CN115003957A - 荧光板、波长转换构件和光源装置 - Google Patents

Abstract

一种荧光板，其具备：利用激发光发出荧光的荧光相和多个孔隙，在包含孔隙的截面在内的荧光板的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙的圆当量直径的标准偏差为1.5以下。

Description

荧光板、波长转换构件和光源装置

技术领域

本发明涉及荧光板、波长转换构件和光源装置。

背景技术

一直以来，已知有如果照射光则发出荧光的荧光板。近年来的荧光板中，已知有大量高功能化的荧光板，其具备：如果照射光则发出波长与照射光的波长不同的光的荧光相等。例如，专利文献1中公开了如下技术：在荧光板的内部形成由荧光相反射光的孔隙。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利5989268号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，根据上述现有技术，荧光板中，为了改善光的提取效率，也仍然存在改善的余地。例如，专利文献1中记载的荧光板具备从小于3μm的孔隙到大于12μm的孔隙、内径的分布较宽的多个孔隙。如此孔隙的内径中如果存在波动，则在孔隙中散射的光的散射方向的波动也变大，因此，担心荧光板中的光的提取效率降低。

本发明的目的在于，提供一种改善荧光板中光的提取效率的技术。

用于解决问题的方案

本发明是为了解决上述课题的至少一部分而作出的，能以以下的方式实现。

(1)根据本发明的一方式，提供一种荧光板。该荧光板具备：利用激发光发出荧光的荧光相、和多个孔隙，在包含前述孔隙的截面在内的前述荧光板的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙的圆当量直径的标准偏差为1.5以下。

根据该构成，对于荧光板所具备的孔隙，在包含孔隙的截面在内的荧光板的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙的圆当量直径的标准偏差成为1.5以下。即，荧光板中圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙的圆当量直径的波动变得较小，荧光板中存在相同大小的孔隙。由此，在孔隙的荧光相中光的反射的波动变小，因此，与孔隙的圆当量直径存在大的波动的情况相比，可以提高孔隙的反射率。因此，可以改善荧光板中光的提取效率。

(2)上述方式的荧光板中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙中，圆当量直径成为1μm以上且低于10μm的孔隙的个数的比率可以为90％以上。根据该构成，荧光板中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙中，圆当量直径成为1μm以上且低于10μm的孔隙以个数的比率计成为90％以上。由此，在孔隙的荧光相中光的反射的波动进一步变小，因此，可以进一步提高孔隙的反射率。因此，可以进一步改善荧光板中光的提取效率。

(3)上述方式的荧光板中，在包含前述孔隙的截面在内的前述荧光板的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙所占的面积的比率可以为3％以上且15％以下。根据该构成，荧光板中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙在荧光板的截面中的面积的比率成为3％以上且15％以下。荧光板的截面中的面积的比率小的情况下，反射次数变少，因此，反射率降低。另外，荧光板的截面中的面积的比率大的情况下，相邻的孔隙之间的距离变短，因此，重复反射，光变得容易衰减。上述方式的荧光板中，通过抑制产生这些障碍，从而可以改善向荧光板的外部提取光的提取效率。

(4)上述方式的荧光板还具备使前述激发光透过的透光相，在包含前述孔隙的截面在内的前述荧光板的截面中，前述荧光板中所占的前述荧光相相对于前述荧光相与前述透光相的总计的面积比可以为95％以下。制造荧光板时，通过烧结而形成的孔隙变多时，孔隙成为歪斜的形状，因此，圆当量直径的标准偏差容易变差。根据上述构成，荧光板中所占的荧光相相对于荧光相与透光相的总计的面积比为95％以下，因此，容易推进烧结、不易形成孔隙。由此，孔隙不易成为歪斜的形状，因此，可以抑制圆当量直径的标准偏差的恶化。因此，可以抑制向荧光板的外部提取光的提取效率的降低。

(5)根据本发明的另一方式，提供一种波长转换构件。该波长转换构件具备：上述荧光板、和配置于前述荧光板且反射前述激发光和前述荧光的反射构件。根据该构成，波长转换构件具备：反射自荧光板放射的荧光和激发光的反射构件。由此，在荧光板中向不同于应照射光的规定方向的方向放射的光被反射板反射到规定方向，因此，可以增加自波长转换构件放射的光量。

(6)上述方式的波长转换构件可以还具备向外部释放前述荧光板的热的散热构件。根据该构成，波长转换构件具备向外部释放荧光板的热的散热构件。由此，可以有效地向外部释放荧光板中利用激发光而发出荧光时产生的热，因此，可以抑制荧光板的温度上升所导致的猝灭。因此，可以抑制自波长转换构件放射的光量的减少。

(7)根据本发明的进一步另一方式，提供一种光源装置。该光源装置可以具备：上述波长转换构件、和向前述荧光板照射前述激发光的光源。根据该构成，光源装置具备向荧光板照射激发光的光源。光源向荧光板照射激发光时，荧光板中利用激发光而发出荧光。由于包含发出的荧光在内的光被在孔隙中露出得较多的荧光相反射，因此，向荧光板的外部放射的光量会增加。由此，可以改善光源装置的发光强度。

需要说明的是，本发明可以以各种方式实现，例如可以以荧光板的制造方法、波长转换构件的制造方法、光源装置的制造方法、包含光源装置的系统、光源装置的控制方法、用于使制造装置制造光源装置的电脑程序等方式实现。

附图说明

图1为具备第1实施方式的荧光板的光源装置的示意图。

图2为荧光板的放大剖视图。

图3为示出第1实施方式的荧光板的评价试验的第1结果的图。

图4为示出第1实施方式的荧光板的评价试验的第2结果的图。

图5为示出第1实施方式的荧光板的评价试验的第3结果的图。

具体实施方式

＜第1实施方式＞

图1为示出具备第1实施方式的荧光板1的光源装置3的示意图。本实施方式的荧光板1如果被光源装置3所具备的发光二极管(LED：Light Emitting Diode)、半导体激光(LD：Laser Diode)等光源9发出的光L1照射，则会发出波长不同于光L1的光作为荧光。荧光板1所发出的荧光与不利于荧光板1中产生荧光的光一起作为光L2向规定的方向放射。本实施方式的光源装置3如图1所示为反射型的光源装置，用于头灯、照明、投影仪等各种光学设备。光源装置3具备：上述光源9、和波长转换构件2。波长转换构件2具备：荧光板1、反射构件6、散热构件7和接合层8。需要说明的是，为了便于说明，以图1中的各构件的各大小的关系不同于实际的关系的方式进行图示。

荧光板1是由陶瓷烧结体形成的平板构件。在荧光板1上，形成有光L1入射的入射面1a、和位于入射面1a的相反侧的背面1b。荧光板1将自入射面1a入射的光L1作为激发光而发出荧光。荧光板1发出荧光时会发热。荧光板1的详细的构成如后述。

反射构件6是以银(Ag)为主成分的薄膜，且形成于荧光板1的背面1b。反射构件6在入射面1a的方向上、将光源9所发出的光L1中透过荧光板1的光与荧光板1所发出的荧光中朝向背面1b的方向的荧光反射。需要说明的是，反射构件6也可以由银合金、铝(Al)等反射率高的材料形成。

散热构件7例如是由铜、铜钼合金、铜钨合金、铝、氮化铝等导热性高于荧光板1的材料形成的平板构件。散热构件7使通过接合层8传递的荧光板1的热向外部散热。需要说明的是，散热构件7可以为由上述材料形成的单层结构的构件，也可以为由同种或不同的材料形成的多层结构的构件。另外，可以在散热构件7的荧光板1侧的面7a配置用于提高与接合层8的密合性的金属膜。

接合层8配置于反射构件6与散热构件7之间，且由金(Au)和锡(Sn)形成。接合层8将荧光板1与散热构件7接合，且将荧光板1中产生的热传递至散热构件7。需要说明的是，接合层8除了由金和锡形成之外，也可以为由其他材料形成的焊料，还可以为将银、铜(Cu)等的微细粉末烧结而成者。

图2为荧光板1的放大剖视图。接着，对本实施方式的荧光板1的特征进行说明。荧光板1如图2所示，具有荧光相10、透光相20和孔隙30。

荧光相10由多个荧光性晶粒构成。本实施方式中，该荧光性晶粒具有化学式A₃B₅O₁₂：Ce所示的组成(所谓石榴石结构)。此处，“A₃B₅O₁₂：Ce”是指，Ce固溶于A₃B₅O₁₂中、元素A的一部分被置换为Ce。化学式A₃B₅O₁₂：Ce中的元素A和元素B分别由选自下述的元素组中的至少1种元素所构成。

元素A：除Sc、Y、Ce之外的镧系元素(其中，可以还包含Gd作为元素A)

元素B：Al(其中，可以还包含Ga作为元素B)

需要说明的是，构成荧光相10的荧光性晶粒的组成和元素的种类不限定于上述组成和元素的种类，1个荧光相10可以由多种荧光性晶粒构成。

透光相20由多个透光性晶粒构成。该透光性晶粒具有化学式Al₂O₃所示的组成。透光相20使光在荧光板1的内部透过，且也成为将荧光相10发出荧光时产生的热有效地传递至散热构件7的导热通路。透光相20的折射率小于荧光相10的折射率。

孔隙30通过包围荧光相10与透光相20而形成。荧光板1如图2所示，具备多个孔隙30。本实施方式中，包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30的圆当量直径的标准偏差成为1.5以下。另外，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30中，圆当量直径成为1μm以上且低于10μm的孔隙30的个数的比率成为90％以上。这表明：荧光板1所具备的多个孔隙30的圆当量直径的波动小。这是由于，在后述的荧光板1的制造方法中，成为原料的造孔材料的粒径一致以及造孔材料在原料内被充分分散。本实施方式中，孔隙30的圆当量直径的平均在1μm至10μm之间，对于提高孔隙反射可见光的反射率而言，更优选圆当量直径的平均处于该范围。孔隙30的折射率小于透光相20的折射率。即，孔隙30的折射率小于荧光相10的折射率。

进而，本实施方式中，图2所示的包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30所占的面积的比率成为3％以上且15％以下。换言之，荧光板1中，可以说圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30按照以体积比计为3％以上且15％以下存在于荧光板1的内部。另外，本实施方式中，包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，荧光板1中所占的荧光相10相对于荧光相10与透光相20的总计的面积比成为60％。换言之，荧光板1中的除孔隙30之外的部分以体积比计、由60％的荧光相10和40％的透光相20构成。荧光相10的面积比期望为95％以下，从而容易推进烧结、不易形成孔隙。

接着，对荧光板1的制造方法进行说明。荧光板1的制造方法中，最初，将称量好的Al₂O₃、Y₂O₃和CeO₂与纯水一起投入球磨机中，进行了粉碎混合16小时。将通过该粉碎混合得到的浆料干燥，使用干燥后的浆料，在喷雾干燥机中进行造粒。接着，在造粒后的颗粒中混合规定量的造孔材料和规定量的粘结剂，边用螺杆式的混炼机施加高的剪切力边进行混炼，制作坯料。边施加高的剪切力边进行混炼，从而造孔材料均匀地分散，变得不易聚集，因此，可以将由于造孔材料的聚集所导致的圆当量直径的标准偏差降低。将制作好的坯料用挤出成型机成型为片形状，在大气气氛中、以1700℃进行焙烧，进行烧结，从而制造荧光板1。

进而，制造具备荧光板1的波长转换构件2的情况下，将银蒸镀或溅射在荧光板1的背面1b，制膜成反射构件6。接着，以在荧光板1上成膜的反射构件6与散热构件7之间夹持有金锡焊料箔的状态，在氮气气氛中或氢气气氛中的回流炉中进行加热。由此，荧光板1与散热构件7接合，制造波长转换构件2。需要说明的是，也可以涂布金锡焊料糊剂代替使用金锡焊料箔，将荧光板1与散热构件7接合。

进而，制造具备波长转换构件2的光源装置3的情况下，以向波长转换构件2所具备的荧光板1的入射面1a照射光的方式安装光源9，并将波长转换构件2与光源9封装。由此，制造光源装置3。

接着，对针对本实施方式的荧光板1的评价试验的内容和其结果进行说明。本评价试验中，制作多个荧光板的样品，测定对各样品照射光时的样品的亮度，从而对该样品的光的提取效率进行评价。本评价试验中，着眼于(i)孔隙的圆当量直径的标准偏差、(ii)孔隙的圆当量直径、(iii)荧光板的截面中的孔隙的面积比这3个项目进行评价试验。

本评价试验中，对样品的特性使用以下的方法进行测定。

·孔隙的圆当量直径

切断样品，利用FE-SEM观察经镜面加工的切断面。使用WinROOF的图像解析中，在任意的5处的点获得剖视图像，使用截距法测定孔隙的圆当量直径。

·分散性

使用上述截距法，计算测得的孔隙的圆当量直径的分布(纵轴：频率、横轴：圆当量直径)。此时，由表示最大频率的圆当量直径计算频率成为整体的5％的圆当量直径的差，作为分散性。

·标准偏差

由使用上述截距法测得的孔隙的圆当量直径算出标准偏差。

·孔隙的面积比

通过图像处理经二值化的样品的剖视图像中，算出多个孔隙的总计面积和孔隙以外的部分的面积，算出多个孔隙的总计面积相对于剖视图像整体的面积的比率。

·亮度

以样品的厚度成为200μm的方式进行研磨，对表面进行镜面加工，从而制作亮度测量用的样品。对该亮度测量用的样品照射波长450nm的激光(激光直径：0.4mm、激光功率：5W)，用亮度计测定反射方向的光。

图3为示出第1实施方式的荧光板1的评价试验的第1结果的图。图4为示出第1实施方式的荧光板1的评价试验的第2结果的图。图5为示出第1实施方式的荧光板1的评价试验的第3结果的图。接着，对针对上述3个项目各自的评价试验的结果进行说明。

(i)孔隙的圆当量直径的标准偏差

评价试验用的样品如下制作：依据上述荧光板1的制造方法的方法中，按照1个样品中的荧光相的比率以体积比计成为60％的方式，称量Al₂O₃、Y₂O₃和CeO₂，且改变在造粒后的颗粒中混合的造孔材料的粒度分布，从而制作样品1、样品2和样品4的坯料。另外，样品3如下制作：制作坯料而不加入造孔材料。将针对孔隙的圆当量直径的标准偏差的试验结果示于图3。图3的表中所示的样品1为模拟了本实施方式的荧光板1的样品，作为此次的评价试验中的基准样品。如图3所示，表明：标准偏差为1.5以下的情况下，亮度成为500cd/mm²以上。另一方面，表明：无孔隙的样品3和标准偏差为7.4的样品4中，亮度成为350cd/mm²以下。

(ii)孔隙的圆当量直径

评价试验用的样品如下制作：依据上述荧光板1的制造方法的方法中，改变造孔材料的粒度分布，从而制作样品5～8。将针对孔隙的圆当量直径的试验结果示于图4。图4的表中所示的样品1是也示于图3的基准样品。如图4所示，表明：孔隙的圆当量直径成为1.0μm的情况下和成为10μm的情况下，亮度成为较低的值(1.0μm：450cd/mm²、10.0μm：360cd/mm²)。另一方面，表明：孔隙的圆当量直径大于1.0μm且小于10μm(3.5μm、4.2μm、5.4μm)的情况下，亮度成为600cd/mm²以上，成为较高的值。

(iii)荧光板的截面中的孔隙的面积比

评价试验用的样品如下制作：依据上述荧光板1的制造方法的方法中，改变造孔材料的添加量，从而制作样品9～12。将针对荧光板的截面中的孔隙的面积比的试验结果示于图5。图5的表中所示的样品1是也示于图3的基准样品。如图5所示，表明：孔隙的面积比成为1％的情况下和成为30％的情况下，亮度成为较低的值(1％：330cd/mm²、30％：280cd/mm²)。另一方面，表明：孔隙的面积比为3％以上且15％以下(3％、8％、15％)的情况下，亮度成为670cd/mm²以上，成为较高的值。

根据以上说明的本实施方式的荧光板1，荧光板1所具备的孔隙30在包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30的圆当量直径的标准偏差成为1.5以下。即，荧光板1中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30的圆当量直径的波动变得较小，荧光板1中存在相同大小的孔隙30。由此，在孔隙30的荧光相10中光的反射的波动变小，因此，与孔隙30的圆当量直径有大的波动的情况相比，可以提高孔隙30的反射率。因此，可以改善荧光板1中光的提取效率。

另外，根据本实施方式的荧光板1，荧光板1中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30中，圆当量直径成为1μm以上且低于10μm的孔隙30以个数的比率计成为90％以上。由此，在孔隙30的荧光相10中光的反射的波动进一步变小，因此，可以进一步提高孔隙30的反射率。因此，可以进一步改善荧光板1中光的提取效率。

另外，根据本实施方式的荧光板1，荧光板1中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30在荧光板1的截面中的面积的比率成为3％以上且15％以下。荧光板的截面中的面积的比率小的情况下，反射次数变少，因此，反射率降低。另外，荧光板的截面中的面积的比率大的情况下，相邻的孔隙之间的距离变短，因此，重复反射，光变得容易衰减。本实施方式的荧光板1中，通过抑制产生这些障碍，从而可以改善向荧光板1的外部提取光的提取效率。

另外，制造荧光板时，通过烧结而成的孔隙如果变多，则孔隙成为歪斜的形状，因此，圆当量直径的标准偏差容易变差。根据本实施方式的荧光板1，包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，荧光板1中所占的荧光相10相对于荧光相10与透光相20的总计的面积比成为60％。由此，本实施方式的荧光板1中，容易推进烧结、不易形成孔隙，因此，孔隙不易成为歪斜的形状，可以抑制圆当量直径的标准偏差的恶化。因此，可以抑制向荧光板1的外部提取光的提取效率的降低。

另外，根据本实施方式的波长转换构件2，波长转换构件2具备反射自荧光板1放射的荧光和激发光的反射构件6。由此，例如，如图1所示，荧光板1中向不同于光L2放射的方向的方向放射的光被反射构件6反射到规定方向，因此，可以增加自波长转换构件2放射的光量

另外，根据本实施方式的波长转换构件2，波长转换构件2具备向外部释放荧光板1的热的散热构件7。由此，可以有效地向外部释放荧光板1中利用激发光发出荧光时产生的热，因此，可以抑制荧光板1的温度上升所导致的猝灭。因此，可以抑制自波长转换构件2放射的光量的减少。

另外，根据本实施方式的光源装置3，光源装置3具备向荧光板1照射光L1的光源9。光源9向荧光板1照射光L1时，荧光板1利用光L1的一部分光而发出荧光。由于荧光板1所发出的荧光被在孔隙30中露出得较多的荧光相10反射，因此，向荧光板1的外部放射的光量会增加。由此，可以改善光源装置3的发光强度。

＜本实施方式的变形例＞

本发明不限定于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内以各种方式加以实施，例如也可以进行如下的变形。

[变形例1]

上述实施方式中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30中，90％以上的孔隙30的圆当量直径设为1μm以上且低于10μm。然而，圆当量直径成为1μm以上且低于10μm的孔隙30的比率不限定于此。也可以低于90％，只要圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙的圆当量直径的标准偏差为1.5以下即可。

[变形例2]

上述实施方式中，包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30所占的面积的比率设为3％以上且15％以下。然而，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙30所占的面积的比率不限定于此。可以小于3％，也可以大于15％，但孔隙如果过少，则由孔隙中的反射所产生的效果小，孔隙如果过多，则反射次数增加，从而光衰减，反射率降低，因此，期望为3％以上且15％以下。

[变形例3]

上述实施方式中，包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，包含孔隙30的截面在内的荧光板1的截面中，荧光板1中所占的荧光相10相对于荧光相10与透光相20的总计的面积比成为60％。荧光相10的面积比低于10％或大于95％的情况下，烧结体本身的烧结性不升高，因此，变得容易生成由期待添加的造孔材料所产生的孔隙以外的孔隙。这种不期待的孔隙如果变多，则容易形成歪斜的形状的孔隙，因此，担心孔隙的圆当量直径的标准偏差恶化。因此，荧光相10的面积比期望为10％以上且95％以下，从而荧光板1的烧结时尽量不形成不期待的孔隙。

[变形例4]

上述实施方式中，光源装置3设为反射型的光源装置。然而，荧光板1也可以适用于透过型的光源装置。

以上，基于实施方式、变形例，对本方式进行了说明，但上述方式的实施方式是用于容易理解本方式的，不限定本方式。本方式在不脱离其主旨以及权利要求书的情况下，也可以进行变更、改良，且本方式中包含其等同的方式。另外，其技术特征如果不是作为本说明书中必要技术特征进行说明的则可以适宜删除。

附图标记说明

1…荧光板

2…波长转换构件

3…光源装置

6…反射构件

7…散热构件

8…接合层

9…光源

10…荧光相

20…透光相

30…孔隙

Claims (7)

1.一种荧光板，其特征在于，具备：

利用激发光发出荧光的荧光相、和

多个孔隙，

在包含所述孔隙的截面在内的所述荧光板的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙的圆当量直径的标准偏差为1.5以下。

2.根据权利要求1所述的荧光板，其特征在于，

圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙中，圆当量直径成为1μm以上且低于10μm的孔隙的个数的比率为90％以上。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的荧光板，其特征在于，

在包含所述孔隙的截面在内的所述荧光板的截面中，圆当量直径成为0.4μm以上且50μm以下的孔隙所占的面积的比率为3％以上且15％以下。

4.根据权利要求1～权利要求3中任一项所述的荧光板，其特征在于，还具备：

使所述激发光透过的透光相，

在包含所述孔隙的截面在内的所述荧光板的截面中，所述荧光板中所占的所述荧光相相对于所述荧光相与所述透光相的总计的面积比为95％以下。

5.一种波长转换构件，其特征在于，具备：

权利要求1～权利要求4中任一项所述的荧光板、和

配置于所述荧光板且反射所述激发光和所述荧光的反射构件。

6.根据权利要求5所述的波长转换构件，其特征在于，还具备：

向外部释放所述荧光板的热的散热构件。

7.一种光源装置，其特征在于，具备：

权利要求5或权利要求6所述的波长转换构件、和

向所述荧光板放出光的光源。

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