DE112020005291T5

DE112020005291T5 - Leuchtstoffelement, Leuchtstoffvorrichtung und Beleuchtungseinrichtung

Info

Publication number: DE112020005291T5
Application number: DE112020005291.5T
Authority: DE
Inventors: Jungo Kondo; Naotake Okada; Shoichiro Yamaguchi; Tetsuya Ejiri; Yuichi Iwata
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-11-26
Filing date: 2020-11-25
Publication date: 2022-09-01
Also published as: US11674652B2; JP7305791B2; JPWO2021106906A1; WO2021106906A1; US20220275919A1

Abstract

(Aufgabe) Bei der Erzeugung von Fluoreszenz durch Anregungslicht, das auf ein Leuchtstoffelement einfällt, ist es die Aufgabe, die Intensität der Fluoreszenz im emittierten Licht zu verbessern und die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit des emittierten weißen Lichts zu unterdrücken.(Lösung) Ein Leuchtstoffelement 17 enthält eine Einfallsfläche 3 für ein Anregungslicht, eine der Einfallsfläche 3 gegenüberliegende Reflexionsfläche 2 und eine Seitenfläche 4 und das Leuchtstoffelement wandelt mindestens einen Teil des auf die Einfallsfläche 3 einfallenden Anregungslichts in Fluoreszenz um und emittiert die Fluoreszenz von der Einfallsfläche 3. Die Einfallsfläche 3 weist eine größere Fläche als die Reflexionsfläche 2 auf. Das Leuchtstoffelement enthält eine Neigungsregion G, in der ein Neigungswinkel θ der Seitenfläche 4 in Bezug auf eine vertikale Achse P senkrecht zur Einfallsfläche 3 von der Reflexionsfläche in Richtung der Einfallsfläche monoton zunimmt, gesehen in einem Querschnitt Z senkrecht zur Einfallsfläche und entlang der längsten Teilungslinie W, die die Einfallsfläche 3 halbiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Leuchtstoffelement und eine Beleuchtungseinrichtung, die Fluoreszenz emittieren.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Kürzlich wurden eingehende Untersuchungen über Fahrzeugscheinwerfer, die eine Laserlichtquelle verwenden, unternommen und eine davon ist eine weiße Lichtquelle, die durch die Kombination eines blauen Lasers oder eines ultravioletten Lasers und eines Leuchtstoffs hergestellt wird. Die optische Dichte des Anregungslichts kann durch Kondensation von Laserlicht erhöht werden und darüber hinaus kann die Lichtintensität des Anregungslichts auch durch Kondensation mehrerer Laserlichtstrahlen erhöht werden, so dass sie sich auf dem Leuchtstoff überlappen. Folglich können Lichtstrom und Helligkeit gleichzeitig erhöht werden, ohne dass sich die Lichtemissionsfläche ändert. Daher zieht eine Weißlichtquelle, die einen Halbleiterlaser und einen Leuchtstoff miteinander kombiniert, als Lichtquelle, die die LED ersetzt, die Aufmerksamkeit auf sich. Als Leuchtstoffglas für Fahrzeugscheinwerfer werden beispielsweise das Leuchtstoffglas „Lumiphous TM“ von Nippon Electric Glass und YAG-Einkristall-Leuchtkörper des National Institute for Materials Science, der Tamura Corporation und der Koha Co. Ltd. vorgeschlagen.
Gemäß einem in Patentdokument 1 (Patent Nr. 5 679 435B) beschriebenen Leuchtstoffelement wird die Breite des Leuchtstoffs von einer Einfallsfläche zu einer Emissionsfläche größer gestaltet. Es wird beschrieben, dass der Neigungswinkel der Seitenfläche des Leuchtstoffs 15° oder mehr und 35° oder weniger beträgt. Dann wird der Leuchtstoff in einem Harzgehäuse untergebracht und ein Metallfilm gebildet, so dass die Innenoberfläche des Gehäuses als Reflektorteil fungiert. Der Leuchtstoff ist auf der Unterfläche des Gehäuses mit einem Dichtungsharz befestigt, und die Seitenfläche des Leuchtstoffs ist mit Luft bedeckt.
Gemäß einem in Patentdokument 2 ( JP 2017-085038A ) beschriebenen Leuchtstoffelement ist die Breite des Leuchtstoffs von einer Einfallsfläche zu einer Emissionsfläche vergrößert, der Leuchtstoff ist in einem Durchgangsloch eines Wärmeableitungselements enthalten und eine Seitenfläche des Durchgangslochs ist mit der Oberfläche des Durchgangslochs mit Glaspaste gebondet.
In Patentdokument 3 ( WO 2013/175706 A1 ) wird ein Leuchtstoffelement beschrieben, das dadurch hergestellt wird, dass ein Leuchtstoff in einem Durchgangsloch eines Wärmeableitungselements enthalten ist und der Leuchtstoff in dem Durchgangsloch fixiert wird (15 bis 18).
(Bekannte technische Dokumente)
(Patentdokumente)

(Patentdokument 1) Japanisches Patent Nr. 5679435B
(Patentdokument 2) Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2017-085038A
(Patentdokument 3) WO 2013-175706 A1

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
(Durch die Erfindung zu lösende Aufgabe)
Als die Erfinder das Element jedoch weiter untersuchten, stießen sie auf die folgenden Probleme. Das heißt, es ist notwendig, die Intensität des Anregungslichts zu erhöhen, um die Intensität der Fluoreszenz zu verbessern. Wenn jedoch die Intensität des Anregungslichts zunimmt, kann Intensität der Fluoreszenz abnehmen und Ungleichmäßigkeit der Helligkeit und Farbe kann im Laufe der Zeit bei der Verwendung auftreten. Daher ist es notwendig, die Intensität der Fluoreszenz im emittierten Licht hoch zu halten und die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit und Farbe zu unterdrücken.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei der Erzeugung eines Anregungslichts, das auf ein Leuchtstoffteil einfällt, um eine Fluoreszenz zu erzeugen, die Fluoreszenzintensität eines emittierten Lichts zu verbessern und die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit des emittierten weißen Lichts zu unterdrücken.
(Lösung für die Aufgabe)
Die vorliegende Erfindung stellt ein Leuchtstoffelement bereit, das eine Einfallsfläche für ein Anregungslicht, eine der Einfallsfläche gegenüberliegende Reflexionsfläche und eine Seitenfläche umfasst, wobei das Leuchtstoffelement mindestens einen Teil des auf die Einfallsfläche einfallenden Anregungslichts in eine Fluoreszenz umwandelt und die Fluoreszenz von der Einfallsfläche emittiert:

wobei die Reflexionsfläche eine Fläche aufweist, die größer als die Fläche der Einfallsfläche ist; und
wobei das Leuchtstoffelement eine Neigungsregion aufweist, in der ein Neigungswinkel der Seitenfläche in Bezug auf eine vertikale Achse senkrecht zur Einfallsfläche monoton von der Einfallsfläche zur Reflexionsfläche hin zunimmt, gesehen in einem Querschnitt senkrecht zur Einfallsfläche und entlang der längsten Teilungslinie, die die Einfallsfläche halbiert.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Leuchtstoffvorrichtung bereit, umfassend:

das Leuchtstoffelement und;
einen Reflexionsfilm, der mindestens einen Teil der Seitenfläche bedeckt.

Weiterhin stellt die vorliegende Erfindung eine Beleuchtungseinrichtung bereit, die eine Lichtquelle, die ein Laserlicht oszilliert, und die Leuchtstoffvorrichtung umfasst.
(Wirkung der Erfindung)
Gemäß dem Leuchtstoffelement der vorliegenden Erfindung kann in dem Fall, dass das Anregungslicht auf das Leuchtstoffelement einfällt, um die Fluoreszenz zu erzeugen, die Fluoreszenzintensität des emittierten Lichts erfolgreich verbessert werden. Das heißt, es wird die Ausführungsform der Bereitstellung der Neigungsregion, in der der Neigungswinkel der Seitenfläche in Bezug auf die vertikale Achse senkrecht zu der Einfallsfläche monoton von der Reflexionsfläche in Richtung der Einfallsfläche zunimmt, untersucht. Mit anderen Worten, es bedeutet die Morphologie, die die horizontale Breite des Leuchtstoffelements von der Reflexionsfläche in Richtung der Einfallsfläche schürzenförmig vergrößert (siehe 1).
Durch die Anwendung einer solchen Ausführungsform wurde gefunden, dass die Fluoreszenzintensität des emittierten Lichts insbesondere und hauptsächlich im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche verbessert werden kann und dass die Gesamteffizienz der Erzeugung der Fluoreszenz verbessert werden kann. Darüber hinaus kann die Ungleichmäßigkeit in der Helligkeit vor allem in dem äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche nach dem Stand der Technik auftreten, und es wurde gefunden, dass die Intensität des emittierten Lichts in dem äußeren Umfangsteil verbessert wird, um zu einer Unterdrückung der Ungleichmäßigkeit der Helligkeit zu führen. Somit erfolgte die vorliegende Erfindung.
Figurenliste

1 ist eine Querschnittsansicht, die ein Leuchtstoffelement 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Die 2(a), 2(b), 2(c), 2(d), 2(e) bzw. 2(f) zeigen Vorderansichten mit den Umrissen der Einfallsflächen.
3 ist eine perspektivische Ansicht des Leuchtstoffelements von 1.
4 ist eine Querschnittsansicht, die ein Leuchtstoffelement 6 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist eine Querschnittsansicht, die eine Leuchtstoffvorrichtung 16 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel des Verbreitungswegs der Fluoreszenz in der Leuchtstoffvorrichtung 16 zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die eine Leuchtstoffvorrichtung 13 gemäß einem Referenzbeispiel zeigt.
8 ist eine Querschnittsansicht, die eine Leuchtstoffvorrichtung 25 gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9(a) ist eine perspektivische Ansicht, die eine Leuchtstoffplatte 21 zeigt, 9(b) ist eine perspektivische Ansicht, die ein Verarbeitungssubstrat 23 zeigt, und 9(c) ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem die Leuchtstoffplatte 21 und das Verarbeitungssubstrat 23 miteinander gebondet sind.
10 (a) zeigt den Zustand, in dem viele Leuchtstoffelemente 2 auf dem Verarbeitungssubstrat 23 ausgebildet sind, und 10 (b) ist eine perspektivische Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem ein Film mit niedrigem Brechungsindex 18 und ein Reflexionsfilm 19 auf der Oberfläche jedes Leuchtstoffelements und der Bondingschicht 22 vorgesehen sind.
11 ist eine optische Fotografie, die eine perspektivische Ansicht eines Leuchtstoffelements aus Beispiel 2 zeigt.
12 ist eine Querschnittsansicht, die ein Leuchtstoffelement 31 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Das Leuchtstoffelement der vorliegenden Erfindung enthält eine Einfallsfläche für ein Anregungslicht, eine der Einfallsfläche gegenüberliegende Reflexionsfläche und eine Seitenfläche und das Leuchtstoffelement wandelt mindestens einen Teil des auf das Leuchtstoffelement einfallenden Anregungslichts in Fluoreszenz um und emittiert die Fluoreszenz von der Einfallsfläche.
Wenn das gesamte Anregungslicht in Fluoreszenz umgewandelt wird, wird nur die Fluoreszenz von der Einfallsfläche emittiert. Alternativ kann auch ein Teil des Anregungslichts in Fluoreszenz umgewandelt werden, so dass Fluoreszenz und Anregungslicht von der Einfallsfläche emittiert werden können.
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Leuchtstoffelement 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Leuchtstoffelement 1 enthält ein Leuchtstoffelement 17 und einen Reflexionsfilm 15. Das Leuchtstoffelement 17 enthält mindestens eine Einfallsfläche 3, eine Reflexionsfläche 2 und eine Seitenfläche 4. Die Seitenfläche ist eine Oberfläche, die sich zwischen der Einfallsfläche und der reflektierenden Fläche erstreckt. Die Form des Leuchtstoffelements ist dabei nicht besonders begrenzt. Die Formen der Einfallsfläche und der reflektierenden Fläche sind vorzugsweise konvexe Figuren und bevorzugter sind sie konvexe Figuren, die aus einer gekrümmten Linie bestehen, die keine Ecke aufweist. Falls die Ecke an der Außenkontur der Einfallsfläche oder der reflektierenden Fläche vorhanden ist, kann der Winkel der Ecke vorzugsweise 108° oder größer sein. Insbesondere kann die Form der Einfallsfläche oder der reflektierenden Fläche ein Kreis, eine Ellipse oder ein Polygon (Quadrat, Fünfeck, Sechseck, Siebeneck) sein. Darüber hinaus kann ein R- oder C-Teil vorgesehen werden, oder es kann eine Aussparung aufgrund der Dickenverminderung an der Ecke der Außenkontur der Einfallsfläche oder der reflektierenden Fläche gebildet werden.
Zum Beispiel ist nach dem Beispiel von 2(a) die Einfallsfläche 3 ein Quadrat oder ein Rechteck, nach dem Beispiel von 2(b) ist die Einfallsfläche 3A ein Kreis, nach dem Beispiel von 2(c) ist die Einfallsfläche 3B eine Ellipse, nach dem Beispiel von 2(d) ist die Einfallsfläche 3C ein Quadrat oder in Form eines Rechtecks, dessen vier Ecken abgerundet sind (R), nach dem Beispiel von 2(e) ist die Einfallsfläche 3D ein Fünfeck und nach dem Beispiel von 2(f) ist die Einfallsfläche 3E ein Sechseck. 4 steht für eine Seitenfläche. Weiterhin ist im vorliegenden Beispiel ein Reflexionsfilm 15 auf der Reflexionsfläche ausgebildet.
Wie in den 1 und 3 gezeigt, wird das Anregungslicht auf die Einfallsfläche 3 des Leuchtstoffelements 1 als Lin einfallen gelassen. Und das Anregungslicht kollidiert mit den Leuchtstoffen im Leuchtstoffelement, um Fluoreszenz zu erzeugen. Die Fluoreszenz und das Anregungslicht werden von der Reflexionsfläche 2 reflektiert, breiten sich im Leuchtstoffelement aus und werden von der Einfallsfläche 3 als Lout emittiert.
Bei dem erfindungsgemäßen Leuchtstoffelement ist die Fläche der Einfallsfläche 3 größer als die Fläche der Reflexionsfläche 2. Weiterhin ist die Form der Seitenfläche entwickelt. Das heißt, wie in 2(a) bis 2(f) gezeigt, werden die längsten Teilungslinien W, die die Einfallsflächen 3 bis 3E halbieren, auf der Ansicht der Flächen gespiegelt. 4a und 4b stellen die Berührungspunkte der Teilungslinie W bzw. die Außenkontur der Einfallsfläche dar. Der Querschnitt Z senkrecht zur Einfallsfläche und entlang der Teilungslinie W ist in den 1 und 3 dargestellt. Bei Betrachtung des Querschnitts ist eine Neigungsregion G vorgesehen, in der der Neigungswinkel θ der Seitenfläche in Bezug auf die vertikale Achse P senkrecht zur Einfallsfläche 3 von der Reflexionsfläche 2 zur Einfallsfläche 3 hin monoton zunimmt.
Hier nimmt θ monoton zu, was bedeutet, dass θ im mathematischen Sinne kontinuierlich zunimmt, ohne dass es eine Region gibt, in der θ abnimmt oder θ einen konstanten Wert annimmt. Darüber hinaus ist der Grad der monotonen Zunahme des Neigungswinkels θ nicht besonders begrenzt und er kann mit einer konstanten Rate in Richtung der Dicke des Leuchtstoffelements zunehmen. Das heißt, vorausgesetzt, dass x einem Abstand von der Reflexionsfläche zugeordnet ist, kann der Neigungswinkel θx proportional zu x oder proportional zu x zum Quadrat oder proportional zur Quadratwurzel von x zunehmen.
Weiterhin kann die Neigungsregion G über die gesamte Länge von der Reflexionsfläche bis zur Einfallsfläche des Leuchtstoffelements oder in einem Teil der Region zwischen der Reflexionsfläche bis zur Einfallsfläche des Leuchtstoffelements vorgesehen sein. In diesem Fall kann eine Region, in der der Neigungswinkel θ nicht monoton zunimmt, auf der Seite der Reflexionsfläche des Leuchtstoffelements vorgesehen sein, oder die Region, in der der Neigungswinkel θ nicht monoton zunimmt, kann auf der Seite der Einfallsfläche des Leuchtstoffelements vorgesehen sein.
Weiterhin kann das Leuchtstoffelement mit einer Vielzahl von Neigungsregionen ausgestattet sein, in denen der Neigungswinkel θ monoton zunimmt. In diesem Fall kann die Anzahl der Neigungsregionen vorzugsweise 2 bis 5 und bevorzugter 2 bis 3 betragen. Wenn mehrere Neigungsregionen vorgesehen sind, in denen der Neigungswinkel θ monoton zunimmt, können die benachbarten Neigungsregionen kontinuierlich gestaltet werden oder es kann eine Region, in der der Neigungswinkel θ konstant ist, zwischen den benachbarten Neigungsregionen vorgesehen sein.
Dabei ist es im Sinne der vorliegenden Erfindung bevorzugt, dass die Neigungsregion bis zur Einfallsfläche reicht, so dass es möglich ist, die Intensität des emittierten Lichts insbesondere im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche zu verbessern und die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit zu verringern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt die Differenz zwischen dem Neigungswinkel θt in der Neigungsregion am Ende auf der Seite der Reflexionsfläche 2 und dem Neigungswinkel θb in der Neigungsregion am Ende auf der Seite der Einfallsfläche 3 3° oder größer und 45° oder kleiner. Aus der Sicht der vorliegenden Erfindung kann θb-θt vorzugsweise 5° oder größer und vorzugsweise 40° oder kleiner betragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der Neigungswinkel θt der Neigungsregion am Ende auf der Seite der Reflexionsfläche 20° oder größer und 62° oder kleiner. θt kann vorzugsweise 25° oder größer und besonders bevorzugt 45° oder kleiner betragen.
Aus der Sicht der vorliegenden Erfindung kann der Neigungswinkel θb der Neigungsregion am Ende auf der Seite der Einfallsfläche vorzugsweise 23° oder größer und 65° oder kleiner sein. θb kann vorzugsweise 40° oder größer und bevorzugter 60° oder kleiner sein.
Da die Neigungsregion erfindungsgemäß vorgesehen ist, ist es notwendig, dass die Fläche der Einfallsfläche 3 größer als die Fläche der Reflexionsfläche 2 gestaltet wird. Dabei kann gemäß der vorliegenden Erfindung das Verhältnis der Flächen (Fläche der Einfallsfläche 3) / (Fläche der Reflexionsfläche 2) vorzugsweise 1,5 oder höher und bevorzugter 3 oder höher sein. Da das Verhältnis der Flächen (Fläche der Einfallsfläche 3) / (Fläche der Reflexionsfläche 2) zu hoch ist, kann zudem die Intensität des emittierten Lichts möglicherweise vermindert sein. Das Verhältnis der Flächen (Fläche der Einfallsfläche 3) / (Fläche der Reflexionsfläche 2) kann vorzugsweise 35 oder weniger und bevorzugter 15 oder weniger betragen.
Die Dicke (Abstand zwischen der Einfallsfläche und der Reflexionsfläche) des Leuchtstoffelements kann vorzugsweise 250 bis 1000 µm und bevorzugter 750 µm oder weniger betragen, wenn man die vorliegende Erfindung betrachtet.
4 zeigt ein Leuchtstoffelement 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein Leuchtstoffelement 6 enthält ein Leuchtstoffelement 17A und einen Reflexionsfilm 15. Obwohl das Leuchtstoffelement 17A dem Leuchtstoffelement 17 aus 1 ähnelt, kann ein gekrümmter Teil Rin entlang des äußeren Umfangsteils der Reflexionsfläche 2 vorgesehen sein. Dadurch ist es möglich, die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit und der Farbe des weißen Lichts zu unterdrücken, wenn das weiße Licht emittiert wird. Unter dem Gesichtspunkt der Unterdrückung der Helligkeits- und Farbungleichmäßigkeit kann das gekrümmte Teil im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche 3 vorgesehen werden.
Anschließend werden die Wirkungen des erfindungsgemäßen Leuchtstoffelements unter Bezugnahme auf die 5 und 6 näher beschrieben.
Wie in 5 dargestellt, soll gemäß dem vorliegenden Beispiel eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex 18 und der nachstehend beschriebene Reflexionsfilm 19 auf der Reflexionsfläche 2 und der Seitenfläche 4 des Leuchtstoffelements 17 aufgebracht werden, um ein Leuchtstoffelement 16 zu erzeugen. Hier enthält die Schicht 18 mit niedrigem Brechungsindex ein die Seitenfläche bedeckendes Teil 18b und ein die Reflexionsfläche bedeckendes Teil 18a. Weiterhin enthält der Reflexionsfilm 19 ein die Seitenfläche bedeckendes Teil 19b auf dem die Seitenfläche bedeckenden Teil 18b und ein die Reflexionsfläche bedeckendes Teil 19a auf dem das reflektierende Teil bedeckenden Teil 18a.
Viele Leuchtstoffzentren 9 (Leuchtstoffteilchen oder Seltenerd-Ionen) sind in dem Leuchtstoffelement 17 verteilt, wie in 6 dargestellt. Die Fluoreszenz wird von den Leuchtstoffzentren 9 in alle Richtungen nach dem Lambertschen Prinzip ausgesandt. Dabei wird die Fluoreszenz C1, die im Wesentlichen zur Seite der Einfallsfläche 3 hin schwingt, an der Seitenfläche als C2 reflektiert und von der Einfallsfläche als C3 emittiert. Andererseits wird Fluoreszenz, die in horizontaler Richtung als Pfeile A1 und B1 schwingt, wiederholt an der Seitenfläche 4 als A2, A3 und B2 reflektiert und in Richtung der Einfallsfläche ausgestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt hat das Leuchtstoffelement 1 die Form, in der das Leuchtstoffelement in der Nähe der Einfallsfläche 3 vergrößert ist. Als Ergebnis breitet sich die Fluoreszenz A4 oder B3, die an der Einfallsfläche 3 im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche 3 vollständig reflektiert wird, in dem vergrößerten äußeren Umfangsteil aus, breitet sich weiter in Richtung des äußeren Umfangsteils der Einfallsfläche aus und neigt schließlich dazu, von dem äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche 3 als A5 oder B4 emittiert zu werden. Dadurch ist es möglich, die Intensität des von dem äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche 3 emittierten Lichts zu verbessern.
Andererseits weisen das Leuchtstoffelement 12 und die Leuchtstoffvorrichtung 13, wie in 7 gezeigt, und gemäß der vergleichenden Ausführungsform, im Querschnitt gesehen den Umriss eines Trapezes auf. Das Leuchtstoffelement 12 enthält eine Einfallsfläche 3, eine Reflexionsfläche 2 und eine Seitenfläche 14 zwischen der Einfallsfläche und der reflektierenden Fläche. Im vorliegenden Beispiel ist der Neigungswinkel θ der Seitenfläche 14 gegenüber der vertikalen Achse P, die senkrecht zur Einfallsfläche verläuft, konstant. Weiterhin enthält die Schicht 18 mit niedrigem Brechungsindex ein die Seitenfläche bedeckendes Teil 18b und ein die Reflexionsfläche bedeckendes Teil 18a. Weiterhin enthält ein Reflexionsfilm 19 ein die Seitenfläche bedeckendes Teil 19b auf einem die Seitenfläche bedeckenden Teil 18b und ein die Reflexionsfläche bedeckendes Teil 19a auf einem die Reflexionsfläche bedeckenden Teil 18a.
Viele Leuchtstoffzentren 9 (Leuchtstoffteilchen oder Seltenerd-Ionen) sind in dem Leuchtstoffelement 12 verteilt. Die Fluoreszenz wird von den Leuchtstoffzentren 9 in alle Richtungen nach dem Lambertschen Prinzip ausgesandt. Dabei wird die Fluoreszenz F1, die im Wesentlichen in Richtung der Emissionsfläche 3 schwingt, an der Seitenfläche als F2 reflektiert und dann als F3 von der Emissionsfläche emittiert. Diese Fluoreszenz ist die gleiche wie in dem in 5 gezeigten Leuchtstoffelement 1.
Weiterhin wurde die in seitlicher Richtung oszillierende Fluoreszenz als Pfeil D1 oder E1 wiederholt an der Seitenfläche 14 als D2 oder E2 reflektiert und auf die Einfallsfläche gerichtet. Zu diesem Zeitpunkt haben die Basis des Leuchtstoffelements gemäß dem Leuchtstoffelement 12 keine besonders vergrößerte Form und der Neigungswinkel θ ist in der Nähe der Einfallsfläche 3 konstant. Infolgedessen wird die Fluoreszenz E3, die an der Einfallsfläche 3 im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche 3 vollständig reflektiert wird, wiederholt als E4 reflektiert. Andererseits wird die Fluoreszenz D2 an der Seitenfläche 14 reflektiert und von der Einfallsfläche als D3 emittiert. Entsprechend dieser Form wird die Emission der Fluoreszenz im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche 3 unterdrückt, so dass die Intensität der Fluoreszenz tendenziell abnimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann ein Wärmeableitungssubstrat auch außerhalb des Leuchtstoffelements oder der Leuchtstoffvorrichtung vorgesehen sein. Das heißt, gemäß einer in 8 gezeigten Leuchtstoffvorrichtung 25 sind die Schicht 18 mit niedrigem Brechungsindex und der Reflexionsfilm 19 auf der Seitenfläche des Leuchtstoffelements 16 vorgesehen, und ein Wärmeableitungssubstrat 26 ist weiterhin außerhalb des Reflexionsfilms 19 vorgesehen. Dadurch ist es möglich, die Wärmeableitung zu erleichtern und die Farbungleichmäßigkeit des emittierten Lichts weiter zu verringern.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Leuchtstoffelement eine Vielzahl von Neigungsregionen enthalten, in denen der Neigungswinkel θ monoton zunimmt.
12 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Leuchtstoffelement 31 gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Obwohl das Leuchtstoffelement 31 dem Leuchtstoffelement 17 ähnelt, ist es mit einer Vielzahl von Neigungsregionen versehen, in denen der Neigungswinkel θ monoton zunimmt.
Das Anregungslicht wird auf die Einfallsfläche 3 des Leuchtstoffelements 31 als Lin einfallen gelassen. Das Anregungslicht kollidiert mit den Leuchtstoffen im Leuchtstoffelement 31 und erzeugt Fluoreszenz. Die Fluoreszenz und das Anregungslicht werden von der Einfallsfläche 3 als Lout emittiert. Die Fläche der Einfallsfläche 3 ist größer als die Fläche der Reflexionsfläche 2.
12 zeigt einen Querschnitt Z senkrecht zur Einfallsfläche entlang einer Teilungslinie W. Bei Betrachtung des Querschnitts ist eine Vielzahl von Neigungsregionen G1 und G2 vorgesehen, in denen der Neigungswinkel θ der Seitenfläche 4 in Bezug auf die vertikale Achse P senkrecht zur Einfallsfläche 3 von der Reflexionsfläche 2 zur Einfallsfläche 3 hin monoton zunimmt.
Von diesen Neigungsregionen ist die Neigungsregion G1 auf der Seite der Reflexionsfläche 2 und der Neigungsregion G2 auf der Seite der Einfallsfläche 3 vorgesehen. Dann wird eine Region L, in der der Neigungswinkel konstant ist, zwischen der Neigungsregion G1 und der Neigungsregion G2 vorgesehen.
Von der Fluoreszenz, die von den Leuchtstoffteilchen im Leuchtstoffelement durch Lambertsche Leuchtdichte emittiert wird, wird das zur Seite der Reflexionsfläche zurückkehrende Licht an der Reflexionsfläche 2 reflektiert und breitet sich dann wieder zur Seite der Einfallsfläche 3 aus. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Neigungsregion G1 der Neigungswinkel der Seitenfläche auf der Seite der Reflexionsfläche 2 monoton zunehmen, um sich zur Seite der Einfallsfläche zu öffnen, so dass die Fluoreszenzkomponente, die sich zur Seite der Einfallsfläche 3 ausbreitet, ohne an der Reflexionsfläche 2 reflektiert zu werden, zunimmt. Außerdem kann die Fluoreszenz bei einer kleineren Anzahl von Reflexionen auf die Seite der Einfallsfläche 3 gelenkt werden, nachdem sie an der Reflexionsfläche 2 reflektiert wurde.
Wenn nur eine Neigungsregion vorgesehen ist, in der der Neigungswinkel monoton zunimmt, kann das Substrat zu dünn und die Fläche der emittierenden Seite zu groß werden, so dass Farbungleichmäßigkeiten entstehen können. Indem die zusätzliche Neigungsregion auf der Seite der Einfallsfläche vorgesehen wird, ist es möglich, die Dicke des Substrats und die Fläche der Einfallsseite nach Belieben einzustellen, um gleichzeitig die Farbungleichmäßigkeit zu vermeiden.
Der Neigungswinkel θt1 der Seitenfläche am Ende auf der Seite der Reflexionsfläche der Neigungsregion G1 auf der Seite der Reflexionsfläche kann vorzugsweise 20° oder größer und 62° oder kleiner und bevorzugter 25° oder größer und 45° oder kleiner sein.
Der Neigungswinkel θb1 der Seitenfläche am Ende der Neigungsregion G1 auf der Seite der Einfallsfläche kann vorzugsweise 23° oder größer und 65° oder kleiner und bevorzugter 40° oder größer und 60° oder kleiner sein.
Der Neigungswinkel in der Region L, in der der Neigungswinkel konstant ist, ist θt2.
Der Neigungswinkel θt2 der Seitenfläche am Ende auf der Seite der Reflexionsfläche der Neigungsregion G2 auf der Seite der Einfallsfläche kann vorzugsweise 20° oder größer und 62° oder kleiner und bevorzugter 25° oder größer und 45° oder kleiner sein.
Der Neigungswinkel θb2 der Seitenfläche am Ende auf der Seite der Einfallsfläche der Neigungsregion G2 auf der Seite der Einfallsfläche kann vorzugsweise 23° oder größer und 65° oder kleiner und bevorzugter 40° oder größer und 60° oder kleiner sein.
Der Leuchtstoff, aus dem das Leuchtstoffelement besteht, ist zwar nicht auf die Umwandlung von Anregungslicht in Fluoreszenz beschränkt, enthält aber auch ein Leuchtstoffglas, einen Leuchtstoff-Einkristall und einen Leuchtstoff-Polykristall.
Des Weiteren kann ein Streumaterial hinzugefügt werden oder es können Poren im Leuchtstoff gebildet werden, um das Anregungslicht und die Fluoreszenz zu streuen. In diesem Fall wird das in den Leuchtstoff einfallende Licht im Leuchtstoff gestreut, so dass die emittierten Lichter (Anregungslicht und Fluoreszenz) gestreut werden und der Streuwinkel vergrößert wird.
Der Streuwinkel kann z.B. mit dem Streumesssystem „Mini-Diff“ der Firma Cybernet Systems Co., Ltd. gemessen werden. Der Streuwinkel ist definiert als ein Gesamtbreitenwinkel, bei dem er einen Wert von 1/e2 des Peakwerts im Durchlässigkeitsspektrum des emittierten Lichts annimmt.
Zu diesem Zeitpunkt kann der Streuwinkel vorzugsweise 5° oder mehr und bevorzugter 10° oder mehr betragen. Obwohl die Obergrenze des Streuwinkels des Leuchtstoffs, der das Leuchtstoffelement bildet, nicht besonders definiert ist, darf sie nicht größer sein als die numerische Apertur (NA) des emittierten Lichts und kann in der Praxis 80° oder weniger betragen.
Das Leuchtstoffglas ist ein Basisglas, in dem das Ion eines Seltenerd-Elements dispergiert ist.
Als Basisglas können beispielsweise Oxidgläser verwendet werden, die Siliciumdioxid, Boroxid, Calciumoxid, Lanthanoxid, Bariumoxid, Zinkoxid, Phosphoroxid, Aluminiumfluorid, Magnesiumfluorid, Calciumfluorid, Strontiumfluorid oder Bariumchlorid enthalten.
Die in das Leuchtstoffglas diffundierten Seltenerd-Ionen sind vorzugsweise Tb, Eu, Ce oder Nd, können aber auch La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd oder Lu sein.
Als Leuchtstoff-Einkristall werden Y₃Al₅O₁₂, Ba₅Si₁₁A₁₇N2₅, Tb₃Al₅O₁₂ und YAG (Yttrium ▪ Aluminium ▪ Granat) bevorzugt. Ein Teil des Y (Yttrium) von YAG kann durch Lu ersetzt werden. Weiterhin kann ein in den Leuchtstoff-Einkristall dotiertes Dotiermittel vorzugsweise ein Seltenerd-Ion sein und besonders bevorzugt Tb, Eu, Ce und Nd, und die Seltenerd-Ionen können La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd oder Lu sein.
Als Leuchtstoff-Polykristalle werden die TAG-Serien (Terbium ▪ Aluminium ▪ Granat), die Sialon-Serien, die Nitrid-Serien, die BOS-Serien (Barium ▪ Orthosilicat) und YAG (Yttrium ▪ Aluminium ▪ Granat) beispielhaft aufgeführt. Ein Teil des Y (Yttrium) von YAG kann durch Lu ersetzt werden.
Ein in den Leuchtstoff-Polykristall dotiertes Dotiermittel kann vorzugsweise ein Seltenerd-Ion und besonders bevorzugt Tb, Eu, Ce und Nd sein, und die Seltenerd-Ionen können La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd oder Lu sein.
Darüber hinaus kann das Leuchtstoffelement der vorliegenden Erfindung eine nicht-gitterartige Leuchtstoffvorrichtung sein, die kein Gitter innerhalb des Leuchtstoffelements enthält, oder eine Gittervorrichtung, bei der ein Gitter im Leuchtstoffelement vorgesehen ist.
Auf der Einfallsfläche des Leuchtstoffelements kann ein partieller Transmissionsfilm vorgesehen werden. Der partielle Transmissionsfilm ist ein Film, der einen Teil des Anregungslichts reflektiert und den Rest durchlässt. Insbesondere beträgt das Reflexionsvermögen des partiellen Transmissionsfilms in Bezug auf das Anregungslicht 9 Prozent oder mehr und vorzugsweise 50 Prozent oder weniger. Das Material des partiellen Transmissionsfilms enthält den Metallfilm oder den dielektrischen Mehrschichtfilm für den Reflexionsfilm, wie nachstehend beschrieben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann das Wärmeableitungssubstrat auf der Seitenfläche des Leuchtstoffelements vorzugsweise aus einem Material mit einer Wärmeleitfähigkeit (25°C) von 200 W/mK oder mehr hergestellt werden. Obwohl die Obergrenze der Wärmeleitfähigkeit nicht besonders begrenzt ist, kann sie unter dem Gesichtspunkt der praktischen Verfügbarkeit vorzugsweise 500 W/mK oder weniger und bevorzugter 350 W/mK oder weniger betragen.
Das Material des Wärmeableitungssubstrats kann vorzugsweise Gold, Silber, Kupfer, Aluminium oder eine das Metall enthaltende Legierung sein.
Außerdem kann das Material des Wärmeableitungssubstrats vorzugsweise ein keramisches Material wie Siliciumcarbid, Aluminiumnitrid und Siliciumnitrid sein. Im Falle des keramischen Materials kann der Wärmeausdehnungskoeffizient bis zu einem gewissen Grad an den des Leuchtstoffs angepasst werden. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise die Zuverlässigkeit verbessert werden kann und Risse oder Brüche aufgrund von Wärmespannung verhindert werden können.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Wärmeableitungssubstrat, wenn es aus einem Metall besteht, aus einem Metallplattierungs-, Spritz- oder Sintertyp-Bondingmittel hergestellt werden. In diesem Fall ist es möglich, das Leuchtstoffelement und das Wärmeableitungssubstrat in dichten Kontakt miteinander zu bringen. Insbesondere ist es möglich, ein Metallbonding zwischen einem Metallfilm, der auf dem Leuchtstoffelement gebildet wird, und dem Metall, das das Wärmeableitungssubstrat bildet, herzustellen. Dadurch ist es möglich, die Wärmebeständigkeit zu verringern und die Wärmeableitungseigenschaften zu verbessern.
Kupfer oder Silber ist als eine Art des Bondingmittels vom Sintertyp beispielhaft angeführt. Metallpulverpaste kann auf das Leuchtstoffelement aufgetragen und geformt werden und dann bei 200°C bis 350°C gesintert werden, um das Wärmeableitungssubstrat zu bilden, das aus dem Sintertyp-Bondingmittel besteht.
Das Sintertyp-Bondingmittel kann zum Füllen oder Fixieren des Leuchtstoffelements in dem vorher aus Metall oder Keramik hergestellten Wärmeableitungssubstrat verwendet werden.
Als Material für die Schicht mit niedrigem Brechungsindex kommen beispielhaft Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Aluminiumnitrid, Tantaloxid, Siliciumoxid, Siliciumnitrid, Aluminiumnitrid und Siliciumcarbid in Frage. Weiterhin darf der Brechungsindex der Schicht mit niedrigem Brechungsindex vorzugsweise nicht höher sein als der Brechungsindex des Leuchtstoffs und er darf vorzugsweise 1,7 oder niedriger sein und im Falle von YAG-Leuchtstoff bevorzugter 1,6 oder niedriger. Die Untergrenze für den Brechungsindex der Schicht mit niedrigem Brechungsindex ist nicht besonders definiert und liegt bei 1 oder höher und kann aus praktischer Sicht 1,4 oder höher sein.
In dem Fall, dass die Schicht mit niedrigem Brechungsindex zwischen dem Leuchtstoffteil und dem Reflexionsfilm vorhanden ist, kann die Schicht mit niedrigem Brechungsindex vorzugsweise aus einem Material bestehen, dessen Brechungsindex niedriger ist als der des Leuchtstoffs. Dadurch ist es möglich, die Gesamtreflexion aufgrund des Unterschieds der Brechungsindizes des Leuchtstoffs und der Schicht mit niedrigem Brechungsindex zu nutzen, die optische Komponente, die an dem Reflexionsfilm reflektiert wird, zu reduzieren und die Absorption von Licht aufgrund der Reflexion an dem Reflexionsfilm zu unterdrücken. Weiterhin sind Aluminiumoxid und Magnesiumoxid unter dem Gesichtspunkt der Wärmeableitung am besten geeignet.
Die Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex kann vorzugsweise 1 µm oder kleiner sein, so dass die Einflüsse auf die Wärmeableitung vermindert werden können. Weiterhin kann die Dicke der Schicht mit niedrigem Brechungsindex unter dem Gesichtspunkt der Bondingkraft vorzugsweise 0,05 µm oder größer sein.
Das Material des Reflexionsfilms ist nicht besonders begrenzt, soweit es möglich ist, das Anregungslicht und die Fluoreszenz, die das Leuchtstoffelement durchdringen, zu reflektieren. Es ist nicht erforderlich, dass das Anregungslicht von dem Reflexionsfilm durch Totalreflexion reflektiert wird, und ein Teil oder die Gesamtheit des Anregungslichts kann durch den Reflexionsfilm übertragen werden.
Obwohl der Reflexionsfilm auf der Reflexionsfläche des Leuchtstoffelements angebracht werden kann, um die Reflexion durchzuführen, ist der Reflexionsfilm nicht unbedingt erforderlich. Zum Beispiel kann eine reflektierende Struktur wie eine diffraktive Gitterstruktur oder eine Moss-Eye-Struktur bzw. Moth-Eye-Struktur auf der Reflexionsfläche vorgesehen werden, um die Reflexionsfläche bereitzustellen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Reflexionsfilm ein Metallfilm oder ein dielektrischer Mehrschichtfilm.
Wenn der Reflexionsfilm aus einem Metallfilm besteht, kann die Reflexion in einem breiten Wellenlängenbereich durchgeführt werden, die Abhängigkeit vom Einfallswinkel kann verringert werden, und die Temperatur- und Wetterbeständigkeit ist ausgezeichnet. Wenn andererseits der Reflexionsfilm aus einem dielektrischen Mehrschichtfilm besteht, ist es möglich, das einfallende Licht zu 100 Prozent in das reflektierte Licht ohne Verlust umzuwandeln, und da die Absorption vermieden wird, und da der Reflexionsfilm mit Oxidfilmen gebildet werden kann, ist es möglich, die Haftung mit der Bondingschicht zu verbessern, um die Trennung zu verhindern.
Das Reflexionsvermögen des Anregungslichts durch den Reflexionsfilm beträgt 80 Prozent oder mehr, vorzugsweise 95 Prozent oder mehr und die Gesamtreflexion ist zulässig.
Bei dem dielektrischen Mehrschichtfilm handelt es sich um einen Film, der durch abwechselndes Laminieren von Materialien mit hoher Brechung und Materialien mit geringer Reflexion gebildet wird. Zu den Materialien mit hoher Reflexion gehören TiO₂, Ta₂O₃, Ta₂O₃, ZnO, Si₃N₄ und Nb₂O₅. Zu den Materialien mit geringer Brechung gehören SiO₂, MgF₂ und CaF₂. Die Anzahl der Laminierung und die Gesamtdicke des dielektrischen Mehrschichtfilms werden in Abhängigkeit von der Wellenlänge der zu reflektierenden Fluoreszenz angemessen ausgewählt.
Das Material des Metallfilms kann vorzugsweise das folgende sein.

(1) ein Einschichtfilm wie AI, Ag oder Au
(2) ein Mehrschichtfilm wie AI, Ag oder Au

Obwohl die Dicke des Metallfilms nicht besonders begrenzt ist, soweit die Fluoreszenz reflektiert werden kann, kann die Dicke vorzugsweise 0,05 µm oder größer und bevorzugter 0,1 µm oder größer sein. Um die Haftung des Metallfilms und des Substrats zu verbessern, kann sie außerdem durch einen Metallfilm wie Ti, Cr, Ni oder dergleichen gebildet werden.
Obwohl das Verfahren zur Bildung des dielektrischen Mehrschichtfilms und des Metallfilms nicht besonders begrenzt ist, sind die Verfahren der Dampfabscheidung, des Sputtering- und des CVD-Verfahrens bevorzugt. Bei dem Dampfabscheidungsverfahren kann die Filmbildung durch Ionen unterstützt werden.
Weiterhin enthält die Beleuchtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung eine Lichtquelle, die Laserlicht oszilliert, und das vorstehend beschriebene Leuchtstoffelement.
Als Lichtquelle wird vorzugsweise ein Halbleiterlaser verwendet, der ein GaN-Material verwendet und eine hohe Zuverlässigkeit für die Anregung eines Leuchtstoffs zur Beleuchtung aufweist. Es kann auch eine Lichtquelle wie ein Laserarray mit eindimensional angeordneten Laserelementen realisiert werden. Es kann eine Superlumineszenzdiode, ein optischer Halbleiterverstärker (SOA) oder eine LED verwendet werden. Weiterhin kann das Anregungslicht von der Lichtquelle durch eine optische Faser auf das Leuchtstoffelement einfallen.
Obwohl das Verfahren zur Erzeugung von weißem Licht aus dem Halbleiterlaser und dem Leuchtstoff nicht besonders eingeschränkt ist, werden die folgenden Verfahren in Betracht gezogen.
Verfahren zur Erzeugung gelber Fluoreszenz aus einem Blaulichtlaser und einem Leuchtstoff, um weißes Licht zu erhalten.
Verfahren zur Erzeugung roter und grüner Fluoreszenz aus einem blauen Laser und einem Leuchtstoff, um weißes Licht zu erhalten.
Verfahren zur Erzeugung von roter, blauer und grüner Fluoreszenz durch einen Leuchtstoff mittels eines blauen oder ultravioletten Lasers, um weißes Licht zu erhalten.
Verfahren zur Erzeugung von blauer und gelber Fluoreszenz durch einen Leuchtstoff aus einem blauen Laser oder einem ultravioletten Laser, um weißes Licht zu erhalten.
Nun wird das Verfahren zur Herstellung des Leuchtstoffelements und der Leuchtstoffvorrichtung beschrieben. 9(a) zeigt eine Leuchtstoffplatte 21 und 9(b) zeigt ein Verarbeitungssubstrat 23. Wie in 9(c) gezeigt, wird auf dem Verarbeitungssubstrat 23 eine Bondingschicht 22 gebildet und diese liegt der Leuchtstoffplatte 21 gegenüber. Dann wird die Leuchtstoffplatte 21 auf das Verarbeitungssubstrat 23 gebondet.
Die Leuchtstoffplatte auf dem Verarbeitungssubstrat kann dann bearbeitet werden, um das Leuchtstoffelement mit der erforderlichen Form zu bilden. Beispielsweise werden gemäß dem in 10(a) gezeigten Beispiel viele Leuchtstoffelemente 17, die jeweils die gewünschte Form haben, auf der Bondingschicht 22 gebildet. Zu solchen Bearbeitungsverfahren gehören Dicing, Schneiden, Mikroschleifen, Laserbearbeitung, Wasserstrahl und Mikroblasen.
Dann werden gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, wie in 10(b) gezeigt, die Schicht mit niedrigem Brechungsindex 18 und der Reflexionsfilm 19 in der Reihenfolge auf dem Leuchtstoffelement 17 und die Bondingschicht 22 gebildet. Das Verarbeitungssubstrat 23 und die Bondingschicht 22 werden dann entfernt, um einen laminierten Körper zu erhalten. Der laminierte Körper wird geschnitten, um die gewünschten Leuchtstoffvorrichtungen zu erhalten.
BEISPIELE
(Erfindungsgemäßes Beispiel 1)
Das in den 1, 5, 6 und 8 gezeigte Leuchtstoffelement 17 und die Leuchtstoffvorrichtung 25 wurden nach dem in den 9 und 10 beschriebenen Verfahren hergestellt.
Insbesondere wurden, wie in 9 gezeigt, eine Leuchtstoffplatte 21, die eine Dicke von 0,3 mm, einen Durchmesser von 4 Inch aufweist, und die aus einem YAG-Polykristall (Yttrium-Aluminium-Granat) besteht, der mit Ce dotiert ist und ein keramisches Streumaterial enthält, sowie ein Saphirwafer (Verarbeitungssubstrat) 23 mit einer Dicke von 0,3 mm und einem Durchmesser von 4 Inch hergestellt. Thermoplastisches Harz 22 wurde verwendet, um das Bonding der beiden bei einer hohen Temperatur von 100°C herzustellen, und es wurde auf Raumtemperatur gebracht, um die Integration abzuschließen.
Dann wurde eine Rücksetzverarbeitung durch Dicing mit einer Klinge mit einer Breite von 100 µm und #1500 durchgeführt. Dann wurde die Leuchtstoffplatte um 90° gedreht und einer ähnlichen Rückstellbearbeitung durch Dicing unterzogen, um das Leuchtstoffelement zu erhalten. Die Breite der Einfallsfläche des Leuchtstoffelements betrug 2 mm, die Dicke 0,3 mm, der Neigungswinkel θb der Seitenfläche gegenüber der Einfallsfläche wurde auf 59° und der Neigungswinkel θt der Seitenfläche gegenüber der Reflexionsfläche auf 49° eingestellt. Die Fläche der Einfallsseite betrug 4 mm² und die Fläche der reflektierenden Seite wurde auf 1 mm² eingestellt. Die Seitenfläche und die Reflexionsfläche jedes Leuchtstoffelements waren bearbeitete Oberflächen, die durch das Dicing gebildet wurden, und die arithmetischen Durchschnittsrauhigkeiten der Seitenfläche und der Reflexionsfläche wurden auf 0,5 µm geschätzt.
Dann wurde die Schicht 18 mit niedrigem Brechungsindex, bestehend aus Al₂O₃, in einer Dicke von 0,5 µm durch Sputtern auf der Seitenfläche 4 und auf der Reflexionsfläche 2 des Leuchtstoffelements 17 gebildet. Weiterhin wurde der Reflexionsfilm 19, der aus einem Legierungsfilm auf Ag-Basis besteht, mit einer Dicke von 0,5 µm aufgetragen. Nach der Filmbildung wurde das Substrat auf einer Heizplatte auf 100°C erhitzt, die in den 5 und 6 gezeigte Leuchtstoffvorrichtung 16 wurde von dem zu behandelnden Substrat getrennt, und der Klebstoff wurde mit einem organischen Lösungsmittel gereinigt.
Dann wurde ein Kupfersubstrat mit einer Breite von 20 mm, einer Länge von 20 mm und einer Dicke von 2 mm hergestellt. In der Mitte des Kupfersubstrats wurde eine Nut geformt und eine 1 µm dicke Kupferplattierung aufgebracht, um das Wärmeableitungssubstrat 26 zu bilden. Danach wurde das von Nihon Handa Co., Ltd. gelieferte Sintertyp-Bondingmittel in die Nut des Wärmeableitungssubstrats gefüllt, die Leuchtstoffvorrichtung 16 eingebettet und durch Aushärten bei 300°C montiert, wodurch die in 8 gezeigte Leuchtstoffvorrichtung 25 entstand.
10 Zählungen von blauen GaN-Lasern mit einer Leistung von jeweils 3 W wurden in ein Array integriert, um eine Lichtquelle mit einer Leistung von 30 W zu erhalten. Das Laserlicht der Lichtquelle wurde auf die Leuchtstoffvorrichtung gestrahlt, um das Beleuchtungslicht zu bewerten. Die Ergebnisse der Bewertung der Vorrichtungen sind in Tabelle 1 dargestellt.
(Ausgangsleistung des weißen Lichts)
Die Ausgangsleistung des weißen Lichts (durchschnittliche Ausgangsleistung) gibt den zeitlichen Durchschnitt des Gesamtlichtstroms an. Die Messung des Gesamtlichtstroms wurde unter Verwendung einer Ulbricht-Kugel (sphärisch integrierendes Photometer] durchgeführt, indem eine zu messende Lichtquelle und eine Standardlichtquelle, bei der der Gesamtlichtstrom auf Werte kalibriert wurde, an der gleichen Position eingeschaltet und miteinander verglichen wurden. Die Messung wurde nach dem in JIS C7801 ausführlich beschriebenen Verfahren durchgeführt.
(Verteilung der Ungleichmäßigkeit der Helligkeit)
Das emittierte Licht wurde zur Messung der Helligkeitsverteilung mit einem Hochgeschwindigkeits-Nahfeld-Lichtverteilungsmesssystem „RH50“ von OHTSUKA ELECTRONICS Co. Ltd. unterzogen. Falls es eine Helligkeitsverteilung gibt, kann diese durch Umwandlung in eine Farbverteilung (oder Helligkeit und Dunkelheit) beobachtet werden.
Auf der Grundlage der Helligkeitsverteilung wird „Se“ als eine Flächenregion der Helligkeit definiert, in der die Helligkeit 1/e2 fach des Peakhelligkeitswertes Pmax einnimmt. Er wird definiert als „Ungleichmäßigkeit der Helligkeit wird nicht beobachtet“ für den Fall, dass es keinen Teil gibt, in dem die Helligkeit nicht höher als Pmax×0,8 ist, und als „Ungleichmäßigkeit der Helligkeit wird beobachtet“ für den Fall, dass die Helligkeit niedriger als dieser Wert ist, in einer Flächenregion Seff vom Punkt des Helligkeitspeaks (Zentrum der Helligkeitsverteilung] bis 0,5×Se.
(Verteilung von Farbungleichmäßigkeiten in der Ebene)
Das emittierte Licht wurde in der Farbtafel unter Verwendung einer Messvorrichtung für die Leuchtdichteverteilung bewertet. Dann wird der Fall, in dem die Verteilung im Bereich des Medians x: 0,3447±0,005 und y: 0,3553±0,005 liegt, als ein Fall ohne ungleichmäßige Farbe, und der Fall, in dem die Verteilung nicht in diesem Bereich liegt, als ein Fall mit ungleichmäßiger Farbe in der Farbtafel bestimmt.
Diese Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.

Tabelle 1

Fläche der Einfallsfläche 3		4,0 mm²
Fläche der Reflexionsfläche 2		1,0 mm²
Fläche der Einfallsfläche 3 / Fläche der Reflexionsfläche 2		4
Dicke des Leuchtstoffelements 1		0,3 mm
θt		49°
θb		59°
Ausgangsleistung von Anregungslicht 30 W	Ausgangsleistung aus weißem Licht	3700 Im
	Ungleichmäßigkeit in der Helligkeit	Beobachtet
	Farbliche Ungleichmäßigkeit	Keine

(Erfindungsgemäßes Beispiel 2)
Bei dem im erfindungsgemäßen Beispiel 17, verarbeitet im erfindungsgemäßen Beispiel 1 verarbeiteten Leuchtstoffelement wurden vor der Filmbildung der Schicht mit niedrigem Brechungsindex 18 auf der Seitenfläche 4 und der Reflexionsfläche 2 die Einfallsfläche und die Reflexionsfläche maskiert und die Ätzbehandlung des äußeren Umfangsteils der Seitenfläche wurde durch eine Kombination aus lonenfräsen, reaktivem Ionenätzen und Nassätzen durchgeführt.
Infolgedessen werden die Ecken des äußeren Umfangsteils glatt, so dass das Leuchtstoffelement 17A mit dem Querschnitt des äußeren Umfangsteils der Einfallsfläche hergestellt wurde, dessen Querschnitt eine gekrümmte Form ähnlich einem Bogen aufweist, wie in 4 gezeigt. 11 zeigt eine Fotografie des so hergestellten Leuchtstoffelements 17A.
Danach wurde die Leuchtstoffvorrichtung nach demselben Verfahren wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 hergestellt.
Die Durchmesser der Einfallsfläche und der Reflexionsfläche betrugen jedoch 2,25 mm bzw. 1,25 mm, die Dicke 0,3 mm und die Fläche der Einfallsfläche 4 mm². Die Fläche der Reflexionsfläche betrug 1,23 mm². Außerdem wurde das arithmetische Mittel der Rauheit Ra der Seitenfläche und der Reflexionsfläche jedes Leuchtstoffelements mit 0,2 µm angesetzt.
Das Beleuchtungslicht des Leuchtstoffvorrichtungschips wurde mit Hilfe einer Lichtquelle mit einer Leistung von 30 W bewertet, die durch die Integration von 10 GaN-Blaulichtlasern mit einer Leistung von jeweils 3 W in einem Array erzeugt wurde. Die Ergebnisse der Bewertung der Vorrichtung sind in Tabelle 2 dargestellt.

Tabelle 2

Fläche der Einfallsfläche 3		4,0 mm²
Fläche der Reflexionsfläche 2		1,23 mm²
Fläche der Einfallsfläche 3 / Fläche der Reflexionsfläche 2		3,23
Dicke des Leuchtstoffelements 1		0,3 mm
θt		49°
θb		59°
Ausgangsleistung von Anregungslicht 30 W	Ausgangsleistung aus weißem Licht	3700 Im
	Ungleichmäßigkeit in der Helligkeit	Keine
	Farbliche Ungleichmäßigkeit	Keine

(Erfindungsgemäßes Beispiel 3)
Das im erfindungsgemäßen Beispiel 1 verarbeitete Leuchtstoffelement wurde nach einem ähnlichen Verfahren wie im erfindungsgemäßen Beispiel 2 einer Ätzbehandlung unterzogen, um das in 12 gezeigte Leuchtstoffelement 31 herzustellen. In Tabelle 3 sind zudem die Zahlenwerte der jeweiligen Neigungswinkel angegeben. Die Dicke der Einfallsflächenseiten-Neigungsregion G1 betrug zudem 75 µm, die Dicke der Region L betrug 75 µm und die Dicke der Reflexionsflächenseiten-Neigungsregion G2 betrug 150 µm.
Danach wurde das Leuchtstoffelement nach demselben Verfahren wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1 hergestellt.
Das Beleuchtungslicht des Leuchtstoffvorrichtungschips wurde mit Hilfe einer Lichtquelle mit einer Leistung von 30 W bewertet, die durch die Integration von 10 GaN-Blaulichtlasern mit einer Leistung von jeweils 3 W in einem Array erzeugt wurde. Die Ergebnisse der Bewertung der Vorrichtung sind in Tabelle 3 dargestellt.

Tabelle 3

Fläche der Einfallsfläche 3		4,0 mm²
Fläche der Reflexionsfläche 2		1,22 mm²
Fläche der Einfallsfläche 3 / Fläche der Reflexionsfläche 2		3,22
Dicke des Leuchtstoffelements 1		0,3 mm
θt1		49°
θb1		59°
θt2		49°
θb2		59°
Ausgangsleistung von Anregungslicht 30 W	Ausgangsleistung aus weißem Licht	3900 Im
	Ungleichmäßigkeit in der Helligkeit	Keine
	Farbliche Ungleichmäßigkeit	Keine

(Referenzbeispiel)
Die Leuchtstoffvorrichtung mit der in 7 gezeigten Form wurde hergestellt. Im Unterschied zum erfindungsgemäßen Beispiel 1 wurde jedoch der Neigungswinkel θ der Seitenfläche des Leuchtstoffelements in Bezug auf die vertikale Achse P konstant auf 36° eingestellt.
Die Breite der Einfallsfläche des Leuchtstoffelements und das Herstellungsverfahren der Leuchtstoffvorrichtung waren die gleichen wie im erfindungsgemäßen Beispiel 1. Weiterhin waren die Abmessungen der Einfallsfläche, der reflektierenden Fläche, der Dicke und dergleichen des Leuchtstoffelements die gleichen wie die des erfindungsgemäßen Beispiels 1. Das heißt, die Breite der Einfallsfläche betrug 2 mm und die Dicke betrug 0,3 mm. Die Fläche der Einfallsfläche betrug 4 mm² und die Fläche der Reflexionsfläche betrug 1,38 mm². Die arithmetischen Durchschnittsrauhigkeiten der Seitenfläche und der Reflexionsfläche des Leuchtstoffelements wurden auf 0,5 µm geschätzt.
Das Beleuchtungslicht des Leuchtstoffvorrichtungschips wurde mit Hilfe einer Lichtquelle mit einer Leistung von 30 W bewertet, die durch die Integration von 10 Zählungen der GaN-Blaulichtlaser mit einer Leistung von jeweils 3 W in einem Array erzeugt wurde. Die Ergebnisse der Bewertung der Vorrichtung sind in Tabelle 4 dargestellt.

Tabelle 4

Fläche der Einfallsfläche 3		4,0 mm²
Fläche der Reflexionsfläche 2		1,38 mm²
Fläche der Einfallsfläche 3 / Fläche der Reflexionsfläche 2		2,9
Dicke des Leuchtstoffelements 1		0,3 mm
θ		36°
Ausgangsleistung von Anregungslicht 30 W	Ausgangsleistung aus weißem Licht	3000 Im
	Ungleichmäßigkeit in der Helligkeit	Beobachtet
	Farbliche Ungleichmäßigkeit	Keine

Wie aus den Ergebnissen ersichtlich ist, ist es gemäß den erfindungsgemäßen Beispielen 1 bis 3 möglich, die Fluoreszenzintensität des emittierten Lichts zu verbessern und die Farbungleichmäßigkeit des emittierten weißen Lichts zu unterdrücken, wenn das Anregungslicht auf die Leuchtstoffplatte einfällt, um die Fluoreszenz zu erzeugen. Weiterhin ist es möglich, die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit des emittierten weißen Lichts zu unterdrücken, indem das gekrümmte Teil im äußeren Umfangsteil der Einfallsfläche vorgesehen wird, wie im erfindungsgemäßen Beispiel 2 beschrieben. Weiterhin ist es durch Bereitstellen einer Vielzahl von Neigungsregionen wie im erfindungsgemäßen Beispiel 3 möglich, die Ungleichmäßigkeit der Helligkeit und Farbe des emittierten weißen Lichts zu unterdrücken. Die Ausgangsleistung des weißen Lichts wird in dem erfindungsgemäßen Beispiel 3 weiter verbessert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017085038 A [0004, 0005]
WO 2013/175706 A1 [0005]
JP 5679435 B [0005]
WO 2013175706 A1 [0005]

Claims

Leuchtstoffelement, umfassend eine Einfallsfläche für ein Anregungslicht, eine der Einfallsfläche gegenüberliegende Reflexionsfläche und eine Seitenfläche, wobei das Leuchtstoffelement mindestens einen Teil des auf die Einfallsfläche einfallenden Anregungslichts in eine Fluoreszenz umwandelt und die Fluoreszenz von der Einfallsfläche emittiert: wobei die Einfallsfläche eine Fläche aufweist, die größer als die Fläche der Reflexionsfläche ist; und wobei das Leuchtstoffelement eine Neigungsregion umfasst, in der ein Neigungswinkel der Seitenfläche in Bezug auf eine vertikale Achse senkrecht zur Einfallsfläche monoton von der Reflexionsfläche zur Einfallsfläche hin zunimmt, gesehen in einem Querschnitt senkrecht zur Einfallsfläche und entlang der längsten Teilungslinie, die die Einfallsfläche halbiert.
Leuchtstoffelement nach Anspruch 1, wobei die Neigungsregion die Einfallsfläche erreicht.
Leuchtstoffelement nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Vielzahl der Neigungsregionen.
Leuchtstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Neigungswinkel an einem Ende der Neigungsregion auf einer Seite der Reflexionsfläche und der Neigungswinkel an einem Ende der Neigungsregion auf einer Seite der Einfallsfläche um 3° oder größer und 45° oder kleiner unterschiedlich sind.
Leuchtstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Neigungswinkel an einem Ende der Neigungsregion auf einer Seite der Reflexionsfläche 20° oder größer und 62° oder kleiner ist.
Leuchtstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Neigungswinkel an einem Ende der Neigungsregion auf einer Seite der Einfallsfläche 23° oder größer und 65° oder kleiner ist.
Leuchtstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiterhin umfassend einen gekrümmten Teil in einem äußeren Umfangsteil der Reflexionsfläche.
Leuchtstoffvorrichtung, umfassend: das Leuchtstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7; und einen Reflexionsfilm, der mindestens einen Teil der Seitenfläche bedeckt.
Leuchtstoffvorrichtung nach Anspruch 8, weiterhin umfassend eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex zwischen der Seitenfläche und dem Reflexionsfilm.
Leuchtstoffvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, weiterhin umfassend ein Wärmeableitungssubstrat, das auf der Seitenfläche des Leuchtstoffelements vorhanden ist, wobei das Wärmeableitungssubstrat ein Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 W/mK oder größer umfasst.
Beleuchtungseinrichtung, umfassend eine Lichtquelle, die ein Laserlicht oszillieren lässt, und das Leuchtstoffelement nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen Reflexionsfilm, der mindestens einen Teil der Seitenfläche bedeckt.
Beleuchtungseinrichtung nach Anspruch 12, weiterhin umfassend eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex zwischen der Seitenfläche und dem Reflexionsfilm.
Beleuchtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, weiterhin umfassend ein Wärmeableitungssubstrat, das auf der Seitenfläche des Leuchtstoffelements vorhanden ist, wobei das Wärmeableitungssubstrat ein Metall mit einer Wärmeleitfähigkeit von 200 W/mK oder größer umfasst.