本实用新型涉及在投影仪等的发光器件中使用的波长转换部件。
背景技术：
近年来，为了实现投影仪的小型化，人们提出了使用LED(Light Emitting Diode，发光二极管)、LD(Lazer Diode，激光二极管)等光源和荧光体的发光器件。例如，专利文献1公开了一种投影仪，其使用的发光器件包括发射紫外光的光源和将来自光源的紫外光转换为可见光的波长转换部件(荧光体层)。专利文献1中使用的波长转换部件(荧光轮)是通过在环状的可旋转的透明基板之上设置环状的荧光体层而制得的。
为了提高波长转换部件的发光效率，有时会在波长转换部件上设置防反射功能膜。例如，专利文献1公开的波长转换部件是使荧光体分散在树脂基体中而形成的，通过在部件表面埋入微小球体而形成凹凸结构，从而赋予其防反射功能。由此，波长转换部件的出光效率(光导出效率)得到提高，能够提高发光效率。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-108435公报
实用新型要解决的技术问题
对于专利文献1公开的波长转换部件而言，由于荧光体层与微小球体的界面上的光反射的原因，存在无法充分提高出光效率的问题。
技术实现要素：
鉴于以上问题，本实用新型的目的在于提供一种能够提高出光效率来提高发光效率的波长转换部件。
解决问题的技术手段
本实用新型的波长转换部件的特征在于，具有：荧光体层，其包括玻璃基体和分散在玻璃基体中的无机荧光体粉末；玻璃层，其配置在荧光体层的表面上，折射率为无机荧光体粉末的折射率以下；和微小凹凸层，其配置在玻璃层的表面上，折射率为玻璃层的折射率以下。
在本实用新型的波长转换部件中，荧光体层的表面上设置有由玻璃层和微小凹凸层构成的防反射功能层。微小凹凸层对于入射光和出射光均具有角度依赖性较小的防反射功能(即，防反射功能不容易因入射和出射的角度而产生差异)。此处，玻璃层的折射率为无机荧光体粉末的折射率以下，微小凹凸层的折射率为玻璃层的折射率以下。这样，本实用新型的波长转换部件具有折射率按照荧光体层(无机荧光体粉末)→玻璃层→微小凹凸层的顺序递减的结构，所以能够抑制在各层的界面上的光反射。其结果是，出光效率得到提高，能够提高发光效率。尤其是，在荧光体层中的无机荧光体粉末的含量较大的情况下，无机荧光体粉末容易露出荧光体层的表面，荧光体层表面上的折射率有升高的趋势。从而，该情况下容易获得在荧光体层与微小凹凸层之间设置玻璃层而带来的上述效果。
本实用新型的波长转换部件中，优选微小凹凸层由微小球体构成。
本实用新型的波长转换部件中，优选微小球体的一部分与玻璃层形成为一体。
本实用新型的波长转换部件中，优选微小球体由非晶二氧化硅构成。
本实用新型的波长转换部件中，优选微小球体的平均粒径为0.05～3μm。
本实用新型的波长转换部件中，优选微小凹凸层在玻璃层的表面中所占的面积比为90％以上。
本实用新型的波长转换部件中，优选玻璃层的软化点为500℃以上。
本实用新型的波长转换部件中，优选玻璃层的厚度为0.1mm以下。
本实用新型的波长转换部件中，优选玻璃基体与玻璃层的软化点的差为200℃以下。
本实用新型的波长转换部件中，优选荧光体层的热膨胀系数与玻璃层的热膨胀系数的差为100×10-7/℃以下。
本实用新型的波长转换部件中，优选荧光体层中的无机荧光体粉末的含量为20～80体积％。
本实用新型的波长转换部件中，优选在微小凹凸层上形成有电介质多层膜。
本实用新型的波长转换部件适合应用于投影仪。
本实用新型的发光器件包括上述的波长转换部件和对波长转换部件照射无机荧光体粉末的激发波长的光的光源。
用于制造上述波长转换部件的制造方法具有：准备包含玻璃粉末和无机荧光体粉末的生片的步骤；通过在生片的表面上依次形成包含玻璃粉末的层和包含微小球体的层来制备层叠体的步骤；和烧制层叠体的步骤。
在上述波长转换部件的制造方法中，通过烧制层叠体来使微小球体的一部分与玻璃层形成为一体。
实用新型效果
根据本实用新型，可提供一种能够提高出光效率来提高发光效率的波长转换部件。
附图说明
图1是表示本实用新型一实施方式的波长转换部件的示意性截面图。
图2(a)是实施例获得的波长转换部件的平面照片。
图2(b)是实施例获得的波长转换部件的截面照片。
图3是对于实施例、比较例2的波长转换部件表示使激发光入射角变化的情况下的荧光强度的坐标图。
图4是对于实施例、比较例2的波长转换部件表示使激发光入射角变化的情况下的反射激发光强度的坐标图。
附图标记说明
1 荧光体层
2 玻璃层
3 微小凹凸层
10 波长转换部件。
具体实施方式
以下使用附图对本实用新型的波长转换部件之一实施方式进行说明。
图1是表示本实用新型一实施方式的波长转换部件10的示意性截面图。波长转换部件10包括荧光体层1、配置在荧光体层1的表面上的玻璃层2以及配置在玻璃层2的表面上的微小凹凸层3。此处，玻璃层2的折射率为无机荧光体粉末的折射率以下，微小凹凸层3的折射率为玻璃层2的折射率以下。通过采用这样的结构，能够抑制各层的界面上的光反射，能够提高出光效率。
荧光体层1包括玻璃基体和分散在玻璃基体中的无机荧光体粉末。荧光体层1的形状例如为矩形板状、圆盘状、轮状。
玻璃基体并不特别定，只要能够作为无机荧光体粉末的分散介质使用即可。例如能够使用硼硅酸盐系玻璃等。作为硼硅酸盐系玻璃，能够列举以质量％计含有30～85％的SiO2、0～30％的Al2O3、0～50％的B2O3、0～10％的Li2O+Na2O+K2O以及0～50％的MgO+CaO+SrO+BaO的玻璃。
玻璃基体的软化点优选为300～1000℃、500℃～1000℃，尤其是600℃～900℃。若玻璃基体的软化点过低，则荧光体层的机械强度和化学耐久性容易降低。并且，由于玻璃基体自身的耐热性较低，所以可能会因从无机荧光体粉末产生的热而发生软化变形。另一方面，若玻璃基体的软化点过高，则在制造时的烧制工序中无机荧光体粉末可能会发生劣化，导致波长转换部件10的发光强度降低。
无机荧光体粉末并不特别限定，只要能够在激发光的入射下出射荧光即可。作为无机荧光体粉末的具体例，例如可列举选自氧化物荧光体、氮化物荧光体、氮氧化物荧光体、氯化物荧光体、氯氧化物荧光体、硫化物荧光体、硫氧化物荧光体、卤化物荧光体、硫族化物荧光体、铝酸盐荧光体、卤磷酸盐化物荧光体和石榴石系化合物荧光体中的一种以上等。在作为激发光使用蓝光的情况下，例如能够使用作为荧光出射绿光、黄光或红光的荧光体。
无机荧光体粉末的折射率(nd)通常为1.45～1.95，进一步为1.55～1.90。
无机荧光体粉末的平均粒径优选为1μm～50μm，更加优选5μm～25μm。若无机荧光体粉末的平均粒径过小，则发光强度可能会降低。而若无机荧光体粉末的平均粒径过大，则发光颜色可能会变得不均匀。
此外，本说明书中的平均粒径指的是，在利用激光衍射法进行测定时的体积基准的累积粒度分布曲线中，其累积量从小的颗粒起累计达到50％时的粒径(D50)。
荧光体层1中的无机荧光体粉末的含量优选为20～80体积％、30～75体积％，尤其是40～70体积％。若无机荧光体粉末的含量过小，则发光强度将不够。而若无机荧光体粉末的含量过大，则荧光体层1的机械强度将容易降低。
荧光体层1的厚度需要为能够可靠地使激发光被荧光体吸收的厚度，但优选越薄越好。这是因为，若荧光体层1过厚，则荧光体层1中的光的散射和吸收会变得过大，荧光的出射效率可能会降低。具体而言，荧光体层1的厚度优选为1mm以下、0.5mm以下，尤其是0.3mm以下。荧光体层1的厚度的下限值通常为0.03mm左右。
作为玻璃层2能够使用硼硅酸盐系玻璃等。作为硼硅酸盐系玻璃，能够列举以质量％计含有30～85％的SiO2、0～30％的Al2O3、0～50％的B2O3、0～10％的Li2O+Na2O+K2O以及0～50％的MgO+CaO+SrO+BaO的玻璃。
玻璃层2的软化点优选为300～1000℃、500℃～1000℃，尤其是600℃～900℃。若玻璃层2的软化点过低，则玻璃层2的机械强度和化学耐久性容易降低。并且，玻璃层2可能会因从无机荧光体粉末产生的热而发生软化变形。另一方面，若玻璃层2的软化点过高，则在制造时的烧制工序中无机荧光体粉末可能会发生劣化，导致波长转换部件10的发光强度降低。此外，如后文所述，在玻璃层2上形成微小凹凸层3时的烧制工序中，使微小球体的一部分熔化而分散进入玻璃层2，为了实现这一点，玻璃层的软化点优选为500℃以上。
另外，荧光体层1的玻璃基体与玻璃层2的软化点的差优选为200℃以下，尤其是100℃以下，理想的是二者的软化点大致相同(例如，荧光体层1的玻璃基体与玻璃层2由相同组分的玻璃构成)。若二者的软化点的差过大，则在制造时的烧制工序中，各玻璃的软化流动状态存在差异，容易因批次的不同而产生特性偏差。
玻璃层2的折射率(nd)并不特别限定，只要为无机荧光体粉末的折射率以下即可。例如，玻璃层2的折射率(nd)优选为1.9以下、1.85以下、1.8以下、1.7以下，尤其是1.6以下。另一方面，玻璃层2的折射率的下限虽然不特别限定，但现实中为1.4以下，进而为1.45以上。
例如，玻璃层2是热粘接在荧光体层1上的。从提高荧光体层1与玻璃层2的密接强度的观点出发，荧光体层1与玻璃层2的热膨胀系数差(30～380℃)优选为100×10-7/℃以下、80×10-7/℃以下、60×10-7/℃以下，尤其是40×10-7/℃以下。
若玻璃层2的厚度过大，则在玻璃层2的内部，激发光或荧光具有在面方向上扩展，或者被吸收而导致发光强度降低的趋势。因此，玻璃层2的厚度优选为0.1mm以下、0.05mm以下，0.03mm以下，尤其是0.02mm以下。玻璃层2的厚度的下限值虽然不特别限定，但现实中为0.003mm以上，进而为0.01mm以上。
从使激发光和荧光在玻璃层2中不容易被吸收的观点出发，优选玻璃层2的全光线透射率为50％以上、65％以上，尤其是80％以上。
微小凹凸层3例如由非晶二氧化硅的微小球体构成。具体而言，微小凹凸层3由多个微小球体以一部分埋入玻璃层2的表面的状态接合在玻璃层2上而构成。尤其是，在玻璃层2上形成微小凹凸层3时的烧制工序中，优选使微小球体的一部分熔化而分散进入玻璃层2，以二者的界面不存在的状态形成为一体。该情况下，微小球体的一部分从玻璃层2凸出，由它们形成微小凹凸层3。采用这样的方式，能够抑制微小球体与玻璃层2的界面上的光反射，出光效率容易得到提高。
作为非晶二氧化硅颗粒，能够使用例如通过燃烧法、电弧法等干式方法制造的颗粒，或者通过以水玻璃法、醇盐法为代表的溶胶凝胶法等湿式方法制造的颗粒。除此之外，还能够使用产品名“Sciqas”(Sakai Chemical Industry公司制)、产品名“Admafine”(Admatechs公司制)、产品名“TG-C190系列”(Cabot公司制)等市售产品。
微小凹凸层3的折射率(nd)并不特别限定，只要为玻璃层2的折射率以下即可。例如，微小凹凸层3的折射率(nd)优选为1.55以下、1.49以下，尤其是1.47以下。另一方面，微小凹凸层3的折射率的下限虽然不特别限定，但现实中为1.40以下，进而为1.42以上。
若微小球体的粒径较小，则会因所谓的“尺寸效应”而引起微小球体的熔点降低，微小球体会容易熔化而分散进入玻璃层2。因而，微小球体的平均粒径优选为3μm以下、2μm以下，尤其是1μm以下。不过，若微小球体的平均粒径过小，则微小球体会整体进入玻璃层2的内部，将难以形成微小凹凸结构。因而，微小球体的平均粒径优选为0.05μm以上、0.1μm以上、0.3μm以上、0.4μm以上，尤其是0.5μm以上。
微小凹凸层3在玻璃层2的表面上所占的面积比优选为90％以上、95％以上、99％以上，尤其优选为大致100％。若该面积比过低，则光反射防止功能降低，难以获得期望的出光效率。
微小凹凸层3上也可以形成电介质多层膜。由此能够提高防反射效果。电介质多层膜由低折射率层与高折射率层交替层叠构成。作为低折射率层可列举氧化硅等。作为高折射率层可列举氧化铌、氧化钛、氧化镧、氧化钽、氧化钇、氧化钆、氧化钨、氧化铪、氧化铝等氧化物，氟化镁、氟化钙等氟化物，氮化硅等氮化物等。电介质多层膜的厚度虽然不特别限定，但因为过大会导致容易剥离，所以优选为500nm以下，尤其是200nm以下。
另外，玻璃层2和微小凹凸层3也可以设置在荧光体层1的两面。这样，在将波长转换部件10作为透射型波长转换部件使用的情况下，能够提高激发光对荧光体层1的入射效率，并且能够提高来自荧光体层1的荧光的出射效率。
或者，也可以在荧光体层1的与玻璃层2相反一侧的表面设置反射层。这样，能够作为反射型的波长转换部件使用。作为反射层能够使用由铝、银等金属，或氧化铝、二氧化钛、氧化锆等致密质或多孔质的陶瓷构成的层。
接着，对波长转换部件10的制造方法之一例进行说明。
首先，准备荧光体层1的生片，其包括用于形成玻璃基体的玻璃粉末以及无机荧光体粉末。具体而言，将包含玻璃粉末、无机荧光体粉末以及粘结剂树脂、溶剂、塑化剂等有机成分的浆料，利用刮片法等涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯等的树脂膜上，并进行加热干燥，由此制备荧光体层1用生片。
接着，在生片的表面依次形成包含玻璃粉末的层以及包含微小球体的层来制备层叠体。
包含玻璃粉末的层例如由用于形成玻璃层2的玻璃粉末的生片构成。具体而言，将包含玻璃粉末、粘结剂树脂、溶剂、塑化剂等有机成分的浆料，利用刮片法等涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯等的树脂膜上，并进行加热干燥，由此制备玻璃层2用生片。
包含微小球体的层也同样地例如由用于形成微小凹凸层3的微小球体的生片构成。具体而言，将包含微小球体、粘结剂树脂、溶剂、塑化剂等有机成分的浆料，利用刮片法等涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯等的树脂膜上，并进行加热干燥，由此制备微小凹凸层3用生片。
通过对得到的层叠体进行烧制，获得由荧光体层1、玻璃层2、微小凹凸层3热粘接接合而形成的波长转换部件10。另外，在层叠体烧制之后，也可以根据需要对多余的微小球体等进行清洗除去。此处，烧制温度优选为荧光体层1和玻璃层2中的玻璃粉末的软化点±100℃的范围内，尤其是玻璃粉末的软化点±50℃的范围内。若烧制温度过低，则各层不容易热粘接。并且，玻璃粉末的烧结变得不充分，荧光体层1或玻璃层2的机械强度容易降低。另一方面，若烧制温度过高，则荧光体层1中的无机荧光体粉末可能会发生劣化，导致发光强度降低。
另外，上述方法将荧光体层1用生片、玻璃层2用生片、微小凹凸层3用生片层叠并同时进行烧制，但并不限定于此。例如，也可以首先将荧光体层1用生片和玻璃层2用生片层叠并进行烧制，之后，在得到的玻璃层2之上层叠微小凹凸层3用生片并进一步进行烧制来形成微小凹凸层3。
除上述方法之外也可以采用这样的方法，即，在荧光体层1的表面涂布玻璃层2用浆料并进行烧制，来在荧光体层1上形成玻璃层2，之后在玻璃层2的表面涂布微小凹凸层3用浆料并进一步进行烧制来形成微小凹凸层3。此处使用的玻璃层2用浆料和微小凹凸层3用浆料分别能够利用在玻璃层2用生片和微小凹凸层3用生片的制备中使用的材料。
另外，在上述各制造方法中，在生片或浆料的烧制之前，也可以进行用于除去有机物的脱脂工序。并且，在进行包含生片的各层的层叠时，为了提高各自的密接性也可以适宜地进行加热压接。
本实用新型的发光器件包括波长转换部件10和光源，该光源对波长转换部件10照射无机荧光体粉末的激发波长的光。作为光源能够使用LED或LD等。从光源出射的激发光在波长转换部件的荧光体层发生波长转换而发射荧光，与激发光一起出射。此处，若波长转换部件具有反射层，则在激发光照射侧不具有反射层的情况下，荧光和激发光出射到与激发光照射侧相反的一侧。
[实施例]
下列基于实施例对本实用新型进行说明，但本实用新型并不仅限定于这些实施例。
(实施例1)
(a)荧光体层用生片的制备
以质量％计SiO2为71％、Al2O3为6％、B2O3为13％、K2O为1％、Na2O为7％、CaO为1％、BaO为1％来调配原料，利用熔融淬冷法将玻璃成形为薄膜状。使用球磨机对得到的玻璃膜进行湿式粉碎，获得平均粒径(D50)为2μm的玻璃粉末(折射率nd为1.49、软化点为775℃、热膨胀系数为51×10-7/℃)。
将得到的玻璃粉末与平均粒径(D50)为23μm的YAG荧光体粉末(Yttrium Aluminum Garnet，Y3Al5O12，折射率nd为1.84)按照玻璃粉末﹕荧光体粉末＝30体积％﹕70体积％的方式，使用振动混合机进行混合。在得到的混合粉末50g中添加适量的粘合剂、塑化剂、溶剂等有机成分，经球磨机混揉12小时而获得浆料。使用刮片法将该浆料涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上并使其干燥，由此制备荧光体层用生片(厚度150μm)。
(b)玻璃层用生片的制备
在(a)所得到的玻璃粉末50g中添加适量的粘合剂、塑化剂、溶剂等有机成分，经球磨机混揉12小时而获得浆料。使用刮片法将该浆料涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上并使其干燥，由此制备玻璃层用生片(厚度25μm)。
(c)微小凹凸层用生片的制备
在50g的非晶二氧化硅球(Sakai Chemical Industry公司制的Sciqas，平均粒径1μm，折射率nd为1.46)中添适量的粘合剂、塑化剂、溶剂等有机成分，经球磨机混揉12小时而获得浆料。使用刮片法将该浆料涂布在聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜上并使其干燥，由此制备微小凹凸层用生片。
(d)波长转换部件的制备
将荧光体层用生片、玻璃层用生片和微小凹凸层用生片依次重叠，使用热压接机以90℃施加1分钟的15kPa的压力，由此制备层叠体。在将层叠体裁切成φ25mm的大小后，从常温起按1℃/分升温至600℃，并保持1个小时进行脱脂处理。之后以800℃进行1小时的烧制，由此制备波长转换部件。烧制后的荧光体层的厚度为130μm，玻璃层的厚度为10μm。并且，微小凹凸层在玻璃层的表面上所占的面积比为96％。图2(a)和图2(b)分别表示所得到的波长转换部件的平面照片和截面照片(表层附近的放大照片)。
(实施例2)
除了将非晶二氧化硅球变更为平均粒径0.7μm的Sakai Chemical Industry公司制的Sciqas之外，与实施例1同样地制备波长转换部件。
(实施例3)
除了将非晶二氧化硅球变更为平均粒径0.5μm的Admatechs公司制的Admafine之外，与实施例1同样地制备波长转换部件。
(实施例4)
除了将非晶二氧化硅球变更为平均粒径0.4μm的Sakai Chemical Industry公司制的Sciqas之外，与实施例1同样地制备波长转换部件。
(比较例1)
除了不在荧光体层与微小凹凸层之间形成玻璃层之外，与实施例1同样地制备波长转换部件。
(比较例2)
除了不在玻璃层的表面形成微小凹凸层之外，与实施例1同样地制备波长转换部件。
＜评价＞
(a)荧光强度的评价
在实施例1～4和比较例1、2所获得的波长转换部件的形成有微小凹凸层(或玻璃层)的一侧的相反侧的面上，使用粘接剂(Shin-Etsu Chemical公司制硅酮树脂)粘贴铝反射基板(Material House公司制MIRO-SILVER)，制备测定样品。将测定样品固定在电动机的旋转轴上。作为激发光源准备这样的光源，该光源能够使用会聚透镜将来自由30个1W量级的激光元件排列形成的激光单元的光会聚成φ1mm的尺寸。该光源的光输出为30W，波长为440nm。一边使测定样品以7000RPM旋转一边对其照射激发光，通过光纤由小型分光器(USB-4000，Ocean Optics公司制)接收所得到的荧光，获得发光光谱。根据发光光谱求取荧光的强度。结果表示在表1中。
[表1]
(b)防反射功能层的角度依赖性的评价
对于实施例1和比较例2制备与(a)相同的测定样品。将测定样品固定在电动机的旋转轴上，一边使其以7000RPM的转速旋转，一边照射激发光。光源仅使用1个上述的蓝色激光元件，并使入射角度在0～70°的范围内每10°地进行变化。通过光纤由小型分光器(Ocean Optics公司制USB-4000)接收反射光，获得发光光谱。根据发光光谱求取荧光强度和反射激发光强度。结果表示在图3、4中。
如图3、4所示可知，实施例1的波长转换部件尤其对于入射角较大的激发光能够发挥良好的防反射功能。此外，在图3、4各评价中，光强度的值由任意单位(a.u.＝arbitrary unit)表示，并非表示绝对值。
工业利用性
本实用新型的波长转换部件适合应用于投影仪。另外，除投影仪之外，也能够用于车前灯等车载用照明用途或其它的照明用途。