超高輝度・ハイパワー白色光源に適したYAG単結晶蛍光体を開発

- レーザーヘッドライトなどLED光源では困難な超高輝度製品への応用に期待 -

2015.04.13

国立研究開発法人　物質・材料研究機構 (NIMS)
株式会社　タムラ製作所
株式会社　光波

NIMS光学単結晶グループは、株式会社タムラ製作所、株式会社光波と共同で、青色LD (レーザーダイオード) を励起光源とした超高輝度でハイパワーな白色照明に最適な、温度特性の優れたYAG単結晶蛍光体の開発に成功しました。

概要

国立研究開発法人物質・材料研究機構 (理事長 : 潮田資勝) 光学単結晶グループの島村清史グループリーダー、ガルシア・ビジョラ主任研究員らは、株式会社タムラ製作所 (代表取締役社長田村直樹) 、株式会社光波 (代表取締役社長中島康裕) と共同で、青色LD (レーザーダイオード) を励起光源とした超高輝度でハイパワーな白色照明に最適な、温度特性の優れたYAG単結晶蛍光体の開発に成功しました。
近年、低消費電力、水銀フリーへの環境側面から、青色LEDを励起光源とした白色照明が急速に普及しています。その一方で、LED光源では実現が難しいレベルの高輝度性を求める一部のプロジェクターやヘッドライトでは、青色LDを励起光源とした製品も出てきています。LDはその光学特性から、レンズやミラーでの集光が容易であり、直径数mmの面積に100W級の集光も可能です。
しかしながら、励起光のパワー密度を上げていくと、それに比例して放熱が困難になるため、LDを励起光源としたレーザー照明では、従来のLED照明ではあまり問題とならなかった蛍光体の高温時の効率が大きな課題となっていました。従来、この分野で使用されてきたYAG蛍光体は、主として酸化物原料を焼結合成することによってつくられており、蛍光体温度が100℃から150℃以上になると急激に発光強度が弱くなる (内部量子効率が小さくなる) 弱点がありました。
今回、300℃でも内部量子効率が低下しない温度特性の優れたYAG単結晶蛍光体の開発に成功しました。この蛍光体は、シリコンの単結晶作製などで使われるCZ法により、融液から育成した単結晶YAGインゴット (プレスリリースの図1) をベースとして、プレート状 (プレスリリースの図2) あるいはパウダー状 (プレスリリースの図3) に加工したものです。いずれの場合も室温での内部量子効率が 0.9以上で、300℃においてもそれがほとんど劣化しないという優れた温度特性を持ちます (プレスリリースの図4) 。さらに、高強度の光に対し材料自体の温度上昇が小さいという特長も併せ持ちます。照明用蛍光体部品として用いた場合、蛍光体の固定部材である低熱伝導率のバインダーや不純物を含まないため、発生した熱が放熱されやすく、温度上昇しにくいため、従来のYAG粉末蛍光体を用いた場合と比較して、より高輝度化、ハイパワー化した照明製品が可能になります。また同時に、放熱機構の簡素化を通じた機器の小型化、コストダウンへの貢献も期待されます。
この開発成果は、既に国内で2件の特許を取得、他に5件の国内、海外への特許出願済みです。レーザープロジェクター、レーザーヘッドライト等のレーザー照明製品をターゲットアプリケーションとした単結晶YAG蛍光体は、 (株) タムラ製作所を通じて2015年度末での量産を目指した環境整備を進めています。なお、この成果の一部は4月15日に開催される国立研究開発法人物質・材料研究機構の一般公開 (並木地区、9:30 - 16:00) において紹介される予定です。

プレスリリースの図1 : 　　YAG単結晶蛍光体インゴット