JP2021099415A - Wavelength conversion member and light-emitting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、波長変換部材および発光装置に関する。 The present invention relates to a wavelength conversion member and a light emitting device.
蛍光体を用いた発光装置は、LED(Light Emitting Diode)やLD(Laser Diode)等の光源から励起された光を波長変換部材の蛍光体層が、異なる波長の変換光として放出する現象を利用している。蛍光体層はエポキシやシリコーンなどに代表される樹脂に蛍光体粒子を分散させて配置したものが知られているが、近年は、エネルギー効率が高く、小型化、高出力化に対応しやすいLDを光源として用いたアプリケーションが増えている。 A light emitting device using a phosphor utilizes a phenomenon in which a phosphor layer of a wavelength conversion member emits light excited from a light source such as an LED (Light Emitting Diode) or LD (Laser Diode) as converted light having a different wavelength. doing. It is known that the phosphor layer is arranged by dispersing the phosphor particles in a resin typified by epoxy or silicone, but in recent years, LD has high energy efficiency and is easy to cope with miniaturization and high output. Is increasing in applications using as a light source.
LDは局所的に高いエネルギーの光を照射するため、従来の樹脂では最悪の場合、焼け焦げが発生し使用困難となってしまう恐れがある。また、蛍光体層の照射箇所が非常に高温となり、蛍光体層が温度上昇による温度消光で発光性能が低下する。そこで、樹脂に変えて無機バインダを使用し、蛍光体層の耐熱性を向上することが行われている。また、蛍光体層を支持する基材として、熱伝導性に優れるアルミニウムや銀が使用されている。 Since the LD locally irradiates high-energy light, in the worst case, the conventional resin may be burnt and difficult to use. In addition, the irradiated portion of the phosphor layer becomes extremely hot, and the emission performance of the phosphor layer deteriorates due to temperature quenching due to the temperature rise. Therefore, an inorganic binder is used instead of the resin to improve the heat resistance of the phosphor layer. Further, as a base material for supporting the phosphor layer, aluminum or silver having excellent thermal conductivity is used.
特許文献1は、光源からの光を反射して変換光を放出する反射型の波長変換部材について開示されており、蛍光体層を支持する反射基材として、光の反射率が高く、放熱性に優れるアルミニウムが使用されている。また、特許文献2は、大粒径の黄色蛍光体粒子と小粒径の赤色蛍光体粒子を、その重量比が1.2以上50以下となるように混合された蛍光体層が開示されており、演色性の良好な白色光を得ている。 Patent Document 1 discloses a reflective wavelength conversion member that reflects light from a light source and emits converted light. As a reflective base material that supports a phosphor layer, it has high light reflectance and heat dissipation. Excellent aluminum is used. Further, Patent Document 2 discloses a phosphor layer in which a large particle size yellow phosphor particle and a small particle size red phosphor particle are mixed so that the weight ratio thereof is 1.2 or more and 50 or less. It provides white light with good color rendition.
また、特許文献3は、複数の蛍光体粒子31と、外殻が透光性部材32aでありその内部に中空領域32bを有する複数の中空体32と、複数の蛍光体粒子31および複数の中空体32を保持する保持体33と、を有する波長変換部材が開示されている。 Further, Patent Document 3 describes a plurality of fluorescent particles 31, a plurality of hollow bodies 32 having a translucent member 32a as an outer shell and a hollow region 32b inside thereof, a plurality of fluorescent particles 31 and a plurality of hollows. A wavelength conversion member having a holding body 33 for holding the body 32 and a holding body 33 is disclosed.
特許文献1は、光の反射の役割を担う基材にアルミニウムを使用しているため、温かみのある色の発光を目的とした場合、光源光の反射を抑制する必要があり、蛍光体層の厚みを厚くする必要がある。また、特許文献2は、2種類の蛍光体粒子を混合しているが、透過型の波長変換部材であるため、温かみのある色の発光を目的とした場合、光源光の透過を抑制する必要があり、蛍光体層の厚みを厚くしたり、赤色蛍光体を多く添加したりする必要がある。しかしながら、そのような構成にする場合、蛍光体層の蓄熱による温度消光の問題が生じる虞がある。 Since Patent Document 1 uses aluminum as a base material that plays a role of reflecting light, it is necessary to suppress the reflection of light source light for the purpose of emitting warm colors, and it is necessary to suppress the reflection of light source light. It is necessary to increase the thickness. Further, Patent Document 2 is a mixture of two types of phosphor particles, but since it is a transmission type wavelength conversion member, it is necessary to suppress the transmission of light source light for the purpose of emitting warm colors. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the phosphor layer or add a large amount of red phosphor. However, in such a configuration, there is a possibility that a problem of temperature quenching due to heat storage of the phosphor layer may occur.
特許文献3は、反射型の波長変換部材の基材の一例として銅および銅合金の材料が例示されているが、従来のアルミニウム基材等と同列な扱いで反射板として用いることが開示されたのみであり、温かみのある色の発光を目的としていないため、そのような場合の蛍光体層の厚みを考慮していない。 Patent Document 3 exemplifies copper and copper alloy materials as an example of a base material of a reflective wavelength conversion member, but discloses that it is used as a reflecting plate in the same manner as a conventional aluminum base material or the like. The thickness of the phosphor layer in such a case is not taken into consideration because it is only intended to emit a warm color.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができ、温度消光のリスクを低減できる波長変換部材および発光装置を提供する事を目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a wavelength conversion member and a light emitting device capable of obtaining light emission of a warm color having a small color temperature and reducing the risk of temperature quenching. With the goal.
(1)上記の目的を達成するため、本発明の波長変換部材は、光が入射する入射面と、前記入射面の反対側に位置する裏面とを有する蛍光体層と、前記裏面側に配置される反射層と、を備え、前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士を結合する透光性セラミックスとで形成され、前記反射層は、銅が主成分の材料で形成され、前記蛍光体層の厚みは15μm以上200μm以下であることを特徴としている。 (1) In order to achieve the above object, the wavelength conversion member of the present invention is arranged on the back surface side and a phosphor layer having an incident surface on which light is incident and a back surface located on the opposite side of the incident surface. The fluorescent layer is formed of phosphor particles and translucent ceramics that bond the fluorescent particles to each other, and the reflective layer is formed of a material whose main component is copper. The thickness of the phosphor layer is 15 μm or more and 200 μm or less.
このように、銅を主成分とする材料で形成された反射層としている。色温度の小さい発光を目的としたとき、例えば、光源光である青色の発光強度を低くすることで目的の色温度を得ようとした場合、アルミニウムや銀等を用いた反射層の場合は、蛍光体層の膜厚を増加させて光源光の強度を抑制する必要があったため、蛍光体層の蓄熱による温度消光のリスクが高まる。一方で、銅を主成分とする材料は長波長領域(550nm〜780nm)の光の反射率と比較して短波長領域(350nm〜550nm)の光の反射率が小さいことから、光源光の発光強度を大きくしても相対的に短波長領域の反射が抑制され、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができる。このように、色温度の小さい発光を目的としたとき、蛍光体層の膜厚を増加させて光源光の反射を抑制する必要がないため、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、蛍光体層の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。 In this way, the reflective layer is made of a material containing copper as a main component. When the purpose is to emit light with a low color temperature, for example, when trying to obtain the desired color temperature by lowering the emission intensity of blue, which is the light source light, in the case of a reflective layer using aluminum, silver, etc., Since it is necessary to increase the thickness of the phosphor layer to suppress the intensity of the light source light, the risk of temperature extinction due to the heat storage of the phosphor layer increases. On the other hand, the material containing copper as a main component has a smaller reflectance of light in the short wavelength region (350 nm to 550 nm) than the reflectance of light in the long wavelength region (550 nm to 780 nm), and therefore emits light from the light source. Even if the intensity is increased, reflection in a relatively short wavelength region is suppressed, and it is possible to obtain light emission of a warm color having a small color temperature. In this way, when the purpose is to emit light with a low color temperature, it is not necessary to increase the film thickness of the phosphor layer to suppress the reflection of the light source light. Therefore, when a reflection layer using aluminum, silver, or the like is used. As compared with the above, the thickness of the phosphor layer can be reduced, and the heat storage of the phosphor layer can be suppressed, so that the risk of temperature quenching can be reduced.
(2)また、本発明の波長変換部材において、前記蛍光体粒子は、420nm以上620nm未満の範囲に蛍光ピーク波長を有する第1蛍光体粒子と、620nm以上750nm以下の範囲に蛍光ピーク波長を有する第2蛍光体粒子と、を含み、前記第2蛍光体粒子は、前記第1蛍光体粒子に対して0.01以上0.3以下の体積比を有することを特徴としている。物体の見え方をより自然光での見え方に近い環境にすること、すなわち演色性に優れる光を得ることを目的として、例えば赤色蛍光体粒子を蛍光体層に混合することがある。演色性を高めるために赤色の蛍光を発する第2蛍光体粒子を使用する場合に、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、少量の赤色蛍光体粒子で色温度の小さい演色性の高い発光を得ることができる。これは前記の通り、蛍光体層の膜厚を厚くする必要がないため、赤色蛍光体の使用量を抑えることができるためである。また、短波長領域側の蛍光体と比較して、赤色蛍光体は発熱性の高い材料であるため、使用量を少量にすることで蛍光体層の蓄熱を抑制でき、温度消光のリスクを低減できる。 (2) Further, in the wavelength conversion member of the present invention, the phosphor particles have a first phosphor particle having a fluorescence peak wavelength in the range of 420 nm or more and less than 620 nm, and a fluorescence peak wavelength in the range of 620 nm or more and 750 nm or less. The second phosphor particles include the second phosphor particles, and the second phosphor particles are characterized by having a volume ratio of 0.01 or more and 0.3 or less with respect to the first phosphor particles. For the purpose of making the appearance of an object closer to that of natural light, that is, obtaining light having excellent color rendering properties, for example, red phosphor particles may be mixed with the phosphor layer. When the second phosphor particles that emit red fluorescence are used to enhance the color rendering property, the color temperature is increased with a small amount of red phosphor particles as compared with the case where a reflective layer using aluminum, silver, etc. is used. It is possible to obtain a small light emission with high color rendering properties. This is because, as described above, it is not necessary to increase the film thickness of the phosphor layer, so that the amount of the red phosphor used can be suppressed. In addition, since the red phosphor is a material with higher heat generation than the phosphor on the short wavelength region side, heat storage in the phosphor layer can be suppressed by using a small amount, and the risk of temperature quenching can be reduced. it can.
(3)また、本発明の波長変換部材において、前記反射層は、熱伝導率が250W/m・K以上であることを特徴としている。これにより、高出力な用途においても放熱性を確保でき、蛍光体層の蓄熱による温度消光のリスクを低減できる。 (3) Further, in the wavelength conversion member of the present invention, the reflective layer is characterized in that the thermal conductivity is 250 W / m · K or more. As a result, heat dissipation can be ensured even in high-power applications, and the risk of temperature quenching due to heat storage in the phosphor layer can be reduced.
(4)また、本発明の波長変換部材において、前記反射層の前記蛍光体層側の表面粗さRaは、7.0μm以下であることを特徴としている。これにより、反射層上に形成する蛍光体層の膜厚の制御が容易になり、蛍光体層を薄く形成できる。また、全波長領域に対する反射層の反射率を高くできる。 (4) Further, in the wavelength conversion member of the present invention, the surface roughness Ra of the reflective layer on the phosphor layer side is 7.0 μm or less. As a result, the film thickness of the phosphor layer formed on the reflective layer can be easily controlled, and the phosphor layer can be formed thin. In addition, the reflectance of the reflective layer with respect to the entire wavelength region can be increased.
(5)また、本発明の波長変換部材において、前記反射層は、前記蛍光体層側表面に凹状の窪み部を有し、前記窪み部に前記蛍光体層が形成されていることを特徴としている。これにより、蛍光体層に接触する反射層の面積を大きくでき、放熱性を向上できる。 (5) Further, in the wavelength conversion member of the present invention, the reflective layer has a concave recessed portion on the surface on the phosphor layer side, and the phosphor layer is formed in the recessed portion. There is. As a result, the area of the reflective layer in contact with the phosphor layer can be increased, and heat dissipation can be improved.
(6)また、本発明の発光装置は、特定範囲の波長の励起光を発する発光素子と、上記(1)から(5)のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴としている。これにより、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができる。また、色温度の小さい発光を目的としたとき、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、蛍光体層の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。 (6) Further, the light emitting device of the present invention is characterized by including a light emitting element that emits excitation light having a wavelength in a specific range and the wavelength conversion member according to any one of (1) to (5) above. There is. As a result, it is possible to obtain light emission of a warm color having a small color temperature. Further, when the purpose is to emit light with a small color temperature, the thickness of the phosphor layer can be reduced as compared with the case of using a reflective layer using aluminum, silver, etc., and the heat storage of the phosphor layer can be reduced. Since it can be suppressed, the risk of temperature quenching can be reduced.
本発明によれば、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができる。また、色温度の小さい発光を目的としたとき、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、蛍光体層の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。 According to the present invention, it is possible to obtain light emission of a warm color having a small color temperature. Further, when the purpose is to emit light with a small color temperature, the thickness of the phosphor layer can be reduced as compared with the case of using a reflective layer using aluminum, silver, etc., and the heat storage of the phosphor layer can be reduced. Since it can be suppressed, the risk of temperature quenching can be reduced.
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In order to facilitate understanding of the description, the same reference number is assigned to the same component in each drawing, and duplicate description is omitted. In the configuration diagram, the size of each component is conceptually represented, and does not necessarily represent the actual dimensional ratio.
[波長変換部材および発光装置の構成]
図1および図2は、波長変換部材100および発光装置10の一例を示す模式図である。図1および図2に示すように、発光装置10は、発光素子50および波長変換部材100を備え、例えば、波長変換部材100で反射した光源光および波長変換部材100内で光源光による励起で発生した変換光を合わせて照射光を放射している。照射光は例えば温かみのある白色光とすることができる。
[Structure of wavelength conversion member and light emitting device]
1 and 2 are schematic views showing an example of a
発光素子50には、LED(Light Emitting Diode)またはLD(Laser Diode)を用いることができる。LEDは、発光装置10の設計に応じて特定範囲の波長を有する光源光を発生させる。例えば、LEDは、青色光を発生させる。また、LDを用いた場合には波長や位相のばらつきの少ないコヒーレント光を発生できる。なお、発光素子50は、これらに限られず、可視光以外を発生させるものであってもよいが、紫外光、青色光、または緑色光を発生させるものが好ましく、特に青色光を発生させるものが好ましい。
An LED (Light Emitting Diode) or an LD (Laser Diode) can be used as the
波長変換部材100は、反射層110および蛍光体層120を備え、光源光を反射層110で反射させつつ、光源光に励起して波長の異なる光を発生させる。波長変換部材100は、板状に形成されていることが好ましい。例えば、青色光を反射させつつ、緑と赤や黄色の蛍光を発生させて白色光を放射できる。
The
反射層110は、銅が主成分の材料で形成される。銅が主成分の材料とは、銅を70wt%以上含む材料をいう。また放熱性の観点から、銅を80wt%以上含むことが好ましく、95wt%以上含むことがより好ましく、97wt%以上含むことがさらに好ましい。反射層110の材料として、例えば、純銅(無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅等)、Cu−Zr系銅合金(ジルコニウム銅)、Cu−Fe系銅合金、Cu−Mg系銅合金、高導電性銅合金、高導電高耐熱性銅合金、高強度・高導電耐熱性銅合金、丹銅、黄銅、青銅等を利用することができる。
The
このように、銅が主成分の材料で形成された反射層を利用することで、可視光領域における長波長領域(550nm〜780nm)の光の反射率と比較して短波長領域(350nm〜550nm)の光の反射率が小さいことから、光源光(励起光)の発光強度を大きくしても相対的に短波長領域の反射が抑制され、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができる。図3は、純銅、アルミニウム、および銀の可視光領域の波長ごとの反射率を示すグラフである。なお、図3の各金属の反射率は、日本分光社製の紫外可視分光光度計を用いて、相対全光線反射測定により求めた。なお、図3には示していないが、純銅以外の銅合金も、基本的には長波長領域の光の反射率と比較して短波長領域の光の反射率が小さいという傾向を示す。 In this way, by using the reflective layer formed of the material whose main component is copper, the reflectance of light in the long wavelength region (550 nm to 780 nm) in the visible light region is compared with that of light in the short wavelength region (350 nm to 550 nm). ), Since the reflectance of the light is small, even if the emission intensity of the light source light (excitation light) is increased, the reflection in the relatively short wavelength region is suppressed, and the emission of warm colors with a small color temperature can be obtained. Can be done. FIG. 3 is a graph showing the reflectance of pure copper, aluminum, and silver for each wavelength in the visible light region. The reflectance of each metal in FIG. 3 was determined by relative total light reflectance measurement using an ultraviolet-visible spectrophotometer manufactured by JASCO Corporation. Although not shown in FIG. 3, copper alloys other than pure copper also tend to have a small reflectance of light in the short wavelength region as compared with the reflectance of light in the long wavelength region.
また、色温度の小さい発光を目的として、例えば、銀やアルミニウムなどの長波長領域の光の反射率も短波長領域の光の反射率もいずれも大きい材料を利用して反射層を形成する場合、蛍光体層の膜厚を増加させて光源光の反射を抑制する必要がある。これは、通常、光源光は青色光、紫色光、紫外光などの短波長領域の光を利用するが、蛍光体層を薄くすると、光源光も多く反射され変換光に含まれるためである。すなわち、短波長領域の光を多く含む変換光となり、色温度の小さい発光を阻害する。しかしながら、蛍光体層を厚くすると、蛍光体層の蓄熱による、温度消光のリスクが高くなる。 Further, for the purpose of emitting light having a small color temperature, for example, when a reflective layer is formed by using a material having a large reflectance of light in a long wavelength region and a large reflectance of light in a short wavelength region such as silver and aluminum. , It is necessary to increase the film thickness of the phosphor layer to suppress the reflection of the light source light. This is because, normally, the light source light uses light in a short wavelength region such as blue light, purple light, and ultraviolet light, but when the phosphor layer is thinned, a large amount of light source light is reflected and included in the converted light. That is, it becomes converted light containing a large amount of light in the short wavelength region, and inhibits light emission having a small color temperature. However, if the phosphor layer is made thicker, the risk of temperature quenching due to the heat storage of the phosphor layer increases.
これに対し、本発明の反射層110は、短波長領域の光の反射を相対的に低くすることができるため、蛍光体層120の膜厚を増加させて光源光の反射を抑制する必要がない。したがって、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、蛍光体層120の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。
On the other hand, since the
色温度とは、以下のように定義される。すなわち、理想的な物体として黒体を想定する。この黒体を熱すると光を放射し、放射する光の波長/スペクトル(光の色)は黒体の温度毎に定まり、温度が変化すると光の色も変化する。この黒体の温度と放射する光の色を対応させると、ある「光の色」に対して「黒体の温度」が決まる。一般的には、これを色温度という。単位はケルビン(K)である。光源から光を受けて発せられた白色光は必ずしも黒体の放射軌跡上に分布するわけではない。そこで、光源と最も近い色に見える黒体放射の色温度で表示することが実用的に行われる。これを相関色温度という。本明細書中の色温度は、この「相関色温度」を指す。なお、相関色温度は、JIS Z 8725:2015に詳細が規定されている。本明細書において、色温度の小さい温かみのある色の発光とは、JIS Z 8725:2015に詳細が規定される相関色温度で、2600K以上5500K以下の色温度の色の発光をいう。 Color temperature is defined as follows. That is, a blackbody is assumed as an ideal object. When this blackbody is heated, it emits light, and the wavelength / spectrum (color of light) of the emitted light is determined for each temperature of the blackbody, and when the temperature changes, the color of the light also changes. By associating the temperature of the blackbody with the color of the emitted light, the "temperature of the blackbody" is determined for a certain "color of light". Generally, this is called color temperature. The unit is Kelvin (K). White light emitted by receiving light from a light source is not always distributed on the radiation trajectory of a blackbody. Therefore, it is practically performed to display at the color temperature of blackbody radiation that appears to be the closest color to the light source. This is called the correlated color temperature. The color temperature in the present specification refers to this "correlated color temperature". The details of the correlated color temperature are specified in JIS Z 8725: 2015. In the present specification, the light emission of a warm color having a small color temperature means the light emission of a color having a color temperature of 2600 K or more and 5500 K or less at a correlated color temperature whose details are specified in JIS Z 8725: 2015.
反射層110は、熱伝導率が20℃において250W/m・K以上であることが好ましい。これにより、高出力な用途においても放熱性を確保でき、蛍光体層120の蓄熱による温度消光のリスクを低減できる。銅が主成分の材料のうち、例えば、純銅、ジルコニウム銅、Cu−Fe系銅合金、Cu−Mg系銅合金、高導電性銅合金、高導電高耐熱性銅合金、高強度・高導電耐熱性銅合金は、熱伝導率が高いため、高出力な用途にも好適に使用できる。
The
反射層110の蛍光体層120側の表面粗さRaは、7.0μm以下であることが好ましい。これにより、反射層110上に形成する蛍光体層120の膜厚の制御が容易になり、蛍光体層120を薄く形成できる。また、全波長領域に対する反射層の鏡面反射(正反射)の反射率を高くできる。表面粗さRaは、6.3μm以下であることがより好ましく、1.6μm以下であることがさらに好ましく、0.2μm以下であることが特に好ましい。
The surface roughness Ra of the
反射層110は、蛍光体層120側表面に凹状の窪み部115を有し、窪み部115に蛍光体層120が形成されていることが好ましい。これにより、蛍光体層120に接触する反射層110の面積を大きくでき、放熱性を向上できる。図4は、窪み部115を有する反射層110に蛍光体層120が形成されている波長変換部材100を示す模式図である。
It is preferable that the
反射層110は、蛍光体層120が設けられた面と対向する面に、さらに基材105を設けてもよい。これにより、反射層110と蛍光体層120だけでは機械的強度が十分でない場合に、基材105により機械的強度を強化できる。このとき、反射層110は、基材105の表面に設けられたメッキ等の薄膜であってもよい。基材105の材料は特に限定されないが、例えば、純銅、銅合金、アルミニウム、鉄、サファイア、ガラス等で形成することができる。基材105を設ける場合、基材の熱伝導率も、20℃において250W/m・K以上であることが好ましい。
The
蛍光体層120は、反射層110上に設けられ、蛍光体粒子130と透光性セラミックス140とで形成されている。透光性セラミックス140は、蛍光体粒子130同士を結合するとともに反射層110と蛍光体粒子130とを結合している。蛍光体層120の厚みは15μm以上200μm以下である。また、蛍光体層120の厚みは20μm以上80μm以下であることが好ましい。これにより、色温度の小さい発光を目的としたときに、アルミニウムや銀等を用いた反射層110を利用する場合と比較して、蛍光体層120の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層120の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。また、蛍光体層120の厚みが薄いため、蛍光体層120で生じた熱を効率よく反射層110へ伝導し、蛍光体層120の温度上昇を防止できる。その結果、強度の大きい光源光を照射しても蛍光性能を維持できる。すなわち、高エネルギー密度レーザを光源光とする場合でも、色温度の小さい温かみのある色設計が可能な範囲で、できるだけ薄い蛍光体層120を形成することで蛍光体粒子130の発熱(蓄熱)による温度消光を抑制できる。
The
熱の伝えにくさを表す熱抵抗は蛍光体層の熱抵抗率または熱伝導率および面積を一定とした場合には厚みに依存し、厚くなるほど熱抵抗は増加する。レーザを照射した場合に熱抵抗が小さいほど、すなわち厚みが薄いほど熱は伝わりやすく蓄熱が起こりにくくなり、発熱(蓄熱)による温度消光を抑制することができる。 The thermal resistance, which indicates the difficulty of heat transfer, depends on the thermal resistance or thermal conductivity of the phosphor layer and the thickness when the area is constant, and the thicker the thermal resistance, the greater the thermal resistance. When the laser is irradiated, the smaller the thermal resistance, that is, the thinner the thickness, the easier it is for heat to be transferred and the less likely it is that heat storage occurs, and temperature quenching due to heat generation (heat storage) can be suppressed.
なお、蛍光体層の厚みは、15μmより薄くすると、蛍光体層内の様々な光路において蛍光体粒子の存在する確率が低下する光路が生じ、蛍光体層の面内で均一な照射光を得ることができなくなる虞が生じる。また、200μmより厚くすると、蛍光体層の蓄熱による温度消光の虞が生じ、特に高出力な用途で問題となる場合がある。 When the thickness of the phosphor layer is thinner than 15 μm, optical paths are generated in which the probability of the presence of phosphor particles is reduced in various optical paths in the phosphor layer, and uniform irradiation light is obtained in the plane of the phosphor layer. There is a risk that it will not be possible. Further, if it is thicker than 200 μm, there is a risk of temperature quenching due to heat storage of the phosphor layer, which may cause a problem especially in high output applications.
蛍光体層120は、空隙率が5vol%以上50vol%以下であることが好ましく、20vol%以上40vol%以下であることがより好ましい。5vol%より小さい場合、緻密になりすぎて蛍光体層120の剥離の虞が増大する。また、50vol%より大きい場合、励起光が抜けすぎるため、発光が青くなる。また、蛍光体層120の熱伝導が悪くなり、温度消光につながる。
The
蛍光体粒子130には、例えば、セリウム(Ce)が添加されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(YAG系蛍光体、YAG:Ce、単にYAGとも記載)およびルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体(LuAG系蛍光体、LuAG:Ce、単にLuAGとも記載)を用いることができる。また、演色性を高めるために第2蛍光体粒子(後述)として使用される赤色蛍光体粒子は、例えば、ユーロピウム(Eu)が添加されたCASN、SCASN(それぞれ、CASN:Eu、SCASN:Euとも記載)と称される窒化物蛍光体を用いることができる。
The
その他、蛍光体粒子は、発光させる色の設計に応じて以下のような材料から選択できる。例えば、BaMgAl10O17:Eu、ZnS:Ag、Cl、Eu、BaAl2S4:EuあるいはCaMgSi2O6:Euなどの青色系蛍光体、Zn2SiO4:Mn、(Y,Gd)BO3:Tb、ZnS:Cu、Al、(M1)2SiO4:Eu、(M1)(M2)2S:Eu、(M3)3Al5O12:Ce、SiAlON:Eu、CaSiAlON:Eu、(M1)Si2O2N:Euあるいは(Ba,Sr,Mg)2SiO4:Eu、Mnなどの黄色または緑色系蛍光体、(M1)3SiO5:Euあるいは(M1)S:Euなどの黄色、橙色または赤色系蛍光体、(Y,Gd)BO3:Eu、Y2O2S:Eu、(M1)2Si5N8:Eu、(M1)AlSiN3:EuあるいはYPVO4:Euなどの赤色系蛍光体が挙げられる。なお、上記化学式において、M1は、Ba、Ca、SrおよびMgからなる群のうちの少なくとも1つが含まれ、M2は、GaおよびAlのうちの少なくとも1つが含まれ、M3は、Y、Gd、LuおよびTeからなる群のうち少なくとも1つが含まれる。なお、上記の蛍光体粒子は一例であり、波長変換部材に用いられる蛍光体粒子が必ずしも上記に限られるわけではない。 In addition, the phosphor particles can be selected from the following materials according to the design of the color to be emitted. For example, a blue phosphor such as BaMgAl 10 O 17 : Eu, ZnS: Ag, Cl, Eu, BaAl 2 S 4 : Eu or CaMgSi 2 O 6 : Eu, Zn 2 SiO 4 : Mn, (Y, Gd) BO 3 : Tb, ZnS: Cu, Al, (M1) 2 SiO 4 : Eu, (M1) (M2) 2 S: Eu, (M3) 3 Al 5 O 12 : Ce, SiAlON: Eu, CaSiAlON: Eu, ( M1) Si 2 O 2 N: Eu or (Ba, Sr, Mg) 2 SiO 4 : Yellow or green phosphors such as Eu, Mn, (M1) 3 SiO 5 : Eu or (M1) S: Eu, etc. Yellow, orange or red phosphor, (Y, Gd) BO 3 : Eu, Y 2 O 2 S: Eu, (M1) 2 Si 5 N 8 : Eu, (M1) AlSiN 3 : Eu or YPVO 4 : Eu Red-based phosphors such as. In the above chemical formula, M1 contains at least one of the group consisting of Ba, Ca, Sr and Mg, M2 contains at least one of Ga and Al, and M3 contains Y, Gd and. At least one of the group consisting of Lu and Te is included. The above-mentioned phosphor particles are an example, and the phosphor particles used for the wavelength conversion member are not necessarily limited to the above.
蛍光体粒子130は、420nm以上620nm未満の範囲に蛍光ピーク波長を有する第1蛍光体粒子131と、620nm以上750nm以下の範囲に蛍光ピーク波長を有する第2蛍光体粒子132と、を含み、第2蛍光体粒子132は、第1蛍光体粒子131に対して0.01以上0.3以下の体積比を有することが好ましい。
The
これにより、第1蛍光体粒子131に加えて、演色性を高めるために赤色の蛍光を発する第2蛍光体粒子132を使用する場合に、アルミニウムや銀等を用いた反射層110を利用する場合と比較して、少量の赤色蛍光体粒子で色温度の小さい演色性の高い発光を得ることができる。また、赤色蛍光体は黄色蛍光体や緑色蛍光体と比較して、光源光と変換光のエネルギーの差が大きいため、発熱性の高い材料である。しかしながら、本発明は、赤色蛍光体の使用料を少量にすることで蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。
As a result, when the second phosphor particles 132 that emit red fluorescence in order to enhance the color rendering property are used in addition to the first phosphor particles 131, the
なお、蛍光体層120に2種類の蛍光体粒子130を使用する場合であっても、上記の蛍光体粒子は一例であり、波長変換部材100に用いられる第1蛍光体粒子131および第2蛍光体粒子132が必ずしも上記に限られるわけではない。また、第2蛍光体粒子132の平均粒子径は、第1蛍光体粒子131の平均粒子径と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
Even when two types of
蛍光体粒子130は、光源光(励起光)を吸収して、変換光を放射する。例えば、YAG:Ceは、光源光を吸収して、黄色の変換光を放射する。また、LuAG:Ceは、光源光を吸収して、緑色の変換光を放射する。また、S−CASNは、光源光を吸収して、赤色の変換光を放射する。例えば、光源光が青色または紫色であるときは、これらの蛍光体粒子を単独で、または組み合わせることで、光源光と変換光を合わせて、色温度の小さい温かみのある白色系の放射光を放射することができる。
The
蛍光体粒子130の平均粒子径は、5μm以上20μm以下であることが好ましい。5μm以上なので、変換光の発光強度が大きくなり、ひいては波長変換部材100の発光強度が大きくなる。また、20μm以下なので、個々の蛍光体粒子130の温度を低く維持でき、温度消光を抑制できる。
The average particle size of the
透光性セラミックス140は、無機バインダが加水分解または酸化されて形成されたものであり、透光性を有する無機材料により構成されている。透光性セラミックス140は、例えば、シリカ(SiO2)、リン酸アルミニウムで構成される。透光性セラミックス140は無機材料からなるので、LD等の高エネルギーの光が照射されても変質しない。また、透光性セラミックス140は透光性を有するので、光源光や変換光の発光強度を低下させないように通過させることができる。 The translucent ceramic 140 is formed by hydrolyzing or oxidizing an inorganic binder, and is made of a translucent inorganic material. The translucent ceramic 140 is composed of, for example, silica (SiO 2 ) and aluminum phosphate. Since the translucent ceramic 140 is made of an inorganic material, it does not deteriorate even when irradiated with high-energy light such as LD. Further, since the translucent ceramic 140 has translucency, it can be passed through without lowering the emission intensity of the light source light or the converted light.
なお、透光性を有する物質とは、0.5mmの対象物質に対して、可視光の波長領域(λ=380〜780nm)で光を垂直に入射したとき、反対側から抜けた光の放射束が入射光の80%を超える特性を有する物質をいう。 The translucent substance is the emission of light that escapes from the opposite side when light is vertically incident on a target substance of 0.5 mm in the wavelength region of visible light (λ = 380 to 780 nm). A substance whose bundle has a characteristic of more than 80% of the incident light.
蛍光体層120において、透光性セラミックス140に対する蛍光体粒子130の体積比は、2以上10以下であることが好ましく、4以上6以下であることがより好ましい。透光性セラミックスに対する蛍光体粒子の体積比が2より小さい場合、励起光が抜けすぎるため、発光が青くなる。また、透光性セラミックスに対する蛍光体粒子の体積比が10より大きい場合、反射層100と蛍光体粒子130とを接着している透光性セラミックス140が足りなくなり、蛍光体層120の剥離の虞が増大する。
In the
波長変換部材の蛍光体層の空隙率、厚み、蛍光体粒子の平均粒子径、および透光性セラミックスに対する蛍光体粒子の体積比は、SEM(走査型電子顕微鏡)画像の解析で計測することができる。SEM画像の解析における蛍光体層の空隙率は、例えば、次のようにすることで計測できる。まず、反射層の平面方向と垂直な方向における蛍光体層の断面をSEMで2000倍の倍率で撮影する。次に、アメリカ国立衛生研究所(NIH:National Institute of Health)が開発したフリーソフト「ImageJ」を用いて、撮影した写真データから蛍光体層部分を矩形に切り出し、その画像を、2値化した画像の黒部=空隙、白部=蛍光体粒子、固化後のバインダ(透光性セラミックス)となるある閾値によって2値化する。そして、黒部面積÷(黒部面積+白部面積)×100を計算することで、空隙率を求めることができる。空隙がランダムな形状を有するため、面積空隙率と体積空隙率は同等であると考えてよい。なお、このときに用いる画像は、蛍光体層全体の平均的な値となるように、蛍光体層における複数個所の断面画像(例えば3枚以上)を取得することが好ましい。 The porosity and thickness of the phosphor layer of the wavelength conversion member, the average particle diameter of the phosphor particles, and the volume ratio of the phosphor particles to the translucent ceramics can be measured by analyzing SEM (scanning electron microscope) images. it can. The porosity of the phosphor layer in the analysis of the SEM image can be measured by, for example, as follows. First, the cross section of the phosphor layer in the direction perpendicular to the plane direction of the reflective layer is photographed by SEM at a magnification of 2000 times. Next, using the free software "ImageJ" developed by the National Institutes of Health (NIH), the phosphor layer portion was cut out into a rectangle from the photographed data, and the image was binarized. The image is binarized according to a certain threshold value such that the black part = voids, the white part = phosphor particles, and the binder (translucent ceramics) after solidification. Then, the porosity can be obtained by calculating the black part area ÷ (black part area + white part area) × 100. Since the voids have a random shape, the area porosity and the volume porosity can be considered to be equivalent. As the image used at this time, it is preferable to acquire cross-sectional images (for example, three or more) of a plurality of locations in the phosphor layer so as to have an average value of the entire phosphor layer.
また、SEM画像の解析における蛍光体層の厚みは、例えば、次のようにすることで計測できる。まず、反射層の平面方向と垂直な方向における蛍光体層の断面をSEMで2000倍の倍率で撮影する。次に、撮影した写真データの画像を、「ImageJ」を用いて2値化した画像によって蛍光体層と反射層が識別できるようになるある閾値によって2値化する。そして、画像から蛍光体層と認められる画像の範囲を定め、その垂直方向の厚みを等間隔に複数算出し、その平均値から蛍光体層の厚みの平均値を求めることができる。なお、このときに用いる画像は、蛍光体層全体の平均値となるように、蛍光体層における複数個所の断面画像(例えば3枚以上)を取得することが好ましい。 Further, the thickness of the phosphor layer in the analysis of the SEM image can be measured by, for example, as follows. First, the cross section of the phosphor layer in the direction perpendicular to the plane direction of the reflective layer is photographed by SEM at a magnification of 2000 times. Next, the photographed image of the photographic data is binarized by a certain threshold value that enables the phosphor layer and the reflective layer to be distinguished by the binarized image using "ImageJ". Then, a range of the image recognized as the phosphor layer is defined from the image, a plurality of thicknesses in the vertical direction thereof are calculated at equal intervals, and the average value of the thickness of the phosphor layer can be obtained from the average value. As the image used at this time, it is preferable to acquire cross-sectional images (for example, three or more) of a plurality of locations in the phosphor layer so as to be an average value of the entire phosphor layer.
また、SEM画像の解析における蛍光体粒子の平均粒子径は、例えば、次のようにすることで計測できる。まず、反射層の平面方向と垂直な方向における蛍光体層の断面をSEMで2000倍の倍率で撮影する。次に、「ImageJ」を用いて、撮影した写真データから蛍光体層部分を矩形に切り出し、その画像を、2値化した画像によって蛍光体層中の蛍光体粒子とそれ以外の部分(透光性セラミックス、空隙など)が識別できるようになるある閾値によって2値化する。そして、画像から蛍光体粒子と認められる100個以上の断面積を算出し、その累積分布から平均粒子径を求めることができる。なお、このときに用いる画像は、蛍光体層に含まれる蛍光体粒子の粒径について全体的な平均粒子径となるように、蛍光体層における複数個所の断面画像(例えば3枚以上)を取得することが好ましい。このように求めた蛍光体粒子の平均粒子径は、断面画像の枚数および蛍光体粒子の個数を統計的に十分な数算出し計測することで、波長変換部材の製造時に規定した蛍光体粒子のメジアン径(D50)としての平均粒子径との差が十分に小さくなる。 Further, the average particle size of the phosphor particles in the analysis of the SEM image can be measured by, for example, as follows. First, the cross section of the phosphor layer in the direction perpendicular to the plane direction of the reflective layer is photographed by SEM at a magnification of 2000 times. Next, using "ImageJ", the phosphor layer portion is cut out into a rectangle from the photographed data, and the image is binarized to obtain the phosphor particles in the phosphor layer and other portions (translucency). It is binarized by a certain threshold value that makes it possible to identify sex ceramics, voids, etc.). Then, the cross-sectional area of 100 or more particles recognized as phosphor particles can be calculated from the image, and the average particle diameter can be obtained from the cumulative distribution thereof. As the image used at this time, cross-sectional images (for example, three or more) of a plurality of locations in the phosphor layer are acquired so as to have an overall average particle size with respect to the particle size of the phosphor particles contained in the phosphor layer. It is preferable to do so. The average particle size of the phosphor particles obtained in this way is obtained by calculating and measuring a statistically sufficient number of cross-sectional images and the number of phosphor particles to obtain the phosphor particles specified at the time of manufacturing the wavelength conversion member. The difference from the average particle diameter as the median diameter (D50) becomes sufficiently small.
また、SEM画像の解析における透光性セラミックスに対する蛍光体粒子の体積比は、例えば、次のようにすることで算出できる。まず、反射層の平面方向と垂直な方向における蛍光体層の断面をSEMで2000倍の倍率で撮影する。次に、「ImageJ」を用いて、撮影した写真データから蛍光体層部分を矩形に切り出し、その画像を、2値化した画像の黒部=空隙、白部=蛍光体粒子、透光性セラミックスとなるある閾値によって2値化する。また、同一の画像を蛍光体粒子と透光性セラミックスが識別できるようになる別の閾値によって2値化する。この2種類の2値化した画像によって、画像における蛍光体粒子の面積と透光性セラミックスの面積を算出する。そして、(蛍光体粒子の面積)÷(透光性セラミックスの面積)を計算することで、透光性セラミックスに対する蛍光体粒子の体積比を求めることができる。透光性セラミックスがランダムな形状を有するため、面積比と体積比は同等であると考えてよい。なお、このときに用いる画像は、蛍光体層全体の平均的な値となるように、蛍光体層における複数個所の断面画像(例えば3枚以上)を取得することが好ましい。また、上記の空隙率および蛍光体粒子の累積分布を用いて透光性セラミックスに対する蛍光体粒子の体積比を算出することもできる。 Further, the volume ratio of the phosphor particles to the translucent ceramics in the analysis of the SEM image can be calculated by, for example, as follows. First, the cross section of the phosphor layer in the direction perpendicular to the plane direction of the reflective layer is photographed by SEM at a magnification of 2000 times. Next, using "ImageJ", the phosphor layer portion is cut out into a rectangle from the photographed data, and the image is binarized with black part = void, white part = phosphor particle, and translucent ceramics. It is binarized by a certain threshold value. Also, the same image is binarized by another threshold that allows the phosphor particles and translucent ceramics to be distinguished. From these two types of binarized images, the area of the phosphor particles and the area of the translucent ceramics in the image are calculated. Then, by calculating (area of phosphor particles) ÷ (area of translucent ceramics), the volume ratio of phosphor particles to translucent ceramics can be obtained. Since the translucent ceramics have a random shape, it can be considered that the area ratio and the volume ratio are equivalent. As the image used at this time, it is preferable to acquire cross-sectional images (for example, three or more) of a plurality of locations in the phosphor layer so as to have an average value of the entire phosphor layer. It is also possible to calculate the volume ratio of the phosphor particles to the translucent ceramics by using the porosity and the cumulative distribution of the phosphor particles.
このような波長変換部材および発光装置により、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができる。また、色温度の小さい発光を目的としたとき、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、蛍光体層の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できる。本発明の波長変換部材および発光装置は、特に照明において高演色性が求められる用途に好適に使用される。例えば、レストランなどの照明に使用され、食品をおいしく見せることができる。 With such a wavelength conversion member and a light emitting device, it is possible to obtain light emission of a warm color having a small color temperature. Further, when the purpose is to emit light with a small color temperature, the thickness of the phosphor layer can be reduced as compared with the case of using a reflective layer using aluminum, silver, etc., and the heat storage of the phosphor layer can be reduced. Since it can be suppressed, the risk of temperature quenching can be reduced. The wavelength conversion member and the light emitting device of the present invention are suitably used in applications where high color rendering properties are required, especially in lighting. For example, it is used for lighting restaurants and the like, and can make food look delicious.
[波長変換部材の作製方法]
図5(a)、(b)、(c)は、それぞれ本発明の波長変換部材の作製工程を示す断面図である。まず無機バインダ、溶剤、蛍光体粒子を準備する。無機バインダは、エチルシリケート等の有機シリケートであることが好ましい。有機シリケートを用いることで蛍光体粒子が印刷用ペースト全体に分散し、適切な粘度の印刷用ペーストを作製することができる。例えば、無機バインダとしてエチルシリケートを用いるときは、水および触媒の質量に対して、エチルシリケートを70wt%以上100wt%以下、好ましくは80wt%以上90wt%以下の質量とする。その他、無機バインダは、加水分解あるいは酸化により酸化ケイ素となる酸化ケイ素前駆体、ケイ酸化合物、シリカ、およびアモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも1種を含む原料を、常温で反応させるか、または、500℃以下の温度で熱処理することにより得られたものであってもよい。酸化ケイ素前駆体としては、例えば、ペルヒドロポリシラザン、エチルシリケート、メチルシリケートを主成分としたものが挙げられる。また、溶剤としては、ブタノール、イソホロン、α−テルピネオール、グリセリン等の高沸点溶剤を用いることができる。
[Method of manufacturing wavelength conversion member]
5A, 5B, and 5C are cross-sectional views showing a manufacturing process of the wavelength conversion member of the present invention, respectively. First, prepare an inorganic binder, a solvent, and phosphor particles. The inorganic binder is preferably an organic silicate such as ethyl silicate. By using the organic silicate, the phosphor particles are dispersed in the entire printing paste, and a printing paste having an appropriate viscosity can be prepared. For example, when ethyl silicate is used as the inorganic binder, the mass of ethyl silicate is 70 wt% or more and 100 wt% or less, preferably 80 wt% or more and 90 wt% or less, based on the mass of water and the catalyst. In addition, the inorganic binder is prepared by reacting a raw material containing at least one of a group consisting of a silicon oxide precursor, a silicic acid compound, silica, and amorphous silica, which becomes silicon oxide by hydrolysis or oxidation, at room temperature. , It may be obtained by heat treatment at a temperature of 500 ° C. or lower. Examples of the silicon oxide precursor include those containing perhydropolysilazane, ethyl silicate, and methyl silicate as main components. As the solvent, a high boiling point solvent such as butanol, isophorone, α-terpineol, and glycerin can be used.
蛍光体粒子には、例えばYAG、LuAG等の粒子を用いることができる。光源光に対して得ようとする照射光の色温度に応じて蛍光体粒子の種類や量を調整する。このとき、2種類以上の蛍光体粒子を用いてもよい。例えば、青色光に対して白色光を得ようとする場合には、青色光による励起で緑色光および赤色光または黄色光を放射する蛍光体粒子をそれぞれ適量選択する。また、演色性を高めることを目的として、第1蛍光体粒子に対し第2蛍光体粒子を加える場合は、420nm以上620nm未満の範囲に蛍光ピーク波長を有する第1蛍光体粒子に対して、620nm以上750nm以下の範囲に蛍光ピーク波長を有する第2蛍光体粒子を、0.01以上0.3以下の体積比となるように調整して加える。 As the phosphor particles, for example, particles such as YAG and LuAG can be used. The type and amount of phosphor particles are adjusted according to the color temperature of the irradiation light to be obtained with respect to the light source light. At this time, two or more kinds of phosphor particles may be used. For example, when trying to obtain white light with respect to blue light, an appropriate amount of phosphor particles that emit green light and red light or yellow light when excited by blue light is selected. When the second phosphor particles are added to the first phosphor particles for the purpose of enhancing the color playability, the first phosphor particles having a fluorescence peak wavelength in the range of 420 nm or more and less than 620 nm has a fluorescence peak wavelength of 620 nm. Second phosphor particles having a fluorescence peak wavelength in the range of 750 nm or more are added after adjusting the volume ratio to 0.01 or more and 0.3 or less.
図5(a)に示すように、これらの無機バインダ、溶剤、蛍光体粒子を混合してペースト(インク)410を作製する。混合にはボールミル等を用いることができる。一方で、無機材料の反射層を準備する。反射層は、銅が主成分の材料を用いる。反射層は板状であることが好ましい。また、基材上に反射層を設ける場合は、この時点で基材に反射層を接合しておく。 As shown in FIG. 5A, these inorganic binders, a solvent, and phosphor particles are mixed to prepare a paste (ink) 410. A ball mill or the like can be used for mixing. On the other hand, a reflective layer made of an inorganic material is prepared. The reflective layer uses a material whose main component is copper. The reflective layer is preferably plate-shaped. When the reflective layer is provided on the base material, the reflective layer is bonded to the base material at this point.
次に、図5(b)に示すように、スクリーン印刷法を用いて、得られたペースト410を熱処理後に15μm以上200μm以下の範囲の所定の平均膜厚の厚みになるように反射層110に塗布する。スクリーン印刷は、ペースト410をインキスキージ510で、枠に張られたスクリーン520に押しつけて行なうことができる。スクリーン印刷法以外に、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、インクジェット法が挙げられるが、薄い厚みの蛍光体層を安定的に形成するためにはスクリーン印刷法が好ましい。
Next, as shown in FIG. 5B, the obtained
そして、図5(c)に示すように、印刷されたペースト410を乾燥させて、炉600内で熱処理することで溶剤を飛ばすとともに無機バインダの有機分を飛ばして無機バインダ中の主金属を酸化(主金属がSiの場合はSiO2化)させ、その際に蛍光体層120と反射層110とを接着する。乾燥は、100℃以上150℃以下で20分以上60分以下行うことが好ましい。また、熱処理温度は、150℃以上500℃以下であることが好ましく、熱処理時間は、0.5時間以上2.0時間以下であることが好ましい。また、昇温速度は、50℃/h以上200℃/h以下であることが好ましい。また、熱処理は不活性ガス雰囲気中であることが好ましい。
Then, as shown in FIG. 5C, the printed
このようにして、波長変換部材を得ることができる。そして、発光装置は、波長変換部材をLED等の光源に対して適宜配置して作製することができる。 In this way, the wavelength conversion member can be obtained. Then, the light emitting device can be manufactured by appropriately arranging the wavelength conversion member with respect to a light source such as an LED.
[実施例]
(実施例および比較例の試料の作製方法)
純銅を用いて作製した、縦20mm、横20mm、厚み2.0mmの平板からなる反射層、およびアルミニウムを用いて作製した同じサイズの反射層を準備した。また、平均粒径10〜11μmの蛍光体粒子(YAG:Ce粒子、LuAG:Ce粒子、SCASN:Eu粒子)を準備した。平均粒子径は、HORIBA製Partica LA−960を使用して、メジアン径(D50)で計測した。メジアン径(D50)は、レーザ回折/散乱式粒子径分布測定装置の乾式測定または湿式測定を用いて計測することができる。これらの蛍光体粒子を秤量し、α−テルピネオール(溶剤)を混合して分散材を作製し、エチルシリケート(無機バインダ)と混合して印刷用ペーストを作製した。
[Example]
(Method for preparing samples of Examples and Comparative Examples)
A reflective layer made of a flat plate having a length of 20 mm, a width of 20 mm, and a thickness of 2.0 mm made of pure copper and a reflective layer of the same size made of aluminum were prepared. Further, phosphor particles having an average particle size of 10 to 11 μm (YAG: Ce particles, LuAG: Ce particles, SCASN: Eu particles) were prepared. The average particle size was measured with a median diameter (D50) using HORIBA's Partica LA-960. The median diameter (D50) can be measured using a dry measurement or a wet measurement of a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. These phosphor particles were weighed and mixed with α-terpineol (solvent) to prepare a dispersant, and mixed with ethyl silicate (inorganic binder) to prepare a printing paste.
ここで、実施例1および比較例1を作製するための印刷用ペーストは、1種類の蛍光体粒子(YAG:Ce粒子またはLuAG:Ce粒子)を含むものとした。また、実施例2および比較例2を作製するための印刷用ペーストは、420nm以上620nm未満の範囲に蛍光ピーク波長を有する第1蛍光体粒子(YAG:Ce粒子)と、620nm以上750nm以下の範囲に蛍光ピーク波長を有する第2蛍光体粒子(SCASN:Eu粒子)とが所定の体積比となるように混合されたものとした。なお、実施例1−1から1−3をまとめて実施例1といい、比較例1−1から1−4をまとめて比較例1という。また、実施例2−1から2−4をまとめて実施例2といい、比較例2−1および比較例2−2を比較例2ともいう。 Here, the printing paste for producing Example 1 and Comparative Example 1 was assumed to contain one kind of phosphor particles (YAG: Ce particles or LuAG: Ce particles). The printing paste for producing Example 2 and Comparative Example 2 includes first phosphor particles (YAG: Ce particles) having a fluorescence peak wavelength in the range of 420 nm or more and less than 620 nm, and 620 nm or more and 750 nm or less. Second phosphor particles (SCASSN: Eu particles) having a fluorescence peak wavelength were mixed so as to have a predetermined volume ratio. In addition, Examples 1-1 to 1-3 are collectively referred to as Example 1, and Comparative Examples 1-1 to 1-4 are collectively referred to as Comparative Example 1. Further, Examples 2-1 to 2-4 are collectively referred to as Example 2, and Comparative Example 2-1 and Comparative Example 2-2 are also referred to as Comparative Example 2.
次に、スクリーン印刷法を用いて上記2種類の反射層にいずれかの印刷用ペーストを焼成後に30μm〜250μmの厚みになるよう塗布した。塗布後に100℃で20分乾燥させた後、無機バインダで封孔処理をした。次に電気炉を用いて不活性ガス雰囲気中で150℃/hで350℃まで昇温し、30分焼成して実施例および比較例の試料が完成した。 Next, using a screen printing method, either of the printing pastes was applied to the above two types of reflective layers so as to have a thickness of 30 μm to 250 μm after firing. After coating, it was dried at 100 ° C. for 20 minutes and then sealed with an inorganic binder. Next, the temperature was raised to 350 ° C. at 150 ° C./h in an inert gas atmosphere using an electric furnace, and the samples were fired for 30 minutes to complete the samples of Examples and Comparative Examples.
蛍光体層の膜厚(厚み)は、各試料のSEM断面写真を1000倍の倍率で撮影し、反射層に対し等間隔で10本の垂線を引き、蛍光体層のトップ面から反射層のトップ面までの距離を測定し、10本の線の平均長さから蛍光体層の膜厚を算出した。 To determine the film thickness (thickness) of the phosphor layer, take an SEM cross-sectional photograph of each sample at a magnification of 1000 times, draw 10 perpendicular lines at equal intervals with respect to the reflective layer, and draw 10 perpendicular lines from the top surface of the phosphor layer to the reflective layer. The distance to the top surface was measured, and the film thickness of the phosphor layer was calculated from the average length of the 10 lines.
(試料の評価方法)
完成した各試料に対して、1000mWの青色光でレーザ励起したときに、狙いの色温度になっているかどうかを色彩照度計を用いて計測した。なお、計測した色温度は、JIS Z 8725:2015に規定される相関色温度である。計測した色温度が2600K以上5500K以下の範囲内になった試料は、色味が合格であると判定した。また、この範囲外になった試料は、色味が不合格であると判定した。
(Sample evaluation method)
When each completed sample was laser-excited with 1000 mW of blue light, it was measured using a color illuminometer to see if the target color temperature was reached. The measured color temperature is the correlated color temperature specified in JIS Z 8725: 2015. A sample having a measured color temperature in the range of 2600 K or more and 5500 K or less was judged to have a pass color. In addition, the samples outside this range were judged to have failed the color.
また、放熱性(温度消光の判定)の評価としては、最大24Wの入力となるレーザによる励起で発光強度試験を行った。励起波長は445nmであり、集光レンズにより照射径は0.3mm2に調整した。このとき、レーザパワーを徐々に上げていき、2Wのときに発光の減少が無ければ合格、発光の減少があれば温度消光したものとして不合格と判定した。図6は、実施例1および比較例1の試料の各種条件と、狙いの色温度になったかどうかの結果(色味)、および、温度消光が生じたかどうかの結果を表す表である。また、図7は、実施例2および比較例2の試料の各種条件と、狙いの色温度になったかどうかの結果(色味)、および、温度消光が生じたかどうかの結果を表す表である。図6、図7共に、色味および温度消光について、〇は合格、×は不合格を示している。 Further, as an evaluation of heat dissipation (determination of temperature quenching), an emission intensity test was performed by excitation with a laser having an input of a maximum of 24 W. The excitation wavelength was 445 nm, and the irradiation diameter was adjusted to 0.3 mm 2 with a condenser lens. At this time, the laser power was gradually increased, and if there was no decrease in light emission at 2 W, it was judged to be acceptable, and if there was a decrease in light emission, it was determined to be rejected as temperature quenching. FIG. 6 is a table showing various conditions of the samples of Example 1 and Comparative Example 1, the result (color tint) of whether or not the target color temperature was reached, and the result of whether or not temperature quenching occurred. Further, FIG. 7 is a table showing various conditions of the samples of Example 2 and Comparative Example 2, the result (color tint) of whether or not the target color temperature was reached, and the result of whether or not temperature quenching occurred. .. In both FIGS. 6 and 7, ◯ indicates a pass and × indicates a failure in terms of color and temperature quenching.
(実施例1および比較例1)
実施例1−1から1−3および比較例1−4の試料は、純銅の反射層を使用した波長変換部材で、蛍光体粒子としてYAG:CeまたはLuAG:Ce粒子を用いて、狙いの色温度を2600Kから5500Kとして蛍光体層の厚みを変化させて作製した試料である。また、比較例1−1から1−3の試料は、アルミニウムの反射層を使用した波長変換部材で、蛍光体粒子としてYAG:CeまたはLuAG:Ce粒子を用いて、狙いの色温度を実施例1と同様の範囲として蛍光体層の厚みを変化させて作製した試料である。
(Example 1 and Comparative Example 1)
The samples of Examples 1-1 to 1-3 and Comparative Example 1-4 are wavelength conversion members using a reflective layer of pure copper, and use YAG: Ce or LuAG: Ce particles as phosphor particles to obtain a target color. This is a sample prepared by changing the thickness of the phosphor layer at a temperature of 2600 K to 5500 K. Further, the samples of Comparative Examples 1-1 to 1-3 are wavelength conversion members using an aluminum reflective layer, and use YAG: Ce or LuAG: Ce particles as phosphor particles to set a target color temperature in Examples. This is a sample prepared by changing the thickness of the phosphor layer in the same range as in 1.
実施例1−1は、薄い膜厚で温かみのある色温度の発光が得られた。すなわち、純銅で形成された反射層を利用することで、相対的に光源光由来の短波長領域の反射が抑制され、蛍光体層の厚みを薄くしても色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができた。また、蛍光体層の厚みが十分に薄いため、温度消光は起きなかった。 In Example 1-1, light emission with a thin film thickness and a warm color temperature was obtained. That is, by using the reflection layer made of pure copper, the reflection in the short wavelength region derived from the light source light is relatively suppressed, and even if the thickness of the phosphor layer is reduced, the color temperature is small and the color is warm. I was able to get light emission. Moreover, since the thickness of the phosphor layer was sufficiently thin, temperature quenching did not occur.
実施例1−2は、実施例1−1より蛍光体層の厚みが厚いため、蛍光体層で変換される光源光が多くなり、結果として照射光に含まれる短波長領域の光が少なくなり、色温度が小さくなったが、狙いの色温度の範囲には入っていた。また、蛍光体層の厚みが200μmであったが、上記の発光素子の入力に対して温度消光は生じなかった。 In Example 1-2, since the phosphor layer is thicker than in Example 1-1, more light source light is converted by the phosphor layer, and as a result, less light in the short wavelength region included in the irradiation light. , The color temperature became smaller, but it was within the target color temperature range. Further, although the thickness of the phosphor layer was 200 μm, temperature quenching did not occur with respect to the input of the above-mentioned light emitting element.
比較例1−4は膜厚の上限値を超えて作製したもので、反射層である銅の効果を得られず温度消光が生じたため、色温度は測定できなかった。 Comparative Examples 1-4 were produced in excess of the upper limit of the film thickness, and the color temperature could not be measured because the effect of copper as a reflective layer could not be obtained and temperature quenching occurred.
実施例1−3は、実施例1−1と同様の条件で蛍光体粒子をLuAG:Ceに変更して作製した試料である。蛍光体粒子をLuAG:Ceに変更しても、色温度が狙いの色温度の範囲内に入った。また、温度消光も生じなかった。 Example 1-3 is a sample prepared by changing the phosphor particles to LuAG: Ce under the same conditions as in Example 1-1. Even if the phosphor particles were changed to LuAG: Ce, the color temperature was within the target color temperature range. In addition, temperature quenching did not occur.
比較例1−1は、蛍光体層の厚みを200μmとすることで狙いの色温度の範囲に入る発光を得ることを目指したが、蛍光体層の厚みと、アルミニウム反射層の組み合わせでは熱を逃がし切れず、上記の発光素子の入力に対して温度消光が生じたため、色温度は測定できなかった。比較例1−2は、蛍光体層の厚みを30μmとすることで温度消光を生じないようにすることはできたが、狙いの色温度の範囲に入る発光を得ることができなかった。これは、反射層がアルミニウムで形成されているため、短波長領域の光もよく反射したからであると考えられる。比較例1−3は反射層をアルミニウムとしたこと以外は実施例1−3と同様の条件にて作製したが、比較例1−2と同様の結果となった。 Comparative Example 1-1 aimed to obtain light emission within the target color temperature range by setting the thickness of the phosphor layer to 200 μm, but the combination of the thickness of the phosphor layer and the aluminum reflective layer generated heat. The color temperature could not be measured because the temperature could not be completely escaped and the temperature was extinguished with respect to the input of the light emitting element. In Comparative Example 1-2, temperature quenching could be prevented by setting the thickness of the phosphor layer to 30 μm, but light emission within the target color temperature range could not be obtained. It is considered that this is because the reflective layer is made of aluminum, so that light in the short wavelength region is also reflected well. Comparative Example 1-3 was produced under the same conditions as in Example 1-3 except that the reflective layer was made of aluminum, but the results were the same as those in Comparative Example 1-2.
(実施例2および比較例2)
実施例2−1から2−4および比較例2−2の試料は、純銅の反射層を使用した波長変換部材で、蛍光体層の厚みを30μmで一定にし、使用する蛍光体粒子についてYAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子(SCASN:Eu粒子)の体積比を変化させて作製した試料である。また、比較例2−1の試料は、アルミニウムの反射層を使用した波長変換部材で、蛍光体層の厚みを実施例2と同様の30μmとし、実施例2−2と同様の色温度の範囲内になるように、YAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子の体積比を決定して作製した試料である。
(Example 2 and Comparative Example 2)
The samples of Examples 2-1 to 2-4 and Comparative Example 2-2 are wavelength conversion members using a reflective layer of pure copper, and the thickness of the phosphor layer is kept constant at 30 μm. This is a sample prepared by changing the volume ratio of red phosphor particles (SCASN: Eu particles) to Ce. The sample of Comparative Example 2-1 is a wavelength conversion member using an aluminum reflective layer, and the thickness of the phosphor layer is 30 μm, which is the same as that of Example 2, and the color temperature range is the same as that of Example 2-2. This is a sample prepared by determining the volume ratio of the red phosphor particles to YAG: Ce so as to be inside.
実施例2は、YAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子の体積比を0.01以上0.3以下とすることで、狙いの色温度の範囲内の色温度の照射光を得ることができた。なお、YAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子の体積比を0.01より小さくすると、演色性を高める効果が薄くなる。また、YAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子の体積比を0.3より大きくすると、蛍光体層の蓄熱による温度消光の虞が高くなる。また、照射光が赤味の強い白色光になると考えられる。比較例2−2は、YAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子の体積比が上限を超えた0.4にて作製したもので、赤色蛍光体の添加量が多すぎたため温度消光が生じた。また、色温度は測定できなかった。 In Example 2, by setting the volume ratio of the red phosphor particles to YAG: Ce to 0.01 or more and 0.3 or less, irradiation light having a color temperature within the target color temperature range could be obtained. If the volume ratio of the red phosphor particles to YAG: Ce is smaller than 0.01, the effect of enhancing the color rendering property becomes weak. Further, when the volume ratio of the red phosphor particles to YAG: Ce is made larger than 0.3, the risk of temperature quenching due to the heat storage of the phosphor layer increases. Further, it is considered that the irradiation light becomes white light having a strong reddish tinge. Comparative Example 2-2 was produced at a volume ratio of red phosphor particles to YAG: Ce of 0.4, which exceeded the upper limit, and temperature quenching occurred because the amount of red phosphor added was too large. Moreover, the color temperature could not be measured.
比較例2−1は、実施例2−2と同様の色温度の範囲内になるように作製したところ、YAG:Ceに対する赤色蛍光体粒子の体積比が0.1となり、実施例2−2と比較して赤色蛍光体粒子の使用量が増加した。これにより、発光の初期の段階では色温度の測定をすることができたが、実施例2−2と比較して蛍光体層での蓄熱が発生しやすくなったため、実施例2−2と異なり、経時的な温度消光が発生した。 When Comparative Example 2-1 was prepared so as to be within the same color temperature range as in Example 2-2, the volume ratio of the red phosphor particles to YAG: Ce was 0.1, and Example 2-2. The amount of red phosphor particles used increased as compared with the above. As a result, the color temperature could be measured in the initial stage of quenching, but it was different from Example 2-2 because heat storage in the phosphor layer was more likely to occur as compared with Example 2-2. , Temperature quenching occurred over time.
以上の結果によって、本発明の波長変換部材は、色温度の小さい温かみのある色の発光を得ることができることが分かった。また、色温度の小さい発光を目的としたとき、アルミニウムや銀等を用いた反射層を利用する場合と比較して、蛍光体層の膜厚を薄くすることができ、蛍光体層の蓄熱を抑制できるため、温度消光のリスクを低減できることが分かった。 From the above results, it was found that the wavelength conversion member of the present invention can obtain light emission of a warm color having a small color temperature. Further, when the purpose is to emit light with a small color temperature, the thickness of the phosphor layer can be reduced as compared with the case of using a reflective layer using aluminum, silver, etc., and the heat storage of the phosphor layer can be reduced. It was found that the risk of temperature quenching can be reduced because it can be suppressed.
10 発光装置
50 発光素子
100 波長変換部材
105 基材
110 反射層
115 窪み部
120 蛍光体層
130 蛍光体粒子
131 第1蛍光体粒子
132 第2蛍光体粒子
140 透光性セラミックス
410 ペースト
510 インキスキージ
520 スクリーン
600 炉
10
Claims (6)
光が入射する入射面と、前記入射面の反対側に位置する裏面とを有する蛍光体層と、
前記裏面側に配置される反射層と、を備え、
前記蛍光体層は、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士を結合する透光性セラミックスとで形成され、
前記反射層は、銅が主成分の材料で形成され、
前記蛍光体層の厚みは15μm以上200μm以下であることを特徴とする波長変換部材。 It is a wavelength conversion member
A phosphor layer having an incident surface on which light is incident and a back surface located on the opposite side of the incident surface.
A reflective layer arranged on the back surface side is provided.
The phosphor layer is formed of phosphor particles and translucent ceramics that bond the fluorescent particles to each other.
The reflective layer is made of a material whose main component is copper.
A wavelength conversion member characterized in that the thickness of the phosphor layer is 15 μm or more and 200 μm or less.
前記第2蛍光体粒子は、前記第1蛍光体粒子に対して0.01以上0.3以下の体積比を有することを特徴とする請求項1記載の波長変換部材。 The phosphor particles include a first phosphor particle having a fluorescence peak wavelength in the range of 420 nm or more and less than 620 nm, and a second phosphor particle having a fluorescence peak wavelength in the range of 620 nm or more and 750 nm or less.
The wavelength conversion member according to claim 1, wherein the second phosphor particles have a volume ratio of 0.01 or more and 0.3 or less with respect to the first phosphor particles.
特定範囲の波長の励起光を発する発光素子と、
請求項1から請求項5のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴とする発光装置。 It is a light emitting device
A light emitting element that emits excitation light with a specific range of wavelengths,
A light emitting device comprising the wavelength conversion member according to any one of claims 1 to 5.
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