JP2023056465A - Phosphor device and light emitting apparatus - Google Patents
Phosphor device and light emitting apparatus Download PDFInfo
- Publication number
- JP2023056465A JP2023056465A JP2022102068A JP2022102068A JP2023056465A JP 2023056465 A JP2023056465 A JP 2023056465A JP 2022102068 A JP2022102068 A JP 2022102068A JP 2022102068 A JP2022102068 A JP 2022102068A JP 2023056465 A JP2023056465 A JP 2023056465A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- fluorescent
- phosphor device
- phosphor
- fluorescent portion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 243
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 171
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims abstract description 114
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 54
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 32
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 103
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 67
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 56
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 56
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 52
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 52
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 claims description 14
- 229920002050 silicone resin Polymers 0.000 claims description 11
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 4
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 claims description 4
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 abstract description 30
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 40
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 38
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 38
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 30
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 27
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 21
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 16
- 239000002223 garnet Substances 0.000 description 16
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 16
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 12
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 12
- 238000012916 structural analysis Methods 0.000 description 12
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000002076 thermal analysis method Methods 0.000 description 10
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 8
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 7
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 7
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 6
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 6
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 6
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 5
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 4
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 3
- 239000011231 conductive filler Substances 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- -1 lutetium aluminum Chemical compound 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 3
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011256 inorganic filler Substances 0.000 description 2
- 229910003475 inorganic filler Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N Aluminum nitride Chemical compound [Al]#N PIGFYZPCRLYGLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052765 Lutetium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N ZrO Inorganic materials [Zr]=O GEIAQOFPUVMAGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- FNCIDSNKNZQJTJ-UHFFFAOYSA-N alumane;terbium Chemical compound [AlH3].[Tb] FNCIDSNKNZQJTJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007767 bonding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 238000002189 fluorescence spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005011 phenolic resin Substances 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229920002803 thermoplastic polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Filters (AREA)
Abstract
Description
本発明は、蛍光体デバイス及び蛍光体デバイスを用いた発光装置に関する。 The present invention relates to a phosphor device and a light-emitting device using the phosphor device.
プロジェクタ、内視鏡、車載ヘッドランプ、照明装置又は液晶表示装置等には、LED又は半導体レーザ等の固体発光素子を光源とする発光装置が用いられている。この種の発光装置は、例えば、光源と、光源が発する光を励起光として蛍光を発する蛍光体デバイスとを備える。この場合、プロジェクタ又は内視鏡に用いられる発光装置については高輝度が要求されるので、光源としては半導体レーザが用いられる。 2. Description of the Related Art Light-emitting devices using solid-state light-emitting elements such as LEDs or semiconductor lasers as light sources are used in projectors, endoscopes, in-vehicle headlamps, lighting devices, liquid crystal display devices, and the like. A light-emitting device of this type includes, for example, a light source and a phosphor device that emits fluorescence by using light emitted by the light source as excitation light. In this case, a semiconductor laser is used as a light source because high brightness is required for a light emitting device used in a projector or an endoscope.
この種の蛍光体デバイスとして、特許文献1には、透光部材と、透光部材の上に配置された、蛍光部及び光反射部を有する波長変換部材とを備える光学部品が開示されている。特許文献1に開示された光学部品では、波長変換部材の蛍光部と透光部材との間に空間を設けている。
As this type of phosphor device,
蛍光体デバイスでは、蛍光部に励起光が照射されることで蛍光部から所定の色の光が放出される。このとき、蛍光部に励起光が照射されることで蛍光部が発熱する。特に、蛍光部の光入射側の部分が高温になる。 In a phosphor device, light of a predetermined color is emitted from the fluorescent portion when the fluorescent portion is irradiated with excitation light. At this time, the fluorescent portion generates heat by being irradiated with the excitation light. In particular, the temperature of the portion of the fluorescent portion on the light incident side becomes high.
しかしながら、特許文献1に開示された蛍光体デバイスでは、蛍光部における高温になる部分と透光部材との間に空間が設けられているので、蛍光部で発生する熱の放熱性が悪い。このため、蛍光部の発光効率が低下し、蛍光体デバイスの効率及び輝度が低下する。
However, in the phosphor device disclosed in
そこで、蛍光部と透光部材との間の空間を無くして蛍光部と透光部材とを接合させることが考えられるが、蛍光体デバイスは、リジッドな部材の積層構造になっているので、蛍光部と透光部材とを直接接合させると、蛍光部と透光部材との線膨張係数(線膨張率)の差及びそれらの部材の厚みの影響によって、蛍光部と透光部材との界面で剥離が生じるおそれがある。また、リジッドな部材の積層構造になっていると、蛍光部と透光部材との界面以外の部材間の界面でも剥離が生じるおそれがある。つまり、蛍光体デバイスでは、隣接する2つの部材の任意の界面で剥離が生じるおそれがある。 Therefore, it is conceivable to eliminate the space between the fluorescent portion and the light-transmitting member and join the fluorescent portion and the light-transmitting member. When the portion and the translucent member are directly bonded, due to the difference in linear expansion coefficient (coefficient of linear expansion) between the fluorescent portion and the translucent member and the thickness of these members, the interface between the fluorescent portion and the translucent member becomes Delamination may occur. Moreover, if the laminated structure of rigid members is used, peeling may occur at the interface between members other than the interface between the fluorescent portion and the translucent member. That is, in a phosphor device, there is a possibility that delamination may occur at any interface between two adjacent members.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、蛍光部で発生する熱の放熱性を良くすることができるとともに、隣接する2つの部材の界面で剥離が生じることを抑制できる蛍光体デバイス及び発光装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and is capable of improving the heat dissipation property of the heat generated in the fluorescent part and suppressing the occurrence of peeling at the interface between two adjacent members. An object of the present invention is to provide a body device and a light emitting device.
上記目的を達成するために、本発明に係る蛍光体デバイスの一態様は、基板部材と、少なくとも蛍光部及び光反射部を有する波長変換部材と、を備え、前記蛍光部の主成分は、蛍光体セラミックスであり、前記蛍光部の厚みは、200μm以上であり、前記蛍光部と前記基板部材とにおいて、線膨張係数の小さい方の線膨張係数の値は、線膨張係数の大きい方の線膨張係数の値の97%以下であり、前記蛍光部と前記基板部材とは、接着後の状態において可撓性を有する透明接着層を介して接着されている。 In order to achieve the above object, one aspect of the phosphor device according to the present invention includes a substrate member and a wavelength conversion member having at least a fluorescent portion and a light reflecting portion, wherein the main component of the fluorescent portion is fluorescent light. The fluorescent portion has a thickness of 200 μm or more, and the fluorescent portion and the substrate member have a smaller linear expansion coefficient than the larger linear expansion coefficient. It is 97% or less of the value of the coefficient, and the fluorescent portion and the substrate member are adhered via a transparent adhesive layer having flexibility in the state after adhesion.
また、本発明に係る発光装置の一態様は、上記の蛍光体デバイスと、前記蛍光体デバイスに入射する光を発する光源と、を備え、前記蛍光体デバイスにおける前記蛍光部の外形サイズは、前記光源から出射した光が前記蛍光部に入射するときのスポットサイズと同等である。 Further, one aspect of the light-emitting device according to the present invention includes the above-described phosphor device and a light source for emitting light incident on the phosphor device, and the outer size of the phosphor portion in the phosphor device is the above-described phosphor device. It is equivalent to the spot size when the light emitted from the light source is incident on the fluorescent portion.
蛍光部で発生する熱の放熱性を良くすることができるとともに、隣接する2つの部材の界面で剥離が生じることを抑制できる。 It is possible to improve the heat radiation property of the heat generated in the fluorescent portion, and to suppress the occurrence of peeling at the interface between two adjacent members.
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below. It should be noted that each of the embodiments described below is a preferred specific example of the present invention. Therefore, the numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of the constituent elements, etc. shown in the following embodiments are examples and are not intended to limit the present invention. Therefore, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in independent claims representing the highest level concept of the present invention will be described as optional constituent elements.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。なお、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。また、本明細書において、線膨張率と線膨張係数とは同義である。 Each figure is a schematic diagram and is not necessarily strictly illustrated. In addition, in each figure, the same code|symbol is attached|subjected to the substantially same structure, and the overlapping description is abbreviate|omitted or simplified. Moreover, in this specification, the coefficient of linear expansion and the coefficient of linear expansion are synonymous.
(実施の形態1)
まず、実施の形態1に係る蛍光体デバイス1の構成について、図1を用いて説明する。図1は、実施の形態1に係る蛍光体デバイス1の構成を示す図である。図1において、(a)は、同蛍光体デバイス1の上面図であり、(b)は、(a)のIb-Ib線における同蛍光体デバイス1の断面図である。
(Embodiment 1)
First, the configuration of
図1に示すように、実施の形態1に係る蛍光体デバイス1は、基板部材10と、波長変換部材20とを備える。基板部材10と波長変換部材20とは、透明接着層30を介して接着されている。
As shown in FIG. 1,
基板部材10は、透光基材11と、透光基材11に設けられた誘電体多層膜12及び反射防止膜13とを有する。また、波長変換部材20は、少なくとも、蛍光を発する蛍光部21と、光を反射する光反射部22とを有する。
The
基板部材10の透光基材11は、透光性を有する基板であり、波長変換部材20側の面である第1の面11a(上面)と、第1の面11aに背向する第2の面11b(下面)とを有する。
The
透光基材11は、光透過率が高い基板であるとよい。具体的には、透光基材11は、向こう側が透けて見える程度に透過率が高い透明基板であるとよい。また、透光基材11としては、耐熱性が高い基板であるとよい。このような透明基板としては、Al2O3からなるアルミナ基板、AlNからなる窒化アルミニウム基板、又は、GaNからなる窒化ガリウム基板を用いることができる。この場合、透光基材11を構成する材料の主成分は、それぞれ、Al2O3、AlN、又は、GaNとなる。また、耐熱性及び光透過率が高い透明基板としては、これらの透明基板に限るものではなく、サファイア基板又はガラス基板等の透明基板であってもよい。一例として、透光基材11の形状は、縦7.5mm×横7.5mm×厚さ0.6mmの矩形薄板状である。
The
なお、サファイア基板は、ヤング率が470GPaで、線膨張率が7.7×10-6/Kである。窒化アルミニウム基板は、ヤング率が320GPaで、線膨張率が4.6×10-6/Kである。窒化ガリウム基板は、ヤング率が約200GPaで、線膨張率が5.5×10-6/Kである。 The sapphire substrate has a Young's modulus of 470 GPa and a linear expansion coefficient of 7.7×10 −6 /K. The aluminum nitride substrate has a Young's modulus of 320 GPa and a linear expansion coefficient of 4.6×10 −6 /K. A gallium nitride substrate has a Young's modulus of about 200 GPa and a linear expansion coefficient of 5.5×10 −6 /K.
誘電体多層膜12は、透光基材11の第1の面11aに設けられている。本実施の形態において、誘電体多層膜12は、基板部材10の最上層となる表面膜である。
The
誘電体多層膜12は、複数の誘電体膜が積層された構成になっており、特定の光を反射するとともに、他の特定の光を透過する。本実施の形態における誘電体多層膜12は、波長変換部材20の蛍光部21の蛍光体で蛍光発光する光を反射し、かつ、蛍光体デバイス1に入射する励起光を透過する。例えば、蛍光部21が黄色蛍光体によって構成され、蛍光体デバイス1に入射する励起光が紫外光又は青色光である場合、誘電体多層膜12は、少なくとも蛍光部21が発する黄色光を反射し、かつ、励起光である紫外光又は青色光を透過する。
The
このように透光基材11の第1の面11a側(波長変換部材20側)に誘電体多層膜12を設けることで、波長変換部材20の蛍光部21が発する光のうち基板部材10に向かう光を誘電体多層膜12で反射させることができる。これにより、蛍光体デバイス1から取り出せる蛍光部21の光を多くすることができる。
By providing the
反射防止膜13は、透光基材11の第2の面11bに設けられている。本実施の形態において、反射防止膜13は、基板部材10の最下層となる表面膜である。
The
反射防止膜13は、単層膜及び多層膜のいずれであってもよい。一例として、反射防止膜13は、酸化ケイ素(SiO2)、酸化チタン(TiO2)、酸化ニオブ(Nb2O5)、酸化タンタル(Ta2O5)、酸化アルミニウム(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)等の少なくとも2種類の誘電体膜が積層された多層膜である。
The
このように透光基材11の第2の面11bに反射防止膜13を設けることで、透光基材11の第2の面11b側から蛍光体デバイス1に入射する光が反射することを抑制することができる。これにより、透光基材11の第2の面11b側から透光基材11に入射する光を効率良く透光基材11に取り込むことができる。具体的には、蛍光部21を蛍光発光させるために蛍光体デバイス1に入射させる励起光を効率良く透光基材11に取り込むことができる。
By providing the
波長変換部材20の蛍光部21は、光を発する発光層であり、励起光により励起されて可視領域の所定の波長の光を蛍光発光する。一例として、蛍光部21は、黄色蛍光体によって構成された黄色蛍光体層である。この場合、黄色蛍光体層である蛍光部21は、黄色光よりも短波長の光(例えば紫外光~青色光)を励起光として蛍光を発する。つまり、黄色蛍光体層では、励起光の波長を当該励起光よりも長波長の黄色光に波長変換する。
The
蛍光部21は、蛍光体のみから成る蛍光体層である。具体的には、蛍光部21は、焼結された単一の結晶相の蛍光体によって構成された蛍光体セラミックス層であり、主成分が蛍光体セラミックスである。このように、蛍光部21として蛍光体セラミックス層を用いることで、耐熱性及び放熱性を向上させることができる。また、蛍光部21として蛍光体セラミックス層を用いることで、蛍光の散乱による光損失を抑制できるため、蛍光部の変換効率を向上させることができる。本実施の形態において、蛍光部21は、単一の結晶相のみから成る蛍光体セラミックス層である。
The
なお、蛍光部21は、蛍光体がバインダ(結合剤)によって封止することで結合された蛍光体層であってもよい。具体的には、蛍光部21は、蛍光体がアルミナ等のセラミックスからなるセラミックス焼結体(単結晶で屈折率約1.8)で結合された蛍光体セラミックス層であってもよい。このように、蛍光部21として蛍光体セラミックス層を用いることで、耐熱性及び放熱性を向上させることができる。蛍光部21は、単結晶から成る蛍光体セラミックス層であってもよい。蛍光部21が単結晶からなる蛍光体層である場合、蛍光部21が空気を含まないため、蛍光部21の熱伝導性がよくなる。
In addition, the
蛍光部21は、ガーネット構造を有する第1結晶相を含む。より具体的には、本実施の形態においては、蛍光部21は、ガーネット構造を有する第1結晶相のみによって構成されている。つまり、本実施の形態に係る蛍光部21は、ガーネット構造とは異なる構造を有する結晶相を含まない。ガーネット構造とは、A3B2C3O12の一般式で表される結晶構造である。元素Aには、Ca、Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb及びLuなどの希土類元素が適用され、元素Bには、Mg、Al、Si、Ga及びScなどの元素が適用され、元素Cには、Al、Si及びGaなどの元素が適用される。このようなガーネット構造としては、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット(Yttrium Aluminum Garnet))、LuAG(ルテチウム・アルミニウム・ガーネット(Lutetium Aluminum Garnet))、Lu2CaMg2Si3O12(ルテチウム・カルシウム・マグネシウム・シリコン・ガーネット(Lutetium Calcium Magnesium Silicon Garnet))及びTAG(テルビウム・アルミニウム・ガーネット(Terbium Aluminum Garnet))などが挙げられる。本実施の形態において、蛍光部21を構成する蛍光体の材料は、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(つまり、(Y1-xCex)3Al5O12)(0.00001≦x<0.1)で表される結晶相、すなわちYAGによって構成されており、蛍光部21は、焼結YAGのみからなる蛍光体セラミックス層である。具体的には、蛍光部21は、YAG蛍光体からなる黄色蛍光体層である。蛍光部21がYAG蛍光体である場合、蛍光部21は、ヤング率が約230GPa~約290GPaで、線膨張率が約8×10-6/K~約9.2×10-6/Kである。
なお、蛍光部21を構成する第1結晶相は、化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体であってもよい。このような固溶体としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.00001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-dCed)3Al2Al3O12(0.00001≦d<0.1)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-a)(Y1-xCex)3Al5O12・a(Lu1-dCed)3Al2Al3O12(0<a<1))が挙げられる。また、このような固溶体としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.00001≦x<0.1)で表されるガーネット結晶相と(Lu1-zCez)2CaMg2Si3O12(0.00001≦z<0.15)で表されるガーネット結晶相との固溶体((1-b)(Y1-xCex)3Al2Al3O12・b(Lu1-zCez)2CaMg2Si3O12(0<b<1))などが挙げられる。蛍光部21が化学組成の異なる複数のガーネット結晶相の固溶体から構成されることで、蛍光部21が放つ蛍光の蛍光スペクトルがより広帯域化し、緑色の光成分と赤色の光成分が増える。そのため、色域の広い出力光を放つ蛍光体デバイスを提供できる。
The first crystal phase forming the
また、蛍光部21を構成する第1結晶相は、前記した一般式A3B2C3O12で表される結晶相に対して、化学組成がずれた結晶相が含まれていてもよい。このような結晶相としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.00001≦x<0.1)で表される結晶相に対してAlがリッチな(Y1-xCex)3Al2+δAl3O12(δは正の数)が挙げられる。また、このような結晶相としては、(Y1-xCex)3Al2Al3O12(0.00001≦x<0.1)で表される結晶相に対してYがリッチな(Y1-xCex)3+ζAl2Al3O12(ζは正の数)などが挙げられる。これらの結晶相は、一般式A3B2C3O12で表される結晶相に対して、化学組成がずれているが、ガーネット構造は維持している。蛍光部21が化学組成がずれた結晶相から構成されることで、蛍光部21の中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光及び蛍光がより散乱され、蛍光部21の発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い蛍光体デバイスを提供できる。
Further, the first crystal phase constituting the
さらに、蛍光部21は、第1結晶相と、ガーネット構造以外の構造を有する異相とを含んでいてもよい。蛍光部21がこのような第1結晶相及び異相から構成されることで、蛍光部21の中に屈折率の異なる領域が生じるため、励起光及び蛍光がより散乱され、蛍光部21の発光面積がより小さくなる。このため、よりエタンデュが小さく、より光の利用効率が高い蛍光体デバイスを提供できる。
Furthermore, the
蛍光部21の密度は、理論密度の95%以上100%以下であればよく、理論密度の97%以上100%以下であればよりよい。ここで、理論密度とは、層中の原子が理想的に配列しているとした場合の密度である。換言すると、理論密度とは、蛍光部21中に空隙がないと仮定したときの密度であり、結晶構造を用いて計算される値である。例えば、蛍光部21の密度が99%である場合、残りの1%は空隙に相当する。つまり、蛍光部21の密度が高いほど、空隙が少ない。蛍光部21の密度が上記範囲であると、蛍光部21が放つ全蛍光量が増えるため、放射される光量がより多い蛍光体デバイスを提供できる。
The density of the
また、蛍光部21の密度は、4.32g/cm3以上4.55g/cm3以下であればよく、4.41g/cm3以上4.55g/cm3以下であればよりよい。本実施の形態で示すように、蛍光部21がYAGで構成されている場合、蛍光部21の密度が上記範囲であると、蛍光部21の密度がそれぞれ理論密度の95%以上100%以下及び97%以上100%以下となる。蛍光部21の密度が上記範囲であることで、蛍光部21が吸収した励起光を効率よく蛍光に変換することができる。つまり、発光効率の高い蛍光部21が実現される。
The density of the
蛍光部21の上面視形状は、矩形状であるが、これに限らない。蛍光部21の上面視形状は、円形であってもよい。また、蛍光部21の厚みは、200μm以上の厚い膜厚にするとよい。これにより、蛍光部21の側面からの放熱性を確保できるとともに、検出角による色度のシフトを抑制して蛍光部21の色度の安定化を図ることができる。なお、蛍光部21の厚さは、一定であるが、これに限らない。一例として、蛍光部21の形状は、縦1.1mm×横1.1mm×厚み0.4mmの矩形の薄板状である。
Although the top view shape of the
波長変換部材20の光反射部22は、蛍光部21の周囲に設けられている。本実施の形態において、光反射部22は、上面視において、蛍光部21の周囲全体を囲っている。具体的には、蛍光部21の上面視形状が矩形状であるので、光反射部22は、矩形状の開口部を有する。具体的には、光反射部22の上面視形状は、矩形状の開口部を有し且つ外形が矩形状の矩形枠状である。なお、光反射部22の上面視形状は、矩形枠状に限るものではなく、円環状等であってもよい。一例として、光反射部22の外形形状は、縦7.5mm×横7.5mm×厚み0.4mmである。
The
光反射部22は、蛍光部21と熱的に接している。つまり、蛍光部21と光反射部22とは、蛍光部21で発生する熱が光反射部22に伝導できるように設けられている。本実施の形態において、光反射部22は、物理的に蛍光部21に接触している。具体的には、光反射部22の内周側面の全てが蛍光部21の外周側面に接している。つまり、蛍光部21は、光反射部22の開口部に充填するように設けられている。
The
なお、光反射部22の厚み(高さ)は、蛍光部21の厚み(高さ)と同じになっているが、これに限らない。つまり、光反射部22の厚みは、蛍光部21の厚みよりも低くてもよいし、蛍光部21の厚みよりも高くてもよい。ただし、光反射部22は、蛍光部21の上面にかからないように設けられているとよい。つまり、光反射部22は、光反射部22を構成する材料(バインダ等)が蛍光部21の上面にはみ出さないように形成されているとよい。
Although the thickness (height) of the
光反射部22は、アルミナ等のセラミックス材料からなるセラミックス層、又は、樹脂材料等からなる樹脂層等によって構成されている。本実施の形態において、光反射部22は、可視光帯域の波長の光を反射するので白色である。つまり、光反射部22は、白色セラミックス層又は白樹脂層である。
The
光反射部22の内部には、光を散乱反射させるための無数の光散乱部22aが存在している。具体的には、光反射部22がセラミックス層である場合、セラミックス層の内部には、光を散乱反射させるため光散乱部22aとして無数の空隙(空気層)が存在している。また、光反射部22が樹脂層である場合、樹脂層の内部には、光を散乱反射させるため光散乱部22aとして無数の光反射粒子が存在している。
Inside the
本実施の形態における蛍光部21は、焼結蛍光体のみからなる蛍光体セラミックス層であるので、光反射部22は、アルミナ等のセラミックスによって構成されたセラミックス層であるとよい。これにより、蛍光部21と光反射部22とが一体化しやすくなる。
Since the
なお、蛍光部21がYAG蛍光体とアルミナのバインダとによって構成されている場合には、光反射部22はアルミナによって構成されたセラミックス層であるとよい。すなわち、光反射部22の主成分と蛍光部21のバインダとは、同一の無機材料によって構成されているとよい。これにより、蛍光部21と光反射部22とが一体化しやすくなる。
If the
また、このように光反射部22をアルミナ等のセラミックス焼結体によって構成する場合、焼結温度等を制御することによって、光反射部22を構成するセラミックス焼結体の内部に、光散乱部22aとして多数の空隙を形成することができる。これにより、光反射部22に入射する光は、セラミックス(アルミナ)と空隙との界面で散乱される。光反射部22がアルミナからなるセラミックス層である場合、光反射部22は、ヤング率が約280GPa~約380GPaで、線膨張率が約6×10-6/K~約10×10-6/Kである。
When the
一方、光反射部22を樹脂材料からなる樹脂層で構成する場合、光反射部22は、例えば、熱硬化性樹脂又は熱可塑性樹脂からなる絶縁性樹脂材料をバインダとして、このバインダに光散乱部22aとして光を散乱反射させるための光反射粒子を分散させることで形成することができる。この場合、光反射部22を構成する絶縁性樹脂材料としては、シリコン樹脂、フェノール樹脂又はエポキシ樹脂等を用いることができる。また、この絶縁性樹脂材料に分散させる光反射粒子(光散乱部22a)としては、空気粒子(空気層)、又は、SiO2(シリカ)、TiO2、Al2O3、ZrO2、MgO等の無機材料からなる微粒子等を用いることができる。例えば、バインダとなる絶縁性樹脂材料に無数の光反射粒子を分散させたペーストを塗布して硬化させることで、白色樹脂層の光反射部22を形成することができる。なお、光反射粒子としては、金属微粒子を用いてもよい。光反射部22がシリコン樹脂からなる樹脂層である場合、光反射部22は、ヤング率が0.002GPaで、線膨張率が400×10-6/Kである。
On the other hand, when the
基板部材10と波長変換部材20の蛍光部21とは、透明接着層30によって接着されている。本実施の形態では、基板部材10と蛍光部21とが透明接着層30を介して接着されているだけではなく、基板部材10と光反射部22とについても透明接着層30を介して接着されている。
The
例えば、波長変換部材20として蛍光部21と光反射部22とが一体になったものを用いる場合、基板部材10及び波長変換部材20のうちの少なくとも一方に、液状の透明接着剤を塗布して硬化させることで、基板部材10と波長変換部材20とを透明接着剤で貼り合わせることができる。これにより、基板部材10と波長変換部材20との間に、硬化した透明接着剤が透明接着層30となって形成される。つまり、基板部材10と蛍光部21及び光反射部22とが透明接着層30で貼り合わされる。
For example, when the
基板部材10と波長変換部材20との間の透明接着層30は、接着後の状態において可撓性を有する。つまり、接着後(硬化後)の透明接着層30のヤング率は、比較的に小さな値になっている。具体的には、透明接着層30のヤング率は、1GPa未満であり、より好ましくは0.1GPa未満、さらに0.01GPa未満であるとよい。特に、透明接着層30は、ゴム弾性を有するとよいので、透明接着層30のヤング率は、0.001GPa以上0.01GPa未満であるとよい。本実施の形態において、透明接着層30は、シリコン樹脂を主成分としている。この場合、シリコン樹脂からなる透明接着層30のヤング率は、0.002GPa程度である。なお、透明接着層30を構成する樹脂材料は、シリコン樹脂に限るものではない。
The transparent
透明接着層30の厚みは、特に限定されるものではないが、0.5μm以上50μm以下である。より好ましくは、透明接着層30の厚みは、5μm以上10μm以下である。
The thickness of the transparent
このように構成される蛍光体デバイス1は、線膨張係数(線膨張率)が異なる複数の部材によって構成されている。例えば、蛍光部21の線膨張係数と基板部材10の線膨張係数とは異なっている。この場合、蛍光部21と基板部材10とについては、上記のどのような材料の組み合わせであっても、線膨張係数の小さい方の線膨張係数の値は、線膨張係数の大きい方の線膨張係数の値の97%以下になっている。
The
次に、実施の形態1に係る蛍光体デバイス1を用いた発光装置100の構成と蛍光体デバイス1の光学作用について、図2を用いて説明する。図2は、実施の形態1に係る発光装置100の構成を示す図である。
Next, the configuration of the light-emitting
本実施の形態に係る発光装置100は、蛍光体デバイス1と、蛍光体デバイス1に入射する光を発する光源2とを備える。
A light-emitting
光源2は、波長変換部材20の蛍光部21を発光させるための励起光を出射する励起光源である。蛍光部21に含まれる蛍光体は、光源2から出射する励起光によって励起されて蛍光を発する。本実施の形態において、発光装置100は、蛍光体デバイス1に入射する励起光が蛍光体デバイス1を透過する透過型の発光装置である。つまり、蛍光体デバイス1に入射する励起光は、波長変換部材20を透過する。したがって、光源2は、光源2が出射する光が蛍光体デバイス1を透過するように配置されている。具体的には、光源2は、蛍光体デバイス1の下方(基板部材10側)に配置されている。
The
光源2としては、例えば紫外光又は青色光のレーザ光を出射する半導体レーザを用いることができる。レーザ光は直進性に優れているので、光源2として半導体レーザを用いることで、蛍光部21に対して所望の入射角でレーザ光(励起光)を入射させることができる。なお、光源2は、半導体レーザに限らず、LED等の他の固体発光素子、又は固体発光素子以外の励起光源であってもよい。
As the
このように構成される発光装置100では、光源2から出射する光が蛍光体デバイス1に入射することで蛍光体デバイス1から所定の色の光が放出される。
In the light-emitting
具体的には、本実施の形態において、光源2から出射した光は、基板部材10の裏面に入射する。基板部材10に入射した光源2の光は、基板部材10及び透明接着層30を透過して波長変換部材20の蛍光部21に到達する。このとき、蛍光部21の外形サイズは、光源2から出射した光が蛍光部21に入射するときのスポットサイズ(励起光のスポットサイズ)と同等になっているとよい。
Specifically, in the present embodiment, light emitted from
本実施の形態では、光源2の励起光が青色光で、蛍光部21が黄色蛍光体層である。この場合、蛍光部21には、光源2の青色光が入射する。これにより、蛍光部21の黄色蛍光体(YAG蛍光体)は、光源2の青色光の一部を吸収して励起されて蛍光として黄色光を発する。そして、蛍光部21では、この黄色光と黄色蛍光体に吸収されなかった光源2の青色光とが混ざり合って白色光となり、蛍光部21からは白色光が放射される。つまり、波長変換部材20から白色光が取り出される。
In this embodiment, the excitation light from the
このとき、基板部材10には、蛍光部21が発する黄色光を反射し、かつ、励起光である紫青色光を透過する誘電体多層膜12が形成されている。この構成により、蛍光部21が発する黄色光のうち光源2側に向かう光は、誘電体多層膜12で反射して光源2側とは反対側に進むことになる。
At this time, the
また、蛍光部21の周囲には白色の光反射部22が形成されている。この構成により、蛍光部21から放出される白色光(青色光+黄色光)のうち横方向側に進行する光は、光反射部22で反射して、蛍光部21に戻って蛍光部21から外部に放射される。これにより、蛍光部21から取り出すことができる光を多くすることができる。
A white
また、本実施の形態において、蛍光体デバイス1は、リモートフォスファ型であり、蛍光体デバイス1と光源2とは空間的に離されて配置されている。これにより、蛍光体デバイス1(特に蛍光部21)が光源2で発生する熱の影響を受けることを抑制することができる。
Further, in the present embodiment, the
なお、図2において、光源2から出射する光は、基板部材10の裏面に対して垂直に入射されているが、基板部材10の裏面に対して斜めに入射されてもよい。
In FIG. 2, the light emitted from the
次に、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1の作用効果について、従来の蛍光体デバイス1Xと比較しながら、本発明の一態様を得るに至った経緯も含めて説明する。図3Aは、従来の蛍光体デバイス1Xの構成を示す図であり、図3Bは、従来の蛍光体デバイス1Xに励起光が入射したときの様子を説明するための図である。
Next, the operational effects of the
図3Aに示すように、従来の蛍光体デバイス1Xは、基板部材10Xと、基板部材10Xの上に配置された波長変換部材20Xとを備える。基板部材10Xは、透光基材11Xと、誘電体多層膜12Xと、反射防止膜13Xとによって構成されている。また、波長変換部材20Xは、蛍光部21Xと光反射部22Xとによって構成されている。光反射部22Xの内部には、光を散乱反射させるための光散乱部22aが存在している。
As shown in FIG. 3A, a
波長変換部材20Xの光反射部22Xと基板部材10Xとは、接続部材30Xによって接続されているが、波長変換部材20Xの蛍光部21Xと基板部材10Xとは接続されていない。つまり、波長変換部材20Xの蛍光部21Xと基板部材10Xの誘電体多層膜12Xとは接触しておらず、蛍光部21Xと基板部材10Xとの間には、接続部材30Xの厚み分の厚さの空間40Xが存在する。
The
このように構成される従来の蛍光体デバイス1Xでは、図3Bに示すように、上記実施の形態1における蛍光体デバイス1と同様に、波長変換部材20Xの蛍光部21Xに励起光が入射することで白色光を放射する。
In the
蛍光部21Xに励起光が照射されると蛍光部21Xが発熱する。このとき、励起光の入射側の蛍光部21Xの下側の部分が上側の部分と比べて高温になる。
When the
しかしながら、従来の蛍光体デバイス1Xでは、蛍光部21Xにおける高温になる部分(下側の部分)と基板部材10Xとの間に空間40Xが設けられているので、蛍光部21Xで発生する熱が基板部材10Xに伝導しにくくなる。つまり、蛍光部21Xで発生する熱の放熱性が悪くなる。このため、従来の蛍光体デバイス1Xでは、蛍光部21Xの発光効率が低下し、蛍光体デバイス1Xの効率及び輝度が低下する。
However, in the
そこで、蛍光部21Xと基板部材10Xとの間の空間40Xを無くして蛍光部21Xと基板部材10Xとを直接接合して蛍光部21Xで発生する熱の放熱性を良くすることが考えられるが、従来の蛍光体デバイス1Xは、リジッドな部材の積層構造になっているので、蛍光部21Xと基板部材10Xとを直接接合させると、蛍光部21Xと基板部材10Xとの線膨張係数(線膨張率)の差及びそれらの部材の厚みの影響によって、励起光が照射される蛍光体デバイス1Xの温度が上昇したときに、蛍光部21Xと基板部材10Xとの界面で剥離が生じるおそれがある。
Therefore, it is conceivable to eliminate the
また、リジッドな部材の積層構造からなる蛍光体デバイスでは、蛍光部と透光部材との界面以外の部材間の界面でも剥離が生じるおそれがある。つまり、隣接する2つの部材の任意の界面で剥離が生じるおそれがある。例えば、従来の蛍光体デバイス1Xでは、蛍光部21Xと光反射部22Xとの間の界面に剥離が生じたり、光反射部22Xと基板部材10Xとの間の界面に剥離が生じたりするおそれがある。
Moreover, in a phosphor device having a laminated structure of rigid members, peeling may occur at the interface between members other than the interface between the fluorescent portion and the translucent member. In other words, there is a risk that delamination will occur at any interface between two adjacent members. For example, in the
このような課題に対して、本願発明者らが鋭意検討した結果、蛍光部を有する波長変換部材が基板部材に設けられた蛍光体デバイスにおいて、波長変換部材が蛍光部だけではなく光反射部を有するように構成するとともに、蛍光部の主成分の材料を限定し且つ蛍光部の厚みを厚くした上で、さらに、蛍光部と基板部材とを可撓性を有する透明接着層で接着することで、蛍光部で発生する熱の放熱性を良くすることができるとともに、蛍光部と基板部材との界面等、隣接する2つの部材の界面で剥離が生じることを抑制できることを見出した。 As a result of intensive studies by the inventors of the present application, the inventors of the present application have found that, in a phosphor device in which a wavelength conversion member having a fluorescent portion is provided on a substrate member, the wavelength conversion member serves not only as the fluorescent portion but also as the light reflecting portion. In addition to limiting the material of the main component of the fluorescent part and increasing the thickness of the fluorescent part, further, by bonding the fluorescent part and the substrate member with a flexible transparent adhesive layer Furthermore, they have found that it is possible to improve the heat dissipation property of the heat generated in the fluorescent portion and to suppress the occurrence of peeling at the interface between two adjacent members such as the interface between the fluorescent portion and the substrate member.
具体的には、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1では、まず、波長変換部材20が蛍光部21だけではなく光反射部22を有しており、さらに、蛍光部21の主成分を蛍光体セラミックスとし、且つ、蛍光部21の厚みを200μm以上にしている。
Specifically, in the
このように、蛍光部21の主成分を蛍光体セラミックスとすることで、蛍光部21の主成分を蛍光体樹脂にする場合と比べて、蛍光部21で発生する熱の放熱性を大幅に向上させることができる。しかも、波長変換部材20が蛍光部21だけではなく光反射部22を有しているので、蛍光部21の厚みを200μm以上にすることで、蛍光部21で発生する熱を蛍光部21の側面から光反射部22へと効率良く伝導させることができる。これにより、蛍光部21の主成分を蛍光体セラミックスにしたことによる放熱性の向上効果に加えて、蛍光部21で発生する熱の放熱性をさらに向上させることができる。
In this way, by using phosphor ceramics as the main component of the
さらに、波長変換部材20が蛍光部21だけではなく光反射部22を有することで、蛍光部21から放出される光を光反射部22で反射させることができる。これにより、蛍光部21から取り出すことができる光を多くすることができる。したがって、蛍光部21の輝度を向上させることができる。
Furthermore, since the
しかも、蛍光部21の厚みを200μm以上にすることで、蛍光部21の色度を安定化させることもできる。この点について実験を行ったので、その実験内容と実験結果を図4を用いて説明する。図4は、実施の形態1に係る蛍光体デバイス1において、蛍光部21の厚みと色度との関係を示す図である。
Moreover, by setting the thickness of the
この実験では、YAG蛍光体がアルミナ焼結体で結合された蛍光部21が表面に形成された基板部材10(表面に青透過/緑・赤反射のダイクロイックコート膜が形成され、裏面に可視光帯域ARコート膜が形成されたサファイア基板)の裏面側から青色レーザ光を入射させ、分光器(MCPD-700)によって、検出角がθ=0°の場合とθ=45°の場合との色度を測定した。 In this experiment, a substrate member 10 (a blue-transmitting/green/red-reflecting dichroic coating film is formed on the front surface and a visible light A blue laser beam is incident from the back side of the sapphire substrate on which a band AR coating film is formed), and a spectroscope (MCPD-700) detects the color at the detection angle θ = 0 ° and θ = 45 °. degree was measured.
図4のxy色度図は、蛍光部21の厚みを、125μm(Ce濃度0.08%)、300μm(Ce濃度0.03%)、400μm(Ce濃度0.01%)に変化させたときの各蛍光部21の色度を測定したときの結果を示している。つまり、図4のxy色度図には、t=125μm、t=300μm、t=400μmの場合の各々について、検出角がθ=0°の場合とθ=45°の場合との合計で6つの色度点(x、y)がプロットされている。なお、この6つの色度点のxy座標を図4の下欄に示す。
The xy chromaticity diagram of FIG. 4 is obtained when the thickness of the
図4に示すように、t=125μmの場合は、検出角がθ=0°の場合とθ=45°の場合とで色度点が大きくずれており、色度のシフトが大きくなることが分かった。一方、t=300μmの場合は、検出角がθ=0°の場合とθ=45°の場合とで色度点の差がt=125μmの場合と比べて大幅に小さくなり、色度が安定化することが分かった。さらに、t=400μmになると、検出角の違いによる色度点の差がほぼなくなることも分かった。この結果から、蛍光部21の厚みは、少なくとも125μm以上であるとよく、200μm以上にすることで、色度点の差がなくなると考えられる。また、蛍光部21の色度を安定化させるとの観点では、蛍光部21の厚みは、250μm以上であることが好ましく、さらに好ましくは300μm以上であり、400μm以上にするとさらによい。
As shown in FIG. 4, when t=125 μm, the chromaticity points differ greatly between the detection angle θ=0° and the detection angle θ=45°, and the chromaticity shift may increase. Do you get it. On the other hand, when t = 300 µm, the difference in chromaticity points between the detection angles θ = 0° and θ = 45° was significantly smaller than when t = 125 µm, and the chromaticity was stable. It was found to turn into Furthermore, it was found that when t=400 μm, the difference in chromaticity points due to the difference in detection angle almost disappeared. From this result, it is considered that the thickness of the
また、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1では、蛍光部21と基板部材10とは、可撓性を有する透明接着層30を介して接着されている。これにより、従来の蛍光体デバイス1Xのように、蛍光部21Xと基板部材10Xとの間に空間40Xを設ける場合と比べて、蛍光部21で発生する熱を基板部材10に効率良く伝導させることができる。したがって、蛍光部21で発生する熱の放熱性を向上させることができる。
In addition, in the
さらに、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1では、蛍光部21と基板部材10とにおいて線膨張係数の小さい方の線膨張係数の値が線膨張係数の大きい方の線膨張係数の値の97%以下になっており、蛍光部21と基板部材10との間に線膨張係数差が存在している。このため、蛍光部21と基板部材10との間の線膨張係数差に起因して蛍光部21又は基板部材10が変形し、その変形の応力によって蛍光部21と基板部材10との間の界面で剥離が生じるおそれがある。例えば、基板部材10が変形すると、基板部材10の変形による応力によって蛍光部21と基板部材10とが剥離するおそれがある。
Furthermore, in the
しかしながら、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1では、蛍光部21と基板部材10とは、可撓性を有する透明接着層30を介して接着されているので、蛍光部21と基板部材10との間の線膨張係数差に起因して基板部材10等が変形したとしても、その変形による応力を透明接着層30によって吸収することができる。つまり、可撓性を有する透明接着層30が応力を吸収する緩衝材として機能する。これにより、波長変換部材20が基板部材10等の変形の影響を受けにくくなるので、波長変換部材20と基板部材10との間の線膨張係数差によって生じる応力によって波長変換部材20と基板部材10との間に剥離が生じることを抑制できる。具体的には、蛍光部21と基板部材10との間に剥離が生じることを抑制できるとともに、光反射部22と基板部材10との間に剥離が生じることを抑制することができる。
However, in the
しかも、波長変換部材20が基板部材10等の変形の影響を受けにくくなることで、波長変換部材20と基板部材10との間に剥離が生じることを抑制できるだけではなく、波長変換部材20における蛍光部21と光反射部22との間の界面に剥離が生じることも抑制できる。つまり、蛍光部21と光反射部22との密着性が向上する。
Moreover, since the
この点について、本願発明者らが実験を行ったところ、可撓性を有する透明接着層30を用いずに波長変換部材20と基板部材10とを接合して蛍光体デバイスを複数個作製したところ、その中のいくつかの蛍光体デバイスについては、蛍光体デバイスの作製中及び蛍光体デバイスの使用中に波長変換部材20における蛍光部21と光反射部22との界面に剥離が生じたが、本実施の形態のように、可撓性を有する透明接着層30によって波長変換部材20と基板部材10とを接着して蛍光体デバイス1を作製した場合には、蛍光部21と光反射部22との界面に剥離が生じるものは存在しなかった。
Regarding this point, when the inventors of the present application conducted an experiment, they produced a plurality of phosphor devices by bonding the
このように、本実施の形態における蛍光体デバイス1では、可撓性を有する透明接着層30を用いることで、蛍光体デバイス1における各部材間の界面に剥離が生じることを抑制できる。特に、本実施の形態における蛍光体デバイス1では、上記のように、放熱性を良くするとの観点により蛍光部21の厚みを200μm以上に厚くしているため、熱応力が増加して各部材間の界面に剥離が生じる可能性が高くなるが、可撓性を有する透明接着層30が緩衝材として機能するので、蛍光部21の厚みを200μm以上に厚くしたとしても、各部材間の界面に剥離が生じることを効果的に抑制することができる。つまり、本実施の形態における蛍光体デバイス1では、放熱性を良くすることと剥離を抑制することとの両立を図ることができる。
As described above, in the
以上説明したように、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1は、基板部材10と、少なくとも蛍光部21及び光反射部22を有する波長変換部材20とを備えており、蛍光部21の主成分は蛍光体セラミックスであり、蛍光部21の厚みは200μm以上であり、蛍光部21と基板部材10とにおいて線膨張係数の小さい方の線膨張係数の値は線膨張係数の大きい方の線膨張係数の値の97%以下であり、蛍光部21と基板部材10とは、接着後の状態において可撓性を有する透明接着層30を介して接着されている。
As described above, the
この構成により、蛍光部21で発生する熱の放熱性を良くすることができるとともに、隣接する2つの部材の界面で剥離が生じることを抑制することができる。これにより、高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
With this configuration, it is possible to improve the heat dissipation property of the heat generated in the
また、波長変換部材20と基板部材10とを接着する透明接着層30のヤング率は、1GPa未満であるとよい。
Moreover, the Young's modulus of the transparent
これにより、透明接着層30のヤング率が小さくなるので、基板部材10等の変形による応力を透明接着層30によってより吸収することができる。したがって、隣接する2つの部材の界面で剥離が生じることを一層抑制することができる。
As a result, the Young's modulus of the transparent
また、波長変換部材20と基板部材10とを接着する透明接着層30は、シリコン樹脂が主成分になっているとよい。
Moreover, the transparent
これにより、透明接着層30のヤング率が小さくなるので基板部材10等の変形による応力を透明接着層30によってより吸収することができるとともに、透明接着層30の厚みを小さくしても透明接着層30による応力吸収機能を効果的に発揮させることができるので、透明接着層30を薄肉化することができる。これにより、蛍光部21で発生する熱の放熱性を向上させることができる。このように、透明接着層30の主成分をシリコン樹脂にすることで、蛍光部21で発生する熱の放熱性の向上と透明接着層30による応力吸収機能の発揮との両立を図ることができる。
As a result, the Young's modulus of the transparent
また、透明接着層30の厚みが厚すぎると、蛍光部21で発生する熱が基板部材10に伝導しにくくなる。一方、透明接着層30が薄すぎると、透明接着層30の応力吸収機能が低減してしまう。
Also, if the thickness of the transparent
そこで、波長変換部材20と基板部材10とを接着する透明接着層30の厚みは、0.5μm以上50μm以下であるとよい。
Therefore, the thickness of the transparent
これにより、蛍光部21で発生する熱の放熱性の向上と透明接着層30による応力吸収機能の発揮との両立をさらに図ることができる。
As a result, it is possible to achieve both improvement in the heat dissipation performance of the heat generated in the
また、本実施の形態に係る発光装置100において、蛍光部21の外形サイズは、光源2から出射した光が蛍光部21に入射するときのスポットサイズ(励起光のスポットサイズ)と同等になっている。
Further, in the
この構成により、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
With this configuration, the
また、本実施の形態における蛍光体デバイス1では、光反射部22は、蛍光部21と熱的に接している。
Moreover, in the
この構成により、蛍光部21で発生する熱が、蛍光部21の側面から光反射部22へと効果的に伝導することになる。したがって、蛍光部21で発生する熱の放熱性が向上する。これにより、蛍光部21の発光効率を向上させることができるので、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
With this configuration, the heat generated in the
また、本実施の形態における蛍光体デバイス1では、光反射部22は、アルミナによって構成されている。
Further, in the
アルミナは熱伝導率が高いので、光反射部22をアルミナによって構成することで、蛍光部21で発生する熱が蛍光部21の側面から光反射部22へとさらに伝導しやすくなる。これにより、蛍光部21で発生する熱の放熱性がさらに向上する。
Since alumina has a high thermal conductivity, the heat generated in the
また、本実施の形態における蛍光体デバイス1では、光反射部22が、樹脂材料からなるバインダと、無機材料からなる光反射粒子とによって構成されているとよい。
Further, in the
この構成により、高い光反射率を有する光反射部22を蛍光部21の周囲に設けることができるので、蛍光部21から取り出すことができる光を多くすることができる。したがって、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
With this configuration, the
しかも、光反射部22の主成分を樹脂材料にすることで、部材間の線膨張係数差によって光反射部22が変形したとしても、光反射部22が変形する際の追随性を向上させることができる。また、蛍光部21と光反射部22との密着性を向上させることもできる。
Moreover, by using a resin material as the main component of the
また、光反射部22を樹脂材料からなるバインダによって構成する場合、このバインダは、蛍光部21の上面にかからないようにするとよい。
In addition, when the
光反射部22のバインダが蛍光部21の上面にかかると、蛍光部21の外形サイズを励起光のスポットサイズと同等にすることの妨げになり、蛍光部21の輝度が低下するおそれがある。そこで、光反射部22のバインダが蛍光部21の上面にかからないようにすることで、光反射部22のバインダが蛍光部21の外形サイズを励起光のスポットサイズと同等にすることの妨げにならないので、蛍光部21の輝度が低下することを抑制できる。
If the binder of the
また、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1において、基板部材10は、透光基材11と、透光基材11の第1の面11aに設けられた誘電体多層膜12とを有している。
Further, in the
この構成により、蛍光部21が発する光のうち基板部材10に向かう光を誘電体多層膜12で反射させることができる。これにより、蛍光体デバイス1から取り出せる蛍光部21の光を多くすることができる。したがって、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
With this configuration, the
また、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1において、基板部材10は、さらに、透光基材11の第2の面11bに設けられた反射防止膜13を有している。
Further, in the
この構成により、蛍光体デバイス1に入射する励起光の取り込み効率を向上させることができる。したがって、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
With this configuration, the efficiency of capturing excitation light incident on the
また、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1において、基板部材10の透光基材11を構成する材料の主成分は、Al2O3、AlN、又は、GaNであるとよい。
Further, in
このようにすることで、基板部材10の熱伝導率を高くすることができる。これにより、蛍光部21で発生する熱を基板部材10にさらに効率良く伝導させることができるので、蛍光部21で発生する熱の放熱性をさらに向上させることができる。したがって、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1と発光装置100とを実現することができる。
By doing so, the thermal conductivity of the
また、図5に示される蛍光体デバイス1Aのように、上記蛍光体デバイス1に対して、さらに、金属板40を備えるように構成してもよい。図5は、実施の形態1の変形例に係る蛍光体デバイス1Aの断面図である。
Moreover, like the
金属板40は、基板部材10の波長変換部材20側の面とは反対側の面に接合層50を介して設けられている。具体的には、金属板40は、接合層50を介して基板部材10の反射防止膜13に接合されている。金属板40としては、銅板又はアルミニウム板を用いることができる。
The
この構成により、上記蛍光体デバイス1よりも、蛍光部21で発生する熱の放熱性を向上させることができる。したがって、さらに高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1Aと発光装置とを実現することができる。
With this configuration, the heat dissipation property of the heat generated in the
接合層50としては、樹脂材料を主成分とする樹脂接着剤を用いることができる。接合層50を構成する樹脂材料は、例えば、シリコン樹脂、エポキシ樹脂又はウレタン樹脂等である。このように、接合層50を樹脂材料によって構成することで、接合層50のヤング率を小さくすることができる。これにより、基板部材10と金属板40との間の線膨張係数差に起因する基板部材10等の変形による応力を接合層50で吸収することができる。したがって、基板部材10と金属板40との間に剥離が生じることを抑制することができる。
As the
また、接合層50が樹脂材料によって構成されている場合、樹脂材料には無機材料からなる高熱伝導フィラーが分散されているとよい。これにより、接合層50の熱伝導率が高くなるので、蛍光部21で発生する熱を基板部材10及び金属板40を介して効率良く放熱することができる。なお、高熱伝導フィラー(無機フィラー)は、溶融又は焼結しないものである。例えば、無機フィラーを含む樹脂接着剤としては、溶融しない銀フィラーを含む銀ペースト接着剤を用いることができる。
In addition, when the
なお、接合層50は、樹脂材料を主成分とする樹脂接着剤に限るものではなく、主成分の金属が溶融凝固、共晶又は焼結等する金属接着剤であってもよい。この場合、接合層50としては、焼結銀ペースト接着剤又は半田等の金属接着剤を用いることができる。
Note that the
また、蛍光体デバイス1Aにおいて、金属板40は、蛍光体デバイス1Aに入射する光が通過する開口部41を有する。例えば、金属板40は、矩形状の開口部41を有する。具体的には、金属板40の平面視形状は、矩形状の開口部41を有し且つ外形が矩形状の矩形枠状である。なお、本実施の形態において、金属板40の開口部41は、光反射部22の開口部と同じサイズ及び同じ形状であるが、これに限らない。
In
ここで、図5に示される構成の蛍光体デバイス1Aについて、構造解析モデルによって透明接着層30及び接合層50の応力緩和効果を確かめるシミュレーションを行ったので、以下、このシミュレーションの内容と結果について、図6A及び図6Bを用いて説明する。
Here, a simulation was performed to confirm the stress relaxation effect of the transparent
図6Aは、透明接着層及び接合層の応力緩和効果に関するシミュレーションを行う際の蛍光体デバイス1Aの構造解析モデルの仕様を示している。なお、図6Aの「接合」の項目において、「接着」は、樹脂接着剤(透明接着層30)による接合を想定し、「金属接合」は、金属接着剤による接合を想定している。
FIG. 6A shows the specifications of the structural analysis model of the
図6Bは、図6Aの仕様における図5に示される構成の蛍光体デバイス1Aの応力の計算結果を示す図である。図6Bでは、蛍光部21と基板部材10との間の接合状態及び基板部材10と金属板40との間の接合状態を「接着」又は「金属接合」で変えたときの4つのサンプル(比較例1、比較例2、実施例1、実施例2)についての応力の計算結果を示している。
FIG. 6B is a diagram showing calculation results of the stress of the
比較例1の蛍光体デバイス1Aは、蛍光部21と基板部材10とが直接接合され、基板部材10と金属板40とが金属接着剤で接合された構成である。つまり、基板部材10と金属板40とを接合する接合層50が金属接着剤である。
A
比較例2の蛍光体デバイス1Aは、蛍光部21と基板部材10とが直接接合され、基板部材10と金属板40とが樹脂接着剤で接合された構成である。つまり、基板部材10と金属板40とを接合する接合層50が樹脂接着剤である。
A
実施例1の蛍光体デバイス1Aは、蛍光部21と基板部材10とが樹脂接着剤で接合され、基板部材10と金属板40とは金属接着剤で接合された構成である。つまり、蛍光部21と基板部材10とを接着する透明接着層30が樹脂接着剤であり、基板部材10と金属板40とを接合する接合層50が金属接着剤である。
The
実施例2の蛍光体デバイス1Aは、蛍光部21と基板部材10とが樹脂接着剤で接合され、基板部材10と金属板40とも樹脂接着剤で接合されている。つまり、蛍光部21と基板部材10とを接着する透明接着層30も基板部材10と金属板40とを接合する接合層50も樹脂接着剤である。
In the
このシミュレーションでは、比較例1、比較例2、実施例1及び実施例2の4つの蛍光体デバイス1Aに対して温度変化による荷重を加えて、このときの蛍光部21と基板部材10と接合層50(基板部材10と金属板40との接合部分)との各部位の応力を算出した。なお、このシミュレーションでは、蛍光体デバイス1Aに対して一様に200℃から-20℃に冷却(ΔT=220℃)することで、温度変化による荷重を与えた。温度による荷重を与えることで、各部材間の線膨張係数差によって各部材に圧縮応力又は引張応力等の応力が生じる。
In this simulation, a load due to a temperature change was applied to the four
図6Bに示すように、比較例1と実施例1とを比べると、蛍光部21と基板部材10とを直接接合するのではなく樹脂接着剤(透明接着層30)で接着することによって、蛍光部21及び基板部材10の応力を大幅に低減できることが分かる。同様に、比較例2と実施例2とを比べても、蛍光部21と基板部材10とを樹脂接着剤(透明接着層30)で接着することによって、蛍光部21及び基板部材10の応力を大幅に低減できることが分かる。
As shown in FIG. 6B , when comparing Comparative Example 1 and Example 1, the
また、実施例1と実施例2とを比べると、蛍光部21と基板部材10とを樹脂接着剤(透明接着層30)で接着するだけではなく、基板部材10と金属板40とを樹脂接着剤で接着することで、蛍光部21及び基板部材10の応力をさらに低減できることが分かる。しかも、蛍光部21及び基板部材10の応力を低減できるだけではなく、基板部材10と金属板40との接合部である接合層50の応力を低減できることも分かる。
Further, when comparing Example 1 and Example 2, not only the
ただし、樹脂接着剤は金属接着剤と比べて熱伝導率が低いことから、接合層50が樹脂接着剤であると、接合層50が金属接着剤である場合と比べて、蛍光部21で発生する熱の放熱効果が低下する。
However, since a resin adhesive has a lower thermal conductivity than a metal adhesive, when the
そこで、上記のように、接合層50に高熱伝導フィラーを含ませて、接合層50の熱伝導率を高くするとよい。
Therefore, as described above, the
この点について、図5に示される構成の蛍光体デバイス1Aについて、熱解析モデルによって接合層50による蛍光部21の放熱効果を確かめるシミュレーションを行ったので、以下、このシミュレーションの内容と結果について、図7A及び図7Bを用いて説明する。
Regarding this point, a simulation was performed to confirm the heat dissipation effect of the
図7Aは、接合層による蛍光部の放熱効果に関するシミュレーションを行う際の蛍光体デバイス1Aの熱解析モデルの仕様を示している。図7Bは、図7Aの仕様における図5の蛍光体デバイス1Aにおいて、接合層50の熱伝導率を変えたときの3つのサンプル(実施例3、実施例4、実施例5)についての蛍光部21の温度上昇の計算結果を示している。
FIG. 7A shows specifications of a thermal analysis model of the
実施例3及び実施例4は、上記の実施例2と同様に、基板部材10と金属板40とを接合する接合層50が樹脂接着剤である。ただし、実施例3の接合層50は、高熱伝導フィラーを有しておらず、熱伝導率が0.2W/mKである。一方、実施例4の接合層50は、高熱伝導フィラーを有しており、熱伝導率が5W/mKである。
In Examples 3 and 4, the
実施例5は、上記の実施例1と同様に、基板部材10と金属板40とを接合する接合層50が金属接着剤である。したがって、実施例5の接合層50の熱伝導率は、100W/mKと高くなっている。
In Example 5, as in Example 1, the
このシミュレーションでは、蛍光部21を発熱させて、このときの蛍光部21の温度上昇を算出している。なお、このシミュレーションでは、蛍光体デバイス1Aの蛍光部21の中央1mm角の領域に3.75Wの熱を付与することで蛍光部21を発熱させた。
In this simulation, the
その結果、図7Bに示すように、接合層50が樹脂接着剤である場合に接合層50が金属接着剤の場合と同等の放熱効果を得るには、接合層50の熱伝導率が数W/mK以上であればよいことが分かる。具体的には、接合層50が樹脂接着剤であっても、接合層50の熱伝導率が5W/mK以上であれば、金属接着剤の場合と同等の放熱効果を得ることができる。
As a result, as shown in FIG. 7B, when the
次に、図5に示される構成の蛍光体デバイス1Aについて、構造解析により透明接着層30のヤング率と厚みとの関係をシミュレーションにより分析したので、以下、このシミュレーションの内容と結果について、図8、図9A~図9Cを用いて説明する。
Next, the relationship between the Young's modulus and the thickness of the transparent
図8は、透明接着層30におけるヤング率と厚みとの関係をシミュレーションにより分析する際の蛍光体デバイス1Aの構造解析モデルの仕様を示している。なお、図8に示すように、このシミュレーションにおいて、透明接着層30のサイズ(厚み)及びヤング率は、変数(パラメータ)であり、変更される。
FIG. 8 shows specifications of a structural analysis model of the
このシミュレーションでは、蛍光体デバイス1Aの構造解析モデルに温度変化による荷重を加えて、このときの蛍光部21と基板部材10と透明接着層30との各部位の応力を算出した。なお、このシミュレーションでは、蛍光体デバイス1Aに対して一様に200℃から-20℃に冷却(ΔT=220℃)することで、温度変化による荷重を与えた。温度による荷重を与えることで、各部材間の線膨張係数差によって各部材に圧縮応力又は引張応力等の応力が生じる。
In this simulation, a load due to a temperature change was added to the structural analysis model of the
図9A、図9B及び図9Cは、そのシミュレーション結果を示している。図9Aは、図8の仕様で構造解析を行ったときに蛍光部21に働く主応力と透明接着層30のヤング率との関係を示している。図9Bは、図8の仕様で構造解析を行ったときに基板部材10に働く主応力と透明接着層30のヤング率との関係を示している。図9Cは、図8の仕様で構造解析を行ったときに透明接着層30に働く相当応力と透明接着層30のヤング率との関係を示している。なお、図9A~図9Cにおいて、主応力がプラスの場合は、引張応力が働いていることを示しており、主応力がマイナスの場合は、圧縮応力が働いていることを示している。なお、脆性材料であるYAG及びアルミナは主応力で評価し、延性材料であるシリコン樹脂については相当応力で評価した。
9A, 9B and 9C show the simulation results. FIG. 9A shows the relationship between the principal stress acting on the
また、このシミュレーションでは、図9A~図9Cに示すように、透明接着層30の厚みが、0.5μm、10μm、50μm、100μmの場合について、蛍光部21、基板部材10及び透明接着層30のそれぞれに働く主応力又は相当応力と透明接着層30のヤング率との関係を分析した。
Further, in this simulation, as shown in FIGS. 9A to 9C, when the thickness of the transparent
その結果、YAG蛍光体からなる蛍光部21及びアルミナからなる光反射部22の破断応力は、曲げ応力が約300MPaで、圧縮応力が約2000MPaであるので、図9Aに示すように、透明接着層30の厚みが0.5μm~100μmの範囲においては、蛍光部21の破断応力には至らない。図9Aに示す結果から、透明接着層30のヤング率としては、1000MPa(=1GPa)未満であることが好ましく、より好ましくは、100MPa(=0.1GPa)未満である。なお、図9Aのグラフにプロットされた主応力は、波長変換部材20を構成するYAGの部分とアルミナの部分とにおいて、最も主応力の大きかった部分の値である。具体的には、中央部のYAGよりも周辺部のアルミナの方が主応力は大きい。このため、図9Aのグラフにプロットした値が算出された部分は、アルミナの角部(7.5mm角の角部分)であり、表面側ではなく裏面側(透明接着層30との界面側)である。
As a result, the breaking stress of the
また、サファイアからなる基板部材10の破断応力は、曲げ応力が約500MPaで、圧縮応力が約3000MPaであるので、図9Bに示すように、透明接着層30の厚みが0.5μm~100μmの範囲においては、基板部材10の破断応力には至らない。図9Bに示す結果から、透明接着層30のヤング率としては、1000MPa(=1GPa)未満であることが好ましく、より好ましくは、100MPa(=0.1GPa)未満である。
The breaking stress of the
また、シリコン樹脂からなる透明接着層30の破断応力は、約50MPaであるので、図9Cに示すように、透明接着層30の厚みが0.5μm~100μmの範囲においては、透明接着層30のヤング率としては、100MPa(=0.1GPa)未満であることが好ましい。
Moreover, since the breaking stress of the transparent
以上、図9A~図9Cを総合的に勘案すると、応力を低減するとの観点では、透明接着層30の厚みが0.5μm~100μmの範囲において、透明接着層30のヤング率は、100MPa(=0.1GPa)未満であるとよい。
9A to 9C, from the viewpoint of reducing stress, the Young's modulus of the transparent
次に、図5に示される構成の蛍光体デバイス1Aについて、熱解析により透明接着層30の厚みと温度との関係をシミュレーションにより分析したので、以下、このシミュレーションの内容と結果について、図10、図11A及び図11Bを用いて説明する。
Next, the relationship between the thickness of the transparent
図10は、透明接着層30の厚みと蛍光部21及び透明接着層30の温度との関係をシミュレーションにより分析する際の蛍光体デバイス1Aの熱解析モデルの仕様を示している。なお、図10に示すように、このシミュレーションにおいて、透明接着層30のサイズ(厚み)は、変数(パラメータ)であり、変更される。
FIG. 10 shows specifications of a thermal analysis model of the
このシミュレーションでは、蛍光体デバイス1Aの蛍光部21を発熱させたときの透明接着層30の厚みに対する蛍光部21の温度と透明接着層30の温度とを算出した。なお、このシミュレーションでは、蛍光体デバイス1Aの蛍光部21の中央0.8mm角の領域に3.75Wの熱(7W励起相当)を付与することで蛍光部21を発熱させた。このとき、周囲温度は30℃で一定とし、金属板40の下面温度は30℃で一定とした。
In this simulation, the temperature of the
図11A及び図11Bは、そのシミュレーション結果を示している。図11Aは、図10の仕様で熱解析を行ったときの透明接着層30の厚みと蛍光部21及び透明接着層30の温度との関係を示している。図11Bは、図10の仕様で熱解析を行ったときの透明接着層30の熱抵抗と蛍光部21及び透明接着層30の温度との関係を示している。
11A and 11B show the simulation results. FIG. 11A shows the relationship between the thickness of the transparent
YAG蛍光体からなる蛍光部21の温度は、YAG蛍光体の消光温度(230℃~240℃程度)以下であることが好ましく、また、熱伝導率が約0.2W/mKのシリコン樹脂からなる透明接着層30の温度は、シリコン樹脂の耐熱温度(約200℃)以下であることが好ましい。
The temperature of the
したがって、蛍光部21の消光温度及び透明接着層30の耐熱温度の観点からは、図11Aに示すように、透明接着層30の厚みは、20μm以下であることが好ましい。透明接着層30の厚みを20μm以下にすることで、蛍光部21で発生する熱を効果的に放熱することができ、蛍光部21の温度を消光温度以下に維持することができるとともに、透明接着層30の温度を耐熱温度以下に維持することができる。
Therefore, from the viewpoint of the extinction temperature of the
このように、応力低減のみの観点では、上記のように、透明接着層30の厚みは、0.5μm以上100μm以下であるとよいが、応力低減と放熱性とを両立するとの観点では、透明接着層30の厚みは、0.5μm以上20μm以下であるとよい。
As described above, the thickness of the transparent
また、蛍光部21の消光温度及び透明接着層30の耐熱温度の観点から、図11Bに示すように、透明接着層30の熱抵抗は、35KW以下であることが好ましい。なお、透明接着層30を構成する材料がシリコン樹脂ではない場合、透明接着層30の熱伝導率は材料により異なるが、この場合も、透明接着層30の熱抵抗は、35KW以下であることが好ましい。
From the viewpoint of the extinction temperature of the
(実施の形態2)
次に、実施の形態2に係る蛍光体デバイス1Bについて、図12を用いて説明する。図12は、実施の形態2に係る蛍光体デバイス1Bの構成を示す図である。図12において、(a)は、同蛍光体デバイス1Bの上面図であり、(b)は、(a)のXIIb-XIIb線における同蛍光体デバイス1Bの断面図である。
(Embodiment 2)
Next, a
本実施の形態に係る蛍光体デバイス1Bは、上記実施の形態1に係る蛍光体デバイス1に対して、波長変換部材20Bの構成が異なる。具体的には、図12に示すように、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1Bの波長変換部材20Bは、上記実施の形態1に係る蛍光体デバイス1の波長変換部材20と同様に、蛍光部21及び蛍光部21の側面を囲む光反射部22Bを有するが、本実施の形態における光反射部22Bは、サイドフィル構造になっている。したがって、光反射部22Bは、基板部材10の上面の全面に形成されておらず、蛍光部21の周辺部のみに形成されており、蛍光部21の側面を覆うように壁状に形成されている。
A
また、本実施の形態において、透明接着層30は、蛍光部21と基板部材10との間のみに形成されている。つまり、透明接着層30は、蛍光部21の下方のみに形成されている。このため、本実施の形態における光反射部22Bは、蛍光部21の側面を覆っているだけではなく、透明接着層30の側面も覆っている。
Moreover, in the present embodiment, the transparent
なお、光反射部22Bの材料は、上記実施の形態1における光反射部22と同様のものを用いることができる。具体的には、光反射部22Bは、樹脂層又はセラミックス層とすることができるが、サイドフィル構造の光反射部22Bとするには、光反射部22Bは、樹脂層であるとよい。一例として、光反射部22Bは、シリコン樹脂に光散乱部22aとして酸化チタン粒子が分散された白色樹脂層である。
The same material as that of the
以上、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1Bは、上記実施の形態に係る蛍光体デバイス1と同様に、波長変換部材20Bが蛍光部21だけではなく光反射部22Bを有しており、さらに、蛍光部21の主成分を蛍光体セラミックスとし、且つ、蛍光部21の厚みを200μm以上にしている。さらに、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1Bは、上記実施の形態に係る蛍光体デバイス1と同様に、蛍光部21と基板部材10とにおいて線膨張係数の小さい方の線膨張係数の値が線膨張係数の大きい方の線膨張係数の値の97%以下になっており、蛍光部21と基板部材10とは、可撓性を有する透明接着層30を介して接着されている。
As described above, in the
これにより、本実施の形態に係る蛍光体デバイス1Bは、上記実施の形態に係る蛍光体デバイス1と同様の効果を奏する。つまり、蛍光部21で発生する熱の放熱性を良くすることができるとともに、隣接する2つの部材の界面で剥離が生じることを抑制することができる。これにより、高効率及び高輝度の蛍光体デバイス1B及び発光装置を実現することができる。
Thus, the
また、図13に示される蛍光体デバイス1Cのように、上記蛍光体デバイス1Bに対して、さらに、金属板40を備えるように構成してもよい。図13は、実施の形態2の変形例に係る蛍光体デバイス1Cの断面図である。
Further, as in a
金属板40は、基板部材10の波長変換部材20側の面とは反対側の面に接合層50を介して設けられている。具体的には、金属板40は、接合層50を介して基板部材10の反射防止膜13に接合されている。金属板40としては、銅板又はアルミニウム板を用いることができる。また、金属板40は、蛍光体デバイス1Cに入射する光が通過する開口部41を有する。つまり、本変形例に係る蛍光体デバイス1Cは、図5に示される蛍光体デバイス1Aと同じ構成の金属板40及び接合層50を有する。
The
この構成により、本変形例に係る蛍光体デバイス1Cは、図5に示される蛍光体デバイス1Aと同様の効果を奏する。
With this configuration, the
ここで、図13に示される構成の蛍光体デバイス1Cについて、サイドフィル構造を有する光反射部22Bの放熱効果を確かめる実験を行ったので、以下、この実験の内容と結果について、図14A及び図14Bを用いて説明する。
Here, an experiment was conducted to confirm the heat dissipation effect of the
図14Aは、蛍光体デバイス1Cにおいて蛍光部21と基板部材10との間の接合状態及び基板部材10と金属板40との間の接合状態を変えたときの5つの水準(水準1、水準2、水準3、水準4、水準5)について、基板部材10の裏面側から励起光を照射したときの蛍光体デバイス1Cの温度上昇を示している。
FIG. 14A shows five levels (
なお、本実験において、蛍光部21は焼結YAG蛍光体のみからなる蛍光体セラミックス層(縦5mm×横5mm×厚さ0.2mm)であり、透光基材11はサファイア基板(縦7mm×横7mm×厚さ1mm)であり、金属板40は、φ3mmの開口部41を有する銅基板(縦24mm×横24mm×3mm)である。また、蛍光体デバイス1Cに照射する励起光は、出力15W(2.7A)の青色レーザ光であり、蛍光部21でのレーザスポット径はφ3mmである。また、温度上昇は、蛍光部21の温度と金属板40の温度との差分とした。各水準については、それぞれ2つのサンプル(n=2)で温度上昇を測定した。
In this experiment, the
図14Aにおいて、蛍光部21と基板部材10との間の接合状態の項目の「無し」及び「シリコン」は、それぞれ、蛍光部21と基板部材10とを接合する透明接着層30が存在しない場合と透明接着層30としてシリコン樹脂接着剤が存在する場合とを示している。また、サイドフィルの項目の「無し」及び「有り」は、それぞれ、光反射部22としてサイドフィル構造が存在しない場合とサイドフィル構造が存在する場合とを示している。サイドフィル構造が存在しない場合は、蛍光部21及び透明接着層30の各々の側面は光反射部22で覆われておらず露出している。また、基板部材10と金属板40との間の接合状態を示す、「無し」、「銀ペースト層」及び「銀焼結層」は、それぞれ、基板部材10と金属板40とを接合する接合層50が存在しない場合と接合層50として銀ペースト層が存在する場合と接合層50として銀焼結層が存在する場合とを示している。なお、銀ペースト層及び銀焼結層の厚さは、0.05mmとした。
In FIG. 14A , “no” and “silicon” in the bonding state items between the
図14Bは、図14Aにおける5つの水準(各2個)の温度上昇をグラフにしたものである。 FIG. 14B graphs the temperature rise of the five levels (two of each) in FIG. 14A.
図14Bに示すように、水準1と水準2とを比べると、蛍光部21と基板部材10とをシリコン樹脂接着剤からなる透明接着層30で接着することで、蛍光部21で発生する熱の放熱性が向上することが分かる。
As shown in FIG. 14B, comparing
また、水準2と水準3とを比べると、蛍光部21の側面をサイドフィル構造の光反射部22で覆うことで、蛍光部21で発生する熱の放熱性がさらに向上することが分かる。
Further, comparing
また、水準3と水準4、5とを比べると、蛍光部21の側面をサイドフィル構造の光反射部22で覆うことで、基板部材10と金属板40とを銀ペースト層又は銀焼結層からなる高熱伝導率の接合層50で接合した場合と同等の放熱効果が得られることが分かる。
Comparing Level 3 with Levels 4 and 5, by covering the side surface of the
(変形例)
以上、本発明に係る蛍光体デバイス及び発光装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。
(Modification)
Although the phosphor device and the light emitting device according to the present invention have been described above based on the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments.
例えば、上記実施の形態1、2において、波長変換部材20は、蛍光部21に加えて光反射部22を有していたが、これに限らない。また、上記実施の形態1、2において、基板部材10は、透光基材11に加えて、誘電体多層膜12及び反射防止膜13を有していたが、これに限らない。具体的には、波長変換部材20は、光反射部22を有しておらず、蛍光部21のみによって構成されていてもよいし、基板部材10は、誘電体多層膜12及び反射防止膜13を有しておらず、透光基材11のみによって構成されていてもよい。
For example, in
また、上記実施の形態1、2において、発光装置は、蛍光体デバイスに入射する励起光が蛍光体デバイスを透過する透過型の発光装置であったが、これに限らない。例えば、発光装置は、蛍光体デバイスに入射する励起光が蛍光体デバイスを透過せずに蛍光体デバイスで反射する反射型の発光装置であってもよい。つまり、発光装置は、光源2から出射する光が波長変換部材で反射するように構成されていてもよい。この場合、波長変換部材が形成される基板部材は、反射基板となり、波長変換部材の上方から励起光が照射される。
Moreover, in the first and second embodiments, the light emitting device is a transmissive light emitting device in which the excitation light incident on the phosphor device is transmitted through the phosphor device, but the present invention is not limited to this. For example, the light-emitting device may be a reflective light-emitting device in which excitation light incident on the phosphor device is reflected by the phosphor device without passing through the phosphor device. That is, the light emitting device may be configured such that the light emitted from the
また、上記実施の形態1、2において、発光装置は、蛍光体デバイスが動かない固定型の発光装置であったが、これに限らない。具体的には、発光装置は、蛍光体デバイスが回転する回転型の発光装置であってもよい。この場合、蛍光体デバイスは、例えば、回転する蛍光体ホールとして用いることができる。 Moreover, in the first and second embodiments, the light-emitting device is a stationary light-emitting device in which the phosphor device does not move, but the present invention is not limited to this. Specifically, the light-emitting device may be a rotating light-emitting device in which the phosphor device rotates. In this case, the phosphor device can be used, for example, as a rotating phosphor hole.
その他、上記実施の形態に対して当業者が思い付く各種変形を施して得られる形態や、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で実施の形態における構成要素及び機能を任意に組み合わせることで実現される形態も本発明に含まれる。 In addition, a form obtained by applying various modifications that a person skilled in the art can think of to the above embodiment, and a form realized by arbitrarily combining the constituent elements and functions in the embodiment without departing from the spirit of the present invention. is also included in the present invention.
1、1A、1B、1C 蛍光体デバイス
2 光源
10 基板部材
11 透光基材
11a 第1の面
11b 第2の面
12 誘電体多層膜
13 反射防止膜
20、20B 波長変換部材
21 蛍光部
22、22B 光反射部
30 透明接着層
40 金属板
41 開口部
50 接合層
100 発光装置
Claims (17)
少なくとも蛍光部及び光反射部を有する波長変換部材と、を備え、
前記蛍光部の主成分は、蛍光体セラミックスであり、
前記蛍光部の厚みは、200μm以上であり、
前記蛍光部と前記基板部材とにおいて、線膨張係数の小さい方の線膨張係数の値は、線膨張係数の大きい方の線膨張係数の値の97%以下であり、
前記蛍光部と前記基板部材とは、接着後の状態において可撓性を有する透明接着層を介して接着されている、
蛍光体デバイス。 a substrate member;
a wavelength conversion member having at least a fluorescent portion and a light reflecting portion,
The main component of the fluorescent portion is phosphor ceramics,
The thickness of the fluorescent portion is 200 μm or more,
In the fluorescent portion and the substrate member, the linear expansion coefficient value of the smaller linear expansion coefficient is 97% or less of the linear expansion coefficient value of the larger linear expansion coefficient,
The fluorescent part and the substrate member are bonded via a transparent adhesive layer having flexibility in a state after bonding,
phosphor device.
請求項1に記載の蛍光体デバイス。 The light reflecting portion is in thermal contact with the fluorescent portion,
The phosphor device of Claim 1.
請求項1に記載の蛍光体デバイス。 The light reflecting portion is made of alumina,
The phosphor device of Claim 1.
請求項1に記載の蛍光体デバイス。 The light reflecting portion is composed of a binder made of a resin material and light reflecting particles made of an inorganic material,
The phosphor device of Claim 1.
請求項4に記載の蛍光体デバイス。 The binder does not cover the upper surface of the fluorescent portion,
5. The phosphor device of claim 4.
請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。 Young's modulus of the transparent adhesive layer is less than 0.1 GPa,
The phosphor device according to any one of claims 1-5.
請求項6に記載の蛍光体デバイス。 The thickness of the transparent adhesive layer is 0.5 μm or more and 20 μm or less.
7. The phosphor device of claim 6.
請求項7に記載の蛍光体デバイス。 The transparent adhesive layer is mainly composed of silicone resin,
A phosphor device according to claim 7 .
請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。 The thickness of the transparent adhesive layer is 0.5 μm or more and 20 μm or less.
The phosphor device according to any one of claims 1-5.
請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。 The transparent adhesive layer is mainly composed of silicone resin,
The phosphor device according to any one of claims 1-5.
請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。 The substrate member has a light-transmitting base material and a dielectric multilayer film provided on a first surface of the light-transmitting base material on the wavelength conversion member side,
The phosphor device according to any one of claims 1-5.
請求項11に記載の蛍光体デバイス。 The main component of the material that constitutes the translucent base material is Al 2 O 3 , AlN, or GaN.
12. The phosphor device of claim 11.
請求項11に記載の蛍光体デバイス。 The substrate member further has an antireflection film provided on a second surface facing the first surface of the translucent base material,
12. The phosphor device of claim 11.
前記金属板は、前記蛍光体デバイスに入射する光が通過する開口部を有する、
請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光体デバイス。 further comprising a metal plate provided via a bonding layer on the surface of the substrate member opposite to the surface on the wavelength conversion member side,
the metal plate has an opening through which light incident on the phosphor device passes;
The phosphor device according to any one of claims 1-5.
請求項14に記載の蛍光体デバイス。 The bonding layer is made of a resin material,
15. The phosphor device of Claim 14.
請求項14に記載の蛍光体デバイス。 The bonding layer has a high thermal conductivity filler,
15. The phosphor device of Claim 14.
前記蛍光体デバイスに入射する光を発する光源と、を備え、
前記蛍光体デバイスにおける前記蛍光部の外形サイズは、前記光源から出射した光が前記蛍光部に入射するときのスポットサイズと同等である、
発光装置。 a phosphor device according to any one of claims 1 to 5;
a light source that emits light incident on the phosphor device,
The outer size of the fluorescent part in the phosphor device is equivalent to the spot size when the light emitted from the light source is incident on the fluorescent part,
Luminescent device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/JP2022/036373 WO2023058541A1 (en) | 2021-10-07 | 2022-09-29 | Phosphor device and light-emitting device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021165146 | 2021-10-07 | ||
JP2021165146 | 2021-10-07 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2023056465A true JP2023056465A (en) | 2023-04-19 |
Family
ID=86004717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2022102068A Pending JP2023056465A (en) | 2021-10-07 | 2022-06-24 | Phosphor device and light emitting apparatus |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2023056465A (en) |
-
2022
- 2022-06-24 JP JP2022102068A patent/JP2023056465A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6253392B2 (en) | Light emitting device and light source for projector using the same | |
JP6299811B2 (en) | Light emitting device | |
US10658811B2 (en) | Optical component, light emitting device using the optical component, and method of manufacturing the optical component | |
JP6515940B2 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
TWI696685B (en) | Optical wavelength conversion device and optical composite device | |
JP6089686B2 (en) | Light emitting device | |
TW200947755A (en) | Light-emitting device and its manufacturing method | |
JP7235944B2 (en) | Light-emitting device and method for manufacturing light-emitting device | |
JP2018129424A (en) | Light-emitting device | |
JP6457099B2 (en) | Wavelength conversion member and light emitting device | |
JP2015216139A (en) | Light emitting module | |
WO2019244506A1 (en) | Optical wavelength conversion material, optical wavelength conversion device, and light emitting device | |
US10644208B2 (en) | Method of manufacturing light emitting device | |
WO2023058541A1 (en) | Phosphor device and light-emitting device | |
JP2023056465A (en) | Phosphor device and light emitting apparatus | |
WO2023063103A1 (en) | Fluorescent device and light-emitting device | |
TWI817246B (en) | Fluorescent light-emitting modules and light-emitting devices | |
JP6607036B2 (en) | Light emitting device | |
WO2019061818A1 (en) | Wavelength conversion device and light emitting device | |
US11043789B2 (en) | Light emitting device | |
WO2021060519A1 (en) | Light-emitting device, wavelength conversion unit, and headlight or display device | |
JP2022089745A (en) | Fluorescent light emitting module and light emitting device | |
JP2024066549A (en) | Phosphor device and light-emitting device | |
JP7460898B2 (en) | Light-emitting device | |
JP2022086988A (en) | Translucent member, manufacturing method therefor, optical member, and light-emitting device |