WO2021251251A1 - 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置 - Google Patents

蛍光板、波長変換部材、および、光源装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2021251251A1
WO2021251251A1 PCT/JP2021/021144 JP2021021144W WO2021251251A1 WO 2021251251 A1 WO2021251251 A1 WO 2021251251A1 JP 2021021144 W JP2021021144 W JP 2021021144W WO 2021251251 A1 WO2021251251 A1 WO 2021251251A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluorescent
phase
fluorescent plate
light
void
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/021144
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
翔平 高久
弘樹 山内
慎二 坂
裕貴 竹内
Original Assignee
日本特殊陶業株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 日本特殊陶業株式会社 filed Critical 日本特殊陶業株式会社
Priority to EP21823123.1A priority Critical patent/EP4163542A4/en
Priority to US18/000,864 priority patent/US11796156B2/en
Priority to KR1020227019924A priority patent/KR102665901B1/ko
Priority to CN202180008269.2A priority patent/CN114981593B/zh
Priority to JP2022530512A priority patent/JP7219855B2/ja
Publication of WO2021251251A1 publication Critical patent/WO2021251251A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • F21V9/32—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21S—NON-PORTABLE LIGHTING DEVICES; SYSTEMS THEREOF; VEHICLE LIGHTING DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLE EXTERIORS
    • F21S2/00—Systems of lighting devices, not provided for in main groups F21S4/00 - F21S10/00 or F21S19/00, e.g. of modular construction
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/502—Cooling arrangements characterised by the adaptation for cooling of specific components
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V29/00—Protecting lighting devices from thermal damage; Cooling or heating arrangements specially adapted for lighting devices or systems
    • F21V29/50—Cooling arrangements
    • F21V29/70—Cooling arrangements characterised by passive heat-dissipating elements, e.g. heat-sinks
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/22—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors
    • F21V7/24—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material
    • F21V7/26—Reflectors for light sources characterised by materials, surface treatments or coatings, e.g. dichroic reflectors characterised by the material the material comprising photoluminescent substances
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a fluorescent screen, a wavelength conversion member, and a light source device.
  • Patent Document 1 discloses a technique for forming voids at a constant ratio between a fluorescent phase and a translucent phase.
  • An object of the present invention is to provide a technique for improving the light extraction efficiency in a fluorescent screen.
  • the present invention has been made to solve at least a part of the above-mentioned problems, and can be realized as the following forms.
  • a fluorescent plate includes a fluorescent phase that emits fluorescence by excitation light, a translucent phase that transmits the excitation light, and a plurality of voids surrounded by the fluorescent phase and the translucent phase, and has a cross section of the void.
  • the average ratio of the outer periphery of the void to the entire outer periphery of the portion in contact with the fluorescent phase is the same as the fluorescent phase occupied in the fluorescent plate in the cross section of the fluorescent plate including the cross section of the void. It is higher than the area ratio of the fluorescent phase to the sum of the translucent phase.
  • the plurality of voids included in the fluorescent plate are surrounded by the fluorescent phase and the translucent phase, and in the cross section of the fluorescent plate including the cross section of the void, the portion of the outer periphery of the void that is in contact with the fluorescent phase.
  • the average ratio to the entire outer periphery is higher than the area ratio of the fluorescent phase to the total of the fluorescent phase and the translucent phase in the fluorescent plate. This means that the fluorescent phase is present around the void at a ratio higher than the composition ratio of the fluorescent phase in the entire fluorescent plate, and the surface of the fluorescent phase is exposed to the void in a relatively large amount. There is.
  • the light containing fluorescence emitted by the fluorescent phase due to the excitation light is likely to be totally reflected on the surface of the fluorescent phase having a higher refractive index than the translucent phase in the voids, so that the amount of light emitted to the outside of the fluorescent plate is increased. Can be done. Therefore, the light extraction efficiency can be improved.
  • the ratio of the outer circumference of the void to the entire outer circumference of the portion in contact with the fluorescent phase is the fluorescent phase with respect to the total of the fluorescent phase and the translucent phase in the fluorescent plate. It may be 5% or more higher than the area ratio of.
  • the average ratio of the outer periphery of the void to the entire outer periphery of the portion in contact with the fluorescent phase is fluorescence with respect to the total of the fluorescent phase and the translucent phase in the fluorescent plate. It is more than 5% higher than the area ratio of the phase.
  • the average diameter of the plurality of voids may be 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m in the cross section of the fluorescent plate including the cross section of the void.
  • the average diameter of the voids is 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m, which is a length equal to or longer than the wavelength of visible light.
  • the area ratio of the fluorescent phase to the total of the fluorescent phase and the translucent phase in the fluorescent plate is 21% or more. You may.
  • the area ratio of the fluorescent phase to the total of the fluorescent phase and the translucent phase in the fluorescent plate is 21% or more.
  • the area ratio of the fluorescent phase to the total of the fluorescent phase and the translucent phase in the fluorescent plate is 90% or less. You may. According to this configuration, since light is appropriately scattered in the translucent phase, the optical path length in the fluorescent phase becomes relatively long, and it is possible to suppress a decrease in the absorption rate of light. Thereby, the light extraction efficiency can be improved.
  • a wavelength conversion member includes the above-mentioned fluorescent plate and a reflective member arranged on the fluorescent plate and reflecting the excitation light and the fluorescence.
  • the wavelength conversion member includes a reflection member that reflects the fluorescence emitted from the fluorescent plate and the excitation light.
  • the wavelength conversion member of the above-described form may further include a heat-dissipating member that releases the heat of the fluorescent plate to the outside.
  • the wavelength conversion member includes a heat radiating member that releases the heat of the fluorescent plate to the outside.
  • a light source device may include the above-mentioned wavelength conversion member and a light source for irradiating the fluorescent plate with the excitation light.
  • the light source device includes a light source that irradiates the fluorescent plate with excitation light.
  • the fluorescent plate emits fluorescence by the excitation light. Since the emitted light including fluorescence is reflected on the surface of the fluorescent phase that is exposed in a relatively large amount in the void, the amount of light emitted to the outside of the fluorescent plate increases. Thereby, the light emission intensity of the light source device can be improved.
  • the present invention can be realized in various aspects, for example, a method for manufacturing a fluorescent screen, a method for manufacturing a wavelength conversion member, a method for manufacturing a light source device, a system including a light source device, a method for controlling a light source device, and the like. It can be realized in the form of a computer program or the like for causing the manufacturing device to manufacture the light source device.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram of the light source apparatus provided with the fluorescent plate of 1st Embodiment. It is an enlarged sectional view of a fluorescent plate. It is an enlarged view of the part A of FIG. It is a figure which shows the result of the evaluation test about the outer peripheral ratio of a fluorescent plate. It is a figure which shows the result of the evaluation test about the circle equivalent diameter of the void of a fluorescent plate. It is a figure which shows the result of the evaluation test about the area ratio of a fluorescent plate.
  • FIG. 1 is a schematic view of a light source device 3 including the fluorescent screen 1 of the first embodiment.
  • the fluorescent plate 1 of the present embodiment is different from the light L1 when it is irradiated with the light L1 emitted by the light source 9 such as a light emitting diode (LED: Light Emitting Diode) or a semiconductor laser (LD: Laser Diode) included in the light source device 3. It emits light of a wavelength as fluorescence.
  • the fluorescence emitted by the fluorescence plate 1 is radiated in a predetermined direction as light L2 together with the light that did not contribute to the generation of fluorescence in the fluorescence plate 1. As shown in FIG.
  • the light source device 3 of the present embodiment is a reflection type light source device and is used in various optical devices such as head lamps, lighting, and projectors.
  • the light source device 3 includes the above-mentioned light source 9 and a wavelength conversion member 2.
  • the wavelength conversion member 2 includes a fluorescent plate 1, a reflection member 6, a heat dissipation member 7, and a bonding layer 8. For convenience of explanation, the relationship between the sizes of the members in FIG. 1 is shown so as to be different from the actual relationship.
  • the fluorescent plate 1 is a flat plate member formed of a ceramic sintered body.
  • the fluorescent plate 1 is formed with an incident surface 1a on which the light L1 is incident and a back surface 1b located on the opposite side of the incident surface 1a.
  • the fluorescent plate 1 emits fluorescence by using the light L1 incident from the incident surface 1a as excitation light.
  • the fluorescent plate 1 generates heat when it emits fluorescence.
  • the detailed configuration of the fluorescent plate 1 will be described later.
  • the reflective member 6 is a thin film containing silver (Ag) as a main component, and is formed on the back surface 1b of the fluorescent plate 1.
  • the reflecting member 6 reflects the light transmitted through the fluorescent plate 1 among the light L1 emitted by the light source 9 and the fluorescence toward the back surface 1b of the fluorescence emitted by the fluorescent plate 1 in the direction of the incident surface 1a.
  • the reflective member 6 may be made of a material having a high reflectance such as a silver alloy or aluminum (Al).
  • the heat radiating member 7 is a flat plate member made of a material having higher thermal conductivity than the fluorescent plate 1, such as copper, copper molybdenum alloy, copper tungsten alloy, aluminum, and aluminum nitride.
  • the heat radiating member 7 radiates the heat of the fluorescent plate 1 transmitted through the bonding layer 8 to the outside.
  • the heat radiating member 7 may be a single-layered member made of the above-mentioned material, or may be a multi-layered member made of the same or different materials. Further, a metal film that enhances the adhesion to the bonding layer 8 may be arranged on the surface 7a of the heat radiating member 7 on the fluorescent plate 1 side.
  • the bonding layer 8 is arranged between the reflecting member 6 and the heat radiating member 7, and is formed of gold (Au) and tin (Sn).
  • the bonding layer 8 joins the fluorescent plate 1 and the heat radiating member 7, and transfers the heat generated by the fluorescent plate 1 to the heat radiating member 7.
  • the bonding layer 8 may be solder formed from other materials in addition to being formed from gold and tin, or may be obtained by sintering fine powder such as silver or copper (Cu). May be good.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the fluorescent plate 1.
  • the fluorescent plate 1 has a fluorescent phase 10, a translucent phase 20, and a void 30.
  • the fluorescent phase 10 is composed of a plurality of fluorescent crystal particles.
  • the fluorescent crystal particles have a composition represented by the chemical formula A 3 B 5 O 12 : Ce (so-called garnet structure).
  • a 3 B 5 O 12 : Ce means that Ce is dissolved in A 3 B 5 O 12 and a part of the element A is replaced with Ce.
  • Chemical formula A 3 B 5 O 12 : Element A and element B in Ce are each composed of at least one element selected from the following element groups.
  • Element A Lanthanoids excluding Sc, Y, Ce (however, Gd may be further contained as element A).
  • Element B Al (However, Ga may be further contained as element B)
  • the composition and element types of the fluorescent crystal particles constituting the fluorescent phase 10 are not limited to the above-mentioned composition and element types, and one fluorescent phase 10 is composed of a plurality of types of fluorescent crystal particles. You may.
  • the translucent phase 20 is composed of a plurality of translucent crystal particles.
  • the translucent crystal particles have a composition represented by the chemical formula Al 2 O 3.
  • the translucent phase 20 transmits light inside the fluorescent plate 1 and also serves as a heat transfer path for efficiently transmitting the heat generated when the fluorescent phase 10 emits fluorescence to the heat radiating member 7.
  • the refractive index of the translucent phase 20 is smaller than that of the fluorescent phase 10.
  • the void 30 is formed by being surrounded by the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20.
  • the fluorescent plate 1 includes a plurality of voids 30 as shown in FIG.
  • the void 30 in the present embodiment is a region in which neither the fluorescent phase 10 nor the translucent phase 20 is present in the cross section of the fluorescent plate 1 as shown in FIG. 2, that is, a space, which is the region. Refers to a space in which the diameter of a perfect circle (diameter equivalent to a circle) corresponding to the area of is 0.4 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the average circle-equivalent diameter of the plurality of voids 30 is 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m.
  • the refractive index of the void 30 is smaller than that of the translucent phase 20. That is, the refractive index of the void 30 is smaller than the refractive index of the fluorescent phase 10.
  • the portion of the fluorescent plate 1 excluding the void 30 is composed of a fluorescent phase 10 having a volume ratio of 60% and a translucent phase 20 having a volume ratio of 40%. That is, in the cross section of the fluorescent plate 1 as shown in FIG. 2, the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the area of the fluorescent phase 10 and the area of the translucent phase 20 in the fluorescent plate 1 is 60%, that is, the translucent phase 20.
  • the area ratio of is 40%. Therefore, in the present embodiment, the area ratio of the fluorescent phase 10 is 20% higher than the area ratio of the translucent phase 20 in the cross section of the fluorescent plate 1.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 in the cross section of the fluorescent plate 1 is preferably 90% or less. As a result, the light is appropriately scattered in the translucent phase 20, so that the optical path length in the fluorescent phase 10 becomes relatively long, and it is possible to suppress a decrease in the light absorption rate.
  • FIG. 3 is an enlarged view of part A in FIG. FIG. 3 shows a cross section of the fluorescent screen 1 including one representative void 30.
  • the outer peripheral 31 of the void 30 is in contact with the fluorescent phase 10 or the translucent phase 20.
  • the void 30 is surrounded by the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20, and the surfaces of the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20 are exposed in the void 30.
  • the outer circumference 31 is shown by a thick line thicker than the line showing the outer shape of the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20.
  • the length of the entire outer circumference 31 of the void 30 is defined as length L, and the portion of the outer circumference 31 in contact with the fluorescent phase 10 (the portion shown by a dotted chain line inside the outer circumference 31 shown in FIG. 3). )
  • the length of 31a be the length La.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the area of the fluorescent phase 10 and the area of the translucent phase 20 in the fluorescent plate 1 is the area ratio Rs
  • the area ratio Rs is defined as the total length L of the outer peripheral portion 31 in one void 30.
  • outer circumference ratio The relationship between the ratio to the length La of the portion in contact with the fluorescent phase 10 (hereinafter referred to as “outer circumference ratio”) and the area ratio Rs in the fluorescent plate 1 can be expressed by the following equation (1).
  • the outer peripheral ratio La / L in the gap 30 shown in FIG. 3 is about 0.75 and the area ratio Rs is 0.6, the outer peripheral ratio La / L is higher than the area ratio Rs. It is about 15% higher and satisfies the formula (1). This indicates that the surface of the fluorescent phase 10 is exposed to the voids 30 in a relatively large amount.
  • the average ratio of the outer peripheral 31 of the void 30 to the entire outer peripheral 31 of the portion in contact with the fluorescent phase 10 is the fluorescent phase 10 occupying the fluorescent phase 10. It is higher than the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the translucent phase 20.
  • the average ratio is a value obtained by dividing the value obtained by adding the outer peripheral ratios La / L of each of the plurality of voids 30 included in the cross section of the fluorescent plate 1 by the number of voids 30 included in the fluorescent plate 1.
  • the value obtained by adding the outer peripheral ratios La / L of each of the three voids 30 excluding the partially cut void 30 located in the left corner of the figure is calculated by the number of voids 30.
  • the value divided by a certain 3 is the average ratio.
  • the portion of the outer peripheral 31 that is in contact with the translucent phase 20 is shown by the portion 31b shown by the dotted line inside the outer peripheral 31.
  • the manufacturing method of the fluorescent screen 1 first, a Y 2 O 3 were weighed, and CeO 2, the pore former, for example, in addition the acrylic beads, and pure water, and milling mixture is granulated with a spray dryer .. Next, Al 2 O 3 is added to the granulated powder so that the proportion of the fluorescent phase is 60% by volume, the binder and the pore-forming material are mixed in a predetermined amount, and then kneaded while applying a shearing force. , Make a shear. When making clay, first, the amount of acrylic beads to be mixed with Y 2 O 3 etc.
  • the fluorescent plate 1 is manufactured by molding the produced clay into a sheet shape with an extrusion molding machine and then firing it in an air atmosphere at 1700 ° C.
  • the wavelength conversion member 2 including the fluorescent plate 1 when the wavelength conversion member 2 including the fluorescent plate 1 is manufactured, silver is vapor-deposited or sputtered on the back surface 1b of the fluorescent plate 1 to form a film of the reflective member 6.
  • the gold-tin solder foil is sandwiched between the reflective member 6 and the heat-dissipating member 7 formed on the fluorescent plate 1 and heated in a reflow oven in a nitrogen atmosphere or a hydrogen atmosphere.
  • the fluorescent plate 1 and the heat radiating member 7 are joined to each other, and the wavelength conversion member 2 is manufactured.
  • the gold-tin solder paste may be applied to bond the fluorescent plate 1 and the heat radiating member 7.
  • the light source 9 is set so that the incident surface 1a of the fluorescent plate 1 included in the wavelength conversion member 2 is irradiated with light, and the wavelength conversion member 2 and the light source 9 are provided. And package. As a result, the light source device 3 is manufactured.
  • each of the above three items was measured using the following method.
  • -A sample with an outer circumference ratio and a circle-equivalent diameter of a gap was cut, and a mirror-finished cut surface was observed by FE-SEM.
  • Image analysis by winloof acquires cross-sectional images at any five points, and the length of the outer circumference of the void and the portion of the outer circumference of the void that is in contact with the fluorescent phase and the portion that is in contact with the translucent phase. Each length was measured. From this measurement result, the outer peripheral ratio (ratio of the outer peripheral length in one void and the length of the portion in contact with the fluorescent phase) was calculated.
  • the circle-equivalent diameter of the void was calculated using winloof.
  • This luminance measurement sample was irradiated with a laser having a wavelength of 450 nm (laser diameter: 0.4 mm, laser output: 5 W), and the light in the reflection direction was measured with a luminance meter.
  • FIG. 4 is a diagram showing the results of an evaluation test regarding the outer circumference ratio of the fluorescent screen of the first embodiment.
  • Samples for evaluation test in the method according to the production method of the phosphor plate 1 described above, with varying the amount of pore-forming material to mix weighed and Y 2 O 3 and CeO 2, Al 2 O 3 in the granulated powder was prepared by adding the remaining pore-forming material to make clay.
  • 50% of the total amount of the acrylic bead sample 1 comprises a Y 2 O 3 and After granulation with a spray dryer to ground and mixed with CeO 2, granulated powder was granulated The remaining 50% of acrylic beads and Al 2 O 3 were added to prepare a clay.
  • the outer peripheral ratio of the fluorescent plate was changed by changing the ratio between the amount of the acrylic beads added first and the amount of the acrylic beads added the second time.
  • the sample 1 shown in the table of FIG. 4 is a sample having the same configuration (area ratio, outer circumference ratio, and equivalent circle diameter of the void) as the fluorescent plate 1 of the present embodiment, and is used as a reference sample in this evaluation test. As shown in FIG. 4, this test revealed that the larger the difference between the outer peripheral ratio and the area ratio (hereinafter referred to as “ratio difference”), the larger the brightness. In particular, when the ratio difference is 3% or more, the brightness becomes 500 cd / mm 2 , and it is clear that the efficiency of extracting light from the fluorescent plate is improved.
  • FIG. 5 is a diagram showing the results of an evaluation test regarding the circle-equivalent diameter of voids of the fluorescent screen of the first embodiment.
  • the sample for the evaluation test is added to the granulated powder together with Al 2 O 3 and the particle size of the pore- forming material to be mixed with the weighed Y 2 O 3 and CeO 2 in the method according to the method for manufacturing the fluorescent plate 1 described above. It was produced by changing the particle size of the pore-forming material to be obtained.
  • this test revealed that the luminance is larger than 500 cd / mm 2 when the equivalent circle diameter of the void is 3.5 ⁇ m, 4.6 ⁇ m, and 5.6 ⁇ m.
  • the sample 1 shown in the table of FIG. 5 is the same sample as the sample 1 of FIG.
  • FIG. 6 is a diagram showing the results of an evaluation test regarding the area ratio of the fluorescent screen.
  • Samples for evaluation test in the method according to the production method of the phosphor plate 1 described above, by adjusting the respective amounts of Y 2 O 3 and CeO 2 in which pure water is added with the pore former, was prepared.
  • the area ratio is 30% or more and 90% or less (30%, 60%, 75%, 85%, 90%) by this test, the brightness may be 500 cd / mm 2 or more. It became clear. On the other hand, it was clarified that when the area ratio became 20%, the brightness became smaller than 500 cd / mm 2.
  • the sample 1 shown in the table of FIG. 6 is the same sample as the sample 1 of FIG.
  • the plurality of voids 30 included in the fluorescent plate 1 are surrounded by the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20, and in the cross section of the fluorescent plate 1 including the cross section of the void 30.
  • the average ratio of the portion 31a of the outer periphery 31 of the void 30 in contact with the fluorescent phase 10 to the entire outer periphery is higher than the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20 in the fluorescent plate 1. ..
  • This means that the fluorescent phase 10 is present around the void 30 at a ratio higher than the composition ratio of the fluorescent phase 10 in the entire fluorescent plate 1, and the surface of the fluorescent phase 10 is formed in the void 30. It is exposed relatively much.
  • the light including the fluorescence emitted by the fluorescence phase 10 due to the excitation light is easily totally reflected on the surface of the fluorescence phase 10 having a refractive index higher than that of the translucent phase 20 in the void 30, and is therefore radiated to the outside of the fluorescence plate 1.
  • the amount of light can be increased. Therefore, the light extraction efficiency can be improved.
  • the average ratio of the outer peripheral 31 of the void 30 to the entire outer peripheral 31 of the portion 31a in contact with the fluorescent phase 10 is the fluorescent plate. It is 5% or more higher than the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20 in 1.
  • the fluorescent phase 10 is present in a high proportion around the void 30, so that the light containing the fluorescence emitted by the fluorescent phase 10 due to the excitation light is emitted from the surface of the fluorescent phase 10 in the void 30. Since more light is reflected, the amount of light radiated to the outside of the fluorescent plate 1 can be increased. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved.
  • the average circle-equivalent diameter of the void 30 is 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m, which is a length equal to or longer than the wavelength of visible light.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20 in the fluorescent plate 1 is 21% or more and 90% or less. It is 60%.
  • the average ratio of the portion 31a in contact with the fluorescent phase 10 to the entire outer peripheral 31 is set to such an extent that an increase in the amount of reflection on the surface of the fluorescent phase 10 in the void 30 can contribute to the improvement of the light extraction efficiency in the fluorescent plate 1. can do.
  • the optical path length in the fluorescent phase becomes relatively long, and the decrease in the light absorption rate can be suppressed. Therefore, the light extraction efficiency can be further improved.
  • the wavelength conversion member 2 includes a reflection member 6 that reflects the fluorescence emitted from the fluorescent plate 1 and the excitation light.
  • a reflection member 6 that reflects the fluorescence emitted from the fluorescent plate 1 and the excitation light.
  • the wavelength conversion member 2 includes a heat dissipation member 7 that releases the heat of the fluorescent plate 1 to the outside.
  • a heat dissipation member 7 that releases the heat of the fluorescent plate 1 to the outside.
  • the light source device 3 includes a light source 9 that irradiates the fluorescent plate 1 with the light L1.
  • the fluorescent plate 1 emits fluorescence by a part of the light of the light L1. Since the fluorescence emitted by the fluorescent plate 1 is reflected on the surface of the fluorescent phase 10 exposed in a relatively large amount in the void 30, the amount of light emitted to the outside of the fluorescent plate 1 increases. Thereby, the light emission intensity of the light source device 3 can be improved.
  • one of the voids 30 included in the fluorescent plate 1 has an outer peripheral ratio La / L of about 0.75 and an area ratio Rs of 0.6. And said.
  • the ratio of the portion 31a in contact with the fluorescent phase 10 to the entire outer peripheral 31 is 5% or more higher than the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the fluorescent phase 10 and the translucent phase 20 in the fluorescent plate 1.
  • the difference between the ratio of the portion 31a in contact with the fluorescent phase 10 to the entire outer circumference 31 and the area ratio may be smaller than 5%, but when this difference becomes large, light is emitted on the surface of the fluorescent phase 10 in the void 30. Is reflected more, so that the amount of light emitted to the outside of the fluorescent plate 1 can be increased.
  • the average diameter of the plurality of voids 30 corresponding to a circle is 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m.
  • the average circle-equivalent diameter of the plurality of voids 30 may be smaller than 1 ⁇ m or 10 ⁇ m or more.
  • the average of the equivalent circle diameters of the voids 30 is 1 ⁇ m or more and less than 10 ⁇ m, which is a length equal to or longer than the wavelength of visible light, more visible light can be reflected on the surface of the fluorescent phase 10.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 to the total of the area of the fluorescent phase 10 and the area of the translucent phase 20 in the fluorescent plate 1 is 60%.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 is not limited to this.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 is 21% or more, the average ratio of the fluorescent phase 10 and the increase in the amount of reflection on the surface of the fluorescent phase 10 in the void 30 can contribute to the improvement of the light extraction efficiency in the fluorescent plate 1. Since it can be adjusted to a certain degree, the light extraction efficiency can be improved.
  • the area ratio of the fluorescent phase 10 is 90% or less, the light is appropriately scattered in the translucent phase, so that the optical path length in the fluorescent phase becomes relatively long and the decrease in the light absorption rate is suppressed. Can be done. Thereby, the light extraction efficiency can be improved.
  • the light source device 3 is a reflection type light source device.
  • the fluorescent plate 1 may be applied to a transmission type light source device.
  • the portion of the fluorescent plate 1 excluding the void 30 is composed of a fluorescent phase 10 of 60% and a translucent phase 20 of 40% in terms of volume ratio.
  • the composition ratio of the fluorescent plate 1 may be a fluorescent phase 10 having a volume ratio of less than 100% and a translucent phase 20.
  • the translucent phase 20 transmits light so that the fluorescent phase 10 of the entire fluorescent plate 1 emits fluorescence, and also serves as a heat transfer path for releasing the heat generated in the fluorescent phase 10 to the outside. Therefore, for example, it is desirable that the amount is about 10%, and when the fluorescent phase 10 is 90% or more, it becomes difficult to adjust the outer peripheral ratio.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Vessels And Coating Films For Discharge Lamps (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
  • Formation Of Various Coating Films On Cathode Ray Tubes And Lamps (AREA)
  • Planar Illumination Modules (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)

Abstract

蛍光板は、励起光によって蛍光を発する蛍光相と、励起光を透過する透光相と、蛍光相と透光相とに囲まれる複数の空隙と、を備え、空隙の断面を含む蛍光板の断面において、空隙の外周のうち、蛍光相と接している部分の外周全体に対する平均比率は、空隙の断面を含む蛍光板の断面において、蛍光板に占める蛍光相と透光相との合計に対する蛍光相の面積比よりも高い。

Description

蛍光板、波長変換部材、および、光源装置
　本発明は、蛍光板、波長変換部材、および、光源装置に関する。
　従来から、光を照射すると蛍光を発する蛍光板が知られている。近年の蛍光板は、光が照射されると照射された光の波長とは異なる波長の光を発する蛍光相と、光を透過する透光相と、を備えるなど、高機能化させているものが多く知られている。例えば、特許文献１には、蛍光相と透光相との間に、一定の割合で空隙を形成する技術が開示されている。
特許５９８９２６８号公報
　しかしながら、上記先行技術によっても、蛍光板において、光の取り出し効率を向上するためには、なお、改善の余地があった。例えば、特許文献１に記載の技術では、蛍光相が発する光は、空隙において散乱されるため減衰しやすくなる。すなわち、蛍光板における光の取り出し効率が低下するおそれがあった。
　本発明は、蛍光板において、光の取り出し効率を向上する技術を提供することを目的とする。
　本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態として実現することが可能である。
　（１）本発明の一形態によれば、蛍光板が提供される。この蛍光板は、励起光によって蛍光を発する蛍光相と、前記励起光を透過する透光相と、前記蛍光相と前記透光相とに囲まれる複数の空隙と、を備え、前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記空隙の外周のうち、前記蛍光相と接している部分の外周全体に対する平均比率は、前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比よりも高い。
　この構成によれば、蛍光板が備える複数の空隙は、蛍光相と透光相とに囲まれており、空隙の断面を含む蛍光板の断面において、空隙の外周のうち蛍光相と接している部分の外周全体に対する平均比率は、蛍光板に占める蛍光相と透光相との合計に対する蛍光相の面積比よりも高い。これは、空隙の周りには、蛍光板全体での蛍光相の組成比率よりも高い割合で蛍光相が存在していることを意味しており、蛍光相の表面が空隙に比較的多く露出している。これにより、励起光によって蛍光相が発する蛍光を含む光は、空隙において、透光相より屈折率が大きい蛍光相の表面で全反射されやすくなるため、蛍光板の外部に放射される光量を増やすことができる。したがって、光の取り出し効率を向上することができる。
　（２）上記形態の蛍光板において、前記空隙の外周のうち、前記蛍光相と接している部分の外周全体に対する比率は、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比よりも５％以上高くてもよい。この構成によれば、空隙の断面を含む蛍光板の断面において、空隙の外周のうち蛍光相と接している部分の外周全体に対する平均比率は、蛍光板に占める蛍光相と透光相との合計に対する蛍光相の面積比よりも５％以上高い。これにより、特に、空隙の周りには、高い割合で蛍光相が存在することとなるため、励起光によって蛍光相が発する蛍光を含む光は、空隙において、蛍光相の表面でより多く反射されるため、蛍光板の外部に放射される光量を増やすことができる。したがって、光の取り出し効率をさらに向上することができる。
　（３）上記形態の蛍光板において、前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記複数の空隙の径の平均は、１μｍ以上１０μｍ未満であってもよい。この構成によれば、空隙の径の平均は、可視光の波長以上の長さである１μｍ以上１０μｍ未満となっている。これにより、蛍光に含まれる可視光が空隙を透過することを抑制されるため、空隙において、より多くの可視光を蛍光相の表面で全反射することができる。したがって、蛍光板の外部に放射される光量を増やすことができるため、光の取り出し効率をさらに向上することができる。
　（４）上記形態の蛍光板において、前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比は、２１％以上であってもよい。この構成によれば、蛍光板の断面において、蛍光板に占める蛍光相と透光相との合計に対する蛍光相の面積比は、２１％以上となっている。これにより、空隙の外周のうち、蛍光相と接している部分の外周全体に対する平均比率を、空隙における蛍光相の表面での反射量の増加が蛍光板における光の取り出し効率の向上に寄与できる程度にすることができる。したがって、光の取り出し効率をさらに向上することができる。
　（５）上記形態の蛍光板において、前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比は、９０％以下であってもよい。この構成によれば、透光相において、光が適度に散乱するため、蛍光相での光路長が比較的長くなり、光の吸収率の低下を抑制することができる。これにより、光の取り出し効率を向上することができる。
　（６）本発明の別の形態によれば、波長変換部材が提供される。この波長変換部材は、上述の蛍光板と、前記蛍光板に配置され、前記励起光と前記蛍光を反射する反射部材と、を備える。この構成によれば、波長変換部材は、蛍光板から放射される蛍光と励起光とを反射する反射部材を備えている。これにより、蛍光板において光を照射すべき所定の方向とは異なる方向に放射される光は、反射板によって所定の方向に反射されるため、波長変換部材から放射される光量を増加することができる。
　（７）上記形態の波長変換部材は、さらに、前記蛍光板の熱を外部に放出する放熱部材を備えてもよい。この構成によれば、波長変換部材は、蛍光板の熱を外部に放出する放熱部材を備える。これにより、蛍光板において、励起光によって蛍光を発するときに発生する熱を効率的に外部に放出することができるため、蛍光板の温度上昇による消光を抑制することができる。したがって、波長変換部材から放射される光量の低減を抑制することができる。
　（８）本発明のさらに別の形態によれば、光源装置が提供される。この光源装置は、上述の波長変換部材と、前記蛍光板に前記励起光を照射する光源と、を備えてもよい。この構成によれば、光源装置は、蛍光板に励起光を照射する光源を備えている。光源が蛍光板に励起光を照射すると、蛍光板では、励起光によって蛍光が発せられる。発せられた蛍光を含む光は、空隙において比較的多く露出している蛍光相の表面で反射されるため、蛍光板の外部に放射される光量が増加する。これにより、光源装置の発光強度を向上することができる。
　なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、蛍光板の製造方法、波長変換部材の製造方法、光源装置の製造方法、光源装置を含むシステム、光源装置の制御方法、光源装置を製造装置に製造させるためのコンピュータプログラム等の形態で実現することができる。
第１実施形態の蛍光板を備える光源装置の模式図である。 蛍光板の拡大断面図である。 図２のＡ部拡大図である。 蛍光板の外周比率に関する評価試験の結果を示す図である。 蛍光板の空隙の円相当径に関する評価試験の結果を示す図である。 蛍光板の面積比に関する評価試験の結果を示す図である。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態の蛍光板１を備える光源装置３の模式図である。本実施形態の蛍光板１は、光源装置３が備える発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）や半導体レーザー（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ）などの光源９が発する光Ｌ１が照射されると、光Ｌ１とは異なる波長の光を蛍光として発する。蛍光板１が発する蛍光は、蛍光板１での蛍光の発生に寄与しなかった光とともに、光Ｌ２として、所定の方向に放射される。本実施形態の光源装置３は、図１に示すように、反射型の光源装置であって、ヘッドランプ、照明、プロジェクタなどの各種光学機器において使用される。光源装置３は、上述の光源９と、波長変換部材２と、を備える。波長変換部材２は、蛍光板１と、反射部材６と、放熱部材７と、接合層８と、を備える。なお、説明の便宜上、図１における各部材のそれぞれの大きさの関係は、実際の関係とは異なるように図示されている。
　蛍光板１は、セラミック焼結体から形成されている平板部材である。蛍光板１には、光Ｌ１が入射する入射面１ａと、入射面１ａの反対側に位置する裏面１ｂとが形成されている。蛍光板１は、入射面１ａから入射する光Ｌ１を励起光として、蛍光を発する。蛍光板１は、蛍光を発するときに発熱する。蛍光板１の詳細な構成は、後述する。
　反射部材６は、銀（Ａｇ）を主成分とする薄膜であって、蛍光板１の裏面１ｂに形成されている。反射部材６は、光源９が発する光Ｌ１のうち蛍光板１を透過した光と、蛍光板１が発した蛍光のうち裏面１ｂの方向に向かう蛍光と、を入射面１ａの方向に反射する。なお、反射部材６は、銀合金やアルミニウム（Ａｌ）など反射率が高い材料から形成されていてもよい。
　放熱部材７は、例えば、銅、銅モリブデン合金、銅タングステン合金、アルミニウム、窒化アルミニウムなど、蛍光板１よりも高い熱伝導性を有する材料から形成されている平板部材である。放熱部材７は、接合層８を通して伝わる蛍光板１の熱を外部に放熱する。なお、放熱部材７は、上述した材料からなる単層構造の部材であってもよいし、同種または異なる材料から形成されている多層構造の部材であってもよい。また、放熱部材７の蛍光板１側の面７ａには接合層８との密着性を高める金属膜が配置されていてもよい。
　接合層８は、反射部材６と放熱部材７との間に配置され、金（Ａｕ）と錫（Ｓｎ）から形成されている。接合層８は、蛍光板１と放熱部材７とを接合するとともに、蛍光板１で発生する熱を放熱部材７に伝える。なお、接合層８は、金と錫から形成されるほかに、他の材料から形成される半田であってもよいし、銀や銅（Ｃｕ）などの微細粉末を焼結したものであってもよい。
　図２は、蛍光板１の拡大断面図である。次に、本実施形態の蛍光板１の特徴について説明する。蛍光板１は、図２に示すように、蛍光相１０と、透光相２０と、空隙３０と、を有する。
　蛍光相１０は、複数の蛍光性結晶粒子から構成されている。本実施形態では、この蛍光性結晶粒子は、化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅで表される組成（いわゆる、ガーネット構造）を有している。ここで、「Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅ」とは、Ａ３Ｂ５Ｏ１２の中にＣｅが固溶し、元素Ａの一部がＣｅに置換されていることを示す。化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅ中の元素Ａおよび元素Ｂは、それぞれ下記の元素群から選択される少なくとも１種類の元素から構成されている。
　元素Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド（ただし、元素ＡとしてさらにＧｄを含んでいてもよい）
　元素Ｂ：Ａｌ（ただし、元素ＢとしてさらにＧａを含んでいてもよい）
　なお、蛍光相１０を構成する蛍光性結晶粒子の組成および元素の種類は、上述の組成および元素の種類に限定されず、１つの蛍光相１０に、複数種の蛍光性結晶粒子から構成されていてもよい。
　透光相２０は、複数の透光性結晶粒子から構成されている。この透光性結晶粒子は、化学式Ａｌ２Ｏ３で表される組成を有する。透光相２０は、蛍光板１の内部において光を透過するとともに、蛍光相１０が蛍光を発するときに発生する熱を放熱部材７に効率的に伝える伝熱経路にもなる。透光相２０の屈折率は、蛍光相１０の屈折率より小さい。
　空隙３０は、蛍光相１０と透光相２０とに囲まれて形成される。本実施形態では、蛍光板１は、図２に示すように、複数の空隙３０を備えている。ここで、本実施形態での空隙３０とは、図２に示すような蛍光板１の断面において、蛍光相１０および透光相２０のいずれもが存在しない領域、すなわち、空間であって、該領域の面積に相当する真円の直径（円相当径）が、０．４μｍ以上５０μｍ以下の空間を指す。本実施形態では、複数の空隙３０の円相当径の平均は、１μｍ以上１０μｍ未満となっている。空隙３０の屈折率は、透光相２０の屈折率より小さい。すなわち、空隙３０の屈折率は、蛍光相１０の屈折率より小さい。
　本実施形態では、蛍光板１における空隙３０を除いた部分は、体積比で、６０％の蛍光相１０と、４０％の透光相２０とによって構成されている。すなわち、図２に示すような蛍光板１の断面において、蛍光板１に占める蛍光相１０の面積と透光相２０の面積との合計に対する蛍光相１０の面積比は、６０％となり、透光相２０の面積比は、４０％となる。したがって、本実施形態では、蛍光板１の断面において、蛍光相１０の面積比は、透光相２０の面積比より２０％高いこととなる。蛍光板１の断面における蛍光相１０の面積比は、９０％以下であることが望ましい。これにより、透光相２０において、光が適度に散乱するため、蛍光相１０での光路長が比較的長くなり、光の吸収率の低下を抑制することができる。
　図３は、図２のＡ部拡大図である。図３は、１つの代表的な空隙３０を含む蛍光板１の断面を示している。本実施形態の蛍光板１では、図３に示すように、空隙３０の外周３１は、蛍光相１０または透光相２０と接している。言い換えれば、空隙３０は、蛍光相１０と透光相２０とに囲まれていると言え、空隙３０には、蛍光相１０および透光相２０の表面が露出している。なお、図３では、空隙３０の外周３１をわかりやすくするため、蛍光相１０や透光相２０の外形を示す線より太い太線で外周３１を示している。
　図３に示す空隙３０において、空隙３０の外周３１全体の長さを長さＬとし、外周３１のうち蛍光相１０と接している部分（図３に示す外周３１の内側に一点鎖線で示す部分）３１ａの長さを長さＬａとする。また、蛍光板１に占める蛍光相１０の面積と透光相２０の面積との合計に対する蛍光相１０の面積比を面積比Ｒｓとすると、１つの空隙３０における、外周３１全体の長さＬに対する、蛍光相１０と接している部分の長さＬａとの比率（以下、「外周比率」という）と、蛍光板１における面積比Ｒｓとの関係は、以下の式（１）で示すことができる。
　　　　　Ｌａ／Ｌ＞Ｒｓ　　　・・・（１）
　例えば、図３に示す空隙３０での外周比率Ｌａ／Ｌは、約０．７５であり、面積比Ｒｓは、０．６となっていることから、外周比率Ｌａ／Ｌは、面積比Ｒｓより１５％程度高く、式（１）を満たしていることとなる。このことは、蛍光相１０の表面が空隙３０に比較的多く露出していることを表している。本実施形態では、空隙３０の断面を含む蛍光板１の断面において、空隙３０の外周３１のうち、蛍光相１０と接している部分の外周３１全体に対する平均比率は、蛍光板１に占める蛍光相１０と透光相２０との合計に対する蛍光相１０の面積比よりも高い。ここで、平均比率とは、蛍光板１の断面に含まれる複数の空隙３０のそれぞれの外周比率Ｌａ／Ｌを足し合わせた値を、蛍光板１が備える空隙３０の個数で割った値である。例えば、図２に示す断面では、図の左隅に位置する、一部が切れている空隙３０を除く３つの空隙３０のそれぞれの外周比率Ｌａ／Ｌを足し合わせた値を、空隙３０の数である３で割った値が平均比率となる。なお、図３には、外周３１のうち透光相２０と接している部分を、外周３１の内側に点線で示す部分３１ｂで示している。
　次に、蛍光板１の製造方法について説明する。蛍光板１の製造方法では、最初に、秤量したＹ２Ｏ３と、ＣｅＯ２と、造孔材、例えば、アクリルビーズと、に純水を加えて、粉砕混合を行い、スプレードライヤーで造粒する。次に、造粒粉に蛍光相の割合が６０体積％となるようにＡｌ２Ｏ３を加え、バインダーと造孔材とを所定の量混合した後、せん断力を加えながら混練を行うことで、坏土を作製する。坏土を作製するとき、最初に、Ｙ２Ｏ３などと混合するアクリルビーズの量は、蛍光板１に含まれるアクリルビーズの全量の一部とし、造粒粉にＡｌ２Ｏ３などとともに加えるアクリルビーズの量は、蛍光板１に含まれるアクリルビーズの全量の残りとする。作製した坏土を押出成形機でシート状に成形した後、１７００℃の大気雰囲気中で焼成を行うことで、蛍光板１が製造される。
　さらに、蛍光板１を備える波長変換部材２を製造する場合、蛍光板１の裏面１ｂに銀を蒸着またはスパッタリングし、反射部材６を製膜する。次に、蛍光板１に成膜された反射部材６と放熱部材７との間に、金錫半田箔を挟みこんだ状態で、窒素雰囲気中または水素雰囲気中のリフロー炉において加熱する。これにより、蛍光板１と放熱部材７とが接合され、波長変換部材２が製造される。なお、金錫半田箔を使用する代わりに、金錫半田ペーストを塗布して蛍光板１と放熱部材７とを接合してもよい。
　さらに、波長変換部材２を備える光源装置３を製造する場合、波長変換部材２が備える蛍光板１の入射面１ａに光が照射されるように、光源９をセットし、波長変換部材２と光源９とをパッケージする。これにより、光源装置３が製造される。
　次に、本実施形態の蛍光板１についての評価試験の内容およびその結果を説明する。本評価試験では、複数の蛍光板のサンプルを作製し、それぞれのサンプルに光を照射したときのサンプルの輝度を測定することで、そのサンプルの光の取り出し効率を評価した。本評価試験では、（ｉ）外周比率、（ｉｉ）空隙の円相当径、（ｉｉｉ）面積比の３つの項目に着目して評価試験を行った。
　本評価試験では、上述した３つの項目のそれぞれについて、以下の方法を用いて測定を行った。
・外周比率および空隙の円相当径
　サンプルを切断し、鏡面加工された切断面をＦＥ－ＳＥＭによって観察した。ｗｉｎｌｏｏｆによる画像解析は、任意の５か所の点で断面画像を取得し、空隙の外周の長さと、空隙の外周のうち、蛍光相と接している部分と透光相と接している部分のそれぞれの長さを測定した。この測定結果から、外周比率（１つの空隙における外周の長さと蛍光相と接している部分の長さとの比率）を算出した。また、空隙の円相当径は、ｗｉｎｌｏｏｆを用いて算出した。
・輝度
　サンプルの厚みが２００μｍとなるように研磨し、表面を鏡面加工することで輝度計測用のサンプルを作製した。この輝度計測用サンプルに、波長４５０ｎｍのレーザ（レーザ径：０．４ｍｍ、レーザ出力：５Ｗ）を照射し、反射方向の光を輝度計にて測定した。
（ｉ）外周比率
　図４は、第１実施形態の蛍光板の外周比率に関する評価試験の結果を示す図である。評価試験用のサンプルは、上述した蛍光板１の製造方法に準じた方法において、秤量したＹ２Ｏ３およびＣｅＯ２と混合する造孔材の量を変更するとともに、造粒粉にＡｌ２Ｏ３を加えるときに、残りの造孔材を加えて坏土とすることで、作製した。例えば、サンプル１では、最初に、サンプル１が含むアクリルビーズの全量のうちの５０％とＹ２Ｏ３とＣｅＯ２とを粉砕混合してスプレードライヤーで造粒したのち、造粒した造粒粉に、残りの５０％のアクリルビーズとＡｌ２Ｏ３とを加えることで、坏土を作製した。他のサンプルについても、同様に、最初に加えるアクリルビーズの量と２回目に加えるアクリルビーズの量との比率を変更することで、蛍光板の外周比率を変更した。図４の表中に示すサンプル１は、本実施形態の蛍光板１と同じ構成（面積比、外周比率、および、空隙の円相当径）のサンプルであり、今回の評価試験における基準サンプルとする。図４に示すように、本試験によって、外周比率と面積比との差（以下、「比率差」という）が大きくなるほど輝度が大きくなることが明らかとなった。特に、比率差が３％以上になると、輝度が５００ｃｄ／ｍｍ２となり、蛍光板からの光の取り出し効率が向上することが明らかとなった。
　（ｉｉ）空隙の円相当径
　図５は、第１実施形態の蛍光板の空隙の円相当径に関する評価試験の結果を示す図である。評価試験用のサンプルは、上述した蛍光板１の製造方法に準じた方法において、秤量したＹ２Ｏ３とＣｅＯ２と混合する造孔材の粒径と、造粒粉にＡｌ２Ｏ３とともに加えられる造孔材の粒径と、を変更することで、作製した。図５に示すように、本試験によって、空隙の円相当径が、３．５μｍ、４．６μｍ、５．６μｍの場合において、輝度が５００ｃｄ／ｍｍ２より大きくなることが明らかとなった、一方、空隙の円相当径が、１．０μｍと、１０μｍの場合において、輝度が５００ｃｄ／ｍｍ２より小さくなることが明らかとなった。すなわち、空隙の円相当径が、１．０μｍより大きく、１０μｍより小さい場合、輝度が大きくなることが明らかとなった。なお、図５の表中に示すサンプル１は、図４のサンプル１と同じサンプルである。
　（ｉｉｉ）面積比
　図６は、蛍光板の面積比に関する評価試験の結果を示す図である。評価試験用のサンプルは、上述した蛍光板１の製造方法に準じた方法において、造孔材とともに純水が加えられるＹ２Ｏ３とＣｅＯ２のそれぞれの量を調整することで、作製した。図６に示すように、本試験によって、面積比が３０％以上９０％以下（３０％、６０％、７５％、８５％、９０％）になると、輝度が５００ｃｄ／ｍｍ２以上となることが明らかとなった。一方で、面積比が２０％になると、輝度が５００ｃｄ／ｍｍ２より小さくなることが明らかとなった。なお、図６の表中に示すサンプル１は、図４のサンプル１と同じサンプルである。
　以上説明した、本実施形態の蛍光板１によれば、蛍光板１が備える複数の空隙３０は、蛍光相１０と透光相２０とに囲まれており、空隙３０の断面を含む蛍光板１の断面において、空隙３０の外周３１のうち蛍光相１０と接している部分３１ａの外周全体に対する平均比率は、蛍光板１に占める蛍光相１０と透光相２０との合計に対する蛍光相１０の面積比よりも高い。これは、空隙３０の周りには、蛍光板１全体での蛍光相１０の組成比率よりも高い割合で蛍光相１０が存在していることを意味しており、蛍光相１０の表面が空隙３０に比較的多く露出している。これにより、励起光によって蛍光相１０が発する蛍光を含む光は、空隙３０において、透光相２０より屈折率が大きい蛍光相１０の表面で全反射されやすくなるため、蛍光板１の外部に放射される光量を増やすことができる。したがって、光の取り出し効率を向上することができる。
　また、本実施形態の蛍光板１によれば、空隙３０の断面を含む蛍光板１の断面において、空隙３０の外周３１のうち蛍光相１０と接している部分３１ａの外周３１全体に対する平均比率は、蛍光板１に占める蛍光相１０と透光相２０との合計に対する蛍光相１０の面積比よりも５％以上高い。これにより、特に、空隙３０の周りには、高い割合で蛍光相１０が存在することとなるため、励起光によって蛍光相１０が発する蛍光を含む光は、空隙３０において、蛍光相１０の表面でより多く反射されるため、蛍光板１の外部に放射される光量を増やすことができる。したがって、光の取り出し効率をさらに向上することができる。
　また、本実施形態の蛍光板１によれば、空隙３０の円相当径の平均は、可視光の波長以上の長さである１μｍ以上１０μｍ未満となっている。これにより、蛍光に含まれる可視光が空隙３０を透過することを抑制されるため、空隙３０において、より多くの可視光を蛍光相１０の表面で全反射することができる。したがって、蛍光板１の外部に放射される光量を増やすことができるため、光の取り出し効率をさらに向上することができる。
　また、本実施形態の蛍光板１によれば、蛍光板１の断面において、蛍光板１に占める蛍光相１０と透光相２０との合計に対する蛍光相１０の面積比は、２１％以上９０％以下である６０％となっている。これにより、蛍光相１０と接している部分３１ａの外周３１全体に対する平均比率を、空隙３０における蛍光相１０の表面での反射量の増加が蛍光板１における光の取り出し効率の向上に寄与できる程度にすることができる。また、透光相において、光が適度に散乱するため、蛍光相での光路長が比較的長くなり、光の吸収率の低下を抑制することができる。したがって、光の取り出し効率をさらに向上することができる。
　また、本実施形態の波長変換部材２によれば、波長変換部材２は、蛍光板１から放射される蛍光と励起光とを反射する反射部材６を備えている。これにより、例えば、図１に示すように、蛍光板１において光Ｌ２が放射される方向とは異なる方向に放射される光は、反射部材６によって所定の方向に反射されるため、波長変換部材２から放射される光量を増加することができる。
　また、本実施形態の波長変換部材２によれば、波長変換部材２は、蛍光板１の熱を外部に放出する放熱部材７を備える。これにより、蛍光板１において、励起光によって蛍光を発するときに発生する熱を効率的に外部に放出することができるため、蛍光板１の温度上昇による消光を抑制することができる。したがって、波長変換部材２から放射される光量の低減を抑制することができる。
　また、本実施形態の光源装置３によれば、光源装置３は、蛍光板１に光Ｌ１を照射する光源９を備えている。光源９が蛍光板１に光Ｌ１を照射すると、蛍光板１は、光Ｌ１の一部の光によって蛍光を発する。蛍光板１が発する蛍光は、空隙３０において比較的多く露出している蛍光相１０の表面で反射されるため、蛍光板１の外部に放射される光量が増加する。これにより、光源装置３の発光強度を向上することができる。
＜本実施形態の変形例＞
　本発明は上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
　［変形例１］
　上述の実施形態では、図３に示したように、蛍光板１が備える空隙３０の１つは、外周比率Ｌａ／Ｌが約０．７５とであり、面積比Ｒｓが０．６となっているとした。これにより、蛍光相１０と接している部分３１ａの外周３１全体に対する比率は、蛍光板１に占める蛍光相１０と透光相２０との合計に対する蛍光相１０の面積比よりも５％以上高くなっている。蛍光相１０と接している部分３１ａの外周３１全体に対する比率と、面積比との差は、５％より小さくてもよいが、この差が大きくなると、空隙３０において、蛍光相１０の表面で光がより多く反射されるため、蛍光板１の外部に放射される光量を増やすことができる。
　［変形例２］
　上述の実施形態では、複数の空隙３０の円相当径の平均は、１μｍ以上１０μｍ未満となっているとした。複数の空隙３０の円相当径の平均は、１μｍより小さくてもよく、１０μｍ以上であってもよい。しかしながら、空隙３０の円相当径の平均を可視光の波長以上の長さである１μｍ以上１０μｍ未満とすることで、より多くの可視光を蛍光相１０の表面で反射することができる。
　［変形例３］
　上述の実施形態では、蛍光板１の断面において、蛍光板１に占める蛍光相１０の面積と透光相２０の面積との合計に対する蛍光相１０の面積比は、６０％になるとした。蛍光相１０の面積比はこれに限定されない。しかしながら、蛍光相１０の面積比が２１%以上になると、蛍光相１０の平均比率を、空隙３０における蛍光相１０の表面での反射量の増加が蛍光板１における光の取り出し効率の向上に寄与できる程度にすることができるため、光の取り出し効率を向上することができる。また、蛍光相１０の面積比が９０％以下になると、透光相において、光が適度に散乱するため、蛍光相での光路長が比較的長くなり、光の吸収率の低下を抑制することができる。これにより、光の取り出し効率を向上することができる。
　［変形例４］
　上述の実施形態では、光源装置３は、反射型の光源装置であるとした。しかしながら、蛍光板１は、透過型の光源装置に適用されてもよい。
　［変形例５］
　上述の実施形態では、蛍光板１における空隙３０を除いた部分は、体積比で、６０％の蛍光相１０と、４０％の透光相２０とによって構成されているとした。蛍光板１の構成比は、体積比で、１００％未満の蛍光相１０と、透光相２０とであってもよい。しかしながら、蛍光板１において、透光相２０は、蛍光板１全体の蛍光相１０が蛍光を発するように光を透過するとともに、蛍光相１０で発生した熱を外部に放出するための伝熱経路ともなるため、例えば、１０％程度あった方が望ましく、蛍光相１０が９０％以上になると、外周比率の調整が難しくなる。
　以上、実施形態、変形例に基づき本態様について説明してきたが、上記した態様の実施の形態は、本態様の理解を容易にするためのものであり、本態様を限定するものではない。本態様は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本態様にはその等価物が含まれる。また、その技術的特徴が本明細書中に必須なものとして説明されていなければ、適宜、削除することができる。
　　１…蛍光板
　　２…波長変換部材
　　３…光源装置
　　６…反射部材
　　７…放熱部材
　　９…光源
　　１０…蛍光相
　　２０…透光相
　　３０…空隙
　　３１…外周
　　３１ａ…蛍光相と接している部分
　　Ｌ１…励起光
　　Ｌ２…放射光
　　Ｒｓ…面積比

Claims (8)

  1. 　蛍光板であって、
    　励起光によって蛍光を発する蛍光相と、
    　前記励起光を透過する透光相と、
    　前記蛍光相と前記透光相とに囲まれる複数の空隙と、を備え、
    　前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記空隙の外周のうち、前記蛍光相と接している部分の外周全体に対する平均比率は、
    　前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比よりも高い、
    　ことを特徴とする蛍光板。
  2. 　請求項１に記載の蛍光板であって、
    　前記空隙の外周のうち、前記蛍光相と接している部分の外周全体に対する比率は、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比よりも５％以上高い、
    　ことを特徴とする蛍光板。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の蛍光板であって、
    　前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記複数の空隙の径の平均は、１μｍ以上１０μｍ未満である、
    　ことを特徴とする蛍光板。
  4. 　請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の蛍光板であって、
    　前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比は、２１％以上である、
    　ことを特徴とする蛍光板。
  5. 　請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の蛍光板であって、
    　前記空隙の断面を含む前記蛍光板の断面において、前記蛍光板に占める前記蛍光相と前記透光相との合計に対する前記蛍光相の面積比は、９０％以下である、
    　ことを特徴とする蛍光板。
  6. 　波長変換部材であって、
    　請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の蛍光板と、
    　前記蛍光板に配置され、前記励起光と前記蛍光を反射する反射部材と、を備える、
    　ことを特徴とする波長変換部材。
  7. 　請求項６に記載の波長変換部材は、さらに、
    　前記蛍光板の熱を外部に放出する放熱部材を備える、
    　ことを特徴とする波長変換部材。
  8. 　光源装置であって、
    　請求項６または請求項７に記載の波長変換部材と、
    　前記蛍光板に前記励起光を照射する光源と、を備える、
    　光源装置。
PCT/JP2021/021144 2020-06-08 2021-06-03 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置 WO2021251251A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21823123.1A EP4163542A4 (en) 2020-06-08 2021-06-03 FLUORESCENT PLATE, WAVELENGTH CONVERSION ELEMENT AND LIGHT SOURCE DEVICE
US18/000,864 US11796156B2 (en) 2020-06-08 2021-06-03 Fluorescent plate, wavelength conversion member, and light source device
KR1020227019924A KR102665901B1 (ko) 2020-06-08 2021-06-03 형광판, 파장 변환 부재, 및, 광원 장치
CN202180008269.2A CN114981593B (zh) 2020-06-08 2021-06-03 荧光板、波长转换构件和光源装置
JP2022530512A JP7219855B2 (ja) 2020-06-08 2021-06-03 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020099394 2020-06-08
JP2020-099394 2020-06-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021251251A1 true WO2021251251A1 (ja) 2021-12-16

Family

ID=78846193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2021/021144 WO2021251251A1 (ja) 2020-06-08 2021-06-03 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11796156B2 (ja)
EP (1) EP4163542A4 (ja)
JP (1) JP7219855B2 (ja)
KR (1) KR102665901B1 (ja)
CN (1) CN114981593B (ja)
TW (1) TWI802898B (ja)
WO (1) WO2021251251A1 (ja)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5989268B2 (ja) 2015-02-18 2016-09-07 日東電工株式会社 蛍光体セラミックス、封止光半導体素子、回路基板、光半導体装置および発光装置
JP2019184644A (ja) * 2018-04-02 2019-10-24 日本特殊陶業株式会社 光波長変換部材及び発光装置
JP2019207761A (ja) * 2018-05-28 2019-12-05 日本特殊陶業株式会社 光波長変換装置
JP2020004497A (ja) * 2018-06-25 2020-01-09 日本特殊陶業株式会社 光波長変換装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5989268A (ja) 1982-11-10 1984-05-23 Fuji Heavy Ind Ltd パワステアリング装置のコントロ−ルバルブ装置
JPS5989268U (ja) 1982-12-08 1984-06-16 横河電機株式会社 光・電計測回路
JP2000243302A (ja) * 1998-05-20 2000-09-08 Mitsubishi Materials Corp 蛍光体膜構造、この蛍光体膜を形成するためのペースト及びこの蛍光体膜を用いたプラズマディスプレイパネル
JP5271523B2 (ja) * 2007-09-28 2013-08-21 岡谷電機産業株式会社 蛍光物質担持体の製造方法
TWI538262B (zh) * 2011-08-19 2016-06-11 晶元光電股份有限公司 波長轉換結構以及包含此波長轉換結構之發光裝置
JP6413673B2 (ja) * 2014-11-13 2018-10-31 ウシオ電機株式会社 蛍光光源装置
JP2017028251A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材、光源装置、照明装置車両、および波長変換部材の製造方法
JP6631084B2 (ja) * 2015-08-19 2020-01-15 セイコーエプソン株式会社 波長変換素子の製造方法、波長変換素子、照明装置及びプロジェクター
CN106896632A (zh) * 2015-12-03 2017-06-27 精工爱普生株式会社 荧光体、波长转换元件、光源装置和投影仪
CN109416169A (zh) * 2016-03-15 2019-03-01 飞利浦照明控股有限公司 光发射设备
EP3534193B1 (en) * 2016-10-28 2021-12-22 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Optical wavelength conversion member and light-emitting device
JP6938938B2 (ja) * 2017-02-13 2021-09-22 セイコーエプソン株式会社 波長変換装置、光源装置及びプロジェクター
WO2018154868A1 (ja) * 2017-02-27 2018-08-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 波長変換部材
JP2019015848A (ja) * 2017-07-06 2019-01-31 株式会社タムラ製作所 波長変換部材及びその製造方法
JP6627914B2 (ja) * 2017-08-31 2020-01-08 日亜化学工業株式会社 蛍光部材、光学部品、及び発光装置
JP2021028352A (ja) * 2017-12-05 2021-02-25 シャープ株式会社 蛍光体層組成物、蛍光部材、光源装置、および投影装置
JP7119600B2 (ja) * 2018-06-06 2022-08-17 ウシオ電機株式会社 蛍光発光素子
CN110903088B (zh) * 2018-09-14 2022-02-22 深圳光峰科技股份有限公司 一种多孔荧光陶瓷及其制备方法、发光装置和投影装置
JP2022041435A (ja) * 2020-09-01 2022-03-11 キヤノン株式会社 波長変換素子、光源装置、および画像投射装置
US20220173284A1 (en) * 2020-12-01 2022-06-02 Lumileds Llc Laterally heterogenous wavelength-converting layer

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5989268B2 (ja) 2015-02-18 2016-09-07 日東電工株式会社 蛍光体セラミックス、封止光半導体素子、回路基板、光半導体装置および発光装置
JP2019184644A (ja) * 2018-04-02 2019-10-24 日本特殊陶業株式会社 光波長変換部材及び発光装置
JP2019207761A (ja) * 2018-05-28 2019-12-05 日本特殊陶業株式会社 光波長変換装置
JP2020004497A (ja) * 2018-06-25 2020-01-09 日本特殊陶業株式会社 光波長変換装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP4163542A4

Also Published As

Publication number Publication date
TW202207482A (zh) 2022-02-16
KR20220100648A (ko) 2022-07-15
JPWO2021251251A1 (ja) 2021-12-16
EP4163542A4 (en) 2024-07-03
EP4163542A1 (en) 2023-04-12
TWI802898B (zh) 2023-05-21
US20230213172A1 (en) 2023-07-06
CN114981593A (zh) 2022-08-30
JP7219855B2 (ja) 2023-02-08
CN114981593B (zh) 2023-08-08
KR102665901B1 (ko) 2024-05-13
US11796156B2 (en) 2023-10-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6253392B2 (ja) 発光装置及びそれを用いたプロジェクター用光源
TWI696685B (zh) 光波長轉換裝置及光複合裝置
JP6288575B2 (ja) 発光装置
WO2021251251A1 (ja) 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置
WO2021251252A1 (ja) 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置
JP7336032B2 (ja) 蛍光板、波長変換部材、および、光源装置
WO2023218964A1 (ja) 波長変換部材および光源装置
JP2024013799A (ja) 波長変換部材、波長変換装置、および、光源装置
WO2022163175A1 (ja) 波長変換部材及びそれを備える光源装置
JP2022115222A (ja) 波長変換部材及びそれを備える光源装置
JP2024066549A (ja) 蛍光体デバイス及び発光装置
JP2022146624A (ja) 拡散反射体およびそれを用いた発光装置
JPWO2019043772A1 (ja) 蛍光体素子および照明装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21823123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022530512

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20227019924

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021823123

Country of ref document: EP

Effective date: 20230109