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JP7119600B2 - fluorescent light emitting element - Google Patents
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Description

本発明は、蛍光体を含む蛍光発光素子に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a fluorescent light-emitting device containing a phosphor.

従来、半導体レーザ素子からなる励起光源と、蛍光体を含有する蛍光発光素子とを備え、励起光源から出射される光(レーザ光)を蛍光体に照射して蛍光を発生させる蛍光光源装置が知られている(例えば、下記特許文献1参照)。このような蛍光光源装置において生成された蛍光は、例えばプロジェクタ用の光源として利用される。 BACKGROUND ART Conventionally, a fluorescent light source device is known which includes an excitation light source composed of a semiconductor laser element and a fluorescent light emitting element containing a phosphor, and irradiates the phosphor with light (laser light) emitted from the excitation light source to generate fluorescence. (see, for example, Patent Document 1 below). Fluorescence generated in such a fluorescence light source device is used, for example, as a light source for a projector.

特許第5900563号公報Japanese Patent No. 5900563

近年、より小型で高輝度のプロジェクタに対する市場からの要求が高まっている。蛍光光源装置から放射される蛍光をプロジェクタ用の光源として利用する場合、蛍光光源装置において発生される蛍光の輝度を高める必要がある。蛍光の輝度を高める観点からは、蛍光体で生成される蛍光のスポット径を小さくすることが好ましい。 In recent years, there has been an increasing market demand for smaller, brighter projectors. When using the fluorescence emitted from the fluorescence light source device as a light source for a projector, it is necessary to increase the luminance of the fluorescence generated in the fluorescence light source device. From the viewpoint of increasing the brightness of the fluorescence, it is preferable to reduce the spot diameter of the fluorescence generated by the phosphor.

また、プロジェクタに含まれる光学系は、所定の範囲内のエタンデュを有する光束しか取り込めないように構成されることが一般的である。つまり、蛍光のスポット径が大きい場合、取り出された光の一部の光しか利用できないこととなってしまい、光の利用効率が低く、高輝度のプロジェクタを実現することが難しくなる。なお、この問題は、プロジェクタ用途に限られず、蛍光光源装置から取り出される蛍光を利用する一般的な光学部品に対して生じ得る。 Further, the optical system included in the projector is generally configured so as to be able to take in only light beams having an étendue within a predetermined range. In other words, when the fluorescent spot diameter is large, only part of the extracted light can be used, and the light utilization efficiency is low, making it difficult to realize a high-brightness projector. Note that this problem is not limited to projector applications, and can occur in general optical components that utilize fluorescence extracted from the fluorescence light source device.

本発明は、上記の課題に鑑み、発光面積を限定的にして高い輝度を実現することのできる蛍光発光素子を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a fluorescent light-emitting device capable of achieving high luminance with a limited light-emitting area.

本発明者は、鋭意研究により、下記の構成を示す蛍光発光素子によれば、高輝度の蛍光発光素子が実現できることを見出した。 The inventor of the present invention has found through intensive research that a fluorescent light-emitting device having the following structure can realize a high-luminance fluorescent light-emitting device.

すなわち、本発明に係る蛍光発光素子は、
蛍光体と、前記蛍光体とは異なる材料からなるバインダと、を含んでなる板形状を呈した蛍光板を有し、
前記バインダの材料の熱伝導率は、8W/(m・K)以上であり、
前記蛍光体の材料と前記バインダの材料との屈折率差は、0.25以上であり、
前記蛍光板は、当該蛍光板の少なくとも一つの面上に、凹凸形状を呈するモスアイ構造を有することを特徴とする。
That is, the fluorescent light-emitting device according to the present invention is
Having a plate-shaped fluorescent plate containing a phosphor and a binder made of a material different from the phosphor,
The thermal conductivity of the binder material is 8 W / (m K) or more,
a refractive index difference between the material of the phosphor and the material of the binder is 0.25 or more;
The fluorescent plate is characterized by having a moth-eye structure presenting an uneven shape on at least one surface of the fluorescent plate.

上記のように、バインダを、熱伝導率が8W/(m・K)以上の材料で構成することで、蛍光発光素子を光源装置の部材に固定して利用した場合においても、蛍光発光時に生じる熱を高効率で排熱することができ、温度消光の発現が抑制される。すなわち、蛍光発光素子を回転駆動機構を備えたホイールなどに取り付けて、冷却のために回転させる必要がない。 As described above, by configuring the binder with a material having a thermal conductivity of 8 W / (m K) or more, even when the fluorescent light emitting element is fixed to the member of the light source device and used, Heat can be discharged with high efficiency, and the occurrence of temperature quenching is suppressed. That is, it is not necessary to attach the fluorescent light emitting element to a wheel or the like having a rotation drive mechanism and rotate it for cooling.

そして、上記のように、蛍光体の材料とバインダの材料との屈折率差を0.25以上としたことで、蛍光体で生成された光(蛍光)のうち、蛍光板の面に実質的に平行な方向に進行した光の進行方向を、蛍光板の光の取り出し面側へと容易に変化させることができる。つまり、蛍光板の光の取り出し面上における、蛍光のスポット径を縮小化することができ、前記光取り出し面上における輝度が高められる。 As described above, by setting the refractive index difference between the material of the phosphor and the material of the binder to be 0.25 or more, out of the light (fluorescence) generated by the phosphor, substantially It is possible to easily change the traveling direction of the light traveling in the parallel direction to the side of the light extraction surface of the fluorescent plate. That is, the fluorescent spot diameter on the light extraction surface of the fluorescent plate can be reduced, and the brightness on the light extraction surface can be enhanced.

更に、上記のように、蛍光板の少なくとも一つの面上にモスアイ構造を形成したことで、蛍光体で生成された光が取り出し面側に導かれた際に、当該面上での反射が抑制されるため、光の取り出し効率が高められる。モスアイ構造が形成される面は、少なくとも蛍光板の光取り出し面であるものとして構わない。 Furthermore, as described above, by forming the moth-eye structure on at least one surface of the fluorescent plate, when the light generated by the phosphor is guided to the extraction surface side, the reflection on the surface is suppressed. Therefore, the light extraction efficiency is enhanced. The surface on which the moth-eye structure is formed may be at least the light extraction surface of the fluorescent plate.

より詳細には、前記蛍光発光素子は、基板と、前記基板の上層に形成された接合層とを含み、前記接合層を介して、前記基板上に前記蛍光板が固定的に接合されているものとすることができる。 More specifically, the fluorescent light emitting element includes a substrate and a bonding layer formed on the substrate, and the fluorescent plate is fixedly bonded to the substrate via the bonding layer. can be

前記蛍光発光素子は、前記蛍光板に含有される前記蛍光体の体積割合を50%以上としても構わない。かかる構成とすることで、蛍光発光素子で生成される蛍光強度を高めることができる。 In the fluorescent light emitting device, the volume ratio of the phosphor contained in the fluorescent plate may be 50% or more. With such a configuration, the intensity of fluorescence generated by the fluorescence emitting element can be increased.

前記蛍光発光素子は、前記蛍光板に含有される前記蛍光体の粒径を10μm以下としても構わない。なお、本明細書において、「蛍光体の粒径」とは、蛍光体を構成する一次粒子の平均粒径を指し、より詳細には、SEM又はTEMの電子顕微鏡による観察において、数十個の粒子の粒子径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味する。 In the fluorescent light emitting element, the particle size of the phosphor contained in the fluorescent plate may be 10 μm or less. In this specification, the term "particle size of the phosphor" refers to the average particle size of the primary particles that make up the phosphor. Means the average value of the measured values of the particle diameter (long axis length) of the particles.

前記蛍光板は、含有される体積割合が0.8%~5%の範囲内の気孔を含むものとしても構わない。蛍光板に気孔を含有させることで、蛍光体と気孔、及びバインダと気孔との間で大きな屈折率差が生じるため、蛍光板の面に実質的に平行な方向に進行した蛍光(光)を、効率的に蛍光板の面(光取り出し面)に向かわせることができる。 The fluorescent plate may contain pores with a volume ratio of 0.8% to 5%. By including pores in the fluorescent screen, a large refractive index difference occurs between the phosphor and the pores, and between the binder and the pores. can be directly directed toward the surface of the fluorescent plate (light extraction surface).

前記蛍光発光素子において、
前記蛍光体は、La3Si611:Ce、又は(La,Y)3Si611:Ceからなり、
前記バインダは、フッ化物材料からなるものとしても構わない。
In the fluorescent light emitting device,
the phosphor comprises La3Si6N11 : Ce or (La , Y ) 3Si6N11 : Ce ,
The binder may be made of a fluoride material.

本明細書において、La3Si611:Ce、又は(La,Y)3Si611:Ceで規定される蛍光体を「LSN蛍光体」と表記することがある。なお、より詳細には、前記蛍光体は、La3Si611:Ce2+、又は(La,Y)3Si611:Ce2+で規定される材料とすることができる。また、バインダを構成するフッ化物材料としては、CaF2、BaF2などが挙げられる。例えば、La3Si611:CeからなるLSN蛍光体は、屈折率が2.0であり、CaF2からなるバインダは、屈折率が1.39である。このとき、両者の屈折率差は0.61である。 In this specification, a phosphor defined by La 3 Si 6 N 11 :Ce or (La, Y) 3 Si 6 N 11 :Ce may be referred to as an “LSN phosphor”. More specifically, the phosphor can be a material defined by La3Si6N11 : Ce2 + or (La, Y ) 3Si6N11 : Ce2 + . Fluoride materials constituting the binder include CaF 2 and BaF 2 . For example, an LSN phosphor made of La 3 Si 6 N 11 :Ce has a refractive index of 2.0 and a binder made of CaF 2 has a refractive index of 1.39. At this time, the refractive index difference between the two is 0.61.

本発明の蛍光発光素子によれば、発光面積が限定的となり、スポット径の小さい高輝度の蛍光を生成することができる。 According to the fluorescent light-emitting device of the present invention, the light-emitting area is limited, and high-brightness fluorescent light with a small spot diameter can be generated.

本発明の蛍光発光素子を含む、一実施形態の蛍光光源装置の構成を模式的に示す図面である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is drawing which shows typically the structure of the fluorescence light source device of one Embodiment containing the fluorescence light emitting element of this invention. 蛍光発光素子の構成を模式的に示す断面図である。It is a sectional view showing typically composition of a fluorescent light emitting element. 蛍光板の構成を模式的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a fluorescent plate; FIG. 実施例1、比較例1、参考例1の各材料からなる蛍光発光素子におけるピーク蛍光強度と、蛍光体の体積含有率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the peak fluorescence intensity and the volume content of the phosphor in the fluorescence light-emitting device made of each material of Example 1, Comparative Example 1, and Reference Example 1. FIG. 実施例1の材料からなる蛍光発光素子における、ピーク蛍光強度と、蛍光体の粒径との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the peak fluorescence intensity and the particle size of the phosphor in the fluorescence light-emitting device made of the material of Example 1. FIG. 実施例1、実施例2、実施例3、及び実施例4の各材料からなる蛍光板におけるピーク蛍光強度と、蛍光体の体積含有率との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the peak fluorescence intensity and the volume content of the phosphor in the phosphor plates made of the materials of Examples 1, 2, 3, and 4. FIG. 実施例1、実施例5、実施例6、比較例2、及び参考例2の各材料からなる蛍光板におけるピーク蛍光強度と、蛍光体の体積含有率との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the peak fluorescence intensity and the volume content of the phosphor in the phosphor plates made of the materials of Example 1, Example 5, Example 6, Comparative Example 2, and Reference Example 2. FIG.

本発明の蛍光発光素子の構成につき、図面を参照して説明する。なお、以下の各図において、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。 The configuration of the fluorescent light emitting device of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that in the following figures, the dimensional ratios on the drawings and the actual dimensional ratios do not necessarily match.

図1は、蛍光発光素子を含む、一実施形態の蛍光光源装置の構成を模式的に示す図面である。図1に示す蛍光光源装置1は、励起光源2と、ダイクロイックミラー3と、蛍光発光素子10とを備える。 FIG. 1 is a drawing schematically showing the configuration of a fluorescence light source device of one embodiment, including fluorescence light emitting elements. A fluorescence light source device 1 shown in FIG.

励起光源2は、例えば波長が445nm以上465nm以下の青色領域の光を出射する半導体レーザ素子を含んで構成される。励起光源2は、必要に応じてコリメートレンズなどの光学系を備えることができる。 The excitation light source 2 includes, for example, a semiconductor laser element that emits light in the blue region with a wavelength of 445 nm or more and 465 nm or less. The excitation light source 2 can be provided with an optical system such as a collimating lens as required.

蛍光発光素子10は、後述する蛍光体及びバインダを含んでなる。励起光源2から出射された励起光21が蛍光発光素子10に照射されると、蛍光発光素子10に含まれる蛍光体が励起され、蛍光発光素子10から蛍光22が放射される。蛍光22は、励起光21よりも長波長の光であり、例えば、470nm以上700nm以下の波長を有する。 The fluorescent light emitting element 10 contains a phosphor and a binder, which will be described later. When the fluorescence light emitting element 10 is irradiated with the excitation light 21 emitted from the excitation light source 2 , the phosphor contained in the fluorescence light emitting element 10 is excited, and fluorescence 22 is emitted from the fluorescence light emitting element 10 . The fluorescence 22 is light with a longer wavelength than the excitation light 21, and has a wavelength of 470 nm or more and 700 nm or less, for example.

図1に示される蛍光光源装置1において、ダイクロイックミラー3は、励起光源2から出射される励起光21を透過し、蛍光発光素子10から出射される蛍光22を反射するように構成されている。ダイクロイックミラー3は、ミラー面が例えば励起光21の入射角度に対して45°の角度で傾斜するように配置されている。かかる構成とすることで、蛍光22が蛍光光源装置1の外部に取り出され、例えば、図示しない後段の光学系に入射される。 In the fluorescence light source device 1 shown in FIG. 1, the dichroic mirror 3 is configured to transmit excitation light 21 emitted from the excitation light source 2 and reflect fluorescence 22 emitted from the fluorescence light emitting element 10. The dichroic mirror 3 is arranged such that the mirror surface is inclined at an angle of 45° with respect to the incident angle of the excitation light 21, for example. With such a configuration, the fluorescence 22 is taken out of the fluorescence light source device 1 and enters, for example, a subsequent optical system (not shown).

後述されるように、蛍光発光素子10は、熱伝導率の高いバインダを含むため、高い排熱性を有している。このため、蛍光発光素子10は、冷却のために別途の回転ホイールなどに設置する必要がなく、装置の所定の箇所に固定的に設置することができる。 As will be described later, the fluorescent light-emitting device 10 includes a binder with high thermal conductivity, and thus has high heat exhausting properties. Therefore, the fluorescent light emitting element 10 does not need to be installed on a separate rotating wheel or the like for cooling, and can be fixedly installed at a predetermined location of the device.

図2は、蛍光発光素子10の構成を模式的に示す断面図である。蛍光発光素子10は、基板11と、接合層12と、反射層13と、蛍光板14とを有する。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the fluorescent light emitting device 10. As shown in FIG. The fluorescent light emitting device 10 has a substrate 11, a bonding layer 12, a reflective layer 13, and a fluorescent plate .

(基板11)
基板11は、蛍光板14で発せられた熱を排熱するために設けられている。基板11は、例えば熱伝導率が90W/(m・K)以上、具体的には例えば230~400W/(m・K)である材料で構成される。このような材料の例としては、Cu、銅化合物(MoCu、CuWなど)、Al、AlNなどが挙げられる。
(substrate 11)
The substrate 11 is provided to dissipate heat generated by the fluorescent screen 14 . The substrate 11 is made of a material having a thermal conductivity of, for example, 90 W/(m·K) or more, specifically, 230 to 400 W/(m·K). Examples of such materials include Cu, copper compounds (MoCu, CuW, etc.), Al, AlN, and the like.

基板11の厚みは、例えば0.5mm~5mmである。また、排熱性などの観点から、基板11の表面における面積は、蛍光板14の面積よりも大きいことが好ましい。 The thickness of the substrate 11 is, for example, 0.5 mm to 5 mm. Moreover, from the viewpoint of heat dissipation, etc., it is preferable that the surface area of the substrate 11 is larger than the area of the fluorescent screen 14 .

(接合層12)
接合層12は、基板11と蛍光板14とを接合する層であり、例えばハンダ材料からなる。排熱性などの観点から、接合層12を構成する材料としては、例えば熱伝導率が40W/(m・K)以上であるものが用いられることが好ましい。より詳細には、例えば、Sn、Pbなどの材料にフラックスやその他の不純物を混ぜてクリーム状(ペースト状)の形態としたクリームハンダ、Sn-Ag-Cu系ハンダ、Au-Sn系ハンダなどを用いることができる。接合層12の厚みは、例えば20μm~200μmである。
(Joining layer 12)
The bonding layer 12 is a layer that bonds the substrate 11 and the fluorescent screen 14, and is made of, for example, a solder material. From the viewpoint of heat dissipation, it is preferable to use a material having a thermal conductivity of, for example, 40 W/(m·K) or more as the material forming the bonding layer 12 . More specifically, for example, cream solder, Sn--Ag--Cu-based solder, Au--Sn-based solder, etc., which are in the form of cream (paste) by mixing flux and other impurities into materials such as Sn and Pb. can be used. The thickness of the bonding layer 12 is, for example, 20 μm to 200 μm.

なお、図示していないが、基板11と接合層12との接合性を更に高める観点から、基板11と接合層12との間に、例えばメッキ法によって形成された、Ni/Au膜よりなる金属膜が形成されているものとしても構わない。この金属膜の厚みは、例えばNi/Au=1000nm~5000nm/30nm~1000nmとすることができる。 In addition, although not shown, from the viewpoint of further improving the bondability between the substrate 11 and the bonding layer 12, between the substrate 11 and the bonding layer 12, a metal made of a Ni/Au film formed by, for example, a plating method A film may be formed. The thickness of this metal film can be Ni/Au=1000 nm to 5000 nm/30 nm to 1000 nm, for example.

(反射層13)
反射層13は、蛍光板14の面のうちの、基板11側の面に形成されている。この反射層13は、蛍光板14で生成された蛍光22のうち、光取り出し面14aとは反対側(基板11側)に進行した蛍光22を反射させて、光取り出し面14aに導くために設けられている。反射層13は、例えば、Al、Ag等の金属膜や、前記金属膜上に誘電体多層膜を形成した増反射膜などで構成されることができる。
(Reflection layer 13)
The reflective layer 13 is formed on the surface of the fluorescent screen 14 that faces the substrate 11 . The reflective layer 13 is provided to reflect the fluorescent light 22 generated by the fluorescent plate 14 and traveling toward the side opposite to the light extraction surface 14a (the substrate 11 side) and guide the fluorescent light 22 to the light extraction surface 14a. ing. The reflective layer 13 can be composed of, for example, a metal film such as Al or Ag, or a high reflection film formed by forming a dielectric multilayer film on the metal film.

なお、図示していないが、蛍光板14と接合層12との接合性を更に高める観点から、蛍光板14の面のうちの、基板11側の面、より具体的には、反射層13と蛍光板14との間に、例えば蒸着によって形成されたNi/Pt/Au膜、Ni/Au膜よりなる金属膜が形成されているものとしても構わない。この金属膜の厚みは、例えばNi/Pt/Au=30nm/500nm/500nmとすることができる。 Although not shown, from the viewpoint of further improving the bondability between the fluorescent plate 14 and the bonding layer 12, the surface of the fluorescent plate 14 on the substrate 11 side, more specifically, the reflective layer 13 and the fluorescent plate 14 are bonded together. A metal film made of, for example, a Ni/Pt/Au film or a Ni/Au film formed by vapor deposition may be formed between them. The thickness of this metal film can be Ni/Pt/Au=30 nm/500 nm/500 nm, for example.

(蛍光板14)
蛍光板14は、反射層13の上層に形成されている。蛍光板14は、励起光源2から出射される励起光21が入射されると、蛍光22を放射する。蛍光板14は、一例として基板11の面に直交する方向から見たときに矩形平板状の構造を示す。蛍光板14の厚みは、例えば0.05mm~1mmである。
(Fluorescent plate 14)
The fluorescent plate 14 is formed on the reflective layer 13 . The fluorescent plate 14 emits fluorescence 22 when the excitation light 21 emitted from the excitation light source 2 is incident thereon. As an example, the fluorescent plate 14 has a rectangular plate-like structure when viewed in a direction orthogonal to the surface of the substrate 11 . The thickness of the fluorescent plate 14 is, for example, 0.05 mm to 1 mm.

図3は、蛍光板14の構成を模式的に示す断面図である。図3に示す蛍光板14は、蛍光体16、バインダ17、及び気孔18を含む。また、図2に示すように、蛍光板14は、基板11とは反対側に位置する面、すなわち光取り出し面14a側において、微細な凹凸加工が施されたモスアイ構造15を有している。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the fluorescent screen 14. As shown in FIG. The phosphor plate 14 shown in FIG. 3 includes a phosphor 16, a binder 17, and pores 18. As shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2, the fluorescent plate 14 has a moth-eye structure 15 on the side opposite to the substrate 11, that is, on the side of the light extraction surface 14a.

バインダ17は、図3に模式的に図示されるように、粒子状の蛍光体16同士の離間を埋めるように形成されている。バインダ17は、熱伝導率λ≧8W/(m・K)を示す材料からなる。このような材料の例としては、CaF2[λ=10W/(m・K)]、BaF2[λ=12W/(m・K)]、ZnS[λ=27W/(m・K)]、Al23[λ=40W/(m・K)]などが挙げられる。 The binder 17 is formed so as to fill the gaps between the particulate phosphors 16, as schematically illustrated in FIG. The binder 17 is made of a material exhibiting thermal conductivity λ≧8W/(m·K). Examples of such materials include CaF 2 [λ=10 W/(m·K)], BaF 2 [λ=12 W/(m·K)], ZnS [λ=27 W/(m·K)], Al 2 O 3 [λ=40 W/(m·K)] and the like.

蛍光体16は、当該蛍光体16の材料の屈折率n16と、バインダ17の材料の屈折率n17との差δn(=|n16-n17|)が、δn≧0.25を満たす材料から選択される。 In the phosphor 16, the difference δn (=|n 16 −n 17 |) between the refractive index n 16 of the material of the phosphor 16 and the refractive index n 17 of the material of the binder 17 satisfies δn≧0.25. selected from materials.

例えば、バインダ17がCaF2[n17 =1.39]、BaF2[n17 =1.46]、又はZnS[n17 =2.2]である場合、蛍光体16としては、LSN(La3Si611:Ce2+,(La,Y)3Si611:Ce2+)[n16 =2.0]、βサイアロン(SrSiAlON:Eu2+)[n16 =2.0]、CSO(CaSc24:Ce3+)[n16 =1.9]、LuAG(Al512Lu3:Ce2+)[n16 =1.84]、YAG(Al5123:Ce2+)[n16 =1.83]、BOSS((Sr,Ba,Mg)2SiO4:Eu2+)[n16 =1.8]、及びBSS((Ba,Sr)SiO4:Eu2+)[n16 =1.8]からなる群から屈折率差δnが所定の範囲になるように適宜選択される1種又は2種以上とすることができる。 For example, when the binder 17 is CaF 2 [n 17 =1.39], BaF 2 [n 17 =1.46], or ZnS [n 17 =2.2], the phosphor 16 is LSN (La 3Si6N11 : Ce2 + , (La, Y) 3Si6N11 : Ce2 + ) [ n16 = 2.0], β sialon ( SrSiAlON : Eu2 + ) [ n16 = 2.0 ], CSO( CaSc2O4 : Ce3 + )[ n16 =1.9], LuAG ( Al5O12Lu3 : Ce2 + )[ n16 = 1.84 ], YAG( Al5O12 Y3: Ce2 + )[ n16 =1.83], BOSS((Sr,Ba,Mg) 2SiO4 : Eu2 + )[ n16 =1.8], and BSS((Ba,Sr) SiO 4 :Eu 2+ )[n 16 =1.8] can be one or more selected from the group such that the refractive index difference δ n is within a predetermined range.

また、バインダ17がAl23[n17 =1.75]である場合、蛍光体16としては、LSN[n16 =2.0]、βサイアロン[n16 =2.0]、及びCSO[n16 =1.9]からなる群から屈折率差δnが所定の範囲になるように適宜選択される1種又は2種以上とすることができる。 Further, when the binder 17 is Al 2 O 3 [n 17 =1.75], the phosphor 16 includes LSN [n 16 =2.0], β-sialon [n 16 =2.0], and CSO It may be one or more selected from the group consisting of [n 16 =1.9] so that the refractive index difference δ n falls within a predetermined range.

蛍光体16は、粒径が30μm以下であり、好ましくは25μm以下であり、更に好ましくは20μm以下であり、特に好ましくは10μm以下である。蛍光体16の粒径の下限値は特に規定はないが、一般的には、1μm以上である。 The particle size of the phosphor 16 is 30 μm or less, preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, and particularly preferably 10 μm or less. Although the lower limit of the particle diameter of the phosphor 16 is not particularly defined, it is generally 1 μm or more.

蛍光板14に含まれる蛍光体16の体積割合は、好ましくは8%以上、98%以下であり、より好ましくは、30%以上、98%以下であり、更により好ましくは50%以上、98%以下である。なお、蛍光板14に含まれる蛍光体16の体積割合(体積含有率)とは、蛍光板14の全体の体積に対して、蛍光体16が占有する合計の体積の比率を指す。例えば、蛍光板14が、体積割合20%のバインダ17と、体積割合3%の気孔18とを含む場合、蛍光体16の体積割合は実質的に77%であるものとして構わない。ここでいう「実質的に」とは、含有される不純物を考慮しないという趣旨である。 The volume ratio of the phosphor 16 contained in the fluorescent plate 14 is preferably 8% or more and 98% or less, more preferably 30% or more and 98% or less, and even more preferably 50% or more and 98% or less. is. The volume ratio (volume content) of the phosphors 16 contained in the phosphor plate 14 refers to the ratio of the total volume occupied by the phosphors 16 to the entire volume of the phosphor plate 14 . For example, when the fluorescent plate 14 contains the binder 17 with a volume ratio of 20% and the pores 18 with a volume ratio of 3%, the volume ratio of the phosphor 16 may be substantially 77%. The term "substantially" as used herein means that the contained impurities are not considered.

図3に図示されるように、本実施形態においては、蛍光板14内には一部の気孔18が形成されている。蛍光板14に含まれる気孔18の体積割合は、好ましくは0.8%以上、5%以下である。 As shown in FIG. 3, in this embodiment, some pores 18 are formed in the fluorescent plate 14 . The volume ratio of the pores 18 contained in the fluorescent plate 14 is preferably 0.8% or more and 5% or less.

蛍光板14は、例えば以下の方法によって製造することができる。まず、蛍光体16を構成する粒子と、バインダ17を構成する粒子を、ボールミル、Vブレンダーなどの乾式混合法を用いて混合し、混合粉を得る。また、別の方法として、前記両粒子を所定の溶媒を加えてスラリー状態にし、ボールミル、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、二軸混練機などを用いた湿式混合法を用いて混合させた後、得られたスラリーを、所定の温度で溶媒を揮発させて、混合粉を得る。 The fluorescent screen 14 can be manufactured, for example, by the following method. First, the particles forming the phosphor 16 and the particles forming the binder 17 are mixed using a dry mixing method such as a ball mill or V-blender to obtain mixed powder. As another method, a predetermined solvent is added to both particles to form a slurry, and the particles are mixed by a wet mixing method using a ball mill, homogenizer, ultrasonic homogenizer, twin-screw kneader, etc., and then obtained. A mixed powder is obtained by evaporating the solvent from the obtained slurry at a predetermined temperature.

その後、得られた混合粉をプレス成形し、得られた成形体を焼結する。その後、得られた焼結体に対して熱間等方圧加圧加工(HIP:Hot Isostatic Pressing)を施す。加圧加工の条件によって、蛍光板14に含有される気孔18の含有率を制御することができる。その後、一方の面に対してエッチング処理を施すことで、微細な凹凸形状を有するモスアイ構造15を含む蛍光板14が生成される。 After that, the obtained mixed powder is press-molded, and the obtained compact is sintered. After that, hot isostatic pressing (HIP) is applied to the obtained sintered body. The content of the pores 18 contained in the fluorescent plate 14 can be controlled by the conditions of pressurization. After that, one surface is subjected to an etching process to produce a fluorescent plate 14 including a moth-eye structure 15 having fine irregularities.

モスアイ構造15に含まれる微細な凹凸形状は、300nm以上、600nm以下の、ナノメートルオーダーの径を有する。 The fine uneven shape included in the moth-eye structure 15 has a nanometer-order diameter of 300 nm or more and 600 nm or less.

上述した実施形態の蛍光発光素子10によれば、従来の素子よりも輝度が向上する点につき、実施例を参照して説明する。実施例、比較例、及び参考例の蛍光板14に用いられた蛍光体及びバインダの材料は、以下の表1の通りである。なお、各実施例、比較例、及び参考例の蛍光板14としては、表1に記載された条件の範囲内で、蛍光体16の体積含有率、及び、蛍光体16の粒径を適宜変更して作成されたものが採用された。 According to the fluorescent light emitting device 10 of the above-described embodiment, the improvement in luminance over the conventional device will be described with reference to examples. Materials of phosphors and binders used in the fluorescent plates 14 of Examples, Comparative Examples, and Reference Examples are shown in Table 1 below. Note that the volume content of the phosphor 16 and the particle size of the phosphor 16 were appropriately changed within the conditions described in Table 1 for the phosphor plates 14 of each example, comparative example, and reference example. was adopted.

Figure 0007119600000001
Figure 0007119600000001

(実施例1)
実施例1の蛍光板14は、LSN(La3Si611:Ce2+)からなる蛍光体16と、CaF2からなるバインダ17と、体積含有率0.8%の気孔18とを含み、光取り出し面14a側にモスアイ構造15が形成されている。
(Example 1)
The fluorescent screen 14 of Example 1 includes a phosphor 16 made of LSN (La 3 Si 6 N 11 :Ce 2+ ), a binder 17 made of CaF 2 , and pores 18 having a volume content of 0.8%. A moth-eye structure 15 is formed on the side of the light extraction surface 14a.

(実施例2、実施例3、実施例7)
実施例2の蛍光板14は、気孔18の体積含有率を5%に変更した点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。同様に、実施例3の蛍光板14は、気孔18の体積含有率を0%、すなわち気孔18を含まない構成に変更した点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。同様に、実施例7の蛍光板14は、気孔18の体積含有率を10%に変更した点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。
(Example 2, Example 3, Example 7)
The fluorescent plate 14 of Example 2 was manufactured under the same conditions as the fluorescent plate 14 of Example 1, except that the volume content of pores 18 was changed to 5%. Similarly, the fluorescent plate 14 of Example 3 was produced under the same conditions as the fluorescent plate 14 of Example 1, except that the volume content of the pores 18 was changed to 0%, that is, the configuration was changed to include no pores 18. is. Similarly, the fluorescent plate 14 of Example 7 was produced under the same conditions as those of the fluorescent plate 14 of Example 1, except that the volume fraction of pores 18 was changed to 10%.

(実施例4、実施例5)
実施例4の蛍光板14は、バインダ17の材料をBaF2に変更した点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。同様に、実施例5の蛍光板14は、バインダ17の材料をAl23に変更した点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。
(Example 4, Example 5)
The fluorescent plate 14 of Example 4 was produced under the same conditions as the fluorescent plate 14 of Example 1 , except that the material of the binder 17 was changed to BaF2. Similarly, the fluorescent screen 14 of Example 5 was produced under the same conditions as those of the fluorescent screen 14 of Example 1, except that the material of the binder 17 was changed to Al 2 O 3 .

(実施例6)
実施例4の蛍光板14は、蛍光体16の材料をYAG(Al5123:Ce2+)に変更した点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。
(Example 6)
The fluorescent plate 14 of Example 4 was produced under the same conditions as the fluorescent plate 14 of Example 1, except that the material of the phosphor 16 was changed to YAG (Al 5 O 12 Y 3 :Ce 2+ ). be.

(比較例1、比較例2)
比較例1の蛍光板14は、YAG(Al5123:Ce2+)からなる蛍光体16と、Al23からなるバインダ17とを含み、気孔18を含まず、光取り出し面14a側にはモスアイ構造15が形成されていない。比較例2の蛍光板14は、体積含有率にして3%の気孔18を含めた点を除き、比較例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。
(Comparative Example 1, Comparative Example 2)
Fluorescent plate 14 of Comparative Example 1 includes phosphor 16 made of YAG (Al 5 O 12 Y 3 :Ce 2+ ) and binder 17 made of Al 2 O 3 , does not include pores 18, and has light extraction surface 14a. The moth-eye structure 15 is not formed on the side. The fluorescent plate 14 of Comparative Example 2 was manufactured under the same conditions as those of the fluorescent plate 14 of Comparative Example 1, except that pores 18 with a volume content of 3% were included.

(参考例1、参考例2)
参考例1の蛍光板14は、気孔18の体積含有率を0%に変更し、すなわち気孔18を含まず、且つ光取り出し面14a側にモスアイ構造15が形成されていない点を除き、実施例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。参考例2の蛍光板14は、気孔18の体積含有率を3%に変更した点を除き、参考例1の蛍光板14と同一の条件で作成されたものである。
(Reference Example 1, Reference Example 2)
Fluorescent plate 14 of Reference Example 1 is the same as Example 1 except that the volume content of pores 18 is changed to 0%, that is, no pores 18 are included, and moth-eye structure 15 is not formed on the light extraction surface 14a side. 1 is produced under the same conditions as the fluorescent plate 14 of FIG. The fluorescent plate 14 of Reference Example 2 was manufactured under the same conditions as the fluorescent plate 14 of Reference Example 1, except that the volume content of pores 18 was changed to 3%.

(各グラフの説明)
図4は、実施例1、比較例1、参考例1の各材料からなる蛍光板14から出射される蛍光22のピーク蛍光強度と、蛍光体16の体積含有率との関係を示すグラフであり、横軸については対数表記にて表示されている。
(Explanation of each graph)
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the peak fluorescence intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 made of each material of Example 1, Comparative Example 1, and Reference Example 1 and the volume content of the phosphor 16, The horizontal axis is displayed in logarithmic notation.

図4、及び後述される図5~図7に図示される縦軸の値は、いずれも、表1を参照して上述した実施例、比較例、又は参考例に係る各蛍光板14に対して、同一の条件(波長及び強度)で励起光を照射したときの、蛍光板14から出射される蛍光22のピーク強度の値に対応する。なお、図4~図7における縦軸の値(蛍光22のピーク強度)は、同一の基準値に対する相対値で表記されたものである。つまり、例えば、図4のグラフにおける強度100[a.u.]が示す値と、図5~図7のグラフにおける強度100[a.u.]が示す値とは、同一値である。 The values on the vertical axis shown in FIG. 4 and FIGS. 5 to 7 described later are for each fluorescent plate 14 according to the example, comparative example, or reference example described above with reference to Table 1. , correspond to the peak intensity values of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 when the excitation light is irradiated under the same conditions (wavelength and intensity). The values on the vertical axis (peak intensity of fluorescence 22) in FIGS. 4 to 7 are expressed as relative values with respect to the same reference value. That is, for example, the value indicated by the intensity 100 [a.u.] in the graph of FIG. 4 and the value indicated by the intensity 100 [a.u.] in the graphs of FIGS. 5 to 7 are the same value.

図4は、実施例1に関しては、蛍光体16の粒径を5μm、10μm、20μm、25μm、及び30μmの5種類とし、比較例1及び参考例1においては、いずれも蛍光体16の粒径を5μmとしてシミュレーションを行った結果を示すグラフである。 FIG. 4 shows that in Example 1, the particle size of the phosphor 16 is five types of 5 µm, 10 µm, 20 µm, 25 µm, and 30 µm. 5 is a graph showing the results of a simulation performed with 5 μm.

図5は、図4において、実施例1の蛍光板14のデータのみを抽出し、横軸を蛍光体16の粒径とし、縦軸を蛍光強度としてグラフ化したものである。 FIG. 5 is a graph obtained by extracting only the data of the fluorescent screen 14 of Example 1 from FIG. 4, plotting the particle size of the phosphor 16 on the horizontal axis and the fluorescence intensity on the vertical axis.

図6は、実施例1、実施例2、実施例3、及び実施例4の各材料からなる蛍光板14から出射される蛍光22のピーク蛍光強度と、蛍光体16の体積含有率との関係を示すグラフであり、図4と同様に横軸については対数表記にて表示されている。なお図6には、実施例1に関しては、蛍光体16の粒径を5μm及び10μmの2種類とし、実施例2~4においては、蛍光体16の粒径を10μmの1種類としてシミュレーションを行った結果が示されている。 FIG. 6 shows the relationship between the peak fluorescence intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 made of each material of Examples 1, 2, 3, and 4 and the volume content of the phosphor 16. 4, and the horizontal axis is displayed in logarithmic notation as in FIG. In FIG. 6, the particle size of the phosphor 16 is two types of 5 μm and 10 μm in Example 1, and the particle size of the phosphor 16 is one type of 10 μm in Examples 2 to 4. results are shown.

図7は、実施例1、実施例5、実施例6、比較例2、及び参考例2の各材料からなる蛍光板14におけるピーク蛍光強度と、蛍光体16の体積含有率との関係を示すグラフであり、図4と同様に横軸については対数表記がされている。なお図7には、実施例1に関しては、蛍光体16の粒径を20μm及び25μmの2種類とし、実施例5、実施例6、比較例2、及び参考例2に関しては、蛍光体16の粒径を10μmの1種類としてシミュレーションを行った結果が示されている。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the peak fluorescence intensity and the volume content of the phosphor 16 in the phosphor plate 14 made of each material of Example 1, Example 5, Example 6, Comparative Example 2, and Reference Example 2. , and the horizontal axis is logarithmically represented as in FIG. In FIG. 7, in Example 1, the particle size of the phosphor 16 is two types of 20 μm and 25 μm, and in Example 5, Example 6, Comparative Example 2, and Reference Example 2, the particle size of the phosphor 16 is The results of a simulation performed with one grain size of 10 μm are shown.

(結果に対する検証)
以下、図4~図7に図示された結果に対して検証する。
(Verification of results)
The results shown in FIGS. 4 to 7 will be verified below.

《1》図4によれば、比較例1の蛍光板14は、蛍光体16の体積含有率が高まるにつれて、出射する蛍光22の強度は徐々に上昇するものの、その上昇の程度は実施例1及び参考例1よりも著しく小さい。これに対し、実施例1及び参考例1の蛍光発光素子においては、蛍光体16の粒径に関わらず、蛍光体16の体積含有率が高まると、蛍光強度が大きく上昇することが確認される。 <<1>> According to FIG. 4, in the phosphor screen 14 of Comparative Example 1, as the volume content of the phosphor 16 increases, the intensity of the emitted fluorescence light 22 gradually increases, but the degree of increase is similar to that of Example 1. Remarkably smaller than Reference Example 1. On the other hand, in the fluorescent light emitting devices of Example 1 and Reference Example 1, regardless of the particle size of the phosphor 16, it is confirmed that the fluorescence intensity increases significantly as the volume content of the phosphor 16 increases. .

実施例1及び参考例1は、いずれも蛍光体16とバインダ17の屈折率差δn(=|n16-n17|)が0.61と大きいのに対し、比較例1は、前記屈折率差δnが0.08と小さい。蛍光体16の粒径を同一とした場合において、蛍光板14に含まれる蛍光体16の体積割合(体積含有率)を高めることは、同一の領域内において、蛍光体16とバインダ17とが接触する頻度が高まることを意味する。 In both Example 1 and Reference Example 1, the refractive index difference δn (=|n 16 −n 17 |) between the phosphor 16 and the binder 17 is as large as 0.61. The difference δn is as small as 0.08. When the particle size of the phosphor 16 is the same, increasing the volume ratio (volume content ratio) of the phosphor 16 contained in the phosphor plate 14 allows the phosphor 16 and the binder 17 to come into contact with each other in the same region. means more frequently.

蛍光体16とバインダ17との屈折率差δnが大きい場合、蛍光体16の粒子から出射されてバインダ17内に進行する蛍光22、及び、バインダ17から再び近接する蛍光体16の粒子内に入射された蛍光22は、屈折率差に起因してその都度進行方向が変化する。この結果、仮に蛍光体16から蛍光板14の面に実質的に平行な方向に蛍光22が進行したとしても、すぐに進行方向が変化し、光取り出し面14a側に導かれる。すなわち、蛍光22が、光取り出し面14aに導かれるまでに、蛍光板14の面に平行な方向に移動する距離が短くなり、光取り出し面14aにおける蛍光22の径(スポット径)を小さくできると共に、光取り出し面14a上における輝度が高められる。 When the refractive index difference δn between the phosphor 16 and the binder 17 is large, the fluorescence 22 that is emitted from the particles of the phosphor 16 and propagates into the binder 17 and enters the particles of the phosphor 16 that are adjacent from the binder 17 again. The emitted fluorescent light 22 changes its traveling direction each time due to the refractive index difference. As a result, even if the fluorescence 22 propagates from the phosphor 16 in a direction substantially parallel to the surface of the fluorescent plate 14, the traveling direction immediately changes and is led to the light extraction surface 14a. That is, the distance that the fluorescent light 22 moves in the direction parallel to the surface of the fluorescent plate 14 is shortened until the fluorescent light 22 is guided to the light extraction surface 14a. The luminance on the light extraction surface 14a is enhanced.

これに対し、蛍光体16とバインダ17との屈折率差δnが小さい場合には、蛍光体16の粒子から出射されてバインダ17内に進行する蛍光22、及び、バインダ17から再び近接する蛍光体16の粒子内に入射された蛍光22は、進行方向がほとんど変化しない。このため、蛍光体16から蛍光板14の面に実質的に平行な方向に進行した蛍光22は、そのまま同方向に進行し続けることになり、この結果、光取り出し面14a側に導かれにくくなる。このことは、比較例1において、蛍光体16の体積含有率を上昇させても、蛍光22の強度がほとんど変化していないことに現れている。 On the other hand, when the refractive index difference δn between the phosphor 16 and the binder 17 is small, the fluorescence 22 emitted from the particles of the phosphor 16 and proceeding into the binder 17 and the phosphor approaching from the binder 17 again The fluorescence 22 incident on the 16 particles hardly changes its traveling direction. Therefore, the fluorescence 22 traveling from the phosphor 16 in a direction substantially parallel to the surface of the fluorescent plate 14 continues to travel in the same direction, and as a result, is less likely to be guided toward the light extraction surface 14a. This is evident in the fact that in Comparative Example 1, even if the volume content of the phosphor 16 is increased, the intensity of the fluorescence 22 hardly changes.

なお、比較例1と同様に、YAG(Al5123:Ce2+)からなる蛍光体16と、Al23からなるバインダ17とを含み、更に比較例1とは異なり気孔18を含んでなる比較例2の蛍光板14においても、図7に示すように、蛍光体16の体積含有率を上昇させても、蛍光22の強度がほとんど変化していないことが確認される。 As in Comparative Example 1, phosphor 16 made of YAG (Al 5 O 12 Y 3 :Ce 2+ ) and binder 17 made of Al 2 O 3 were included. As shown in FIG. 7, it is confirmed that the intensity of the fluorescence 22 hardly changes even when the volume content of the phosphor 16 is increased.

また、図7に示す実施例5(粒径10μm、屈折率差δn=0.25)の結果によれば、図4に示す比較例1(粒径10μm、屈折率差δn=0.08)と比較すると、蛍光体16の体積含有率が高まるにつれて、出射する蛍光22の強度が上昇する傾向が高いものの、図4に示す実施例1(粒径10μm、屈折率差δn=0.61)と比較すると、その上昇傾向は低い。この結果からも、蛍光体16とバインダ17の屈折率差δnが大きいほど、蛍光体16の体積含有率を上昇させることで蛍光22の強度が高められることが分かる。すなわち、本発明者(ら)は、蛍光体16とバインダ17との屈折率差δnが0.08程度と小さい場合には、蛍光体16の体積含有率を高めても蛍光22の強度を高める効果があまり得られない一方、前記屈折率差δnを0.25以上とすることで、蛍光体16の体積含有率を高めることで蛍光22の強度を高めることができるという、新たな知見を見出した。 Further, according to the results of Example 5 (particle size 10 μm, refractive index difference δn=0.25) shown in FIG. 7, Comparative Example 1 (particle size 10 μm, refractive index difference δn=0.08) shown in FIG. As compared with Example 1 shown in FIG. The upward trend is relatively low compared to This result also shows that the intensity of fluorescence 22 can be increased by increasing the volume content of phosphor 16 as the refractive index difference δn between phosphor 16 and binder 17 increases. That is, the present inventors (and others) found that when the refractive index difference δn between the phosphor 16 and the binder 17 is as small as about 0.08, the intensity of the fluorescence 22 is increased even if the volume content of the phosphor 16 is increased. Although the effect is not so good, new knowledge was found that the intensity of the fluorescence 22 can be increased by increasing the volume content of the phosphor 16 by setting the refractive index difference δn to 0.25 or more. rice field.

すなわち、上記の検証から、蛍光板14に含まれる蛍光体16とバインダ17との屈折率差δnを0.25以上とすることで、蛍光板14から取り出される蛍光22の強度を高める効果が得られることが分かる。 That is, from the above verification, by setting the refractive index difference δn between the phosphor 16 contained in the fluorescent plate 14 and the binder 17 to be 0.25 or more, the effect of increasing the intensity of the fluorescence 22 extracted from the fluorescent plate 14 can be obtained. I understand.

なお、図6に示す実施例4(粒径10μm、屈折率差δn=0.54)、及び図7に示す実施例6(粒径10μm、屈折率差δn=0.44)においても、蛍光体16の体積含有率が高まるにつれて、実施例5と同等程度、又はそれ以上に、出射する蛍光22の強度が上昇する傾向が示されている。かかる結果から、蛍光板14に含まれる蛍光体16とバインダ17との屈折率差δnを0.44以上とするのがより好ましく、0.54以上とするのが更に好ましく、0.61以上とするのが特に好ましい。 In Example 4 (particle size: 10 μm, refractive index difference δn=0.54) shown in FIG. 6 and Example 6 (particle size: 10 μm, refractive index difference δn=0.44) shown in FIG. As the volume content of the body 16 increases, the intensity of the emitted fluorescence 22 tends to increase to the same extent as in Example 5 or more. From these results, the refractive index difference δn between the phosphor 16 and the binder 17 contained in the fluorescent plate 14 is more preferably 0.44 or more, more preferably 0.54 or more, and more preferably 0.61 or more. is particularly preferred.

《2》図4において、実施例1(モスアイ構造15あり)と参考例1(モスアイ構造15なし)の結果を比較すると、蛍光体16の体積含有率の値にかかわらず、実施例1の蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、参考例1の蛍光板14から出射される蛍光22の強度よりも高いことがわかる。上述したように、実施例1の蛍光板14と参考例1の蛍光板14とは、モスアイ構造15の有無以外は同一の条件で形成されたものである。この結果から、蛍光板14の光取り出し面14a側にモスアイ構造15を設けることで、取り出される蛍光22の強度を更に高める効果が得られることが分かる。 <<2>> In FIG. 4, when the results of Example 1 (with moth-eye structure 15) and Reference Example 1 (without moth-eye structure 15) are compared, regardless of the value of the volume content of phosphor 16, the fluorescent plate of Example 1 It can be seen that the intensity of the fluorescence 22 emitted from 14 is higher than the intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 of Reference Example 1. FIG. As described above, the fluorescent plate 14 of Example 1 and the fluorescent plate 14 of Reference Example 1 were formed under the same conditions except for the presence or absence of the moth-eye structure 15 . From this result, it can be seen that providing the moth-eye structure 15 on the side of the light extraction surface 14a of the fluorescent plate 14 has the effect of further increasing the intensity of the fluorescence 22 to be extracted.

《3》図5によれば、実施例1の蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、蛍光体16の体積含有率が8%以上である場合、蛍光体16の粒径が5μm~30μmの全ての範囲内において、比較例1の蛍光板14から出射される蛍光22の最大強度を上回ることが示されている。更に、実施例1の蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、蛍光体16の体積含有率を50%以上とすることで、蛍光体16の粒径が5μm~30μmの全ての範囲内において、比較例1の蛍光板14から出射される蛍光22の最大強度を大きく上回ることが示されている。 <<3>> According to FIG. 5, the intensity of the fluorescent light 22 emitted from the fluorescent screen 14 of Example 1 is such that when the volume content of the fluorescent material 16 is 8% or more, the particle diameter of the fluorescent material 16 is 5 μm to 30 μm. exceeds the maximum intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent screen 14 of Comparative Example 1 within the entire range of . Further, the intensity of the fluorescent light 22 emitted from the fluorescent screen 14 of Example 1 is maintained within the entire range of the particle diameter of the fluorescent substance 16 from 5 μm to 30 μm by setting the volume content of the fluorescent substance 16 to 50% or more. , greatly exceeds the maximum intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent screen 14 of Comparative Example 1. FIG.

また、図6によれば、実施例2、実施例3、及び実施例4の各蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、蛍光体16の体積含有率を50%以上とすることで、いずれも比較例1の蛍光板14から出射される蛍光22の最大強度を大きく上回ることが示されている。更に、図7によれば、実施例5、実施例6、及び実施例7の各蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、蛍光体16の体積含有率を50%以上とすることで、比較例1の蛍光板14から出射される蛍光22の最大強度を大きく上回ることが示されている。 Further, according to FIG. 6, the intensity of the fluorescence 22 emitted from each of the fluorescent plates 14 of Examples 2, 3, and 4 was reduced to Both are shown to greatly exceed the maximum intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent screen 14 of Comparative Example 1. Furthermore, according to FIG. 7, the intensity of the fluorescence 22 emitted from each of the fluorescent plates 14 of Examples 5, 6, and 7 was reduced to It is shown that the maximum intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent screen 14 of Comparative Example 1 is greatly exceeded.

《4》図5によれば、実施例1の蛍光板14は、蛍光体16の粒径が20μm以下の範囲内においては、粒径が小さいほど出射する蛍光22の強度が高く、20μmを超えると、蛍光体16の体積含有率によっては出射する蛍光22の強度にあまり変化が生じないことが示されている。このことから、蛍光板14から取り出される蛍光22の強度を高める観点からは、蛍光体16の粒径を20μm以下とするのが好ましく、10μm以下とするのがより好ましい。 <<4>> According to FIG. 5, in the phosphor screen 14 of Example 1, the intensity of emitted fluorescence 22 is higher as the particle size of the phosphor 16 is smaller within the range of 20 μm or less. , that the intensity of the emitted fluorescence 22 does not change much depending on the volume content of the phosphor 16 . Therefore, from the viewpoint of increasing the intensity of the fluorescence 22 extracted from the fluorescent screen 14, the particle size of the phosphor 16 is preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less.

《5》図6において、実施例1(蛍光体16の粒径:10μm、気孔率0.8%)と、実施例2(蛍光体16の粒径:10μm、気孔率5%)とを比較すると、実施例2の蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、実施例1の蛍光板14から出射される蛍光22の強度よりも高いことがわかる。一方で、実施例1(蛍光体16の粒径:10μm、気孔率0.8%)と、実施例3(蛍光体16の粒径:10μm、気孔率0%)とを比較すると、実施例1の蛍光板14から出射される蛍光22の強度は、実施例3の蛍光板14から出射される蛍光22の強度よりも高いことがわかる。更に、図7に示す実施例7(蛍光体16の粒径:10μm、気孔率10%)の蛍光板14によれば、実施例1の蛍光板14よりも、高い強度で蛍光22を取り出すことができる。 <<5>> In FIG. 6, Example 1 (particle diameter of phosphor 16: 10 μm, porosity 0.8%) and Example 2 (particle diameter of phosphor 16: 10 μm, porosity 5%) are compared. Then, it can be seen that the intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 of Example 2 is higher than the intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 of Example 1. FIG. On the other hand, when comparing Example 1 (particle diameter of phosphor 16: 10 μm, porosity 0.8%) and Example 3 (particle diameter of phosphor 16: 10 μm, porosity 0%), Example It can be seen that the intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 of Example 1 is higher than the intensity of the fluorescence 22 emitted from the fluorescent plate 14 of Example 3. Further, according to the fluorescent plate 14 of Example 7 (particle diameter of phosphor 16: 10 μm, porosity of 10%) shown in FIG. .

この結果から、蛍光板14から取り出される蛍光22の強度を高める観点からは、蛍光板14内に気孔18を含めるのが好ましく、その体積含有率を0.8%以上、10%以下とするのがより好ましく、5%以上、10%以下とするのが更により好ましい。 From this result, from the viewpoint of increasing the intensity of the fluorescence 22 extracted from the fluorescent plate 14, it is preferable to include the pores 18 in the fluorescent plate 14, and it is more preferable to set the volume content ratio to 0.8% or more and 10% or less. It is preferably 5% or more and 10% or less, even more preferably.

蛍光板14内に気孔18を含有させることで、蛍光板14内において、蛍光体16と気孔18、及びバインダ17と気孔18とが接触する。気孔18の屈折率は実質的に1であり、蛍光体16やバインダ17とは異なる値である。このため、蛍光体16の粒子から出射された、又は、バインダ17内を進行した蛍光22は、気孔18に入射されると、その屈折率差に起因して進行方向が変化する。これにより、光取り出し面14a側に蛍光22を導く効果が高められる。 By including the pores 18 in the fluorescent plate 14 , the phosphor 16 and the pores 18 and the binder 17 and the pores 18 are in contact in the fluorescent plate 14 . The refractive index of the pores 18 is substantially 1, which is a value different from that of the phosphor 16 and the binder 17 . Therefore, when the fluorescence 22 emitted from the particles of the phosphor 16 or traveling through the binder 17 is incident on the pores 18, the traveling direction changes due to the refractive index difference. This enhances the effect of guiding the fluorescence 22 to the light extraction surface 14a side.

かかる観点からは、蛍光板14内に気孔18を多く含有させることが好ましい。しかしながら、一方で、気孔18を多く含有させ過ぎると、それに伴って蛍光板14に含有される蛍光体16の体積割合が低下してしまうため、蛍光板14内で生成される蛍光22の光量が低下する。かかる観点から、気孔18の体積含有率は10%以下とするのが好ましい。 From this point of view, it is preferable to include many pores 18 in the fluorescent plate 14 . On the other hand, however, if too many pores 18 are contained, the volume ratio of the phosphor 16 contained in the fluorescent plate 14 is accordingly decreased, so that the light amount of the fluorescent light 22 generated within the fluorescent plate 14 is decreased. . From this point of view, the volume content of pores 18 is preferably 10% or less.

《6》バインダ17として、高い熱伝導率を示す材料を用いながら、且つ、バインダ17と蛍光体16との間で大きな屈折率差を確保する観点からは、バインダ17をCaF2やBaF2等のフッ化物材料で構成し、蛍光体16をLSNで構成するのが好ましい。 <<6>> As the binder 17, from the viewpoint of using a material exhibiting high thermal conductivity and ensuring a large refractive index difference between the binder 17 and the phosphor 16, the binder 17 is made of CaF2 , BaF2 , or the like. , and the phosphor 16 is preferably made of LSN.

1 : 蛍光光源装置
2 : 励起光源
3 : ダイクロイックミラー
10 : 蛍光発光素子
11 : 基板
12 : 接合層
13 : 反射層
14 : 蛍光板
14a : 波長変換層の光取り出し側の面
15 : モスアイ構造
16 : 蛍光体
17 : バインダ
18 : 気孔
21 : 励起光
22 : 蛍光
Reference Signs List 1: Fluorescent light source device 2: Excitation light source 3: Dichroic mirror 10: Fluorescent light emitting element 11: Substrate 12: Bonding layer 13: Reflective layer 14: Fluorescent plate 14a: Light extraction side surface of wavelength conversion layer 15: Moth-eye structure 16: Fluorescence Body 17: Binder 18: Pore 21: Excitation light 22: Fluorescence

Claims (6)

蛍光体と、前記蛍光体とは異なる材料からなるバインダと、を含んでなる板形状を呈した蛍光板を有し、
前記バインダの材料の熱伝導率は、8W/(m・K)以上であり、
前記蛍光体の材料と前記バインダの材料との屈折率差は、0.25以上であり、
前記蛍光板は、当該蛍光板の少なくとも一つの面上に、凹凸形状を呈するモスアイ構造を有し、
前記蛍光板に含有される前記蛍光体の体積割合が50%より大きいことを特徴とする、蛍光発光素子。
Having a plate-shaped fluorescent plate containing a phosphor and a binder made of a material different from the phosphor,
The thermal conductivity of the binder material is 8 W / (m K) or more,
a refractive index difference between the material of the phosphor and the material of the binder is 0.25 or more;
The fluorescent plate has a moth-eye structure presenting an uneven shape on at least one surface of the fluorescent plate ,
A fluorescent light-emitting device, wherein the volume ratio of the phosphor contained in the fluorescent plate is greater than 50% .
前記蛍光板に含有される前記蛍光体の体積割合が60%以上であることを特徴とする、請求項1に記載の蛍光発光素子。2. The fluorescent light-emitting device according to claim 1, wherein the volume ratio of said phosphor contained in said fluorescent plate is 60% or more. 基板と、前記基板の上層に形成された接合層とを含み、
前記接合層を介して、前記基板上に前記蛍光板が固定的に接合されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の蛍光発光素子。
comprising a substrate and a bonding layer formed on the upper layer of the substrate;
3. The fluorescent light-emitting device according to claim 1 , wherein said fluorescent plate is fixedly bonded onto said substrate via said bonding layer.
前記蛍光板に含有される前記蛍光体の粒径が10μm以下であることを特徴とする、請求項1~3のいずれか1項に記載の蛍光発光素子。 4. The fluorescent light-emitting device according to claim 1, wherein the fluorescent material contained in the fluorescent plate has a particle size of 10 μm or less. 前記蛍光板は、含有される体積割合が0.8%~5%の範囲内の気孔を含むことを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載の蛍光発光素子。 The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 1 to 4, wherein the fluorescent plate contains pores with a volume ratio of 0.8% to 5%. 前記蛍光体は、La3Si611:Ce、又は(La,Y)3Si611:Ceからなり、
前記バインダは、フッ化物材料からなることを特徴とする、請求項1~5のいずれか1項に記載の蛍光発光素子。
the phosphor comprises La3Si6N11 : Ce or (La , Y ) 3Si6N11 : Ce ,
The fluorescent light-emitting device according to any one of claims 1 to 5, wherein the binder is made of a fluoride material.
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