JP2015179719A - 蛍光体板、発光装置及び蛍光体板の製造方法、発光装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、前記した発光装置を製造する発光装置の製造方法において、前記した蛍光体板を製造して準備すると共に、基板上に半導体層を積層して複数の発光素子を製造して準備する準備工程と、前記蛍光体板のいずれか1つの酸化物相と同じ成分で形成された前記基板とを接合する接合工程と、前記蛍光体板と前記基板を接合した接合体を発光素子ごとに切断して個片化する個片化工程と、を含むこととした。
蛍光体板及び発光装置は、蛍光物質含有バインダを第2の光変換部に選択的に備えることができるので、光取出し効率を維持しながら混色する光の自由度の制限を緩和することができ、蛍光物質の使用制限も緩和することができる。
図1に示すように、蛍光体板1は、第1の光変換部4と、第2の光変換部6とが凝固体として連続して一体で設けられている。そして、蛍光体板1において、第1の光変換部4は、単一金属酸化物及び複合金属酸化物から選択される酸化物を含む複数(図1で図示するものは2つ)の酸化物相2,3が断面視において斑状となる凝固体として形成されている。さらに、蛍光体板1において、第2の光変換部6は、前記した酸化物の1つである酸化物相2と、蛍光物質5a及びその蛍光物質5aのバインダ5bを含む相(以下、「蛍光物質含有バインダ相」という。)5が断面視において斑状となる凝固体として形成されている。
なお、複合金属酸化物相3に添加される蛍光物質3aは、凝固体として形成するときの温度に耐えることができるものが使用される。
蛍光物質5aは、前記した蛍光物質3aと同じものを使用することができ、一般的に用いられる酸化物、窒化物、酸窒化物等を用いることができる。そのような蛍光物質5aとして、例えば、YAG(イットリウム・アルミニウム・ガーネット)をCe等で賦活したYAG系蛍光体や、Eu、Ce等のランタノイド系元素で賦活した窒化物系蛍光体、酸窒化物系蛍光体等が挙げられる。なお、蛍光物質含有バインダ5の蛍光物質5aは、凝固体を形成するような温度をかけることがないので、例えば、次のようなものをさらに使用できる。すなわち、組成式がSi6-zAlzOzN8-z:Eu(0<z<4.2)で示されるEu付活βサイアロン蛍光体、MGa2S4:Eu(M=Mg,Ca,Sr,Ba)で示されるEu付活チオガレート蛍光体、(Y,Lu)3(Al,Ga)5O12:Ceで示される希土類アルミン酸塩蛍光体、La3Si6N11:Ceで表されるランタンシリコンナイトライド系蛍光体、例えば、K2SiF6:Mn4+、K2TiF6:Mn4+、K2Si0.5Ge0.5F6:Mn4+等の組成を有する、Mn4+で付活されたフッ化物蛍光体も挙げることができる。
これらの蛍光物質3aを単数あるいは複数種組み合わせて幅広い種類のものを使用することができる。
以上説明したように、蛍光体板1は、少なくとも第1の酸化物相2と第2の酸化物相3とを含む複数の酸化物相が斑状に設けられた第1の光変換部4と、第1の酸化物相2と同じ成分の酸化物相2と蛍光物質含有バインダ相5とが斑状に設けられた第2の光変換部6とを備えることにより、光取出し効率を維持して、蛍光物質の使用制限も緩和することができる。
次に、蛍光体板1の製造方法について説明する。
蛍光体板1では、第1の光変換部4を構成する凝固体は、蛍光物質と原料金属酸化物の混合物を融解した後に、凝固させることで作製される。例えば、所定温度に保持したルツボに仕込んだ溶融物を、冷却温度を制御しながら冷却凝結させる簡単な方法で凝固体を得ることができるが、最も好ましいのは一方向凝固法により作製されたものである。一方向凝固をおこなうことにより含まれる結晶相が単結晶状態、またはそれに類似の状態で連続的に成長し、各相が単一の結晶方位となるためである。
図2(a)、図4(a)に示すように、すべての状態が第1の光変換部4である構成の凝固体Cを準備する。凝固体Cは、蛍光物質と酸化物を混合した混合物を溶融した後に凝固させることにより、断面視で斑状に設けられた複数の酸化物相を有するように形成され(凝固体形成工程)、準備される。
図2(b)に示すように、第1の光変換部4のみの凝固体Cの一方の面に、例えば、CVDにてSiO2のマスクMsを形成する(マスク形成工程)。
つぎに、図3(a)に示すように、凝固体Cの空隙E側から、結着剤5bとなる樹脂と蛍光物質5aの蛍光粉末とを混合した蛍光粉末樹脂混合材料Pzを塗布する(例えば、キャスト法)(塗布工程)。
さらに、図3(b)に示すように、蛍光粉末樹脂混合材料Pzを塗布した凝固体Cを真空引きできる減圧装置Va(例えば、真空ポンプ)内に配置して真空引きする(減圧状態下に置く)ことで、空隙Eに蛍光粉末樹脂混合材料Pzを含浸させて充填する(含浸工程)。
以上のような各工程により、単一金属酸化物相2及び複合金属酸化物相3の第1の光変換部4と、単一金属酸化物相2及び蛍光物質含有バインダ相5の第2の光変換部6とを備える蛍光体板1を製造することができる。つまり、蛍光体板1は、単一金属酸化物及び複合金属酸化物から選択された酸化物からなる複数の酸化物相2,3(少なくとも第1の酸化物相と第2の酸化物相とを含む複数の酸化物相)が断面視で斑状である凝固体において、第2の酸化物相である複合金属酸化物相3が、板厚方向の所定深さまで蛍光物質含有バインダ5に置き換えられることで形成されている。そして、蛍光体板1は、その置き換えられた蛍光物質含有バインダ相5の位置までを第2の光変換部6とし、残留している複合金属酸化物相3までの範囲(ここでは凝固体の板厚方向の略半分)を第1の光変換部4としている。
図5(a)に示すように、蛍光体板1Aは、単一金属酸化物相2及び複合金属酸化物相3を有する第1の光変換部4と、この第1の光変換部4の一方の面に連続し、単一金属酸化物相2及び蛍光物質含有バインダ相5を有する第2の光変換部6と、第1の光変換部4の他方の面に連続し、単一金属酸化物相2及び蛍光物質含有バインダ相15を有する第3の光変換部16とを備える構成としても構わない。
図5(b)に示すように、蛍光体板1Bは、単一金属酸化物相2及び蛍光物質含有バインダ相15を備える第1の光変換部16A(既に説明した第3の光変換部16と同じ構成)と、単一金属酸化物相2及び蛍光物質含有バインダ相5を備える第2の光変換部6とを備えている。この蛍光体板1Bは、予め凝固体Cに単一金属酸化物相2と共に形成されていた複合金属酸化物相3を板厚方向において全部エッチングで除去した空隙Eに、蛍光物質含有バインダ相15と、蛍光物質含有バインダ相5とが連続するように形成されたものである。
図6に示すように、蛍光体板1と、発光素子12とを接合して発光装置10の構成としている。発光装置10は、発光素子12と、この発光素子12の基板11と、この基板11に接合される蛍光体板1とを備えている。そして、発光素子12では、例えば、透光性のサファイア基板を基板11として使用している。なお、図6(a)、(b)では、複数の発光素子(発光素子群)12を形成したウエハから個別の発光素子12に切断された後の状態を示している。
この発光装置10は、発光素子12の基板11に接続された蛍光体板1側の面を光取出面として構成されており、半導体層の材料やその混晶度の選択により、発光波長を紫外光から赤外光まで種々選択することができ、さらに、蛍光体板1により光を混色して調整することができるものである。
この支持基板付発光装置20は、発光装置10のn側パッド電極13及びp側パッド電極14を支持基板21の実装位置に接合し、発光装置10の下方及び側面に白樹脂22を設けることで構成されている。
この支持基板付発光装置20は、例えば、支持基板21に発光装置10を複数実装し、各発光装置10の間に樹脂を充填して発光装置10の上端と揃えて硬化させ、その後個片化することで支持基板付発光装置20を製造することができる。なお、支持基板付発光装置20は、例えば、一つあるいは複数を並列させて用いることで車載外装用として使用することができる。
なお、前記した発光素子12の基板11と蛍光体板1との接合方法において、原子拡散接合とは、互いの部材の接合面に超高真空中で微細結晶膜を形成し、それらの薄膜を真空中で重ね合わせて接合する方法である。さらに、水酸基接合とは、接合対象である部材の接合面に親水化処理を施すことにより水酸基(OH基)を形成し、接合面を接触させることにより互いの水酸基同士を水素結合させて接合する方法である。
さらに、蛍光体板1,1A〜1Dは、単一金属酸化物及び複合金属酸化物の酸化物相が3次元的に相互に絡み合って形成されている既存の蛍光体板からエッチングして空隙Eを設けて蛍光物質含有バインダ5を含浸させて形成したが、第1の光変換部と、第2の光変換部、あるいは、第3の光変換部とを共通する酸化物相を備える別々な凝固体として設け、設けた凝固体を直接接合することで蛍光体板を形成しても構わない。
なお、発光装置では、蛍光体板1,1A〜1Dが凝固体の金属酸化物の一方として単一金属酸化物でその単一金属酸化物がAl2O3の単結晶である例として説明したが、発光装置の基板と同一の材料を蛍光体板1,1A〜1Dの基板を接合する側に備える場合であれば、前記した以外の材料であってもよく、限定されるものではない。また、発光装置では、基板と接合する材料を蛍光体板1,1A〜1Dの接合する側に備えていことがより好ましいが、互いに接合する材料が異なる材料であっても構わない。
さらに、第1の光変換部と第2の光変換部との板厚方向の割合、及び、第1の光変換部〜第3の光変換部までのそれぞれの板厚方向の割合は、均等であることや、任意に設定される構成であっても構わない。
また、蛍光体板1,1A〜1Dでは、断面視において斑状に絡み合った酸化物相(2,3)の間に他の酸化物相が存在する事もある。そして、斑状とは、不規則な相(2,3あるいは2,5等)が互いに絡み合って3次元方向に連続あるいは非連続になっている状態である。
また、蛍光体板の製造方法において、前記したように予め準備される凝固体を切断し、切断した一方の凝固体における一方の酸化物相をエッチングで除去し蛍光物質含有バインダを充填することとしてもよい。そして、蛍光物質含有バインダ相を形成した後に、切断した他方の凝固体と接合する手順を行う。この製造方法で切断する凝固体の位置は、充填したい蛍光物質含有バインダ相の範囲が予め分かっていたときにその範囲で設定することができる。したがって、この製造方法では、光を混色する自由度をさらに向上することができ、都合がよい。
さらに、蛍光体板の製造方法において、第1の光変換部の蛍光物質含有層である複合酸化物相をエッチングにより一部を除去して蛍光物質含有バインダ層にすることとして説明したが、第1の光変換部の酸化物相をエッチングにより除去して蛍光物質含有バインダ相を形成する構成としても構わない。
また、発光装置を製造する製造方法において、蛍光体板1,1A〜1Dを製造し、基板11と先に接合した後に、基板11に半導体層を前記したようにして積層して製造する手順としても構わない。
2 酸化物相、第1の酸化物相(単一金属酸化物相)
3 第2の酸化物相(複合金属酸化物相)
3a 蛍光物質(金属元素酸化物)
4,16A 第1の光変換部
5,15,25 蛍光物質含有バインダ相
5a,15a,25a 蛍光物質
5b 結着剤
6 第2の光変換部
10 発光装置
11 基板
12 発光素子
13 n側パッド電極
14 p側パッド電極
16,26 第3の光変換部
20 支持基板付発光装置
21 支持基板
22 白樹脂
30 接合層
C 凝固体
E 空隙
Ep 層
Hc エッチング液
Ht 加熱装置
Ms マスク
Pz 蛍光粉末樹脂混合材料
Va 減圧装置
Claims (19)
- 酸化物相と蛍光物質含有酸化物相とが断面視で斑状に設けられた第1の光変換部と、
酸化物相と蛍光物質含有バインダ相とが断面視で斑状に設けられた第2の光変換部と、を備えており、
前記第1の光変換部の酸化物相と前記第2光変換部の酸化物相とが少なくとも一部で連続し、
前記第1の光変換部の蛍光物質含有酸化物相と前記第2の光変換部の蛍光物質含有バインダ相とが板厚方向に並んで配置されている蛍光体板。 - 前記第1の光変換部の蛍光物質含有酸化物相と前記第2の変換部の蛍光物質含有バインダ相とが板厚方向に少なくとも一部で連続している請求項1に記載の蛍光体板。
- 前記第1の光変換部の酸化物相に少なくとも一部が連続する酸化物相と、前記第1の光変換部の蛍光物質含有酸化物相に板厚方向で並んで配置されている蛍光物質含有バインダ相とが断面視で斑状である第3の光変換部を、前記第1の光変換部に連続して設けた請求項1又は請求項2に記載の蛍光体板。
- 前記第1の光変換部の蛍光物質含有酸化物相が含有する蛍光物質と、前記第3の光変換部の蛍光物質含有バインダ相の蛍光物質とが異なるものである請求項3に記載の蛍光体板。
- 酸化物相と蛍光物質含有バインダ相とが断面視で斑状に設けられた第1の光変換部と、
酸化物相と蛍光物質含有バインダ相とが断面視で斑状に設けられた第2の光変換部と、を備え、
前記第1の光変換部の酸化物相と前記第2の光変換部の酸化物相とが少なくとも一部で連続して設けられ、
前記第1の光変換部の蛍光物質含有バインダ相と前記第2の光変換部の蛍光物質含有バインダ相とが板厚方向に並んで配置されている蛍光体板。 - 前記第1の光変換部の蛍光物質含有バインダ相と前記第2の光変換部の蛍光物質含有バインダ相とが異なる蛍光物質を含有する請求項5に記載の蛍光体板。
- 前記第1の光変換部の酸化物相に少なくとも一部が連続する酸化物相、及び、前記第1の光変換部の蛍光物質含有バインダ相に板厚方向で並んで配置されている蛍光物質含有バインダ相が断面視で斑状に設けられた第3の光変換部を、前記第1の光変換部に連続して備え、
前記第3の光変換部の蛍光物質含有バインダ相は、前記第1の光変換部の蛍光物質含有バインダ相及び前記第2の光変換部の蛍光物質含有バインダ相のいずれか一方と異なる蛍光物質を含有する請求項5に記載の蛍光体板。 - 前記第1の光変換部の酸化物相の材料がAl2O3を含む請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の蛍光体板。
- 前記第1の光変換部の蛍光物質含有酸化物相に含まれる蛍光物質が希土類アルミン酸塩蛍光体を含む請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の蛍光体板。
- 前記蛍光物質含有バインダ相に含まれる蛍光物質が窒化物系蛍光体または酸窒化物系蛍光体を含む請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の蛍光体板。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の蛍光体板と、基板上に半導体層を積層してなる発光素子とを備え、前記蛍光体板と前記基板とが接合された発光装置。
- 前記基板の材料がAl2O3を含む請求項11に記載の発光装置。
- 前記蛍光体板の酸化物相が複数の酸化物相であるときにその酸化物相の1つが単一金属酸化物である場合の当該単一金属酸化物の材料と前記基板の材料とが同等の成分であり、当該蛍光体板と前記基板とが直接接合により接合されている請求項11又は請求項12に記載の発光装置。
- 前記蛍光体板と、前記基板とを接合層を介して接合した請求項11又は請求項12に記載の発光装置。
- 請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の蛍光体板の製造方法において、
蛍光物質と酸化物の混合物を溶融した後に凝固させることにより、断面視で斑状に設けられた複数の酸化物相を有する凝固体を形成する凝固体形成工程と、
前記凝固体をエッチング液に浸漬して当該凝固体の酸化物相の1つを板厚方向において所定深さまでエッチングすることで空隙を形成するエッチング工程と、
前記空隙が形成された前記凝固体の面に、バインダに蛍光物質を含む蛍光物質含有バインダを塗布する塗布工程と、
前記空隙に前記蛍光物質含有バインダを含浸させる含浸工程と、
前記凝固体に含浸させた蛍光物質含有バインダを硬化させる硬化工程と、を含むこととした蛍光体板の製造方法。 - 前記含浸工程は、前記蛍光物質含有バインダを塗布した凝固体を真空引きすることで行う請求項15に記載の蛍光体板の製造方法。
- 前記エッチング工程の前に前記凝固体の一方の面にマスクを形成するマスク形成工程と、
前記エッチング工程の後で、かつ、前記塗布工程の前に前記マスクを前記凝固体から除去するマスク除去工程と、を行うことを特徴とする請求項15に記載の蛍光体板の製造方法。 - 請求項11から請求項14のいずれか一項に記載の発光装置を製造する発光装置の製造方法において、
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の蛍光体板を製造して準備すると共に、基板上に半導体層を積層して複数の発光素子を製造して準備する準備工程と、
前記蛍光体板のいずれか1つの酸化物相と同じ成分で形成された前記基板と前記蛍光体板とを接合する接合工程と、
前記蛍光体板と前記基板を接合した接合体を発光素子ごとに切断して個片化する個片化工程と、
を含むことを特徴とする発光装置の製造方法。 - 請求項11から請求項14のいずれか一項に記載の発光装置を製造する発光装置の製造方法において、
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の蛍光体板を製造する工程と、
前記蛍光体板のいずれか1つの酸化物相と同じ成分の材料で形成された基板を前記蛍光体板の当該酸化物相側に接合する接合工程と、
接合した前記基板上に半導体層を積層して複数の発光素子を形成する工程と、
前記複数の発光素子を形成した前記基板を前記蛍光体板と共に発光素子ごとに個片化する個片化工程と、
を含むこととした発光装置の製造方法。
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