波长转换部件及其制造方法、以及发光装置与流程

1.本发明涉及发光二极管(led：light emitting diode)或激光二极管(ld：laser diode)等将发出的光的波长转换成其他波长的波长转换部件及其制造方法、以及发光装置。


背景技术：

2.从低耗电、小型轻量、容易调节光量的观点出发，使用led或ld的发光装置备受瞩目。例如，在led上配置有吸收来自led的光的一部分的波长转换部件的发光装置发出led所射出的激发光(例如蓝色光)与波长转换部件所射出的转换光(例如黄色光)的合成光(例如白色光)。作为波长转换部件，例如公开了在树脂基质或玻璃基质中分散固定有荧光体颗粒的部件(专利文献1～3)。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本特开2000－208815号公报
6.专利文献2：日本特开2003－258308号公报
7.专利文献3：日本特许第4895541号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的技术问题
9.近年来，伴随发光装置的大功率化，激发光的强度不断提高。如果照射高强度的激发光，荧光体颗粒所发出的热的强度就会增加，波长转换部件容易保留过量的热。在现有的波长转换部件中，存在容易因该过量的热而发生发光强度的经时降低(温度消光)或构成材料的变形、变色等问题。
10.鉴于以上情况，本发明的目的在于提供一种能够抑制波长转换部件的温度上升、抑制经时的发光强度的降低和构成材料的变形、变色的波长转换部件及其制造方法、以及发光装置。
11.用于解决技术问题的技术方案
12.本发明的波长转换部件的特征在于，包括热传导性颗粒和荧光体颗粒，热传导性颗粒包含平均粒径彼此不同的两种热传导性颗粒。
13.在上述构成中，热传导性颗粒由平均粒径彼此不同的两种颗粒构成。通过这样存在粒径不同的热传导性颗粒，热传导性颗粒容易在波长转换部件内紧密地存在，在向波长转换部件照射激发光时，容易将荧光体颗粒所发出的热有效地释放到外部。结果，容易抑制发光强度的经时降低(温度消光)和构成材料的变形、变色。
14.本发明的波长转换部件优选为热传导性颗粒与荧光体颗粒的烧结体。
15.本发明的波长转换部件优选热传导性颗粒包含大粒径热传导性颗粒和小粒径热传导性颗粒，大粒径热传导性颗粒的平均粒径d和小粒径热传导性颗粒的平均粒径d满足下
述条件(a)和(b)。
16.(a)0.5μm≤d≤50μm
17.(b)0.0001≤d/d≤0.1
18.本发明的波长转换部件优选大粒径热传导性颗粒的平均粒径d和荧光体颗粒的平均粒径d
p
满足下述条件(c)。
19.(c)0.1≤d
p
/d≤10
20.本发明的波长转换部件优选大粒径热传导性颗粒在波长转换部件中所占的含量v和荧光体颗粒在波长转换部件中所占的含量v
p
满足下述条件(d)。
21.(d)50％≤v
p
+v≤90％
22.本发明的波长转换部件优选热传导性颗粒由氧化物构成。
23.本发明的波长转换部件优选热传导性颗粒为氧化镁。
24.本发明的波长转换部件优选荧光体颗粒的含量v
p
以体积％计为0.01～80％。
25.本发明的波长转换部件是用于转换从光源射出的激发光的波长的波长转换部件，其特征在于，透过波长转换部件的激发光与将激发光的波长转换后发出的光的合成光的全光线的色度cx和色度cy的偏差之和为0.03以下。
26.本发明的波长转换部件的制造方法是上述波长转换部件的制造方法，其特征在于，包括将包含平均粒径彼此不同的两种热传导性颗粒的热传导性颗粒和荧光体颗粒混合并进行烧制的工序。
27.本发明的波长转换部件的制造方法优选通过加热压制进行烧制。
28.本发明的波长转换部件的制造方法优选烧制时的最高温度为1300℃以下。
29.本发明的波长转换部件的制造方法优选在不活泼气氛、还原气氛或真空气氛中进行烧制。
30.本发明的发光装置的特征在于，包括上述的波长转换部件和对波长转换部件照射激发光的光源。
31.本发明的发光装置优选光源为激光二极管。
32.发明的效果
33.根据本发明，提供一种能够抑制波长转换部件的温度上升、抑制经时的发光强度的降低和构成材料的变形、变色的波长转换部件及其制造方法、以及发光装置。
附图说明
34.图1是表示本发明的波长转换部件的一个实施方式的截面示意图。
35.图2是表示本发明的发光装置的一个实施方式的截面示意图。
具体实施方式
36.以下，使用附图对本发明的实施方式进行详细说明。但本发明不受以下的实施方式任何限定。
37.图1是表示本发明的波长转换部件的一个实施方式的截面示意图。波长转换部件10包括热传导性颗粒1和荧光体颗粒4。热传导性颗粒1包含平均粒径彼此不同的两种热传导性颗粒、即大粒径热传导性颗粒2和小粒径热传导性颗粒3。小粒径热传导性颗粒3存在于
大粒径热传导性颗粒2彼此之间、或大粒径热传导性颗粒2与荧光体颗粒4之间。以下，对各构成要素进行详细说明。
38.(热传导性颗粒1)
39.热传导性颗粒1优选由氧化物构成，特别优选由热传导性高的金属氧化物构成。具体而言，优选氧化铝、氧化镁、氧化锌，特别优选氧化镁。其中，氧化镁具有高的热传导率(45～60w
·
m
－1
·
k
－1
)，所以容易将荧光体颗粒4所产生的热有效地释放到外部。并且，后述的荧光体颗粒4的激发光波长区域(例如300～500nm)和发光波长区域(例如380～780nm)中的光吸收少，难以使波长转换部件10的光提取效率降低。此外，它们可以单独使用，也可以组合两种以上使用。
40.热传导性颗粒1的热传导率优选为15w
·
m
－1
·
k
－1
以上，更优选为20w
·
m
－1
·
k
－1
以上，特别优选为30w
·
m
－1
·
k
－1
以上。这样设置，容易将荧光体颗粒4所发出的热有效地释放到外部。
41.热传导性颗粒1包含平均粒径彼此不同的两种热传导性颗粒。具体而言，包含大粒径热传导性颗粒2和小粒径热传导性颗粒3。大粒径热传导性颗粒2和小粒径热传导性颗粒3优选由相同的氧化物构成。例如，在大粒径热传导性颗粒2为氧化镁的情况下，优选小粒径热传导性颗粒3也为氧化镁。这样设置，在对波长转换部件10照射激发光的情况下，不易在大粒径热传导性颗粒2与小粒径热传导性颗粒3的界面产生因热膨胀的差异而造成的破裂。另外，由于两者的折射率不存在差异，所以能够抑制在两者的界面产生过剩的光散射。此外，在通过烧制制造波长转换部件10时，两者互相结合，容易得到由致密的烧结体形成的波长转换部件10。
42.大粒径热传导性颗粒2在波长转换部件10整体中所占的含量v以体积％计优选为0.01～80％、0.1～75％、1～70％、5～60％，特别优选为10～50％。如果含量v过多，则小粒径热传导性颗粒3难以进入到大粒径热传导性颗粒2与荧光体颗粒4之间，难以致密化。其结果，难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。如果含量v过少，由于大粒径热传导性颗粒2所带来的热传导通路减少，也难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。
43.小粒径热传导性颗粒3在波长转换部件10整体中所占的含量v
s
以体积％计特别优选为0.01～50％、0.1～40％、1～30％、5～30％、10～30％。如果含量v
s
过多，则大粒径热传导性颗粒2与荧光体颗粒4之间的距离过宽，难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。如果含量v
s
过少，则小粒径热传导性颗粒3在大粒径热传导性颗粒2和荧光体颗粒4的间隙不能充分存在，难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。
44.大粒径热传导性颗粒2的平均粒径d和小粒径热传导性颗粒3的平均粒径d优选满足下述条件(a)和(b)。这样设置，在波长转换部件10内，大粒径热传导性颗粒2和小粒径热传导性颗粒3容易互相紧密存在，容易将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。其中，在本发明中，平均粒径是指由激光衍射法测得的值，在通过激光衍射法测定时的体积基准的累积粒度分布曲线中，表示其累计量从颗粒小的一侧起累积为50％的粒径。此外，在本发明中，各颗粒的粒度分布原则上被视为具有单峰性的分布形状。即，具有双峰性的分布形状的颗粒被视为两种以上的单峰性的粒度分布形状混杂的颗粒，峰分离后，对每个分布算出平均粒径。
45.(条件a)
46.大粒径热传导性颗粒2的平均粒径d优选为0.5μm≤d≤50μm，更优选为1μm≤d≤40μm，进一步优选为3μm≤d≤30μm，特别优选为5μm≤d≤10μm。如果平均粒径d过大，则荧光体颗粒4不均匀分布，容易产生色相不匀。如果平均粒径d过小，则在大粒径热传导性颗粒2的内部传导的热通路的路径变短，难以形成充分的热通路。
47.(条件b)
48.大粒径热传导性颗粒2的平均粒径d、小粒径热传导性颗粒3的平均粒径d的粒径比d/d优选为0.0001≤d/d≤0.1，更优选为0.0005≤d/d≤0.05，特别优选为0.001≤d/d≤0.01。如果粒径比d/d过大，则难以在由大粒径热传导性颗粒2和荧光体颗粒4构成的间隙充分地存在小粒径热传导性颗粒3，难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。如果粒径比d/d过小，则容易发生小粒径热传导性颗粒3彼此的聚集，难以在由大粒径热传导性颗粒2和荧光体颗粒4构成的间隙充分地存在小粒径热传导性颗粒3，难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。
49.(荧光体颗粒4)
50.荧光体颗粒4优选为在波长300～500nm具有激发带、且在波长380～780nm具有发光峰的无机荧光体。可以使用例如氧化物荧光体、氮化物荧光体、氧氮化物荧光体、氯化物荧光体、酰氯化物荧光体、卤化物荧光体、铝酸盐荧光体和卤磷酰氯化物荧光体。特别是氧化物荧光体、氧氮化物荧光体因耐热性高、烧制时不易劣化而优选。具体而言，优选使用包括yag(钇
·
铝
·
石榴石)荧光体的石榴石系陶瓷荧光体颗粒、包括α－sialon荧光体和β－sialon荧光体在内的以sialon为主成分的荧光体。特别优选使用包括yag(钇
·
铝
·
石榴石)荧光体颗粒的石榴石系陶瓷荧光体颗粒。此外，对应于激发光或发光的波长区域，也可以混合多种荧光体颗粒4使用。
51.荧光体颗粒4的平均粒径d
p
优选为0.1～50μm，更优选为1～30μm，特别优选为3～20μm。如果平均粒径d
p
过小，则在制造时荧光体颗粒4容易聚集，波长转换部件10的发光颜色容易变得不均匀。另外，荧光体颗粒4自身的发光效率降低，波长转换部件10的明亮度容易下降。平均粒径d
p
过大的话，波长转换部件10的发光颜色也容易变得不均匀。此外，ld的激发光的光斑尺寸小且指向性强，因此在以ld为光源的发光装置使用波长转换部件10的情况下，容易发生激发光不照射荧光体颗粒4而透过的现象。因此，在以ld为光源的发光装置使用波长转换部件10时，荧光体颗粒4的平均粒径优选为15μm以下，特别优选为10μm以下。
52.荧光体颗粒4在波长转换部件10整体中所占的含量v
p
以体积％计优选为0.01～80％，更优选为0.1～70％，特别优选为1～60％。如果荧光体颗粒4的含量过多，则大粒径热传导性颗粒2和小粒径热传导性颗粒3的含量相对减少，难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部。如果荧光体颗粒4的含量过少，则难以得到所希望的发光强度。此外，在透过型的波长转换部件10中，如果荧光体颗粒4的含量过多，则激发光的透过光量因荧光体颗粒4的吸收而减少，透过光容易向荧光的色度位移。其结果，射出光的色度调整变得困难。因此，透过型的波长转换部件10中的荧光体颗粒4的含量v
p
优选为0.01～50％，更优选为0.1～35％，特别优选为1～20％。
53.荧光体颗粒4的平均粒径d
p
和大粒径热传导性颗粒2的平均粒径d优选满足0.1≤d
p
/d≤10，更优选满足0.5≤d
p
/d≤5，进一步优选满足1≤d
p
/d≤3，特别优选满足1＜d
p
/d≤3。这样设置，荧光体颗粒4和大粒径热传导性颗粒2容易在波长转换部件10内彼此均匀地分
散存在，在向波长转换部件10照射激发光时，容易将荧光体颗粒4所发出的热高效地释放到外部。此外，在荧光体颗粒4的平均粒径d
p
大于大粒径热传导性颗粒2的平均粒径d(1＜d
p
/d)的情况下，容易得到致密的波长转换部件10。
54.荧光体颗粒4在波长转换部件10整体中所占的含量v
p
和大粒径热传导性颗粒2在波长转换部件10整体中所占的含量v优选满足50％≤v
p
+v≤90％，更优选满足55％≤v
p
+v≤85％，特别优选满足60％≤v
p
+v≤80％。这样设置，在向波长转换部件10照射激发光时，容易将荧光体颗粒4所发出的热高效地释放到外部。
55.(波长转换部件10)
56.波长转换部件10优选为热传导性颗粒1与荧光体颗粒4的烧结体。这样设置，热传导性颗粒1与荧光体颗粒4彼此结合，容易将荧光体颗粒4所发出的热更高效地释放到外部。另外，与在树脂基质或玻璃基质等透光性材料中分散固定荧光体颗粒的波长转换部件相比，即使在ld这样照射高输出的激发光的情况下，也不易发生变色或熔化。
57.波长转换部件10的热扩散率为2
×
10
－6
m2/s以上，优选为3
×
10
－6
m2/s以上，更优选为4
×
10
－6
m2/s以上，特别优选为5
×
10
－6
m2/s以上。这样设置，即使在照射高强度的激发光的情况下，也容易将荧光体颗粒4所产生的热高效地释放到外部，容易抑制波长转换部件10的温度上升。结果，容易抑制因温度上升而造成波长转换部件10的发光效率的下降。
58.波长转换部件10的量子效率优选为20％以上，更优选为40％以上，进一步优选为60％以上，特别优选为80％以上。如果量子效率过低，则成为热损失的能量增大，波长转换部件10的发光效率容易降低。其中，在本发明中，量子效率是指通过下式算出的值，可以使用绝对pl量子产率装置测定。
59.量子效率＝{(作为荧光从样品发出的光子数)/(由样品吸收的光子数)}
×
100(％)
60.波长转换部件10的形状例如可以为板状(矩形板状、圆盘状等)。波长转换部件10的厚度优选为1000μm以下，更优选为800μm以下，特别优选为500μm以下。如果厚度过大，则难以得到所希望的色调的光，并且发光效率容易降低。此外，波长转换部件10的厚度优选为30μm以上，更优选为50μm以上，特别优选为80μm以上。如果厚度过小，则波长转换部件10的机械强度容易降低。
61.波长转换部件10的气孔率相对于波长转换部件10的总体积优选为10％以下，更优选为5％以下，特别优选为1％以下。如果气孔率过高，则难以将荧光体颗粒4所产生的热释放到外部，并且波长转换部件10的机械强度容易降低。此外，波长转换部件10的光提取效率容易降低。气孔率的下限值没有特别限定，现实中为0.01％以上。
62.本发明的波长转换部件10优选色相不匀小。具体而言，特别优选透过波长转换部件10的激发光与将激发光的波长转换后发出的光的合成光的全光线的色度cx与色度cy的偏差之和为0.03以下，特别优选为0.025以下、0.02以下、0.015以下。其中，在本发明中，色度cx和色度cy的偏差之和可以按照以下方法(i)(ii)求出。
63.(i)波长转换部件10的激发光入射面的大小超过5mm
×
5mm的情况
64.首先，将波长转换部件10的一部分切成5mm
×
5mm的大小，将所得到的板状试样以2.5mm
×
2.5mm尺寸分割成四份，制作4片小片。然后，准备2块在中心开有φ2.4mm的圆形贯通孔的板(例如对表面进行了黑色防腐处理的铝板)，在2块板之间夹入1片上述的小片。此
时，将小片的中心与贯通孔的中心对齐。然后，从小片的一侧表面照射激发光，将从另一侧表面出来的射出光取到积分球中，测定全光线的色度。对4片小片分别测定全光线的色度。色度cx的偏差设为4片小片中最大的色度cx(cx
max
)与4片小片中最小的色度cx(cx
min
)之差(cx
max
－cx
min
)。另外，色度cy的偏差设为4片小片中最大的色度cy(cy
max
)与4片小片中最小的色度cy(cy
min
)之差(cy
max
－cy
min
)。由这些值算出色度cx的偏差与色度cy的偏差之和{(cx
max
－cx
min
)+(cy
max
－cy
min
)}。
65.(ii)波长转换部件10的激发光入射面的大小为5mm
×
5mm以下的情况
66.首先，将波长转换部件10的一部分切成xmm
×
xmm的大小，将所得到的板状试样以x/2mm
×
x/2mm的尺寸分割成四份，制作4片小片。这里，板状试样的一边的长度x优选以xmm
×
xmm的面积成为最大的方式选择。然后，准备2块在中心开有φ(x－0.1)mm的贯通孔的板(例如对表面进行了黑色防腐处理的铝板)，将中心对齐，夹入1片上述的小片。从一侧表面照射激发光，将从另一侧表面出来的射出光取到积分球中，测定全光线的色度。对4片小片分别测定全光线的色度。由所得到的数据求出色度cx的偏差和色度cy的偏差。色度cx的偏差和色度cy的偏差之和的求取方法与上述方法(i)相同。
67.(波长转换部件10的制造方法)
68.本发明的波长转换部件10的制造方法优选包括将包含平均粒径彼此不同的两种热传导性颗粒的热传导性颗粒1与荧光体颗粒4混合并进行烧制的工序。
69.烧制优选通过加热压制进行。这样一来，容易得到致密的烧结体，容易提高波长转换部件10的热传导性。压制面压可以根据目标波长转换部件10的厚度适当调节。例如，优选设为1mpa以上，更优选设为10mpa以上，特别优选设为20mpa以上。上限没有特别限定，为了防止压制模具的破损，优选设为100mpa以下，特别优选设为50mpa以下。
70.烧制时的最高温度优选为1300℃以下，更优选为1200℃以下，进一步优选为1100℃以下，特别优选为1000℃以下。如果烧制时的最高温度过高，则荧光体颗粒4容易因热而劣化。此外，如果烧制时的最高温度过低，则难以得到致密的烧结体。从这样的观点出发，烧制时的最高温度优选为600℃以上，更优选为650℃以上，特别优选为700℃以上。
71.压制时间优选适当调节以得到致密的烧结体。例如，优选为0.1～300分钟，更优选为0.5～120分钟，特别优选为1～60分钟。
72.进行烧制时的气氛优选为不活泼气氛、还原气氛或真空气氛。这样设置，容易抑制荧光体颗粒4的劣化和热传导性颗粒1的变质。另外，容易抑制压制模具因氧化而劣化。具体而言，在不活泼气氛时，优选使用氮或氩。从运行成本的观点出发，特别优选使用氮。在还原气氛时，优选使用氢，特别优选使用氢与不活泼气体的混合气体。其中，不活泼气体是指氮或氩。
73.此外，除了加热压制以外，也可以利用模具对荧光体颗粒4、大粒径热传导性颗粒2和小粒径热传导性颗粒3的混合粉末进行加压，对所得到的预成型体进行烧制，制造烧结体。另外，还可以将预成型体内包在橡胶模具中，通过热等静压加压法制造烧结体。
74.(发光装置)
75.图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的发光装置的截面示意图。如图2所示，发光装置50包括波长转换部件10和光源6。光源6以激发光l0射入波长转换部件10的方式配置。从光源6射出的激发光l0通过波长转换部件10被转换成波长比激发光l0长的荧光l1。另
外，激发光l0的一部分透过波长转换部件10。因此，从波长转换部件10射出激发光l0与荧光l1的合成光l2。例如在激发光l0为蓝色光、荧光l1为黄色光时，能够得到白色的合成光l2。
76.光源6优选为led或ld。从提高发光装置50的发光强度的观点出发，特别优选使用能够射出高强度的光的ld。
77.实施例
78.以下，使用实施例对本发明的波长转换部件进行详细说明，但本发明不限定于以下的实施例。
79.表1、2表示本发明的实施例(no.1、3～14)和比较例(no.2)。
80.[表1]
[0081][0082]
[表2]
[0083][0084]
实施例(no.1、3～14)如下制作。首先，将荧光体颗粒、大粒径热传导性颗粒和小粒径热传导性颗粒以表1、2所示的含量混合，得到混合物。各材料使用以下的物质。
[0085]
(a)荧光体颗粒
[0086]
yag荧光体颗粒(y3al5o
12
、平均粒径：8μm、24μm)
[0087]
(b)大粒径热传导性颗粒
[0088]
mgo颗粒(热传导率：约45w/m
·
k、平均粒径：3μm、8μm、12μm、25μm、47μm、折射率(nd)：1.74)
[0089]
(c)小粒径热传导性颗粒
[0090]
mgo颗粒(热传导率：约45w/m
·
k、平均粒径：0.05μm、折射率(nd)：1.74)
[0091]
将上述得到的混合物放入模具中，以表1所记载的条件进行加热压制烧制后，缓慢冷却到常温，由此制作作为烧结体的波长转换部件。
[0092]
比较例(no.2)如下制作。首先，将荧光体颗粒和大粒径热传导性颗粒以表1所示的含量混合，得到混合物。各材料使用与实施例(no.1)相同的材料。
[0093]
将上述得到的混合物放入模具中，以0.45mpa压制而形成压粉体后，以表1所记载的条件进行烧制。烧制后，缓慢冷却到常温，由此制作作为烧结体的波长转换部件。
[0094]
关于所得到的波长转换部件，按照以下方法评价热扩散率、量子效率、色相不匀。将结果表示于表1、2。
[0095]
热扩散率利用ai
‑
phase公司制的热扩散率测定装置ai－phase进行测定。热扩散率的测定在105
±
5℃的条件下合计进行11次，将11次的结果的平均值作为试样的热扩散率。
[0096]
量子效率是指利用下式算出的值，使用绝对pl量子产率装置(浜松光子学株式会社制)进行测定。
[0097]
量子效率＝{(作为荧光从样品发出的光子数)/(由样品吸收的光子数)}
×
100(％)
[0098]
色相不匀如下评价。首先，对所得到的波长转换部件进行镜面研磨，制作厚度200μm的板状试样。将所得到的板状试样的一部分切成5mm
×
5mm的大小，以2.5mm
×
2.5mm的尺寸分割成4份，得到4片小片。然后，准备2块在中心开有φ2.4mm的圆形贯通孔的30mm
×
30mm的表面进行了黑色防腐处理的厚度1mm的铝板，在2块板之间夹入1片上述的小片，将其作为测定试样。然后，从测定试样的一侧主面照射激发光(波长450nm)，将从测定试样的另一侧主面出来的射出光取入积分球中，进行色度测定。另外，使用剩下的3片小片，同样地制作测定试样，进行色度测定。由所得到的数据求出色度cx的最大值cx
max
和最小值cx
min
、色度cy的最大值cy
max
和最小值cy
min
，算出色度cx的偏差与色度cy的偏差之和{(cx
max
－cx
min
)+(cy
max
－cy
min
)}。在所得到的色度cx与色度cy的偏差之和为0.03以下的情况下，评价为“〇”，在大于0.03的情况下，评价为
“×”
。
[0099]
由表1、2可知，实施例(no.1、3～14)的波长转换部件的热扩散率高达2.0
×
10
－6
m2/s以上，并且量子效率高达80％以上。另一方面，比较例(no.2)的波长转换部件的热扩散率低至1.0
×
10
－6
m2/s，量子效率也低至79％。
[0100]
符号说明
[0101]
1：热传导性颗粒；2：大粒径热传导性颗粒；3：小粒径热传导性颗粒；4：荧光体颗粒；6：光源；10：波长转换部件；50：发光装置。