JP7626948B2 - Wavelength conversion member and method for producing same, light emitting device, and projector - Google Patents
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Description
本開示は、波長変換部材及びその製造方法、発光装置並びにプロジェクターに関する。 This disclosure relates to a wavelength conversion member and a manufacturing method thereof, a light emitting device, and a projector.
発光装置から射出された光をマイクロミラー表示素子等によって、スクリーン上に投影してカラー画像を表示させる画像投影装置(プロジェクター)においては、発光装置の高出力化が求められている。例えば、特許文献1には、励起光から蛍光への変換効率がより高い波長変換素子を備える発光装置が提案されている。 In image projection devices (projectors) that display color images by projecting light emitted from a light-emitting device onto a screen using a micromirror display element or the like, there is a demand for light-emitting devices with higher output. For example, Patent Document 1 proposes a light-emitting device equipped with a wavelength conversion element that has a higher conversion efficiency from excitation light to fluorescent light.
本開示の一態様は、発光効率がより高い発光装置を構成可能な波長変換部材及びその製造方法、発光装置並びにプロジェクターを提供することを目的とする。 One aspect of the present disclosure aims to provide a wavelength conversion member capable of forming a light emitting device with higher light emission efficiency, a manufacturing method thereof, a light emitting device, and a projector.
第一態様は、基板と、前記基板上に配置され、結着材と蛍光体とを含む波長変換層と、を備える波長変換部材である。前記波長変換層は、前記結着材に対する前記蛍光体の体積比が0.75以上1.45以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である。 The first aspect is a wavelength conversion member comprising a substrate and a wavelength conversion layer disposed on the substrate and containing a binder and a phosphor. The wavelength conversion layer has a volume ratio of the phosphor to the binder of 0.75 to 1.45, and an average thickness of 55 μm to 146 μm.
第二態様は、基板と、前記基板上に配置され、結着材と蛍光体とを含む波長変換層と、を備える波長変換部材である。前記波長変換層は、前記波長変換層の前記基板への配置面に直交する断面において、前記蛍光体の粒子断面積の総和の比率が、前記波長変換層の断面積に対して、56%以上70%以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である。 The second aspect is a wavelength conversion member comprising a substrate and a wavelength conversion layer disposed on the substrate and containing a binder and a phosphor. In the wavelength conversion layer, in a cross section perpendicular to the surface on which the wavelength conversion layer is disposed on the substrate, the ratio of the sum of the particle cross-sectional areas of the phosphor particles to the cross-sectional area of the wavelength conversion layer is 56% or more and 70% or less, and the average thickness is 55 μm or more and 146 μm or less.
第三態様は、第一態様又は第二態様の波長変換部材と、前記波長変換部材を回転させるモーターと前記波長変換部材に光を照射する光源と、を備える発光装置である。第四態様は、第三態様の発光装置と、画像表示系と、投射光学系と、を備えるプロジェクターである。 The third aspect is a light emitting device including the wavelength conversion member of the first or second aspect, a motor that rotates the wavelength conversion member, and a light source that irradiates the wavelength conversion member with light. The fourth aspect is a projector including the light emitting device of the third aspect, an image display system, and a projection optical system.
第五態様は、結着材と溶剤と蛍光体とを含む蛍光体組成物であり、前記溶剤の沸点が200℃以上300℃以下であり、前記結着材に対する前記溶剤の質量比が0.01以上0.4以下であり、前記結着材に対する前記蛍光体の質量比が3.15以上6.05以下である蛍光体組成物を基板上に付与することと、前記基板上に付与した前記蛍光体組成物を熱処理して波長変換層を形成することと、を含む波長変換部材の製造方法である。 The fifth aspect is a method for producing a wavelength conversion member, comprising: applying a phosphor composition containing a binder, a solvent, and a phosphor, the boiling point of the solvent being 200°C or more and 300°C or less, the mass ratio of the solvent to the binder being 0.01 or more and 0.4 or less, and the mass ratio of the phosphor to the binder being 3.15 or more and 6.05 or less, to a substrate; and heat-treating the phosphor composition applied to the substrate to form a wavelength conversion layer.
本開示の一態様によれば、発光効率がより高い発光装置を構成可能な波長変換部材及びその製造方法、発光装置並びにプロジェクターを提供することができる。 According to one aspect of the present disclosure, it is possible to provide a wavelength conversion member capable of forming a light emitting device with higher light emission efficiency, a manufacturing method thereof, a light emitting device, and a projector.
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。さらに本明細書に記載される数値範囲の上限及び下限は、数値範囲として例示された数値をそれぞれ任意に選択して組み合わせることが可能である。本明細書において、蛍光体又は発光材料の組成を表す式中、カンマ(,)で区切られて記載されている複数の元素は、これらの複数の元素のうち少なくとも1種の元素を組成中に含有することを意味する。また、蛍光体の組成を表す式中、コロン(:)の前は母体結晶を表し、コロン(:)の後は賦活元素を表す。本明細書において、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、JIS Z8110に従う。蛍光体の半値幅は、蛍光体の発光スペクトルにおいて、最大発光強度に対して発光強度が50%となる発光スペクトルの波長幅(半値全幅;FWHM)を意味する。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、波長変換部材及びその製造方法、発光装置並びにプロジェクターを例示するものであって、本発明は、以下に示す波長変換部材及びその製造方法、発光装置並びにプロジェクターに限定されない。 In this specification, the term "process" includes not only an independent process, but also a process that cannot be clearly distinguished from other processes, as long as the intended purpose of the process is achieved. In addition, the content of each component in the composition means the total amount of the multiple substances present in the composition, unless otherwise specified, when multiple substances corresponding to each component are present in the composition. Furthermore, the upper and lower limits of the numerical ranges described in this specification can be arbitrarily selected and combined from the numerical values exemplified as numerical ranges. In this specification, in the formulas representing the composition of phosphors or luminescent materials, multiple elements separated by commas (,) mean that at least one of these multiple elements is contained in the composition. In addition, in the formulas representing the composition of phosphors, the part before the colon (:) represents the host crystal, and the part after the colon (:) represents the activator element. In this specification, the relationship between color names and chromaticity coordinates, the relationship between the wavelength range of light and the color name of monochromatic light, etc., follow JIS Z8110. The half-width of a phosphor refers to the wavelength width (full width at half maximum; FWHM) of the emission spectrum of the phosphor where the emission intensity is 50% of the maximum emission intensity. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the embodiments shown below are examples of wavelength conversion members and their manufacturing methods, light-emitting devices, and projectors for embodying the technical ideas of the present invention, and the present invention is not limited to the wavelength conversion members and their manufacturing methods, light-emitting devices, and projectors shown below.
波長変換部材
第一態様である波長変換部材は、基板と、基板上に配置され、結着材と蛍光体とを含む波長変換層と、を備える。波長変換層は、結着材に対する蛍光体の体積比が0.75以上1.45以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である。
A wavelength conversion member according to a first aspect of the present invention includes a substrate and a wavelength conversion layer disposed on the substrate, the wavelength conversion layer including a binder and a phosphor. The volume ratio of the phosphor to the binder in the wavelength conversion layer is 0.75 to 1.45, and the average thickness is 55 μm to 146 μm.
光源と波長変換部材と、例えばレンズや反射鏡を含む光学系とから構成される発光装置の発光効率は、波長変換部材における蛍光効率と、光学系における収光効率との積であるトータル効率で評価される。すなわち、発光装置のトータル効率とは、発光装置全体としての発光効率を意味する。蛍光効率は、波長変換部材の波長変換効率に相当し、光源からの入射光の強度に対する波長変換層からの射出光の強度の比として評価される。また、収光効率は、波長変換部材からの射出光が光学系に取り込まれる効率に相当し、波長変換層からの射出光の強度に対する光学系からの光出力の強度の比として評価される。 The luminous efficiency of a light emitting device consisting of a light source, a wavelength conversion member, and an optical system including, for example, a lens and a reflector, is evaluated by the total efficiency, which is the product of the fluorescent efficiency in the wavelength conversion member and the light collection efficiency in the optical system. In other words, the total efficiency of a light emitting device means the luminous efficiency of the light emitting device as a whole. The fluorescent efficiency corresponds to the wavelength conversion efficiency of the wavelength conversion member, and is evaluated as the ratio of the intensity of the light emitted from the wavelength conversion layer to the intensity of the light incident from the light source. The light collection efficiency corresponds to the efficiency with which the light emitted from the wavelength conversion member is taken into the optical system, and is evaluated as the ratio of the intensity of the light output from the optical system to the intensity of the light emitted from the wavelength conversion layer.
波長変換層に含まれる結着材に対する蛍光体の体積比が0.75以上1.45以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である波長変換層が基板上に配置されて構成される波長変換部材は、光源と組み合わせて発光装置を構成する場合に、より高い蛍光効率を達成することができる。これは例えば、以下のように考えることができる。波長変換層に含まれる蛍光体の体積比率が高いため、波長変換層における蛍光効率が高く、また波長変換層から取り出される光の広がりが抑制されて収光効率が高く、発光装置としてのトータル効率が向上する。さらに、波長変換層の厚みが所定の範囲であることで、光の広がりが抑制され収光効率が高くなり、波長変換層の放熱性が向上し、表面温度の上昇が抑制されることで蛍光効率が高くなる。このように蛍光効率及び収光効率が高くなることにより、発光装置のトータル効率が向上すると考えられる。 A wavelength conversion member in which a wavelength conversion layer having a volume ratio of phosphor to binder contained in the wavelength conversion layer of 0.75 to 1.45 and an average thickness of 55 μm to 146 μm is disposed on a substrate can achieve higher fluorescence efficiency when combined with a light source to form a light emitting device. This can be considered, for example, as follows. Since the volume ratio of phosphor contained in the wavelength conversion layer is high, the fluorescence efficiency in the wavelength conversion layer is high, and the spread of light extracted from the wavelength conversion layer is suppressed, resulting in high light collection efficiency, and improving the total efficiency of the light emitting device. Furthermore, since the thickness of the wavelength conversion layer is within a specified range, the spread of light is suppressed and the light collection efficiency is high, the heat dissipation of the wavelength conversion layer is improved, and the rise in surface temperature is suppressed, resulting in high fluorescence efficiency. It is believed that the high fluorescence efficiency and light collection efficiency in this way improve the total efficiency of the light emitting device.
第二態様である波長変換部材は、基板と、基板上に配置され、結着材と蛍光体とを含む波長変換層と、を備える。波長変換層は、波長変換層の基板への配置面に直交する断面において、蛍光体の粒子断面積の総和の比率が、波長変換層の断面積に対して、56%以上70%以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である。 The wavelength conversion member of the second embodiment comprises a substrate and a wavelength conversion layer disposed on the substrate and containing a binder and a phosphor. In the cross section of the wavelength conversion layer perpendicular to the surface on which the wavelength conversion layer is disposed on the substrate, the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the phosphor particles to the cross-sectional area of the wavelength conversion layer is 56% or more and 70% or less, and the average thickness is 55 μm or more and 146 μm or less.
波長変換層の断面において、蛍光体の粒子断面積の総和の比率が、波長変換層の断面積に対して、56%以上70%以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である波長変換層が基板上に配置されて構成される波長変換部材は、光源と組み合わせて発光装置を構成する場合に、より高い蛍光効率を達成することができる。これは例えば、以下のように考えることができる。波長変換層に含まれる蛍光体の体積比率が高いため、波長変換層における蛍光効率が高く、また波長変換層から取り出される光の広がりが抑制されて収光効率が高く、発光装置としてのトータル効率が向上する。さらに、波長変換層の厚みが所定の範囲であることで、光の広がりが抑制され収光効率が高くなり、波長変換層の放熱性が向上し、表面温度の上昇が抑制されることで蛍光効率が高くなる。このように蛍光効率及び収光効率が高くなることにより、発光装置のトータル効率が向上すると考えられる。 A wavelength conversion member in which a wavelength conversion layer having an average thickness of 55 μm or more and 146 μm or less and a ratio of the total particle cross-sectional area of the phosphor to the cross-sectional area of the wavelength conversion layer in the cross section of the wavelength conversion layer is arranged on a substrate can achieve higher fluorescence efficiency when combined with a light source to form a light emitting device. This can be considered, for example, as follows. Since the volume ratio of the phosphor contained in the wavelength conversion layer is high, the fluorescence efficiency in the wavelength conversion layer is high, and the spread of the light extracted from the wavelength conversion layer is suppressed, resulting in high light collection efficiency, and the total efficiency of the light emitting device is improved. Furthermore, since the thickness of the wavelength conversion layer is within a predetermined range, the spread of light is suppressed and the light collection efficiency is high, the heat dissipation of the wavelength conversion layer is improved, and the rise in surface temperature is suppressed, resulting in high fluorescence efficiency. It is believed that the total efficiency of the light emitting device is improved by increasing the fluorescence efficiency and light collection efficiency in this way.
ここで図面を用いて、蛍光効率及び収光効率の評価方法について説明する。図1は発光装置の一例を示す概略構成図である。発光装置200は、光源210と、光源210からの光を波長変換部材250に集光するレンズ222と、波長変換部材250からの出力光を反射して、出力光の方向をレンズ系230に向けるダイクロイックミラー224と、を備える。波長変換部材250は、円板状の基板252と、蛍光体と結着材を含む波長変換層254と、を備える。波長変換層254は、例えば基板252の円周に沿った円環状に配置される。発光装置200の蛍光効率は、位置Aにおいてパワーメーターで測定される励起出力で、位置Bにおいてパワーメーターで測定される蛍光出力を除することで算出される。また、収光効率は、位置Bにおいてパワーメーターで測定される蛍光出力で、位置Cにおいてパワーメーターで測定される射出出力を除することで算出される。そして発光装置200のトータル効率は、蛍光効率と収光効率との積として算出され、射出出力を励起出力で除した値に対応する。なお、蛍光効率の評価においては、波長変換層254の表面温度を赤外線サーモグラフィで測定することで、表面温度の上昇が抑制されていることを確認してもよい。 Here, the evaluation method of the fluorescence efficiency and the light collection efficiency will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a light emitting device. The light emitting device 200 includes a light source 210, a lens 222 that focuses the light from the light source 210 on a wavelength conversion member 250, and a dichroic mirror 224 that reflects the output light from the wavelength conversion member 250 and directs the direction of the output light toward the lens system 230. The wavelength conversion member 250 includes a disk-shaped substrate 252 and a wavelength conversion layer 254 containing a phosphor and a binder. The wavelength conversion layer 254 is arranged, for example, in an annular shape along the circumference of the substrate 252. The fluorescence efficiency of the light emitting device 200 is calculated by dividing the fluorescence output measured by the power meter at position B by the excitation output measured by the power meter at position A. The light collection efficiency is calculated by dividing the emission output measured by the power meter at position C by the fluorescence output measured by the power meter at position B. The total efficiency of the light emitting device 200 is calculated as the product of the fluorescence efficiency and the light collection efficiency, and corresponds to the value obtained by dividing the emission power by the excitation power. In addition, in evaluating the fluorescence efficiency, the surface temperature of the wavelength conversion layer 254 may be measured by infrared thermography to confirm that the rise in surface temperature is suppressed.
波長変換部材は、基板と基板上に配置される波長変換層とを備える。ここで波長変換部材の構成の一例について図面を参照して説明する。図3(a)は波長変換部材の構成の一例を示す概略断面図であり、図3(b)は波長変換部材の構成の一例を示す概略斜視図であり、図3(c)は波長変換部材の構成の一例を示す概略平面図である。波長変換部材10は、基板12上に蛍光体層14が形成されている。図3では、基板12は円板状の形状を有している。蛍光体層14は基板12の円周に沿って円環状に配置されている。波長変換部材10は、光源から照射された励起光を吸収して、励起光とは波長の異なる変換光を発生させて、変換光を放射する。波長変換部材10は、例えば、光源からの青色光を吸収し、蛍光体層14で変換された青色光とは波長の異なる変換光を放射するとともに、青色光を反射させて、変換光と青色光の混色光を放射してもよく、変換光のみを放射してもよい。波長変換部材は光源からの励起光を様々な色の光に変換できる。 The wavelength conversion member includes a substrate and a wavelength conversion layer disposed on the substrate. An example of the configuration of the wavelength conversion member will now be described with reference to the drawings. FIG. 3(a) is a schematic cross-sectional view showing an example of the configuration of the wavelength conversion member, FIG. 3(b) is a schematic perspective view showing an example of the configuration of the wavelength conversion member, and FIG. 3(c) is a schematic plan view showing an example of the configuration of the wavelength conversion member. The wavelength conversion member 10 has a phosphor layer 14 formed on a substrate 12. In FIG. 3, the substrate 12 has a disk-like shape. The phosphor layer 14 is arranged in an annular shape along the circumference of the substrate 12. The wavelength conversion member 10 absorbs excitation light irradiated from a light source, generates converted light having a different wavelength from the excitation light, and emits the converted light. The wavelength conversion member 10 may, for example, absorb blue light from a light source, emit converted light having a different wavelength from the blue light converted by the phosphor layer 14, and reflect the blue light to emit a mixed color light of the converted light and the blue light, or may emit only the converted light. Wavelength conversion materials can convert the excitation light from a light source into light of various colors.
波長変換部材を構成する基板は、円板状に限られず、例えば多角形板状等の形状を有していてもよい。基板の厚みは、例えば0.1mm以上1mm以下であってよく、好ましくは0.4mm以上、又は0.6mm以下であってよい。 The substrate constituting the wavelength conversion member is not limited to a disk shape, and may have a shape such as a polygonal plate. The thickness of the substrate may be, for example, 0.1 mm or more and 1 mm or less, and preferably 0.4 mm or more or 0.6 mm or less.
基板は、例えばアルミニウム、鉄、銅、銀、ニッケル、ステンレス等の金属材料を含む金属部材であってよい。基板が金属材料を含む金属部材であることで、波長変換部材に入射する光を波長変換層で波長変換して、入射する面と同じ側に反射することができる。更に、蛍光体からの放熱性がより良好になるので、波長変換部材の蛍光効率を高くすることができる。 The substrate may be a metal member containing a metal material such as aluminum, iron, copper, silver, nickel, or stainless steel. When the substrate is a metal member containing a metal material, the light incident on the wavelength conversion member can be wavelength converted by the wavelength conversion layer and reflected to the same side as the incident surface. Furthermore, the heat dissipation from the phosphor is improved, so the fluorescent efficiency of the wavelength conversion member can be increased.
また、基板は、例えばガラス、酸化アルミニウム等の透光性材料を含む透光性部材であってもよい。基板が透光性部材であることで、波長変換部材に入射する光を波長変換層で波長変換して、入射する面とは反対側に射出することができる。透光性部材の波長変換層が形成された主面又はそれと対向する他の主面の少なくとも一方を、例えばエッチングやレーザー加工等により予め粗面化してもよい。これにより、波長変換部材の発光面での発光むらを抑制することができる。 The substrate may be a light-transmitting member that contains a light-transmitting material such as glass or aluminum oxide. By using a light-transmitting member as the substrate, the light incident on the wavelength conversion member can be wavelength-converted by the wavelength conversion layer and emitted to the opposite side of the incident surface. At least one of the main surface of the light-transmitting member on which the wavelength conversion layer is formed or the other main surface facing the main surface may be roughened in advance, for example, by etching or laser processing. This can suppress uneven light emission on the light-emitting surface of the wavelength conversion member.
基板はその表面の少なくとも一部が反射面となっていてよい。反射面は、少なくとも波長変換層が配置される領域に形成されていてよい。反射面は、例えば銀及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含む材料から形成されていてよい。基板の反射面は、基板の材質自体から形成されていてもよい。すなわち、基板自体が、例えば、銀及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含む材料から形成されており、その表面の少なくとも一部が反射面となっていてよい。あるいは、基板上に配置された反射層の表面によって反射面が形成されていてもよい。反射層を形成する材料としては、例えば銀、アルミニウム、それらから選択された少なくとも1種を含む合金、酸化チタン等の金属酸化物を含む樹脂等が挙げられる。反射面の正反射率は、例えば80%以上であってよく、好ましくは85%以上、又は90%以上であってよい。正反射率の上限は、例えば100%以下であってよい。反射面の正反射率が、80%以上であることで、より光の取り出し量を増やすことができる傾向がある。なお、基板の反射面の正反射率は波長450nmの光を用いて測定される。 At least a part of the surface of the substrate may be a reflective surface. The reflective surface may be formed at least in the region where the wavelength conversion layer is disposed. The reflective surface may be formed from a material containing at least one selected from the group consisting of silver and aluminum. The reflective surface of the substrate may be formed from the material of the substrate itself. That is, the substrate itself may be formed from a material containing at least one selected from the group consisting of silver and aluminum, and at least a part of the surface may be a reflective surface. Alternatively, the reflective surface may be formed by the surface of a reflective layer disposed on the substrate. Examples of materials for forming the reflective layer include silver, aluminum, alloys containing at least one selected from the group consisting of silver and aluminum, and resins containing metal oxides such as titanium oxide. The regular reflectance of the reflective surface may be, for example, 80% or more, and preferably 85% or more, or 90% or more. The upper limit of the regular reflectance may be, for example, 100% or less. When the regular reflectance of the reflective surface is 80% or more, there is a tendency that the amount of light extracted can be increased. The regular reflectance of the reflective surface of the substrate is measured using light with a wavelength of 450 nm.
基板上に配置される波長変換層は、結着材と蛍光体とを含んでいてよい。波長変換層を構成する結着材は、有機結着材であってもよいし、無機結着材であってもよい。有機結着材は、樹脂の硬化物を含んでいてよく、好ましくは透光性樹脂の硬化物を含んでいてよい。樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。樹脂がシリコーン樹脂を含むことで、より耐熱性、耐光性等に優れる傾向がある。シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂は、フェニルシリコーン樹脂、変性フェニルシリコーン樹脂、ジアルキルシリコーン樹脂及び変性ジアルキルシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。無機結着材としては、例えばガラス、セラミックス、酸化アルミニウム等が挙げられる。 The wavelength conversion layer disposed on the substrate may include a binder and a phosphor. The binder constituting the wavelength conversion layer may be an organic binder or an inorganic binder. The organic binder may include a cured resin, preferably a cured translucent resin. Examples of the resin include thermosetting resins such as epoxy resin, silicone resin, epoxy-modified silicone resin, and modified silicone resin. When the resin includes a silicone resin, the resin tends to have better heat resistance, light resistance, and the like. The silicone resin or modified silicone resin may include at least one selected from the group consisting of phenyl silicone resin, modified phenyl silicone resin, dialkyl silicone resin, and modified dialkyl silicone resin. Examples of the inorganic binder include glass, ceramics, and aluminum oxide.
波長変換層における結着材の含有量は、例えば波長変換層の総質量に対して10質量%以上25質量%以下であってよく、好ましくは12質量%以上、又は14質量%以上であってよく、また好ましくは25質量%未満、23質量%以下、又は20質量%以下であってよい。 The content of the binder in the wavelength conversion layer may be, for example, 10% by mass or more and 25% by mass or less, preferably 12% by mass or more or 14% by mass or more, and preferably less than 25% by mass, 23% by mass or less, or 20% by mass or less, relative to the total mass of the wavelength conversion layer.
波長変換層を構成する蛍光体は、例えば希土類アルミン酸塩蛍光体の少なくとも1種を含んでいてよい。希土類アルミン酸塩蛍光体は、例えばイットリウム、ランタン、ルテチウム、ガドリニウム及びテルビウムからなる群から選択される少なくとも1種の第1元素と、アルミニウム、ガリウム及びスカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種を含み、少なくともアルミニウムを含む第2元素と、セリウムと、を含む組成を有していてよい。希土類アルミン酸塩蛍光体の組成は、例えば第2元素の総モル数を5モルとした場合に、第1元素のモル含有比が、例えば2.5以上3.5以下であってよく、好ましくは2.8以上3.2以下であってよい。また、第2元素の総モル数を5モルとした場合の酸素原子のモル含有比は、例えば10以上14以下であってよく、好ましくは11以上13以下であってよい。また、第2元素の総モル数に対するアルミニウムのモル含有比は、例えば0を超えて1以下であってよく、好ましくは0.4以上1.0以下であってよい。希土類アルミン酸塩蛍光体の組成における第2元素は、その一部がケイ素及びゲルマニウムからなる群から選択される少なくとも1種に置換されていてもよい。希土類アルミン酸塩蛍光体は、例えば下記式(1)で表される理論組成を有していてよい。 The phosphor constituting the wavelength conversion layer may include, for example, at least one type of rare earth aluminate phosphor. The rare earth aluminate phosphor may have a composition including at least one first element selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, lutetium, gadolinium, and terbium, at least one second element selected from the group consisting of aluminum, gallium, and scandium, and including at least aluminum, and cerium. The composition of the rare earth aluminate phosphor may have a molar content ratio of the first element, for example, when the total number of moles of the second element is 5 moles, of 2.5 or more and 3.5 or less, and preferably 2.8 or more and 3.2 or less. In addition, when the total number of moles of the second element is 5 moles, the molar content ratio of oxygen atoms may be, for example, 10 or more and 14 or less, and preferably 11 or more and 13 or less. In addition, the molar content ratio of aluminum to the total number of moles of the second element may be, for example, more than 0 and 1 or less, and preferably 0.4 or more and 1.0 or less. The second element in the composition of the rare earth aluminate phosphor may be partially substituted with at least one element selected from the group consisting of silicon and germanium. The rare earth aluminate phosphor may have a theoretical composition represented by, for example, the following formula (1).
(Y,Lu,Gd)3(Ga,Al)5O12:Ce (1) (Y, Lu, Gd) 3 (Ga, Al) 5 O 12 :Ce (1)
希土類アルミン酸塩蛍光体は、式(1)で表される理論組成と同等の発光特性が得られる限り、理論組成とは異なる組成であってもよい。例えば希土類アルミン酸塩蛍光体は、下記式(1a)で表される組成を有していてもよい。 The rare earth aluminate phosphor may have a composition different from the theoretical composition as long as it has luminescence characteristics equivalent to those of the theoretical composition represented by formula (1). For example, the rare earth aluminate phosphor may have a composition represented by the following formula (1a).
(Y,Lu,Gd)i(Ga,Al)5Oj:Ce (1a) (Y, Lu, Gd) i (Ga, Al) 5 O j :Ce (1a)
式(1a)中、i及びjは、2.5≦i≦3.5、及び10≦j≦14を満たしていてよく、好ましくは2.8≦i≦3.2、及び11≦j≦13を満たしていてよい。 In formula (1a), i and j may satisfy 2.5≦i≦3.5 and 10≦j≦14, and preferably satisfy 2.8≦i≦3.2 and 11≦j≦13.
希土類アルミン酸塩蛍光体の発光ピーク波長は、例えば450nm以上580nm以下であってよく、好ましくは490nm以上、500nm以上、520nm以上、又は550nm以上であってよい。発光ピーク波長の上限は、好ましくは575nm以下、570nm以下、又は560nm以下であってよい。また、半値幅は、例えば80nm以上150nm以下であってよく、好ましくは90nm以上、100nm以上、又は110nm以上であってよく、好ましくは140nm以下、130nm以下、又は125nm以下であってよい。 The emission peak wavelength of the rare earth aluminate phosphor may be, for example, 450 nm or more and 580 nm or less, and preferably 490 nm or more, 500 nm or more, 520 nm or more, or 550 nm or more. The upper limit of the emission peak wavelength may be preferably 575 nm or less, 570 nm or less, or 560 nm or less. The half-width may be, for example, 80 nm or more and 150 nm or less, and preferably 90 nm or more, 100 nm or more, or 110 nm or more, and preferably 140 nm or less, 130 nm or less, or 125 nm or less.
蛍光体の中心粒径は、例えば15μm以上40μm以下であってよく、好ましくは17μm以上、20μm以上、22μm以上、又は24μm以上であってよく、また好ましくは35μm以下、33μm以下、又は31μm以下であってよい。蛍光体の中心粒径が前記範囲内であることで、より蛍光効率が高い波長変換部材を得られ傾向がある。なお、蛍光体の中心粒径は、体積平均粒径(メジアン径)を意味し、体積累積粒度分布において、小径側からの体積累積頻度50%に対応する粒径である。体積平均粒径は、例えばレーザー回折式粒度分布測定装置を用いて測定される。 The central particle size of the phosphor may be, for example, 15 μm or more and 40 μm or less, preferably 17 μm or more, 20 μm or more, 22 μm or more, or 24 μm or more, and preferably 35 μm or less, 33 μm or less, or 31 μm or less. When the central particle size of the phosphor is within the above range, a wavelength conversion member with higher fluorescence efficiency tends to be obtained. The central particle size of the phosphor means the volume average particle size (median diameter), and is the particle size corresponding to 50% of the volume cumulative frequency from the small diameter side in the volume cumulative particle size distribution. The volume average particle size is measured, for example, using a laser diffraction type particle size distribution measuring device.
蛍光体の粒度分布は、例えば、輝度の向上の観点から、単一ピークの粒度分布を示してよく、好ましくは分布幅の狭い単一ピークの粒度分布を示してよい。具体的には、体積基準の粒径分布において、小径側からの体積累積10%に対応する粒径をD10、体積累積90%に対応する粒径をD90とすると、D10に対するD90の比(D90/D10)が、例えば3.0以下であってよい。 The particle size distribution of the phosphor may be, for example, from the viewpoint of improving brightness, a single-peak particle size distribution, preferably a single-peak particle size distribution with a narrow distribution width. Specifically, in the volume-based particle size distribution, assuming that the particle size corresponding to 10% of the cumulative volume from the small diameter side is D10 and the particle size corresponding to 90% of the cumulative volume is D90 , the ratio of D90 to D10 ( D90 / D10 ) may be, for example, 3.0 or less.
蛍光体の密度は、例えば4g/cm3以上7g/cm3以下であってよく、好ましくは4.5g/cm3以上であってよく、また好ましくは6.9g/cm3以下、6g/cm3以下、又は5g/cm3以下であってよい。 The density of the phosphor may be, for example, 4 g/cm3 or more and 7 g/cm3 or less, preferably 4.5 g/cm3 or more, and preferably 6.9 g/cm3 or less , 6 g/cm3 or less , or 5 g/cm3 or less .
波長変換層は、蛍光体及び結着材に加えてその他の成分を更に含んでいてもよい。その他の成分としては、例えばシリカ、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム等のフィラー、光安定化剤、着色剤等を挙げることができる。波長変換部材がその他の成分を含む場合、その含有量は目的等に応じて適宜選択することができる。例えば、その他の成分として、フィラーを含む場合、その含有量は結着材100質量部に対して、0.01質量部以上20質量部以下とすることができる。 The wavelength conversion layer may further contain other components in addition to the phosphor and binder. Examples of other components include fillers such as silica, barium titanate, titanium oxide, and aluminum oxide, light stabilizers, and colorants. When the wavelength conversion member contains other components, the content thereof can be appropriately selected depending on the purpose, etc. For example, when the other component contains a filler, the content thereof can be 0.01 parts by mass or more and 20 parts by mass or less per 100 parts by mass of the binder.
波長変換層に含まれる結着材に対する蛍光体の質量比は、例えば3.15以上6.05以下であってよく、好ましくは3.5以上、3.8以上、又は4以上であってよく、また好ましくは6以下であってよい。 The mass ratio of phosphor to binder contained in the wavelength conversion layer may be, for example, 3.15 or more and 6.05 or less, preferably 3.5 or more, 3.8 or more, or 4 or more, and preferably 6 or less.
波長変換層に含まれる結着材に対する蛍光体の体積比は、例えば0.75以上1.45以下であってよく、好ましくは0.8以上、0.84以上、0.88以上、0.94以上、又は0.96以上であってよく、また好ましくは1.44以下、1.43以下、1.2以下、又は1.0以下であってよい。結着材に対する蛍光体の体積比が前記範囲内であると、発光装置におけるトータル効率がより向上する傾向がある。ここで波長変換層に含まれる結着材に対する蛍光体の体積比は、波長変換層の任意の断面において、蛍光体の占有面積を樹脂の占有面積で除することで算出される。ここで樹脂の占有面積は、例えば波長変換層の面積から蛍光体の占有面積を差し引くことで算出される。また、波長変換層の任意の断面は、波長変換層が配置される基板と交差する断面であってよい。 The volume ratio of the phosphor to the binder contained in the wavelength conversion layer may be, for example, 0.75 or more and 1.45 or less, preferably 0.8 or more, 0.84 or more, 0.88 or more, 0.94 or more, or 0.96 or more, and preferably 1.44 or less, 1.43 or less, 1.2 or less, or 1.0 or less. When the volume ratio of the phosphor to the binder is within the above range, the total efficiency of the light emitting device tends to be further improved. Here, the volume ratio of the phosphor to the binder contained in the wavelength conversion layer is calculated by dividing the area occupied by the phosphor by the area occupied by the resin in any cross section of the wavelength conversion layer. Here, the area occupied by the resin is calculated, for example, by subtracting the area occupied by the phosphor from the area of the wavelength conversion layer. In addition, any cross section of the wavelength conversion layer may be a cross section that intersects with the substrate on which the wavelength conversion layer is disposed.
また、波長変換層に含まれる結着材に対する蛍光体の体積比は、波長変換層を形成する蛍光体組成物に含まれる結着材の体積に対する蛍光体の体積の比として近似的に算出されてもよい。ここで、結着材の体積は、蛍光体組成物に含まれる結着材の質量を結着材の密度で除することで算出される。また蛍光体の体積は、蛍光体組成物に含まれる蛍光体の質量を蛍光体の密度で除することで算出される。 The volume ratio of the phosphor to the binder contained in the wavelength conversion layer may be approximately calculated as the ratio of the volume of the phosphor to the volume of the binder contained in the phosphor composition forming the wavelength conversion layer. Here, the volume of the binder is calculated by dividing the mass of the binder contained in the phosphor composition by the density of the binder. Also, the volume of the phosphor is calculated by dividing the mass of the phosphor contained in the phosphor composition by the density of the phosphor.
波長変換層の基板への配置面に直交する断面において、波長変換層の断面積に対する蛍光体の粒子断面積の総和の比率(以下、「断面比率」ともいう。)は、例えば56%以上70%以下であってよい。断面比率は、好ましくは58%以上、60%以上、61%以上、又は62%以上であってよい。また断面比率は68%以下、66%以下、65%以下、又は64%以下であってもよい。断面比率が前記範囲であると出力光の発光強度がより向上する傾向がある。ここで蛍光体の粒子断面積の総和は、波長変換層の断面において観察される個々の蛍光体粒子の断面積の総和である。 In a cross section perpendicular to the surface on which the wavelength conversion layer is placed on the substrate, the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the phosphor particles to the cross-sectional area of the wavelength conversion layer (hereinafter also referred to as the "cross-sectional ratio") may be, for example, 56% or more and 70% or less. The cross-sectional ratio may preferably be 58% or more, 60% or more, 61% or more, or 62% or more. The cross-sectional ratio may also be 68% or less, 66% or less, 65% or less, or 64% or less. When the cross-sectional ratio is within the above range, the luminous intensity of the output light tends to be further improved. Here, the sum of the cross-sectional areas of the phosphor particles is the sum of the cross-sectional areas of the individual phosphor particles observed in the cross section of the wavelength conversion layer.
断面比率は、例えば以下のようにして算出される。基板の波長変換層が配置される主面に直交する波長変換層の断面において、所定の横幅(例えば、640μm)を有する領域を任意に選択する。波長変換層の縦幅については、波長変換層の厚み方向に直交する2本の平行線を用いて、平行線のそれぞれの直線が波長変換層の上面と下面に一致するように目視で調整し、2本の直線間の距離として波長変換層の縦幅が測定される。波長変換層の所定の横幅に波長変換層の縦幅を乗じることで、測定対象となる波長変換層の断面積が算出される。 The cross-sectional ratio is calculated, for example, as follows. In the cross section of the wavelength conversion layer perpendicular to the main surface of the substrate on which the wavelength conversion layer is disposed, a region having a predetermined horizontal width (for example, 640 μm) is arbitrarily selected. The vertical width of the wavelength conversion layer is measured by visually adjusting two parallel lines perpendicular to the thickness direction of the wavelength conversion layer so that each of the parallel lines coincides with the upper and lower surfaces of the wavelength conversion layer, and the vertical width of the wavelength conversion layer is measured as the distance between the two lines. The cross-sectional area of the wavelength conversion layer to be measured is calculated by multiplying the predetermined horizontal width of the wavelength conversion layer by the vertical width of the wavelength conversion layer.
蛍光体の粒子断面積の総和は、測定対象となる波長変換層の断面において観察される各蛍光体粒子の断面積の総和として算出される。波長変換層の断面における各蛍光体粒子の断面積は、測定対象となる波長変換層の断面を走査顕微鏡(SEM)で観察して得られる反射電子像において、蛍光体粒子として識別される粒子の断面積として測定される。算出される蛍光体の粒子断面積の総和を波長変換層の断面積で除することで断面比率が算出される。 The sum of the phosphor particle cross-sectional areas is calculated as the sum of the cross-sectional areas of each phosphor particle observed in the cross section of the wavelength conversion layer to be measured. The cross-sectional area of each phosphor particle in the cross section of the wavelength conversion layer is measured as the cross-sectional area of a particle identified as a phosphor particle in a reflected electron image obtained by observing the cross section of the wavelength conversion layer to be measured with a scanning electron microscope (SEM). The cross-sectional ratio is calculated by dividing the calculated sum of the phosphor particle cross-sectional areas by the cross-sectional area of the wavelength conversion layer.
波長変換層の平均厚みは、例えば55μm以上146μm以下であってよく、好ましくは60μm以上、又は75μm以上であってよく、また好ましくは145μm以下、140μm以下、又は120μm以下であってよい。波長変換層の平均厚みが前記範囲内であると、発光装置におけるトータル効率がより向上する傾向がある。波長変換層の厚みは、波長変換層と基板の合計厚みの算術平均値から、基板の厚みの算術平均値を差し引いて算出される。波長変換層と基板の合計厚みの算術平均値及び基板の厚みの算術平均値は、それぞれ任意の6箇所における測定値から算出される。波長変換層と基板の合計厚み及び基板の厚みは、例えば接触式厚み測定機によって測定される。 The average thickness of the wavelength conversion layer may be, for example, 55 μm or more and 146 μm or less, preferably 60 μm or more or 75 μm or more, and preferably 145 μm or less, 140 μm or less, or 120 μm or less. When the average thickness of the wavelength conversion layer is within the above range, the total efficiency of the light emitting device tends to be improved. The thickness of the wavelength conversion layer is calculated by subtracting the arithmetic mean value of the thickness of the substrate from the arithmetic mean value of the total thickness of the wavelength conversion layer and the substrate. The arithmetic mean value of the total thickness of the wavelength conversion layer and the substrate and the arithmetic mean value of the thickness of the substrate are each calculated from measurements at any six points. The total thickness of the wavelength conversion layer and the substrate and the thickness of the substrate are measured, for example, by a contact thickness gauge.
波長変換層は、略均一な厚みを有していてよい。波長変換層の厚みの変動係数は、例えば0.4以下であってよく、好ましくは0.3以下であってよい。波長変換層の厚みの変動係数の下限値は、例えば0.09以上であってよい。波長変換層の厚みの変動係数は、波長変換層の厚みの標準偏差を波長変換層の平均厚みで除して算出される。 The wavelength conversion layer may have a substantially uniform thickness. The coefficient of variation of the thickness of the wavelength conversion layer may be, for example, 0.4 or less, and preferably 0.3 or less. The lower limit of the coefficient of variation of the thickness of the wavelength conversion layer may be, for example, 0.09 or more. The coefficient of variation of the thickness of the wavelength conversion layer is calculated by dividing the standard deviation of the thickness of the wavelength conversion layer by the average thickness of the wavelength conversion layer.
一態様において、波長変換部材は、反射面を有する円板状の基板と、基板の反射面上に基板の円周に沿って円環状に配置される波長変換層とを備えていてよい。 In one embodiment, the wavelength conversion member may include a disk-shaped substrate having a reflective surface, and a wavelength conversion layer disposed in an annular shape on the reflective surface of the substrate along the circumference of the substrate.
波長変換部材の製造方法
波長変換部材の製造方法は、結着材と溶剤と蛍光体とを含む蛍光体組成物を基板上に付与する付与工程と、基板上に付与した蛍光体組成物を熱処理して波長変換層を形成する熱処理工程と、を含んでいてよい。蛍光体組成物を構成する溶剤は、沸点が200℃以上300℃以下であってよい。また蛍光体組成物は、結着材に対する溶剤の質量比が0.01以上0.4以下であり、結着材に対する蛍光体の質量比が3.15以上6.05以下であってよい。
2. Method for manufacturing wavelength conversion member The method for manufacturing a wavelength conversion member may include a step of applying a phosphor composition containing a binder, a solvent, and a phosphor onto a substrate, and a step of heat-treating the phosphor composition applied onto the substrate to form a wavelength conversion layer. The solvent constituting the phosphor composition may have a boiling point of 200° C. or more and 300° C. or less. The phosphor composition may have a mass ratio of the solvent to the binder of 0.01 or more and 0.4 or less, and a mass ratio of the phosphor to the binder of 3.15 or more and 6.05 or less.
波長変換層を形成する蛍光体組成物が、特定の沸点を示す溶剤を特定の含有量で含むことで、蛍光体の含有量が多い場合であっても、所望の平均厚みを有する波長変換層を生産性よく効率的に形成することができる。形成される波長変換層は、蛍光体の含有量が多く、所定の平均厚みを有していることで、波長変換部材を用いて構成される発光装置において良好なトータル効率を達成することができる。 By containing a specific content of a solvent exhibiting a specific boiling point in the phosphor composition forming the wavelength conversion layer, a wavelength conversion layer having a desired average thickness can be efficiently formed with good productivity, even when the phosphor content is high. The wavelength conversion layer formed has a high phosphor content and a predetermined average thickness, and therefore a light emitting device constructed using the wavelength conversion material can achieve good total efficiency.
蛍光体組成物は、結着材と溶剤と蛍光体とを少なくとも含む。蛍光体組成物が含む結着材は、有機結着材であってもよいし、無機結着材であってもよい。有機結着材は、例えば樹脂を含んでいてよく、好ましくは透光性樹脂を含んでいてよい。樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ変性シリコーン樹脂、変性シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。樹脂がシリコーン樹脂を含むことで、より耐熱性、耐光性等に優れる傾向がある。シリコーン樹脂又は変性シリコーン樹脂は、フェニルシリコーン樹脂、変性フェニルシリコーン樹脂、ジアルキルシリコーン樹脂及び変性ジアルキルシリコーン樹脂からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。また、無機結着材としては、例えばガラス、セラミックス、酸化アルミニウム等が挙げられる。 The phosphor composition contains at least a binder, a solvent, and a phosphor. The binder contained in the phosphor composition may be an organic binder or an inorganic binder. The organic binder may contain, for example, a resin, preferably a translucent resin. Examples of the resin include thermosetting resins such as epoxy resin, silicone resin, epoxy-modified silicone resin, and modified silicone resin. When the resin contains a silicone resin, it tends to have better heat resistance, light resistance, and the like. The silicone resin or modified silicone resin may contain at least one selected from the group consisting of phenyl silicone resin, modified phenyl silicone resin, dialkyl silicone resin, and modified dialkyl silicone resin. Examples of the inorganic binder include glass, ceramics, and aluminum oxide.
蛍光体組成物が含む蛍光体は、例えば希土類アルミン酸塩蛍光体の少なくとも1種を含んでいてよい。希土類アルミン酸塩蛍光体の詳細については既述の通りである。蛍光体組成物における蛍光体の含有量は、結着材に対する質量比として、例えば3.15以上6.05以下であってよく、好ましくは3.5以上、又は4以上であってよく、また好ましくは6以下であってよい。蛍光体の含有量が前記範囲内であると、発光装置のトータル効率がより高くなる傾向がある。 The phosphor contained in the phosphor composition may include, for example, at least one type of rare earth aluminate phosphor. Details of the rare earth aluminate phosphor are as described above. The content of the phosphor in the phosphor composition may be, for example, 3.15 or more and 6.05 or less, preferably 3.5 or more, or 4 or more, and preferably 6 or less, as a mass ratio to the binder. When the content of the phosphor is within the above range, the total efficiency of the light emitting device tends to be higher.
蛍光体組成物が含む溶剤は、例えば沸点が200℃以上300℃以下であってよく、好ましくは210℃以上、又は230℃以上であってよく、また好ましくは280℃以下、260℃以下、又は250℃以下であってよい。溶剤の沸点が前記範囲内であることで、付与工程における作業性がより向上する傾向がある。溶剤は、結着材の溶解性の観点から、例えば脂肪族炭化水素系溶剤を含んでいてよく、炭素数が12から16の脂肪族炭化水素系溶剤からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。溶剤は、好ましくはドデカン(沸点216℃)、トリデカン(沸点234℃)、テトラデカン(沸点254℃)、ペンタデカン(沸点271℃)及びヘキサデカン(沸点287℃)からなる群から選択される少なくとも1種を含んでいてよい。 The solvent contained in the phosphor composition may have a boiling point of, for example, 200°C or more and 300°C or less, preferably 210°C or more or 230°C or more, and preferably 280°C or less, 260°C or less, or 250°C or less. When the boiling point of the solvent is within the above range, the workability in the application process tends to be improved. From the viewpoint of the solubility of the binder, the solvent may contain, for example, an aliphatic hydrocarbon solvent, and may contain at least one selected from the group consisting of aliphatic hydrocarbon solvents having 12 to 16 carbon atoms. The solvent may preferably contain at least one selected from the group consisting of dodecane (boiling point 216°C), tridecane (boiling point 234°C), tetradecane (boiling point 254°C), pentadecane (boiling point 271°C), and hexadecane (boiling point 287°C).
蛍光体組成物における溶剤の含有量は、結着材に対する溶剤の質量比として、例えば0.01以上0.4以下であってよく、好ましくは0.02以上、0.04以上、又は0.05以上であってよく、また好ましくは0.38以下、0.35以下、0.3以下、0.2以下、又は0.1以下であってよい。また蛍光体組成物における溶剤の含有量は、結着材と蛍光体の総質量に対する溶剤の質量比として、例えば0.002以上0.06以下であってよく、好ましくは0.01以上、又は0.05以下であってよい。溶剤の含有量が前記範囲内であると、付与工程における作業性がより向上する傾向がある。 The content of the solvent in the phosphor composition, expressed as a mass ratio of the solvent to the binder, may be, for example, 0.01 to 0.4, preferably 0.02 to 0.04, or 0.05 or more, and preferably 0.38 to 0.35, 0.3 to 0.2, or 0.1 to 0.1. The content of the solvent in the phosphor composition, expressed as a mass ratio of the solvent to the total mass of the binder and the phosphor, may be, for example, 0.002 to 0.06, preferably 0.01 to 0.05. If the content of the solvent is within the above range, the workability in the application process tends to be improved.
蛍光体組成物は、例えば結着材と溶剤と蛍光体とを混合することで調製することができる。また蛍光体組成物は、結着材と溶剤との混合物と、蛍光体とを混合することで調製してもよい。混合方法は、通常用いられる混合方法から適宜選択することができる.混合方法としては、例えば真空脱泡混合機、撹拌装置等を用いる方法を挙げることができる。 The phosphor composition can be prepared, for example, by mixing a binder, a solvent, and a phosphor. The phosphor composition may also be prepared by mixing a mixture of a binder and a solvent with a phosphor. The mixing method can be appropriately selected from commonly used mixing methods. Examples of the mixing method include a method using a vacuum degassing mixer, a stirrer, etc.
付与工程では、蛍光体組成物を基板に付与する。蛍光体組成物が付与される基板の詳細については既述の通りである。蛍光体組成物は、好ましくは基板の反射面上に付与されてよい。蛍光体組成物の基板への付与方法としては、印刷法、塗布法、蛍光体組成物シートの接着等が挙げられる。蛍光体組成物の基板への付与方法は、好ましくは印刷法であってよい。 In the application step, the phosphor composition is applied to the substrate. Details of the substrate to which the phosphor composition is applied are as described above. The phosphor composition may be applied preferably onto the reflective surface of the substrate. Methods for applying the phosphor composition to the substrate include printing, coating, and adhesion of a phosphor composition sheet. The method for applying the phosphor composition to the substrate may preferably be a printing method.
印刷法による蛍光体組成物の付与は、例えば基板の所望の位置にスクリーン版を配置し、配置したスクリーン版上でスキージを移動させることで蛍光体組成物を透過させて、基板上に所定厚みの蛍光体組成物層を形成するスクリーン印刷で行うことができる。これにより、ほぼ均一な厚みで蛍光体組成物を基板上に付与することができる。また、スクリーンを構成する繊維の線径、線形、紗厚、開口率、メッシュ数等を適宜調整したスクリーン版を用いることで、形成される蛍光体組成物層の厚みを調整することができる。基板上に形成される蛍光体組成物層の厚みは、目的とする波長変換層の厚みに応じて適宜調整すればよい。また、蛍光体組成物の付与量は、形成される波長変換層が所望の厚みとなるような付与量であればよい。形成される波長変換層の平均厚みは、例えば55μm以上146μm以下であってよく、好ましくは60μm以上、又は75μm以上であってよく、また好ましくは145μm以下、140μm以下、又は120μm以下であってよい。 The application of the phosphor composition by the printing method can be performed by screen printing, for example, by placing a screen plate at a desired position on the substrate and moving a squeegee over the placed screen plate to transmit the phosphor composition and form a phosphor composition layer of a predetermined thickness on the substrate. This allows the phosphor composition to be applied to the substrate with a substantially uniform thickness. In addition, the thickness of the phosphor composition layer formed can be adjusted by using a screen plate in which the line diameter, linearity, gauze thickness, aperture ratio, mesh number, etc. of the fibers constituting the screen are appropriately adjusted. The thickness of the phosphor composition layer formed on the substrate may be appropriately adjusted according to the thickness of the intended wavelength conversion layer. In addition, the amount of the phosphor composition applied may be an amount that allows the wavelength conversion layer to be formed to have the desired thickness. The average thickness of the wavelength conversion layer formed may be, for example, 55 μm or more and 146 μm or less, preferably 60 μm or more or 75 μm or more, and preferably 145 μm or less, 140 μm or less, or 120 μm or less.
熱処理工程では、基板上に付与した蛍光体組成物を熱処理して波長変換層を形成する。熱処理工程は、蛍光体組成物に含まれる結着材を熱硬化させて波長変換層を形成することを含んでいてよい。熱処理工程における熱処理温度は、結着材の熱硬化特性に応じて適宜設定してもよい。また熱処理温度は、例えば蛍光体組成物に含まれる溶剤の沸点未満の温度であってよい。これにより溶剤の揮発に起因する空隙等の形成を抑制することができる。熱処理温度は、例えば50℃以上180℃以下であってよく、好ましくは100℃以上、又は150℃以下であってよい。熱処理時間は、例えば1時間以上10時間以下であってよく、好ましくは4時間以上、又は8時間以下であってよい。熱処理の雰囲気は、例えば大気雰囲気であってよい。 In the heat treatment step, the phosphor composition applied to the substrate is heat-treated to form a wavelength conversion layer. The heat treatment step may include thermally curing the binder contained in the phosphor composition to form the wavelength conversion layer. The heat treatment temperature in the heat treatment step may be set appropriately according to the thermosetting characteristics of the binder. The heat treatment temperature may be, for example, a temperature lower than the boiling point of the solvent contained in the phosphor composition. This makes it possible to suppress the formation of voids and the like due to the evaporation of the solvent. The heat treatment temperature may be, for example, 50°C or higher and 180°C or lower, and preferably 100°C or higher or 150°C or lower. The heat treatment time may be, for example, 1 hour or higher and 10 hours or lower, and preferably 4 hours or higher or 8 hours or lower. The heat treatment atmosphere may be, for example, an air atmosphere.
熱処理工程では、結着材の熱硬化に先立って、蛍光体組成物に含まれる溶剤の少なくとも一部を除去してもよい。溶剤の除去は、蛍光体組成物に対して、例えば加熱、減圧等を行うことで実施することができる。溶剤の除去を加熱で行う場合、その温度は、例えば50℃以上180℃以下であってよく、好ましくは100℃以上、又は150℃以下であってよい。溶剤の除去時間は、例えば1時間以上10時間以下であってよく、好ましくは4時間以上、又は8時間以下であってよい。 In the heat treatment step, at least a portion of the solvent contained in the phosphor composition may be removed prior to thermal curing of the binder. The solvent can be removed by, for example, heating or reducing pressure on the phosphor composition. When the solvent is removed by heating, the temperature may be, for example, 50°C or higher and 180°C or lower, and preferably 100°C or higher or 150°C or lower. The time required for removing the solvent may be, for example, 1 hour or higher and 10 hours or lower, and preferably 4 hours or higher or 8 hours or lower.
発光装置
発光装置は、第一態様の波長変換部材と、波長変換部材を回転させるモーターと、波長変換部材に光を照射する光源と、を備える。発光装置は、光源からの光と、光源からの光が照射された波長変換部材からの光の混色光を発するように構成される。発光装置が、特定の構成を有する波長変換部材を備えることで、良好なトータル効率を達成することができる。発光装置を構成する波長変換部材の詳細については記述の通りである。
Light-emitting device The light-emitting device comprises a wavelength conversion member of the first embodiment, a motor for rotating the wavelength conversion member, and a light source for irradiating the wavelength conversion member with light. The light-emitting device is configured to emit a mixed color light of light from the light source and light from the wavelength conversion member irradiated with light from the light source. By including a wavelength conversion member having a specific configuration, the light-emitting device can achieve good total efficiency. Details of the wavelength conversion member constituting the light-emitting device are as described above.
発光装置において、波長変換部材は、モーターの回転軸に固定され、モーターによって回転可能に配置される。波長変換部材に光を照射する光源としては、例えば、発光素子等を挙げることができる。発光素子は、半導体発光素子であってよく、発光ダイオードであっても、レーザーダイオードであってもよい。光源を構成する発光素子は1種単独でもよく、2種以上の組み合わせであってもよい。更に光源を構成する発光素子は、1個であっても、複数個であってもよい。 In the light emitting device, the wavelength conversion member is fixed to the rotating shaft of the motor and is arranged so as to be rotatable by the motor. Examples of the light source that irradiates the wavelength conversion member with light include a light emitting element. The light emitting element may be a semiconductor light emitting element, a light emitting diode, or a laser diode. The light source may be made up of one type of light emitting element alone or a combination of two or more types. Furthermore, the light emitting element that makes up the light source may be one or more than one.
光源は、例えば440nm以上470nm以下の波長範囲内に発光ピーク波長を有していてよい。光源の発光ピーク波長は、好ましくは450nm以上460nm以下の波長範囲内にあってよい。光源の半値幅は、例えば30nm以下であってよい。 The light source may have an emission peak wavelength within a wavelength range of, for example, 440 nm or more and 470 nm or less. The emission peak wavelength of the light source may preferably be within a wavelength range of, for example, 450 nm or more and 460 nm or less. The half-width of the light source may be, for example, 30 nm or less.
光源の出力は、例えば、波長変換部材に照射される光パワー密度として、0.5W/mm2以上であってよく、好ましくは5W/mm2以上、又は10W/mm2以上であってよい。発光素子の出力の上限は、例えば、1000W/mm2以下であってよく、好ましくは500W/mm2以下、又は150W/mm2以下であってよい。 The output of the light source may be, for example, 0.5 W/mm2 or more , preferably 5 W/mm2 or more , or 10 W/mm2 or more , as the optical power density irradiated to the wavelength conversion member. The upper limit of the output of the light emitting element may be, for example, 1000 W/ mm2 or less, preferably 500 W/mm2 or less , or 150 W/mm2 or less .
発光装置は、例えば後述するプロジェクターを構成することができる。良好なトータル効率を示す発光装置を用いることで、高出力のプロジェクターを構成することができる。発光装置は、プロジェクター用光源装置だけでなく、例えば、シーリングライト等の一般照明装置、スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明等の特殊照明装置、ヘッドランプ等の車両用照明装置、ヘッドアップディスプレイ等の投影装置、内視鏡用ライト、デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなどの撮像装置、パーソナルコンピュータ(PC)用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末(PDX)、スマートフォン、タブレットPC、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置等における光源に備えられる発光装置として用いることができる。 The light-emitting device can be used to form, for example, a projector, which will be described later. By using a light-emitting device that exhibits good total efficiency, a high-output projector can be formed. The light-emitting device can be used not only as a light source device for a projector, but also as a light-emitting device provided in a light source for, for example, general lighting devices such as ceiling lights, special lighting devices such as spotlights, stadium lighting, and studio lighting, vehicle lighting devices such as headlamps, projection devices such as head-up displays, endoscope lights, imaging devices such as digital cameras, mobile phones, and smartphones, monitors for personal computers (PCs), notebook personal computers, televisions, personal digital assistants (PDXs), smartphones, tablet PCs, liquid crystal display devices such as mobile phones, and the like.
プロジェクター
プロジェクターは、上述した発光装置と、画像表示系と、投射光学系と、を備える。プロジェクターの構成の一例を、図2を参照して説明する。図2はプロジェクター100の概略構成図である。プロジェクター100は、光源110、波長変換部材50、画像表示系120及び投射光学系130を備える。プロジェクター100では、光源110からの光と、光源110からの光が波長変換部材50で波長変換された光の混合光が、画像表示系120に照射される。画像表示系120は照射された光を画像に変換して、投射光学系130を介して外部に投影する。
Projector The projector includes the above-mentioned light emitting device, an image display system, and a projection optical system. An example of the configuration of the projector will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a projector 100. The projector 100 includes a light source 110, a wavelength conversion member 50, an image display system 120, and a projection optical system 130. In the projector 100, a mixture of light from the light source 110 and light obtained by wavelength-converting the light from the light source 110 by the wavelength conversion member 50 is irradiated onto the image display system 120. The image display system 120 converts the irradiated light into an image and projects it to the outside via the projection optical system 130.
プロジェクター100を構成する光源110、波長変換部材50の詳細については既述の通りである。画像表示系120は、プロジェクター100が投影する画像を表示する。画像表示系120には、液晶パネル、デジタルミラーデバイス(DMD)などを用いることができる。投射光学系130は、波長変換部材50から射出された光を画像表示系120が変換した画像を外部に投射する。投射光学系130は、複数のレンズ131からなり、ズーム、ピントの調整等を行うことができる。プロジェクター100は、上記の構成のほか、レンズ131、ダイクロイックミラー132などにより構成される。また、プロジェクター100の設計に応じて、図2に図示されていない、ミラー、ダイクロイックミラー、レンズ、プリズムなどを更に備えていてもよい。 The details of the light source 110 and the wavelength conversion member 50 constituting the projector 100 are as described above. The image display system 120 displays the image projected by the projector 100. The image display system 120 can be a liquid crystal panel, a digital mirror device (DMD), or the like. The projection optical system 130 projects to the outside an image obtained by converting the light emitted from the wavelength conversion member 50 by the image display system 120. The projection optical system 130 is composed of a plurality of lenses 131, and can perform zooming, focus adjustment, and the like. In addition to the above configuration, the projector 100 is composed of lenses 131, a dichroic mirror 132, and the like. In addition, depending on the design of the projector 100, a mirror, a dichroic mirror, a lens, a prism, and the like not shown in FIG. 2 may be further provided.
本発明は、以下の態様を包含してよい。
[1] 基板と、前記基板上に配置され、結着材と蛍光体とを含む波長変換層とを備え、前記波長変換層は、前記結着材に対する前記蛍光体の体積比が0.75以上1.45以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である波長変換部材。
The present invention may include the following aspects.
[1] A wavelength conversion member comprising: a substrate; and a wavelength conversion layer disposed on the substrate and containing a binder and a phosphor, wherein the wavelength conversion layer has a volume ratio of the phosphor to the binder of 0.75 to 1.45 and an average thickness of 55 μm to 146 μm.
[2] 基板と、前記基板上に配置され、結着材と蛍光体とを含む波長変換層と、を備え、前記波長変換層の前記基板への配置面に直交する断面において、前記蛍光体の粒子断面積の総和の比率が、前記波長変換層の断面積に対して、56%以上70%以下であり、平均厚みが55μm以上146μm以下である波長変換部材。 [2] A wavelength conversion member comprising a substrate and a wavelength conversion layer disposed on the substrate and containing a binder and a phosphor, in which in a cross section perpendicular to the surface on which the wavelength conversion layer is disposed on the substrate, the ratio of the sum of the particle cross-sectional areas of the phosphor particles to the cross-sectional area of the wavelength conversion layer is 56% or more and 70% or less, and the average thickness is 55 μm or more and 146 μm or less.
[3] 前記蛍光体は、イットリウム、ランタン、ルテチウム、ガドリニウム及びテルビウムからなる群から選択される少なくとも1種の第1元素と、アルミニウム、ガリウム及びスカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種を含み、少なくともアルミニウムを含む第2元素と、セリウムと、を含む組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を含む[1]又は[2]に記載の波長変換部材。 [3] The wavelength conversion member according to [1] or [2], wherein the phosphor includes at least one first element selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, lutetium, gadolinium, and terbium, at least one element selected from the group consisting of aluminum, gallium, and scandium, and includes a rare earth aluminate phosphor having a composition including a second element including at least aluminum, and cerium.
[4] 前記蛍光体は、中心粒径が15μm以上40μm以下である[1]から[3]のいずれかに記載の波長変換部材。 [4] The wavelength conversion member according to any one of [1] to [3], wherein the phosphor has a median particle size of 15 μm or more and 40 μm or less.
[5] 前記基板は、銀及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含む材料からなる反射面を有し、前記波長変換層は、前記反射面に配置される[1]から[4]のいずれかに記載の波長変換部材。 [5] The wavelength conversion member according to any one of [1] to [4], wherein the substrate has a reflective surface made of a material containing at least one selected from the group consisting of silver and aluminum, and the wavelength conversion layer is disposed on the reflective surface.
[6] 前記結着材は、シリコーン樹脂を含む[1]から[5]のいずれかに記載の波長変換部材。 [6] The wavelength conversion member according to any one of [1] to [5], wherein the binder contains a silicone resin.
[7] [1]から[6]のいずれかに記載の波長変換部材と、前記波長変換部材を回転させるモーターと、前記波長変換部材に光を照射する光源と、を備える発光装置。 [7] A light emitting device comprising a wavelength conversion member according to any one of [1] to [6], a motor for rotating the wavelength conversion member, and a light source for irradiating the wavelength conversion member with light.
[8] [7]に記載の発光装置と、画像表示系と、投射光学系と、を備えるプロジェクター。 [8] A projector comprising the light-emitting device described in [7], an image display system, and a projection optical system.
[9] 結着材と溶剤と蛍光体とを含む蛍光体組成物であり、前記溶剤の沸点が200℃以上300℃以下であり、前記結着材に対する前記溶剤の質量比が0.01以上0.4以下であり、前記結着材に対する前記蛍光体の質量比が3.15以上6.05以下である蛍光体組成物を基板上に付与することと、前記基板上に付与した前記蛍光体組成物を熱処理して波長変換層を形成することと、を含む波長変換部材の製造方法。 [9] A method for manufacturing a wavelength conversion member, comprising: applying a phosphor composition containing a binder, a solvent, and a phosphor, the boiling point of the solvent being 200°C or more and 300°C or less, the mass ratio of the solvent to the binder being 0.01 or more and 0.4 or less, and the mass ratio of the phosphor to the binder being 3.15 or more and 6.05 or less, to a substrate; and heat-treating the phosphor composition applied to the substrate to form a wavelength conversion layer.
[10] 前記蛍光体組成物を基板上に付与することは、前記蛍光体組成物をスクリーン印刷することを含む[9]に記載の波長変換部材の製造方法。 [10] The method for producing a wavelength conversion member according to [9], wherein applying the phosphor composition onto the substrate includes screen printing the phosphor composition.
[11] 前記蛍光体組成物を熱処理することは、200℃未満で熱処理することを含む[9]又は[10]に記載の波長変換部材の製造方法。 [11] The method for producing a wavelength conversion member according to [9] or [10], wherein the heat treatment of the phosphor composition includes a heat treatment at less than 200°C.
[12] 前記蛍光体は、イットリウム、ランタン、ルテチウム、ガドリニウム及びテルビウムからなる群から選択される少なくとも1種の第1元素と、アルミニウム、ガリウム及びスカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種を含み、少なくともアルミニウムを含む第2元素と、セリウムと、を含む組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を含む[9]から[11]のいずれかに記載の波長変換部材の製造方法。 [12] The method for producing a wavelength conversion member according to any one of [9] to [11], wherein the phosphor includes at least one first element selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, lutetium, gadolinium, and terbium, at least one element selected from the group consisting of aluminum, gallium, and scandium, and includes a rare earth aluminate phosphor having a composition including a second element including at least aluminum, and cerium.
[13] 前記蛍光体は、中心粒径が15μm以上40μm以下である[9]から[12]のいずれかに記載の波長変換部材の製造方法。 [13] The method for producing a wavelength conversion member according to any one of [9] to [12], wherein the phosphor has a median particle size of 15 μm or more and 40 μm or less.
[14] 前記溶剤は、ドデカン、トリデカン、テトラデカン、ペンタデカン及びヘキサデカンからなる群から選択される少なくとも1種を含む[9]から[13]のいずれかに記載の波長変換部材の製造方法。 [14] The method for producing a wavelength conversion member according to any one of [9] to [13], wherein the solvent contains at least one selected from the group consisting of dodecane, tridecane, tetradecane, pentadecane, and hexadecane.
[15] 前記基板は、銀及びアルミニウムからなる群から選択される少なくとも1種を含む材料からなる反射面を有し、前記蛍光体組成物を基板上に付与することは、前記反射面に前記蛍光体組成物を付与することを含む[9]から[14]のいずれかに記載の波長変換部材の製造方法。 [15] The method for producing a wavelength conversion member according to any one of [9] to [14], wherein the substrate has a reflective surface made of a material containing at least one selected from the group consisting of silver and aluminum, and applying the phosphor composition onto the substrate includes applying the phosphor composition to the reflective surface.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
蛍光体
蛍光体として下記式で表される理論組成を有し、中心粒径が24μmである希土類アルミン酸塩蛍光体と、中心粒径が31μmである希土類アルミン酸塩蛍光体とを準備した。
Y3Al5O12:Ce
Phosphors A rare earth aluminate phosphor having a theoretical composition represented by the following formula and a median particle size of 24 μm and a rare earth aluminate phosphor having a median particle size of 31 μm were prepared as phosphors.
Y 3 Al 5 O 12 :Ce
基板
基板として、アルミニウムを含む金属製で、直径が33mm、厚みが0.47mmの円盤状の基板を準備した。基板の反射面における450nmの光に対する正反射率は89%であった。
The substrate was a disk-shaped substrate made of a metal containing aluminum, with a diameter of 33 mm and a thickness of 0.47 mm. The specular reflectance of the reflective surface of the substrate for light of 450 nm was 89%.
実施例1
ジメチルシリコーン樹脂100質量部に、ドデカン5質量部を添加し、真空脱泡混合機を用いて混合した。そこに中心粒径が24μmである希土類アルミン酸塩蛍光体400質量部を添加し、真空脱泡混合機で混合して蛍光体組成物を得た。得られた蛍光体組成物をスクリーン印刷により基板上に付与して蛍光体組成物層を形成した。その後、60℃のオーブンで4時間、次いで150℃のオーブンで4時間熱処理して、波長変換層を形成して実施例1の波長変換部材を得た。
Example 1
5 parts by mass of dodecane was added to 100 parts by mass of dimethyl silicone resin, and mixed using a vacuum defoaming mixer. 400 parts by mass of rare earth aluminate phosphor with a central particle size of 24 μm was added thereto, and mixed using a vacuum defoaming mixer to obtain a phosphor composition. The obtained phosphor composition was applied to a substrate by screen printing to form a phosphor composition layer. Thereafter, the substrate was heat-treated in an oven at 60° C. for 4 hours, and then in an oven at 150° C. for 4 hours to form a wavelength conversion layer, and the wavelength conversion member of Example 1 was obtained.
実施例2から16、比較例1及び比較例2
蛍光体の中心粒径及び添加量、溶剤の種類及び添加量を表1に示すように変更したこと以外は実施例1と同様にして、それぞれの波長変換部材を得た。
Examples 2 to 16, Comparative Example 1 and Comparative Example 2
Each wavelength conversion member was obtained in the same manner as in Example 1, except that the median particle size and amount of phosphor added, and the type and amount of solvent added were changed as shown in Table 1.
上記で得られた波長変換部材について、以下のようにして波長変換層における結着材に対する蛍光体の体積比と、蛍光体層の平均厚みを測定した。結果を表1に示す。 For the wavelength conversion member obtained above, the volume ratio of phosphor to binder in the wavelength conversion layer and the average thickness of the phosphor layer were measured as follows. The results are shown in Table 1.
体積比の測定
ジメチルシリコーン樹脂の密度を1.1g/cm3として、蛍光体組成物に添加したジメチルシリコーン樹脂の質量をその密度で除して、蛍光体組成物中のジメチルシリコーン樹脂の体積を算出した。また、希土類アルミン酸塩蛍光体の密度を4.6g/cm3として、蛍光体組成物に添加した希土類アルミン酸塩蛍光体の質量をその密度で除して、蛍光体組成物中の希土類アルミン酸塩蛍光体の体積を算出した。蛍光体組成物に含まれるジメチルシリコーン樹脂の体積で希土類アルミン酸塩蛍光体の体積を除することで、形成された波長変換層における結着材に対する蛍光体の体積比を算出した。
Measurement of volume ratio The density of the dimethyl silicone resin was set to 1.1 g/cm 3 , and the mass of the dimethyl silicone resin added to the phosphor composition was divided by the density to calculate the volume of the dimethyl silicone resin in the phosphor composition. The density of the rare earth aluminate phosphor was set to 4.6 g/cm 3 , and the mass of the rare earth aluminate phosphor added to the phosphor composition was divided by the density to calculate the volume of the rare earth aluminate phosphor in the phosphor composition. The volume ratio of the phosphor to the binder in the formed wavelength conversion layer was calculated by dividing the volume of the rare earth aluminate phosphor by the volume of the dimethyl silicone resin contained in the phosphor composition.
平均厚みの測定
波長変換層と基板の合計厚みを6箇所で測定した値の算術平均値から、基板のみの厚みを6箇所で測定した値の算術平均値を差し引いて、波長変換層の平均厚みを算出した。なお、波長変換層と基板の合計厚みと、基板のみの厚みは、接触式厚み測定機を用いて測定した。
Measurement of average thickness The average thickness of the wavelength conversion layer was calculated by subtracting the arithmetic mean value of the thickness of the substrate alone measured at six points from the arithmetic mean value of the total thickness of the wavelength conversion layer and the substrate measured at six points. The total thickness of the wavelength conversion layer and the substrate and the thickness of the substrate alone were measured using a contact thickness gauge.
相対トータル効率
上記で得られた波長変換部材について、以下のようにして発光装置における蛍光効率と収光効率とを算出し、蛍光効率と収光効率の積としてトータル効率を算出した。各発光装置におけるトータル効率を、比較例1の波長変換部材を用いた発光装置のトータル効率を基準(100%)とする相対トータル効率として、表1に示す。
Relative total efficiency For the wavelength conversion member obtained above, the fluorescence efficiency and light collection efficiency in the light emitting device were calculated as follows, and the total efficiency was calculated as the product of the fluorescence efficiency and the light collection efficiency. The total efficiency in each light emitting device is shown in Table 1 as a relative total efficiency with the total efficiency of the light emitting device using the wavelength conversion member of Comparative Example 1 as the reference (100%).
トータル効率の測定用として、図1に示すような発光装置を準備した。波長変換部材はモーターの回転軸に固定され、モーターで回転可能な状態とした。モーターの回転数を7200rpmとして以下のようにして、蛍光効率と収光効率を測定した。 To measure the total efficiency, a light emitting device as shown in Figure 1 was prepared. The wavelength conversion member was fixed to the rotating shaft of a motor and was made rotatable by the motor. The motor rotation speed was set to 7200 rpm, and the fluorescence efficiency and light collection efficiency were measured as follows.
蛍光効率
各実施例及び比較例の波長変換部材に対して、波長が450nmであるレーザーダイオードによるレーザー光を入射光の光径が0.25mm2となるようにダイクロイックミラーを通して、10Wの強度で照射して波長変換部材に入射した。そして、レーザー光を入射した面と同一の面から出射された光の放射束をダイクロイックミラーで分離し、積分球を用いて射出光の強度を測定した。入射光の強度で射出光の強度を除することで蛍光効率を求めた。
Fluorescence efficiency Laser light from a laser diode having a wavelength of 450 nm was irradiated to the wavelength conversion member of each Example and Comparative Example at an intensity of 10 W through a dichroic mirror so that the diameter of the incident light was 0.25 mm2 . The radiant flux of the light emitted from the same surface as the surface into which the laser light was incident was separated by a dichroic mirror, and the intensity of the emitted light was measured using an integrating sphere. The fluorescence efficiency was calculated by dividing the intensity of the emitted light by the intensity of the incident light.
収光効率
各実施例及び比較例の波長変換部材に対して、波長が455nmのレーザーダイオードによるレーザー光を照射した。この照射は、レーザー光が入射された波長変換部材の上面上で入射光の光径が直径0.6mmとなるように照射した。次に、レーザー光が入射された波長変換部材の上面と同一の面から出射された出射光を以下の方法により測定した。まず、各実施例及び比較例の波長変換部材から出射された光の発光輝度を色彩輝度計で測定し、得られた発光スペクトルにおいて最大輝度を示す位置を中心(測定中心)とし、発光スペクトルにおいて輝度が最大輝度の100分の1(1%)となる2か所の位置の測定中心からの距離(mm)を絶対値として測定した。そして、測定中心から当該2か所の位置の距離(mm)の和を計算した。この数値を「1%幅(mm)」と呼ぶこととする。この1%幅の数値が小さいほど、狭いエリアで発光していることになり、2次光学系に光が入りやすくなり収光効率が高くなる。得られた1%幅の数値と一般的な実際の2次光学系で測定した収光効率(=射出出力×100/蛍光出力)とを比較すると、収光効率は、1%幅の数値をxとして以下の式で近似できることが分かっている。この数式を用いて、測定された1%幅の数値から収光効率を算出した。
収光効率=-0.0012x2+0.1243x+58.783
Light collection efficiency The wavelength conversion members of each Example and Comparative Example were irradiated with laser light from a laser diode having a wavelength of 455 nm. This irradiation was performed so that the diameter of the incident light was 0.6 mm on the upper surface of the wavelength conversion member into which the laser light was incident. Next, the outgoing light emitted from the same surface as the upper surface of the wavelength conversion member into which the laser light was incident was measured by the following method. First, the emission luminance of the light emitted from the wavelength conversion member of each Example and Comparative Example was measured with a color luminance meter, and the position showing the maximum luminance in the obtained emission spectrum was set as the center (measurement center), and the distance (mm) from the measurement center of two positions where the luminance in the emission spectrum was 1/100 (1%) of the maximum luminance was measured as an absolute value. Then, the sum of the distances (mm) from the measurement center to the two positions was calculated. This value is called the "1% width (mm)". The smaller the value of this 1% width, the narrower the area in which light is emitted, and the easier it is for light to enter the secondary optical system, resulting in a higher light collection efficiency. Comparing the obtained 1% width value with the light collection efficiency (=emission output x 100/fluorescence output) measured with a typical actual secondary optical system, it is found that the light collection efficiency can be approximated by the following formula, where the 1% width value is x. Using this formula, the light collection efficiency was calculated from the measured 1% width value.
Light collection efficiency = -0.0012x 2 + 0.1243x + 58.783
表1に示されるように、波長変換層における結着材に対する蛍光体の体積比が0.75以上1.45以下であり、波長変換層の平均厚みが55μm以上146μm以下であることで、実施例にかかる発光装置は、比較例にかかる発光装置よりもトータル効率が高かった。また、表1に示されるように、沸点が200℃以上300℃以下である溶剤、ドデカン(沸点216℃)、トリデカン(沸点234℃)、ヘキサデカン(沸点287℃)を用いて、結着材に対する溶剤の質量比を0.01以上0.4以下とし、結着材に対する蛍光体の質量比を3.15以上6.05以下とした蛍光体組成物を用いて、例えば、55μm以上146μm以下の厚みの波長変換層を形成することで、実施例にかかる製造方法により得られた発光装置は、比較例にかかる発光装置よりもトータル効率が高かった。 As shown in Table 1, the volume ratio of the phosphor to the binder in the wavelength conversion layer is 0.75 to 1.45, and the average thickness of the wavelength conversion layer is 55 μm to 146 μm, so that the light emitting device according to the example has a higher total efficiency than the light emitting device according to the comparative example. Also, as shown in Table 1, by using a solvent with a boiling point of 200°C to 300°C, such as dodecane (boiling point 216°C), tridecane (boiling point 234°C), and hexadecane (boiling point 287°C), the mass ratio of the solvent to the binder is 0.01 to 0.4, and the mass ratio of the phosphor to the binder is 3.15 to 6.05, a wavelength conversion layer having a thickness of, for example, 55 μm to 146 μm is formed using a phosphor composition, and the total efficiency of the light emitting device obtained by the manufacturing method according to the example is higher than that of the light emitting device according to the comparative example.
上記で得られた波長変換部材の代表的なものについて、以下のようにして、波長変換層の断面積に対する蛍光体の粒子断面積の総和の比率(断面比率)を評価した。結果を表2に示す。 For representative wavelength conversion members obtained above, the ratio of the sum of the phosphor particle cross-sectional areas to the cross-sectional area of the wavelength conversion layer (cross-sectional ratio) was evaluated as follows. The results are shown in Table 2.
断面比率の評価
走査電子顕微鏡(SEM)を用いて得られた波長変換層の断面SEM画像(横幅:640μm)について、画像解析ソフトウェア(ImageJ)を用いて画像解析を行い、断面SEM画像で個々の蛍光体の断面の外形が確認できる粒子について2値化処理を行った。2値化処理した各蛍光体粒子の断面積を積算して蛍光体の総断面積を算出した。波長変換層の断面積は、波長変換層の厚み方向に直交する2本の平行線が波長変換層を挟み込むように平行線の位置を目視で調整し、2本の平行線間の距離として測定される波長変換層の縦幅に横幅640μmを乗じることで算出した。次いで、蛍光体の総断面積を波長変換層の断面積で除して断面比率(%)を算出した。
Evaluation of the cross-sectional ratio Image analysis was performed using image analysis software (ImageJ) on the cross-sectional SEM image (width: 640 μm) of the wavelength conversion layer obtained using a scanning electron microscope (SEM), and binarization was performed on particles in which the cross-sectional outline of each phosphor could be confirmed in the cross-sectional SEM image. The cross-sectional area of each binarized phosphor particle was integrated to calculate the total cross-sectional area of the phosphor. The cross-sectional area of the wavelength conversion layer was calculated by visually adjusting the positions of two parallel lines perpendicular to the thickness direction of the wavelength conversion layer so that the wavelength conversion layer was sandwiched between them, and multiplying the vertical width of the wavelength conversion layer measured as the distance between the two parallel lines by the horizontal width of 640 μm. Next, the cross-sectional ratio (%) was calculated by dividing the total cross-sectional area of the phosphor by the cross-sectional area of the wavelength conversion layer.
本開示に係る波長変換部材及びそれを備える発光装置は、プロジェクター用光源装置、照明装置、自動車用、ディスプレイ、液晶ディスプレイのバックライト光源等に利用可能である。 The wavelength conversion member and light-emitting device including the same according to the present disclosure can be used as a light source device for a projector, an illumination device, an automobile display, a backlight source for a liquid crystal display, etc.
100 プロジェクター;110 光源;50 波長変換部材;130 投射光学系;200 発光装置 100 Projector; 110 Light source; 50 Wavelength conversion member; 130 Projection optical system; 200 Light emitting device
Claims (5)
前記基板上に付与した前記蛍光体組成物を熱処理して波長変換層を形成することと、を含み、
前記蛍光体は、イットリウム、ランタン、ルテチウム、ガドリニウム及びテルビウムからなる群から選択される少なくとも1種の第1元素と、アルミニウム、ガリウム及びスカンジウムからなる群から選択される少なくとも1種を含み、少なくともアルミニウムを含む第2元素と、セリウムと、を含む組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を含み、
中心粒径が15μm以上40μm以下であり、
体積基準の粒径分布において、小径側からの体積累積10%に対応する粒径D10に対する体積累積90%に対応する粒径D90の比(D90/D10)が、3.0以下である、波長変換部材の製造方法。 applying a phosphor composition containing a binder, a solvent, and a phosphor, the solvent having a boiling point of 200° C. or more and 300° C. or less, a mass ratio of the solvent to the binder being 0.05 or more and 0.35 or less, and a mass ratio of the phosphor to the binder being 4 or more and 6 or less, onto a substrate;
and heat treating the phosphor composition applied on the substrate to form a wavelength conversion layer,
the phosphor includes a rare earth aluminate phosphor having a composition including at least one first element selected from the group consisting of yttrium, lanthanum, lutetium, gadolinium, and terbium, at least one second element selected from the group consisting of aluminum, gallium, and scandium, and including at least aluminum, and cerium;
The median particle size is 15 μm or more and 40 μm or less,
A method for producing a wavelength conversion member, wherein in a volume-based particle size distribution, the ratio (D 90 /D 10 ) of a particle size D 90 corresponding to 90% cumulative volume from the small diameter side to a particle size D 10 corresponding to 10% cumulative volume from the small diameter side is 3.0 or less.
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