JP2018072607A - 光波長変換部材及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
Description
具体的には、特許文献1の技術では、焼成中のCe揮発に伴う色ムラ(即ち色バラツキ)防止のために、CeAl11O18を組織中に分散させているが、第三成分であるCeAl11O18は光を吸収し、発光強度を減じる要因となる。
このように、本第1局面の光波長変換部材は、光入射面における表面粗さ(Ra)が、0.05〜10μmであるので、後述する実験例からも明らかなように、高い蛍光強度と高い色均質性(即ち色バラツキが少ないこと)とを実現することができる。
B:Al、Ga
本第2局面では、上述した構成によって、後述する実験例からも明らかなように、高い蛍光強度と高い色均質性とを実現することができる。また、上記の組成であることにより、効率よく青色光を可視光に変換することができる。
アルミナ(Al2O3)は、自身に光学的異方性があり、しかも、A3B5O12:Ceとの屈折率に違いがあることから、入射光をセラミックス焼結体内で適度に散乱させることに適した材料である。
凹凸の平均間隔(Sm)が0.3μm未満、または、1000μmを超える場合には、光入射面における光の散乱が不足する傾向にある。
(5)本発明の第5局面は、第1〜4局面のいずれかの光波長変換部材を備えた発光装置である。
なお、発光装置の発光素子としては、例えばLEDやLDなどの公知の素子を用いることができる。
・前記「光波長変換部材」は、上述した構成を有するセラミックス焼結体であり、各結晶粒子の粒界には、各結晶粒子を構成する成分の一部等や不可避不純物が含まれていてもよい。
・前記「多結晶透明セラミックス」とは、多結晶の構造を有するとともに透光性を有するセラミックスであり、例えばAl2O3、AlN、Y2O3等が挙げられる。
について説明する。
[1.実施形態]
[1−1.発光装置]
まず、光波長変換部材を備えた発光装置について説明する。
[1−2.光波長変換部材]
次に、光波長変換部材9について説明する。
B:Al、Ga
さらに、本実施形態の光波長変換部材9では、多結晶透明セラミックスとして、平均結晶粒径が0.5〜30μmのアルミナを採用できる。
[1−3.効果]
次に、実施形態の効果を説明する。
従って、前記光波長変換部材9を備えた発光装置1では、高い蛍光強度と高い色均質性とを有する蛍光を発生することができるという効果を奏する。
[2.実施例]
次に、具体的な各実施例について説明する。
下記表1に示す条件により、No.1〜8のセラミックス焼結体の試料を作製した。なお、各試料のうち、No.2〜6が本発明の範囲内の試料であり、No.1、7、8が本発明の範囲外(比較例)の試料である。
(a)相対密度
得られたセラミックス焼結体の相対密度は、アルキメデス法で密度を測定し、測定した密度を相対密度に換算する方法で算出した。
試料(サンプル)を鏡面研磨後、1300℃で熱エッチングを行った。エッチング面を走査型電子顕微鏡で観察し(即ちSEM観察し)、セラミックス焼結体中の任意の箇所の5000倍の画像を得た。なお、任意の箇所としては、試料が例えば矩形状の板状の場合には、光が透過する部分である厚み方向から見た(平面視で)中心の位置が挙げられる。
セラミック焼結体の表面粗さ(面粗度)は、バフ研磨、平面研削、ブラスト処理などの方法で、周知のように、処理時間、砥粒径を変化させることで調整することができる。
(d)蛍光強度
13mm角×厚み0.5mmに加工したサンプルに対し、465nmの波長を有する青色LD光をレンズで0.5mm幅まで集光させて照射し、透過した光をレンズによって集光させ、パワーセンサーによりその発光強度を測定した。この時、照射される出力密度は40W/mm2となるようにした。なお、その強度はYAG:Ce単結晶体の強度を100としたときの相対値で評価した。
色バラツキは、色彩照度計による色度バラツキ測定によって評価した。
具体的には、図3に示すように、20mm角×厚み0.5mmに加工したセラミックス焼結体のサンプル11に対し、LD13から465nmの波長を有する青色LD光(レーザー光)を、レンズで集光させて0.5mm幅として照射した。なお、LD13のレーザ光の出力密度は40W/mm2である。
色バラツキについては、ΔX<0.070が好ましく、0.070≦ΔX<0.080はやや好ましく、0.080≦ΔXは好ましくないと考えられる。
実施例1のいずれの試料においても、相対密度は99%以上で十分に緻密化されていた。また、Al2O3の平均結晶粒径は0.3〜33.1μm、A3B5O12:Ce(YAG:Ce)の平均結晶粒径は0.3〜5.5μmにあることが分かった。
実施例1と同様な製造方法で、下記表1に示すように、セラミックス焼結体の試料(No.9〜22の試料)を作製して、同様に評価を行った。
また、セラミックス焼結体中のYAGの割合が、15〜50vol%の範囲内であるNo.11〜14は、蛍光強度が高く、且つ、色バラツキが小さく、ともに良好な結果となった。
<実施例3>
実施例1と同様な製造方法で、下記表1に示すように、セラミックス焼結体の試料(No.23〜35の試料)を作製して、同様に評価を行った。
また、焼成条件の制御により、アルミナとYAGの粒子径も制御したセラミックス焼結体に対して、表面粗さを調製し、特性を評価した。
一方、No.23は、蛍光強度は高いが、色バラツキがやや大きくなっていた。No.27は、蛍光強度がやや低くなっていた。No.28は、蛍光強度がやや低く、色バラツキが大きくなっていた。No.29〜35は、蛍光強度、色バラツキともに良好な結果となった。
本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
(3)前記実施形態の構成を適宜組み合わせることができる。
5…発光素子
9…光波長変換部材
Claims (5)
- 光学的異方性を有する多結晶透明セラミックスと、蛍光性を有する多結晶セラミックスと、を主成分とする多結晶組織を有するセラミックス焼結体からなり、
該セラミックス焼結体は、光が入射する光入射面における表面粗さ(Ra)が、0.05〜10μmであることを特徴とする光波長変換部材。 - 前記蛍光性を有する多結晶セラミックスが、下記A、Bの元素群から選ばれる少なくとも1種以上の元素から構成されるA3B5O12:Ceで表されるガーネット構造を有するとともに、
前記蛍光性を有する多結晶セラミックスの割合が、15〜50vol%、A3B5O12:Ce中のCe濃度が、元素Aに対して10mol%以下(0を含まず)であることを特徴とする請求項1に記載の光波長変換部材。
A:Sc、Y、ランタノイド(Ceを除く)
B:Al、Ga - 前記多結晶透明セラミックスが、平均結晶粒径が0.5〜30μmのアルミナであることを特徴とする請求項1又は2に記載の光波長変換部材。
- 前記光入射面における凹凸の平均間隔(Sm)が0.3〜1000μmであることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の光波長変換部材。
- 前記請求項1〜4のいずれか1項に記載の光波長変換部材を備えたことを特徴とする発光装置。
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