(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
波長変換装置の製造方法であって、
複数の波長変換モジュールを得るステップと、
前記複数の波長変換モジュールを一つの底板の一方の側の表面に装着し固定するステップとを含み、
各前記波長変換モジュールは順に一体に積層されたセラミックス基板、反射層及び蛍光体層を含み、
前記反射層は乱反射層であり、前記乱反射層は白色散乱粒子、第１のガラス粉及び有機担体が混合され形成された乱反射スラリーにより、焼成されてなることを特徴とする波長変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記蛍光体層は蛍光体、第２のガラス粉及び有機担体を含む蛍光体スラリーにより焼成されてなることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記蛍光体層はシリコーン接着剤と蛍光体とを含む混合体が固化されることにより、形成されることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項４】
各前記波長変換モジュールを得るステップは、
前記セラミックス基板に、前記乱反射スラリーを塗装し、焼結し、乱反射層を形成するステップと、
前記乱反射層に上記蛍光体スラリーを塗装し、焼結し、蛍光体層を形成するステップとを含み、
前記乱反射スラリーの第１のガラス粉の軟化点温度は、上記蛍光体スラリーの第２のガラス粉の軟化点温度より高いことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項５】
各前記波長変換モジュールを得るステップは、
一つの基板に前記蛍光体スラリーを塗装し、焼結し、蛍光体層を形成するステップと、
前記蛍光体層に前記乱反射スラリーを塗装し、焼結し、乱反射層を形成するステップと、
前記基板に対し、離型を行い、一方の側の表面に蛍光体層が付着している乱反射層を取り出し、乱反射層のもう一つの面を上記セラミックス基板に接着又は焼結するステップとを含み、
前記蛍光体スラリーの第２のガラス粉の軟化点温度は前記乱反射スラリーの第１のガラス粉の軟化点温度より高いことを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１のガラス粉及び第２のガラス粉は珪酸塩ガラス、鉛珪酸塩ガラス、アルミノ硼珪酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、ソーダライムガラス、石英ガラスから選ばれる１種又は少なくとも２種の混合物であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項７】
前記白色散乱粒子は酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、硫酸バリウムの中の１種、又は少なくとも２種の混合体であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項８】
各前記波長変換モジュールの蛍光体層は、１種の単色蛍光体により構成され、異なる単色蛍光体は異なる波長変換モジュールに設置されていることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項９】
前記波長変換モジュールの合計数よりも少ない複数の波長変換モジュールは、蛍光セラミックスモジュールに代えられ、前記蛍光セラミックスモジュールは蛍光セラミックスブロック及び前記蛍光セラミックスブロックの底部に付着している全反射誘電体膜を含むことを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【請求項１０】
各前記蛍光セラミックスモジュールを得るステップは、
蛍光セラミックスブロックを得るステップと、
前記蛍光セラミックスブロックの底面に全反射誘電体膜をメッキするステップとを含むことを特徴とする請求項９に記載の製造方法。
【請求項１１】
各前記蛍光セラミックスモジュールを得るステップは、
前記全反射誘電体膜の外表面に金属保護膜をメッキするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１０に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記波長変換モジュール又は蛍光セラミックスモジュールを接着、溶接又は機械締付の方法により、前記底板に固定することを特徴とする請求項１又は９のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１３】
前記底板は金属、金属合金又は金属及び無機材料が構成する混合物であることを特徴とする請求項１に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は照明及び表示技術分野に関し、特に波長変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体光源、例えばレーザーダイオード（ＬＤ、Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）又は発光ダイオード（ＬＥＤ、Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）が発する励起光で蛍光体、例えば蛍光体を励起する波長変換方法は高輝度の、波長が励起光と異なる光を生成することができる。このような技術方案は効率が良く、コストが低いメリットを有し、すでに既存の光源が白光又は単色光を提供する主流技術となっている。当該技術方案において、光源は励起光源及びカラーホイールを含み、ここで、カラーホイールは反射底板及び反射底板に塗布された蛍光体シート、及び反射底板の回転を駆動するためのモータを含み、励起光源からの励起光が蛍光体シートに形成した光スポットが円形経路に沿って当該蛍光体シートに作用するようにする。
【０００３】
１種のよく用いられる反射基底は鏡面アルミニウム基底であり、それはアルミニウム基材及び高反射層を積層設置することによって形成され、ここで、高反射層としては、一般的に高純度アルミニウム又は高純度銀が用いられる。反射基底に塗布された蛍光体シートは、一般的にシリコーン接着剤によって蛍光体の粒がシート状に接着される。一体型の多色カラーホイールを製造する場合、基底の寸法が大きいため、異なる色の蛍光体を塗布しようとするとき、一括で粉層のナイフ塗布を完成させる難度が高く、ナイフ塗布プロセスに対する要求が高く、且つ、異なる色セグメントは、各色の蛍光体の耐熱性能が異なるため、数回に分けて、ナイフ塗布、焼結する必要があり、製造の難度が大きく、製造期間が長い。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が主に解決しようとする技術的課題は、反射率と安定性とを両立可能な波長変換装置及びその製造方法、関連する発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施例は、
複数の波長変換モジュールを得るステップと、
上記複数の波長変換モジュールを一つの底板の一方の側の表面に装着固定するステップとを含む波長変換装置の製造方法を提供し、
各上記波長変換モジュールは順に一体に積層されたセラミックス基板、反射層及び蛍光体層を含む。
【０００６】
さらに、上記反射層は乱反射層であり、上記乱反射層は白色散乱粒子、第１のガラス粉及び有機担体が混合され、形成された乱反射スラリーにより、焼成される。
【０００７】
さらに、上記蛍光体層は蛍光体、第２のガラス粉及び有機担体を含む蛍光体スラリーにより焼成される。
【０００８】
さらに、上記蛍光体層はシリコーン接着剤と蛍光体とを含む混合体が固化されることにより、形成される。
【０００９】
さらに、各上記波長変換モジュールを得るステップは、
上記セラミックス基板に、上記乱反射スラリーを塗装し、焼結し、乱反射層を形成するステップと、
上記乱反射層に上記蛍光体スラリーを塗装し、焼結し、蛍光体層を形成するステップとを含み、ここで、上記乱反射スラリーの第１のガラス粉の軟化点温度は、上記蛍光体スラリーの第２のガラス粉の軟化点温度より高い。
【００１０】
さらに、各上記波長変換モジュールを得るステップは、
一つの基板に上記蛍光体スラリーを塗装し、焼結し、蛍光体層を形成するステップと、
上記蛍光体層に上記乱反射スラリーを塗装し、焼結し、乱反射層を形成するステップと、
上記基板に対し、離型を行い、一方の側の表面に蛍光体層が付着している乱反射層を取り出し、乱反射層のもう一つの面を上記セラミックス基板に接着又は焼結するステップとを含み、
ここで、上記蛍光体スラリーの第２のガラス粉の軟化点温度は上記乱反射スラリーの第１のガラス粉の軟化点温度より高い。
【００１１】
さらに、上記第１のガラス粉及び第２のガラス粉は珪酸塩ガラス、鉛珪酸塩ガラス、アルミノ硼珪酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、ソーダライムガラス、石英ガラスから選ばれる１種又は少なくとも２種の混合物である。
【００１２】
さらに、上記白色散乱粒子は酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、硫酸バリウムの中の１種、又は少なくとも２種の混合体である。
【００１３】
さらに、各上記波長変換モジュールの蛍光体層は、１種の単色蛍光体により構成され、異なる単色蛍光体は異なる波長変換モジュールに設置されている。
【００１４】
さらに、上記波長変換モジュールの合計数よりも少ない複数の波長変換モジュールは、蛍光セラミックスモジュールに代えられ、上記蛍光セラミックスモジュールは蛍光セラミックスブロック及び上記蛍光セラミックスの底部に付着した全反射誘電体膜を含む。
【００１５】
さらに、各上記蛍光セラミックスモジュールを得るステップは、
蛍光セラミックスブロックを得るステップと、
上記蛍光セラミックスブロックの底面に全反射誘電体膜をメッキするステップとを含む。
さらに、上記全反射誘電体膜の外表面に金属保護膜がメッキされる。
さらに、上記波長変換モジュール又は蛍光セラミックスモジュールが接着、溶接又は機械締付の方法により、上記底板に固定される。
【発明の効果】
【００１６】
従来技術と比べ、本発明は以下の有益な効果を有する。
１．セラミックス基板又は蛍光セラミックスを用い、従来の鏡面金属板を代え、セラミックス材料の融点が金属より高いため、金属よりも高い温度を耐えることができ、また、セラミックス担体と蛍光体との間の界面熱抵抗が低いため、蛍光体層の熱をセラミックス担体に伝導し、空気に放出することができ、波長変換装置の熱安定性を向上させる。なお、セラミックス担体の熱膨張係数が低く、高温下で変形しにくく、且つ蛍光体層の熱膨張係数に近く、微小変形しても、蛍光体層が付着しにくいことを招くことはない。
２．波長変換装置の製造難度を低下させ、生産期間を短縮することができる。一つのセラミックス基底に、一括で異なる蛍光体粉層のナイフ塗布を完成させる難度が高く、且つ、異なる色セグメントは、数回に分けて、ナイフ塗布、焼結する必要があり、製造期間が長く、例えば、四つの蛍光体層は順に塗装、焼結する必要があり、即ち四つの焼結期間が必要である。
本発明において、各蛍光体層は異なる波長変換モジュールに分けることができるため、寸法が小さく、一括でナイフ塗布成型しやすく、且つ、異なる色の蛍光体層はそれぞれ同時に焼結することができ、カラーホイールの製造期間が短縮され、例えば、上述した四つの蛍光体層は、本発明において、二つの焼結期間のみが必要である。
３．モジュール式の構造は融通性に富んでおり、高性能の波長変換装置の製造に有利である。反射層も、蛍光体層も全体が一つのセラミックス基底に塗装されている場合、特殊なプロセス処理（例えば、焼結、焼鈍などの熱処理）を行うとき、セラミックス基底における各機能層の性能制限を考慮する必要があり（例えば、赤色蛍光体が用いられた赤色蛍光体層は６００℃以上の高温を耐えることができない）、複雑な構造の高性能のカラーホイールを設計するとき、これらの性能の制限のため、設計案をトレードオフに採用せざるを得ず、各種蛍光体又は各種製造プロセスの最適効率の発揮に不利である。
本発明において、異なる波長変換モジュールは、異なる設計が行われた蛍光体の色に必要な領域の寸法に対応し、分割することができ、異なる色の蛍光体の発光、発熱特性に応じて、異なる反射層又は熱伝導プロセス、例えばセラミックス表面の金属化、熱伝導フィラー粒子、表面の銀メッキなどを用いる。各色セグメントはそれぞれ、その最適なプロセスで製造することができ、他のセグメントの性能による影響を考慮する必要がなく、高性能のカラーホイールの設計・製造に有利である。
４．消耗品を減少させ、コストを節約することができる。本発明におけるモジュール式の波長変換装置も製品の品質管理に有利であり、従来のカラーホイールは、ある一つの蛍光体区間は品質問題が生じれば、カラーホイール全体は使用できなくなるが、本発明により提供された波長変換装置の場合、ある一つの波長変換モジュールは品質問題が生じるとき、補充として改めて一つのモジュールを別途製造することができ、品質管理のコストを低下させる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明で得る波長変換装置の一つの実施例の構造を示す模式図である。
【図２】本発明で得る波長変換装置のもう一つの実施例の構造を示す模式図である。
【図３】本発明に係る波長変換装置の製造方法の第一の実施例のフローを示す模式図である。
【図４】本発明に係る波長変換装置の製造方法の第二の実施例のフローを示す模式図である。
【図５】本発明に係る波長変換装置の製造方法の第三の実施例のフローを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面及び実施形態を参照しながら、本発明の実施例について詳しく説明する。
【００１９】
本発明は波長変換装置の製造方法に対する保護を求め、当該波長変換装置は複数の波長変換モジュールを備え、各波長変換モジュールは１種の波長変換機能を有し、例えば、青色励起光を赤色被励起光に変換すること、黄色励起光を緑色励起光に変換することなどが挙げられる。当該方法で波長変換装置を製造することは、多くのメリットを有し、次は具体的な実施例を参照しながら説明する。
【００２０】
実施例一
図１及び図３を参照し、当該波長変換装置の製造方法は、まず、三つの波長変換モジュール２ａ、２ｂ、２ｃをそれぞれ製造し、そして、三つの波長変換モジュールを一つの底板１の一方の側の表面に装着固定することである。
【００２１】
ここで、各波長変換モジュール２ａ／２ｂ／２ｃの製造ステップは、
Ｓ１、乱反射スラリー及び蛍光体スラリーを製造するステップ、
Ｓ２、セラミックス基板に乱反射スラリーを塗装し、焼結し、乱反射層を形成するステップ、
Ｓ３、乱反射層に蛍光体スラリーを塗装し、焼結し、蛍光体層を形成して、波長変換モジュールを得るステップに分けられている。
【００２２】
図２に示すように、波長変換モジュール２ａはセラミックス基板２３、乱反射層２２及び蛍光体層２１を含み、三者は順に積層設置され、且つ二つずつ緊密に付着している。
【００２３】
ステップＳ１において、乱反射スラリーは白色散乱粒子、第１のガラス粉及び有機担体が混合されることで形成される。
【００２４】
この白色散乱粒子は、入射光を反射するためのものであり、一般的には塩類又は酸化物類粉末であり、粒径のサイズが５０ナノメートルから５マイクロメートルまでである。その構成は酸化アルミニウム、酸化チタン、窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、窒化ホウ素、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、硫酸バリウムなどの超白単体粉末粒子、又は少なくとも２種以上の粉末顆粒の混合体である。これらの白色散乱材料は基本的に光を吸収せず、且つ性質が安定であり、高温下で酸化又は分解しない。
【００２５】
乱反射層にはよい反射率及び放熱効果が必要であると考慮すると、総合的に性能の高い酸化アルミニウム粉末を選択することが好ましい。当然ながら、乱反射層が入射光を反射する機能を実現するために、白色散乱材料は、乱反射層において、一定の緻密度及び厚さを有することが必要であり、当該緻密度及び厚さは実験を通じて確定することができる。
【００２６】
ガラス粉は無定形で粒状のガラスの均質体であり、その透明度が高く、且つ化学性質が安定である。第１のガラス粉が珪酸塩ガラス、鉛珪酸塩ガラス、アルミノ硼珪酸塩ガラス、アルミン酸塩ガラス、ソーダライムガラス、石英ガラスのうち１種又は少なくとも２種の混合物であってもよい。第１のガラス粉で白色散乱粒子を接着し、焼結した後、白色散乱粒子を空気と遮断することができ、白色散乱粒子が空気において湿ることを回避し、乱反射層が高い強度と透過率を有するようにする。第１のガラス粉は、入射光を透射できるとともに、熱を伝導する必要があるため、第１のガラス粉がホウ珪酸ガラス粉であることが好ましく、その性質が安定であり、透過率が高く、且つ他のガラス粉に対して、高い熱伝導率も有する。
【００２７】
白色散乱粒子と接着剤との質量比は、（１〜１５）：１との間であることが好ましい。好ましくは、（８〜１２）：１の間であり、当該質量比で得た乱反射層は、測定することにより、鏡面アルミニウム基板に対して、反射率が９９.５％に達することができ、鏡面アルミニウム基板とほぼ同じである。当然ながら、乱反射粒子の粒径、乱反射層の厚さ及び緻密度は他の数値であってもよく、これらの数値は、当業者が従来技術に基づき、複数回の実験を通じて得ることができる。
【００２８】
無機担体は、白色散乱粒子及び第１のガラス粉がその中で十分に混合、分散するように、用いられ、それは高温で焼結された後、揮発、分解され、ほぼ残留しない。選択できる無機担体はフェニルシリコーンオイル、エチレングリコール、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、エタノール、キシレン、エチルセルロース、ターピネオール、ブチルカルビトール、ＰＶＡ、ＰＡＡ、ＰＥＧのうち一つ又は少なくとも二つの混合体などである。無機担体と白色散乱粒子との体積比は、後者が第１のガラス粉と均一に混合でき、十分に撹拌できることが適合である。
【００２９】
ステップＳ１において、蛍光体スラリーが蛍光体、第２のガラス粉及び有機担体を含む。
【００３０】
蛍光体は励起光を吸収し、励起され、波長が励起光と異なる光を生成するためのものであり、選択できるのは、例えば、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体が挙げられ、ＹＡＧ蛍光体は青色光、紫外光などを吸収し黄色の被励起光を生成することができ、蛍光体は赤色蛍光体であってもよく、励起光を吸収し、赤色の被励起光を生成する。又は、蛍光体は緑色光の蛍光体などの、他の色の被励起光を生成する蛍光体であってもよい。
【００３１】
第２のガラス粉としては、第１のガラス粉と同じガラス粉を選択的に用いることができ、上述した他のガラス粉を選択してもよく、本明細書に限定されない。有機担体は、上述した乱反射スラリーについての、対応する説明を参照することができる。
【００３２】
ステップＳ２において、まずセラミックス基板に乱反射スラリーを塗装し、焼結し、当該乱反射スラリーを乱反射層２２に焼結させ、その中の有機担体が揮発する。第２のガラス粉が焼結された後、セラミックス基板２１との結合力が非常に強く、且つ高い温度を耐えることができる。
【００３３】
このセラミックス基板２１は一定の幅を有する円弧形のものである。好ましくは、セラミックス基板２１は酸化アルミニウム基板、窒化アルミニウム基板、窒化珪素基板、炭化珪素基板、窒化ホウ素基板又は酸化ベリリウム基板であり、それらはいずれも緻密構造を有するセラミックス板であり、多孔質構造を有しない。これらの材料の熱伝導率は８０Ｗ／ｍＫ以上であり、且つ融点は基本的に２０００℃以上であるため、熱伝導を行うとともに、高い温度を耐えることもできる。当然ながら、セラミックス基板の熱伝導率に対する要求がそれほど高くない場合、セラミックス基板は、他の種類のセラミックス板を用いて、製造することもできる。
【００３４】
ステップＳ２において、乱反射層は、乱反射スラリーを用いず、接着などの方法によりセラミックス基板に固定することができる。しかし、接着の方法によって固定すると、接着材が存在するため、乱反射層２２とセラミックス基板２１との間に、界面層が存在し、乱反射層２２の熱がセラミックス基板２１に伝導するのを阻止する。
【００３５】
そのため、乱反射層２２は、第１のガラス粉で直接的にセラミックス基板２１に焼結されることが好ましく、この時、セラミックス基板２１と乱反射層２２とは、高い結合力を有し、且つ熱伝導性がよい。なお、ガラスと金属の場合に比べ、ガラスとセラミックスの方が熱膨張係数がより合っており、乱反射層２２が直接的に金属アルミニウム基板に製造されるのに対し、変形脱落しにくい。なお、セラミックス基板２１が高い熱伝導率を有するため、金属のように、良好な熱伝導の機能を果たすことができる。
【００３６】
ステップＳ３において、乱反射層に蛍光体スラリーを塗装した後、その全体を二次焼結する。二次焼結で、乱反射層２２に影響をしないようにするために、焼結温度は第１のガラス粉の軟化温度以下であることが好ましいため、第１のガラス粉の軟化温度が第２のガラス粉の軟化温度よりも高いことが必要である。
【００３７】
本実施例における蛍光体層は、上述した蛍光体スラリーが用いられなくても良く、直接的に、シリコーン接着剤と蛍光体との混合体を乱反射層にコーティングし、加熱固化することにより形成され、第１のガラス粉の軟化点よりも遥かに低い加熱温度を有し、乱反射層に影響しない。
【００３８】
二次焼結又は加熱固化の後、波長変換モジュールが得られる。上述したステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３を繰り返し、複数のこのような波長変換モジュールを得ることができ、そして、ステップＳ４を行う。
【００３９】
Ｓ４、得た複数の波長変換モジュールを順に又は同時に底板１に装着固定する。
【００４０】
当然ながら、一つの波長変換モジュールを得るたびに、それを底板１に固定し、そして、もう一つのモジュールを製造してもよく、当該方案は、明らかに本発明の保護範囲に含まれる。
【００４１】
好ましくは、異なる波長変換モジュールの有する蛍光体は１種のみであり、即ち、当該蛍光体層には、１種の色の光を励起する単色蛍光体のみが含まれ、且つ異なる単色蛍光体は異なる波長変換モジュールに設置されている。例えば、波長変換モジュール２ａ、２ｂ、２ｃにおいて、それぞれは赤色蛍光体、黄色蛍光体及びオレンジ色蛍光体である。
【００４２】
ステップＳ４において、接着、溶接などの方法を用いて、セラミックス基板２１における、乱反射層２２に背向する一方の側の表面を底板１に接着することができる。両者を接着するための接着剤は、高熱伝導のビスコースを用いることが好ましく、例えば銀接着剤、又は高熱伝導のシリコーン接着剤を適量の高熱伝導のフィラー粒子と混合して形成されたスラリーが挙げられ、当該高熱伝導のフィラー粒子は酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化イットリウム、酸化亜鉛、酸化チタンなどの粒子の１種又は少なくとも２種の混合粉末粒子であってもよい。このように、セラミックス基板と底板との間の熱抵抗を減少させることができ、波長変換装置の耐熱性の向上に有利である。セラミックス基板はさらに機械締付の方法により、底板１に固定することができ、例えば、ネジ、リベットなどの締付具による連結、又は弾性片による押圧、又は係合などの方法が挙げられる。
【００４３】
図１に示す実施例において、三つの波長変換モジュールのセラミックス基板はいずれも円弧のものであり、且つ底板において、一つの円環につなぎ合わせている。当然ながら、波長変換モジュールは複数があってもよく、直線形などの他の形状につなぎ合わせてもよい。円環形は好ましく、図２におけるモータ３により動かされ、回転するには便利であり、励起光が持続的に順に異なる波長変換モジュールに照射し、異なる単色光を得るようになる。
【００４４】
ステップＳ４において、底板１は円盤状をなしており、金属、金属合金又は金属−無機複合材料により製造され、例えばアルミニウム、黄銅、金剛石−銅などが挙げられる。これらの金属が含まれた材料はいずれも良好な熱伝導性能及び機械強度を有し、波長変換モジュールの載置板とすることができ、モータ３と接続され、動かされて、回転する。
【００４５】
本発明の実施例において、乱反射層及びセラミックス基板を用い、従来の鏡面金属板を代える。ここで、乱反射層は白色散乱粒子を含み、白色散乱粒子は入射光を散乱するため、乱反射を用い、従来の金属反射層の鏡面反射を代えることで、入射光に対する反射を実現することができる。且つ、白色散乱粒子は高温下で酸化、分解などの反応によって、その色、性質が変わらず、入射光に対する反射を弱めるため、乱反射層は高い温度を耐えることができる。なお、セラミックス基板材料は金属よりも融点が高いため、金属より高い温度を耐えることができ、高温環境で長時間動作しても、酸化、軟化などの性能変化が生じにくいため、従来の金属基板を代えることに用いられる。
【００４６】
さらに、複数の波長変換モジュールを用いて、従来の一体型のアルミニウム基板を代え、それぞれ多種の蛍光体層をコーティングすることは際立ったメリットを有する。
【００４７】
異なる色の蛍光体が異なる物理及び化学性能を有するため、それらをいずれも同じ一つのアルミニウム基板に製造し、各蛍光体のプロセスのパラメータを考慮する必要があり、最終的に、トレードオフの方案を選択し、最適化された効果を得られなくなることを招く。本発明において、各色蛍光体の高温特性及び用いられるガラス接着剤の軟化温度に応じて、各モジュールをそれぞれ焼結することができる。
【００４８】
例えば、赤色蛍光体、オレンジ色蛍光体の耐熱温度が低く、それに合わせるように、透過性がやや悪く融点が低い低温ガラス粉を選択的に用いることしかできないため、低い温度で焼結する。黄色蛍光体、緑色蛍光体の耐熱性が高く、それに合わせるように、高透過率の高融点のガラス粉を選択的に用いることができ、高い温度で焼結することができる。また、赤色蛍光体などの発熱量が高い蛍光体に対して、それが属する波長変換モジュールが単独で熱伝導率がより高い高熱伝導のセラミックス基板、高性能の銀接着剤などの高価な材料を選択的に用い、いくつかの表面処理プロセスなどを追加することができる。黄、緑色などの蛍光体が所在するモジュールは低価な材料を用いることができ、性能とコストとを両立する目的を達成する。
【００４９】
モジュール式の波長変換装置は製品の品質管理に有利であり、一体型のカラーホイールにおいて、ある一つの色セグメントは質の問題が生じれば、カラーホイール全体が廃物になる。本発明が提供するモジュール式の構造の場合、ある一つのモジュールは質の問題が生じると、補充として、改めて一つのモジュールを別途製造することができ、品質管理のコストを低下させる。
【００５０】
実施例二
本実施例が実施例一と相違する点は、各波長変換モジュールを得るステップが異なることであり、他の説明していない特性は実施例一を参照する。
【００５１】
図４に示すように、本実施例において、波長変換モジュールの製造ステップは、
Ｐ１、乱反射スラリー及び蛍光体スラリーを製造するステップと、
Ｐ２、一つの基板に蛍光体スラリーを塗装し、焼結し、蛍光体層を形成するステップと、
Ｐ３、蛍光体層に乱反射スラリーを塗装し、焼結し、乱反射層を形成するステップと、
Ｐ４、上記基板に対し、離型を行い、一方の側の表面に蛍光体層が付着している乱反射層を取り出し、乱反射層のもう一つの面を上記セラミックス基板に接着又は焼結し、波長変換モジュールを得るステップとを含む。
【００５２】
以下、各ステップについて、詳しく説明する。
【００５３】
ステップＰ１については、すべて実施例一におけるステップＳ１についての説明を参照することができ、ここで、繰り返し述べない。
【００５４】
ステップＰ２において、一つの基板を選択し、後続の離型のために、当該基板に離型剤を塗装し、当該離型剤は、現在市販されている耐高温が可能な任意の１種の離型剤を選択的に用いることができる。当該基板はよい耐高温性能を有することが必要であり、焼結の過程でよい性状を維持するように、金属材料が好ましい。
【００５５】
ステップＰ３において、乱反射層を焼結するステップは、実施例一におけるステップＳ２を参照することができる。なお、本実施例において、本ステップにおける焼結の過程で、蛍光体層に影響しないように、乱反射スラリーにおける第１のガラス粉の軟化点温度は蛍光体スラリーにおける第２のガラス粉の軟化点温度よりも低く、即ち焼結温度が第２のガラス粉の軟化点温度よりも低いことが必要である。
【００５６】
ステップＰ４において、膨張係数の差異で波長変換モジュールに対し、加熱及び温度を下げる操作を行い、膨張係数が大きい金属基板を蛍光体層と分離させ、離型を行う。
【００５７】
実施例一及び実施例二において、二種類の波長変換モジュールを製造する方式が提供され、それを製造するために、多種の可能性が提供された。且つ、本実施例においては、セラミックス基底は一回のみ焼結する必要があり、又は焼結する必要がないため、焼結によるセラミックス基底の性能変化を減少させることに有利である。
【００５８】
実施例三
本実施例が実施例一、二と相違する点は、すべてではなく、一部の波長変換モジュールを蛍光セラミックスモジュールに代えるため、本実施において、図５に示すように、左側のフローチャートに示すように、一部の波長変換モジュールについては、上述した実施例一又は実施例二におけるステップが行われ、他の一部については、蛍光セラミックスモジュールに代えられ、右側のフローチャートに示されている。
【００５９】
対応的に、当該蛍光セラミックスモジュールを製造するステップは、具体的には、
Ｑ１、蛍光セラミックスブロックを得るステップと、
Ｑ２、蛍光セラミックスブロックの底面に全反射誘電体膜をメッキするステップとを含み、
さらに、ステップＱ３を含むこともでき、
Ｑ３、全反射誘電体膜の外表面に金属保護膜をメッキする。
【００６０】
図２に示すように、これにより得た蛍光セラミックスモジュール３ｃは、積層された蛍光セラミックスブロック３１、全反射誘電体膜３２、金属保護膜（図示せず）を含む。
【００６１】
そして、ステップＱ４を行い、
Ｑ４、得た一つ又は複数の蛍光セラミックスモジュールを上述した底板に固定装着し、他の波長変換モジュールと、底板における同じ側に位置するようにする。
【００６２】
ステップＱ１において、蛍光セラミックスブロックは励起光に励起され、被励起光を生成できるセラミックス体であり、例えば、ＹＡＧ結晶化ガラス、焼結ＹＡＧセラミックス又は他の系の黄、緑又は赤色蛍光セラミックスが挙げられる。蛍光セラミックスブロック自体は熱伝導率が高く、且つ一定の強度を有し、加工性に優れ、自体が上述した実施例におけるセラミックス基板の支持、熱伝導機能を有するため、本実施例において、別途セラミックス基板を担体とする必要がない。
【００６３】
本ステップにおいて、蛍光セラミックスブロックを用いるため、セラミックス基板に蛍光体層を製造する必要がなく、同じ機能及び効果を得ることができ、構成がより簡潔であり、製造プロセスが簡略化される。なお、蛍光セラミックス３１０が緻密構造を有するため、空気が当該蛍光セラミックス３１０を透過し、反射層薄膜と反応することができず、反射層の安定性を向上させる。また、蛍光セラミックスが高い熱伝導率を有するため、より高い電力の励起光照射に適用することができる。
【００６４】
ステップＱ２において、全反射誘電体膜は１層の高反射の機能膜であり、例えば、銀膜、アルミニウム膜などが挙げられ、電子ビームスパッタリング、プラズマスパッタリング、蒸着などの方法を用い、その蛍光セラミックスブロックの底部に得ることができる。
【００６５】
ステップＱ３において、蛍光セラミックスブロックの全反射誘電体膜において、さらに上述した膜をメッキする方法で１層の金属保護膜をメッキし、この金属保護膜はＴｉ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｏなどの金属のうちの１種、又は少なくとも２種の金属の混合メッキ層、又は多種の金属で交互に膜をメッキし、形成された複合膜層であってもよい。この金属保護膜が果たす機能は、一つが反射膜層を保護することであり、もう一つが底板との接着、特にろう付け系の接着に有利である。
【００６６】
膜をメッキすることで全反射誘電体膜を得るのは本実施例における好ましい方法であるが、膜をメッキするのはプロセス及びコストに対し、要求が高く、実際の応用の中で、何らかのコスト管理が必要な場合、反射層の代わりに、乱反射層を用いることができ、即ち、上述した実施例における乱反射スラリーを製造することで、蛍光セラミックスの表面に焼成のプロセスを経て得る。
【００６７】
又は、全反射誘電体膜はシリコーン接着剤と白色散乱粒子との混合物を固化することで、形成することができる。蛍光セラミックスブロックの底面に当該混合物を塗装し、底板と接着し、固化することで一体に接着し、この場合、成形プロセスの温度は大幅に下がることが可能である。
【００６８】
ステップＱ４については、上述した波長変換モジュールと底板との固定方法を参照し、連結することができ、ここで説明を省略する。本実施例において、全反射誘電体膜又は金属保護膜と基底との間に低温真空ろう付けの方法を用いることが好ましく、溶接層の気孔と厚さを減少させることができ、熱伝導に有利である。
【００６９】
ステップＱ４において、蛍光セラミックスブロックは複数があるとき、同じ単色蛍光体を含むことができ、好ましくは、異なる蛍光セラミックスブロックに含まれた単色蛍光体が異なるため、異なる被励起光を生成することができる。なお、それぞれ最適な波長変換モジュールを得るように、異なる蛍光体に応じて、異なる全反射誘電体膜又は乱反射層を製造し、各自の最適な生産プロセス条件を設計することができる。
【００７０】
実施例四
実施例三に基づき、本実施例は、波長変換モジュール、蛍光セラミックスモジュールを有することを除き、反射モジュールも有する。
【００７１】
当該反射モジュールは金属基板を含み、金属基板に高反射率の反射膜がメッキされており、例えば、銀膜、アルミニウム膜などが挙げられる。又は、当該金属基板に、白色散乱粒子及びシリコーン接着剤が混合し、固化されることで、形成された乱反射層が塗装されている。シリコーン接着剤の熱安定性が悪いが、当該モジュールが純粋な乱反射層であり、発熱量が小さいため、大電力で応用の要求を満足することができる。シリコーン接着剤の反射層のコストを低くし、コスト管理にも有利である。同様に、ここの反射モジュールとしてセラミックス基板に乱反射層を設置することも可能である。
【００７２】
例えば、本実施例において、三つの波長変換モジュール、二つの蛍光セラミックスモジュール及び一つの反射モジュールを含み、三者はいずれも円弧形のものであり、且つ製造完了後、それぞれ底板に固定装着され、一つの円環形につなぎ合わせている。
【００７３】
本実施例において、三つの波長変換モジュールは、それぞれ同時にステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３で進み、又はステップＰ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４で進み、並行的に、二つの蛍光セラミックスモジュールが同時にステップＱ１、Ｑ２、Ｑ３で進むことができ、これと同時に、上述した反射モジュールの製造を完了させることができる。最後に、すべてのモジュールを一定の配列方式で底板に固定し、一体的に構成させる。
【００７４】
多種のモジュール間、各種のモジュールの各モジュール間はいずれも同時にそれぞれ製造することができるため、製造期間を大幅に短縮し、効率を向上させる。なお、各モジュールはそれぞれ異なるプロセス条件で同時に製造することができ、互いに影響せず、それぞれ最適化された生産プロセスの実現、最適化されたモジュール機能の獲得、製品品質の向上に有利である。
【００７５】
本明細書における各実施例を累進の形式で説明し、各実施例については、主に他の実施例との違いを説明したが、各実施例における同様又は類似の部分について、互いに参照すればよい。
【００７６】
以上説明したのは、本発明の実施形態であり、本発明の特許範囲を限定するものではなく、本発明の明細書及び図面の内容を用いて実現した等価構成又は等価変換フロー、又は他の関連する技術分野における直接又は間接運用は、全て同様に本発明の特許保護範囲内に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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