JP7502665B2 - 光学部品の製造方法及び光学部品 - Google Patents
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Description
本実施形態の一態様は、見切りがよい光学部品の製造方法及び光学部品を提供することを目的とする。
光学部品は、例えば放熱性を向上させるために黒色に近い色となる多量の黒色顔料が含まれている部材を備えていないため、多量に黒色顔料が含有された部材の密度が低下し、強度が低下する虞がない。また、光学部品は、多量の黒色顔料を含む部材を備えていないため、黒色顔料を多く含む部材が外部の光を吸収しやすく、光学部品から出射される光束が逆に低下する虞がない。
(R1 1-aCea)3(AlcGab)5O12 (I)
(前記式(I)中、R1は、Y、Gd、Lu及びTbからなる群から選ばれる少なくとも1種であり、a、b及びcは、0<a≦0.22、0≦b≦0.4、0<c≦1.1、0.9≦b+c≦1.1を満たす。)
Cav(Si,Al)12(O,N)16:Eu (II)
(式(II)中、vは0<v≦2を満たす数である。)
MkSi12-(m+n)Alm+nOnN16-n:Eu (III)
(式(III)中、Mは、Li、Mg、Ca、Sr、Y及びランタノイド元素(但し、LaとCeを除く。)からなる群から選ばれる少なくとも1種の元素であり、k、m、nは、0<k≦2.0、2.0≦m≦6.0、0≦n≦1.0を満たす数である。)
本明細書において、組成式中、カンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、これら複数の元素のうち少なくとも一種の元素を組成中に含有していることを意味し、複数の元素から二種以上を組み合わせて含んでいてもよい。本明細書において、蛍光体の組成を表す式中、コロン(:)の前は母体結晶を構成する元素及びそのモル比を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。
R2 3Al5O12 (IV)
(前記式(IV)中、R2は、Y、Gd、Tb及びLuからなる群から選択される少なくとも1種の元素である。)
酸化アルミニウムの純度(質量%)=(焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量÷焼成前の酸化アルミニウム粒子の質量)×100
発光素子は、好ましくは380nm以上500nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、より好ましくは390nm以上495nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、さらに好ましくは400nm以上490nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有し、特に好ましくは420nm以上490nm以下の範囲内に発光ピーク波長を有する。発光素子は、p電極及びn電極が設けられている。発光素子のp電極及びn電極は、発光素子の同じ側の面に形成されていてもよく、異なる側の面に設けられていてもよい。発光素子は、フリップチップ実装されていてもよい。
発光装置100は、基板30上に複数の発光素子20を備え、発光素子20の上面に光学部品10を備える。光学部品10は、蛍光体70を含む焼結体1と、成形体2dと、を備える。発光装置100は、1つの発光素子20の上に1つの焼結体1が位置するように光学部品10が配置されている。発光素子20の周囲は、光反射性部材80が配置されている。光反射性部材80としては、例えば、酸化チタン、酸化ケイ素等の光拡散材を含有する、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。
下記の蛍光体を含む焼結体と、酸化アルミニウムを含む無機酸化物及び有機系バインダーを含む成形体用組成物を準備した。図1における「焼結体と成形体用組成物を準備することS101」に相当する。
焼結体として(YeGdfCeg)3(AlhGai)5O12(組成式中、e+f+g=1であり、h+i=1である。)で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムからなる焼結体を準備した。焼結体は、縦500μm及び横1000μmの矩形状の上面及び下面と、厚さ1000μmの直方体である。希土類アルミン酸塩蛍光体は、前述の式(I)で表される組成式に含まれる組成を有していた。焼結体は、希土類アルミン酸塩蛍光体を20質量%、酸化アルミニウムを80質量%含む。
無機酸化物粉末:酸化アルミニウム粒子を95.2質量%と、酸化イットリウム粒子を4.8質量%と、を含む。
酸化アルミニウム粒子:AKP-20、住友化学製、純度99.99質量%以上(カタログ値)、中心粒径0.42μm(カタログ値、レーザー回折粒度分布測定法)。
酸化イットリウム粒子:高純度4N品、日本イットリウム株式会社製。
有機系バインダー:バインドセラムWA310、三井化学株式会社製、水性エマルジョン、固形分濃度41質量%、有機物はアクリル樹脂を含む。
分散剤:セルナD-305、中京油脂株式会社製、ポリカルボン酸アンモニウムを含む。
溶媒:脱イオン水。
成形体は、スリップキャスト法によって形成した。
まず、シリコーン塗布基板に焼結体を配置させ、別のシリコーン塗布基板にアクリル系樹脂を含む接着剤を塗布し、アクリル系樹脂を含む接着剤を塗布した面を焼結体に接触させて加圧することで、焼結体に接着剤を転写した。
支持部材として石膏を用いて、支持部材上に接着剤を介して複数の焼結体を仮止めした。実施例1においては、支持部材上に4つの焼結体を仮止めした。
焼結体の周囲に、内径が30mmのテフロン(登録商標)リングからなる枠体を配置した。焼結体の上面が見えなくなるまで、枠体の内側に成形体用組成物スラリーを充填し、焼結体の周囲に成形体用組成物スラリーを配置した。成形体用組成物スラリーの厚みは、焼結体の厚みの2倍以上4倍以下の範囲内であった。成形体用組成物スラリーは、室温(約25℃)で一晩静置し、成形体用組成物スラリー中の水分を支持部材である石膏に吸わせて、成形体を形成した。
枠体と支持部材を除去し、成形体と焼結体の複合体を得た。
複合体を大気雰囲気中、150℃で3時間加熱し、成形体中の水分を除去して乾燥させた。
反りを抑制するために、複合体の下面に1枚押さえ板を配置し、底面に酸化アルミニウム粉体を配置したるつぼに複合体を入れて、大気雰囲気(酸素20体積%)で、大気圧0.10MPaの電気マッフル炉(アドバンテック東洋株式会社製)内に配置し、370℃で2時間加熱して脱脂した。
脱脂することと同様に、複合体の上面及び下面に1枚ずつ、2枚のサファイア板を押さえ板として配置し、底面に酸化アルミニウム粒子を配置したるつぼに複合体を入れて、窒素雰囲気(窒素100体積%)、ゲージ圧で0.92MPaの加圧雰囲気炉(富士電波工業株式会社製)内に配置し、1400℃で2時間焼成して、焼結体と成形体が一体となった光学部品を得た。
さらに光学部品の上面側から焼結体の上面が露出するまで、平面研削盤により成形体を研削し、焼結体と、焼結体の側方を取り囲み、焼結体の側面に接する成形体と、を備えた光学部品を得た。
蛍光体を含む焼結体と、酸化アルミニウムを含む無機酸化物及び有機系バインダーを含む成形体用組成物を準備すること、において、成形体用組成物として、無機酸化物粉末の100質量部に対して0.2質量部の黒色顔料を含む成形体用組成物スラリーを準備した。黒色顔料は、カーボンブラック(デンカブラック、デンカ株式会社製)を用いた。全体量に対して、酸化アルミニウムを含む無機酸化物粉末76.40質量%、有機系バインダー2.40質量%、分散剤0.70質量%、黒色顔料0.15質量%、及び溶媒20.35質量%を含む成形体用組成物スラリーを準備した。この成形体用組成物スラリーを成形体用組成物として用いたこと以外は、実施例1と同様にして光学部品を得た。
蛍光体を含む焼結体と、酸化アルミニウムを含む無機酸化物及び有機系バインダーを含む成形体用組成物を準備すること、において、成形体用組成物として、無機酸化物粉末の100質量部に対して1質量部の黒色顔料を含む成形体用組成物スラリーを準備した。黒色顔料は、カーボンブラック(デンカブラック、デンカ株式会社製)を用いた。全体量に対して、酸化アルミニウムを含む無機酸化物粉末76.40質量%、有機系バインダー2.40質量%、分散剤0.70質量%、黒色顔料0.76質量%、及び溶媒19.74質量%を含む成形体用組成物スラリーを準備した。この成形体用組成物スラリーを成形体用組成物として用いたこと以外は、実施例1と同様にして光学部品を得た。
焼結体の周囲の少なくとも一部を覆うように成形体用組成物を配置して成形体とすることにおいて、700℃で加熱して脱脂したことと、焼結体と成形体を0.5MPa以上200MPa以下の範囲内の加圧された不活性雰囲気中で焼成したのではなく、大気雰囲気(酸素20体積%)、大気圧0.10MPaで焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、光学部品を得た。
Claims (13)
- 蛍光体を含む焼結体と、酸化アルミニウムを含む無機酸化物及び有機系バインダーを含む成形体用組成物と、を準備することと、
前記焼結体の周囲の少なくとも一部を覆うように前記成形体用組成物を配置して成形体とすることと、
前記焼結体と前記成形体を0.5MPa以上200MPa以下の範囲内の加圧された不活性雰囲気中で焼成することと、を含み、
前記成形体と、前記焼結体と、を備える光学部品の製造方法。 - 前記焼成することにおいて、前記焼成の温度が1300℃以上1600℃以下の範囲内である、請求項1に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記成形体用組成物が、前記無機酸化物100質量部に対して、前記有機系バインダー1質量部以上20質量部以下の範囲内で含む、請求項1又は2に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記成形体用組成物が、分散剤と、溶媒と、を含む、請求項1から3のいずれか1項に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記成形体用組成物が、前記成形体用組成物の全体量に対して、前記有機系バインダーを1.0質量%以上10.0質量%以下の範囲内、前記分散剤を0.1質量%以上5.0質量%以下の範囲内、前記溶媒を8質量%以上42質量%以下の範囲内で含む、請求項4に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記成形体用組成物が、前記成形体用組成物の全体量に対して、前記無機酸化物を55質量%以上90質量%以下の範囲内で含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記成形体用組成物が、前記無機酸化物100質量部に対して、黒色顔料を1質量部以下含む、請求項1から6のいずれか1項に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記蛍光体が、希土類アルミン酸塩蛍光体を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の光学部品の製造方法。
- 前記準備することにおいて、前記焼結体が、上面、下面及び側面を有し、
前記成形体とすることにおいて、前記焼結体の側方を取り囲むように、前記成形体用組成物を配置する、請求項1から8のいずれか1項に記載の光学部品の製造方法。 - 蛍光体を含み、上面、下面及び側面を有する焼結体と、
前記焼結体の側方に配置され、酸化アルミニウムを含む無機酸化物及び全有機体炭素を含む成形体と、を備え、
前記成形体の全体量に対して、下記条件で測定した前記全有機体炭素が100質量ppm以上9000質量ppm以下の範囲内であり、
前記成形体の明度L値が50以上90以下の範囲内である光学部品。
測定条件
固体試料燃焼装置を用いて前記成形体を燃焼し、全有機体炭素計を用いて前記成形体中の全有機体炭素を測定し、前記成形体の全体量に対する前記有機体炭素の量を測定する。 - 前記成形体は、前記焼結体を取り囲むように配置される、請求項10に記載の光学部品。
- 前記成形体は、前記焼結体の側面に接する、請求項10又は11に記載の光学部品。
- 前記蛍光体が、希土類アルミン酸塩蛍光体を含む、請求項10から12のいずれか1項に記載の光学部品。
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