CN114503378A - 波长转换构件 - Google Patents

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CN114503378A CN202080069996.5A CN202080069996A CN114503378A CN 114503378 A CN114503378 A CN 114503378A CN 202080069996 A CN202080069996 A CN 202080069996A CN 114503378 A CN114503378 A CN 114503378A
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Abstract

提供一种波长转换构件(1)，具备：基板(10)；以及波长转换层(11)，其包含荧光体粒子群(12)和密封荧光体粒子群(12)的密封构件(13)，直接或隔着其它层设置在基板(10)上，在波长转换层(11)的与厚度方向平行的任意的截面中，包含荧光体粒子群(12)的截面的面积比率为50％以上的规定的区域，在波长转换层(11)的厚度为50μm以上的情况下，上述规定的区域是从波长转换层(11)的底面起的厚度为50μm且宽度为700μm的长方形的区域，在波长转换层(11)的厚度小于50μm的情况下，上述规定的区域是厚度为波长转换层(11)的厚度且宽度为700μm的长方形的区域。

Description

波长转换构件
技术领域
本发明涉及波长转换构件。
背景技术
以往，已知一种荧光体轮(例如，参照专利文献1)，其是激光投影仪所使用的波长转换构件，具备：基板，其形成为圆板状；以及荧光体层，其设置在该基板上。
专利文献1记载的荧光体轮采用大粒径的荧光体增大了荧光体层的膜厚，并使用了低Ce浓度的荧光体，且是仅由无机材料构成的。并且据称，通过该构成，在大功率的用途中具有高的发光强度，不易发生因温度消光所致的性能下降，会降低因过量的热所致的破损风险。
另外，在专利文献1中，关于由树脂将荧光体密封的专利文献2记载的荧光体轮、由包括树脂的接合材层将荧光体层与基板接合的专利文献3记载的荧光体轮，作为问题点举出了因使用树脂所致的烧坏的风险。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2019-39992号公报
专利文献2：日本特开2012-8177号公报
专利文献3：日本专利第6232951号公报
发明内容
发明要解决的问题
如上所述，在专利文献1记载的荧光体轮中，荧光体层的密封构件使用无机材料是得以用于大功率的用途的条件，密封构件不能使用树脂。另一方面，树脂与无机材料相比具有以下等的优势：成本低；由于硬度软，因此在温度循环、热应力方面相对强；由于折射率比荧光体小，因此有利于从荧光体取出光。而且，包括树脂的密封构件的形成温度一般为150℃以下，比包括无机材料的密封构件的形成温度低，因此，例如在如采用了Ag的高反射率基板这样的比较不耐热的基板上也能够使用。
本发明的目的在于，提供一种波长转换构件，具有优异的热传导性，能够照射高强度的激发光来取出高强度的荧光，并且密封构件的材料的选择幅度广。
用于解决问题的方案
为了达到上述目的，本发明的一方面提供下述[1]～[12]的波长转换构件。
[1]一种波长转换构件，具备：支撑体；以及波长转换层，其包含荧光体粒子群和密封上述荧光体粒子群的密封构件，直接或隔着其它层设置在上述支撑体上，在上述波长转换层的与厚度方向平行的任意的截面中，包含上述荧光体粒子群的截面的面积比率为50％以上的规定的区域，在上述波长转换层的厚度为50μm以上的情况下，上述规定的区域是从上述波长转换层的底面起的厚度为50μm且宽度为700μm的长方形的区域，在上述波长转换层的厚度小于50μm的情况下，上述规定的区域是厚度为上述波长转换层的厚度且宽度为700μm的长方形的区域。
[2]根据上述[1]所述的波长转换构件，其中，在上述规定的区域中包含2个以上的如下截面：该截面是构成上述荧光体粒子群的荧光体粒子的截面，并且是最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面。
[3]根据上述[1]或[2]所述的波长转换构件，其中，在上述荧光体粒子群中，包含内部具有多个气孔的荧光体粒子。
[4]根据上述[1]～[3]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，构成上述荧光体粒子群的荧光体粒子包含单晶的荧光体粒子。
[5]根据上述[1]～[4]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，上述荧光体粒子群包含表面为曲面形状的荧光体粒子。
[6]根据上述[1]～[5]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，上述密封构件包括二甲基系硅酮树脂。
[7]根据上述[1]～[5]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，上述密封构件以SiO2系化合物为主成分。
[8]根据上述[1]～[7]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，在上述波长转换层中，除了上述荧光体粒子群之外，还有热传导率比构成上述荧光体粒子群的荧光体粒子高的添加剂被上述密封构件密封。
[9]根据上述[8]所述的波长转换构件，其中，上述添加剂包括Al2O3、SiC、金刚石(C)、AlN、BN、Si3N4或MgO。
[10]根据上述[1]～[9]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，上述单晶的荧光体粒子的至少一部分具有由组成式(Y1-x-y-zLuxGdyCez)3+aAl5-aO12(0≤x≤0.9994，0≤y≤0.0669，0.0002≤z≤0.0067，-0.016≤a≤0.315)表示的范围内的组成。
[11]根据上述[1]～[10]中的任意一项所述的波长转换构件，其中，在上述波长转换层之上，具备折射率比上述密封构件低的低折射率层。
[12]根据上述[11]所述的波长转换构件，其中，上述低折射率层的厚度为5μm以上。
发明效果
根据本发明，能够提供一种波长转换构件，具有优异的热传导性，能够照射高强度的激发光来取出高强度的荧光，并且密封构件的材料的选择幅度广。
附图说明
图1是第1实施方式的波长转换构件的垂直截面图。
图2是波长转换层的一个例子的垂直截面的扫描型电子显微镜(SEM)图像。
图3是波长转换层的另一个例子的垂直截面的SEM图像。
图4A是示出高反射率层的构成例的垂直截面图。
图4B是示出高反射率层的另一构成例的垂直截面图。
图5是由硅酮树脂将包括YAG陶瓷的波长转换层固定于基板的作为现有例的波长转换构件的垂直截面图。
图6A是在基板上固定有具有包括YAG粉末的荧光体粒子和包括硅酮树脂的密封构件的波长转换层的波长转换构件的垂直截面图。
图6B是示出将热结构进行了模型化的图6A的波长转换构件的结构的图。
图7A是在基板上固定有具有大直径的荧光体粒子、小直径的荧光体粒子、以及包括硅酮树脂的密封构件的波长转换层的波长转换构件的垂直截面图。
图7B是示出将热结构进行了模型化的图7A的波长转换构件的结构的图。
图8是第1实施方式的波长转换构件的变形例的垂直截面图。
图9是第1实施方式的波长转换构件的另一变形例的垂直截面图。
图10A是第1实施方式的波长转换构件为激光投影仪所使用的荧光体轮的情况下的俯视图。
图10B是第1实施方式的波长转换构件为激光投影仪所使用的荧光体轮的情况下的截面图。
图11是第2实施方式的波长转换构件的垂直截面图。
图12是表示实施例1的波长转换构件和作为比较例的波长转换构件的波长转换特性的一个例子的坐标图。
图13A是比较例的波长转换构件的与厚度方向平行的截面的SEM照片。
图13B是比较例的波长转换构件的与厚度方向平行的另一截面的SEM照片。
图13C是从图13A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图13D是从图13B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图14A是实施例2的试样A的截面的SEM照片。
图14B是实施例2的试样A的另一截面的SEM照片。
图14C是从图14A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图14D是从图14B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图15A是实施例2的试样B的截面的SEM照片。
图15B是实施例2的试样B的另一截面的SEM照片。
图15C是从图15A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图15D是从图15B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图16A是实施例2的试样C的截面的SEM照片。
图16B是实施例2的试样C的另一截面的SEM照片。
图16C是从图16A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图16D是从图16B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图17A是实施例2的试样D的截面的SEM照片。
图17B是实施例2的试样D的另一截面的SEM照片。
图17C是从图17A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图17D是从图17B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图18A是实施例2的试样E的截面的SEM照片。
图18B是实施例2的试样E的另一截面的SEM照片。
图18C是从图18A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图18D是从图18B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图19A是实施例2的试样F的截面的SEM照片。
图19B是实施例2的试样F的另一截面的SEM照片。
图19C是从图19A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图19D是从图19B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图20A是实施例2的试样G的截面的SEM照片。
图20B是实施例2的试样G的另一截面的SEM照片。
图20C是从图20A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图20D是从图20B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图21A是实施例2的试样H的截面的SEM照片。
图21B是实施例2的试样H的另一截面的SEM照片。
图21C是从图21A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图21D是从图21B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图22A是实施例2的试样I的截面的SEM照片。
图22B是实施例2的试样I的另一截面的SEM照片。
图22C是从图22A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图22D是从图22B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图23是示出实施例2的评价光学***的构成的示意图。
图24A是示出实施例2的试样A～E中的、荧光体粒子群的截面面积比率与取出的荧光的最大荧光强度的关系的坐标图。
图24B是示出基于布鲁格曼(Bruggeman)公式描画出的填料填充率与热传导率的关系的一个例子的曲线的图。
图25是示出实施例2的试样A～I中的、荧光体粒子群的截面面积比率与取出的荧光的最大强度的关系的坐标图。
图26A是实施例3的试样J的与厚度方向平行的截面的SEM照片。
图26B是实施例3的试样J的与厚度方向平行的另一截面的SEM照片。
图26C是从图26A所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图26D是从图26B所示的波长转换层的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
图27A是表示实施例3的试样J的波长转换特性的坐标图。
图27B是表示试样J和比较例的波长转换构件的温度特性的坐标图。
图28是示出实施例4的评价光学***的构成的示意图。
图29是示出从实施例4的试样K的波长转换层取出的荧光的扩展量的坐标图。
具体实施方式
〔第1实施方式〕
图1是第1实施方式的波长转换构件1的垂直截面图。波长转换构件1具备：作为支撑体的基板10；以及波长转换层11，其包含荧光体粒子群12和密封荧光体粒子群12的密封构件13，直接或隔着其它层设置在基板10上。
荧光体粒子群12吸收激发光，在进行波长转换时发热。为了抑制温度消光等而得到大的荧光强度，就要求提升波长转换层11的热传导性，使荧光体粒子群12所产生的热有效地散逸。
本发明的发明人们进行了锐意研究，结果发现为了提升波长转换层11的热传导性，得到大的荧光强度，提升波长转换层11中的荧光体粒子群12的体积比率(以下，称为条件1)是有效的。
条件1是缘于：构成荧光体粒子群12的荧光体的热传导率比密封构件13的热传导率高，因此，波长转换层11中的荧光体粒子群12的体积比率越高，波长转换层11的热传递率就越增高。在此，热传递率是表示从热的发生源向相邻的构件的热的传播容易度的参数，其单位为W/(m2·K)。
关于构成荧光体粒子群12的荧光体的室温时的热传导率，例如在添加有Ce作为激活剂的YAG系荧光体的情况下，是10～13W/(m·K)。另外，关于密封构件13的材料的热传导率，例如，若是树脂材料则为0.1～0.2W/(m·K)左右，若是玻璃则为～1W/(m·K)左右，若是SiO2则为～10W/(m·K)左右。此外，SiO2的热传导率虽然与荧光体的热传导率是同等的，但与树脂、玻璃不同，难以将荧光体粒子群的空隙完全填充，因此作为密封构件13的有效热传递变小。此外，本说明书记载的热传导率的值均是室温(25℃)时的值。
而且，本发明的发明人们发现，为了更有效地提升波长转换层11的热传导性，得到大的荧光强度，在条件1的基础上，还包含以往一般不使用的大直径的荧光体粒子(以下，称为条件2)是有效的。
条件2是缘于：如果荧光体的尺寸大，则热在热传导率比包括硅酮树脂等的密封构件13高的荧光体中传播的距离增加，波长转换层11的热传递率增高(热阻变小)。
另外，在使用尺寸大的荧光体的情况下，若是使用尺寸大的荧光体和尺寸小的荧光体这两种荧光体，则与荧光体粒子群12仅由尺寸大的荧光体构成的情况相比，更易于提升波长转换层11中的填充率，更容易使波长转换层11的整体上的热传递率变大。所以，与仅满足条件2相比，优选不仅满足条件1还满足条件2。
本发明的发明人们在各种各样的条件下反复进行了实验，结果得知了在波长转换层11的与厚度方向平行的任意的截面中包含荧光体粒子群12的截面的面积比率为50％以上的规定的区域(以下，称为算出区域)时，满足条件1。另外，在波长转换层11的与厚度方向平行的任意的截面中包含荧光体粒子群12的截面的面积比率为57％以上的算出区域时，能够进一步提升波长转换层11的热传导性，得到大的荧光强度。
此外，如果在波长转换层11的与厚度方向平行的任意的截面中荧光体粒子群12的截面的面积比率过高，则难以通过密封构件13使荧光体粒子群12固接，因此其上限值例如设定为80％。
在此，在波长转换层11的厚度(若有偏差则是最小厚度)为50μm以上的情况下，算出区域是从波长转换层11的底面起的厚度为50μm且宽度为700μm的长方形的区域，在波长转换层11的厚度(若有偏差则是最小厚度)小于50μm的情况下，算出区域是厚度为波长转换层11的厚度(若有偏差则是最小厚度)且宽度为700μm的长方形的区域。
此外，算出区域设为波长转换层11的与厚度方向平行的截面内的区域的原因在于，为了使从荧光体粒子群12发出的热高效地向基板10散逸，波长转换层11的厚度方向的热传导性是重要的。另外，算出区域设为从波长转换层11的底面起的区域的原因在于，为了使从荧光体粒子群12发出的热高效地向基板10散逸，波长转换层11的向基板连续的区域的热传导性是重要的。此外，即使在波长转换层11的上层部不含荧光体粒子群12或者存在荧光体粒子群12的密度极低的区域，这些区域中的荧光体粒子群12也不会发热或者发热也会小，因此，几乎不会对波长转换层11的包含荧光体粒子群12的区域的温度产生影响。
在此，将算出区域的宽度设为700μm的理由如下。在扫描型电子显微镜(SEM)观察中，若是粒径5μm左右的粒子则能够明确地识别出，并且，作为将某种程度的粒子数收进视野内的倍率，设定的是150倍。此时，作为包含足够的粒子数的区域的优选宽度，设定的是700μm。
另外，将算出区域的厚度设为50μm的理由在于：波长转换层11的优选膜厚的下限为50μm；以及在某种程度上包含足够数量的荧光体粒子的从波长转换层11的底部起的厚度是必要的。
上述的截面的面积比率能够通过波长转换层11的截面的SEM图像解析来求出。例如，若将通过SEM观察得到的SEM图像进行二值化，则密封构件12的截面变黑，荧光体粒子群12的截面变白。得出作为白区域的面积相对于白区域与黑区域的合计面积之比的值即荧光体粒子群12的截面的面积比率。此外，由于SEM的特质，在SEM观察中仅是观察截面处的表面，因此，通过SEM观察得到的波长转换层11的全体截面的荧光体粒子群12的面积比率的平均值与波长转换层11中的荧光体粒子群12的体积比率大致相等。
另外，本发明的发明人们通过进行实验，结果得知了在波长转换层11的与厚度方向平行的任意的截面中的算出区域内包含2个以上的如下截面的情况下，满足条件2：该截面是构成荧光体粒子群12的荧光体粒子的截面，并且是最大长度为40μm以上的1个荧光体粒子的截面。此外，在某1个荧光体粒子的截面的一部分覆盖到算出区域的边界的情况下，设为该荧光体粒子包含在算出区域内。
荧光体粒子群12优选如图1和后述的图2所示的那样，包含用于满足条件2的诸如截面的最大长度为40μm以上这样的大直径的荧光体粒子12a、以及用于使条件1易于被满足的诸如截面的最大长度为30μm以下这样的小直径的荧光体粒子12b，并主要由荧光体粒子12a和荧光体粒子12b构成。
荧光体粒子12a是单晶或多晶(陶瓷)的荧光体粒子。在荧光体粒子12a为单晶的情况下，例如是通过将单晶锭(ingot)利用球磨机等进行粗粉碎并进行分级而得到的粉碎粒子。另外，在荧光体粒子12a为多晶的情况下，例如是通过将由固相合成得到的30μm以下的多晶粒子利用CIP(Cold Isostatic Pressing：冷等静压)和烧结、HIP(Hot Iso-staticPressing：热等静压)、SPS(Spark Plasma Sintering：放电等离子烧结)等进行烧结化(陶瓷板化)，利用球磨机等进行粗粉碎并进行分级而得到。通过粗粉碎得到的荧光体粒子12a无论是单晶还是多晶，都具有由破碎带来的直线性、平面性的形状上的特征，截面的外缘大多情况下是由直线或接近于直线的曲线构成。此外，所谓单晶的粒子，是指不含晶界而结晶方位在整个粒子中一致的粒子。
一般，单晶荧光体与陶瓷荧光体(多晶荧光体)相比大多情况下由温度的上升带来的荧光强度的下降较小，因此，优选荧光体粒子12a是单晶的荧光体粒子。例如，YAG系单晶荧光体与YAG系多晶荧光体相比由温度的上升带来的荧光强度的下降小。荧光强度的下降小是由于内部量子效率的下降小所致。代表性的YAG系荧光体是以Y3Al5O12(YAG)晶体为母晶并添加有Ce作为激活剂的荧光体。
另外，荧光体粒子12a的组成没有特别限定，但优选荧光体粒子12a是YAG系荧光体等温度特性优异(即使在高的温度条件下也能够维持波长转换特性)的荧光体的粒子。荧光体粒子12a的温度特性对于在将高强度的激光用作激发光的激光投影仪等设备中使用波长转换构件1是重要的。
例如，在荧光体粒子12a是具有由组成式(Y1-x-y-zLuxGdyCez)3+aAl5-aO12(0≤x≤0.9994，0≤y≤0.0669，0.0002≤z≤0.0067，-0.016≤a≤0.315)表示的范围内的组成的单晶的荧光体粒子的情况下，具有如下优异的特性：温度为25℃、激发光的峰值波长为450nm时的内部量子效率为0.95以上，温度为300℃、激发光的峰值波长为450nm时的内部量子效率为0.90以上。
所以，优选荧光体粒子12a的至少一部分是具有由组成式(Y1-x-y-zLuxGdyCez)3+ aAl5-aO12(0≤x≤0.9994，0≤y≤0.0669，0.0002≤z≤0.0067，-0.016≤a≤0.315)表示的范围内的组成的单晶的荧光体粒子。
荧光体粒子12b是多晶(陶瓷)或单晶的荧光体粒子，在荧光体粒子12b是陶瓷的荧光体粒子的情况下，能够使用现有的一般的陶瓷粉末荧光体。现有的一般的陶瓷粉末荧光体是通过固相合成来形成，因此难以使粒子尺寸成为30μm以上。通过合成得到的荧光体粒子12b的表面与荧光体粒子12a相比具有角较少的曲面形状，截面的形状与荧光体粒子12a相比接近于圆形或椭圆形。由于荧光体粒子12b的表面具有曲面形状，从而粒子彼此的勾挂变少，能够增加波长转换层11中的荧光体粒子群12的填充密度。另外，由于填充密度高，从而有利于从荧光体粒子群12取出光。
通过不仅使用荧光体粒子12a还使用小直径的荧光体粒子12b，能够提升波长转换层11中的荧光体粒子群12的填充率，即能够提升体积比率。
如上所述，单晶荧光体与陶瓷荧光体相比温度特性一般更优异，但另一方面具有如下特征：用于得到同等的颜色的Ce的浓度比陶瓷荧光体低，激发光的吸收率低。所以，在荧光体粒子12a是单晶的荧光体粒子的情况下，通过使用陶瓷的荧光体粒子作为荧光体粒子12b，能够补偿荧光体粒子12a的低吸收率。
图2是波长转换层11的一个例子的垂直截面的扫描型电子显微镜(SEM)图像。在图2的SEM图像中，包含有2个荧光体粒子12a和许多个荧光体粒子12b的截面。在此，荧光体粒子12a、12b的截面的最大长度L是荧光体粒子12a、12b的外缘上的任意的2个点之间的距离的最大值。
此外，如图2的区域A所包含的那样的、多个荧光体粒子12b凝聚并一体化的部分不计为1个荧光体粒子。即，即使多个荧光体粒子12b的凝聚体的截面的最大长度是40μm，该凝聚体的截面也并不相当于最大长度为40μm以上的1个荧光体粒子的截面。如图2所示，多个荧光体粒子12b的凝聚体多为在荧光体粒子12b彼此的边界附近具有收窄部分的凝聚体。
图3是波长转换层11的另一个例子的垂直截面的SEM图像。图3所示的荧光体粒子12a的表面具有非锐角的曲面形状，并且该荧光体粒子12a在内部具有直径5μm以下的多个气孔120。在此，气孔的直径定义为将气孔的外周上的任意的2个点相连的直线的长度之中的最长的长度。这样，在荧光体粒子群12中，也可以包含有内部包含多个气孔120的荧光体粒子12a。在荧光体粒子12a的内部存在气孔120的情况下，进入了荧光体粒子12a的内部的光或者在荧光体粒子12a的内部产生的光由于气孔120而散射，因此，光改变朝向从荧光体粒子12a脱出的机会增加，能够抑制从波长转换层11取出的光的扩展。通过抑制从波长转换层11取出的光的扩展，能够通过透镜高效地聚光来使用，因此与激光投影仪等设备中的光学***的结合效率变高。另外，由于表面是曲面形状，从而有利于取出在荧光体粒子12a的内部产生的荧光。另外，由于表面是曲面形状，从而在形成波长转换层11时粒子彼此的勾挂得到抑制，还具有易于增大体积比率的优点。
内部包含气孔120的荧光体粒子12a包括单晶粒子的烧结体，能够通过以单晶锭为原料的方法、以多晶陶瓷为原料的方法来制造。以下，对荧光体粒子12a为YAG系荧光体的情况下的以单晶锭为原料的方法的一个例子进行说明。
首先，通过球磨机或行星磨机将荧光体的单晶锭粉碎成平均粒径D50＝0.6～5μm，典型的是成为1μm左右。当平均粒径D50低于0.6μm时，难以产生气孔120。另外，当平均粒径D50超过5μm时，粉碎后的单晶粒子彼此难以烧结，另外，由烧结形成的气孔120的尺寸变大。若气孔120的尺寸变大，则荧光体粒子12a的密度会下降，因而波长转换层11的热传导性下降，另外，光会变得难以散射，所以优选气孔120的尺寸为5μm以下。
接下来，对粉碎后的单晶粒子实施热处理使其烧结。该热处理优选在惰性气体气氛中实施，例如在Ar气氛中实施。由于该热处理是高温的，因此在氢、或者氢与氮的混合气体等还原气氛的情况下，作为氧化物荧光体的YAG系荧光体会发生还原劣化，内部量子效率下降。另外，在氮气氛的情况下，同样地，作为氧化物荧光体的YAG荧光体由于氮化反应而内部量子效率下降。另外，在氧气氛的情况下，作为激活剂发挥功能的Ce离子的价态从3价变成一部分为4价，内部量子效率同样下降。
热处理温度为约1450～1750℃，典型的是1600℃。另外，热处理时间为约1～12小时，典型的是5小时。在热处理温度不足1450℃的情况下或热处理时间不足1小时的情况下，烧结有可能得不到充分进行。另外，在热处理温度超过1750℃的情况下或热处理时间超过12小时的情况下，烧结度变得过高，后述的解碎所需要的物理力变大，由解碎带来的伤害有可能导致内部量子效率下降。另外，当热处理温度变高时，还有装置的成本或工艺成本变高的问题。
接下来，将通过热处理得到的单晶粒子的烧结体利用已知的方法进行解碎(将因热而弱固接的粒子拆解开)，并进行分级。然后，将通过分级筛选出的诸如截面的最大长度为40μm以上这样的大直径的单晶粒子的烧结体用作荧光体粒子12a。此外，在荧光体粒子12a的内部量子效率由于解碎而发生了下降的情况下，通过在Ar气氛中实施热处理，能使其恢复。
密封构件13包括透明的树脂(有机材料)或透明的无机材料。在使用树脂作为密封构件13的材料的情况下，与使用无机材料的情况相比，具有以下优势：成本低；由于硬度软，因此在温度循环、热应力方面相对强；由于折射率比荧光体小，因此在从荧光体取出光方面优异；等等。而且，包括树脂的密封构件的形成温度一般为150℃以下，比包括无机材料的密封构件的形成温度低，因此，例如，在基板10是如采用了Ag的高反射率基板这样比较不耐热的基板的情况下，也能够没有问题地使用。另一方面，在使用无机材料作为密封构件13的材料的情况下，与使用树脂的情况相比，具有耐热性优异这一优势。
作为密封构件13的材料使用的树脂有丙烯酸系树脂、环氧系树脂、硅酮系树脂(苯基系硅酮树脂、二甲基系硅酮树脂)等。在这些树脂之中，二甲基系硅酮树脂的耐热性特别优异，优选其作为密封构件13的材料。
作为密封构件13的材料使用的无机材料有低熔点玻璃、SiO2系化合物、Al2O3系化合物、SOG(旋涂玻璃)等。在这些无机材料之中，SiO2系化合物能够通过溶胶-凝胶法等在低温下合成，另外，其含有成分简单，因此具有长期可靠性优异、易于操作的特征。所以，包括无机材料的密封构件13优选以SiO2系化合物为主成分。
在波长转换构件1中，如上所述，通过荧光体粒子群12的构成能得到高的热传导性，因此，即使是在使用树脂作为密封构件13的材料的情况下并且在投影仪等的用途中照射高强度的激发光的情况下，也能够抑制由密封构件13的热所致的劣化或由其带来的波长转换构件1的破损。
另外，在波长转换构件1中，如上所述，通过荧光体粒子群12的构成能得到高的热传导性，因此，波长转换构件1的热传导性从密封构件13的热传导率受到的影响小。
基板10的材料没有特别限定，但优选使用热传导率高且比较廉价的Al。在将波长转换构件1作为光透射型的波长转换构件用于应用设备的情况下，希望将对可见光的透射率高且热传导率也比较大的蓝宝石用作基板10的材料。此外，也可以取代基板10，使用非板状的支撑体。
另外，波长转换构件1优选如图1所示的那样在基板10与波长转换层11之间具有高反射率层14。高反射率层14具有比基板10高的反射率。例如，在基板10包括Al的情况下，针对波长为440nm(蓝色)～730nm(红色)的可见光，平均反射率仅为90％前半左右，因此优选使用高反射率层14。
图4A、图4B是示出高反射率层14的构成例的垂直截面图。图4A所示的高反射率层14(设为高反射率层14a)具有：Ag系膜141，其包括反射率比Al高的Ag或Ag系合金；以及保护膜142，其用于防止由Ag系膜14a的硫化所致的黑色化。
Ag系膜141对可见光的平均反射率为98～99％左右。保护膜142包括Al2O3、SiO2、TiO2等对可见光透明的绝缘体(电介质)。通过将层叠不同的电介质膜而成的电介质多层膜用作保护膜142，反射率增高，能够进一步提升高反射率层14的反射率。
图4B所示的高反射率层14(设为高反射率层14b)具有：低折射率树脂143，其包括氟化物系硅酮树脂(折射率n＝1.36左右)等折射率低的树脂；以及高折射率粒子144，其包含在低折射率树脂143中。高反射率层14b与具有Ag系膜141的高反射率层14a相比，具有能够廉价地制造的优点。
为了抑制高反射率层14b中的光吸收，使用可见光(例如波长为440～730nm的光)的透射率高的粒子作为高折射率粒子144。另外，由于在有折射率差的高折射率粒子144与低折射率树脂143的界面上光会散射，因此，优选高折射率粒子144的相对于全体的体积的比表面积大。所以，优选高折射率粒子144是粒径为1～5μm左右的微小的球状的粒子。此外，在使用微小的粒子作为高折射率粒子144的情况下，对高折射率粒子144的配混量进行调节，以使高反射率层14b中的高折射率粒子144的体积比率不会下降。
高折射率粒子144例如包括Al2O3、SiC、金刚石(C)、AlN、BN、Si3N4或MgO。特别是，为了使波长转换构件1所产生的热向基板10高效地散逸，优选将热传导率比较高、透射率高而且易于廉价地获得的Al2O3等材料用作高折射率粒子144的材料。
作为低折射率树脂143的材料，例如能够使用二甲基系硅酮树脂(折射率为1.41左右)等与密封构件13的材料相同的材料。
另外，由于低折射率树脂143与高折射率粒子144的折射率差越大，低折射率树脂143与高折射率粒子144的界面上的光散射就越大，因此，优选将氟树脂(折射率为1.35左右)、氟化物系硅酮树脂(折射率为1.36左右)等折射率低的材料用作低折射率树脂143的材料。在将氟树脂或氟化物系硅酮树脂用作低折射率树脂143的材料的情况下，能够将折射率比较低的SiO2(折射率为1.46左右)也用作高折射率粒子144的材料，高折射率粒子144的材料的选择幅度变广。
由于高反射率层14b要尽量强地产生散射并且使热传递特性变好，因此希望高反射率层14b的膜厚尽量薄(膜厚10～30μm)且热传导率高。所以，低折射率树脂143的材料与高折射率粒子144的材料的最优选的组合是氟系树脂与Al2O3。
图5～图7是用于说明现有的一般的波长转换层与波长转换层11的热阻的示意图。
图5是由硅酮树脂52将包括YAG陶瓷的波长转换层51固定于基板53的作为现有例的波长转换构件50的垂直截面图。假定波长转换层51的热传导率为10W/(m·K)，厚度为200μm，其热阻为1(其它构件的热阻的基准)。当将硅酮树脂52的热传导率设为0.2W/(m·K)，厚度设为20μm时，以波长转换层51的热阻进行了标准化的硅酮树脂52的热阻(热阻相对于波长转换层51的热阻之比的值)为5.0。因此，以波长转换层51的热阻进行了标准化的波长转换层51与硅酮树脂52的合成热阻为6.0。
图6A是在基板10上固定有具有包括YAG粉末的荧光体粒子12b和包括硅酮树脂的密封构件13的波长转换层11的波长转换构件1的垂直截面图。将波长转换层11的厚度设为100μm，荧光体粒子12b与密封构件13的体积比设为40：60。图6B是为了简易地评价图6A所示的波长转换层11的热阻而将波长转换构件1的热结构进行了模型化的图，能够视为串联热阻回路。
模型化为膜状后的荧光体粒子12b的厚度为40μm，以波长转换层51的热阻进行了标准化的热阻为0.2。另外，模型化后的密封构件13的厚度为60μm，以波长转换层51的热阻进行了标准化的热阻为15.0。因此，以波长转换层51的热阻进行了标准化的荧光体粒子12b与密封构件13的合成热阻即波长转换层11的热阻为15.2。
图7A是在基板10上固定有具有荧光体粒子12a和荧光体粒子12b、以及包括硅酮树脂的密封构件13的波长转换层11的波长转换构件1的垂直截面图。将波长转换层11的厚度设为80μm，荧光体比率设为65％。图7B是为了简易地评价波长转换层11的热阻而将波长转换构件1的热结构进行了模型化的图，能够视为2套串联热阻回路以并联配置而成的合成热阻回路。
模型化为块状后的荧光体粒子12a的厚度为65μm，以波长转换层51的热阻进行了标准化的热阻为0.325×2。另外，模型化为块后的荧光体粒子12b的厚度为40μm，以波长转换层51的热阻进行了标准化的热阻为0.2×2。另外，模型化后的密封构件13a、13b的厚度分别为15μm、40μm，以波长转换层51的热阻进行了标准化的热阻分别为3.75×2、10×2。因此，以波长转换层51的热阻进行了标准化的荧光体粒子12a、荧光体粒子12b、密封构件13的合成热阻即波长转换层11的热阻为5.82。由此可知，波长转换层11具有与由硅酮树脂52固定于基板53的包括YAG陶瓷的波长转换层51同等的热特性。作为与图6所示的波长转换构件1的不同点，一是荧光体粒子群的密度的高低，二是由大型的荧光体粒子12a产生的热的旁路效果。
图8是波长转换构件1的变形例的垂直截面图。在该变形例中，在波长转换层11上设置有折射率比密封构件13低的低折射率树脂膜15。低折射率树脂膜15例如包括氟树脂、氟化物系硅酮树脂等折射率低的树脂。通过使用低折射率树脂膜15，能够使从波长转换构件1取出光的效率提高。
为了使波长转换构件1的光取出效率提高，优选低折射率树脂膜15的厚度为5μm以上、30μm以下。低折射率树脂膜15的厚度只要平均在5μm以上即可，即使由于表面的部分凹凸而局部存在薄的部位，光取出效率也不会下降。即使是比30μm厚的情况，也几乎不会有热方面的影响，但由于光扩展会变大，因此与光学***的结合效率变低。此外，低折射率树脂膜15不含荧光体。
图9是波长转换构件1的另一变形例的垂直截面图。在该变形例的波长转换层11中，除了由密封构件13密封有荧光体粒子群12之外，还由密封构件13密封有粒子状的添加剂16。
添加剂16的热传导率比构成荧光体粒子群12的荧光体粒子12a、12b高。所以，通过使用添加剂16，能够使波长转换层11的热传导性提高。
添加剂16例如包括Al2O3、SiC、金刚石(C)、AlN、BN、Si3N4或MgO。在此，Al2O3的热传导率为约41W/(m·K)，SiC的热传导率为约200W/(m·K)，金刚石的热传导率为约1000～2000W/(m·K)，AlN的热传导率为约70～270W/(m·K)，BN的热传导率为约60～200W/(m·K)，Si3N4的热传导率为约30～80W/(m·K)，MgO的热传导率为约40W/(m·K)。另一方面，作为荧光体粒子群12的代表例的YAG荧光体的热传导率为约10～13W/(m·K)。
不过，若添加剂16的添加量过多，则波长转换层11中的荧光体粒子群12的密度会相对下降，因此优选添加剂16的体积为荧光体粒子群12的体积的20％以下。
另外，为了抑制添加剂16对光的吸收，优选添加剂16与构成荧光体粒子群12的荧光体粒子12a、12b相比，对可见光、特别是具有440～730nm的波长的光的透射率较高。另外，为了提升激发光或者荧光的光散射性，优选添加剂16的折射率比构成荧光体粒子群12的荧光体粒子12a、12b的折射率高。
图10A、图10B是波长转换构件1为激光投影仪所使用的被称为荧光体轮的圆板状的构件的情况下的俯视图和截面图。在波长转换构件1中，基板10为圆板状，沿着其外周设置有环状的高反射率层14和波长转换层11。环状的波长转换层11的宽度例如为3～7mm，厚度为50～250μm。
在基板10上，设置有供用于使波长转换构件1旋转的马达的轴穿过的孔10a，波长转换构件1以通过马达能够沿其圆周方向旋转的方式设置在激光投影仪内。
在激光投影仪工作时，波长转换构件1例如按每分钟7200转来旋转，从而能够使从激光二极管等激发光源发出的光的照射位置60连续地变化，能够抑制波长转换层11的温度上升，因此，在激光功率大的条件下，能将荧光体强度维持得高。另外，通过加大荧光体轮的直径，被激光照射的荧光体受到的激光的平均强度得以降低，能够抑制荧光体的温度上升。
另外，图1、图4、图8、图9所示的波长转换构件1是将荧光在激发光源侧取出的反射型的波长转换构件，但波长转换构件1也可以是将荧光从激发光源的相反侧取出的透射型的波长转换构件。在该情况下，基板10使用如蓝宝石基板这样的透明基板，而不使用如高反射率层14这样的使光反射的层。
〔第2实施方式〕
本发明的第2实施方式的波长转换构件在波长转换层的构成上与第1实施方式的波长转换构件不同。此外，对于波长转换构件以外的构件的构成等与第1实施方式的相同之处，省略或简化说明。
图11是第2实施方式的波长转换构件2的垂直截面图。波长转换构件2具备基板10、以及设置在基板10的上方的波长转换层21，波长转换层21包含：下层21b，其包含荧光体粒子12b和密封荧光体粒子12b的密封构件13；以及下层21b之上的上层21a，其包含荧光体粒子12a和密封荧光体粒子12a的密封构件13。
另外，优选波长转换构件2与波长转换构件1同样在基板10与波长转换层21之间具有高反射率层14。
在波长转换构件2的波长转换层21中，包含大直径的荧光体粒子12a的层与包含小直径的荧光体粒子12b的层是分开的，因此适合于使用色度不同的多个荧光体的情况或使用波长转换效率的温度特性不同的多个荧光体的情况。特别是，在使用温度特性不同的多个荧光体的情况下，通过在激发光强度强而温度易于上升的上层侧配置温度特性好的荧光体，在激发光强度弱的下层侧配置温度特性差的荧光体，与将两种混合并1层化来使用的情况相比，能够实现高的波长转换效率。另外，一般而言，红色系荧光体与绿色或黄色系荧光体相比，波长转换效率的温度特性差，因此，优选将红色系(CIE色度x相对大的)荧光体往下层侧配置，将绿色系或黄色系(CIE色度x相对小的)荧光体往上层侧配置。在使用绿色荧光体和黄色荧光体这两种的情况下，也是同样(将CIE色度x相对大的荧光体配置到下层侧，将CIE色度x相对小的荧光体配置到上层侧)。
(实施方式的效果)
根据上述第1、第2实施方式，能够提供波长转换构件1、2，该波长转换构件1、2通过使用满足上述的条件1并优选满足条件1和条件2的波长转换层11，而具有优异的热传导性，能够照射高强度的激发光来取出高强度的荧光。另外，波长转换构件1、2的优异的热传导性是从荧光体粒子群12的构成的条件1或条件2得到的，从密封构件13的热传导性受到的影响小，因此，能够使用包括各种材料的密封构件13。即，密封构件13的材料的选择幅度广。
另外，波长转换构件1、2具有优异的热传导性，因此能够适合用于将高强度的激光用作激发光的激光投影仪等设备。
在市场上流通的激光投影仪中，光利用效率的高低直接关系到成果价值，使其光利用效率以1％单位提高的各种技术的积累正在进行着。在此，激光投影仪的光利用效率是与波长转换效率(吸收×内部量子效率×从粒子取出光的效率)、从波长转换层取出光的效率以及与聚光光学***的结合效率成比例的。
所以，例如在用于激光投影仪时要进一步提升光利用效率的情况下，优选如图8所示的那样使用低折射率树脂膜15来使从波长转换层11取出光的效率提高，另外，使用如图3所示那样的包含有内部包含多个气孔120的荧光体粒子的荧光体粒子群12来抑制取出的光的扩展，提升与透镜、光纤等聚光光学***的结合效率。
此外，在上述第1、第2实施方式中，作为构成荧光体粒子群12的荧光体的例子，主要使用YAG系荧光体或LuAG系荧光体进行了说明，但即使是在将它们以外的石榴石系荧光体或其它荧光体、例如SiAlON等赛隆系荧光体、CaAlSiN3等CASN系荧光体等其它荧光体用作构成荧光体粒子群12的荧光体的情况下，也能得到同样的效果。
实施例1
图12是表示上述第1实施方式的波长转换构件1(后述的试样H)、以及荧光体粒子群12的截面面积比率小于50％的作为比较例的波长转换构件的波长转换特性的一个例子的坐标图。在此，波长转换构件1与比较例的波长转换构件是具有相同的轮径的荧光体轮，使用后述的图23所示的激光投影仪用的评价光学***30实施了测定。图12的坐标图的横轴是激发光强度，是以比较例的波长转换构件的荧光强度达到了饱和时的激发光强度进行了标准化的(将此时的激发光强度设为1)的强度。纵轴是荧光强度，是以比较例的波长转换构件的荧光强度达到了饱和时的荧光强度进行了标准化(将此时的荧光强度设为1)的强度。
在此，评价对象的荧光体轮(波长转换构件1和比较例的波长转换构件)的直径为约30mm，激发光的光斑尺寸(半值宽度)为0.86mm。另外，荧光体轮的转速为每分钟7200转。另外，波长转换构件1和比较例的波长转换构件的波长转换层11的厚度为约100μm。
如后所述，关于作为试样H的波长转换构件1，在2个与厚度方向平行的截面中测定了荧光体粒子群12的截面面积比率，分别是54.3％，54.5％。另外，这2个与厚度方向平行的截面中包含的最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面的数量分别为6个、8个。
图13A、图13B是比较例的波长转换构件的与厚度方向平行的2个截面的SEM照片。在比较例的波长转换构件的2个截面中，不含最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面。图13C、图13D是分别从图13A、图13B所示的波长转换层11的截面中切取算出区域(从波长转换层11的底面起的厚度为50μm且宽度为700μm的长方形的区域)并进行了二值化的图像。从图13C、图13D的二值化后的图像分别求出了荧光体粒子群12的截面面积比率为46.2％、46.7％。
图12的波长转换特性是通过对由具有以组成式(Y1-zCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子构成荧光体粒子群12的波长转换构件1照射作为激发光的从激光二极管发出的激光而得到的。
此外，在荧光体粒子群12由具有以组成式(Lu1-zCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子构成的情况下、由具有以(Y1-y-zGdyCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子构成的情况下、由具有以组成式(Y1-x-zLuxCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子构成的情况下、或者由包含具有以组成式(Y1-zCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子、具有以组成式(Lu1-zCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子、具有以(Y1-y-zGdyCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子、具有以组成式(Y1-x-zLuxCez)3Al5O12表示的组成的荧光体粒子之中的2种以上的荧光体粒子构成的情况下，也能得到与图12的波长转换特性同样的波长转换特性。
在下面的表1中示出图12的标绘点的数值。表1的“实施例”是指波长转换构件1的一个例子，“比较例”是指比较例的波长转换构件(图6所示的波长转换构件1的同等品)的一个例子。
[表1]
Figure BDA0003580408240000221
根据图12，能够用于波长转换构件1的激发光的最大强度是能够用于比较例的波长转换构件的激发光的最大强度的约1.7倍以上。这是因为，波长转换构件1与比较例的波长转换构件相比，波长转换层的热传递率高，能够抑制波长转换层的温度上升。所以，例如在波长转换构件1是如图10A、图10B所示那样的荧光体轮的情况下，与包括比较例的波长转换构件的荧光体轮相比，能够使轮径恒定，且不降低波长转换效率地使作为激发光的激光的强度成为1.7倍以上。此外，在所使用的激光激发光源中，未能够测定至波长转换构件1的荧光强度达到饱和为止。
另外，在将激光的强度设为恒定的情况下，与包括比较例的波长转换构件的荧光体轮相比，能够使轮径小型化。由此，能够减小激光投影仪的箱体的尺寸，另外，由此也能够降低产品成本。
另外，根据图12，波长转换构件1的最大荧光强度是比较例的波长转换构件的最大荧光强度的约1.6倍以上。所以，例如在波长转换构件1为荧光体轮的情况下，与包括比较例的波长转换构件的荧光体轮相比，能够使轮径恒定，且不降低波长转换效率地使明亮度[lm]成为1.6倍以上。此外，在所使用的激光激发光源中，未能够测定明亮度至波长转换构件1的荧光强度达到饱和为止。另外，由此，即使缩小轮径，也能够确保与包括比较例的波长转换构件的荧光体轮同等的明亮度。
实施例2
制造具备基板10和以各种条件形成的波长转换层11的上述第1实施方式的波长转换构件1(设为试样A～I)，并进行了评价。在此，试样A～I是荧光体轮。
试样A～I是具有环状的基板10和环状的波长转换层11的荧光体轮。试样A～I的基板10包括Al(铝)，密封构件13包括硅酮树脂，荧光体粒子群12由添加有0.25at％左右的Ce作为激活剂的单晶的YAG荧光体的粒子构成。另外，试样A～I的波长转换层11的厚度为约100μm。
试样A～I的制造工艺如下。首先，向按设计值称取的硅酮树脂中混合同样按设计值称取的荧光体粒子，得到波长转换层11的原料。接下来，通过丝网印刷，在基板10上印刷波长转换层11的原料。然后，为了使硅酮树脂发生交联反应，以100℃且1小时、进一步的150℃且2小时的条件，在大气中进行烘焙，形成波长转换层11。
此外，在作为一般的印刷技术的丝网印刷中，若波长转换层11的原料中的荧光体的体积比率高于50％，则树脂中的固体成分会过多，因此，波长转换层11的原料的粘度增加，变得极难进行印刷。在本实施方式中，通过使用溶剂进行稀释，使原料的粘度在印刷时降低，从而即使在荧光体的体积比率为50％以上的情况下，也能进行丝网印刷。该溶剂选定的是在100℃以上挥发的溶剂，因此，通过大气中的烘焙工序，其会挥发，能够增加烘焙后的荧光体的体积比率。
图14A、图14B～图18A、图18B分别是试样A～E的与厚度方向平行的2个截面的SEM照片。在试样A～E的2个截面中，未包含有最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面。
图19A、图19B～图22A、图22B分别是试样F～I的与厚度方向平行的2个截面的SEM照片。在试样F～I的2个截面中，包含最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面。
图14C、图14D～图22C、图22D是分别从图14A、图14B～图22A、图22B所示的波长转换层11的截面中切取算出区域(从波长转换层11的底面起的厚度为50μm且宽度为700μm的长方形的区域)并进行了二值化的图像。从这些二值化后的图像求出了荧光体粒子群12的截面面积比率。
图23是示出从试样A～I取出的荧光的强度的评价光学***30的构成的示意图。该评价光学***30是具有用于对将波长转换构件应用于激光投影仪时的特性进行评价的构成的激光投影仪评价***，具有：作为光源的蓝色的激光二极管31；分色镜32，其使从激光二极管31发出的蓝色的激发光反射，并使从试样A～I的波长转换层11发出的荧光透射过；以及光检测器33，其对从试样A～I的波长转换层11发出的荧光的强度进行测定。
激光二极管31发出的激发光的波长设为450nm。使激光二极管31的激发光强度在各试样的波长转换层11的表面上的激发光强度最大成为约110W的范围内进行了变化。另外，激发光(激光)的波长转换层11的表面上的光斑尺寸设定为使半值宽度(FWHM)成为0.86mm的尺寸。
在下面的表2中示出试样A～I的评价结果。“荧光体截面面积比率”的(a)是图14A～图22A所示的截面中的、算出区域内的荧光体粒子群12的截面的面积比率，(b)是图14B～图22B所示的截面中的、算出区域内的荧光体粒子群12的截面的面积比率。“大粒个数”的(a)是图14A～图22A所示的截面中的、算出区域内包含的最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面的个数，(b)是图14B～图22B所示的截面中的、算出区域内包含的最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面的个数。“最大荧光强度”是使激发光的强度变化而得到的荧光的最大强度。
[表2]
Figure BDA0003580408240000251
图24A是截面中不含荧光体粒子12a的试样A～E中的、荧光体粒子群12的截面面积比率在各个试样中的较小的值与取出的荧光的最大荧光强度的关系的坐标图。
根据图24A，在荧光体粒子群12的截面面积比率为约30％以下的情况下，荧光体粒子群12不能充分吸收激发光，因此，最大荧光强度低。当荧光体粒子群12的截面面积比率超过约30％时，最大荧光强度的增加一度停滞，但可以认为其原因是，荧光体粒子群12的激发光的吸收量在在约30％达到饱和。
但是，当荧光体粒子群12的截面面积比率成为50％以上时，最大荧光强度再次上升。可以认为其原因是，由于波长转换层11的热传递率开始大幅上升，因此荧光体粒子群12的温度上升被抑制。此外，该考察能够从一般的树脂复合材料中的填料填充率与热传导率的关系推导出。
一般，关于树脂复合材料中的填料填充率与热传导率，下面的布鲁格曼公式φ＝(λc-λf)/(λm-λf)×(λm/λc)1/3成立。在此，φ为填料的体积填充率，λf为填料的热传导率，λm为树脂的热传导率，λc为涂料组合物的热传导率。
图24B所示的曲线是示出基于布鲁格曼公式描画出的填料填充率与热传导率的关系的一个例子的曲线。该曲线的形状接近于图24A的荧光体粒子群12的截面面积比率为30％以上的区域中的近似曲线(图中右侧的虚线)的形状，这证实了上述的考察的内容。
图24A示出了荧光体粒子群12的截面面积比率为50％以上是优选的。另外，在荧光体粒子群12的截面面积比率与试样E的截面面积比率相等或比其更大时，即为约57％以上时，能得到更高的最大荧光强度。
图25是示出截面中不含荧光体粒子12a的试样A～E和截面中包含荧光体粒子12a的试样F～I中的、荧光体粒子群12的截面面积比率与取出的荧光的最大强度的关系的坐标图。
图25示出了在截面中包含荧光体粒子12a的情况下，与截面中不含荧光体粒子12a的情况相比，相对于荧光体粒子群12的截面面积比率的荧光强度有变大的倾向。
图25中的“2个”、“3个”、“6个”、“2个”分别表示出试样F～I的2个截面的算出区域内原本包含的最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面的个数之中的较少一方的个数。根据图25可以说，在波长转换层11的截面的算出区域内包含有2个以上的最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面的情况下，相对于荧光体粒子群12的截面面积比率的荧光强度变大。
实施例3
图26A、图26B是本发明的发明人所制作的试样之中的得到了特别高的发光特性的试样(设为试样J)的与厚度方向平行的2个截面的SEM照片。另外，图26C、图26D是分别从图26A，图26B所示的波长转换层11的截面中切取算出区域并进行了二值化的图像。
试样J与试样A～I同样是具有环状的基板10和环状的波长转换层11的荧光体轮。另外，试样J的基板10包括Al(铝)，密封构件13包括硅酮树脂，荧光体粒子群12由添加有0.25at％左右的Ce作为激活剂的单晶的YAG荧光体的粒子构成。另外，试样J的波长转换层11的厚度为约225μm。
如上述的试样A～I的制造工艺的说明中所述的那样，即使是在波长转换层11的原料中的荧光体的体积比率为50％以上的情况下，通过使用溶剂进行稀释，也能进行波长转换层11的原料的丝网印刷。然而，在使原料中的大粒径的荧光体的个数增多(使相对于小粒径的荧光体的比率增高)的情况下，存在容易损伤印刷丝网网格而致使其耐久性降低的问题，因此找到了解决这一问题的制造方法并将其应用于试样J的制造工艺。
首先，将按设计值称取的荧光体粒子群12(包含大粒子和小粒子)进行混合。接下来，在基板10上仅丝网印刷硅酮树脂。此时的硅酮树脂的厚度根据波长转换层11的完成膜厚设定为5～30μm(关于图26所示的试样J，是约20μm)。
接下来，将混合后的荧光体粒子群12投放(撒落)到所印刷的硅酮树脂上。也可以取代向硅酮树脂上投放荧光体粒子群12，而将印刷有硅酮树脂的基板10按压到放入有荧光体粒子群12的容器。
接下来，隔着压力板以0.1～0.5MPa、典型的是0.2MPa的压力将撒落有荧光体粒子群12的硅酮树脂进行压缩。此时，通过使压力板摆动或者施加振动将荧光体粒子彼此的勾挂解除，能够有效地提升荧光体粒子群12的密度。只不过若施加的压力过弱，则荧光体粒子群12的密度不会充分增加，若施加的压力过强，则在不采取某些对策来防止硅酮树脂向基板10的面方向的横向扩展的情况下，硅酮树脂会过度扩展，而得不到设计的膜厚。
接下来，通过空气吹送将未固接的荧光体粉末除去。然后，为了使硅酮树脂发生交联反应，以100℃且1小时、进一步的150℃且2小时的条件，在大气中进行烘焙，形成波长转换层11。根据这样的制造工艺，不会产生如试样A～I的制造工艺的说明中所述那样的使用丝网印刷的工艺中的问题。
在下面的表3中示出试样J的评价结果。从试样J取出的荧光的强度的测定与试样A～I同样使用上述的评价光学***30来进行。此外，试样J的荧光体轮的直径为约40mm。
[表3]
Figure BDA0003580408240000281
图27A是表示作为波长转换构件1的试样J的波长转换特性的坐标图。图27A的坐标图的横轴是向试样J照射的激发光的强度[W]，纵轴是由试样J的波长转换层11进行波长转换后的荧光的强度[W]。另外，在图27A中，也一并示出了作为比较例的、图5所示的波长转换构件50的波长转换特性。该比较例的波长转换构件50具有由硅酮树脂52将包括荧光体陶瓷板的波长转换层51粘接于基板53上的结构。
根据图27A，作为比较例的波长转换构件50在激发光强度超过100W之处发生了温度消光而荧光强度出现了下降，但试样J即使激发光强度超过100W，荧光强度也继续增加。这是由荧光体粒子群12的体积比率高、大粒径的个数多且该大粒径粒子为单晶荧光体所产生的效果。
图27B是表示试样J和波长转换构件50的激光照射时的波长转换层的表面温度的上升的坐标图。图27B的坐标图的横轴是激发光的强度[W]，纵轴是试样J的波长转换层11和波长转换构件50的波长转换层51的表面温度的上升量ΔT[℃]。在此，表面温度的上升量ΔT是以激发光的照射前的表面温度为基准的。
根据图27B可知，试样J与波长转换构件50相比，相对于激发光的强度的表面温度的上升量ΔT较小，试样J的温度上升得到了有效抑制。
如上所述，关于试样J，在作为投影仪评价***的评价光学***30中得到了具有优异的特性这一评价结果，得以确认了试样J作为投影仪的波长转换构件会发挥优异的性能。
实施例4
对在荧光体粒子群12中包含有内部包含多个气孔120的荧光体粒子12a的、具备图3所示的波长转换层11的波长转换构件1(设为试样K)的气孔120的存在所产生的效果进行了评价。
试样K与试样A～J同样是具有环状的基板10和环状的波长转换层11的荧光体轮。另外，试样K的基板10包括Al(铝)，密封构件13包括硅酮树脂，荧光体粒子群12由添加有0.25at％左右的Ce作为激活剂的单晶的YAG荧光体的粒子构成。内部包含多个气孔120的荧光体粒子12a包括单晶粒子的烧结体。另外，试样K的波长转换层11的厚度为约110μm，从SEM图像求出的荧光体截面面积比率为55％。另外，试样K的波长转换层11的形成方法使用的是与上述的试样J的波长转换层11的形成方法同样的方法。
图28是试样K的测定所使用的评价光学***40的构成的示意图。该评价光学***40具有：作为光源的蓝色的激光二极管41；以及高光谱相机42，其对从试样K的波长转换层11发出的荧光的光谱进行测定。高光谱相机42是具有空间分辨率和波长分辨率的相机。从激光二极管41发出的激光入射方向与高光谱相机42的光轴420的方向所成的角度设定为55°。
图29是示出照射了波长为450nm、光斑尺寸(半值宽度)为80μm的激光时的、从试样K的波长转换层11取出的波长为540nm的荧光的扩展量的坐标图。在图29中，作为比较例，也一并示出了仅荧光体粒子12a在内部不含气孔120这一点与试样K不同的波长转换构件的特性。
图29的坐标图的横轴是波长转换层11的表面上的位置，纵轴是由波长转换层11进行波长转换后的波长为540nm的荧光的强度。在此，横轴的波长转换层11的表面上的位置由从激发光的照射光斑的中心起的距离来表示。另外，图29的试样K和比较例的波长转换构件的荧光强度数据是以使试样K的荧光强度的峰值与比较例的波长转换构件的荧光强度的峰值一致的方式进行了标准化的。
根据图29可知，试样K与比较例的波长转换构件相比，峰的扩展较小，从波长转换层11取出的光的扩展较小。由于该光的扩展小，因此，聚光光学***中的结合效率变高，能够提高投影仪的效率。
以上，说明了本发明的实施方式和实施例，但本发明不限于上述实施方式和实施例，能在不脱离发明的主旨的范围内进行各种变形实施。另外，能够在不脱离发明的主旨的范围内将上述实施方式和实施例的构成要素任意组合。
另外，上述所记载的实施方式和实施例并不限制权利要求书所涉及的发明。另外，应当注意，实施方式和实施例中所说明的特征的所有组合对用于解决发明的问题的方案来说并非都是必须的。
工业上的可利用性
提供一种波长转换构件，具有优异的热传导性，能够照射高强度的激发光来取出高强度的荧光，并且密封构件的材料的选择幅度广。
附图标记说明
1、2、50…波长转换构件，10、53…基板，10a…孔，11、21、51…波长转换层，12…荧光体粒子群，12a、12b…荧光体粒子，13…密封构件，14、14a、14b…高反射率层，15…低折射率树脂膜，16…添加剂，21a…上层，21b…下层，30、40…评价光学***，31、41…激光二极管，32…分色镜，33…光检测器，42…高光谱相机，420…光轴，60…照射位置，52…硅酮树脂，120…气孔，141…Ag系膜，142…保护膜，143…低折射率树脂，144…高折射率粒子。

Claims (12)

1.一种波长转换构件，其特征在于，具备：
支撑体；以及
波长转换层，其包含荧光体粒子群和密封上述荧光体粒子群的密封构件，直接或隔着其它层设置在上述支撑体上，
在上述波长转换层的与厚度方向平行的任意的截面中，包含上述荧光体粒子群的截面的面积比率为50％以上的规定的区域，
在上述波长转换层的厚度为50μm以上的情况下，上述规定的区域是从上述波长转换层的底面起的厚度为50μm且宽度为700μm的长方形的区域，在上述波长转换层的厚度小于50μm的情况下，上述规定的区域是厚度为上述波长转换层的厚度且宽度为700μm的长方形的区域。
2.根据权利要求1所述的波长转换构件，其中，
在上述规定的区域中包含2个以上的如下截面：该截面是构成上述荧光体粒子群的荧光体粒子的截面，并且是最大长度为40μm以上的荧光体粒子的截面。
3.根据权利要求1或2所述的波长转换构件，其中，
在上述荧光体粒子群中，包含内部具有多个气孔的荧光体粒子。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
构成上述荧光体粒子群的荧光体粒子包含单晶的荧光体粒子。
5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
上述荧光体粒子群包含表面为曲面形状的荧光体粒子。
6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
上述密封构件包括二甲基系硅酮树脂。
7.根据权利要求1至5中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
上述密封构件以SiO2系化合物为主成分。
8.根据权利要求1至7中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
在上述波长转换层中，除了上述荧光体粒子群之外，还有热传导率比构成上述荧光体粒子群的荧光体粒子高的添加剂被上述密封构件密封。
9.根据权利要求8所述的波长转换构件，其中，
上述添加剂包括Al2O3、SiC、金刚石(C)、AlN、BN、Si3N4或MgO。
10.根据权利要求1至9中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
上述单晶的荧光体粒子的至少一部分具有由组成式(Y1-x-y-zLuxGdyCez)3+aAl5-aO12(0≤x≤0.9994，0≤y≤0.0669，0.0002≤z≤0.0067，-0.016≤a≤0.315)表示的范围内的组成。
11.根据权利要求1至10中的任意一项所述的波长转换构件，其中，
在上述波长转换层之上，具备折射率比上述密封构件低的低折射率层。
12.根据权利要求11所述的波长转换构件，其中，
上述低折射率层的厚度为5μm以上。
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