JP2012059893A - 波長変換部材、光源及び波長変換部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光素子と、波長変換部材とを備え、発光素子から出射され波長変換部材を透過した光と波長変換部材から出射された光との合成光を発する光源の高輝度化を図る。
【解決手段】波長変換部材１０は、無機透光性材料からなる支持層１２と、前記支持層１２の上に接合されており、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなる波長変換層１１とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換部材、それを備える光源及び波長変換部材の製造方法に関する。

近年、例えば、液晶ディスプレイのバックライトなどの用途に用いられる白色光源の開発が盛んに行われている。そのような白色光源の一例として、例えば下記の特許文献１には、青色光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の光出射側にＬＥＤからの光の一部を吸収し、黄色の光を出射する波長変換部材を配置した光源が開示されている。この光源は、青色光と黄色光の合成により白色光を発することができる。

この波長変換部材としては、従来、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させたものが使用されていた。しかしながら、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材では、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、白色光源の輝度が経時的に低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤからの光が、青色光などの波長の短く、エネルギーが強い光である場合は、樹脂が劣化しやすい。

このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献２，３には、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材が提案されている。特許文献２，３に記載の波長変換部材は、樹脂を含まず、無機固体のみから構成されるため、優れた耐熱性及び耐候性を有している。従って、この波長変換部材を用いることにより輝度が低下しにくい白色光源を実現することができる。

また、特許文献２には、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材の一例として、ガラス粉末と無機蛍光体粉末とを含む混合粉末からなる予備成形体を焼成することにより得た焼結体をプレスすることによりドーム状の波長変換部材を作製することが記載されている。

特開２００７−２５２８５号公報 ＷＯ２００９／１０４３５６ Ａ１号公報 特開２００８−０２１８６８号公報

近年、波長変換部材を用いた光源に対する高輝度化の要求が高まってきている。光源を高輝度化するためには、波長変換部材における蛍光体の含有率を高めると共に、波長変換部材の厚みを薄くすることが必要となる。しかしながら、特許文献２，３に記載の波長変換部材では、蛍光体の含有量を多くし、厚みを薄くしてしまうと、十分に高い機械的強度を実現できなくなる。従って、特許文献２，３に記載の波長変換部材では、蛍光体含有量を多くしたり、薄くしたりすることができず、特許文献２，３に記載の波長変換部材を用いたのでは、光源を十分に高輝度化できないという課題がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発光素子と、波長変換部材とを備え、発光素子から出射され波長変換部材を透過した光と波長変換部材から出射された光との合成光を発する光源の高輝度化を図ることにある。

本発明に係る波長変換部材は、支持層と、波長変換層とを有する。支持層は、無機透光性材料からなる。波長変換層は、支持層の上に接合されている。波長変換層は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなる。

本発明では、波長変換層を支持している支持層が設けられているため、波長変換部材の機械的強度の低下を抑制しつつ、波長変換層を薄くしたり、波長変換層における無機蛍光体粉末の含有量を多くしたりすることができる。このため、本発明に係る波長変換部材を用いることによって、高輝度な光源を実現することが可能となる。

また、本発明に係る波長変換部材であれば、波長変換層が薄く、無機蛍光体粉末の含有量が多くすることができるため、波長変換層の機械的強度が低い場合であっても、加熱プレス成形法を用いて、高い形状精度で容易に波長変換部材を成形することができる。

なお、本発明において、「透光性材料」とは、厚みが１ｍｍである場合の波長５５０ｎｍにおける全光線透過率が３０％以上である材料をいう。

本発明において、「ガラス」には、結晶化ガラスが含まれるものとする。

本発明に係る波長変換部材は、曲板状であってもよい。すなわち、本発明に係る波長変換部材は、非平面形状を有していてもよい。具体的には、本発明に係る波長変換部材は、ドーム状または横断面円弧の曲板状であってもよい。この場合は、波長変換層は、支持層の内側の表面上に接合されていることが好ましい。この構成の波長変換部材を用いることによって、光源のさらなる高輝度化を図ることができる。

支持層と波長変換層とは、融着していることが好ましい。この構成によれば、支持層と波長変換層との間の界面における光の反射を抑制することができる。従って、この構成を有する波長変換部材を用いることによって、光源のさらなる高輝度化を図ることができる。

支持層の波長５５０ｎｍにおける全光線透過率は、５０％以上であることが好ましく、特に８０％以上であることがより好ましい。支持層の波長５５０ｎｍにおける全光線透過率が低すぎると、支持層における光吸収率が高くなりすぎ、光源を十分に高輝度化できなくなる場合がある。

無機透光性材料としては、例えば、ガラスが好ましく用いられる。無機透光性材料としてガラスを用いる場合は、無機透光性材料は、波長変換層を構成しているガラスと同種のガラスであることが好ましい。その場合、波長変換層と支持層との密着強度をより高めることができる。また、波長変換層と支持層との間の屈折率差が小さくなるため、波長変換層と支持層との間の界面における光の反射を抑制することができる。従って、光源の輝度をより効果的に向上することができる。

また、無機透光性材料がガラスである場合は、支持層及び波長変換層を構成しているガラスのそれぞれの軟化温度が６００℃以下であることが好ましい。この場合、例えば６００℃以下という低い温度で積層体の加熱プレスを行うことができるため、非平面形状の波長変換部材を加熱プレス成形により好適に製造することができる。また、加熱プレス成形工程において、無機蛍光体粉末の劣化を抑制することができる。また、耐熱性が低い無機蛍光体粉末を用いることも可能となる。

軟化温度が６００℃以下であるガラスとしては、例えば、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３
系ガラスが挙げられる。ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスの具体例としては、ガラスの組成として、モル％で、ＳｎＯ：３５〜８０％、Ｐ_２Ｏ_５：５〜４０％及びＢ_２Ｏ_３：１〜３０％を含有するガラスが挙げられる。そのＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスは、ガラスの組成として、モル％で、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１０％、ＳｉＯ_２：０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、Ｋ_２Ｏ：０〜１０％（但し、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：０〜１０％）、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：０〜１０％、ＳｒＯ：０〜１０％及びＢａＯ：０〜１０％（但し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜１０％）をさらに含有するものであってもよい。

波長変換層の厚みと支持層の厚みとの比（波長変換層の厚み：支持層の厚み）は、１：２〜１：４０の範囲内にあることが好ましい。波長変換層の厚みに対する支持層の厚みの比が小さすぎると、波長変換部材の機械的強度が低くなりすぎる場合がある。一方、波長変換層の厚みに対する支持層の厚みの比が大きすぎると、支持層における光吸収ロスが大きくなり、輝度低下の原因となる場合がある。

波長変換層の厚みは、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましい。波長変換層の厚みを１ｍｍ以下とした場合に、波長変換部材を用いた光源の輝度をより効率的に向上できるためである。波長変換層が厚すぎると、光源の輝度を十分に向上できない場合がある。一方、波長変換層が薄すぎると、波長変換層に含まれている無機蛍光体粉末の量が少なくなりすぎ、所望の波長変換特性が得られなくなる場合がある。

支持層の厚みは、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にあることが好ましい。支持層の厚みが薄すぎると、波長変換部材の機械的強度が低くなりすぎたり、波長変換部材の加熱プレス成形が困難となったりする場合がある。一方、支持層の厚みが厚すぎると、支持層における光吸収ロスが大きくなり、輝度低下の原因となる場合がある。

支持層及び波長変換層を構成しているガラスのそれぞれの屈折率ｎｄは、１．５〜２．１の範囲内にあることが好ましい。ここで、屈折率ｎｄとは、ｄ線（波長が５８９ｎｍの光）に対する屈折率である。

本発明に係る光源は、上記本発明に係る波長変換部材と、波長変換部材に対して、励起光を出射する発光素子とを備えている。

発光素子は、特に限定されないが、好ましく用いられる発光素子の具体例としては、ＬＥＤが挙げられる。

発光素子は、青色光を出射するものであってもよい。この場合、波長変換部材は、青色光の一部を吸収して黄色光を発し、青色光と黄色光との合成光である白色光が光源から出射されるように構成されていることが好ましい。

ここで、「青色光」とは、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域の光をいう。「黄色光」とは、５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの波長域の光をいう。「白色光」とは、色度ｘが０．２５〜０．４５であり、かつ、色度ｙが０．２５〜０．４５の光をいう。

本発明に係る波長変換部材の製造方法は、ガラス粉末と無機蛍光体粉末とを含む成形体を焼成することにより、平板状の波長変換層プリフォームを作製する工程と、無機透光性材料からなる支持層プリフォームと、波長変換層プリフォームとを積層する工程と、支持層プリフォームと波長変換層プリフォームとの積層体を加熱プレスすることにより波長変換部材を成形する工程とを備えている。この方法によれば、上記本発明に係る波長変換部材を高い形状精度で容易に製造することができる。

本発明によれば、発光素子と、波長変換部材とを備え、発光素子から出射され波長変換部材を透過した励起光と波長変換部材から出射された蛍光との合成光を発する光源の高輝度化を図ることができる。

本発明の第１の実施形態に係る光源の略図的断面図である。 本発明の第１の実施形態における波長変換部材の製造工程を説明するための略図的断面図である。 本発明の第２の実施形態における波長変換部材の略図的断面図である。 本発明の第３の実施形態における波長変換部材の略図的斜視図である。 図４の線Ｖ−Ｖにおける略図的断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る光源の略図的断面図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す光源１を例に挙げて説明する。但し、光源１及び光源１に用いられている波長変換部材１０は、単なる例示である。本発明に係る光源及び波長変換部材は、光源１及び波長変換部材１０に何ら限定されない。

図１は、第１の実施形態に係る光源の略図的断面図である。図１に示すように、光源１は、発光素子１３と、波長変換部材１０とを備えている。発光素子１３は、基板１４の上に実装されている。波長変換部材１０は、非平面形状、すなわち曲板状に形成されている。具体的には、波長変換部材１０は、ドーム状に形成されており、発光素子１３を覆うように基板１４に取り付けられている。

発光素子１３は、波長変換部材１０に含まれる無機蛍光体粉末の励起光を出射できるものであれば特に限定されない。発光素子１３は、例えば、ＬＥＤやプラズマ発光素子、エレクトロルミネッセンス発光素子などにより構成することができる。中でも、発光素子１３は、ＬＥＤにより構成されていることが好ましい。

波長変換部材１０は、それぞれドーム状に形成されている波長変換層１１と支持層１２とを有している。

支持層１２は、発光素子１３からの励起光、及び波長変換部材１０からの蛍光を透過させる無機透光性材料からなる。無機透光性材料の具体例としては、透光性セラミックスやガラスなどが挙げられる。本実施形態では、具体的には、支持層１２は、無機蛍光体粉末を含有しないガラスにより形成されている。

支持層１２の波長５５０ｎｍにおける全光線透過率は、３０％以上であることが好ましい。そうすることによって、光源１の輝度を高めることができる。

支持層１２の厚みは、特に限定されない。本実施形態では、支持層１２の厚みは、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内とされている。支持層１２の外形寸法は、１ｍｍ以上であることが好ましく、５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内であることが好ましく、８ｍｍ〜１３ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。

波長変換層１１は、支持層１２の内表面１２ａ上に接合されている。このため、波長変
換層１１は、支持層１２よりも発光素子１３側に配置されている。波長変換層１１と支持層１２との接合方法は特に限定されない。波長変換層１１と支持層１２とは、例えば、接着剤や粘着剤を用いて互いに接合されていてもよいし、融着されていてもよい。以下、本実施形態では、波長変換層１１と支持層１２とが融着されている例について説明する。

波長変換層１１の厚みは、特に限定されない。本実施形態では、波長変換層１１の厚みは、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内とされている。

波長変換層１１は、無機蛍光体粉末が分散しているガラスにより形成されている。無機蛍光体粉末は、発光素子１３から出射される光を受光し、受光した光とは異なる波長の光を出射するものである。

無機蛍光体粉末は、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、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなるものとすることができる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体としては、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ^２＋、ＺｎＳ：Ａｌ^３＋，Ｃｕ^＋、ＣａＳ：Ｓｎ^２＋、ＣａＳ：Ｓｎ^２＋，Ｆ、ＣａＳＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｍｎ^２＋、ＬｉＡｌＯ_２：Ｍｎ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ^＋，Ｃｌ⁻、Ｃａ_３ＷＯ_６：Ｕ、Ｃａ_３ＳｉＯ_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_０．２Ｂａ_０．７Ｃｌ_１．１Ａｌ_２Ｏ_３．４５：Ｃｅ^３＋，Ｍｎ^２＋、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２Ｌｉ_２Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、ＺｎＯ：Ｓ、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｃａ_２Ｂａ_３（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、ＢａＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｕ、Ｓｒ_３ＷＯ_６：Ｕ、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＳＯ_４：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳ：Ｐ、ＺｎＳ：Ｐ^３−，Ｃｌ⁻、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体としては、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｂａ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｕ、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体としては、ＣａＳ：Ｙｂ^２＋，Ｃｌ、Ｇｄ_３Ｇａ_４Ｏ_１２：Ｃｒ^３＋、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｍｎ^２＋、Ｎａ（Ｍｇ，Ｍｎ）_２ＬｉＳｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｓｎ^２＋、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｒ^３＋、ＳｒＢ_８Ｏ_１３：Ｓｍ^２＋、ＭｇＳｒ_３Ｓｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、α−ＳｒＯ・３Ｂ_２Ｏ_３：Ｓｍ^２＋、ＺｎＳ−ＣｄＳ、ＺｎＳｅ：Ｃｕ^＋，Ｃｌ、ＺｎＧａ_２Ｓ_４：Ｍｎ^２＋、ＺｎＯ：Ｂｉ^３＋、ＢａＳ：Ａｕ，Ｋ、ＺｎＳ：Ｐｂ^２＋、ＺｎＳ：Ｓｎ^２＋，Ｌｉ^＋、ＺｎＳ：Ｐｂ，Ｃｕ、ＣａＴｉＯ_３：Ｐｒ^３＋、ＣａＴｉＯ_３：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、（Ｙ、Ｇｄ）_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、ＣａＳ：Ｐｂ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＹＰＯ_４：Ｅｕ^３＋、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｙ（Ｐ、Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＳｒＡｌ_４Ｏ_７：Ｅｕ^３＋、ＣａＹＡｌＯ_４：Ｅｕ^３＋、ＬａＯ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＬｉＷ_２Ｏ_８：Ｅｕ^３＋，Ｓｍ^３＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体としては、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋，Ｔｅ^２＋、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４：Ｍｎ^４＋、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＳｒＳ：Ｅｕ^２＋、ＣａＳ：Ｅｕ^２＋、Ｎａ_１．２３Ｋ_０．４２Ｅｕ_０．１２ＴｉＳｉ_４Ｏ_１１、Ｎａ_１．２３Ｋ_０．４２Ｅｕ_０．１２ＴｉＳｉ_５Ｏ_１３：Ｅｕ^３＋、ＣｄＳ：Ｉｎ，Ｔｅ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、ＣａＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、Ｅｕ_２Ｗ_２Ｏ_７などが挙げられる。

なお、励起光や発光の波長域に合わせて、複数種類の無機蛍光体粉末を混合して用いてもよい。

無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は、特に限定されないが、例えば、１μｍ〜５０μｍ程度であることが好ましく、５μｍ〜２５μｍ程度であることがより好ましい。無機蛍光体粉末の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均一になる場合がある。一方、無機蛍光体粉末の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。

波長変換層１１における無機蛍光体粉末の含有量は、特に限定されず、発光素子１３から出射される光の強度、無機蛍光体粉末の発光特性、得ようとする光の色度などに応じて適宜設定することができる。波長変換層１１における無機蛍光体粉末の含有量は、一般的には、例えば、０．０１質量％〜３０重量％程度とすることができ、０．０５質量％〜２０質量％であることが好ましく、０．０８質量％〜１５質量％であることがさらに好ましい。波長変換層１１における無機蛍光体粉末の含有量が多すぎると、波長変換層１１における気孔率が高くなり、光源１の発光強度が低下してしまう場合がある。一方、波長変換層１１における無機蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、十分に強い蛍光が得られなくなる場合がある。

波長変換層１１に含まれる分散媒としてのガラスは、無機蛍光体粉末を好適に分散できるものであれば特に限定されない。波長変換層１１に含まれるガラスは、例えば、珪酸塩系ガラス、硼珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどであってもよい。硼リン酸塩系ガラスの具体例としては、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスが挙げられる。硼珪酸塩系ガラスの具体例としては、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＴｉＯ_２−ＺｎＯ−Ｎｂ_２Ｏ_５系ガラスなどが挙げられる。

但し、波長変換層１１に含まれるガラスは、支持層１２を構成しているガラスと同種のガラスであることが好ましい。この場合、波長変換層１１と支持層１２との密着強度を高めることができる。また、波長変換層１１と支持層１２との間の屈折率差を小さくできる
。このため、波長変換層１１と支持層１２との間の界面における光の反射を抑制することができる。その結果、光源１の発光強度を高めることができる。同様の理由により、波長変換層１１と支持層１２とを異種のガラスにより形成する場合は、波長変換層１１と支持層１２との屈折率差が、０．５以下であることが好ましく、０．３以下であることがより好ましい。

なお、支持層１２及び波長変換層１１を構成しているガラスの屈折率は、１．５〜２．１程度であることが好ましい。

本実施形態の光源１では、発光素子１３から、波長変換部材１０に向けて、波長変換層１１に含まれる無機蛍光体粉末の励起光が出射される。この励起光の一部は、波長変換部材１０を透過する一方、他の一部は、波長変換部材１０に吸収される。この吸収された光によって、波長変換層１１に含まれている無機蛍光体粉末が励起され、無機蛍光体粉末から異なる波長の光が出射される。この無機蛍光体粉末から出射された光と、発光素子１３から出射され波長変換部材１０を透過した光との合成光が光源１から出射される。

このため、例えば、発光素子１３として、青色光を出射するＬＥＤを用い、青色光を吸収し、黄色光を発光する波長変換部材１０を用いることにより、例えば、液晶ディスプレイの光源として有用な白色光光源１を実現することができる。

次に、波長変換部材１０の製造方法の一例について、図２を参照しながら説明する。

まず、ガラス粉末と無機蛍光体粉末とを含む成形体を作製する。成形体の作製は、例えば、ガラス粉末と無機蛍光体粉末との混合粉末を所定の形状にプレスして押し固めることにより行うことができる。次に、その成形体を焼成することにより、無機蛍光体粉末が分散したガラスからなる平板状の波長変換層プリフォーム２１を作製する。この波長変換層プリフォーム２１と、ガラス製の支持層プリフォーム２０とを積層し、その積層体２４を一対の成形型２２，２３を用いて加熱プレスすることにより波長変換部材１０を成形することができる。この方法によれば、波長変換部材１０を高い形状精度で容易に製造することができる。

なお、成形体の焼成温度は、成形体を構成するガラス粉末の組成や無機蛍光体粉末の種類等によって適宜設定することができる。焼成温度は、一般的には、６００℃以下であることが好ましく、５００℃以下であることがより好ましく、４００℃以下であることがさらに好ましい。成形体の焼成温度を低くするほど、無機蛍光体粉末の劣化を抑制できるためである。

また、成形体の焼成は、減圧雰囲気中で行うことが好ましい。具体的には、成形体の焼成は、１．０１３×１０^５Ｐａ未満で行うことが好ましく、１０００Ｐａ以下で行うことがより好ましく、４００Ｐａ以下で行うことがさらに好ましい。そうすることによって、波長変換層１１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、光源１の輝度をより高めることができる。なお、焼成工程全体を減圧雰囲気中で行ってもよいし、例えば焼成工程のみを減圧雰囲気中で行い、その前後の昇温工程や降温工程を減圧雰囲気ではない雰囲気で行ってもよい。

上記製造方法においては、積層体２４の加熱プレスを低温で行うことが好ましい。無機蛍光体粉末の劣化を抑制できるためである。また、加熱プレス時の温度が低い場合は、例えばシリケート系の無機蛍光体粉末や窒化物系の無機蛍光体粉末などの耐熱性が低い無機蛍光体粉末の使用が可能となる。具体的には、積層体２４の加熱プレスを６００℃以下の温度で行うことが好ましく、５００℃以下の温度で行うことがより好ましく、４００℃以
下の温度で行うことがさらに好ましい。このような低温での加熱プレスを実現する観点からは、支持層１２及び波長変換層１１を構成しているガラスの軟化温度は、６００℃以下であることが好ましく、５００℃以下の温度で行うことがより好ましく、４００℃以下の温度で行うことがさらに好ましい。

軟化温度が６００℃以下であるガラスとしては、例えば、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスが挙げられる。ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスの具体例としては、ガラスの組成として、モル％で、ＳｎＯ：３５〜８０％、Ｐ_２Ｏ_５：５〜４０％及びＢ_２Ｏ_３：１〜３０％を含有するガラスが挙げられる。そのＳｎＯ−Ｐ_２０_５−Ｂ_２０_３系ガラスは、ガラスの組成として、モル％で、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１０％、ＳｉＯ_２：０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、Ｋ_２Ｏ：０〜１０％（但し、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：０〜１０％）、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：０〜１０％、ＳｒＯ：０〜１０％及びＢａＯ：０〜１０％（但し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜１０％）をさらに含有するものであってもよい。

ＳｎＯはガラスの骨格を形成するとともに、軟化点を下げる成分である。ＳｎＯの含有量は、３５モル％〜８０モル％であることが好ましく、５０モル％〜７０モル％であることがより好ましく、５５モル％〜６５モル％であることがさらに好ましい。ＳｎＯの含有量が少なくなると、ガラスの軟化点が上昇する傾向にある。このため、上記加熱プレス時の温度や焼成時の温度が高くなり、無機蛍光体粉末が劣化してしまう場合がある。一方、ＳｎＯの含有量が多くなると、ガラスが失透しやすくなり、ガラスの全光線透過率が低くなってしまう場合がある。

Ｐ_２Ｏ_５はガラスの骨格を形成する成分である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量は５モル％〜４０モル％であることが好ましく、１０モル％〜３０モル％であることがより好ましく、１５モル％〜２４モル％であることがさらに好ましい。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が少な過ぎると、ガラスが不安定になる場合がある。一方、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多くなると、ガラスの軟化点が上昇する傾向にある。また、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多くなると、耐候性が低下する場合がある。

Ｂ_２Ｏ_３は、耐候性を向上させる成分である。また、Ｂ_２Ｏ_３は、ガラスを安定化させる成分でもある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、１モル％〜３０モル％であることが好ましく、２モル％〜２０モル％であることがより好ましく、４モル％〜１８モル％であることがさらに好ましい。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、ガラスが不安定となる場合がある。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、耐候性が低下してしまう場合がある。また、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、ガラスの軟化点が上昇する傾向にある。

Ａｌ_２Ｏ_３は、ガラスを安定化させる成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、０モル％〜１０モル％であることが好ましく、０モル％〜７モル％であることがより好ましく、１モル％〜５モル％であることがさらに好ましい。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多くなりすぎると、ガラスの軟化点が上昇する傾向にある。

ＳｉＯ_２は、耐候性を向上させる成分である。ＳｉＯ_２の含有量は、０モル％〜１０モル％であることが好ましく、０モル％〜７モル％であることがより好ましく、０モル％〜５モル％であることがさらに好ましい。ＳｉＯ_２の含有量が多くなりすぎると、ガラスの軟化点が高くなりすぎる場合がある。また、ＳｉＯ_２の含有量が多くなりすぎると、ガラスが分相しやすくなる場合がある。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏなどのアルカリ金属酸化成分は、ガラスの軟化点を低下させるとともに、ガラスを安定化させる成分である。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの含有量
は、それぞれ、０モル％〜１０モル％であることが好ましく、０モル％〜７モル％であることがより好ましく、０モル％〜５モル％であることがさらに好ましい。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏ各含有量が多くなりすぎると、ガラスが不安定になってしまう場合がある。なお、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏは、合量で、０モル％〜１０モル％であることが好ましく、０モル％〜７モル％であることがより好ましく、１モル％〜５モル％であることがさらに好ましい。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ、Ｋ_２Ｏの合量が多くなりすぎると、ガラスが不安定になってしまう場合がある。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯなどのアルカリ土類金属酸化物は、ガラスを安定化させる成分である。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯのそれぞれの含有量は、０モル％〜１０モル％であることが好ましく、０モル％〜７モル％であることがより好ましく、０モル％〜５モル％であることがさらに好ましい。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの各含有量が多くなりすぎると、ガラスが不安定になり、失透しやすくなる場合がある。なお、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯは、合量で、０モル％〜１０モル％であることが好ましく、０モル％〜７モル％であることがより好ましく、０モル％〜５モル％であることがさらに好ましい。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯの合量が多くなりすぎると、ガラスが不安定となり、失透しやすくなる場合がある。

また、支持層１２及び波長変換層１１を構成しているガラスには、上記成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲で種々の成分を添加することができる。具体的には、支持層１２及び波長変換層１１を構成しているガラスには、例えば、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３及びＬａ_２Ｏ_３の少なくとも一つの成分を、合量で１０％まで添加してもよい。

また、上記加熱プレス成形は、中性雰囲気または還元雰囲気中で行うことが好ましい。そうすることにより、無機蛍光体粉末の劣化をより効果的に抑制することができる。中性雰囲気の具体例としては、例えば、Ａｒなどの不活性ガス雰囲気やＮ_２雰囲気などが挙げられる。還元雰囲気の具体例としては、例えば、Ｈ_２雰囲気やＣＯ雰囲気などが挙げられる。

成形型２２，２３は、積層体２４の熱膨張係数と似通った熱膨張係数を有するものであることが好ましい。そうすることにより、成形型２２，２３からの波長変換部材１０の離型性を高めることができる。具体的には、成形型２２，２３の熱膨張係数と積層体２４の熱膨張係数との差は、５０×１０^−７／℃以下であることが好ましく、３０×１０^−７／℃以下であることがより好ましく、２５×１０^−７／℃以下であることがさらに好ましい。

以上説明したように、本実施形態では、波長変換層１１を支持している支持層１２が設けられている。このため、波長変換部材１０の機械的強度の低下を抑制しつつ、無機蛍光体粉末を含む波長変換層１１を薄くできると共に、波長変換層１１における無機蛍光体粉末の含有量を高めることができる。従って、光源１の発光強度を高めることができる。

また、例えば、支持層を設けない場合と比べて、加熱プレス成形による波長変換部材１０の製造工程において割れや欠けの発生を抑制することができる。従って、本実施形態の波長変換部材１０は、加熱プレス成形によって好適に製造することができる。

特に、本実施形態では、波長変換層の厚みと支持層の厚みとの比（波長変換層の厚み：支持層の厚み）が１：２〜１：４０の範囲内とされているため、波長変換部材１０の機械的強度の低下をより効果的に抑制することができる。

また、支持層１２の厚みが０．１ｍｍ以上とされているため、波長変換部材１０の機械的強度の低下をより効果的に抑制することができる。波長変換部材１０の機械的強度を高める観点からは、支持層１２が厚いことが好ましい。但し、支持層１２が厚すぎると、支持層１２における光吸収率が高くなる傾向にある。従って、支持層１２の厚みは、２ｍｍ以下であることが好ましい。

また、本実施形態では、波長変換層１１の厚みが１ｍｍ以下とされているため、光源１の発光強度をより効果的に高めることができる。光源１の発光強度をさらに高める観点からは、波長変換層１１がさらに薄いことが好ましい。但し、波長変換層１１が薄すぎると、波長変換層１１から出射する蛍光の強度が小さくなりすぎる場合がある。従って、波長変換層１１の厚みは、０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。

また、本実施形態では、波長変換層１１と支持層１２とが融着している。従って、波長変換層１１と支持層１２との間の界面における光の反射を抑制することができる。従って、光源１の発光強度をより効果的に高めることができる。

また、本実施形態では、波長変換層１１は、支持層１２よりも発光素子１３側に配置されている。このため、光源１の発光強度をより高めることができる。これは、発光素子１３からの光を波長変換層１１に効率的に供給できるためであると考えられる。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参酌し、説明を省略する。

（第２及び第３の実施形態）
図３は、第２の実施形態における波長変換部材の略図的断面図である。図４は、第３の実施形態における波長変換部材の略図的斜視図である。図５は、図４の線Ｖ−Ｖにおける略図的断面図である。

上記第１の実施例では、波長変換部材１０がドーム状に形成されている例について説明した。但し、本発明において、波長変換部材の形状は、特に限定されない。波長変換部材は、例えば平板状であってもよい。また、図３に示すように、波長変換部材１０は、互いに対向する２対の壁部と、天板部とを有する有底角柱状に形成されていてもよい。また、図４及び図５に示すように、波長変換部材１０は、横断面が円弧状である曲板状に形成されていてもよい。

（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る光源の略図的断面図である。

上記第１の実施形態では、波長変換層１１が支持層１２の内表面１２ａの上に形成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。波長変換層１１は、例えば図６に示すように、支持層１２の外表面１２ｂの上に形成されていてもよい。すなわち、波長変換層１１は、支持層１２よりも発光素子１３とは反対側に設けられていてもよい。

（実施例１）
モル％で、ＳｎＯ：６２％、Ｐ２Ｏ５：２２％、Ｂ２Ｏ３：１１％、Ａｌ２Ｏ３：２％、ＭｇＯ：３％の組成を有するバッチを坩堝内で１０００℃で２時間加熱した。その後、得られた溶融ガラスの一部をロール成形することにより、ガラスフィルムを作製した。また、溶融ガラスの残りの一部をカーボン枠内に鋳込むことにより、ガラスブロックを作製
した。

得られたガラスブロックを、所定の大きさに切り出し、３０℃〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数をディラトメーターを用いて測定した。その結果、ガラスの熱膨張係数は１４０×１０^−７／℃であった。

次に、上記作製のガラスフィルムを、らいかい機を用いて１５分間粉砕した後に、１００μｍのふるいに通してガラス粉末（Ｄ_５０：１４μｍ、Ｄｍａｘ：１４５μｍ）を得た。得られたガラス粉末に対して、バリウムシリケート系黄色蛍光体粉末を添加して混合粉末を作製した。この混合粉末をプレス成形することにより、成形体を作製した。なお、この成形体における無機蛍光体粉末の含有量は、２０質量％とした。

次に、成形体を、２００Ｐａの減圧雰囲気中において４００℃で３０分間焼結し、その後、切断加工を行うことにより、直径１３ｍｍ、厚み０．４ｍｍの円板状の波長変換層プリフォームを作製した。

また、上記作製のガラスブロックから、直径１３ｍｍ、厚み１．０ｍｍの円板状のガラス板（支持層プリフォーム）を切り出した。

次に、支持層プリフォームと波長変換層プリフォームとの積層体を、ＳＹＳ製の精密ガラスプレス装置を用いて窒素雰囲気中、３６０℃で加熱プレス成形した。これにより、波長変換層が内側に位置しており、波長変換層の厚みが０．３ｍｍであり、厚み１ｍｍ、深さ６ｍｍのドーム状の波長変換部材を作製した。なお、加熱プレス成形には、タングステンカーバイト製の凹型と、ステンレス製の凸型とを用いた。凹型及び凸型の３０℃〜３８０℃の温度範囲における熱膨張係数は、それぞれ、６０×１０^−７／℃、１６０×１０^−７／℃であった。

作製した波長変換部材の形状等を下記の表１にまとめる。

（比較例１）
蛍光体粉末の含有量を７質量％とし、波長変換層の厚みを１ｍｍとし、支持層を設けなかったこと以外は、上記実施例１と同様にして波長変換部材を作製した。

（比較例２）
波長変換層の厚みを０．３ｍｍとしたこと以外は、上記比較例１と同様にして波長変換部材を作製しようとした。しかしながら、加熱プレス成形時において破損してしまい、波長変換部材を作製することはできなかった。

（発光強度評価）
上記実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて作製した波長変換部材に、ＬＥＤを用いて、波長が４６０ｎｍの青色光を照射し、オーシャンフォトニクス製、小型分光器（ＵＳＢ２０００）を用いて、その際に得られた光の色度及び全光束値を測定した。結果を下記の表１に示す。

上記表１に示すように、支持層を設け、波長変換層の厚みを薄くすることによって、得られる全光束値を大きくできることが分かる。

１…光源
１０…波長変換部材
１１…波長変換層
１２…支持層
１２ａ…内表面
１２ｂ…外表面
１３…発光素子
１４…基板
２０…支持層プリフォーム
２１…波長変換層プリフォーム
２２，２３…成形型
２４…積層体

Claims (21)

1. 無機透光性材料からなる支持層と、
   前記支持層の上に接合されており、無機蛍光体粉末が分散しているガラスからなる波長変換層と、
   を備える波長変換部材。
2. 前記支持層と前記波長変換層とが融着している、請求項１に記載の波長変換部材。
3. 曲板状である、請求項１に記載の波長変換部材。
4. ドーム状または横断面円弧の曲板状である、請求項３に記載の波長変換部材。
5. 前記波長変換層は、前記支持層の内側の表面上に接合されている、請求項４に記載の波長変換部材。
6. 前記無機透光性材料は、ガラスである、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
7. 前記無機透光性材料は、前記波長変換層を構成しているガラスと同種のガラスである、請求項６に記載の波長変換部材。
8. 前記波長変換層の厚みと前記支持層の厚みとの比（前記波長変換層の厚み：前記支持層の厚み）は、１：２〜１：４０の範囲内にある、請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長変換部材。
9. 前記波長変換層の厚みは、０．０５ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にある、請求項１〜８のいずれか一項に記載の波長変換部材。
10. 前記支持層の厚みは、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲内にある、請求項１〜９のいずれか一項に記載の波長変換部材。
11. 前記支持層の波長５５０ｎｍにおける全光線透過率が５０％以上である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の波長変換部材。
12. 前記支持層及び前記波長変換層を構成しているガラスのそれぞれの屈折率ｎｄが１．５〜２．１の範囲内にある、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の波長変換部材。
13. 前記支持層及び前記波長変換層を構成しているガラスのそれぞれの軟化温度が６００℃以下である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の波長変換部材。
14. 前記支持層及び前記波長変換層を構成しているガラスのそれぞれは、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスである、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
15. 前記支持層及び前記波長変換層を構成しているガラスのそれぞれは、ガラスの組成として、モル％で、ＳｎＯ：３５〜８０％、Ｐ_２Ｏ_５：５〜４０％及びＢ_２Ｏ_３：１〜３０％を含有する、請求項１４に記載の波長変換部材。
16. 前記支持層及び前記波長変換層を構成しているガラスのそれぞれは、ガラスの組成として、モル％で、Ａｌ_２Ｏ_３：０〜１０％、ＳｉＯ_２：０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ：０〜１０％
    、Ｎａ_２Ｏ：０〜１０％、Ｋ_２Ｏ：０〜１０％（但し、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ：０〜１０％）、ＭｇＯ：０〜１０％、ＣａＯ：０〜１０％、ＳｒＯ：０〜１０％及びＢａＯ：０〜１０％（但し、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ：０〜１０％）をさらに含有する、請求項１５に記載の波長変換部材。
17. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
    前記波長変換部材に対して、前記波長変換部材の励起光を出射する発光素子と、
    を備える光源。
18. 前記発光素子は、ＬＥＤである、請求項１７に記載の光源。
19. 前記発光素子は、青色光を出射し、
    前記波長変換部材は、前記青色光の一部を吸収して黄色光を発し、
    前記青色光と前記黄色光との合成光である白色光を発する、請求項１７または１８に記載の光源。
20. 請求項１〜１６のいずれか一項に記載の波長変換部材の製造方法であって、
    ガラス粉末と無機蛍光体粉末とを含む成形体を焼成することにより、波長変換層プリフォームを作製する工程と、
    前記無機透光性材料からなる支持層プリフォームと、前記波長変換層プリフォームとを積層する工程と、
    前記支持層プリフォームと前記波長変換層プリフォームとの積層体を加熱プレスすることにより前記波長変換部材を成形する工程と、
    を備える、波長変換部材の製造方法。
21. 前記積層体の加熱プレスを６００℃以下の温度で行う、請求項２０に記載の波長変換部材の製造方法。

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