を高めるための試みがなされている。
 特許文献1は、シリコーン樹脂に蛍光体が分散しているLED封止樹脂体を開示している。特許文献2は、マトリクスの材料としてガラスが使用された波長変換部材を開示している。特許文献3は、マトリクスの材料として酸化亜鉛(ZnO)が使用された波長変換部材を開示している。ZnOは、シリコーン樹脂などに比べて、耐熱性に優れている。ZnOは、多くの蛍光体の屈折率に近い屈折率を有する無機材料であるとともに、優れた透光性及び熱伝導性を有する。特許文献3の波長変換部材によれば、蛍光体粒子とZnOマトリクスとの界面での光散乱が抑制され、高い光出力が達成されうる。
国際公開第2011/111293号 特開2011-168627号公報 国際公開第2013/172025号
 特許文献3の波長変換部材は、信頼性の観点から改良の余地を有する。
 本開示は、高い信頼性を有する波長変換部材を提供することを目的とする。
 すなわち、本開示は、ZnOを含むマトリクスと、マトリクスに埋め込まれた蛍光体粒子とを有する蛍光体層と、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、かつ蛍光体層を被覆している第1保護層と、を備えた、波長変換部材を提供する。
 本開示の技術によれば、高い信頼性を有する波長変換部材を提供できる。
図1は、本開示の実施形態1にかかる波長変換部材の概略断面図である。 図2は、本開示の実施形態2にかかる波長変換部材の概略断面図である。 図3は、本開示の実施形態3にかかる波長変換部材の概略断面図である。 図4は、本開示の波長変換部材を用いた反射型光源の概略断面図である。 図5は、本開示の光源を用いた照明装置の概略構成図である。 図6は、サンプル1の波長変換部材のレーザー顕微鏡画像図である。 図7は、サンプル2の波長変換部材のレーザー顕微鏡画像図である。 図8は、電子線マイクロアナライザによって、サンプル2の波長変換部材を分析した結果を示すグラフである。 図9は、サンプル3の波長変換部材から放射された光のCIE色度座標の変化を示すグラフである。 図10は、サンプル5の波長変換部材から放射された光のCIE色度座標の変化を示すグラフである。 図11は、サンプル6の波長変換部材から放射された光のCIE色度座標の変化を示すグラフである。
 (本開示の基礎となった知見)
 特許文献3の波長変換部材において、マトリクスに含まれたZnOは、空気中の腐食性ガスと反応することがある。ZnOと腐食性ガスとの反応は、経時的に進行する。上記の反応が経時的に進行することによって、波長変換部材から放射された光の色度が経時変化することがある。
 本開示の第1態様にかかる波長変換部材は、
 ZnOを含むマトリクスと、マトリクスに埋め込まれた蛍光体粒子とを有する蛍光体層と、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、かつ蛍光体層を被覆している第1保護層と、を備えたものである。
 第1態様によれば、第1保護層は、空気中の腐食性ガスの透過を抑制する。そのため、蛍光体層のマトリクスに含まれたZnOは、腐食性ガスとほとんど反応しない。すなわち、ZnOと腐食性ガスとの反応が経時的に進行することを抑制できる。これにより、波長変換部材から放射された光の色度の経時変化が十分に抑制される。すなわち、波長変換部材は、高い信頼性を有する。
 本開示の第2態様において、例えば、第1態様にかかる波長変換部材の前記第1保護層が蛍光体層に接している。第2態様によれば、波長変換部材から放射された光の色度の経時変化を十分に抑制することができる。
 本開示の第3態様において、例えば、第1又は第2態様にかかる波長変換部材のZnOは、c軸に配向したZnO多結晶である。第3態様によれば、蛍光体層内における光散乱がより抑制される。そのため、波長変換部材において、高い光出力を達成できる。
 本開示の第4態様において、例えば、第1~第3態様のいずれか1つにかかる波長変換部材の蛍光体層は、フィラー粒子をさらに有する。第4態様によれば、波長変換部材は、必要とする色度を有する光を放射する。
 本開示の第5態様において、例えば、第1~第4態様のいずれか1つにかかる波長変換部材の第1保護層の厚さは、0.5~20μmの範囲にある。第5態様によれば、第1保護層が十分に薄いため、高い発光効率を達成できる。
 本開示の第6態様において、例えば、第1~第5態様のいずれか1つにかかる波長変換部材は、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリット材料及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、蛍光体層を被覆している第2保護層をさらに備える。第6態様によれば、第2保護層によって、波長変換部材の強度が向上する。第2保護層によって、腐食性ガスの透過をさらに抑制することもできる。
 本開示の第7態様にかかる光源は、発光素子と、発光素子から照射された励起光を受けて蛍光を放射する第1~第6態様のいずれか1つにかかる波長変換部材と、を備えたものである。
 第7態様によれば、光の色度の経時変化が十分に抑制された光源を提供できる。すなわち、光源は、高い信頼性を有する。
 以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
 (実施形態1)
 図1に示すように、本実施形態1にかかる波長変換部材100は、基板10、蛍光体層20及び第1保護層30を備えている。基板10は、蛍光体層20及び第1保護層30を支持している。蛍光体層20は、基板10の上に配置されている。蛍光体層20は、基板10の表面全体を被覆している。蛍光体層20は、基板10の表面を部分的に被覆しているだけでもよい。蛍光体層20の下面は、基板10の上面に接している。
 第1保護層30は、蛍光体層20の上に配置されている。基板10と第1保護層30との間に蛍光体層20が配置されている。すなわち、波長変換部材100の厚さ方向において、基板10、蛍光体層20及び第1保護層30がこの順番で並んでいる。第1保護層30は、蛍光体層20の表面全体を被覆している。第1保護層30は、蛍光体層20の表面を部分的に被覆しているだけでもよい。第1保護層30の下面は、蛍光体層20の上面に接している。
 蛍光体層20は、マトリクス21及び蛍光体粒子22を有する。蛍光体層20は、さらに、フィラー粒子23を有していてもよい。マトリクス21は、各粒子間に存在している。各粒子は、マトリクス21に埋め込まれている。言い換えれば、各粒子は、マトリクス21に分散されている。
 第1の波長帯域を有する励起光が波長変換部材100に照射されたとき、波長変換部材100は、励起光の一部を第2の波長帯域を有する光に変換して放射する。波長変換部材100は、励起光の波長よりも長い波長の光を放射する。第2の波長帯域は、第1の波長帯域と異なる帯域である。ただし、第2の波長帯域の一部が第1の波長帯域に重なっていてもよい。波長変換部材100から放射された光には、蛍光体粒子22から放射された光だけでなく、励起光そのものが含まれていてもよい。
 基板10は、基板本体11及び薄膜12を有する。基板10の厚さは、例えば、蛍光体層20の厚さよりも大きい。基板本体11は、サファイア(Al23)、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、シリコン、アルミニウム、ガラス、石英(SiO2)、炭化ケイ素(SiC)及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。基板本体11は、例えば、励起光及び蛍光体粒子22から放射された光に対して透光性を有していてもよいし、有していなくてもよい。基板本体11は、鏡面研磨された表面を有していてもよい。
 基板本体11の表面は、反射防止膜、ダイクロイックミラー、金属反射膜、増反射膜、保護膜などに被覆されていてもよい。反射防止膜は、励起光の反射を防止するための膜である。ダイクロックミラーは、誘電体多層膜によって構成されうる。金属反射膜は、光を反射させるための膜であり、銀、アルミなどの金属材料で作られている。増反射膜は、誘電体多層膜によって構成されうる。保護膜は、これらの膜を物理的又は化学的に保護するための膜でありうる。
 薄膜12は、蛍光体層20を形成するための下地層として機能する。蛍光体層20のマトリクス21が結晶質であるとき、薄膜12は、マトリクス21の結晶成長過程における種結晶として機能する。つまり、薄膜12は、単結晶薄膜又は多結晶薄膜である。マトリクス21がZnO単結晶又はZnO多結晶によって構成されているとき、薄膜12は、ZnO単結晶薄膜又はZnO多結晶薄膜でありうる。ただし、基板本体11が種結晶の機能を発揮できる場合、薄膜12は省略されていてもよい。例えば、基板本体11が結晶質のGaN又は結晶質のZnOによって構成されているとき、結晶質のZnOによって構成されたマトリクス21を基板本体11の上に直接形成することができる。
 蛍光体層20において、蛍光体粒子22は、マトリクス21に分散されている。図1において、蛍光体粒子22は、互いに離れている。フィラー粒子23も蛍光体粒子22から離れている。ただし、蛍光体粒子22が互いに接していてもよいし、フィラー粒子23が蛍光体粒子22に接していてもよい。蛍光体粒子22に複数のフィラー粒子23が接していてもよい。蛍光体粒子22及びフィラー粒子23は、石垣のように積まれていてもよい。
 蛍光体粒子22は、励起光を受けて蛍光を放射する。蛍光体粒子22の材料は、特に限定されない。種々の蛍光物質が蛍光体粒子22の材料として使用されうる。具体的には、Y3Al512:Ce(YAG)、Y3(Al,Ga)512:Ce(GYAG)、Lu3Al512:Ce(LuAG)、(Si,Al)6(O,N)8:Eu(β-SiAlON)、(La,Y)3Si611:Ce(LYSN)、La3Si611:Ce(LSN)、Lu2CaMg2Si312:Ce(LCMS)、Sr2SiO4:Eu、(Ba,Sr)Si222:Eu、Ca3Sc2Si312:Ce、CaSi222:Euなどの蛍光物質が使用されうる。蛍光体粒子22は、互いに異なる組成を有する複数の種類の蛍光体粒子を含んでいてもよい。蛍光体粒子22の材料は、波長変換部材100から放射されるべき光の色度に応じて選択される。
 蛍光体粒子22の平均粒径は、例えば、0.1~50μmの範囲にある。蛍光体粒子22の平均粒径は、例えば、次の方法によって特定することができる。まず、波長変換部材100の断面を走査電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定の蛍光体粒子22の面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定の蛍光体粒子22の粒径(粒子の直径)とみなす。任意の個数(例えば50個)の蛍光体粒子22の粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値を蛍光体粒子22の平均粒径とみなす。本開示において、蛍光体粒子22の形状は限定されない。蛍光体粒子22の形状は、球状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。本開示において、平均粒径の測定方法は上記の方法に限定されない。
 マトリクス21は、ZnOを含む。ZnOは、透明性及び熱伝導性の観点から、マトリクス21の材料に適している。ZnOは、高い熱伝導性を有する。そのため、ZnOがマトリクス21の材料として使用されているとき、蛍光体層20の熱を外部(主に基板10)に容易に逃がすことができる。マトリクス21は、ZnOを主成分として含んでいてもよい。「主成分」とは、マトリクス21に重量比で最も多く含まれた成分を意味する。マトリクス21は、実質的にZnOからなっていてもよい。「実質的に~からなる」は、言及された化合物の本質的特徴を変更する他の成分を排除することを意味する。ただし、マトリクス21は、ZnOの他に不純物を含んでいてもよい。
 マトリクス21の材料としてのZnOは、詳細には、ZnO単結晶又はc軸に配向したZnO多結晶である。ZnOは、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。「c軸に配向したZnO」とは、基板10の主面(最も広い面積を有する面)に平行な面がc面であることを意味する。マトリクス21がc軸に配向したZnO多結晶を含むとき、蛍光体層20の内部において光散乱が抑制され、高い光出力を達成できる。
 c軸に配向したZnO多結晶は、c軸に配向した複数の柱状の結晶粒を含む。c軸に配向したZnO多結晶において、c軸方向の結晶粒界が少ない。「柱状の結晶粒がc軸に配向している」とは、c軸方向のZnOの成長がa軸方向のZnOの成長よりも速く、基板10の上に縦長のZnO結晶粒が形成されていることを意味する。ZnO結晶粒のc軸は、基板10の法線方向に平行である。あるいは、基板10の法線方向に対するZnO結晶粒のc軸の傾きが4°以下である。ここで、「c軸の傾きが4°以下」とは、c軸の傾きの分布が4°以下という意味であって、全ての結晶粒のc軸の傾きが4°以下であることを必ずしも意味しない。「c軸の傾き」は、c軸のX線ロッキングカーブ法による半値幅で評価できる。詳細には、c軸のX線ロッキングカーブ法による半値幅が4°以下である。特許文献3(国際公開第2013/172025号)は、c軸に配向したZnO多結晶によって構成されたマトリクスを詳しく開示している。
 蛍光体層20において、フィラー粒子23は、マトリクス21に分散されている。フィラー粒子23に励起光が照射されたとき、フィラー粒子23は、蛍光の光を放射しないか、無視できる強度の蛍光の光のみを放射する。フィラー粒子23の材料、形状及び添加量は、必要とする色度に応じて適宜調節される。
 フィラー粒子23は、例えば無機粒子であり、典型的には金属酸化物を含む。フィラー粒子23は、実質的に金属酸化物からなっていてもよい。金属酸化物の多くは、化学的に安定であり、蛍光を殆ど放射しないので、フィラー粒子23の材料として適している。一例において、フィラー粒子23は、Al23粒子、SiO2粒子及びTiO2粒子から選ばれる少なくとも1つを含む。
 フィラー粒子23の平均粒径は、例えば、0.1~20μmの範囲にある。フィラー粒子23の平均粒径は、例えば、蛍光体粒子22の平均粒径よりも小さい。蛍光体粒子22の平均粒径D1に対するフィラー粒子23の平均粒径D2の比率(D2/D1)は、例えば、0.01~0.90の範囲にある。フィラー粒子23の平均粒径は、蛍光体粒子22の平均粒径と同じ方法によって測定されうる。フィラー粒子23の形状は、球状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。蛍光体粒子22の体積をV1と定義する。フィラー粒子23の体積をV2と定義する。このとき、V2/(V1+V2)の値は、例えば、0.1~0.9の範囲にある。
 第1保護層30は、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。これらの化合物は、空気中の腐食性ガスとほとんど反応しない。腐食性ガスとは、例えば、H2S、Cl2、NO2及びSO2からなる群より選ばれる少なくとも1つを含むガスである。第1保護層30は、腐食性ガスとほとんど反応しない。第1保護層30は、腐食性ガスの透過を抑制する。そのため、マトリクス21に含まれたZnOは、腐食性ガスとほとんど反応しない。すなわち、ZnOと腐食性ガスとの反応が経時的に進行することを抑制できる。これにより、波長変換部材100から放射された光の色度の経時変化が十分に抑制される。すなわち、波長変換部材100は、高い信頼性を有する。
 第1保護層30は、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを主成分として含んでいてもよい。第1保護層30は、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれるいずれか1つを主成分として含んでいてもよい。第1保護層30は、実質的にZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つからなっていてもよい。ただし、第1保護層30は、これらの化合物の他に不純物を含んでいてもよい。
 第1保護層30の厚さは、例えば、蛍光体層20の厚さよりも小さい。第1保護層30の厚さは、例えば、0.5~20μmの範囲にある。第1保護層30が薄ければ薄いほど、高い発光効率を達成できる。第1保護層30の厚さは、2.0μm以下であってもよく、1.3μm以下であってもよい。
 波長変換部材100が第1保護層30を備えていることは、波長変換部材100の表面について元素分析を行うことによって確認できる。元素分析は、例えば、電子線マイクロアナライザによって実施できる。波長変換部材100が第1保護層30を備えていることは、波長変換部材100の表面をレーザー顕微鏡で観察することによって確認できることがある。第1保護層30の厚さは、例えば、電子線マイクロアナライザによって測定できる。
 次に、波長変換部材100の製造方法を説明する。
 まず、亜鉛アルコキシドなどの前駆体、蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む混合ゾルを調製する。基板10の上に塗膜が形成されるように、基板10に混合ゾルを塗布する。塗膜の形成方法としては、印刷法が挙げられる。塗膜をゲル化させ、焼成することによって、蛍光体層20が得られる。
 マトリクス21がZnO単結晶又はc軸に配向したZnO多結晶である場合、溶液成長法によって基板10の上にマトリクス21を形成することができる。まず、基板10を準備する。基板本体11の上に薄膜12として結晶性のZnO薄膜を形成する。ZnO薄膜を形成する方法としては、電子ビーム蒸着法、反応性プラズマ蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ蓄積法などの真空成膜法が用いられる。薄膜12は、ZnO単結晶薄膜又はZnO多結晶薄膜でありうる。次に、基板10の上(薄膜12の上)に蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む層を形成する。例えば、蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む分散液を調製する。基板10を分散液中に配置し、電気泳動法を用いて蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を基板10の上に堆積させる。これにより、蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む層を基板10の上に形成することができる。基板10を分散液中に配置し、蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を沈降させることによって基板10の上に蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む層を形成することもできる。蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む塗布液を用い、印刷法などの薄膜形成方法によって蛍光体粒子22及びフィラー粒子23を含む層を基板10の上に形成することもできる。
 次に、Znを含有する溶液を使用した溶液成長法によって、粒子間にマトリクス21を形成する。これにより、蛍光体層20が得られる。溶液成長法には、大気圧下で行われる化学溶液析出法(chemical bath deposition)、大気圧以上の圧力下で行う水熱合成法(hydrothermal synthesis)、電圧又は電流を印加する電解析出法(electrochemical deposition)などが用いられる。結晶成長用の溶液として、例えば、ヘキサメチレンテトラミンを含有する硝酸亜鉛の水溶液が用いられる。結晶質のマトリクス21は、薄膜12の上にエピタキシャル成長する。これによって、蛍光体層20が得られる。
 次に、蛍光体層20を試料ガスの雰囲気下に置く。試料ガスは、H2S、Cl2及びSO2からなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。蛍光体層20の表面付近において、マトリクス21に含まれたZnOが試料ガスと反応する。これにより、第1保護層30が形成される。このとき、形成された第1保護層30は、蛍光体層20の表面と密着している。言い換えると、第1保護層30と蛍光体層20との間に、隙間がほとんど形成されない。これにより、第1保護層30と蛍光体層20との界面において、光の反射が抑制される。第1保護層30は、例えば、透明であり、可視光をほとんど吸収しない。すなわち、上記の方法によって作製された波長変換部材100によれば、高い光出力が達成される。第1保護層30は、試料ガスの透過を抑制する。そのため、第1保護層30が形成されたあとに、マトリクス21に含まれたZnOは、試料ガスとほとんど反応しない。
 試料ガスにおけるH2S、Cl2及びSO2のそれぞれの濃度は、0.005~10vol ppmの範囲にあってもよい。蛍光体層20と試料ガスとを接触させるべき期間は、1~50日間の範囲にあってもよい。試料ガスと蛍光体層20とを接触させるときの試料ガスの温度は、1~50℃の範囲にあってもよい。
 第1保護層30は、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを蛍光体層20に堆積させることによって作製されてもよい。これらの化合物を堆積させる方法としては、スパッタリング法、イオンプレーティング法、電子ビーム蒸着法、真空蒸着法、化学蒸着法、化学的気相法などが挙げられる。
 (実施形態2)
 図2に示すように、本実施形態2にかかる波長変換部材110は、第2保護層40を備えている。第2保護層40を除き、波長変換部材110の構造は、実施形態1の波長変換部材100の構造と同じである。したがって、実施形態1の波長変換部材100と本実施形態の波長変換部材110とで共通する要素には同じ参照符号を付し、それらの説明を省略することがある。すなわち、以下の各実施形態に関する説明は、技術的に矛盾しない限り、相互に適用されうる。さらに、技術的に矛盾しない限り、各実施形態は、相互に組み合わされてもよい。
 第2保護層40は、蛍光体層20及び第1保護層30の上に配置されている。詳細には、波長変換部材110の厚さ方向において、基板10、蛍光体層20、第1保護層30及び第2保護層40がこの順番で並んでいる。第2保護層40は、蛍光体層20の表面全体を被覆している。第2保護層40は、蛍光体層20の表面を部分的に被覆しているだけでもよい。波長変換部材110において、第1保護層30の上面が第2保護層40の下面に接している。第2保護層40は、第1保護層30の上に配置されていなくてもよい。第2保護層40は、蛍光体層20と第1保護層30との間に配置されていてもよい。
 第2保護層40は、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリット材料及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも1つを含む。第2保護層40によって、波長変換部材110の強度が向上する。第2保護層40によって、腐食性ガスの透過をさらに抑制することもできる。第2保護層40は、シリコーン樹脂、有機無機ハイブリット材料及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも1つを主成分として含んでいてもよい。有機無機ハイブリッド材料は、例えばシロキサン結合を有するポリシルセスキオキサンであってもよい。第2保護層40は、実質的にガラスからなっていてもよい。第2保護層40の厚さは、例えば、蛍光体層20の厚さよりも小さい。第2保護層40の厚さは、例えば、0.5~20μmの範囲にある。
 第2保護層40を作製する方法は、特に限定されない。例えば、第2保護層40がシリコーン樹脂を含む場合、次の方法によって、第2保護層40を作製できる。まず、シリコーン樹脂を含む分散液を調製する。第1保護層30の上に塗膜が形成されるように、第1保護層30に分散液を塗布する。塗膜を乾燥させることによって、第2保護層40が形成される。
 第2保護層40が有機無機ハイブリッド材料を含む場合、次の方法によって、第2保護層40を作製できる。まず、ベンジルアルコールにポリシルセスキオキサンを溶解させ、これらを含む分散液を調製する。第1保護層30の上に塗膜が形成されるように、第1保護層30に分散液を塗布する。塗膜を熱硬化させることによって、第2保護層40が得られる。
 第2保護層40がガラスを含む場合、次の方法によって、第2保護層40を作製できる。まず、シリコンアルコキシドなどの前駆体を含むゾルを調製する。第1保護層30の上に塗膜が形成されるように、第1保護層30にゾルを塗布する。塗膜をゲル化させ、焼成することによって、第2保護層40が得られる。
 第2保護層40が蛍光体層20と第1保護層30との間に配置されているとき、第1保護層30の作製は、例えば、ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを第2保護層40の上に堆積させることによって行われる。
 (実施形態3)
 図3に示すように、本実施形態にかかる波長変換部材120は、蛍光体層20、第1保護層31及び第2保護層41を備えている。第1保護層31の材料は、先の実施形態で説明した第1保護層30と同じである。第2保護層41の材料は、先の実施形態で説明した第2保護層40と同じである。第2保護層41は、複数のピンホール45を有する。ピンホール45は、第2保護層41をその厚さ方向に貫通している貫通孔である。複数のピンホール45が蛍光体層20の上面に重なっている。複数のピンホール45内において、複数の第1保護層31が蛍光体層20の上に配置されている。言い換えると、複数のピンホール45を通じて、複数の第1保護層31が蛍光体層20に接している。第2保護層41及び複数の第1保護層31のそれぞれの下面が蛍光体層20の上面と接している。波長変換部材120において、複数の第1保護層31のそれぞれの厚さは、第2保護層41の厚さに比べて小さい。
 平面視での複数のピンホール45の直径は、それぞれ、1.0nm~1.0μmの範囲にあってもよい。複数のピンホール45の直径は、例えば、第2保護層41の表面を電子顕微鏡で観察することによって測定できる。
 波長変換部材120において、第2保護層41及び複数の第1保護層31のそれぞれは、次のようにして作製できる。まず、蛍光体層20の上に第2保護層41を配置する。第2保護層41の作製には、上述した方法を利用できる。上述した方法によって作製された第2保護層41は、通常、複数のピンホール45を有している。第2保護層41に対して、イオンビームを照射することによって、複数のピンホール45を形成してもよい。複数のピンホール45を通じて、蛍光体層20が外部に露出している。
 次に、第2保護層41が配置された蛍光体層20を試料ガスの雰囲気下に置く。外部に露出している蛍光体層20の表面付近において、マトリクス21に含まれたZnOが試料ガスと反応する。これにより、第2保護層41の複数のピンホール45内において、複数の第1保護層31が形成される。
 (光源の実施形態)
 図4に示すように、本実施形態の光源200は、波長変換部材100及び発光素子51を備えている。発光素子51と波長変換部材100の基板10との間に波長変換部材100の蛍光体層20が位置している。光源200は、反射型光源である。波長変換部材100に代えて、図2を参照して説明した波長変換部材110及び図3を参照して説明した波長変換部材120も使用可能である。これらの波長変換部材100,110及び120の組み合わせを光源200に使用することも可能である。
 発光素子51は、励起光を放射する。発光素子51は、典型的には、半導体発光素子である。半導体発光素子は、例えば、発光ダイオード(LED)、スーパールミネッセントダイオード(SLD)又はレーザーダイオード(LD)である。
 発光素子51は、1つのLDによって構成されていてもよく、複数のLDによって構成されていてもよい。複数のLDは、光学的に結合されていてもよい。発光素子51は、例えば、青紫光を放射する。本開示において、青紫光は、380~420nmの範囲のピーク波長を有する光である。
 光源200は、光学系50をさらに備えている。発光素子51から放射された励起光の光路上に光学系50が位置していてもよい。光学系50は、レンズ、ミラー、光ファイバーなどの光学部品を含む。
 (照明装置の実施形態)
 図5に示すように、本実施形態の照明装置300は、光源200及び光学部品55を備えている。光学部品55は、光源200から放射された光を前方に導くための部品であり、具体的には、リフレクタである。光学部品55は、例えば、Al、Agなどの金属膜又は表面に保護膜が形成されたAl膜を有する。光源200の前方には、フィルタ56が設けられていてもよい。フィルタ56は、光源200の発光素子からのコヒーレントな青色光が直接外部に出ないように、青色光を吸収又は散乱させる。照明装置300は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、プロジェクタータイプであってもよい。照明装置300は、例えば、車両用ヘッドランプである。
 本開示を実施例に基づき、具体的に説明する。ただし、本開示は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
 (サンプル1)
 まず、基板本体の上に、結晶性のZnO薄膜を形成した。基板本体としては、保護膜付きAgミラー(京浜光膜工業社製)を用いた。保護膜は、SiO2であった。ZnO薄膜の上に、蛍光体粒子を配置した。蛍光体粒子の材料は、YAG(根本特殊化学社製)であった。
 次に、溶液成長法によって、ZnO薄膜の上に結晶質のZnOマトリクスを作製した。これにより、ZnOマトリクスに埋め込まれた蛍光体粒子を含む蛍光体層が形成された。結晶成長用の溶液としては、ヘキサメチレンテトラミンを含有する硝酸亜鉛の水溶液を用いた。水溶液におけるヘキサメチレンテトラミンの濃度は、0.10mol/Lであった。水溶液における硝酸亜鉛の濃度は、0.10mol/Lであった。このようにして、サンプル1の波長変換部材を得た。
 (サンプル2)
 サンプル1と同じ方法によって、基板の上に蛍光体層を作製した。次に、蛍光体層を試料ガスの雰囲気下に置いた。試料ガスは、H2S、Cl2及びSO2を含んでいた。試料ガスにおけるH2Sの濃度は、0.01vol ppmであった。試料ガスにおけるCl2の濃度は、0.01vol ppmであった。試料ガスにおけるSO2の濃度は、0.2vol ppmであった。試料ガスの温度は、25℃であった。試料ガスの湿度は、75%RHであった。蛍光体層と試料ガスとを10日間接触させた。このようにして、サンプル2の波長変換部材を得た。
 (レーザー顕微鏡による観察)
 サンプル1及び2のそれぞれの波長変換部材の表面をレーザー顕微鏡によって観察した。レーザー顕微鏡としては、LEXT OLS4100(オリンパス社製)を用いた。得られたレーザー顕微鏡画像を図6及び7に示す。図6及び7からわかるとおり、サンプル2の波長変換部材の表面は、サンプル1の波長変換部材の表面と異なっていた。このことから、サンプル2の波長変換部材は、第1保護層を備えていることが推察される。
 (電子線マイクロアナライザによる分析)
 サンプル2の波長変換部材を電子線マイクロアナライザによって分析した。電子線マイクロアナライザとしては、JXA-8900R(日本電子社製)を用いた。分析結果を図8に示す。図8では、S原子の検出結果を示すグラフと、Cl原子の検出結果を示すグラフとを並べて表示している。グラフの横軸は、波長変換部材の厚さ方向における電子線マイクロアナライザの検出部からの距離を示している。グラフの縦軸は、検出信号の強度を示している。図8からわかるとおり、破線で囲まれた範囲において、S原子及びCl原子が検出された。破線で囲まれた範囲は、1.3μmであった。すなわち、サンプル2の波長変換部材の第1保護層は、1.3μmの厚さを有していた。
 (サンプル3)
 蛍光体層の組成を変更したことを除き、サンプル2と同じ方法によって、サンプル3の波長変換部材を得た。詳細には、フィラー粒子としてAl23粒子を蛍光体層に添加した。必要とする光の色度が得られるように、蛍光体粒子とフィラー粒子との体積比を調節した。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対する蛍光体粒子の体積の比率は、65vol%であった。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対するフィラー粒子の体積の比率は、35vol%であった。次に、得られた波長変換部材に励起光を照射した。励起光源としては、LDを用いた。励起光の波長は、447nmであった。励起光のエネルギー密度は、13.9kW/mm2であった。このとき、波長変換部材から放射された光の発光強度及び光のCIE色度座標を輝度計によって測定した。輝度計としては、イメージング色彩輝度計LumiCam1300(Instrument Systems社製)を用いた。得られたCIE色度座標に基づいて、光の色温度を算出した。さらに、波長変換部材に含まれた蛍光体層の表面の温度を赤外線サーモグラフィによって測定した。赤外線サーモグラフィとしては、FLIR T640(フリアーシステムズジャパン社製)を用いた。得られた結果を表1に示す。
 (サンプル4)
 蛍光体層の組成を変更したことを除き、サンプル3と同じ方法によって、蛍光体層の上に第1保護層を作製した。詳細には、必要とする光の色度が得られるように、蛍光体粒子とフィラー粒子との体積比を調節した。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対する蛍光体粒子の体積の比率は、50vol%であった。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対するフィラー粒子の体積の比率は、50vol%であった。次に、オルトケイ酸テトラエチルを含むゾルを調製した。第1保護層の上に塗膜が形成されるように、第1保護層にゾルを塗布した。塗膜をゲル化させ、焼成することによって塗膜を硬化させ、第1保護層の上に第2保護層を作製した。焼成は、160℃で3時間実施した。第2保護層は、ガラスでできていた。このようにして、サンプル4の波長変換部材を得た。サンプル3と同じ方法によって、サンプル4の波長変換部材に励起光を照射した。このとき、波長変換部材から放射された光の発光強度、光のCIE色度座標、光の色温度、及び、波長変換部材に含まれた蛍光体粒子の表面の温度を測定又は算出した。得られた結果を表1に示す。
 (サンプル5)
 蛍光体層の組成を変更したことを除き、サンプル1と同じ方法によって、基板の上に蛍光体層を作製した。詳細には、フィラー粒子としてAl23粒子を蛍光体層に添加した。必要とする光の色度が得られるように、蛍光体粒子とフィラー粒子との体積比を調節した。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対する蛍光体粒子の体積の比率は、50vol%であった。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対するフィラー粒子の体積の比率は、50vol%であった。次に、蛍光体層の上に第2保護層を作製した。第2保護層の作製は、サンプル4と同じ方法によって行った。次に、蛍光体層を試料ガスの雰囲気下に置いた。試料ガスの組成、試料ガスの温度、試料ガスの湿度及び試料ガスと接触させた期間は、サンプル2と同じであった。これにより、第2保護層の複数のピンホール内において、複数の第1保護層が蛍光体層の上に形成された。このようにして、サンプル5の波長変換部材を得た。サンプル3と同じ方法によって、サンプル5の波長変換部材に励起光を照射した。このとき、波長変換部材から放射された光の発光強度、光のCIE色度座標、光の色温度、及び、波長変換部材に含まれた蛍光体粒子の表面の温度を測定又は算出した。得られた結果を表1に示す。
 (サンプル6)
 蛍光体層の組成を変更したことを除き、サンプル1と同じ方法によって、サンプル6の波長変換部材を得た。詳細には、フィラー粒子としてAl23粒子を蛍光体層に添加した。必要とする光の色度が得られるように、蛍光体粒子とフィラー粒子との体積比を調節した。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対する蛍光体粒子の体積の比率は、65vol%であった。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対するフィラー粒子の体積の比率は、35vol%であった。サンプル3と同じ方法によって、サンプル6の波長変換部材に励起光を照射した。このとき、波長変換部材から放射された光の発光強度、光のCIE色度座標、光の色温度、及び、波長変換部材に含まれた蛍光体粒子の表面の温度を測定又は算出した。得られた結果を表1に示す。
 (サンプル7)
 まず、オルトケイ酸テトラエチル、蛍光体粒子及びフィラー粒子を含む混合ゾルを調製した。蛍光体粒子の材料は、YAG(根本特殊化学社製)であった。フィラー粒子は、Al23粒子であった。次に、基板の上に塗膜が形成されるように、基板に混合ゾルを塗布した。基板としては、保護膜付きAgミラー(京浜光膜工業社製)を用いた。次に、塗膜を乾燥及び焼成することによって、蛍光体層を形成した。これにより、サンプル7の波長変換部材を得た。サンプル7の波長変換部材の蛍光体層は、ZnOマトリクスではなく、ガラスマトリクスを有していた。ガラスマトリクスは、シリコーンを主成分として含んでいた。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対する蛍光体粒子の体積の比率は、50vol%であった。蛍光体粒子の体積とフィラー粒子の体積との合計値に対するフィラー粒子の体積の比率は、50vol%であった。サンプル3と同じ方法によって、サンプル7の波長変換部材に励起光を照射した。このとき、波長変換部材から放射された光の発光強度、光のCIE色度座標、光の色温度、及び、波長変換部材に含まれた蛍光体粒子の表面の温度を測定又は算出した。得られた結果を表1に示す。
 (色温度の経時変化)
 サンプル3~7のそれぞれの波長変換部材を腐食性ガスの雰囲気下に置いた。腐食性ガスは、H2S、Cl2、NO2及びSO2を含んでいた。腐食性ガスにおけるH2Sの濃度は、0.01vol ppmであった。腐食性ガスにおけるCl2の濃度は、0.01vol ppmであった。腐食性ガスにおけるNO2の濃度は、0.2vol ppmであった。腐食性ガスにおけるSO2の濃度は、0.2vol ppmであった。腐食性ガスの温度は、25℃であった。腐食性ガスの湿度は、75%RHであった。波長変換部材と腐食性ガスとを10日間接触させた。
 腐食性ガスと接触させたあとに、サンプル3~7のそれぞれの波長変換部材に励起光を照射した。このとき、波長変換部材から放射された光のCIE色度座標を輝度計によって測定した。得られたCIE色度座標に基づいて、光の色温度を算出した。得られた結果を表1に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1において、蛍光体の表面の温度が100℃以下であり、かつ、腐食性ガスと接触する前後における光の色温度の変化が1000Kの範囲内である場合、波長変換部材の特性が実用上十分(○)であると判断した。蛍光体の表面の温度、又は、光の色温度の変化が上記の条件を満たさない場合、波長変換部材の特性が不十分(×)であると判断した。
 図9~11は、それぞれ、サンプル3、5及び6の波長変換部材から放射された光のCIE色度座標の変化を示している。図9~11のそれぞれのグラフにおいて、四角の印は、腐食性ガスと接触する前の波長変換部材から放射された光のCIE色度座標を示している。丸印は、腐食性ガスと接触した後の波長変換部材から放射された光のCIE色度座標を示している。4500~6500Kの色温度の範囲が枠線によって囲まれている。点線は、黒体から放射された光の色度と色温度との関係を示している。
 図9からわかるとおり、サンプル3の波長変換部材から放射された光の色度は、腐食性ガスとの接触の前後で、ほとんど変化しなかった。すなわち、サンプル3の波長変換部材は、高い信頼性を有していた。サンプル3と同じように、サンプル4の波長変換部材も、高い信頼性を有していた。
 図10からわかるとおり、サンプル5の波長変換部材において、腐食性ガスと接触する前後における光の色温度の変化は、1000Kの範囲内であった。すなわち、サンプル5の波長変換部材は、実用上十分な信頼性を有していた。
 図11からわかるとおり、サンプル6の波長変換部材から放射された光の色度は、腐食性ガスとの接触の前後で、大きく変化した。サンプル6の波長変換部材の信頼性は、サンプル3~5の波長変換部材に比べて劣っていた。
 表1の結果からわかるとおり、サンプル7の波長変換部材に含まれた蛍光体の表面の温度(150℃)は、サンプル3~6と比べて高かった。蛍光体の表面の温度が高い場合、波長変換部材から放射された光の発光強度が低下する。サンプル7の波長変換部材から放射された光の発光強度は、サンプル3~6と比べて低かった。
 本開示の光源は、例えば、シーリングライトなどの一般照明装置、スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明などの特殊照明装置、ヘッドランプなどの車両用照明装置、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイなどの投影装置に用いることができる。また、本開示の光源は、例えば、内視鏡用ライト;デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなどの撮像装置、パーソナルコンピュータ(PC)用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末(PDX)、スマートフォン、タブレットPC、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置などにおける光源として用いることができる。
10  基板
11  基板本体
12  薄膜
20  蛍光体層
21  マトリクス
22  蛍光体粒子
23  フィラー粒子
30,31  第1保護層
40,41  第2保護層
45  ピンホール
50  光学系
51  発光素子
55  光学部品
56  フィルタ
100,110,120  波長変換部材
200  光源
300  照明装置

Claims (7)

  1.  ZnOを含むマトリクスと、前記マトリクスに埋め込まれた蛍光体粒子とを有する蛍光体層と、
     ZnCl2、ZnS及びZnSO4からなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、前記蛍光体層を被覆している第1保護層と、
     を備えた、波長変換部材。
  2.  前記第1保護層が前記蛍光体層に接している、請求項1に記載の波長変換部材。
  3.  前記ZnOは、c軸に配向したZnO多結晶である、請求項1又は2に記載の波長変換部材。
  4.  前記蛍光体層は、フィラー粒子をさらに有する、請求項1~3のいずれか1項に記載の波長変換部材。
  5.  前記第1保護層の厚さは、0.5~20μmの範囲にある、請求項1~4のいずれか1項に記載の波長変換部材。
  6.  シリコーン樹脂、有機無機ハイブリッド材料及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも1つを含み、前記蛍光体層を被覆している第2保護層をさらに備えた、請求項1~5のいずれか1項に記載の波長変換部材。
  7.  発光素子と、
     前記発光素子から照射された励起光を受けて蛍光を放射する請求項1~6のいずれか1項に記載の波長変換部材と、
     を備えた、光源。
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