CN107586127B - 陶瓷复合体以及含有其的投影仪用荧光体和发光设备 - Google Patents
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Abstract
提供适合投影仪用荧光体和发光设备的陶瓷复合体。该陶瓷复合体的特征在于，是具有包含含有Ce的YAG或者已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)的荧光体相、以及包含透光性陶瓷的散射体相的由无机材料构成的陶瓷复合体，并且，所述荧光体相的含量为90vol％以上且99vol％以下，所述散射体相的含量为1vol％以上且10vol％以下。
Description
技术领域
本发明涉及适合投影仪用光源的陶瓷复合体。
背景技术
近年来，为了使投影仪小型化，提出使用了发光二极管(LED)和荧光体的发光设备。
在专利文献1中记载了一种投影仪用荧光体轮和发光设备，通过在环状的可旋转的透明基板之上设置环状的荧光体层和透明材料层来进行制作。进一步地，在专利文献1中，记载了作为所述荧光体层的从氧化物荧光体、氮化物荧光体、氮氧化物荧光体、氯化物荧光体、酰氯荧光体、硫化物荧光体、氧硫化物荧光体、卤化物荧光体、硫族化物荧光体、铝酸盐荧光体、卤磷酸盐荧光体、石榴石系化合物荧光体中选出的一种以上荧光体和作为透明材料层的硼硅酸盐系玻璃、磷酸盐系玻璃等玻璃基质，并且记载了荧光体的含量为5～80体积％。
然而，在专利文献1记载的荧光体层和透明材料层中，虽然试图通过使用热传导率高的透明基板来实现从荧光体放热，但是由于荧光体层使用了热传导率低的玻璃，因此，存在放热效果不充分，荧光体的发热导致发光效率降低的问题。
另外，由于荧光体的含量即使最大，仍低至80％，因此，无法充分吸收激发光，转换效率也存在问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-138136号公报
发明内容
发明欲解决的技术问题
本发明的课题是提供适合投影仪用光源的陶瓷复合体。
用于解决问题的技术手段
本发明的陶瓷复合体的特征在于，是具有包含含有Ce的YAG的荧光体相、以及包含透光性陶瓷的散射体相的由无机材料构成的陶瓷复合体，所述荧光体相的含量为90vol％以上且99vol％以下，所述散射体相的含量为1vol％以上且10vol％以下。
本发明的陶瓷复合体的特征在于，是具有包含已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)的荧光体相、以及包含透光性陶瓷的散射体相的由无机材料构成的陶瓷复合体，所述荧光体相的含量为90vol％以上且99vol％以下，所述散射体相的含量为1vol％以上且10vol％以下。
所述陶瓷复合体中，优选地，所述荧光体相的平均结晶粒径为1μm以上且15μm以下，所述散射体相的平均结晶粒径为0.5μm以上且2μm以下。
本发明通过具有上述构成，从而能够得到发光效率优异的陶瓷复合体。
本发明的投影仪用荧光体的特征在于，具有包含所述陶瓷复合体的荧光体层。
本发明的投影仪用发光设备的特征在于，具有所述投影仪用荧光体；和光源，对该荧光体的荧光体层照射激发光。
发明效果
本发明涉及的陶瓷复合体在被照射蓝色光(日文：青色光)时，能够高效地转换波长，从而能够抑制发光强度的损失。因此，本发明的陶瓷复合体能够适用于投影仪用荧光体和发光设备。
具体实施方式
针对本发明的陶瓷复合体，进行详细说明。
本发明的陶瓷复合体具有：荧光体相，包含含有Ce的YAG(以下，称为“YAG：Ce”。)或者已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)；和散射体相，包含透光性陶瓷，并且该陶瓷复合体由无机材料构成。
在所述陶瓷复合体中，在散射体相和荧光体相合计100vol％中，荧光体相的含量为90vol％以上且99vol％以下，优选为95vol％以上且99vol％以下。另外，在散射体相和荧光体相合计100vol％中，散射体相的含量为1vol％以上且10vol％以下，优选为1vol％以上且5vol％以下。其中，不可避免的杂质最大可容许到300ppm。
在散射体相的含量超过10vol％的情况下，荧光体相的含量相对地变少到不足90vol％，因此，有时无法得到充分的发光效率。另一方面，在散射体相的含量不足1vol％的情况下，荧光体相的含量超过99vol％，变成相当地多，因此，激发光容易在荧光体相内传播，发光点尺寸变大，能够聚集的光量下降。
荧光体相包含YAG：Ce或者已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)。所述BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)的稀土元素没有特别限制，优选是从Y、Lu、Gd中选出的至少一种。具体而言，进一步优选是Y3Al5O12:Ce、Y2.9G0.1Al5O12:Ce、Lu3Al5O12:Ce和Lu1Y2Al5O12:Ce。YAG：Ce或者已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)的Ce含量优选为0.1mol％以上且1mol％以下，更优选为0.2mol％以上且0.5mol％以下。通过使YAG：Ce或者已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)中的Ce含量为上述范围，从而能够高效地转换波长，能够抑制发光强度的损失。
所述荧光体相的平均结晶粒径优选为1μm以上且15μm以下。进一步地，更优选所述荧光体相的平均结晶粒径为2μm以上且5μm以下。通过使该平均结晶粒径在该范围内，从而得到具有充分的发光效率并且机械强度更加优异、不存在发光不均的效果。
另一方面，构成所述散射体相的透光性陶瓷是指能够使荧光体相所发出的荧光透过的陶瓷。所述散射体相的平均结晶粒径优选为0.5μm以上且2μm以下。进一步地，所述散射体相的平均结晶粒径更优选为1μm以上且1.5μm以下。
在本发明的陶瓷复合体中，优选与散射体相相比，荧光体相的粒径更大。在与散射体相相比，荧光体相一方的粒径更大的情况下，能够增加激发光的散射。
另外，从防止光散射损失的观点，优选荧光体相的结晶粒径以及散射体相的结晶粒径分别是均匀的。
另外，优选散射体相的结晶粒子之间彼此不相邻，散布在陶瓷复合体中。
在这样的散射体相中，例如使用Al2O3、MgAl2O4、TiO2、Y2O3等。这些中，从热传导率、透明性、散射性的方面考虑，优选Al2O3。另外，作为散射体相，使用所述材料，从而所述陶瓷复合体由无机材料构成，具有长寿命，另外，耐热性、耐水性以及成型性等优异。
这样的陶瓷复合体能够通过公知的方法进行制造。例如，能够通过喷雾造粒法进行制造。烧制温度是1500～1800℃，烧制时间是30～180分钟。
优选得到的陶瓷复合体的厚度为0.05～1mm。如果陶瓷复合体的厚度不足0.05mm，则基于YAG：Ce或者已含有Ce的BAl5O12(B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种)的蓝色光的波长转换不充分，有可能难以得到黄色光，另一方面，如果厚度超过1mm，则难以取出在荧光体内部的发光，有可能发光效率降低。进一步地，陶瓷复合体的厚度更优选为0.1～0.5mm。通过使陶瓷复合体的厚度在该范围内，从而发光效率更优异。
优选所述陶瓷复合体的表面、里面和侧面都是非加工面。也就是说，在所述陶瓷复合体中，优选对其表面、里面和侧面均不实施研磨等加工，保持烧制面的状态。具体而言，所述陶瓷复合体的表面、里面和侧面的表面粗糙度(Ra)优选为0.01μm以上且0.3μm以下。进一步地，更优选所述陶瓷复合体的表面、里面和侧面的表面粗糙度(Ra)为0.1μm以上且0.2μm以下。通过使该表面粗糙度(Ra)在该范围内，发光强度优异，而不会使光的透过率降低。
另外，由于所述陶瓷复合体的表面、里面和侧面是非加工面，从而在使用该陶瓷复合体来制作荧光体或投影仪时，粘结剂等进入陶瓷复合体表面的细微的凹凸，因此，能够通过锚定效应，与其他部件牢固地机械结合。
本发明的投影仪用荧光体具有包含陶瓷复合体的荧光体层。具体而言，所述投影仪用荧光体优选具有以下构造，该构造依次具备：蓝宝石等透明基板、包含所述陶瓷复合体的荧光体层、和反射膜。所述透明基板通常具有环形状，并且，只要是使从光源照射的激发光透过的透明基板，则没有限制，可以使用各种材料。包含所述陶瓷复合体的荧光体层也与所述透明基板的形状相匹配，因此，成为环形状。在所述反射膜中，例如使用银、铝和铂等金属反射膜、或者介电体多孔膜。
本发明的投影仪用发光设备具备所述投影仪用荧光体、和对该荧光体的荧光体层照射激发光的光源。所述光源例如可以列举LED光源。
如上所述地，本发明的陶瓷复合体产生黄色光(发光峰波长为530nm以上且570nm以下)，因此，适合在所述的投影仪用荧光体或者发光设备中使用。
[实施例]
以下，根据实施例，对本发明进行更具体地说明，但本发明不限于下述的实施例。
[实施例1～6、比较例2]
将平均粒径0.5μm且纯度99.9％的氧化铈粉末、纯度99.9％且预定粒径的氧化钇粉末、纯度99.9％且预定粒径的氧化铝粉末以表1所示的预定量进行配合，得到原料粉末。
向所述原料粉末添加乙醇以及PVB系粘合剂以及甘油系塑化剂，通过使用了氧化铝球的球磨机进行10小时的粉碎混合，制作浆料。
接着，利用刮片法，由得到的浆料，以烧结后达到表1所示的预定厚度的方式，制作生片(green sheet)。然后，将制成的生片冲压加工成尺寸100mm×100mm(原文：口100mm)，然后，在大气中进行脱脂煅烧，在真空氛围下进行烧结，得到多晶陶瓷复合体的烧结体。
对得到的烧结体，利用阿基米德法，测量堆积密度(JIS C 2141：1992)，然后，将其一部分粉碎，利用干式自动密度计(岛津制作所制造的AccuPyc 1330)，测量真密度。另外，在将一部分洗净后，利用ICP发射光谱分析，测量Y、Al、Ce浓度。另外，利用粉末X射线衍射，对一部分研究结晶相。根据烧结体的密度、Y浓度、Al浓度、Ce浓度、结晶相的测量结果，计算出复合体中的YAG：Ce含量和散射体相的Al2O3。此时，YAG：Ce、Al2O3的密度分别设定为4.55g/cm3、3.99g/cm3，以在计算中使用。另外，通过截距法，对得到的烧结体的表面，测量荧光体相和散射体相的平均结晶粒径。
另外，在得到的烧结体的背面蒸镀Al反射膜，然后，从正面侧照射1W、450nm的蓝色LD光。此时，利用积分球在正面侧对转换后的荧光的发光光谱进行聚光，然后，利用分光器(Ocean Optics社制“USB4000光纤多通道分光器(ファイバマルチチャンネル分光器)”)进行测定。
根据得到的光谱，算出480nm～800nm的发光强度。发光强度为将在市售的硅硼玻璃中密封有YAG：Ce荧光体(三菱化学社制“P46-Y3”)的玻璃的测定结果作为100。
将结果示于表1。
[比较例1]
除了在实施例1中未使用氧化铝粉末以外，与实施例1同样地，得到多晶陶瓷复合体的烧结体。与实施例1同样地，测定荧光体相和散射体相的平均结晶粒径，算出发光强度。
[实施例7]
除了在实施例1中添加氧化铈粉末、氧化钇粉末和氧化铝粉末并且以预定量配合纯度99.9％的氧化钆以外，与实施例1同样地，得到多晶陶瓷复合体的烧结体。与实施例1同样地，测量荧光体相和散射体相的平均结晶粒径，算出发光强度。此时，将Y2.9Gd0.1Al5O12：Ce的密度设定为4.61g/cm3，以在计算中使用。
[实施例8]
除了在实施例1中以预定量配合纯度99.9％的氧化镥来代替氧化钇粉末以外，与实施例1同样地，得到多晶陶瓷复合体的烧结体。与实施例1同样地，测定荧光体相和散射体相的平均结晶粒径，算出发光强度。此时，将Lu3Al5O12：Ce的密度设定为6.70g/cm3，以在计算中使用。
[实施例9]
除了在实施例1中加入氧化铈粉末、氧化钇粉末和氧化铝粉末并且以预定量配合纯度99.9％的氧化镥以外，与实施例1同样地，得到多晶陶瓷复合体的烧结体。与实施例1同样地，测定荧光体相和散射体相的平均结晶粒径，算出发光强度。此时，将Lu1Y2Al5O12：Ce的密度设定为5.27g/cm3，以在计算中使用。
将实施例1～9和比较例1、2的结果示于表1。
[表1]
虽然详细地并参照特定实施方式对本发明进行了说明，但在不脱离本发明的精神和范围的前提下，能够进行各种变更、修正，这一点对于本领域技术人员是不言而喻的。
本申请以2016年7月8日提出的日本专利申请2016-136071、于2017年6月30日提出的日本专利申请2017-129496和于2017年7月5日提出的日本专利申请2017-131614为基础，并将其内容作为参考并入本文。
Claims (2)
1.一种投影仪用光源中使用的陶瓷复合体，其特征在于，
所述陶瓷复合体具有：荧光体相，所述荧光体相包含已含有Ce的B3Al5O12，B是从除了Ce以外的稀土元素中选出的至少一种；和散射体相，所述散射体相包含透光性陶瓷，并且，所述陶瓷复合体由无机材料构成，
所述荧光体相的平均结晶粒径为1μm以上且15μm以下且其含量为90vol％以上且99vol％以下，
所述散射体相的平均结晶粒径为0.5μm以上且2μm以下且其含量为1vol％以上且10vol％以下，
所述陶瓷复合体的表面、里面和侧面都是表面粗糙度(Ra)为0.01μm以上且0.3μm以下的非加工面。
2.根据权利要求1所述的投影仪用光源中使用的陶瓷复合体，其特征在于，
所述荧光体相含有Ce含量为0.1mol％以上且1mol％以下的Y3Al5O12，并且所述荧光体相的粒径大于所述散射体相的粒径。
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