JP7722121B2 - Method for manufacturing wavelength conversion member - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザーダイオード(LD:Laser Diode)等の発する光の波長を別の波長に変換する波長変換部材の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a wavelength conversion member that converts the wavelength of light emitted by light-emitting diodes (LEDs), laser diodes (LDs), etc. to another wavelength.
近年、蛍光ランプや白熱灯に代わる次世代の発光装置として、低消費電力、小型軽量、容易な光量調節という観点から、LEDやLDを用いた発光装置に対する注目が高まってきている。そのような発光装置の一例として、例えば、特許文献1には、青色光を出射するLED上に、LEDからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材が配置された発光装置が開示されている。この発光装置は、LEDから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。 In recent years, light-emitting devices using LEDs and LDs have been attracting increasing attention as next-generation light-emitting devices to replace fluorescent lamps and incandescent lamps, due to their low power consumption, small size and light weight, and easy light intensity adjustment. Patent Document 1, for example, discloses an example of such a light-emitting device in which a wavelength conversion member is placed on an LED that emits blue light, and the wavelength conversion member absorbs part of the light from the LED and converts it to yellow light. This light-emitting device emits white light, which is a composite light of the blue light emitted from the LED and the yellow light emitted from the wavelength conversion member.
波長変換部材としては、樹脂マトリクス中に蛍光体粒子を分散させたものが用いられてきた。しかしながら、このような波長変換部材では、LEDやLDの発する熱や照射光を受けることで、樹脂マトリクスが変色、変形してしまい、波長変換部材の性能を低下させる原因となっていた。 Wavelength conversion materials have traditionally been made by dispersing phosphor particles in a resin matrix. However, when exposed to the heat and light emitted by LEDs and LDs, the resin matrix of such wavelength conversion materials can discolor and deform, causing a decrease in the performance of the wavelength conversion material.
そこで、樹脂マトリクスに代えてガラスマトリクス中に蛍光体粒子を分散固定した完全無機固体からなる波長変換部材が提案されている(例えば、特許文献2及び特許文献3参照)。このような波長変換部材は、母材となるガラスマトリクスがLEDの熱や照射光により劣化しにくく、変色や変形といった問題が生じにくいという特徴を有している。 In response to this, wavelength conversion materials have been proposed that are made from completely inorganic solids, in which phosphor particles are dispersed and fixed in a glass matrix instead of a resin matrix (see, for example, Patent Documents 2 and 3). Such wavelength conversion materials have the advantage that the glass matrix that serves as the base material is less susceptible to degradation due to the heat and light emitted from the LED, making them less susceptible to problems such as discoloration and deformation.
特許文献2や特許文献3のような波長変換部材は、例えば、ガラス粉末と蛍光体粒子との混合物を成形した後、焼成することにより製造することができる。この際、ガラス粉末や蛍光体粒子のロットを変更すると、粒度分布などの違いにより、ロット変更前と同じ濃度設定でも得られる波長変換部材の色度が目標色度からずれる場合がある。そのため、所望とする色度の波長変換部材を安定して得ることが難しいという問題がある。 Wavelength conversion members such as those described in Patent Documents 2 and 3 can be manufactured, for example, by molding a mixture of glass powder and phosphor particles and then firing it. In this case, if the lot of glass powder or phosphor particles is changed, the chromaticity of the wavelength conversion member obtained may deviate from the target chromaticity even with the same concentration settings as before the lot change due to differences in particle size distribution, etc. This presents a problem in that it is difficult to consistently obtain wavelength conversion members with the desired chromaticity.
本発明の目的は、所望とする色度の波長変換部材を安定して得ることを可能とする、波長変換部材の製造方法を提供することにある。 The object of the present invention is to provide a method for manufacturing wavelength conversion materials that enables the stable production of wavelength conversion materials with the desired chromaticity.
本発明に係る波長変換部材の製造方法の広い局面では、蛍光体粒子を含む成形体を焼成することにより波長変換部材を製造する方法であって、蛍光体粒子を含む予備成形体を作製し、該予備成形体の焼成温度と焼成後の色度との相関関係を求める工程と、前記相関関係をもとに、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成温度を設定する工程と、蛍光体粒子を含む成形体を前記本焼成温度で焼成する工程とを備えることを特徴としている。 In a broad aspect, the method for manufacturing a wavelength conversion member according to the present invention is a method for manufacturing a wavelength conversion member by firing a molded body containing phosphor particles, and is characterized by comprising the steps of: preparing a preform containing phosphor particles and determining the correlation between the firing temperature of the preform and the chromaticity after firing; setting a main firing temperature corresponding to the target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained based on the correlation; and firing the molded body containing phosphor particles at the main firing temperature.
本発明においては、蛍光体粒子を含む複数の成形体のうち一部の成形体を先行焼成して求めた色度を前記相関関係に適用することにより、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成温度を設定する工程と、前記複数の成形体のうち残りの成形体を前記本焼成温度で焼成する工程とを備えることが好ましい。 The present invention preferably includes the steps of: pre-firing some of a plurality of molded bodies containing phosphor particles and applying the chromaticity determined by the pre-firing to the correlation to set a main firing temperature corresponding to the target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained; and firing the remaining molded bodies of the plurality of molded bodies at the main firing temperature.
本発明においては、前記先行焼成して求めた色度が前記目標色度よりも高いときに、前記本焼成温度を前記先行焼成温度よりも高く設定してもよい。 In the present invention, when the chromaticity obtained by the pre-firing is higher than the target chromaticity, the main firing temperature may be set higher than the pre-firing temperature.
本発明においては、前記先行焼成して求めた色度が前記目標色度よりも低いときに、前記本焼成温度を前記先行焼成温度よりも低く設定してもよい。 In the present invention, when the chromaticity obtained by the pre-firing is lower than the target chromaticity, the main firing temperature may be set lower than the pre-firing temperature.
本発明においては、前記成形体が、ガラス粉末をさらに含むことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the molded body further contains glass powder.
本発明においては、前記成形体が、前記予備成形体と同じ組成を有することが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the molded body has the same composition as the pre-molded body.
本発明においては、成形が、シート成形またはプレス成形であることが好ましい。 In the present invention, the molding is preferably sheet molding or press molding.
本発明の波長変換部材の製造方法の他の広い局面は、蛍光体粒子を含む成形体を焼成することにより波長変換部材を製造する方法であって、蛍光体粒子を含む予備成形体を作製し、該予備成形体の焼成条件と焼成後の色度との相関関係を求める工程と、前記相関関係をもとに、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成条件を設定する工程と、蛍光体粒子を含む成形体を前記本焼成条件で焼成する工程とを備えることを特徴としている。 Another broad aspect of the method for manufacturing a wavelength conversion member of the present invention is a method for manufacturing a wavelength conversion member by firing a molded body containing phosphor particles, characterized by comprising the steps of: preparing a preform containing phosphor particles; determining the correlation between the firing conditions of the preform and the chromaticity after firing; setting main firing conditions corresponding to the target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained based on the correlation; and firing the molded body containing phosphor particles under the main firing conditions.
本発明においては、蛍光体粒子を含む複数の成形体のうち一部の成形体を先行焼成して求めた色度を前記相関関係に適用することにより、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成条件を設定する工程と、前記複数の成形体のうち残りの成形体を前記本焼成条件で焼成する工程とを備えることが好ましい。 The present invention preferably includes a step of setting main firing conditions corresponding to the target chromaticity of the wavelength conversion member obtained by pre-firing some of the multiple molded bodies containing phosphor particles and applying the chromaticity determined by the pre-firing to the correlation, and a step of firing the remaining multiple molded bodies under the main firing conditions.
本発明においては、前記焼成条件が、焼成時間、雰囲気圧力、または、昇降温速度であることが好ましい。 In the present invention, the firing conditions are preferably firing time, atmospheric pressure, or temperature rise/fall rate.
本発明によれば、所望とする色度の波長変換部材を安定して得ることを可能とする、波長変換部材の製造方法を提供することができる。 The present invention provides a method for manufacturing wavelength conversion materials that enables wavelength conversion materials with the desired chromaticity to be consistently obtained.
以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。 Preferred embodiments are described below. However, the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to the following embodiments. Furthermore, in each drawing, components having substantially the same functions may be referred to by the same reference numerals.
(波長変換部材)
図1は、本発明の一実施形態に係る波長変換部材の製造方法により製造される波長変換部材を示す模式的正面断面図である。図1に示すように、波長変換部材1は、ガラスマトリクス2と、蛍光体粒子3とを備える、蛍光体ガラスである。本実施形態において、蛍光体粒子3は、ガラスマトリクス2中に分散されている。また、本実施形態において、波長変換部材1は、矩形板状の形状を有する。もっとも、本発明において、波長変換部材1の形状は、特に限定されない。
(Wavelength conversion member)
Fig. 1 is a schematic front cross-sectional view showing a wavelength conversion member manufactured by a method for manufacturing a wavelength conversion member according to one embodiment of the present invention. As shown in Fig. 1, the wavelength conversion member 1 is a phosphor glass comprising a glass matrix 2 and phosphor particles 3. In this embodiment, the phosphor particles 3 are dispersed in the glass matrix 2. In this embodiment, the wavelength conversion member 1 has a rectangular plate shape. However, in the present invention, the shape of the wavelength conversion member 1 is not particularly limited.
ガラスマトリクス2は、無機蛍光体等の蛍光体粒子3の分散媒として用いることができるものであれば、特に限定されない。ガラスマトリクス2は、例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、スズリン酸塩系ガラス、ビスマス酸塩系ガラス、テルライト系ガラスなどを用いることができる。 There are no particular limitations on the glass matrix 2, as long as it can be used as a dispersion medium for phosphor particles 3, such as inorganic phosphors. For example, borosilicate glass, phosphate glass, tin phosphate glass, bismuthate glass, tellurite glass, etc. can be used as the glass matrix 2.
ホウ珪酸塩系ガラスとしては、質量%で、SiO2 30%~85%、Al2O3 0%~30%、B2O3 0%~50%、Li2O+Na2O+K2O 0%~10%、及び、MgO+CaO+SrO+BaO 0%~50%を含有するものが挙げられる。スズリン酸塩系ガラスとしては、モル%で、SnO 30%~90%、P2O5 1%~70%を含有するものが挙げられる。テルライト系ガラスとしては、モル%で、TeO2 50%以上、ZnO 0%~45%、RO(Rは、Ca、Sr及びBaから選択される少なくとも1種) 0%~50%、及び、La2O3+Gd2O3+Y2O3 0%~50%を含有するものが挙げられる。 Examples of borosilicate glasses include those containing, by mass%, 30% to 85% SiO2 , 0% to 30 % Al2O3 , 0% to 50% B2O3 , 0% to 10 % Li2O + Na2O + K2O , and 0% to 50% MgO+CaO+SrO+BaO. Examples of tin phosphate glasses include those containing, by mole%, 30% to 90% SnO and 1% to 70% P2O5 . Examples of tellurite-based glasses include those containing, in mole percent, 50% or more TeO 2 , 0% to 45% ZnO, 0% to 50% RO (R is at least one selected from Ca, Sr, and Ba), and 0% to 50% La 2 O 3 + Gd 2 O 3 + Y 2 O 3 .
ガラスマトリクス2の軟化点は、250℃~1000℃であることが好ましく、300℃~950℃であることがより好ましく、500℃~900℃であることがさらに好ましい。ガラスマトリクス2の軟化点が低すぎると、波長変換部材1の機械的強度や化学的耐久性が低下する場合がある。また、ガラスマトリクス2自体の耐熱性が低いため、蛍光体粒子3から発生する熱により軟化変形するおそれがある。一方、ガラスマトリクス2の軟化点が高すぎると、製造時に焼成工程が含まれる場合、蛍光体粒子3が劣化して、波長変換部材1の発光強度が低下する場合がある。なお、波長変換部材1の化学的安定性及び機械的強度をより一層高める観点からは、ガラスマトリクス2の軟化点が、好ましくは500℃以上、より好ましくは600℃以上、さらに好ましくは700℃以上、特に好ましくは800℃以上、最も好ましくは850℃以上である。そのようなガラスマトリクス2を構成するガラスとしては、ホウ珪酸塩系ガラスが挙げられる。ただし、ガラスマトリクス2の軟化点が高くなると、焼成温度も高くなり、結果として製造コストが高くなる傾向がある。また、蛍光体粒子3の耐熱性が低い場合、焼成により劣化するおそれがある。よって、波長変換部材1をより一層安価に製造する場合や、蛍光体粒子3の耐熱性がより低い場合は、ガラスマトリクス2の軟化点は、好ましくは550℃以下、より好ましくは530℃以下、さらに好ましくは500℃以下、特に好ましくは480℃以下、最も好ましくは460℃以下である。そのようなガラスマトリクス2を構成するガラスとしては、スズリン酸塩系ガラス、ビスマス酸塩系ガラス、テルライト系ガラスが挙げられる。 The softening point of the glass matrix 2 is preferably 250°C to 1000°C, more preferably 300°C to 950°C, and even more preferably 500°C to 900°C. If the softening point of the glass matrix 2 is too low, the mechanical strength and chemical durability of the wavelength conversion material 1 may be reduced. Furthermore, because the heat resistance of the glass matrix 2 itself is low, there is a risk of softening and deformation due to heat generated by the phosphor particles 3. On the other hand, if the softening point of the glass matrix 2 is too high, when a firing process is included during manufacturing, the phosphor particles 3 may deteriorate, resulting in a decrease in the luminescence intensity of the wavelength conversion material 1. From the perspective of further enhancing the chemical stability and mechanical strength of the wavelength conversion material 1, the softening point of the glass matrix 2 is preferably 500°C or higher, more preferably 600°C or higher, even more preferably 700°C or higher, particularly preferably 800°C or higher, and most preferably 850°C or higher. Examples of glasses that constitute such glass matrix 2 include borosilicate glasses. However, as the softening point of the glass matrix 2 increases, the firing temperature also increases, which tends to result in higher manufacturing costs. Furthermore, if the phosphor particles 3 have low heat resistance, they may be degraded by firing. Therefore, when manufacturing the wavelength conversion member 1 more inexpensively or when the phosphor particles 3 have lower heat resistance, the softening point of the glass matrix 2 is preferably 550°C or lower, more preferably 530°C or lower, even more preferably 500°C or lower, particularly preferably 480°C or lower, and most preferably 460°C or lower. Examples of glasses that can constitute such a glass matrix 2 include tin phosphate-based glasses, bismuthate-based glasses, and tellurite-based glasses.
なお、ガラスマトリクス2の代わりにセラミックスマトリクスとしてもよい。セラミックスマトリクスを採用することにより、波長変換部材1の耐熱性を向上させることができる。セラミックスマトリクスを構成するセラミックスとしては、Al2O3、MgO、AlN等が挙げられる。 A ceramic matrix may be used instead of the glass matrix 2. The use of a ceramic matrix can improve the heat resistance of the wavelength conversion member 1. Examples of ceramics that form the ceramic matrix include Al 2 O 3 , MgO, and AlN.
蛍光体粒子3は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されない。蛍光体粒子3としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、又はガーネット系化合物蛍光体等が挙げられる。これらの蛍光体は、1種を単独で用いてもよく、複数種を併用してもよい。励起光として青色光を用いる場合は、例えば、黄色光を蛍光として出射する蛍光体を用いることができる。黄色光を蛍光として出射する蛍光体としては、例えば、YAG蛍光体が挙げられる。 The phosphor particles 3 are not particularly limited as long as they emit fluorescence when exposed to excitation light. Examples of phosphor particles 3 include oxide phosphors, nitride phosphors, oxynitride phosphors, chloride phosphors, oxychloride phosphors, sulfide phosphors, oxysulfide phosphors, halide phosphors, chalcogenide phosphors, aluminate phosphors, halophosphate chloride phosphors, and garnet-based compound phosphors. These phosphors may be used alone or in combination. When blue light is used as the excitation light, for example, a phosphor that emits yellow light as fluorescence can be used. An example of a phosphor that emits yellow light as fluorescence is a YAG phosphor.
蛍光体粒子3の平均粒子径は、好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上である。蛍光体粒子3の平均粒子径が小さすぎると、量子効率が悪く発光強度が低下する傾向がある。一方、蛍光体粒子3の平均粒子径が大きすぎると、マトリクス内での分散状態が悪くなり発光色が不均一になる傾向がある。よって、蛍光体粒子3の平均粒子径は、好ましくは50μm以下、より好ましくは25μm以下である。 The average particle diameter of the phosphor particles 3 is preferably 1 μm or more, and more preferably 5 μm or more. If the average particle diameter of the phosphor particles 3 is too small, the quantum efficiency tends to be poor and the luminescence intensity tends to decrease. On the other hand, if the average particle diameter of the phosphor particles 3 is too large, the dispersion state within the matrix tends to be poor, and the luminescent color tends to become non-uniform. Therefore, the average particle diameter of the phosphor particles 3 is preferably 50 μm or less, and more preferably 25 μm or less.
なお、本明細書において、平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布測定装置により測定した平均粒子径D50のことをいうものとする。 In this specification, the average particle size refers to the average particle size D50 measured by a laser diffraction particle size distribution analyzer.
波長変換部材1中における蛍光体粒子3の含有量は、好ましくは1体積%以上、より好ましくは1.5体積%以上、さらに好ましくは2体積%以上である。波長変換部材1中における蛍光体粒子3の含有量は、好ましくは70体積%以下、より好ましくは50体積%以下、さらに好ましくは30体積%以下である。蛍光体粒子3の含有量が少なすぎると、所望の発光色を得るために波長変換部材1の厚みを厚くする必要があり、その結果、波長変換部材1の内部散乱が増加することで、光取り出し効率が低下する場合がある。一方、蛍光体粒子3の含有量が多すぎると、所望の発光色を得るために波長変換部材1の厚みを薄くする必要があるため、波長変換部材1の機械的強度が低下する場合がある。 The content of phosphor particles 3 in the wavelength conversion member 1 is preferably 1 vol% or more, more preferably 1.5 vol% or more, and even more preferably 2 vol% or more. The content of phosphor particles 3 in the wavelength conversion member 1 is preferably 70 vol% or less, more preferably 50 vol% or less, and even more preferably 30 vol% or less. If the content of phosphor particles 3 is too low, the thickness of the wavelength conversion member 1 must be increased to obtain the desired emitted color, which may result in increased internal scattering in the wavelength conversion member 1 and reduced light extraction efficiency. On the other hand, if the content of phosphor particles 3 is too high, the thickness of the wavelength conversion member 1 must be reduced to obtain the desired emitted color, which may reduce the mechanical strength of the wavelength conversion member 1.
波長変換部材1の厚みは、好ましくは0.01mm以上、より好ましくは0.03mm以上、さらに好ましくは0.05mm以上、特に好ましくは0.075mm以上、最も好ましくは0.1mm以上である。波長変換部材1の厚みは、好ましくは1mm以下、より好ましくは0.5mm以下、さらに好ましくは0.35mm以下、特に好ましくは0.3mm以下、最も好ましくは0.25mm以下である。波長変換部材1の厚みが厚すぎると、波長変換部材1における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低くなってしまう場合がある。波長変換部材1の厚みが薄すぎると、十分な発光強度が得られにくくなる場合がある。また、波長変換部材1の機械的強度が不十分になる場合がある。 The thickness of the wavelength conversion member 1 is preferably 0.01 mm or more, more preferably 0.03 mm or more, even more preferably 0.05 mm or more, particularly preferably 0.075 mm or more, and most preferably 0.1 mm or more. The thickness of the wavelength conversion member 1 is preferably 1 mm or less, more preferably 0.5 mm or less, even more preferably 0.35 mm or less, particularly preferably 0.3 mm or less, and most preferably 0.25 mm or less. If the wavelength conversion member 1 is too thick, light scattering and absorption in the wavelength conversion member 1 may become too great, resulting in low fluorescence emission efficiency. If the wavelength conversion member 1 is too thin, it may be difficult to obtain sufficient luminescence intensity. Furthermore, the mechanical strength of the wavelength conversion member 1 may be insufficient.
以下、波長変換部材1のような本発明の波長変換部材の製造方法について説明する。 The following describes a method for manufacturing a wavelength conversion member of the present invention, such as wavelength conversion member 1.
(波長変換部材の製造方法)
本発明に係る波長変換部材の製造方法は、蛍光体粒子を含む成形体を焼成することにより波長変換部材を製造する方法である。具体的には、まず、蛍光体粒子を含む予備成形体を作製し、該予備成形体の焼成温度と焼成後の色度との相関関係を求める。次に、求めた相関関係をもとに、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成温度を設定する。次に、蛍光体粒子を含む成形体を設定した本焼成温度で焼成する。これにより、得られる波長変換部材の色度を目標色度に近づけるように調整する。
(Method for manufacturing wavelength conversion member)
The method for manufacturing a wavelength conversion member according to the present invention is a method for manufacturing a wavelength conversion member by firing a molded body containing phosphor particles. Specifically, first, a preform containing phosphor particles is prepared, and the correlation between the firing temperature of the preform and the chromaticity after firing is determined. Next, based on the determined correlation, a main firing temperature corresponding to the target chromaticity of the resulting wavelength conversion member is set. Next, the molded body containing phosphor particles is fired at the set main firing temperature. This adjusts the chromaticity of the resulting wavelength conversion member so that it approaches the target chromaticity.
本発明に係る波長変換部材の製造方法は、上記の構成を備えるので、原料ロットなどの製造条件を変更した場合においても、所望とする色度の波長変換部材を安定して得ることができる。これを、以下詳細に説明する。 The method for manufacturing a wavelength conversion material according to the present invention has the above-described configuration, so that wavelength conversion materials with the desired chromaticity can be reliably obtained even when manufacturing conditions such as raw material lots are changed. This is explained in detail below.
従来、ガラス粉末や蛍光体粒子のロットを変更すると、同じ濃度設定でも粒度分布などの違いにより得られる波長変換部材の色度が目標色度からずれる場合があった。そのため、所望とする色度の波長変換部材を安定して得ることが難しいという問題があった。 In the past, when changing the lot of glass powder or phosphor particles, the chromaticity of the wavelength conversion material obtained could deviate from the target chromaticity due to differences in particle size distribution, even when the same concentration setting was used. This made it difficult to consistently obtain wavelength conversion materials with the desired chromaticity.
これに対して、本発明者らは、蛍光体粒子を含む成形体の焼成温度に着目し、焼成温度を変更することにより、得られる波長変換部材の色度を調整できることを見出した。特に、予め焼成温度と焼成後の色度との相関関係を求め、求めた相関関係をもとに本焼成温度を設定することにより、得られる波長変換部材の色度を目標色度に近づけるように調整できることを見出した。より具体的には、図2に相関関係の一例を示すように、焼成温度が高いほど色度が低められ、焼成温度が低いほど色度が高められることを見出した。なお、焼成温度により、得られる波長変換部材の色度を調整できる理由については、図3を参照して以下のように説明することができる。 In response to this, the inventors focused on the firing temperature of a molded body containing phosphor particles and discovered that the chromaticity of the resulting wavelength conversion member can be adjusted by changing the firing temperature. In particular, they found that by determining the correlation between the firing temperature and the chromaticity after firing in advance and setting the firing temperature based on this correlation, the chromaticity of the resulting wavelength conversion member can be adjusted to approach the target chromaticity. More specifically, as shown in Figure 2, an example of the correlation, they found that the higher the firing temperature, the lower the chromaticity, and the lower the firing temperature, the higher the chromaticity. The reason why the chromaticity of the resulting wavelength conversion member can be adjusted by changing the firing temperature can be explained as follows, with reference to Figure 3.
図3(a)は、ガラス粉末及び蛍光体粒子を含む成形体の焼成前の状態を示す模式図であり、図3(b)は、焼成後の状態を示す模式図である。 Figure 3(a) is a schematic diagram showing the state of a molded body containing glass powder and phosphor particles before firing, and Figure 3(b) is a schematic diagram showing the state after firing.
図3(a)に示すように、焼成前の成形体4では、ガラス粉末2A及び蛍光体粒子3が粒子の塊の状態で存在しており、各粒子間には界面が存在している。他方、図3(b)に示すように、焼成後の波長変換部材1では、ガラス粉末2Aが溶けてガラスマトリクス2が形成されており、ガラスマトリクス2内に蛍光体粒子3が分散されている。 As shown in Figure 3(a), in the molded body 4 before firing, the glass powder 2A and phosphor particles 3 exist in the form of particle clumps, with interfaces between each particle. On the other hand, as shown in Figure 3(b), in the wavelength conversion member 1 after firing, the glass powder 2A has melted to form a glass matrix 2, and the phosphor particles 3 are dispersed within the glass matrix 2.
ここで、図3(a)の状態で成形体4を焼成する場合、焼成途中において界面が存在することから、これが光の散乱要素となり、焼成温度によって散乱の程度が変化するものと考えられる。具体的には、焼成温度によって、ガラス粉末2A同士の融着状態が変化することにより波長変換部材1内部の散乱状態が変化し、蛍光体粒子3への励起光の入射の程度が変化するため、色度が変化するものと考えられる。 When the molded body 4 is fired in the state shown in Figure 3(a), interfaces are present during firing, which act as light scattering elements, and the degree of scattering is thought to change depending on the firing temperature. Specifically, the firing temperature changes the state of fusion between the glass powder 2A, which changes the scattering state within the wavelength conversion member 1, changing the degree of incidence of excitation light on the phosphor particles 3, and therefore changing the chromaticity.
特に、焼成温度が高いほどガラス粉末2A同士の融着が進行して界面が減少し、波長変換部材1内部の散乱も減少して励起光が波長変換部材1をそのまま透過しやすくなる。その結果、蛍光体粒子3への励起光の入射量が減少して発光量が低減することから、色度が低下するものと考えられる。また、焼成温度が低いほどガラス粉末2A同士の融着が抑制されて界面が増加し、波長変換部材1内部での励起光の散乱も増加して、蛍光体粒子3への励起光の入射量が増加する。その結果、発光量が増加することから、色度が高められるものと考えられる。 In particular, the higher the firing temperature, the more the glass powder particles 2A fuse together, reducing the number of interfaces and scattering within the wavelength conversion member 1, making it easier for the excitation light to pass through the wavelength conversion member 1 as is. As a result, the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3 decreases, reducing the amount of light emitted, which is thought to result in a decrease in chromaticity. Furthermore, the lower the firing temperature, the more the glass powder particles 2A fuse together, increasing the number of interfaces and scattering of the excitation light within the wavelength conversion member 1, increasing the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3. As a result, the amount of light emitted increases, which is thought to result in an increase in chromaticity.
また、焼成時間によっても散乱の程度が変化するものと考えられる。具体的には、焼成時間によって、ガラス粉末2A同士の融着状態が変化することにより、波長変換部材1内部の散乱状態が変化し、蛍光体粒子3への励起光の入射の程度が変化するため、色度が変化するものと考えられる。 It is also believed that the degree of scattering changes depending on the firing time. Specifically, the firing time changes the state of fusion between the glass powder particles 2A, which changes the scattering state within the wavelength conversion member 1 and changes the degree of incidence of excitation light on the phosphor particles 3, resulting in a change in chromaticity.
特に、焼成時間が長いほどガラス粉末2A同士の融着が進行して界面が減少し、波長変換部材1内部の散乱も減少して、励起光が波長変換部材1をそのまま透過しやすくなる。その結果、蛍光体粒子3への励起光の入射量が減少して発光量が低減することから、色度が低下するものと考えられる。また、焼成時間が短いほどガラス粉末2A同士の融着が抑制されて界面が増加し、波長変換部材1内部での励起光の散乱も増加して、蛍光体粒子3への励起光の入射量が増加する。その結果、発光量が増加することから、色度が高められるものと考えられる。 In particular, the longer the firing time, the more the glass powder particles 2A fuse together, reducing the number of interfaces and scattering within the wavelength conversion member 1, making it easier for the excitation light to pass through the wavelength conversion member 1 as is. As a result, the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3 decreases, reducing the amount of light emitted, which is thought to result in a decrease in chromaticity. Furthermore, the shorter the firing time, the more the glass powder particles 2A fuse together, increasing the number of interfaces and scattering of the excitation light within the wavelength conversion member 1, increasing the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3. As a result, the amount of light emitted increases, which is thought to result in an increase in chromaticity.
このように、本発明においては、焼成温度と焼成後の色度との相関関係をもとに焼成温度を設定してもよいし、焼成時間と焼成後の色度との相関関係をもとに焼成時間を設定してもよい。つまり、焼成温度や焼成時間のような焼成条件と焼成後の色度との相関関係をもとに焼成条件を設定すればよい。 In this way, in the present invention, the firing temperature may be set based on the correlation between the firing temperature and the chromaticity after firing, or the firing time may be set based on the correlation between the firing time and the chromaticity after firing. In other words, the firing conditions may be set based on the correlation between firing conditions such as the firing temperature and firing time and the chromaticity after firing.
なお、焼成温度と焼成後の色度との相関関係をもとに焼成温度を設定するとともに、焼成時間と焼成後の色度との相関関係をもとに焼成時間を設定してもよい。 The firing temperature may be set based on the correlation between the firing temperature and the color after firing, and the firing time may be set based on the correlation between the firing time and the color after firing.
焼成温度や焼成時間以外の焼成条件と、焼成後の色度との相関関係をもとに、当該焼成条件を設定してもよい。そのような焼成条件として、雰囲気圧力や昇降温速度が挙げられる。 Firing conditions other than firing temperature and firing time may be set based on the correlation between the chromaticity after firing and other firing conditions. Such firing conditions include atmospheric pressure and temperature rise/fall rate.
この場合、焼成時における雰囲気圧力によって、波長変換部材1内部に残存する気泡の量が変化し、それに応じて波長変換部材1内部の散乱状態が変化し、蛍光体粒子3への励起光の入射の程度が変化するため、色度が変化するものと考えられる。 In this case, the amount of bubbles remaining inside the wavelength conversion material 1 changes depending on the atmospheric pressure during firing, which in turn changes the scattering state inside the wavelength conversion material 1, changing the degree of incidence of excitation light on the phosphor particles 3, and therefore changing the chromaticity.
例えば、焼成雰囲気が減圧雰囲気であり、かつ、その圧力が小さくなるほど、波長変換部材1内部に残存する気泡の量が少なくなり、波長変換部材1内部の散乱も減少して、励起光が波長変換部材1をそのまま透過しやすくなる。その結果、蛍光体粒子3への励起光の入射量が減少して発光量が低減することから、色度が低下するものと考えられる。また、焼成雰囲気が減圧雰囲気であり、かつ、その圧力が大きくなるほど、波長変換部材1内部に残存する気泡の量が多くなり、波長変換部材1内部での励起光の散乱も増加して、蛍光体粒子3への励起光の入射量が増加する。その結果、発光量が増加することから、色度が高められるものと考えられる。 For example, if the firing atmosphere is a reduced pressure atmosphere and the pressure is lower, the number of bubbles remaining inside the wavelength conversion material 1 decreases, scattering inside the wavelength conversion material 1 also decreases, and excitation light is more likely to pass through the wavelength conversion material 1 as is. As a result, the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3 decreases, reducing the amount of light emitted, which is thought to result in a decrease in chromaticity. Furthermore, if the firing atmosphere is a reduced pressure atmosphere and the pressure is higher, the number of bubbles remaining inside the wavelength conversion material 1 increases, increasing the scattering of excitation light inside the wavelength conversion material 1 and increasing the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3. As a result, the amount of light emitted increases, which is thought to result in an increase in chromaticity.
あるいは、焼成雰囲気が加圧雰囲気であり、かつ、その圧力が大きくなるほど、成形体4が圧縮され、波長変換部材1内部に残存する気泡が圧縮されて小さくなり緻密な焼結体が得られやすくなる。それにより、波長変換部材1内部の散乱も減少して、励起光が波長変換部材1をそのまま透過しやすくなる。その結果、蛍光体粒子3への励起光の入射量が減少して発光量が低減することから、色度が低下するものと考えられる。また、焼成雰囲気が加圧雰囲気であり、かつ、その圧力が小さくなるほど、波長変換部材1内部に残存する気泡が圧縮されにくく、緻密な焼結体が得られにくくなる。それにより、波長変換部材1内部での励起光の散乱も増加して、蛍光体粒子3への励起光の入射量が増加する。その結果、発光量が増加することから、色度が高められるものと考えられる。 Alternatively, if the firing atmosphere is a pressurized atmosphere and the pressure is higher, the green compact 4 is compressed, and the air bubbles remaining inside the wavelength conversion material 1 are compressed and smaller, making it easier to obtain a dense sintered body. This reduces scattering within the wavelength conversion material 1, making it easier for excitation light to pass through the wavelength conversion material 1 as is. As a result, the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3 decreases, reducing the amount of light emitted, which is thought to result in a decrease in chromaticity. Furthermore, if the firing atmosphere is a pressurized atmosphere and the pressure is lower, the air bubbles remaining inside the wavelength conversion material 1 are less likely to be compressed, making it harder to obtain a dense sintered body. This increases scattering of excitation light within the wavelength conversion material 1, increasing the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3. As a result, the amount of light emitted increases, which is thought to improve chromaticity.
また、焼成時における昇降温速度(焼成温度(最高温度)に到達するまでの昇温速度や、焼成温度からの降温速度)によって、ガラス粉末2A同士の融着状態が変化する。それに応じて、波長変換部材1内部の散乱状態が変化し、蛍光体粒子3への励起光の入射の程度が変化するため、色度が変化するものと考えられる。 In addition, the fusion state between the glass powder particles 2A changes depending on the rate of temperature rise and fall during firing (the rate of temperature rise until the firing temperature (maximum temperature) is reached and the rate of temperature fall from the firing temperature). This changes the scattering state within the wavelength conversion member 1, which in turn changes the degree of excitation light incident on the phosphor particles 3, resulting in a change in chromaticity.
例えば、昇温速度や降温速度(絶対値)が大きくなるほど、ガラス粉末2A同士の融着が抑制されて界面が増加し、波長変換部材1内部での励起光の散乱も増加して、蛍光体粒子3への励起光の入射量が増加する。その結果、発光量が増加することから、色度が高められるものと考えられる。また、昇温速度や降温速度(絶対値)が小さくなるほど、ガラス粉末2A同士の融着が進行して界面が減少し、波長変換部材1内部の散乱も減少して、励起光が波長変換部材1をそのまま透過しやすくなる。その結果、蛍光体粒子3への励起光の入射量が減少して発光量が低減することから、色度が低下するものと考えられる。 For example, as the heating rate or cooling rate (absolute value) increases, fusion between the glass powder particles 2A is suppressed and the number of interfaces increases, and scattering of excitation light within the wavelength conversion member 1 also increases, increasing the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3. As a result, the amount of light emitted increases, which is thought to improve chromaticity. Furthermore, as the heating rate or cooling rate (absolute value) decreases, fusion between the glass powder particles 2A progresses and the number of interfaces decreases, which also reduces scattering within the wavelength conversion member 1, making it easier for excitation light to pass through the wavelength conversion member 1 directly. As a result, the amount of excitation light incident on the phosphor particles 3 decreases, reducing the amount of light emitted, which is thought to lower chromaticity.
上記の通り、焼成条件としては、焼成温度以外にも、焼成時間、雰囲気圧力または昇降温速度を選択することができる。なお、これらの焼成条件を選択した場合は、本焼成条件は、それぞれ本焼成時間、本雰囲気圧力または本昇降温速度となる。 As mentioned above, in addition to the firing temperature, the firing time, atmospheric pressure, or temperature increase/decrease rate can also be selected as firing conditions. When these firing conditions are selected, the main firing conditions will be the main firing time, main atmospheric pressure, or main temperature increase/decrease rate, respectively.
以下、各工程の詳細について説明する。 Details of each process are explained below.
検量線の作成;
ガラス粉末及び蛍光体粒子を含む予備成形体を作製する。そして、作製した予備成形体の焼成温度と、焼成後の色度との相関関係を求める。
Preparation of calibration curves;
A preform containing glass powder and phosphor particles is prepared, and the correlation between the firing temperature of the prepared preform and the chromaticity after firing is determined.
具体的には、予備成形体を焼成して色度を測定し、その焼成温度及び色度をもとに焼成温度と色度の相関関係を求める。例えば、焼成温度を変更して各焼成温度における色度をプロットし、図2のグラフに示すような検量線を作成する。これにより、予備成形体の焼成温度と、焼成後の色度との相関関係を求めることができる。なお、グラフを作成するためのプロット数は2点でもよいが、焼成温度と色度との相関関係をより一層精度良く得る観点から3点以上であることが好ましい。 Specifically, the preform is fired and its chromaticity is measured, and the correlation between firing temperature and chromaticity is determined based on the firing temperature and chromaticity. For example, the firing temperature is changed and the chromaticity at each firing temperature is plotted to create a calibration curve such as the graph shown in Figure 2. This makes it possible to determine the correlation between the firing temperature of the preform and the chromaticity after firing. Note that while two plots may be used to create the graph, three or more plots are preferred in order to obtain a more accurate correlation between firing temperature and chromaticity.
図2より、作成した検量線では、焼成温度が高くなるほど、色度が低くなっていることがわかる。他方、焼成温度が低くなるほど、色度が高くなっていることがわかる。従って、焼成温度を変更することにより、得られる波長変換部材の色度をコントロールできることがわかる。 From Figure 2, it can be seen that the calibration curve created shows that the higher the firing temperature, the lower the chromaticity. On the other hand, the lower the firing temperature, the higher the chromaticity. Therefore, it can be seen that the chromaticity of the resulting wavelength conversion material can be controlled by changing the firing temperature.
なお、波長変換部材の色度は、使用する光源からの励起光を波長変換部材の一方側の主面から照射し、波長変換部材の他方側の主面から出射された光を、色度計で測定することにより得ることができる。 The chromaticity of the wavelength conversion member can be obtained by irradiating one main surface of the wavelength conversion member with excitation light from the light source used and measuring the light emitted from the other main surface of the wavelength conversion member with a colorimeter.
先行焼成;
次に、ガラス粉末と蛍光体粒子を含む混合物を作製し、作製した混合物から複数の成形体を形成する。この際、ガラス粉末と蛍光体粒子とを含む混合物を大量に生産し、同じ混合物から複数の成形体を形成することが望ましい。また、ガラス粉末と蛍光体粒子のロットは、予備成形体の作製に用いた蛍光体粒子やガラス粉末のロットと同じであることが望ましい。また、成形体を作製するに際しては、予備成形体と同じ組成とすることが望ましい。また、複数の成形体の数は、例えば、4個以上、1000個以下とすることができる。
Pre-firing;
Next, a mixture containing glass powder and phosphor particles is prepared, and multiple molded bodies are formed from the prepared mixture. It is desirable to mass-produce the mixture containing glass powder and phosphor particles and form multiple molded bodies from the same mixture. It is also desirable that the glass powder and phosphor particles are from the same lot as the phosphor particles and glass powder used to prepare the preform. It is also desirable that the molded bodies be made to have the same composition as the preform. The number of multiple molded bodies can be, for example, 4 or more and 1,000 or less.
先行焼成では、作製した複数の成形体のうち一部の成形体を先行焼成し、焼成後の色度を測定する。先行焼成により得られた色度と、目標色度にずれが生じた場合、上記相関関係をもとに、目標色度に近づけるように焼成温度を設定する。この焼成温度を本焼成温度とすることができる。なお、先行焼成する一部の成形体は、例えば、作製した複数の成形体のうち、25%以下の成形体とすることができる。例えば、作製した複数の成形体のうち、1個以上、250個以下の成形体とすることができる。 In pre-firing, a portion of the multiple molded bodies produced is pre-fired, and the chromaticity after firing is measured. If there is a discrepancy between the chromaticity obtained by pre-firing and the target chromaticity, the firing temperature is set based on the correlation described above to bring the chromaticity closer to the target chromaticity. This firing temperature can be used as the main firing temperature. Note that the portion of the molded bodies pre-fired can be, for example, 25% or less of the multiple molded bodies produced. For example, it can be 1 to 250 of the multiple molded bodies produced.
特に、予備成形体の作製に用いた蛍光体粒子やガラス粉末のロットと異なるロットの蛍光体粒子やガラス粉末を使用した場合のように、製造条件を変更した場合においては、上記の先行焼成の工程を行うことが好ましい。 In particular, when manufacturing conditions are changed, such as when using phosphor particles or glass powder from a different lot than those used to make the preform, it is preferable to perform the above-mentioned pre-firing step.
本焼成;
本焼成では、ガラス粉末と蛍光体粒子とを含む混合物を用いて作製した複数の成形体のうち残りの成形体を、上記のようにして設定した本焼成温度で焼成する。これにより、得られる波長変換部材の色度を目標色度に近づけるように調整する。
Main firing;
In the main firing, the remaining molded bodies among the plurality of molded bodies made using the mixture containing the glass powder and the phosphor particles are fired at the main firing temperature set as described above, thereby adjusting the chromaticity of the wavelength conversion member obtained so as to approach the target chromaticity.
このように、本実施形態の製造方法では、予め求めた焼成温度と色度との相関関係をもとに、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成温度を設定し、その本焼成温度で成形体を焼成する。これにより、目標色度に近づけるように調整された波長変換部材を得ることができる。そのため、本実施形態の製造方法では、ガラス粉末や蛍光体粒子の原料ロットなどの製造条件を変更した場合においても、発光色の色ばらつき(色度のばらつき)が生じ難く、所望とする色度の波長変換部材を安定して精度よく得ることができる。 In this way, in the manufacturing method of this embodiment, a main firing temperature corresponding to the target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained is set based on a predetermined correlation between firing temperature and chromaticity, and the molded body is fired at that main firing temperature. This makes it possible to obtain a wavelength conversion member that is adjusted to approach the target chromaticity. Therefore, in the manufacturing method of this embodiment, even when manufacturing conditions such as the raw material lot of glass powder or phosphor particles are changed, color variation in the emitted color (chromaticity variation) is unlikely to occur, and wavelength conversion members with the desired chromaticity can be obtained stably and accurately.
例えば、得られる波長変換部材の目標色度に対する色度(Cx)のばらつきが±0.0100以内であることが好ましく、±0.0050以内であることがより好ましく、±0.0025以内であることがさらに好ましく、特に好ましくは±0.0015以内であることが望ましい。また、原料ロットなどの製造条件を変更した場合には、ロット変更前後における波長変換部材における色度(Cx)のばらつきが±0.0100以内であることが好ましく、±0.0050以内であることがより好ましく、±0.0025以内であることがさらに好ましく、特に好ましくは±0.0015以内であることが望ましい。もっとも、得られる波長変換部材の色度が、目標色度と同じであることがより好ましい。 For example, it is preferable that the variation in chromaticity (Cx) of the resulting wavelength conversion member relative to the target chromaticity be within ±0.0100, more preferably within ±0.0050, even more preferably within ±0.0025, and particularly preferably within ±0.0015. Furthermore, when manufacturing conditions such as raw material lots are changed, it is preferable that the variation in chromaticity (Cx) of the wavelength conversion member before and after the lot change be within ±0.0100, more preferably within ±0.0050, even more preferably within ±0.0025, and particularly preferably within ±0.0015. However, it is more preferable that the chromaticity of the resulting wavelength conversion member be the same as the target chromaticity.
なお本焼成の前に、2回目の先行焼成を行って色度を確認し、最初の先行焼成で決定した本焼成温度を微調整しても構わない。このようにすれば、所望とする色度の波長変換部材をより一層安定して精度よく得ることができる。 It is also possible to perform a second pre-firing before the main firing to check the chromaticity and fine-tune the main firing temperature determined in the first pre-firing. In this way, it is possible to obtain a wavelength conversion member with the desired chromaticity with even greater stability and precision.
本発明において、各製造工程における成形体の形成は、例えば、シート成形により行うことができる。具体的に、成形体は、ガラスマトリクスとなるガラス粉体と、蛍光体粒子と、必要に応じてバインダー樹脂や溶剤等の有機成分を含むスラリーを用いて作製することができる。例えば、上記スラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、グリーンシートを作製することによって形成することができる。あるいは、上記スラリーを、基材上に塗布して膜を形成し、得られた膜を乾燥することによっても形成することができる。また、ガラス粉末と、蛍光体粒子とを含有する混合粉末の圧粉体を作製すること(プレス成形)によっても形成することができる。このように、シート成形またはプレス成形により成形することが望ましい。 In the present invention, the green body can be formed in each manufacturing step by, for example, sheet molding. Specifically, the green body can be produced using a slurry containing glass powder, which forms the glass matrix, phosphor particles, and, if necessary, organic components such as a binder resin and a solvent. For example, the green body can be formed by applying the slurry to a resin film such as polyethylene terephthalate using a doctor blade method or the like, and then heating and drying the resulting film. Alternatively, the green body can be formed by applying the slurry to a substrate to form a film, and then drying the resulting film. The green body can also be formed by press molding a powder mixture containing glass powder and phosphor particles. In this way, sheet molding or press molding is preferable.
本発明において、ガラス粉末の材料は、上述したガラスマトリクスの材料と同じものを用いることができる。また、ガラス粉末の平均粒子径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは1μm以上、さらに好ましくは2μm以上である。ガラス粉末の平均粒子径が小さすぎると、生産コストが高くなったり、取扱い性が低下したりする傾向がある。一方、ガラス粉末の平均粒子径が大きすぎると、得られる波長変換部材において、焼成後のガラスマトリクス中に気泡が残存しやすくなり、波長変換部材の光取出し効率が低下するおそれがある。よって、ガラス粉末の平均粒子径は、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下、さらに好ましくは20μm以下、特に好ましくは10μm以下である。また、蛍光体粒子の平均粒子径は、上述の波長変換部材で説明した範囲とすることが望ましい。 In the present invention, the glass powder material can be the same as the glass matrix material described above. The average particle size of the glass powder is preferably 0.1 μm or more, more preferably 1 μm or more, and even more preferably 2 μm or more. If the average particle size of the glass powder is too small, production costs tend to increase and handling tends to be difficult. On the other hand, if the average particle size of the glass powder is too large, air bubbles are likely to remain in the glass matrix after firing in the resulting wavelength conversion member, which may reduce the light extraction efficiency of the wavelength conversion member. Therefore, the average particle size of the glass powder is preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less, even more preferably 20 μm or less, and particularly preferably 10 μm or less. It is also desirable that the average particle size of the phosphor particles be within the range described above for the wavelength conversion member.
本発明において、各製造工程における焼成温度は、ガラス粉末の軟化点±150℃以内であることが好ましく、ガラス粉末の軟化点±100℃以内であることがより好ましい。焼成温度が低すぎると、ガラス粉末が軟化流動せず、緻密な焼結体が得られない場合がある。一方、焼成温度が高すぎると、蛍光体粒子がガラス中に溶出して発光強度が低下したり、蛍光体成分がガラス中に拡散してガラスが着色して発光強度が低下したりする場合がある。また、各製造工程における焼成時間(最高温度における保持時間)は、例えば、5分以上、120分以下とすることができる。さらに、製造工程における焼成時間(最高温度における保持時間)は、10分以上、60分以下の間で適宜調整することが好ましい。 In the present invention, the firing temperature in each manufacturing step is preferably within ±150°C of the softening point of the glass powder, and more preferably within ±100°C of the softening point of the glass powder. If the firing temperature is too low, the glass powder may not soften and flow, and a dense sintered body may not be obtained. On the other hand, if the firing temperature is too high, the phosphor particles may dissolve into the glass, reducing the luminescence intensity, or the phosphor components may diffuse into the glass, causing the glass to become colored and reducing the luminescence intensity. Furthermore, the firing time (holding time at the maximum temperature) in each manufacturing step can be, for example, 5 minutes or more and 120 minutes or less. Furthermore, it is preferable to appropriately adjust the firing time (holding time at the maximum temperature) in the manufacturing step between 10 minutes and 60 minutes.
なお、上述したように、上記焼成温度に到達するまでの昇温速度や、上記焼成温度からの降温速度を適宜調整することにより、ガラス粉末同士の融着状態を変化させることができ、それにより色度の調整を行うことができる。昇温速度は、例えば+0.1℃/分~+10℃/分、さらには+0.5℃/分~+5℃/分の間で適宜調整することが好ましい。降温速度は、例えば-0.1℃/分~-50℃/分、さらには-1℃/分~-30℃/分の間で適宜調整することが好ましい。 As mentioned above, the fusion state between the glass powder particles can be changed by appropriately adjusting the heating rate up to the firing temperature and the cooling rate from the firing temperature, thereby adjusting the color. The heating rate is preferably adjusted between +0.1°C/min and +10°C/min, or even between +0.5°C/min and +5°C/min. The cooling rate is preferably adjusted between -0.1°C/min and -50°C/min, or even between -1°C/min and -30°C/min.
また、焼成は、減圧雰囲気中で行うことが好ましい。具体的には、焼成中の雰囲気は1.013×105Pa未満であることが好ましく、1000Pa以下であることがより好ましく、400Pa以下であることがさらに好ましい。それにより、得られる波長変換部材中に残存する気泡の量を少なくすることができる。その結果、得られる波長変換部材における散乱因子を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができる。 Furthermore, the firing is preferably carried out in a reduced pressure atmosphere. Specifically, the atmosphere during firing is preferably less than 1.013 × 10 5 Pa, more preferably 1000 Pa or less, and even more preferably 400 Pa or less. This reduces the amount of bubbles remaining in the resulting wavelength conversion member. As a result, the scattering factor in the resulting wavelength conversion member can be reduced, and the light extraction efficiency can be improved.
一方、焼成を加圧雰囲気中で行うと、成形体が圧縮され、波長変換部材内部に残存する気泡が圧縮されて小さくなり、緻密な焼結体が得られやすくなる。具体的には、焼成中の雰囲気は20MPa以上であることが好ましく、40MPa以上であることがより好ましく、100MPa以上であることがさらに好ましい。この場合も、得られる波長変換部材中に残存する気泡を圧縮して小さくすることができる。その結果、得られる波長変換部材における散乱因子を低減することができ、光取り出し効率を向上させることができる。もっとも、波長変換部材中での励起光の散乱を効果的に小さくする観点からは、焼成を減圧雰囲気中で行うことがより好ましい。 On the other hand, if firing is carried out in a pressurized atmosphere, the molded body is compressed, and any air bubbles remaining inside the wavelength conversion material are compressed and reduced in size, making it easier to obtain a dense sintered body. Specifically, the atmosphere during firing is preferably 20 MPa or higher, more preferably 40 MPa or higher, and even more preferably 100 MPa or higher. In this case, too, any air bubbles remaining in the resulting wavelength conversion material can be compressed and reduced in size. As a result, the scattering factor in the resulting wavelength conversion material can be reduced, and the light extraction efficiency can be improved. However, from the perspective of effectively reducing scattering of excitation light in the wavelength conversion material, it is more preferable to carry out firing in a reduced-pressure atmosphere.
また、本発明においては、各工程において色度を測定する前に研磨を行ってもよい。研磨方法としては、特に限定されず、ラップ研磨や、鏡面研磨により行うことができる。ラップ研磨は、鏡面研磨より研磨速度が速いという利点がある。一方、鏡面研磨は、ラップ研磨より研磨面精度を高めることが可能である。最終製品の仕上げ面と同等の表面状態(表面粗さ)となる研磨方法を採用すればよい。 In addition, in the present invention, polishing may be performed before measuring the color in each process. The polishing method is not particularly limited, and can be performed by lapping or mirror polishing. Lapping has the advantage of being faster than mirror polishing. On the other hand, mirror polishing can improve the precision of the polished surface more than lapping. Any polishing method that results in a surface condition (surface roughness) equivalent to that of the finished surface of the final product should be used.
なお、各製造工程における焼成条件や、研磨する場合の研磨方法は、統一して行われることが望ましい。 It is desirable that the firing conditions and polishing methods used in each manufacturing process be standardized.
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。 The present invention will now be described in more detail based on specific examples. The present invention is not limited to the following examples, and can be modified and implemented as appropriate without departing from the spirit and scope of the invention.
(実施例1)
検量線の作成;
ガラス粉末として、モル%で、SiO2 61.4%、B2O3 5.3%、Al2O3 3.6%、CaO 13.2%、BaO 12%、ZnO 4.5%の組成を有するガラス粉末(平均粒子径D50:2μm、軟化点850℃)を用いた。蛍光体粒子として、YAG蛍光体粒子(平均粒子径D50:25μm)を用いた。このガラス粉末及び蛍光体粒子を混合することにより混合物を得た。なお、混合物中における蛍光体粒子の含有量は、8質量%とした。
Example 1
Preparation of calibration curves;
The glass powder used was a glass powder (average particle diameter D50 : 2 μm, softening point 850°C) with a composition (mol%) of SiO2 61.4%, B2O3 5.3 %, Al2O3 3.6%, CaO 13.2%, BaO 12%, and ZnO 4.5%. The phosphor particles used were YAG phosphor particles (average particle diameter D50 : 25 μm). A mixture was obtained by mixing this glass powder and the phosphor particles. The phosphor particle content in the mixture was 8 mass%.
得られた混合物に対し、バインダー樹脂(共栄社化学株式会社製、オリコックス)、可塑剤(アジピン酸ジオクチル)、分散剤(共栄社化学株式会社製、フローレンG-700)、有機溶剤(メチルエチルケトン)を添加して混練することによりスラリーを得た。得られたスラリーをドクターブレード法によりシート状に成形し、室温で乾燥させることにより、グリーンシート状の予備成形体を得た。3つの予備成形体を作製し、作製した各予備成形体を、それぞれ、890℃、900℃、及び910℃で焼成して色度を求めた。そして、各焼成温度における色度をプロットして検量線を作成し、図4にグラフで示す相関関係を得た。 The resulting mixture was kneaded with binder resin (Oricox, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), plasticizer (dioctyl adipate), dispersant (Florene G-700, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), and organic solvent (methyl ethyl ketone) to obtain a slurry. The resulting slurry was formed into a sheet using the doctor blade method and dried at room temperature to obtain a green sheet-like preform. Three preforms were produced, and each preform was fired at 890°C, 900°C, and 910°C, respectively, to determine its chromaticity. The chromaticity at each firing temperature was then plotted to create a calibration curve, yielding the correlation shown in the graph in Figure 4.
先行焼成;
上記検量線の作成で使用したガラス粉末及び蛍光体粒子と異なるロットのガラス粉末及び蛍光体粒子を使用し、上記予備成形体の作製と同様の方法により、100個のグリーンシート状の成形体を得た。
Pre-firing;
Using glass powder and phosphor particles from lots different from those used in creating the calibration curve, 100 green sheet-like molded bodies were obtained in the same manner as in the preparation of the preformed bodies.
作製した成形体のうち2個の成形体を、上記検量線を用いて求めた目標色度(0.279)に対応する焼成温度である900℃(最高温度における保持時間:20分間)で先行焼成し、焼成後の色度を測定した。その結果、先行焼成により得られた色度は、目標色度から平均で+0.0038ずれていることを確認した。そこで、図4の相関関係をもとに、目標色度に近づけるように、本焼成温度を先行焼成温度より10℃上げて910℃に設定した。 Two of the produced compacts were pre-fired at 900°C (maximum temperature holding time: 20 minutes), which is the firing temperature corresponding to the target chromaticity (0.279) determined using the calibration curve, and the chromaticity after firing was measured. As a result, it was confirmed that the chromaticity obtained by pre-firing deviated from the target chromaticity by an average of +0.0038. Therefore, based on the correlation in Figure 4, the main firing temperature was set to 910°C, 10°C higher than the pre-firing temperature, in order to bring the chromaticity closer to the target chromaticity.
本焼成;
本焼成では、作製した100個の成形体のうち残りの98個の成形体を、減圧雰囲気(1.013×101Pa)下にて、設定した910℃の本焼成温度(最高温度における保持時間:20分間)で焼成し、焼成後の色度を測定した。その結果、本焼成により得られた波長変換部材の色度は、目標色度からのずれが平均で+0.0003(先行焼成時からの変動量:-0.0035)となり、色度のずれが抑制できていることを確認できた。
Main firing;
In the main firing, the remaining 98 molded bodies out of the 100 produced molded bodies were fired in a reduced pressure atmosphere (1.013 × 10 1 Pa) at a set main firing temperature of 910°C (holding time at maximum temperature: 20 minutes), and the chromaticity after firing was measured. As a result, the chromaticity of the wavelength conversion member obtained by the main firing had an average deviation of +0.0003 from the target chromaticity (variation from the pre-firing: -0.0035), confirming that the chromaticity deviation had been suppressed.
なお、色度は次のように求めた。励起波長450nmの光源下に焼成後の成形体である波長変換部材を設置し、波長変換部材の下面から発せられる光を積分球内部に取り込んだ後、標準光源によって校正された分光器へ導光し、光のエネルギー分布スペクトルを測定した。次に、CIE 1931 2-deg,x(_)、y(_)、z(_)等色関数から上記スペクトルを積分し、三刺激値XYZを求めた。この三刺激値XYZより、色度x=X/(X+Y+Z)を算出した。 The chromaticity was calculated as follows: The wavelength conversion element, which was a fired molded body, was placed under a light source with an excitation wavelength of 450 nm. Light emitted from the underside of the wavelength conversion element was captured inside an integrating sphere and then guided to a spectroscope calibrated with a standard light source to measure the light energy distribution spectrum. Next, the above spectrum was integrated using the CIE 1931 2-deg, x(_), y(_), z(_) color matching functions to find the tristimulus values XYZ. Chromaticity x = X/(X + Y + Z) was calculated from these tristimulus values XYZ.
(実施例2)
検量線の作成;
蛍光体粒子として、YAG蛍光体粒子(平均粒子径D50:20μm)を用い、混合物中における蛍光体粒子の含有量を12質量%としたこと以外は、実施例1と同様にしてグリーンシート状の予備成形体を得た。3つの予備成形体を作製し、作製した各予備成形体を、それぞれ、890℃、900℃、及び910℃で焼成して色度を求めた。そして、各焼成温度における色度をプロットして検量線を作成したところ、実施例1と同様に図4にグラフで示す相関関係を得た。
Example 2
Preparation of calibration curves;
A green sheet-like preform was obtained in the same manner as in Example 1, except that YAG phosphor particles (average particle diameter D 50 : 20 μm) were used as the phosphor particles and the content of the phosphor particles in the mixture was 12 mass %. Three preforms were prepared, and each of the prepared preforms was fired at 890°C, 900°C, and 910°C, respectively, to determine its chromaticity. A calibration curve was then prepared by plotting the chromaticity at each firing temperature, and the correlation shown in the graph in FIG. 4 was obtained, as in Example 1.
先行焼成;
上記検量線の作成で使用したガラス粉末及び蛍光体粒子と異なるロットのガラス粉末及び蛍光体粒子を使用し、上記予備成形体の作製と同様の方法により、100個のグリーンシート状の成形体を得た。
Pre-firing;
Using glass powder and phosphor particles from lots different from those used in creating the calibration curve, 100 green sheet-like molded bodies were obtained in the same manner as in the preparation of the preformed bodies.
作製した成形体のうち2個の成形体を、上記検量線を用いて求めた目標色度(0.275)に対応する焼成温度である910℃(最高温度における保持時間:20分間)で先行焼成し、焼成後の色度を測定した。その結果、先行焼成により得られた色度は、目標色度から平均で-0.0025ずれていることを確認した。そこで、図4の相関関係をもとに、目標色度に近づけるように、本焼成温度を先行焼成温度より5℃下げて905℃に設定した。 Two of the produced compacts were pre-fired at 910°C (maximum temperature holding time: 20 minutes), which is the firing temperature corresponding to the target chromaticity (0.275) determined using the calibration curve, and the chromaticity after firing was measured. As a result, it was confirmed that the chromaticity obtained by pre-firing deviated from the target chromaticity by an average of -0.0025. Therefore, based on the correlation in Figure 4, the main firing temperature was set to 905°C, 5°C lower than the pre-firing temperature, in order to bring the chromaticity closer to the target chromaticity.
本焼成;
本焼成では、作製した100個の成形体のうち残りの98個の成形体を、設定した905℃の本焼成温度(最高温度における保持時間:20分間)で焼成し、焼成後の色度を測定した。その結果、本焼成により得られた波長変換部材の色度は、目標色度からのずれが平均で+0.0001(先行焼成時からの変動量:+0.0026)となり、色度のずれが抑制できていることを確認できた。
Main firing;
In the main firing, the remaining 98 molded bodies out of the 100 produced molded bodies were fired at the set main firing temperature of 905°C (holding time at the maximum temperature: 20 minutes), and the chromaticity after firing was measured. As a result, the chromaticity of the wavelength conversion member obtained by the main firing had an average deviation from the target chromaticity of +0.0001 (variation from the pre-firing: +0.0026), confirming that the deviation in chromaticity had been suppressed.
1…波長変換部材
2…ガラスマトリクス
2A…ガラス粉末
3…蛍光体粒子
4…成形体
1... wavelength conversion member 2... glass matrix 2A... glass powder 3... phosphor particles 4... molded body
Claims (9)
ガラス粉末及び蛍光体粒子を含む予備成形体を作製し、該予備成形体の焼成温度と焼成後の色度との相関関係を求める工程と、
前記相関関係をもとに、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成温度を設定する工程と、
ガラス粉末及び蛍光体粒子を含む成形体を前記本焼成温度で焼成する工程と、
を備える、波長変換部材の製造方法。 A method for producing a wavelength conversion member by firing a molded body containing glass powder and phosphor particles, comprising:
a step of preparing a preform containing glass powder and phosphor particles, and determining a correlation between the firing temperature of the preform and the chromaticity after firing;
setting a firing temperature corresponding to a target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained based on the correlation;
firing a molded body containing glass powder and phosphor particles at the firing temperature;
A method for manufacturing a wavelength conversion member, comprising:
前記複数の成形体のうち残りの成形体を前記本焼成温度で焼成する工程と、
を備える、請求項1に記載の波長変換部材の製造方法。 a step of setting a main firing temperature corresponding to a target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained by applying chromaticities obtained by pre-firing some of a plurality of molded bodies containing glass powder and phosphor particles to the correlation;
firing the remaining compacts of the plurality of compacts at the firing temperature;
The method for manufacturing a wavelength conversion member according to claim 1 , comprising:
ガラス粉末及び蛍光体粒子を含む予備成形体を作製し、該予備成形体の焼成条件と焼成後の色度との相関関係を求める工程と、
前記相関関係をもとに、得られる波長変換部材の目標色度に対応する本焼成条件を設定する工程と、
ガラス粉末及び蛍光体粒子を含む成形体を前記本焼成条件で焼成する工程と、
を備え、
前記焼成条件が、焼成時間、雰囲気圧力、または、昇降温速度である、波長変換部材の製造方法。 A method for producing a wavelength conversion member by firing a molded body containing glass powder and phosphor particles, comprising:
a step of preparing a preform containing glass powder and phosphor particles, and determining a correlation between firing conditions of the preform and chromaticity after firing;
setting main firing conditions corresponding to the target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained based on the correlation;
firing a molded body containing glass powder and phosphor particles under the firing conditions;
Equipped with
The method for producing a wavelength conversion member , wherein the firing conditions are firing time, atmospheric pressure, or temperature increase/decrease rate .
前記複数の成形体のうち残りの成形体を前記本焼成条件で焼成する工程と、
を備える、請求項7に記載の波長変換部材の製造方法。 a step of setting a main firing condition corresponding to a target chromaticity of the wavelength conversion member to be obtained by applying chromaticities determined by pre-firing some of a plurality of molded bodies containing glass powder and phosphor particles to the correlation;
firing the remaining compacts of the plurality of compacts under the main firing conditions;
The method for manufacturing a wavelength conversion member according to claim 7 , comprising:
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|---|
| 上原 一浩, 中島 和彦,HIP技術の最近の動向,資源処理技術,日本,環境資源工学会,1991年12月31日,38(1),16-22,https://doi.org/10.4144/rpsj1986.38.16 |
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