CN108735877A - 波长转换部件和波长转换元件以及使用它们的发光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供照射大功率LED或LD的光时能够抑制经时的发光强度的下降和构成材料的熔化的波长转换部件和波长转换元件以及使用其的发光装置。该波长转换部件含有无机荧光体颗粒和氧化镁颗粒，该波长转换部件的特征在于：在无机荧光体颗粒之间存在有氧化镁颗粒，并且无机荧光体颗粒通过氧化镁颗粒被粘结。
Description
技术领域
本发明涉及将发光二极管(LED：Light Emitting Diode)或激光二极管(LD：LaserDiode)等发出的光的波长转换成其他的波长的波长转换部件和波长转换元件以及使用它们的发光装置。
背景技术
近年来，作为替代荧光灯或白热灯的下一代发光装置，从低耗电、小型轻量、容易进行光量调节的观点考虑，对使用LED或LD的发光装置越来越关注。作为这样的下一代发光装置的一个例子，例如在专利文献1中公开了在射出蓝色光的LED上配置有吸收来自LED的光的一部分并转换成黄色光的波长转换部件的发光装置。该发光装置发出作为从LED射出的蓝色光与从波长转换部件射出的黄色光的合成光的白色光。
作为波长转换部件，目前使用了在树脂基质中分散有无机荧光体颗粒的部件。然而，使用该波长转换部件时，存在树脂基质因来自LED的光而变色或者变形的问题。因此，提案了在代替树脂的玻璃基质中分散固定有荧光体的完全由无机固体构成的波长转换部件(例如，参照专利文献2和3)。该波长转换部件具有作为母材的玻璃基质不容易因来自LED的热或照射光而劣化、不容易产生变色或变形这样的问题的特征。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000－208815号公报
专利文献2：日本特开2003－258308号公报
专利文献3：日本专利第4895541号公报
发明内容
发明所要解决的课题
近年来，以发光装置的大功率化为目的，用作光源的LED或LD的输出不断上升。随之，由于光源的热或照射激发光的荧光体所产生的热，波长转换部件的温度上升，其结果，存在发光强度经时地下降(温度消光)这样的问题。另外，根据情况，存在波长转换部件的温度上升变得显著、构成材料(玻璃基质等)熔化的危险。
鉴于以上情况，本发明的目的在于：提供照射大功率LED或LD的光时能够抑制经时的发光强度的下降和构成材料的熔化的波长转换部件和波长转换元件以及使用它们的发光装置。
用于解决课题的方法
本发明的波长转换部件含有无机荧光体颗粒和氧化镁颗粒，该波长转换部件的特征在于：在无机荧光体颗粒之间存在有氧化镁颗粒，并且无机荧光体颗粒通过氧化镁颗粒被粘结。
在本发明的波长转换部件中，在无机荧光体颗粒之间存在有氧化镁颗粒。其中，氧化镁颗粒与玻璃等相比，导热性优异，因此，能够将无机荧光体颗粒所产生的热高效地释放至外部。其结果，波长转换部件的温度上升被抑制，温度消光不容易发生。另外，氧化镁颗粒的耐热性也优异，因此，也具有即使照射大功率LED或LD的光时，也不容易熔化、或者能够抑制因急剧的温度上升而导致的热裂纹这样的不良状况的发生的优点。进一步而言，氧化镁颗粒与氧化铝、氧化锆等陶瓷颗粒相比，还具有能够在低温下烧结这样的优点。因此，制作波长转换部件时的烧制温度也能够变低，并能够抑制烧制时的无机荧光体粉末的劣化。
本发明的波长转换部件优选以质量％计含有无机荧光体颗粒3～80％和氧化镁颗粒20～97％。
在本发明的波长转换部件中，优选氧化镁颗粒的平均粒径为0.01～10μm。这样，波长转换部件的致密性提高，容易形成导热通路，因此，能够将无机荧光体颗粒所产生的热进一步高效地释放至外部。
在本发明的波长转换部件中，优选氧化镁颗粒的纯度为99％以上。这样，能够在相对低的温度下对氧化镁颗粒进行烧结。
在本发明的波长转换部件中，优选无机荧光体颗粒的平均粒径为1～50μm。
在本发明的波长转换部件中，优选无机荧光体颗粒包含具有石榴石结构的氧化物荧光体。具有石榴石结构的氧化物荧光体的耐热性优异，因此，照射大功率LED或LD的光时，能够抑制无机荧光体颗粒自身的劣化。
在本发明的波长转换部件中，优选氧化镁颗粒的平均粒径相对于无机荧光体颗粒的平均粒径的比为0.5以下。这样，波长转换部件的致密性提高，容易形成导热通路，因此，能够将无机荧光体颗粒所产生的热进一步高效地释放至外部。
本发明的波长转换元件的特征在于，包含将上述的波长转换部件和具有高于波长转换部件的导热系数的散热层叠层而成的叠层体。这样，能够将波长转换部件所产生的热传递至散热层，因此，容易抑制波长转换部件的温度上升。
在本发明的波长转换元件中，可以使用包含透光性陶瓷的层作为散热层。
在本发明的波长转换元件中，作为透光性陶瓷，可以使用选自氧化铝系陶瓷、氮化铝系陶瓷、碳化硅系陶瓷、氮化硼系陶瓷、氧化镁系陶瓷、氧化钛系陶瓷、氧化铌系陶瓷、氧化锌系陶瓷和氧化钇系陶瓷中的至少1种。
本发明的发光装置的特征在于，具有上述的波长转换部件和向波长转换部件照射激发光的光源。
本发明的发光装置的特征在于，具有上述的波长转换元件和向波长转换元件照射激发光的光源。
在本发明的发光装置中，优选光源为激光二极管。本发明的波长转换部件和波长转换元件的耐热性和散热性优异，因此，使用比较大的功率的激光二极管作为光源时，容易享受发明的效果。
发明效果
利用本发明，能够提供照射大功率LED或LD的光时能够抑制经时的发光强度的下降和构成材料的熔化的波长转换部件和波长转换元件以及使用它们的发光装置。
附图说明
图1是表示本发明的波长转换部件的一个实施方式的示意截面图。
图2是表示本发明的波长转换元件的一个实施方式的示意截面图。
图3是表示本发明的发光装置的一个实施方式的示意侧视图。
符号说明
1 无机荧光体颗粒
2 氧化镁颗粒
3 散热层
4 光源
10 波长转换部件
20 波长转换元件
30 发光装置
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的实施方式进行说明。但是，以下的实施方式只是例示，本发明并不限定于以下的实施方式。
(波长转换部件)
图1是表示本发明的波长转换部件的一个实施方式的示意截面图。波长转换部件10含有无机荧光体颗粒1和氧化镁颗粒2。其中，在无机荧光体颗粒1之间存在有氧化镁颗粒2，无机荧光体颗粒1通过氧化镁颗粒2被粘结。
无机荧光体颗粒1只要是通过激发光的入射而射出荧光的物质，就没有特别限定。作为无机荧光体颗粒1的具体例，例如可以列举氧化物荧光体、氮化物荧光体、氮氧化物荧光体、氯化物荧光体、氯氧化物荧光体、硫化物荧光体、硫氧化物荧光体、卤化物荧光体、硫属化物荧光体、铝酸盐荧光体、卤磷酸盐化物荧光体等。这些可以单独使用，或者将2种以上混合使用。另外，如下所述，波长转换部件10通过对无机荧光体颗粒1与氧化镁颗粒2的混合颗粒进行烧结而制作，因此，作为无机荧光体颗粒1，为了在烧结时不发生热劣化，优选耐热性优异的物质。从这样的观点考虑，无机荧光体颗粒1优选为氧化物荧光体、特别是具有石榴石结构的氧化物荧光体(Y3Al5O12：Ce3+、Lu3Al5O12：Ce3+等)。
无机荧光体颗粒1的平均粒径(D50)优选为1～50μm，特别优选为5～25μm。无机荧光体颗粒1的平均粒径过小时，发光强度容易下降。另一方面，无机荧光体颗粒1的平均粒径过大时，存在发光颜色变得不均匀的倾向。
氧化镁颗粒2的平均粒径(D50)优选为0.01～10μm，特别优选为0.05～5μm，特别优选为0.08～1μm。通过使平均粒径处于上述范围，能够在相对低的温度下对氧化镁颗粒2进行烧结。
氧化镁颗粒2的纯度优选为99％以上、99.9％以上，特别优选为99.98％以上。通过使氧化镁颗粒2的纯度处于上述范围，能够在相对低的温度下对氧化镁颗粒2进行烧结。
如上所述，通过适当调整氧化镁颗粒2的平均粒径、纯度，能够使烧结温度变低。具体而言，即使在1000～1400℃、1020～1250℃以及1050～小于1100℃的相对低的温度下进行烧制，也能够烧结成致密。
作为氧化镁颗粒2的制作方法，可以列举利用气相氧化反应的合成法和水中火花放电法等。其中，利用气相氧化反应的合成法也容易获得高纯度的氧化镁颗粒，因此优选。另外，作为氧化镁颗粒的市售品，可以使用UBEMATERIALS制造的50A、2000A等。
另外，氧化镁颗粒2的平均粒径相对于无机荧光体颗粒1的平均粒径的比优选为0.5以下、0.2以下、0.1以下，特别优选为0.05以下。这样，波长转换部件10的致密性提高，容易形成导热通路，因此，能够将无机荧光体颗粒1所产生的热进一步高效地释放至外部。
波长转换部件10中的无机荧光体颗粒1和氧化镁颗粒2的比例以质量％计，优选为无机荧光体颗粒1为3～80％、氧化镁颗粒2为20～97％，更优选为无机荧光体颗粒1为5～75％、氧化镁颗粒2为25～95％，进一步优选为无机荧光体颗粒1为8～70％、氧化镁颗粒2为30～92％。无机荧光体颗粒1的含量过少(氧化镁颗粒2的含量过多)时，波长转换部件10的发光强度容易下降。另一方面，无机荧光体颗粒1的含量过多(氧化镁颗粒2的含量过少)时，在波长转换部件10中，不容易形成由氧化镁颗粒2构成的导热通路，因此，无机荧光体颗粒1所产生的热不容易被释放至外部。另外，无机荧光体颗粒1的粘结性下降，波长转换部件10的机械强度容易下降。
波长转换部件10的形状没有特别限定，通常为板状(矩形板状、圆盘状等)。优选适当选择波长转换部件10的厚度，使得能够获得作为目标的色调的光。具体而言，波长转换部件10的厚度优选为2mm以下、1mm以下，特别优选为0.8mm以下。但是，波长转换部件10的厚度过小时，机械强度容易下降，因此，优选为0.03mm以上。
通过将以规定的比例混合无机荧光体颗粒1和氧化镁颗粒2而成的原料粉末预成型后进行烧制，能够制造波长转换部件10。其中，也可以在向原料粉末中添加结合剂和溶剂等有机成分而形成膏状后，进行烧制。这样，利用生片成型等方法，容易形成所希望的形状的预成型体。此时，首先在脱脂工序(600℃左右)中除去有机成分后，在氧化镁颗粒2的烧结温度下进行烧制，由此容易获得致密的烧结体。另外，也可以在一次烧制后以烧制温度±150℃实施HIP(热等静压)处理。由此，能够使波长转换部件10内的空孔收缩并消失，并能够抑制过剩的光的散射。
作为结合剂，可以使用聚碳酸亚丙酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚乙烯醇缩丁醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、乙基纤维素、硝酸纤维素、聚酯碳酸酯等，可以将这些单独或混合使用。
作为溶剂，可以将萜品醇、乙酸异戊酯、甲苯、甲乙酮、二乙二醇单丁醚乙酸酯、2,2,4－三甲基－1,3－戊二醇单异丁酸酯等单独或混合使用。
在膏中，也可以含有烧结助剂。作为烧结助剂，例如可以使用磷酸镁、磷酸锆、氧化锰、氧化钡、氧化钇、氧化硅等的晶质粉末、硅酸系和磷酸系等的氧化物非晶质粉末。
(波长转换元件)
图2是表示本发明的波长转换元件的一个实施方式的示意截面图。波长转换元件20由将波长转换部件10和具有高于波长转换部件10的导热系数的散热层3叠层而成的叠层体构成。在本实施方式中，由于向波长转换部件10照射激发光而产生的热通过散热层3而被高效地释放至外部。因此，能够抑制波长转换部件10的温度过度上升。
散热层3具有高于波长转换部件10的导热系数。具体而言，散热层3的导热系数优选为5W/m·K以上、10W/m·K以上，特别优选为20W/m·K以上。
散热层3的厚度优选为0.05～1mm、0.07～0.8mm，特别优选为0.1～0.5mm。散热层3的厚度过小时，存在机械强度下降的倾向。另一方面，散热层3的厚度过大时，存在波长转换元件大型化的倾向。
作为散热层3，可以使用包含透光性陶瓷的层。这样，能够使激发光或荧光透过，因此，能够作为透射型的波长转换元件使用。包含透光性陶瓷的散热层的在波长400～800nm处的全光线透射率优选为10％以上、20％以上、30％以上、40％，特别优选为50％以上。
作为透光性陶瓷，可以使用选自氧化铝系陶瓷、氮化铝系陶瓷、碳化硅系陶瓷、氮化硼系陶瓷、氧化镁系陶瓷、氧化钛系陶瓷、氧化铌系陶瓷、氧化锌系陶瓷和氧化钇系陶瓷中的至少1种。
本实施方式的波长转换元件20只在波长转换部件10的一个主面形成有散热层3，但也可以在波长转换部件10的两个主面形成散热层3。这样，能够将波长转换部件10所产生的热进一步高效地释放至外部。另外，也可以是使波长转换部件10与散热层3交替叠层而成的4层以上的叠层体。
另外，作为散热层3，除了是包含透光性陶瓷的层以外，还可以是包含Cu、Al、Ag等金属的层。这样，能够作为反射型的波长转换元件使用。
(发光装置)
图3是表示本发明的发光装置的一个实施方式的示意侧视图。本实施方式所涉及的发光装置是使用透射型的波长转换部件的发光装置。如图3所示，发光装置30具有波长转换部件10和光源4。利用波长转换部件10，从光源4射出的激发光L0被波长转换成为荧光L1，荧光L1的波长长于激发光L0。另外，激发光L0的一部分透过波长转换部件10。因此，从波长转换部件10射出激发光L0与荧光L1的合成光L2。例如，激发光L0为蓝色光且荧光L1为黄色光时，能够获得白色的合成光L2。另外，也可以使用上述所说明的波长转换元件20来代替波长转换部件10。
作为光源4，可以列举LED和LD。从提高发光装置30的发光强度的观点考虑，光源4优选使用能够射出高强度的光的LD。
Claims (13)
1.一种波长转换部件，其含有无机荧光体颗粒和氧化镁颗粒，该波长转换部件的特征在于：
在无机荧光体颗粒之间存在有氧化镁颗粒，并且无机荧光体颗粒通过氧化镁颗粒被粘结。
2.如权利要求1所述的波长转换部件，其特征在于：
以质量％计含有无机荧光体颗粒3～80％和氧化镁颗粒20～97％。
3.如权利要求1或2所述的波长转换部件，其特征在于：
氧化镁颗粒的平均粒径为0.01～10μm。
4.如权利要求1～3中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
氧化镁颗粒的纯度为99％以上。
5.如权利要求1～4中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
无机荧光体颗粒的平均粒径为1～50μm。
6.如权利要求1～5中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
无机荧光体颗粒包含具有石榴石结构的氧化物荧光体。
7.如权利要求1～6中任一项所述的波长转换部件，其特征在于：
氧化镁颗粒的平均粒径相对于无机荧光体颗粒的平均粒径的比为0.5以下。
8.一种波长转换元件，其特征在于：
包含将权利要求1～7中任一项所述的波长转换部件和具有高于波长转换部件的导热系数的散热层叠层而成的叠层体。
9.如权利要求8所述的波长转换元件，其特征在于：
散热层包含透光性陶瓷。
10.如权利要求9所述的波长转换元件，其特征在于：
透光性陶瓷为选自氧化铝系陶瓷、氮化铝系陶瓷、碳化硅系陶瓷、氮化硼系陶瓷、氧化镁系陶瓷、氧化钛系陶瓷、氧化铌系陶瓷、氧化锌系陶瓷和氧化钇系陶瓷中的至少1种。
11.一种发光装置，其特征在于，具有：
权利要求1～7中任一项所述的波长转换部件和向波长转换部件照射激发光的光源。
12.一种发光装置，其特征在于，具有：
权利要求8～10中任一项所述的波长转换元件和向波长转换元件照射激发光的光源。
13.如权利要求11或12所述的发光装置，其特征在于：
光源为激光二极管。
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