JP2010283210A - 蛍光体素子、発光装置及び蛍光体素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体粒子の衝突速度を抑えても、基板に対する蛍光体層の密着性の低下を抑制する。
【解決手段】蛍光体素子は、エアロゾル・デポジション法により蛍光体層２３をレンズ２１に形成したものであって、蛍光体層２３を構成する蛍光体粒子の平均粒径Ｄが０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍであり、レンズ２１の蛍光体層２３が形成された面が凹凸面であり、レンズ２１の凹凸面は、凸部同士の平均間隔Ｓが１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄで、かつ、表面粗さＲａが１／２Ｄ≦Ｒａである。
【選択図】図１

Description

本発明は蛍光体素子、発光装置及び蛍光体素子の製造方法に関する。

ＧａＮ系青色ＬＥＤ（Light emitting diode）の発明以来、ＬＥＤ技術の進展が目覚しい。中でも白色ＬＥＤは、高効率、高信頼性の白色照明光源として注目されており、微小電力小型光源として自動車のヘッドライトやルームランプなどにおいて既に実用に供されている。

白色光の作り方には大きく分けて３種類ある。１つは、青色ＬＥＤチップの光を蛍光体材料に当てて黄色の光を出力し、青色と黄色の混色で白色光を作り出すものである。もう１つは、近紫外ＬＥＤチップが出す光を複数の蛍光体材料に当てて混色するものであり、最後の１つは、Ｒ（赤色），Ｇ（緑色），Ｂ（青色）の各ＬＥＤを同時に光らせ、混色するものである。

第１の方法（青色と黄色の混色で白色光を作り出す技術）が特許文献１に開示されている。特に特許文献１の技術では、エアロゾル化された蛍光体粒子をキャリアガス（搬送用のガス）により圧送して基板に衝突・堆積させ、基板上に直接的に蛍光体層を形成しており、この技術はエアロゾル・デポジション法（ＡＤ法）と呼ばれている。

特開２００６−３３２５０１号公報

ところで、エアロゾル・デポジション法による蛍光体層の形成に関し、上記の通り蛍光体粒子を基板に衝突させ堆積させるが、蛍光体粒子が衝突による衝撃で破砕し、蛍光体層の一部に欠陥が生じることがわかってきた。
これに対し、蛍光体粒子の破砕を防ぐため、キャリアガスの流速を弱めて蛍光体粒子の衝突速度を抑えると、逆に蛍光体粒子の基板への付着が不十分で、基板に対する蛍光体層の密着性が低下することがわかった。

したがって、本発明の主な目的は、蛍光体粒子の衝突速度を抑えても、基板に対する蛍光体層の密着性の低下を抑制することができる蛍光体素子、発光装置及び蛍光体素子の製造方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
エアロゾル・デポジション法により蛍光体層を基板に形成した蛍光体素子であって、
前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子の平均粒径Ｄが０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍであり、
前記基板の前記蛍光体層が形成された面が凹凸面であり、
前記基板の凹凸面は、凸部同士の平均間隔Ｓが１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄで、かつ、表面粗さＲａが１／２Ｄ≦Ｒａであることを特徴とする蛍光体素子が提供される。

本発明の他の態様によれば、
上記蛍光体素子と、
前記蛍光体素子の前記蛍光体層に向けて光を発するＬＥＤチップと、
を備えることを特徴とする発光装置が提供される。

本発明の他の態様によれば、
蛍光体粒子を形成する工程と、
基板に凹凸面を形成する工程と、
エアロゾル・デポジション法により前記蛍光体粒子を前記基板に向けて噴出し、前記基板の凹凸面上に蛍光体層を形成する工程とを、備え、
前記蛍光体を形成する工程では、前記蛍光体の平均粒径Ｄを０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍとし、
前記基板に凹凸面を形成する工程では、前記基板の凹凸面の凸部同士の平均間隔Ｓを１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄとし、かつ、表面粗さＲａを１／２Ｄ≦Ｒａとすることを特徴とする蛍光体素子の製造方法が提供される。

本発明によれば、蛍光体粒子の平均粒径Ｄと基板の凹凸面（凸部同士の平均間隔Ｓ，表面粗さＲａ）との間に一定の関係が成立しているから、蛍光体粒子の衝突速度を抑えても、基板に対する蛍光体層の密着性の低下を抑制することができる。

本発明の好ましい実施形態にかかる発光装置の概略構成を示す断面図である。 図１の発光装置に用いられるレンズの表面形状を概略的に示す拡大断面図である。 本発明の好ましい実施形態にかかるエアロゾル・デポジション成膜装置の概略構成を示す図面である。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施形態について説明する。

［全体構成］
図１に示す通り、本発明の好ましい実施形態にかかる発光装置２０は、ＬＥＤチップ２５と、ＬＥＤチップ２５の発光の一部を異なる波長に変換する蛍光体層２３と、ＬＥＤチップ２５及び蛍光体層２３の発光を集光し所望の方向に放射するレンズ２１とを、備えている。レンズ２１はＬＥＤチップ２５の上方に配置されており、蛍光体層２３がレンズ２１の上面と下面とのうちＬＥＤチップ２５に対向する下面に形成されている。

レンズ２１は支持体２２に固定されている。レンズ２１は、支持体２２を用いることなく、レンズ２１と支持体２２とが同一組成の樹脂素材を用い一体に構成されていてもよい。このレンズ構成体（レンズ２１と支持体２２との構成体）は、マウント２９の上部に固定されている。

ＬＥＤチップ２５の上部には透明基板２４が設けられており、透明基板２４がレンズ２１と対向配置されている。ＬＥＤチップ２５の半導体層の表面（下面）にはバンプ電極２７が形成されており、ＬＥＤチップ２５はバンプ電極２７を介してリード線２８から信号を受けるようになっている。ＬＥＤチップ２５は透明なモールド樹脂２６により固定され、更にその外部がマウント２９で保護されている。

［ＬＥＤチップ］
ＬＥＤチップ２５としては公知の様々なＬＥＤチップを用いることが可能で、特に白色光を得る場合は青色ＬＥＤチップや紫外線ＬＥＤチップを好ましく用いることができる。
青色ＬＥＤチップとしては、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮ系をはじめ既存のあらゆるものを使用することができる。青色ＬＥＤチップの発光ピーク波長は４４０〜４８０ｎｍのものが好ましい。
紫外線ＬＥＤチップとしては、既存のあらゆるものを使用することができる。紫外線ＬＥＤチップの発光ピーク波長は１４０〜４２０ｎｍのものが好ましい。
ＬＥＤチップ２５の形態としては、基板上にＬＥＤチップを実装し、そのまま上方または側方に放射させるタイプ、または、サファイア基板などの透明基板上に青色ＬＥＤチップを実装し、その表面にバンプを形成した後、裏返して基板上の電極と接続する、いわゆるフリップチップ接続タイプなど、どのような形態のＬＥＤチップでも適用することが可能だが、高輝度タイプやレンズ使用タイプの製造方法により適するフリップチップタイプがより好ましい。

［蛍光体層］
本実施形態に用いられる蛍光体層２３は、少なくともＬＥＤチップ２５の半導体発光層から放出された光で励起されて発光する無機蛍光体層をいう。
本実施形態においては、ＬＥＤチップ２５から発光した光と、レンズ２１上に積層された蛍光体層２３から発光する光とが、補色関係にあり、それぞれの光を混色させることで白色に発光させることができる。

蛍光体層２３を構成する蛍光体粒子は、具体的に、次のような処理に得られたものである。はじめに、Ｙ，Ｇｄ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ａｌ，Ｌａ，Ｇａを原料とした酸化物か、若しくは高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合した原料混合物を得る。又はＹ，Ｇｄ，Ｃｅ，Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム，酸化ガリウムとを混合した原料混合物を得る。その後、これら原料混合物にフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成し、その焼成品を、水中でボールミルして洗浄，分離，乾燥の各処理に供し、最後に篩を通す。

これら各蛍光体粒子の平均粒径Ｄは、０．０２μｍ≦Ｄ２０μｍである。
本実施形態における蛍光体粒子の、「平均粒径Ｄ」とは、粒子体の一つの集団の全体積を１００％として累積曲線を求めた時、累積曲線が５０％となる点の粒子径（累積平均径）を意味しており、体積平均粒径、メジアン径とも呼ばれ、粒度分布を評価するパラメータの一つとして、一般的に利用されているものを意味する。
なお、本実施形態で用いられる蛍光体粒子の粒径は、一般的なレーザー回折式粒径測定装置を用いて測定可能であり、当該測定装置としては具体的に、JEOL社製HELOS，日機装社製Microtrac HRA，島津製作所社製SALD-1100，コールター社製コールターカウンターなどがあげられ、特に好ましくは島津製作所社製SALD-1100である。

なお、本実施形態では、レンズ２１，蛍光体層２３が一体となっており、少なくともこれら部材により蛍光体素子が構成されている。

［レンズ］
レンズ２１は基板の一例であり、ガラスで構成されてもよいし、光透過性樹脂を射出成型することによって形成されていてもよい。光透過性樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂や環状ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂等の熱可塑性および光透過性の良好な樹脂を用いることができる。
レンズ２１の形状は、略半球状やドーム状、非球面状など、集光特性や配光特性等を考慮して所望に設計された形状を任意に用いることができる。また、ＬＥＤチップ２５の収容部として、レンズ２１の中央に窪みを有する形状など、任意に用いることができる。レンズ２１の厚さや直径なども、特に限定されるものではない。

特に、図２に示す通り、レンズ２１の下面（蛍光体層２３が形成された面）には凹凸が形成されており、凸部２１ａと凹部２１ｂとが交互に連続している。
凸部２１ａ同士の平均間隔Ｓは、蛍光体粒子の平均粒径Ｄとの関係において、１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄであり、好ましくはＤ≦Ｓ≦５Ｄである。
さらに、レンズ２１の下面（凹凸面）の表面粗さＲａは、蛍光体粒子の平均粒径Ｄとの関係において、１／２Ｄ≦Ｒａであり、好ましくはＤ≦Ｒａ≦１０Ｄである。

なお、本実施形態では、蛍光体粒子をレンズ２１の表面に高速衝突させて堆積させ蛍光体層２３を形成することから、蛍光体層２３が剥離しないようにレンズ２１に対し前処理を施しても良い。

レンズ２１が樹脂レンズの場合、蛍光体粒子の接着性を付与する目的で、硬質材料やバインダーを含有する下地層を予めレンズ２１の表面に塗設し、蛍光体層２３を形成することも好ましい態様の１つである。
この場合の硬質材料としては、例えば金属を用いることが可能で、これらの微粒子、例えばＡｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ａｕ，Ａｇ，Ｓｉ等をポリビニルアルコール等のバインダーに分散させ、これを樹脂製のレンズ２１上に塗設して、樹脂製のレンズ２１に対し密着性を向上させた下地層とする。
この場合、透明性を失わないために、金属微粒子は極めて微小であることが必要で、１００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎｍ以下であることが更に好ましい。

［蛍光体素子の製造方法］
蛍光体素子の製造方法は、大きくは、
（１）蛍光体粒子を形成する工程と、
（２）レンズ２１に凹凸面を形成する工程と、
（３）エアロゾル・デポジション法により、蛍光体粒子をレンズ２１に向けて噴出し、レンズ２１の凹凸面上に蛍光体層２３を形成する工程とを、備えている。

（１）蛍光体粒子を形成する工程
この工程では、Ｙ，Ｇｄ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ａｌ，Ｌａ，Ｇａを原料とした酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料混合物を得るか、又はＹ，Ｇｄ，Ｃｅ，Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム，酸化ガリウムとを混合して原料混合物を得る。

その後、原料混合物に対し、フラックスとしてフッ化アンモニウムなどのフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成する。その後、焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥、最後に篩を通すことで所望の蛍光体粒子を得ることができる。
この場合において、特に焼成品をボールミルする際には、焼成品（蛍光体粒子）の平均粒径Ｄを０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍとする。

（２）レンズ２１に凹凸面を形成する工程
この工程は、上記の蛍光体を形成する工程とは別個に、先後を問わずにおこなうことができる。具体的に、この工程では、レンズ２１に対し、ブラスト処理，ケミカルエッチング処理，プラズマ処理，酸化物粒子の噴出処理などの処理を施し、レンズ２１に凹凸面を形成する。この工程では、レンズ２１に対し、凹凸面を形成することが可能であれば、これら以外の処理を施してもよい。ただ、処理の容易さの観点からは、ブラスト処理を施すのが好ましい。

ブラスト処理やケミカルエッチング処理については、特公昭５８−３９４５３号公報などに開示された技術を適用することができる。
プラズマ処理としてはフレームプラズマ処理，大気圧プラズマ処理，常圧プラズマ処理などが挙げられ、特開２００４−３５２７７７号公報，特開２００７−３１４７０７号公報などに開示された技術を適用することができる。
酸化物粒子の噴出処理は、エアロゾル・デポジション法と同様の手法によるもので、酸化物粒子をレンズ２１に噴出して凹凸面を形成する処理である。酸化物粒子の種類は特に限定しないが、好ましくは波長４００ｎｍの光に対し７０％以上の透過率を有する酸化物粒子であり、例えば酸化亜鉛，二酸化チタン，二酸化ケイ素，酸化アルミニウムの粒子を使用することができる。

特に、レンズ２１に凹凸面を形成する工程では、レンズ２１に対し上記したような処理を施し、蛍光体粒子の平均粒径Ｄとの関係において、凸部２１ａ同士の平均間隔Ｓを１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄとし、かつ、表面粗さＲａを１／２Ｄ≦Ｒａとし、好ましくは平均間隔ＳをＤ≦Ｓ≦５Ｄとし、かつ、表面粗さＲａをＤ≦Ｒａ≦１０Ｄとする。

（３）蛍光体層２３を形成する工程
この工程では、原料である蛍光体の微粒子を、基板であるレンズ２１に高速で衝突させ成膜する、いわゆるエアロゾル・デポジション法を用いる。

エアロゾル・デポジション法による成膜装置としては、「応用物理」誌６８巻１号４４ページ、特開２００３−２１５２５６号公報等に開示されている構成などが利用できる。

エアロゾル・デポジション成膜装置の一例を簡単に説明すると、図３に示す通り、エアロゾル・デポジション成膜装置３０はチャンバ７を有している。チャンバ７の内部には基板１０を保持するホルダ９が設けられている。ホルダ９にはホルダ９をＸＹＺθで３次元に作動させるＸＹＺθステージ１１が設けられている。ステージ１１にはペルチェ素子１２による温度制御機構が設置されており、基板１０を最適な温度に保つことができるようになっている。
さらにチャンバ７の内部には、基板１０に原料を噴出させる細い開口を備えたノズル８が設置されている。

一方、エアロゾル・デポジション成膜装置３０は、チャンバ７とは別体で、高圧ガスボンベ１とエアロゾル化室４とを有している。
高圧ガスボンベ１には搬送ガス（キャリアガス）が貯留されている。高圧ガスボンベ１とエアロゾル化室４とは配管２により接続されている。配管２にはバルブ３が設置されている。
エアロゾル化室４には蛍光体粒子が充填され、エアロゾル化室４では蛍光体粒子とキャリアガスとが撹拌・混合される。エアロゾル化室４とチャンバ７とは配管６により接続されている。配管６にはバルブ５が設置されており、配管６の一端がノズル８に接続されている。

このような装置を用いて実際に蛍光体層２３を形成する場合は、基板１０としてレンズ２１をホルダ９に設置し、エアロゾル化室４内の蛍光体粒子を、以下のような手順によって、レンズ２１に噴出し、レンズ２１上に蛍光体層２３を形成する。

配管２のバルブ３と配管６のバルブ５とを開放し、高圧ガスボンベ１からエアロゾル化室４の内部にキャリアガスを圧送する。このとき、エアロゾル化室４内に充填された蛍光体粒子は、エアロゾル化室４に導入されたキャリアガスとともに、振動・撹拌されてエアロゾル化される。

エアロゾル化された蛍光体粒子は、配管６を流通し、チャンバ７内のノズル８からレンズ２１に向けてキャリアガスとともに吹き付けられ、塗膜（蛍光体層２３）を形成する。

なお、チャンバ７の内部は真空ポンプ等で排気され、チャンバ７内の真空度は必要に応じて調整されている。チャンバ７内の真空度は、好ましくは０．０１〜１００００Ｐａであり、より好ましくは０．１〜１０００Ｐａである。
さらに、ホルダ９をＸＹＺθステージ１１により３次元に移動させ、レンズ２１の所定の部分に必要な厚みの蛍光体層２３を形成することができる。
レンズ２１に形成された蛍光体層２３上には、必要に応じて封止層を設けることもできる。

エアロゾル化された蛍光体粒子は、好ましくは流速１００〜４００ｍ／ｓｅｃのキャリアガスによって搬送され、レンズ２１上に衝突することによって堆積することができる。キャリアガスにより搬送された蛍光体粒子は、互いに衝突の衝撃によって接合し膜を形成する。
本実施形態の製造方法において、蛍光体粒子を加速・噴出するためのキャリアガスとしては、窒素ガスやＨｅガスなどの不活性ガスが好ましい。窒素ガスは特に好ましく用いることができる。

蛍光体粒子を衝突させるレンズ２１の温度は、−１００〜２００℃に保持することが好ましい。レンズ２１の温度を３００℃以上に加熱した時には、膜（蛍光体層２３）が白濁化し、光が取り出せず、白色ＬＥＤの輝度が低下する場合がある。

蛍光体層２３の形成には、少なくとも前記蛍光体の微粒子が必要であり、更に必要に応じ透明無機酸化物の微粒子を混合してもよい。
この場合、エアロゾル・デポジション成膜装置３０のエアロゾル化室４を、蛍光体用と透明無機酸化物用とに併設し、適宜供給原料を切り替えることなどにより、蛍光体層２３中の蛍光体分布を制御することができる。透明無機酸化物は、蛍光体と適宜混合されることにより蛍光体層２３中の蛍光体濃度を制御できる。最表面に透明無機酸化物だけの層を形成した場合には、透明封止層として用いることができる。

そして、レンズ２１に蛍光体層２３を形成した後、レンズ２１の蛍光体層２３を形成した面をＬＥＤチップ２５と向かい合わせる形態で、ＬＥＤチップ２５の上方または側方などに設置することにより、本実施形態にかかる発光装置２０を製造することができる。

以上の本実施形態によれば、蛍光体層２３を構成する蛍光体粒子の平均粒径Ｄとレンズ２１の凹凸面（凸部同士の平均間隔Ｓ，表面粗さＲａ）との間に一定の関係が成立しているから、蛍光体粒子の衝突速度を抑えても、レンズ２１に対する蛍光体層２３の密着性の低下を抑制することができる（下記実施例参照）。

（１）サンプルの作製
下記蛍光体原料を充分に混合した混合物をアルミ坩堝に充填し、これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合し、水素含有窒素ガスを流通させた還元雰囲気中において、１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品（（Ｙ_０．７２Ｇｄ_０．２４）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ_０．０４）を得た。
Ｙ_２Ｏ_３ … ７．４１ｇ
Ｇｄ_２Ｏ_３ … ４．０１ｇ
ＣｅＯ_２ … ０．６３ｇ
Ａｌ_２Ｏ_３ … ７．７７ｇ

その後、得られた焼成品を、粉砕、洗浄、分離、乾燥することで所望の蛍光体を得た。特に粉砕工程で調節を行い、目的の粒径粒子を作製した。
なお、得られた蛍光体について、組成を調べたところ、所望の蛍光体であることを確認でき、波長４６５ｎｍの励起光における発光波長を調べたところ、おおよそ波長５７０ｎｍにピーク波長を有していた。

（１．１）サンプル１
基板として厚さ１ｍｍ，サイズ１０ｍｍ角のガラス基板を用いた。
蛍光体として平均粒径０．５μｍの蛍光体粒子を用いた。
キャリアガスとして窒素ガスを用いてこの流速を２００ｍ／ｓとし、チャンバの真空度を１００Ｐａとし、基板の温度を２０℃とし、ＡＤ法により、基板に蛍光体を噴出して基板に蛍光体層を形成した。
これらの処理を施した蛍光体層付きの基板を「サンプル１」とした。

（１．２）サンプル２
サンプル１の作製において、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓに変更した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル２」を作製した。

（１．３）サンプル３
サンプル１の作製において、基板の表面をブラスト処理して表面粗さを３μｍに調整するとともに、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓに変更した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル３」を作製した。

（１．４）サンプル４
サンプル１の作製において、基板の表面に酸化物粒子を噴出して表面粗さを３μｍに調整するとともに、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓに変更した。
基板の表面を粗す際には、図３と同様の装置を用いて、チャンバの真空度を１００Ｐａとし、基板の温度を２０℃とした状態で、二酸化ケイ素粒子（大阪化成株式会社製，平均粒径１．５μｍ）を、流速２００ｍ／ｓの窒素ガスで圧送して基板の表面に噴出し、基板に二酸化珪素層を形成して（堆積させて）目的の表面粗さに調整した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル４」を作製した。
なお、サンプル４では、蛍光体層は二酸化珪素層の上に形成されている。

（１．５）サンプル５
サンプル１の作製において、基板の表面をブラスト処理して表面粗さを０．１μｍに調整するとともに、蛍光体の平均粒径を０．０５μｍに、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓにそれぞれ変更した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル５」を作製した。

（１．６）サンプル６
サンプル１の作製において、基板の表面をブラスト処理して表面粗さを３μｍに調整するとともに、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓに変更した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル６」を作製した。

（１．７）サンプル７
サンプル１の作製において、基板の表面をブラスト処理して表面粗さを０．１μｍに調整するとともに、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓに変更した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル７」を作製した。

（１．８）サンプル８
サンプル１の作製において、基板の表面をブラスト処理して表面粗さを１５μｍに調整するとともに、蛍光体の平均粒径を２５μｍに、キャリアガスの流速を１００ｍ／ｓにそれぞれ変更した。
それ以外はサンプル１を作製したのと同様として「サンプル８」を作製した。

なお、各サンプルにおける粒子の粒子径の測定には、レーザ回折式粒径測定装置（島津製作所社製SALD-1100）を使用した。
各サンプルにおける基板の表面粗さの測定はJISB0601に準拠し、その測定装置としてVeeco社製WYKO3300を使用した。

（２）サンプルの評価
（２．１）密着性の評価
JIS K 5600-5-6を参考に、各サンプルの蛍光体層に対し１ｍｍの間隔で格子パターンのカットを施した。各方向でのカット数は６として、付着テープを用いて密着性試験を行った。
付着テープは幅２５ｍｍで、IEC60454-2に従い、２５ｍｍの幅当たり１０±１Ｎの付着強さを持つ物を使用した。試験結果の評価はJIS K 5600-5-6に従い、０〜５の分類を用いた。試験結果を表１に示す。表１中、◎，○，△，×の基準は下記の通りである。
「◎」…０
「○」…１
「△」…２
「×」…３〜５

（２．２）発光強度の測定
各サンプルを図１の発光装置に設置し、ＬＥＤチップに電力を供給させることによって白色系を発光させ、発光装置の正面から発光強度を測定した。
即ち、電力を供給し連続点灯を行って、コニカミノルタセンシング社製分光放射輝度計ＣＳ−１０００を用い、点灯開始時の発光輝度（ｃｄ／ｍ^２）について、４００ｎｍ〜８００ｎｍの波長領域における積分値で表した（サンプル１の積分値を１．００とする相対値）。
また、４６０ｎｍ，５６０ｎｍにおける発光ピーク強度を同時に測定し、サンプル１の発光装置におけるそれぞれの強度を１．０とした相対値で表した。
測定結果を表１に示す。

（２．３）混色評価（輝度評価）
発光装置の正面から色温度、演色性をそれぞれ測定し、バラツキを色度座標上の面積として測定した。
即ち、サンプルごとに互いに同様の試作品（発光装置）を５０個ずつ作製し、作製したこれら試作品から無作為に選択した１０個について、各発光装置の発光色を、前記分光放射輝度計ＣＳ−１０００（コニカミノルタセンシング社製）を用い、２度視野角において測定し、このデータを色度座標に当てはめたときの色をＣＩＥ１９３１表色系におけるＸ、Ｙ色度座標として求め、これらサンプル１０個のバラツキを色度座標上にプロットして色度座標上の面積として求めた。この場合も、サンプル１を１．０として相対値で求めた。
評価結果を表１に示す。

（３）まとめ
表１に示す通り、基準となるサンプル１との比較において、サンプル３〜５では、蛍光体粒子の平均粒径Ｄが一定範囲内で（０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍ）、その平均粒径Ｄと基板の凸部同士の平均間隔Ｓ，表面粗さＲａとの間に一定の関係が成立しており（１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄでかつ１／２Ｄ≦Ｒａ）、基板に対する蛍光体層の密着性が良好で、発光強度，混色評価の面でも優れていた。

これに対し、サンプル２では、基板に対する蛍光体層の密着性に劣っていた。これは基板の表面に凹凸を形成せず、キャリアガスの流速を遅くしたためと考えられる。
サンプル６では、基板に対する蛍光体層の密着性に劣り、発光強度，混色評価の面でも劣っていた。これは蛍光体粒子の平均粒径Ｄと基板表面の凸部同士の間隔Ｓとの間に一定の関係（１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄ）が成立していないためと考えられる。
サンプル７でも、基板に対する蛍光体層の密着性に劣り、発光強度，混色評価の面でも劣っていた。これは蛍光体粒子の平均粒径Ｄと基板表面の表面粗さＲａとの間に一定の関係（１／２Ｄ≦Ｒａ）が成立していないためと考えられる。
サンプル８でも、基板に対する蛍光体層の密着性に劣り、発光強度，混色評価の面でも劣っていた。これは蛍光体粒子の平均粒径Ｄが一定範囲内（０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍ）に収まっていないためと考えられる。

以上から、蛍光体粒子の平均粒径Ｄを一定範囲内とし、その平均粒径Ｄと基板の凸部同士の平均間隔Ｓ，表面粗さＲａとの間に一定の関係を成立させることは、基板に対する蛍光体層の密着性の低下を抑制するのに有用であり、発光強度，混色の面でも技術的に有用であることがわかる。

１ 高圧ガスボンベ
２ 配管
３ バルブ
４ エアロゾル化室
５ バルブ
６ 配管
７ チャンバ
８ ノズル
９ ホルダ
１０ 基板
１１ ＸＹＺθステージ
１２ ペルチェ素子
２０ 発光装置
２１ レンズ
２１ａ 凸部
２１ｂ 凹部
２２ 支持体
２３ 蛍光体層
２４ 透明基板
２５ ＬＥＤチップ
２６ モールド樹脂
２７ バンプ電極
２８ リード線
２９ マウント
３０ エアロゾル・デポジション成膜装置

Claims (5)

1. エアロゾル・デポジション法により蛍光体層を基板に形成した蛍光体素子であって、
   前記蛍光体層を構成する蛍光体粒子の平均粒径Ｄが０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍであり、
   前記基板の前記蛍光体層が形成された面が凹凸面であり、
   前記基板の凹凸面は、凸部同士の平均間隔Ｓが１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄで、かつ、表面粗さＲａが１／２Ｄ≦Ｒａであることを特徴とする蛍光体素子。
2. 請求項１に記載の蛍光体素子において、
   前記平均間隔ＳがＤ≦Ｓ≦５Ｄで、かつ、前記表面粗さＲａがＤ≦Ｒａ≦１０Ｄであることを特徴とする蛍光体素子。
3. 請求項１又は２に記載の蛍光体素子と、
   前記蛍光体素子の前記蛍光体層に向けて光を発するＬＥＤチップと、
   を備えることを特徴とする発光装置。
4. 蛍光体粒子を形成する工程と、
   基板に凹凸面を形成する工程と、
   エアロゾル・デポジション法により前記蛍光体粒子を前記基板に向けて噴出し、前記基板の凹凸面上に蛍光体層を形成する工程とを、備え、
   前記蛍光体を形成する工程では、前記蛍光体粒子の平均粒径Ｄを０．０２μｍ≦Ｄ≦２０μｍとし、
   前記基板に凹凸面を形成する工程では、前記基板の凹凸面の凸部同士の平均間隔Ｓを１／２Ｄ≦Ｓ≦１０Ｄとし、かつ、表面粗さＲａを１／２Ｄ≦Ｒａとすることを特徴とする蛍光体素子の製造方法。
5. 請求項４に記載の蛍光体素子の製造方法において、
   前記基板に凹凸面を形成する工程では、前記平均間隔ＳをＤ≦Ｓ≦５Ｄとし、かつ、前記表面粗さＲａをＤ≦Ｒａ≦１０Ｄとすることを特徴とする蛍光体素子の製造方法。

Images