KR20200144142A - 광 파장 변환 부재 및 광 파장 변환 장치 그리고 발광 장치 - Google Patents

Abstract

본 개시의 하나의 국면에 있어서의 광 파장 변환 부재는, 입사된 광에 의해 형광을 발하는 형광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 형광상과, 투광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 투광상을 갖는 세라믹스 소결체를 구비하고 있다. 이 광 파장 변환 부재는, 상기 세라믹스 소결체의 상기 광이 입사되는 측과는 반대측에 광을 반사시키는 반사성을 갖는 금속층을 가짐과 함께, 상기 세라믹스 소결체와 상기 금속층의 사이에 광의 굴절률이 상이한 유전체의 층을 갖는 유전체 다층막을 구비하고 있다.

Description

광 파장 변환 부재 및 광 파장 변환 장치 그리고 발광 장치

관련 출원의 상호 참조

본 국제 출원은 2018년 6월 18일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허출원 제2018-115578호에 근거하는 우선권을 주장하는 것으로서, 일본 특허출원 제2018-115578호의 전체 내용을 참조에 의해 본 국제 출원에 원용한다.

본 개시는 예를 들어 파장 변환 기기, 형광재, 각종 조명, 영상 기기 등에 사용되는 바와 같은, 광의 파장의 변환이 가능한 광 파장 변환 부재 및 광 파장 변환 장치 그리고 발광 장치에 관한 것이다.

예를 들어 헤드 램프나 프로젝터나 각종 조명 기기 등에서는, 발광 다이오드 (LED : Light Emitting Diode) 나 반도체 레이저 (LD : Laser Diode) 의 청색광을, 형광체에 의해 파장 변환함으로써 백색을 얻고 있는 장치가 주류를 이루고 있다.

이 형광체로는 수지계나 유리계 등이 알려져 있지만, 최근 광원의 고출력화가 진행되고 있어, 형광체에는 보다 높은 내구성이 요구되게 된 점에서, 세라믹스 형광체 (즉 세라믹스 소결체) 가 주목을 받고 있다.

또한, 이 세라믹스 형광체로는, Y₃Al₅O₁₂ : Ce (YAG : Ce) 로 대표되는 바와 같이, 가닛 구조 (A₃B₅O₁₂) 의 성분에 Ce 가 부활된 형광체가 알려져 있다.

또, 상기 서술한 조명 기기에 사용되는 발광 부재 (즉 발광체를 구비한 광 파장 변환 부재) 로는, 반사층을 형성하고, 그 반사층에서 반사시킨 반사광을 이용한 구조가 알려져 있다. 이와 같은 구조에 있어서는, 광원의 청색광과 형광체로부터 발하여진 광을 효율적으로 반사시키는 것이 필요해지므로, 그것을 위한 각종 기술이 제안되어 있다 (특허문헌 1, 2 참조).

예를 들어 특허문헌 1 에는, 레이저 여기의 세라믹스 형광체와, 레이저 조사면과는 상이한 면에 광 반사성을 갖는 반사층을 구비한 발광 장치가 개시되어 있다.

또, 특허문헌 2 에는, 세라믹 컨버터와, 금속을 포함하는 반사성의 피복과, 금속의 냉각체로 구성된 복합체가 개시되어 있다. 이 복합체에서는, 세라믹 컨버터는, 금속을 포함하는 반사성의 피복으로 직접 피복되어 있다.

일본 공개특허공보 2016-58619호 일본 특허공보 제6320531호

그런데, 상기 서술한 종래 기술에서는, 하기와 같은 문제가 생길 가능성이 있어, 그 개선이 요구되었다.

예를 들어, 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 광 반사성을 갖는 반사층에서 광을 반사시키지만, 광의 반사는 반사층의 금속 성분에서 유래할 뿐이므로, 광을 효율적으로 취출할 수 없을 가능성이 있다.

또, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, 세라믹 컨버터에 피복된 반사성의 피복층에 의해 광을 반사시키지만, 상기 특허문헌 1 과 마찬가지로, 광의 반사는 피복층의 금속 성분에서 유래할 뿐이므로, 광을 효율적으로 취출할 수 없을 가능성이 있다.

본 개시의 일 측면에 있어서는, 광을 효율적으로 취출할 수 있는 광 파장 변환 부재 및 광 변환 장치 그리고 발광 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

(1) 본 개시의 하나의 국면에 있어서의 광 파장 변환 부재는, 입사된 광에 의해 형광을 발하는 형광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 형광상과, 투광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 투광상을 갖는 세라믹스 소결체를 구비한 광 파장 변환 부재에 관한 것이다.

이 광 파장 변환 부재는, 세라믹스 소결체의 광이 입사되는 측과는 반대측에 광을 반사시키는 반사성을 갖는 금속층을 가짐과 함께, 세라믹스 소결체와 금속층의 사이에 광의 굴절률이 상이한 유전체의 층을 갖는 유전체 다층막을 구비하고 있다.

이 광 파장 변환 부재에서는, 입사된 광에 따라 형광을 발하는 세라믹스 소결체와, 광을 반사시키는 성능을 갖는 금속층 (즉 반사층) 의 사이에 광의 굴절률이 상이한 유전체의 층이 적층된 구성을 갖는 유전체 다층막 (즉 광의 반사나 투과가 가능한 유전체 다층막) 을 구비하고 있으므로, 종래의 금속층만일 때의 반사 성능 (즉 반사율) 보다 높은 반사 성능을 갖는다.

따라서, 이 광 파장 변환 부재는, 종래보다 입사광이나 형광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 요컨대, 광 파장 변환 부재에서는, 효율적으로 광을 취출할 수 있으므로, 높은 발광 강도 (즉 형광 강도) 를 갖고 있다.

여기서, 유전체 다층막이란, 광의 투과가 가능하고, 광의 굴절률이 상이한 유전체의 막의 적층체, 즉 고굴절률막과 (그보다 굴절률이 낮은) 저굴절률막이 이웃하도록, 순차 적층된 구성을 갖는 적층체이다.

상기 고굴절률막의 재료로서 산화니오브 (Nb₂O₅), 산화티탄 (TiO₂), 산화란탄 (La₂O₃), 산화탄탈 (Ta₂O₅), 산화이트륨 (Y₂O₃), 산화가돌리늄 (Gd₂O₃), 산화텅스텐 (WO₃), 산화하프늄 (HfO₂), 산화알루미늄 (Al₂O₃), 질화규소 (Si₃N₄) 등을 들 수 있다. 또, 저굴절률막의 재료로서 산화규소 (SiO₂) 등을 들 수 있다. 따라서, 유전체 다층막으로는, 예를 들어 산화티탄층과 산화규소층의 적층체를 들 수 있다.

유전체 다층막의 전체 층수로는 2 층 ∼ 4 층을 채용할 수 있고, 각 막의 막두께로는 25 ㎚ ∼ 100 ㎚ 를 채용할 수 있다. 또한, 유전체 다층막의 총두께로는 300 ㎚ 정도까지가 바람직하다.

상기 세라믹스 소결체의 두께로는 100 ㎛ ∼ 400 ㎛ 의 범위가 바람직하다.

상기 금속층의 두께로는, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 500 ㎚ 의 범위가 바람직하다.

＜유전체 다층막의 원리＞

이하, 유전체 다층막에 의해 반사광의 강도가 향상되는 이유를 설명하는데, 공지된 원리이므로 간단하게 설명한다.

도 1 에 나타내는 바와 같이, 광의 입사측으로부터 고굴절률막과 저굴절률막이 순차 적층되어 있는 경우, 상세하게는 고굴절률막과 저굴절률막이, 광의 파장 (λ) 에 있어서 적절한 막두께로 순차 적층되어 있는 경우에는, 각 막의 계면으로부터의 반사광은 간섭에 의해 서로 강해진다.

따라서, 입사되는 광의 파장에 따라 고굴절률막과 저굴절률막의 각 막두께를 규정함으로써, 반사광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 본 개시의 유전체 다층막 (즉 고굴절률막 및 저굴절률막) 은, 입사되는 광의 파장에 따라 반사광의 강도를 높일 수 있는 막두께로 설정된다.

또한, 반사광을 강하게 하는 경우에는, 광의 입사측으로부터 고굴절률막, 저굴절률막의 순서로 적층된다 (복수의 고굴절률막 및 저굴절률막을 사용하는 경우에도 동일하다).

(2) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 형광상의 결정 입자는, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 조성을 가짐과 함께, A 원소 및 B 원소는, 각각 하기 원소군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 구성되어 있어도 된다.

A : Sc, Y, Ce 를 제외한 란타노이드

B : Al, Ga

또한, Ce 를 제외한 란타노이드란, 란타노이드로부터 Ce 를 제외한 것이다.

이 광 파장 변환 부재에서는, 세라믹스 소결체가, 상기 원소군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 구성되어 있는 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 가닛 구조를 갖고 있다. 이 조성에 의해, 효율적으로 청색광을 가시광으로 변환시킬 수 있다.

또, 상기 세라믹스 소결체를 사용함으로써, 형광상과 투광상의 계면에서의 광의 산란이 일어나, 광의 색의 각도 의존성을 줄일 수 있으므로, 색 균질성을 향상시킬 수 있다 (즉 색 불균일을 저감시킬 수 있다).

또한, 상기 세라믹스 소결체를 사용함으로써, 열전도율이 양호하기 때문에, 예를 들어 레이저광의 조사에 의해 세라믹스 소결체에 있어서 발생한 열을, 효율적으로 외부 (예를 들어 금속층이나 방열 부재 등) 로 배출할 수 있다. 따라서, 세라믹스 소결체가 형광을 발하지 않게 되는 온도 소광을 억제할 수 있다. 그 때문에, 레이저의 고출력역에서도 바람직하게 형광을 유지할 수 있다.

또한, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 조성을 갖는 화합물은, 상기 세라믹스 소결체 전체의 3 vol％ ∼ 70 vol％ 의 범위인 것이 바람직하다. 또, 상기 화학식의 화합물의 Ce 농도는, 상기 화합물의 A 원소에 대하여 0.1 mol％ ∼ 1.0 mol％ 의 범위인 것이 바람직하다. 또한, A 원소에 Gd 를 포함하는 경우에는, Gd 농도는 A 원소에 대하여 30 mol％ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 또, B 원소에 Ga 를 포함하는 경우에는, Ga 농도는 B 원소에 대하여 30 mol％ 이하의 범위인 것이 바람직하다.

(3) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 투광상의 결정 입자는, Al₂O₃ 의 조성을 갖고 있어도 된다.

여기서는, 투광상의 결정 입자의 조성의 바람직한 예를 나타내고 있다.

(4) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 금속층의 성분으로서 Ag 및/또는 Al 을 포함하고 있어도 된다.

금속층의 성분이, Ag 및/또는 Al 인 경우에는, 예를 들어 외부로부터 입사된 광이나 세라믹스 소결체에서 발광한 형광등의 광을, 바람직하게 반사시킬 수 있다.

또한, 금속층으로는, 예를 들어 Ag 로 이루어지는 Ag 층이나 Al 로 이루어지는 Al 층이 바람직하다.

또, 금속층에 있어서, 광의 입사측과는 반대측에 알루미나 (Al₂O₃) 로 이루어지는 피복층을 형성해도 된다.

예를 들어, 금속층에 Ag 를 사용하는 경우, Ag 가 노출되어 있으면 산화되어 반사 성능이 열화되어 버린다. 그래서, Ag 의 표면에 알루미나를 코트 (즉 피복) 함으로써, Ag 의 산화를 억제할 수 있다.

또한, 알루미나의 막두께는 30 ㎚ ∼ 200 ㎚ 정도가 바람직하다. 이보다 두꺼워지면 금속층으로부터의 방열성이 나빠져, 효율적으로 열을 방출할 수 없게 된다.

(5) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 추가로 금속층의 광의 입사측과는 반대측에 Ni 층 및/또는 Au 층을 구비하고 있어도 된다.

상기 금속층에 있어서, 광의 입사측과 반대측에, 예를 들어 Au 층이 있는 경우에는, 예를 들어 핸더를 사용하여, 금속층측의 Au 층과 방열 부재를 강고하게 접합할 수 있다 (즉 접합 강도가 높다).

또, 상기 금속층이 Ag 층을 구비하고 있고, 그 Ag 층의 광의 입사측과 반대측에, 예를 들어 Ni 층이 있는 경우에는, Ni 층에 의해 Ag 의 산화를 바람직하게 억제할 수 있다.

또한, 상기 알루미나로 이루어지는 피복층을 형성하는 경우에는, 이 피복층의 광의 입사측과는 반대측에 Ni 층 및/또는 Au 층을 형성할 수 있다.

(6) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 유전체 다층막은, 파장 550 ㎚ 의 광이 입사되었을 때의 굴절률 (a) 의 고굴절률막과, 고굴절률막보다 파장 550 ㎚ 의 광이 입사되었을 때의 굴절률이 낮은 굴절률 (b) 의 저굴절률막을 교대로 적층한 막으로서, 굴절률 (a) 과 굴절률 (b) 의 관계가 1.3＜a/b, 또한 세라믹스 소결체에 파장 550 ㎚ 의 광이 입사되었을 때의 세라믹스 소결체의 굴절률 (c) 과 굴절률 (a) 의 관계가 1＜a/c 여도 된다.

상기 각 굴절률 (a, b, c) 의 관계가 1.3＜a/b, 또한 1＜a/c 를 만족하는 경우에는, 금속층에 있어서의 광 반사 성능이 향상된다. 따라서, 광 파장 변환 부재로부터 효율적으로 광을 취출할 수 있다.

또한, 여기서, 「고굴절률막과 저굴절률막을 교대로 적층」이란, 적층되는 이웃하는 층이 고굴절률막과 저굴절률막인 것을 나타내고 있다. 따라서, 고굴절률막과 저굴절률막이 각각 1 층인 경우도 있고, 1 층의 고굴절률막과 1 층의 저굴절률막이 적층된 복합층이 복수 적층되어 있는 경우도 있다.

(7) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 고굴절률막은, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 포함하고 있어도 되고, 저굴절률막은, SiO₂ 또는 MgF₂ 로 되어 있어도 된다.

고굴절률막의 재료가, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 포함하는 경우 (예를 들어 당해 원소로 이루어지는 경우) 이고, 저굴절률막의 재료가, SiO₂ 또는 MgF₂ 로 이루어지는 경우에는, 광 파장 변환 부재로부터 효율적으로 광을 취출할 수 있다.

(8) 상기 서술한 광 파장 변환 부재에서는, 유전체 다층막의 총두께가 300 ㎚ 이하여도 된다.

유전체 다층막의 총두께가 300 ㎚ 이하인 경우에는, 유전체 다층막에 가해지는 잔류 응력이 적어, 유전체 다층막과 금속층의 사이의 밀착성이 잘 저하되지 않는다. 따라서, 유전체 다층막의 총두께는 300 ㎚ 이하가 바람직하다.

(9) 본 개시의 하나의 국면에 있어서의 광 파장 변환 장치는, 상기 광 파장 변환 부재를 구비한 광 파장 변환 장치에 관한 것이다.

이 광 파장 변환 장치에서는, 광 파장 변환 부재의 금속층의 광의 입사측과는 반대측에 방열 부재가 접합되어 있다.

따라서, 광 파장 변환 장치는, 방열 부재에 의해 방열성이 향상되므로, 세라믹스 소결체의 온도의 상승에 의해, 세라믹스 소결체가 형광을 발하지 않게 되는 온도 소광을 억제할 수 있다.

또한, 광 파장 변환 부재에 방열 부재를 접합하는 접합 재료로는, 예를 들어 금속제의 핸더나, 열전도성이 우수한 주지된 열전도성 접착제를 채용할 수 있다.

여기서, 방열 부재란, 세라믹스 소결체보다 방열성 (즉 열전도성 : 열전도율) 이 우수한 부재로, 예를 들어 알루미늄이나 구리 등의 각종 금속 부재를 채용할 수 있다.

(10) 본 개시의 하나의 국면에 있어서의 발광 장치는, 상기 광 파장 변환 장치와, 광을 발광하는 발광 소자를 구비한 발광 장치이다.

이 발광 장치 (상세하게는 광 파장 변환 부재) 에 의해 파장이 변환된 광 (즉 형광) 은, 높은 형광 강도를 갖는다. 또, 높은 색 균질성을 갖는다.

또한, 발광 장치의 발광 소자로는, 예를 들어 LED 나 LD 등의 공지된 소자를 사용할 수 있다.

＜이하에, 본 개시의 각 구성에 대하여 설명한다＞

·「형광상」은, 형광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 상이고, 「투광상」은, 투광성을 갖는 결정 입자, 상세하게는 형광상의 결정 입자와는 상이한 조성의 결정 입자를 주체로 하는 상이다.

·「주체」란, 상기 광 파장 변환 부재 중에 있어서, 가장 많은 양 (즉 체적) 존재하는 것을 나타내고 있다. 예를 들어, 형광상에는 형광성을 갖는 결정 입자가 50 체적％ 이상 (바람직하게는 90 체적％ 이상) 포함되어 있어도 된다. 또, 예를 들어, 투광상에는 투광성을 갖는 결정 입자가 50 체적％ 이상 (바람직하게는 90 체적％ 이상) 포함되어 있어도 된다.

·세라믹스 소결체에서는, 각 결정 입자나 그 입계에는 불가피 불순물이 포함되어 있어도 된다. 이 세라믹스 소결체에는 형광상 및 투광상 (따라서 형광성을 갖는 결정 입자 및 투광성을 갖는 결정 입자) 이, 세라믹스 소결체의 50 체적％ 이상 (바람직하게는 90 체적％ 이상) 포함되어 있어도 된다.

또한, 세라믹스 소결체 중에 있어서의 형광상의 비율 (따라서 형광성을 갖는 결정 입자의 비율) 로는 3 ∼ 70 체적％ 를 채용할 수 있다. 한편, 세라믹스 소결체에 있어서의 투광상의 비율 (따라서 투광성을 갖는 결정 입자의 비율) 로는 30 ∼ 97 체적％ 를 채용할 수 있다.

·「A₃B₅O₁₂ : Ce」란, A₃B₅O₁₂ 중의 원소 A 의 일부에 Ce 가 고용 치환되어 잇는 것을 나타내고 있고, 이와 같은 구조를 가짐으로써, 동 화합물은 형광 특성을 나타내게 된다.

도 1 은 유전체 다층막을 사용하여 반사광의 강도를 올리는 원리를 설명하는 설명도이다.
도 2 는 제 1 실시형태의 광 파장 변환 부재를 두께 방향으로 파단한 단면도이다.
도 3 은 제 1 실시형태의 광 파장 변환 부재의 제조 공정을 나타내는 설명도이다.
도 4 는 제 2 실시형태의 광 파장 변환 부재를 두께 방향으로 파단한 단면도이다.
도 5 는 제 3 실시형태의 광 파장 변환 부재를 두께 방향으로 파단한 단면도이다.
도 6 은 제 4 실시형태의 광 파장 변환 부재를 두께 방향으로 파단한 단면도이다.
도 7 은 제 5 실시형태의 광 파장 변환 부재를 두께 방향으로 파단한 단면도이다.
도 8 은 제 6 실시형태의 광 파장 변환 장치를 두께 방향으로 파단한 단면도이다.
도 9 는 제 8 실시형태의 발광 장치를 나타내는 설명도이다.

다음으로, 본 개시의 광 파장 변환 부재 및 광 파장 변환 장치 그리고 발광 장치의 실시형태에 대하여 설명한다.

[1. 제 1 실시형태]

[1-1. 광 파장 변환 부재의 구성]

우선, 본 제 1 실시형태의 광 파장 변환 부재의 구성에 대하여 설명한다.

도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광 파장 변환 부재 (1) 는, 도 2 의 상방 (즉 외부로부터의 광 (Light) 이 입사되는 측) 으로부터 판상의 세라믹스 소결체 (3) 와 유전체 다층막 (5) 과 금속층 (7) 이 적층된 판재이다. 또한, 이하에서는, 광이 입사되는 측 (도 2 의 상방) 을 입사측으로 칭하고, 입사된 광이 반사되는 측 (즉 입사측과 반대측 : 도 2 의 하방) 을 반사측으로 칭한다.

이하, 상세하게 설명한다.

＜세라믹스 소결체＞

세라믹스 소결체 (3) 는, 외부로부터 입사된 광에 의해 형광성을 갖는 결정 입자 (즉 형광상 입자) 를 주체로 하는 형광상과, 투광성을 갖는 결정 입자 (즉 투광상 입자) 를 주체로 하는 투광상으로 구성되어 있는 형광체이다.

요컨대, 세라믹스 소결체 (3) 는, 1 또는 복수의 형광상 입자로 구성된 덩어리 부분인 형광상과, 1 또는 복수의 투광상 입자로 구성된 덩어리 부분인 투광상으로 구성되어 있다.

즉, 세라믹스 소결체 (3) 는, 실질적으로 형광상 입자와 형광상 입자로 구성되어 있다. 또한, 형광상 입자 및 형광상 입자는, 세라믹스 소결체 (3) 에 있어서, 예를 들어 90 체적％ 이상 (예를 들어 거의 100 체적％) 이다.

상세하게는 형광상 입자는, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 조성을 가짐과 함께, 그 A 원소 및 B 원소는, 각각 하기 원소군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 구성되어 있다.

A : Sc, Y, Ce 를 제외한 란타노이드

B : Al, Ga

또한, 상기 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 의 A 및 B 는, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 물질을 구성하는 각 원소 (단 상이한 원소) 를 나타내고 있고, O 는 산소, Ce 는 세륨이다.

또한, 세라믹스 소결체 (3) 에서는, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 화합물 (즉 형광상 입자) 은, 예를 들어 세라믹스 소결체 (3) 전체의 3 vol％ ∼ 70 vol％ 의 범위이다.

또, 상기 형광상 입자에 있어서의 Ce 농도는, 예를 들어 화합물의 A 원소에 대하여 0.1 mol％ ∼ 1.0 mol％ 의 범위이다.

또한, A 원소에 Gd 를 포함하는 경우에는, 예를 들어 Gd 농도는 A 원소에 대하여 30 mol％ 이하의 범위이다. 또, B 원소에 Ga 를 포함하는 경우에는, 예를 들어 Ga 농도는 B 원소에 대하여 30 mol％ 이하의 범위이다.

한편, 투광상 입자는, 예를 들어 Al₂O₃ 의 조성을 갖고 있다.

또한, 세라믹스 소결체 (3) 의 치수는, 예를 들어 세로 10 ㎜ × 가로 10 ㎜ 이며, 그 두께는 예를 들어 100 ㎛ ∼ 400 ㎛ 의 범위 (예를 들어 100 ㎛) 이다.

＜유전체 다층막＞

유전체 다층막 (5) 은, 광의 굴절률이 상이한 유전체의 층 (즉 복수의 층) 으로 이루어지고, 광의 투과가 가능한 다층막이다.

요컨대, 유전체 다층막 (5) 이란, 광의 굴절률이 상이한 유전체의 막 (즉 각 유전체막) 의 적층체, 즉 고굴절률막과 (그보다 굴절률이 낮은) 저굴절률막의 적층체이다.

상세하게는 이 유전체 다층막 (5) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 광의 입사측에 배치된 TiO₂ 로 이루어지는 TiO₂ 막 (즉 고굴절률막) (5a) 과, 반사측에 배치된 SiO₂ 로 이루어지는 SiO₂ 막 (즉 저굴절률막) (5b) 이 적층된 적층체이다.

여기서는, 유전체 다층막 (5) 의 전체 층수 (막수) 로서 2 층을 예시하고 있지만, 예를 들어 2 ∼ 4 층 등의 구성을 채용할 수 있다. 또, TiO₂ 막 (5a) 이나 SiO₂ 막 (5b) 의 막두께는, 각각 예를 들어 25 ㎚ ∼ 100 ㎚ 의 범위를 채용할 수 있다. 또한, 총막두께로는 300 ㎚ 정도까지가 바람직하다.

또한, 상기 서술한 바와 같이, 입사되는 광의 파장에 따라 고굴절률막과 저굴절률막의 막두께를 규정함으로써, 반사광의 강도를 높일 수 있다. 따라서, 여기서는, 입사되는 광의 파장 (λ) 에 따라, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 의 각 막두께는 반사광의 강도를 높일 수 있는 막두께로 설정되어 있다.

예를 들어 입사되는 광의 파장이 465 ㎚ 인 경우에는, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 의 각 막두께는 각각 50 ㎚ 가 바람직하다.

＜금속층＞

금속층 (7) 은, 광을 반사시키는 반사성을 갖는 금속으로 이루어지는 층이다.

여기서는, 금속층 (7) 으로서, 예를 들어 Ag 로 이루어지는 1 층 (Ag 층) 의 구조를 예시하고 있지만, 다른 금속 (예를 들어 Al) 으로 이루어지는 층 (예를 들어 Al 층) 을 채용해도 된다.

혹은, 이 금속층 (7) 으로서, 상이한 금속으로 이루어지는 층 (예를 들어 Ag 층과 Al 층) 을 적층한 다층 구조로 해도 된다.

또한, 금속층 (7) 의 두께로는, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 500 ㎚ 의 범위를 채용할 수 있다.

[1-2. 광 파장 변환 부재의 제조 방법]

다음으로, 광 파장 변환 부재 (1) 를 제조할 때의 개략적인 순서에 대하여, 도 3 에 기초하여 간단하게 설명한다.

우선, 상기 제 1 실시형태의 구성을 만족하도록, 세라믹스 소결체 (3) 의 분말 재료의 칭량 등을 실시하였다 (즉 조제하였다).

다음으로, 조제한 분말 재료에 유기 용제와 분산제를 첨가하고, 볼 밀로 분쇄 혼합을 실시하여, 슬러리를 제작하였다.

다음으로, 얻어진 슬러리를 건조, 조립 (造粒) 하였다.

다음으로, 얻어진 조립분을 프레스 성형하였다.

다음으로, 프레스 성형체를 소정 온도에서 소정 시간 소성하여, 세라믹스 소결체 (3) 를 얻었다.

또한, 상기 서술한 프레스 성형에 의한 세라믹스 소결체 (3) 의 제조 방법 이외에, 슬러리를 시트 성형하여 얻어진 시트 성형체를 소성함으로써, 세라믹스 소결체 (3) 를 얻어도 된다.

다음으로, 세라믹스 소결체 (3) 의 두께 방향의 일방 (반사측) 에, 유전체 다층막 (5) 을 형성하였다.

구체적으로는 우선 진공 증착에 의해 TiO₂ 막 (5a) 을 형성하였다. 그 후, TiO₂ 막 (5a) 의 표면 (즉 노출된 반사측의 표면) 에, 진공 증착에 의해 SiO₂ 막 (5b) 을 형성하였다.

다음으로, 유전체 다층막 (5) 의 SiO₂ 막 (5b) 의 표면 (즉 노출된 반사측의 표면) 에, 예를 들어 진공 증착에 의해 금속층 (예를 들어 Ag 층) (7) 을 형성하였다.

또한, 금속층 (7) 을 형성하는 경우에는, 진공 증착 이외에, 스퍼터 도금 등의 각종 박막 형성 방법을 채용할 수 있다.

이로써, 광 파장 변환 부재 (1) 를 얻었다.

[1-3. 효과]

다음으로, 본 제 1 실시형태의 효과를 설명한다.

(1) 본 제 1 실시형태의 광 파장 변환 부재 (1) 는, 세라믹스 소결체 (3) 의 광이 입사되는 측과는 반대측에 광을 반사시키는 반사성을 갖는 금속층 (Ag 층) (7) 을 가짐과 함께, 세라믹스 소결체 (3) 과 금속층 (7) 의 사이에 광의 굴절률이 상이한 유전체의 층으로 이루어지는 유전체 다층막 (5) 을 구비하고 있다.

이 유전체 다층막 (5) 은, 광의 입사측으로부터 고굴절률막 (5a) 과 저굴절률막 (5b) 이 적층된 구성을 갖고 있고, 각 막 (5a, 5b) 의 계면으로부터의 반사광이 간섭에 의해 서로 강해지는 특성을 갖고 있다.

이 구성에 의해, 광 파장 변환 부재 (1) 는, 종래의 금속층만일 때의 반사 성능 (즉 반사율) 보다 높은 반사 성능을 갖는다. 요컨대, 광 파장 변환 부재 (1) 는, 종래보다 입사광이나 형광을 효율적으로 반사시킬 수 있다. 따라서, 광 파장 변환 부재 (1) 는, 효율적으로 광을 취출할 수 있으므로, 높은 발광 강도 (즉 형광 강도) 를 갖고 있다.

(2) 본 제 1 실시형태에서는, 형광상의 결정 입자는, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 조성을 가짐과 함께, A 원소 및 B 원소는, 각각 하기 원소군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 구성되어 있다.

A : Sc, Y, Ce 를 제외한 란타노이드

B : Al, Ga

이 조성에 의해, 효율적으로 청색광을 가시광으로 변환시킬 수 있다. 또, 상기 세라믹스 소결체 (3) 를 사용함으로써, 형광상과 투광상의 계면에서의 광의 산란이 일어나, 광의 색의 각도 의존성을 줄일 수 있으므로, 색 균질성을 향상시킬 수 있다 (즉 색 불균일을 저감시킬 수 있다).

또한, 상기 세라믹스 소결체 (3) 를 사용함으로써, 열전도율이 양호하기 때문에, 예를 들어 레이저광의 조사에 의해 광 파장 변환 부재 (1) 에 있어서 발생한 열을, 효율적으로 외부 (예를 들어 금속층 (7) 이나 방열 부재) 로 배출할 수 있다. 따라서, 세라믹스 소결체 (3) 가 형광을 발하지 않게 되는 온도 소광을 억제할 수 있다. 그 때문에, 레이저의 고출력역에서도 바람직하게 형광을 유지할 수 있다.

(3) 본 제 1 실시형태에서는, 금속층 (7) 은 Ag 로 이루어지므로, 예를 들어 외부로부터 입사된 광이나 세라믹스 소결체 (3) 에서 발광한 형광등의 광을 바람직하게 반사시킬 수 있다. 또한, 금속층 (7) 으로는, Ag 층에 한정되지 않고 Al 층 등을 채용할 수 있다.

[2. 제 2 실시형태]

다음으로, 제 2 실시형태의 광 파장 변환 부재에 대하여 설명하지만, 제 1 실시형태와 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여한다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 제 2 실시형태의 광 파장 변환 부재 (11) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 4 의 상방의 입사측으로부터, 세라믹스 소결체 (3) 와, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 으로 이루어지는 유전체 다층막 (5) 과, 금속층 (즉 Ag 층) (7) 이 적층된 구성을 갖고 있다.

특히 본 제 2 실시형태에서는, Ag 층 (7) 의 반사측 (도 4 의 하방) 에는, Ag 층 (7) 의 전체 표면을 덮도록, Al₂O₃ 으로 이루어지는 Al₂O₃ 층 (13) 이 적층되어 있다. 또한, Al₂O₃ 층 (13) 의 두께는, 예를 들어 30 ㎚ ∼ 200 ㎚ 이다.

이 Al₂O₃ 층 (13) 은, 예를 들어 진공 증착에 의해 형성할 수 있다.

본 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 또, 본 제 2 실시형태에서는, Ag 층 (7) 의 표면은 Al₂O₃ 층 (13) 으로 덮여 있기 때문에, Ag 의 산화를 억제할 수 있다. 그 때문에, Ag 층 (7) 의 반사 특성의 열화를 억제할 수 있다.

또한, Ag 층 (7) 대신에, Al 층을 채용할 수도 있다. 또, Ag 층 (7) 과 Al 층을 적층해도 된다 (이하 동일).

[3. 제 3 실시형태]

다음으로, 제 3 실시형태의 광 파장 변환 부재에 대하여 설명하지만, 제 1 실시형태와 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여한다.

도 5 에 나타내는 바와 같이, 본 제 3 실시형태의 광 파장 변환 부재 (21) 는, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 도 5 의 상방의 입사측으로부터, 세라믹스 소결체 (3) 와, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 으로 이루어지는 유전체 다층막 (5) 과, 금속층 (즉 Ag 층) (7) 이 적층된 구성을 갖고 있다.

특히 본 제 3 실시형태에서는, Ag 층 (7) 의 반사측 (도 5 의 하방) 에는, Ag 층 (7) 의 전체 표면을 덮도록, Ni 로 이루어지는 Ni 층 (23) 이 적층되어 있다. 또한, Ni 층 (23) 의 두께는, 예를 들어 100 ㎚ 이다.

또한, Ag 층 (7) 의 표면에, Ni 층 (23) 등의 다른 금속층이 형성되어 있는 경우에는, Ag 층 (즉 금속층) (7) 및 Ni 층 (23) 등으로 이루어지는 구성을 금속 피복 (25) 으로 칭한다.

이 Ni 층 (23) 의 형성 방법으로는, 상기 Ag 층 (7) 과 마찬가지로, 진공 증착, 스퍼터, 도금 등의 각종 박막 형성 방법을 채용할 수 있다.

본 제 3 실시형태는, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 또, 본 제 3 실시형태에서는, Ag 층 (7) 의 표면을 Ni 층 (23) 으로 덮고 있기 때문에, Ag 의 산화를 억제할 수 있다.

[4. 제 4 실시형태]

다음으로, 제 4 실시형태의 광 파장 변환 부재에 대하여 설명하지만, 제 2 실시형태와 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 제 2 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여한다.

도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 제 4 실시형태의 광 파장 변환 부재 (31) 는, 제 2 실시형태와 마찬가지로, 도 6 의 상방의 입사측으로부터, 세라믹스 소결체 (3) 와, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 으로 이루어지는 유전체 다층막 (5) 과, 금속층 (즉 Ag 층) (7) 과, Al₂O₃ 층 (13) 이 적층된 구성을 갖고 있다.

특히 본 제 4 실시형태에서는, Al₂O₃ 층 (13) 의 반사측 (도 6 의 하방) 에는, Al₂O₃ 층 (13) 의 전체 표면을 덮도록, 상기 제 3 실시형태와 동일한 Ni 층 (23) 이 적층되어 있다.

본 제 4 실시형태는, 제 1 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 또, 본 제 4 실시형태에서는, Ag 층 (7) 의 표면은 Al₂O₃ 층 (13) 과 Ni 층 (23) 으로 덮여 있기 때문에, Ag 의 산화를 바람직하게 억제할 수 있다.

[5. 제 5 실시형태]

다음으로, 제 5 실시형태의 광 파장 변환 부재에 대하여 설명하지만, 제 3 실시형태와 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 제 3 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여한다.

도 7 에 나타내는 바와 같이, 본 제 5 실시형태의 광 파장 변환 부재 (41) 는, 제 3 실시형태와 마찬가지로, 도 7 의 상방의 입사측으로부터, 세라믹스 소결체 (3) 와, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 으로 이루어지는 유전체 다층막 (5) 과, 금속층 (즉 Ag 층) (7) 과, Ni 층 (23) 이 적층된 구성을 갖고 있다.

특히 본 제 5 실시형태에서는, Ni 층 (23) 의 반사측 (도 7 의 하방) 에는, Ni 층 (23) 의 전체 표면을 덮도록, Au 로 이루어지는 Au 층 (43) 이 적층되어 있다. 또한, Au 층 (43) 의 두께는, 예를 들어 200 ㎚ 이다.

이 Au 층 (43) 의 형성 방법으로는, 상기 Ni 층 (23) 과 마찬가지로, 진공 증착, 스퍼터, 도금 등의 각종 박막 형성 방법을 채용할 수 있다.

본 제 5 실시형태는, 제 3 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 또, 본 제 5 실시형태에서는, Ag 층 (7) 의 표면을 Ni 층 (23) 및 Au 층 (43) 으로 덮고 있기 때문에, Ag 의 산화를 바람직하게 억제할 수 있다.

또한, Ag 층 (7) 대신에 Al 층을 형성해도 되고, 또 Au 층 (43) 대신에, Ag 층을 형성해도 된다. 또한, Ag 층 (7) 과 Ni 층 (23) 의 사이에 상기 제 4 실시형태와 동일한 Al₂O₃ 층 (13) 을 형성해도 된다.

[6. 제 6 실시형태]

다음으로, 제 6 실시형태의 광 파장 변환 장치에 대하여 설명하지만, 제 5 실시형태와 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 제 5 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여한다.

도 8 에 나타내는 바와 같이, 본 제 6 실시형태의 광 파장 변환 장치 (51) 는, 제 5 실시형태와 동일한 광 파장 변환 부재 (41) 의 반사측 (도 8의 하방) 에, 접합재로 이루어지는 접합부 (53) 에 의해 판상의 방열 부재 (55) 가 접합된 것이다.

상세하게는 광 파장 변환 부재 (41) 는, 제 5 실시형태와 마찬가지로, 도 8 의 상방의 입사측으로부터, 세라믹스 소결체 (3) 와, TiO₂ 막 (5a) 및 SiO₂ 막 (5b) 으로 이루어지는 유전체 다층막 (5) 과, 금속층 (즉 Ag 층) (7) 과, Ni 층 (23) 과, Au 층 (43) 이 적층된 구성을 갖고 있다.

상기 접합부 (53) 는, 열전도성이 높은 접합재, 예를 들어 Pb 등으로 이루어지는 핸더 등의 금속 접합재로 구성되어 있다. 또한, 금속 접합재 이외에, 예를 들어 열전도성이 우수한 주지된 열전도성 접착제를 채용할 수 있다.

상기 방열 부재 (55) 는, 평면에서 보았을 때 (도 8 의 상하 방향에서 보았을 경우) 에, 광 파장 변환 부재 (41) 보다 외형이 큰 부재이다. 또한, 방열 부재의 치수로는, 광 파장 변환 부재 (41) 의 치수를, 예를 들어 세로 3.5 ㎜ × 가로 3.5 ㎜ × 두께 100 ㎛ 로 한 경우에는, 예를 들어 세로 12 ㎜ × 가로 12 ㎜ × 두께 1.5 ㎜ 를 채용할 수 있다.

이 방열 부재 (55) 는, 세라믹스 소결체 (3) 보다 방열성 (즉 열전도성 : 열전도율) 이 우수한 부재로, 예를 들어 알루미늄이나 구리 등의 금속 부재를 채용할 수 있다.

또한, 도시하지 않지만, 광 파장 변환 부재 (41) 와 접합부 (53) 의 사이에는, 접합성을 향상시키기 위해서 보호층을 형성해도 된다. 이 보호층으로는 Ni 시트를 채용할 수 있다.

본 제 6 실시형태는, 제 5 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 또, 본 제 6 실시형태에서는, 광 파장 변환 부재 (41) 에 방열 부재 (55) 가 접합되어 있으므로, 방열성이 높다. 따라서, 세라믹스 소결체 (3) 의 온도 상승을 억제할 수 있으므로, 온도 소광을 억제할 수 있다. 따라서, 발광 특성 (즉 형광 특성) 이 우수하였다.

[7. 제 7 실시형태]

다음으로, 제 7 실시형태의 발광 장치에 대하여 설명하지만, 제 6 실시형태와 동일한 내용에 대해서는 설명을 생략 또는 간략화한다. 또한, 제 6 실시형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 번호를 부여한다.

도 9 에 나타내는 바와 같이, 본 제 7 실시형태의 발광 장치 (61) 는, 제 6 실시형태와 동일한 광 파장 변환 장치 (51) 의 입사측 (도 9 의 상방) 에, 발광 소자 (63) 가 배치된 것이다.

이 발광 소자 (63) 로서, 예를 들어 LED 나 LD 등의 공지된 소자를 사용할 수 있다.

상기 발광 장치 (61) 에서는, 발광 소자 (63) 로부터 세라믹스 소결체 (3) 의 표면에 대하여 청색광을 조사한다. 그리고, 조사된 광은, 세라믹스 소결체 (3) 에서 파장 변환되거나 Ag 층 (7) 등에서 반사되어, 광 파장 변환 부재 (41) 의 도 9 의 상방의 표면 (즉 세라믹스 소결체의 상면 (3a)) 으로부터 각 색이 혼합된 백색이 되어, 도 9 의 상방에 조사된다.

본 제 7 실시형태는, 제 6 실시형태와 동일한 효과를 발휘한다. 또, 본 제 7 실시형태의 발광 장치 (61) 는, 발광 강도가 높은 광을 외부로 조사할 수 있다.

[8. 실시예]

다음으로, 상기 실시형태의 구체적인 실시예 등에 대하여 설명한다.

여기서는, 하기 표 1 에 기재된 No. 1 ∼ 18 의 광 파장 변환 부재의 각 시료를 제작하였다.

각 시료 중 No. 1 ∼ 6, 10 ∼ 18 이 본 개시의 범위 내의 시료이며, No. 7 ∼ 9 가 본 개시의 범위 외의 비교예의 시료이다.

또한, 본 개시의 광 파장 변환 부재로는, 제 3 실시형태와 동일한 구성을 채용하였다. 즉, 세라믹스 소결체, 유전체 다층막, Ag 층, Ni 층이 적층된 구성을 채용하였다. 또, 표 1 의 유전체 다층막의 각 시료에 있어서의 란, 즉 유전체 다층막을 구성하는 각 유전체막을 나타내는 란에서는, 각 란의 좌측에 세라믹스 소결체에 가까운 쪽을 기재하였다.

[8-1. 시료의 평가 방법]

우선, 각 시료에 대하여 실시한 각 평가 방법에 대하여 설명한다.

＜상대 밀도＞

각 시료의 광 파장 변환 부재의 세라믹스 소결체의 개기공률을, JIS R1634 에 규정되는 방법에 의해 측정하고, 그 측정치로부터 세라믹스 소결체의 상대 밀도를 구하였다.

＜내 (耐) 레이저 출력＞

각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 465 ㎚ 의 파장을 갖는 청색 LD 광을, 렌즈로 0.1 ㎜ 폭까지 집광시켜 조사하고, 반사된 광을 렌즈로 집광시켜, 분광 방사 조도계 (코니카 미놀타 제조 CL-500A) 에 의해 색도값 (X) 을 측정하였다. 이 때 조사되는 출력 밀도는 0 ∼ 100 W/㎜² 로 하였다.

여기서는, 레이저 출력 5 W/㎜² 시의 색도값에 대하여 60 ％ 이하가 되었을 경우에, 온도 소광이 발생하였다고 판단하고, 그 때의 레이저 출력 밀도를 표 1 에 기재하였다. 그리고, 100 W/㎜² 에서 소광하지 않는 것에 대해서는, 「＞100」으로 기재하였다. 또한, 내레이저 출력에 관해서는, 100 W /㎜² 이상까지 소광하지 않는 것이 바람직하다.

＜형광 강도＞

각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 465 ㎚ 의 파장을 갖는 청색 LD 광을, 렌즈로 0.1 ㎜ 폭까지 집광시켜 조사하고, 반사된 광을 렌즈로 집광시켜, 파워 센서에 의해, 그 때의 발광 강도 (즉 형광 강도) 를 측정하였다. 이 때 조사되는 출력 밀도는 40 W/㎜² 로 하였다. 그리고, 세라믹스 소결체 (형광체) 로서 단결정 (즉 YAG : Ce 단결정체) 을 사용했을 때의 형광 강도를 100 ％ 로 하여, 각 시료의 형광 강도의 비교를 실시하였다. 또한, 형광 강도에 대해서는, 100 ％ 이상인 것이 바람직하다.

＜색 불균일＞

색 불균일 (즉 색 편차) 은, 조도계에 의한 색도 편차 측정에 의해 평가하였다.

여기서는, 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 465 ㎚ 의 파장을 갖는 청색 LD 광을, 렌즈로 집광시켜 0.5 ㎜ 폭으로 하고, 이것을 조사하여 반사되어 오는 광에 대하여, 분광 방사 조도계 (코니카 미놀타 제조 CL-500A) 에 의해 색도를 측정하였다.

조사는, 각 시료의 표면 (즉 샘플면) 에 대하여, 가로세로 9 ㎜ 의 중앙 부분을 3 ㎜ 간격으로 9 개소의 영역으로 구분하고, 각 영역의 색도 (X 방향) 의 편차 (Δx) 를 평가하였다. 편차 (Δx) 란, 색도 방향의 편차의 최대값을 나타내고, Δx＜0.03 이 되는 것이 바람직하다.

또한, 색도란, 국제 조명 위원회 (CIE) 가 1931년에 책정한 국제 표시법으로, CIE-XYZ 표색계로 나타내는 색도이다. 요컨대, 표색 상의 3 원색을 수치화하고, xy 좌표 공간에서 색을 표시한 xy 색도도 (이른바 CIE 색도도) 로 나타내는 색도이다.

＜샘플 온도＞

각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 465 ㎚ 의 파장을 갖는 청색 LD 광을, 렌즈로 0.1 ㎜ 폭까지 집광시켜 조사하고, 조사부 (즉 청색 LD 광을 조사한 부분) 의 온도 (즉 조사부 온도) 를 방사 온도계에 의해 측정하였다. 이 때, 조사되는 청색 LD 광의 출력 밀도를 40 W/㎜² 로 하였다.

＜굴절률비＞

각 시료의 굴절률비 (a/b, a/c) 는, 각 시료의 유전체 다층막을 구성하는 각 유전체막의 파장 550 ㎚ 의 광에 대한 굴절률 (a, b) (즉, 고굴절률막의 굴절률 (a) 과, 굴절률이 고굴절률막보다 낮은 저굴절률막의 굴절률 (b)) 과, 각 시료의 세라믹스 소결체의 파장 550 ㎚ 의 광에 대한 굴절률 (c) 로부터 산출하였다.

또한, TiO₂, Ta₂O₅, HfO₂, ZrO₂, Nb₂O₅ 의 굴절률 (a) 은, SiO₂ 의 굴절률 (b) 보다 크고, TiO₂ 의 굴절률 (a) 은 MgF₂ 의 굴절률 (b) 보다 크다.

＜유전체 다층막의 총두께＞

각 시료의 유전체 다층막의 총두께는, 각 시료의 유전체 다층막을 구성하는 각 유전체막의 막두께의 합계이다.

＜막의 밀착성＞

각 시료에 대하여, 막의 밀착성을 확인하기 위해서 테이프 시험을 실시하였다. 시험 방법은, JIS R3255 에 준거하여, 측정을 실시하였다. 그리고, 세라믹스 소결체와 유전체 다층막의 계면이나, 유전체 다층막을 구성하는 각 유전체막의 사이의 계면에 있어서, 박리가 발생하는지를 확인하였다. 판정 기준은, 박리 없음, 일부 박리, 모두 박리로 하였다.

[8-2. 시료의 제조 방법 및 평가 결과]

다음으로, 각 시료의 제조 방법과, 각 시료의 평가 결과에 대하여 설명한다.

＜실험예 1＞

하기 표 1 에 나타내는 조건에 의해, No. 1 ∼ 4 의 광 파장 변환 부재의 시료를 제작하였다.

(1) 우선, 하기 순서로 세라믹스 소결체 (형광체) 를 제작하였다. 또한, 세라믹스 소결체의 치수는, 세로 10 ㎜ × 가로 10 ㎜ × 두께 200 ㎛ 로 하였다.

구체적으로는 No. 1 ∼ 4 의 각 시료의 세라믹스 소결체에 따라 (즉, 각 시료의 조성의 세라믹스 소결체를 제조하기 위해서), 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, Al₂O₃ (평균 입경 0.2 ㎛) 과 Y₂O₃ (평균 입경 1.2 ㎛), CeO₂ (평균 입경 1.5 ㎛) 의 각 분말 재료를 칭량하였다.

이들 분말을, 에탄올과 함께 볼 밀 안에 투입하여, 16 hr 분쇄 혼합을 실시하였다. 얻어진 슬러리를 건조·조립함으로써 조립분을 얻었다. 이 조립분에 대하여, 소정의 비율 (전체의 2 중량％) 이 되도록, 충분히 용융시킨 바인더를 첨가하여, 잘 교반하고, 건조시킴으로써 소정의 분말을 얻었다.

얻어진 분말을 프레스 성형하고, 추가로 CIP 성형함으로써 성형체를 얻었다. 얻어진 성형체를 탈지 후, 대기 분위기중에서 소성을 실시하여, 세라믹스 소결체를 얻었다. 이 때, 소성 온도를 1600 ℃, 유지 시간을 10 시간으로 하여 소성을 실시하였다.

또한, 표 1, 표 2 에는 기재하지 않지만, 각 시료의 상대 밀도는 99 ％ 이상이었다. 또한, 하기 다른 시료에 대해서도 동일하였다.

(2) 다음으로, 하기 순서로 세라믹스 소결체에 유전체 다층막이나 금속층을 형성하였다.

우선, 세라믹스 소결체의 편면에, 유전체 다층막을 형성하였다. 요컨대, 세라믹스 소결체의 표면에 TiO₂ 막을 형성하고, 그 TiO₂ 막의 표면에 SiO₂ 막을 형성하였다.

상세하게는 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막으로서 TiO₂ 막과 SiO₂ 막을 1 층씩 혹은 2 층씩 적층하였다. 각 막의 두께는 25 ㎚ 혹은 50 ㎚ 로 하였다. 또한, No. 3 의 시료는, TiO₂ 막, SiO₂ 막, TiO₂ 막, SiO₂ 막의 순서로 TiO₂ 막과 SiO₂ 막을 각각 2 층씩 형성하였다.

다음으로, 유전체 다층막의 표면 (즉 SiO₂ 막의 표면) 에, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, 반사성을 갖는 금속으로서 Ag 또는 Al 을 피복하여, 금속층인 Ag 층 또는 Al 층을 형성하였다. 이 Ag 층 또는 Al 층의 두께는 300 ㎚ 로 하였다.

다음으로, Ag 층 또는 Al 층의 표면에, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, Ni 층을 형성하였다. 이 Ni 층의 두께는 100 ㎚ 로 하였다.

또한, Ag 또는 Al, Ni 의 피복 방법으로서 진공 증착을 채용하였다.

이로써, 각 시료의 광 파장 변환 부재를 얻었다.

(3) 그리고, 얻어진 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 상기 서술한 평가 방법에 의한 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 기재한다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, No. 1 ∼ 4 의 시료는, 내레이저 출력이 100 W/㎜² 를 웃돌고, 온도 소광이 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다. 또, 표 1 에 나타내는 유전체 다층막 및 금속층의 구성을 구비함과 함께, 굴절률비 (a/b) 가 2.02, 굴절률비 (a/c) 가 1.65 이므로, 형광 강도도 108 ％ 이상으로 높기 때문에 바람직하다. 또한, 색 불균일도 0.029 이하로 작고, 조사부 온도도 128 ℃ 이하로 낮기 때문에 (즉 방열성이 우수하므로) 바람직하다. 게다가, 유전체 다층막의 총두께가 100 ㎚ 이하로 작기 때문에, 막의 밀착성이 우수하였다.

＜실험예 2＞

하기 표 1 에 나타내는 조건에 의해, No. 5, 6 의 광 파장 변환 부재의 시료를 제작하였다.

이 실험예 2 의 세라믹스 소결체의 시료의 제작 방법은, 기본적으로는 실험예 1 과 동일하다.

단, No. 5 의 시료에 관해서는, Gd₂O₃ (평균 입경 1.1 ㎛) 을 첨가하고, Gd 량을 Y 량에 대하여 mol 비로 30 ％ 가 되도록 조정하였다. 또, No. 7 의 시료에 관해서는, Lu₂O₃ (평균 입경 4.1 ㎛), Ga₂O₃ (평균 입경 0.9 ㎛) 을 첨가하고, Lu 량을 Y 량에 대하여 mol 비로 50 ％ 가 되도록, Ga 량을 Al 량에 대하여 mol 비로 50 ％ 가 되도록 조정하였다.

본 실험예 2 의 세라믹스 소결체에 대해서도, 상기 실험예 1 과 동일하게 하여, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막이나 금속 피복을 형성하여, 광 파장 변환 부재를 제작하였다. 또한, 표 1 의 금속 피막의 란에 있어서, 동일 란의 좌단의 금속 (즉 Al 또는 Ag) 이 금속층을 구성하고 있다.

그리고, 얻어진 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 상기 서술한 평가 방법에 의한 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 기재한다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, No. 5, 7 의 시료는, 내레이저 출력이 100 W/㎜² 를 웃돌고, 온도 소광이 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다. 또, 표 1 에 나타내는 유전체 다층막 및 금속층의 구성을 구비함과 함께, 굴절률비 (a/b) 가 2.02, 굴절률비 (a/c) 가 1.65 이므로, 형광 강도도 106 ％ 이상으로 높기 때문에 바람직하다. 또한, 색 불균일도 0.029 로 작고, 조사부 온도도 132 ℃ 이하로 낮기 때문에 바람직하다. 게다가, 유전체 다층막의 총두께가 100 ㎚ 로 작기 때문에, 막의 밀착성이 우수하였다.

＜실험예 3＞

하기 표 1 에 나타내는 조건에 의해, No. 7 의 광 파장 변환 부재의 시료를 제작하였다. 이 No. 7 의 시료란, 유전체 다층막을 형성하지 않는 비교예이다.

이 실험예 3 의 세라믹스 소결체의 시료의 제작 방법은, 실험예 1 과 동일하다.

그리고, 본 실험예 3 의 세라믹스 소결체에 대해서는, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막을 형성하지 않고, 세라믹스 소결체에 대하여 직접 금속 피복을 형성하여, 광 파장 변환 부재를 제작하였다.

얻어진 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 상기 서술한 평가 방법에 의한 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 기재한다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, No. 7 의 시료는, 형광 강도가 94 ％ 로 낮아 바람직하지 않다. 또, 막의 밀착성이 낮아 바람직하지 않다.

＜실험예 4＞

하기 표 1 에 나타내는 조건에 의해, No. 8, 9 의 광 파장 변환 부재의 시료를 제작하였다. 이 No. 8, 9 의 시료는, No. 1 ∼ 7 의 시료와는 세라믹스 소결체의 종류가 상이하다.

이 실험예 4 의 세라믹스 소결체의 시료의 제작 방법은, 기본적으로는 실험예 1 과 동일하다.

단, No. 8 에서는, 세라믹스 소결체로서 YAG 입자를 유리에 분산시킨 형광체를 이용하고, No. 9 에서는, 세라믹스 소결체로서 YAG 단결정의 형광체를 사용하였다.

본 실험예 4 의 세라믹스 소결체에 대해서도, 상기 실험예 1 과 동일하게 하여, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막이나 금속 피복을 형성하여, 광 파장 변환 부재를 제작하였다.

그리고, 얻어진 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 상기 서술한 평가 방법에 의한 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 기재한다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, No. 8 의 시료는, 내레이저 출력이 40 W/㎜² 로 낮고, 또 형광 강도도 90 ％ 로 낮기 때문에 바람직하지 않다. 또한, 다른 No. 1 ∼ 6 의 시료에 비해 색 불균일이 크고, 조사부 온도도 높기 때문에 바람직하지 않다.

또, No. 9 의 시료는, 내레이저 출력이 75 W/㎜² 로 낮아 바람직하지 않다. 다른 No. 1 ∼ 6 의 시료에 비해 색 불균일이 크고, 조사부 온도도 높기 때문에 바람직하지 않다. 또, 형광 강도는 100 ％ 로, 다른 No. 1 ∼ 6 의 시료에 비해 낮다.

＜실험예 5＞

하기 표 1 에 나타내는 조건에 의해, No. 10, 11 의 광 파장 변환 부재의 시료를 제작하였다.

이 실험예 5 의 세라믹스 소결체의 시료의 제작 방법은, 기본적으로는 실험예 1 과 동일하지만, 금속 피복의 구성을 변경하였다.

구체적으로는 No. 10, 11 의 시료의 세라믹스 소결체에 관해서는, Ag 층 또는 Al 층을 200 ㎚, Ni 층을 100 ㎚ 형성하고, 또한 Ni 층의 표면에 Au 층 또는 Ag 층을 200 ㎚ 형성하였다.

본 실험예 5 의 세라믹스 소결체에 대해서도, 상기 실험예 1 과 동일하게 하여, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막이나 금속 피복을 형성하여, 광 파장 변환 부재를 제작하였다.

그리고, 얻어진 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 상기 서술한 평가 방법에 의한 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 기재한다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, No. 10, 11 의 시료는, 내레이저 출력이 100 W/㎜² 를 웃돌고, 온도 소광이 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다. 또, 표 1 에 나타내는 유전체 다층막 및 금속층의 구성을 구비함과 함께, 굴절률비 (a/b) 가 2.02, 굴절률비 (a/c) 가 1.65 이므로, 형광 강도도 105 ％ 이상으로 높기 때문에 바람직하다. 또한, 색 불균일도 0.029 이하로 작고, 조사부 온도도 126 ℃ 이하로 낮기 때문에 바람직하다. 게다가, 유전체 다층막의 총두께가 100 ㎚ 로 작기 때문에, 막의 밀착성이 우수하였다.

＜실험예 6＞

하기 표 1 에 나타내는 조건에 의해, No. 12 ∼ 18 의 광 파장 변환 부재의 시료를 제작하였다.

이 실험예 6 의 세라믹스 소결체의 시료의 제작 방법은, 실험예 1 과 동일하다.

본 실험예 6 의 세라믹스 소결체에 대해서도, 상기 실험예 1 과 동일하게 하여, 하기 표 1 에 나타내는 바와 같이, 유전체 다층막이나 금속 피복을 형성하여, 광 파장 변환 부재를 제작하였다.

그리고, 얻어진 각 시료의 광 파장 변환 부재에 대하여, 상기 서술한 평가 방법에 의한 평가를 실시하였다. 그 결과를 하기 표 2 에 기재한다.

표 2 로부터 분명한 바와 같이, No. 12 ∼ 17의 시료는, 내레이저 출력이 100 W/㎜² 를 웃돌고, 온도 소광이 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다. 또, 표 1 에 나타내는 유전체 다층막 및 금속 피복의 구성을 구비함과 함께, 굴절률비 (a/b) 가 1.32 이상, 굴절률비 (a/c) 가 1.08 이상이므로, 형광 강도가 107 ％ 이상으로 높기 때문에 바람직하다. 또한, 색 불균일도 0.034 이하로 작고, 조사부 온도도 135 ℃ 이하로 낮기 때문에 바람직하다. 게다가, 유전체 다층막의 총두께가 300 ㎚ 로 작기 때문에, 막의 밀착성이 우수하였다.

또, No. 18 의 시료는, 내레이저 출력이 100 W/㎜² 를 웃돌고, 온도 소광이 잘 일어나지 않기 때문에 바람직하다. 또, 표 1 에 나타내는 유전체 다층막 및 금속 피복의 구성을 구비함과 함께, 굴절률비 (a/b) 가 2.02, 굴절률비 (a/c) 가 1.65 이므로, 형광 강도가 118 ％ 로 높아 바람직하다. 또한, 유전체 다층막의 총두께는 400 ㎚ 이므로, 총두께가 300 ㎚ 인 시료에 비해 막의 밀착성이 낮았다.

[9. 다른 실시형태]

본 개시는 상기 실시형태에 조금도 한정되는 것이 아니고, 본 개시를 일탈하지 않는 범위에 있어서 다양한 양태로 실시할 수 있음은 말할 필요도 없다.

(1) 예를 들어, 상기 실시예에서는 대기 소성으로 시료를 제작했지만, 그 외에 핫 프레스 소성, 진공 소성, 환원 분위기 소성, HIP, 또는 이들을 조합한 소성 방법에 의해 동등한 성능을 가진 시료를 제작할 수 있다.

(2) 상기 광 파장 변환 부재나 발광 장치의 용도로는, 형광체, 광 파장 변환 기기, 헤드 램프, 조명, 프로젝터 등의 광학 기기 등 각종 용도를 들 수 있다.

(3) 발광 장치에 사용하는 발광 소자로는 특별히 한정은 없고, 주지된 LED 나 LD 등 각종의 것을 채용할 수 있다.

(4) 또한, 상기 각 실시형태에 있어서의 1 개의 구성 요소가 갖는 기능을 복수의 구성 요소에 분담시키거나, 복수의 구성 요소가 갖는 기능을 1 개의 구성 요소에 발휘시키거나 해도 된다. 또, 상기 각 실시형태의 구성의 일부를 생략해도 된다. 또, 상기 실시형태의 구성의 적어도 일부를, 다른 실시형태의 구성에 대하여 부가, 치환 등 해도 된다. 또한, 특허 청구의 범위에 기재된 문언으로부터 특정되는 기술 사상에 포함되는 모든 양태가 본 개시의 실시형태이다.

1…광 파장 변환 부재
3…세라믹스 소결체
7…금속층
5…유전체 다층막
5a…고굴절률막
5b…저굴절률막
23…Ni 층
43…Au 층
51…광 파장 변환 장치
61…발광 장치
63…발광 소자

Claims (10)

1. 입사된 광에 의해 형광을 발하는 형광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 형광상과,
   투광성을 갖는 결정 입자를 주체로 하는 투광상을 갖는 세라믹스 소결체를 구비한 광 파장 변환 부재에 있어서,
   상기 세라믹스 소결체의 상기 광이 입사되는 측과는 반대측에 광을 반사시키는 반사성을 갖는 금속층을 가짐과 함께,
   상기 세라믹스 소결체와 상기 금속층의 사이에 광의 굴절률이 상이한 유전체의 층을 갖는 유전체 다층막을 구비한, 광 파장 변환 부재.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 형광상의 결정 입자는, 화학식 A₃B₅O₁₂ : Ce 로 나타내는 조성을 가짐과 함께, 상기 A 원소 및 상기 B 원소는, 각각 하기 원소군에서 선택되는 적어도 1 종의 원소로 구성되어 있는, 광 파장 변환 부재.
   A : Sc, Y, Ce 를 제외한 란타노이드
   B : Al, Ga
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 투광상의 결정 입자는, Al₂O₃ 의 조성을 갖는, 광 파장 변환 부재.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속층의 성분으로서 Ag 및/또는 Al 을 포함하는, 광 파장 변환 부재.
5. 제 4 항에 있어서,
   추가로, 상기 금속층의 상기 광의 입사측과는 반대측에 Ni 층 및/또는 Au 층을 구비한, 광 파장 변환 부재.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유전체 다층막은, 파장 550 ㎚ 의 상기 광이 입사되었을 때의 굴절률 (a) 의 고굴절률막과, 상기 고굴절률막보다 파장 550 ㎚ 의 상기 광이 입사되었을 때의 굴절률이 낮은 굴절률 (b) 의 저굴절률막을 교대로 적층한 막으로, 상기 굴절률 (a) 과 상기 굴절률 (b) 의 관계가 1.3＜a/b 이며,
   또한, 상기 세라믹스 소결체에 파장 550 ㎚ 의 상기 광이 입사되었을 때의 굴절률 (c) 과 상기 굴절률 (a) 의 관계가 1＜a/c 인, 광 파장 변환 부재.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 고굴절률막은, Ti, Zr, Hf, Ta, Nb 에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 포함하고, 상기 저굴절률막은, SiO₂ 또는 MgF₂ 로 이루어지는, 광 파장 변환 부재.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유전체 다층막의 총두께가 300 ㎚ 이하인, 광 파장 변환 부재.
9. 상기 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 광 파장 변환 부재를 구비하고,
   상기 광 파장 변환 부재의 상기 금속층의 상기 광의 입사측과는 반대측에 방열 부재가 접합된, 광 파장 변환 장치.
10. 상기 제 9 항에 기재된 광 파장 변환 장치와, 상기 광을 발광하는 발광 소자를 구비한, 발광 장치.

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