JP2017085038A - 波長変換素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】波長変換部材からの熱を効率良く放熱部材に伝達することができる波長変換素子の製造方法を提供する。【解決手段】貫通孔３を有する放熱部材２と、上面１ｃ、下面１ｂ及び上面１ｃと下面１ｂとを接続している側面１ａを有し、貫通孔３内に配置される波長変換部材１と、波長変換部材１の少なくとも側面１ａを覆っているガラス層４とを備え、ガラス層４によって貫通孔３の表面３ａと波長変換部材１の側面１ａとが接着されている波長変換素子１０を製造する方法であって、ガラス粉末と、バインダーと、溶剤とを含むガラスペースト５を準備する工程と、貫通孔３内に波長変換部材１を配置する工程と、貫通孔３内に波長変換部材１を配置する前及び／または後に、ガラスペースト５を貫通孔３内に充填することによって、波長変換部材１の少なくとも側面１ａをガラスペースト５で覆う工程と、ガラスペースト５を加熱して、ガラス層４を形成する工程とを備えることを特徴としている。【選択図】図２

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の発する光の波長を別の波長に変換する波長変換素子の製造方法に関するものである。

近年、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の発光装置として、低消費電力、小型軽量、容易な光量調節という観点から、ＬＥＤやＬＤを用いた発光装置に対する注目が高まってきている。そのような次世代発光装置の一例として、例えば特許文献１には、青色光を出射するＬＥＤ上に、ＬＥＤからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材が配置された発光装置が開示されている。この発光装置は、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。

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用いられている。しかしながら、当該波長変換部材を用いた場合、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、発光装置の輝度が低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤが発する熱や高エネルギーの短波長（青色〜紫外）の光によってモールド樹脂が劣化し、変色や変形を起こすという問題がある。

そこで、樹脂に代えてガラスマトリクス中に蛍光体を分散固定した完全無機固体からなる波長変換部材が提案されている（例えば、特許文献２及び３を参照）。当該波長変換部材は、母材となるガラスがＬＥＤの熱や照射光により劣化しにくく、変色や変形といった問題が生じにくいという特徴を有している。

近年、ハイパワー化を目的として、光源として用いるＬＥＤやＬＤの出力が上昇している。それに伴い、光源の熱や、励起光を照射された蛍光体から発せられる熱により波長変換部材の温度が上昇し、その結果、発光強度が経時的に低下する（温度消光）という問題がある。また、場合によっては、波長変換部材の温度上昇が顕著となり、構成材料（ガラスマトリクス等）が溶解するおそれがある。

そこで、波長変換部材からの熱を放熱するため、波長変換部材の周辺部に、当該波長変換部材より高い熱伝導率を有する放熱部材が設けられた波長変換素子が提案されている（例えば、特許文献４を参照）。特許文献４では、波長変換部材をステンレス製の放熱部材に取り付ける方法として、貫通孔を有する放熱部材の嵌合部に切り込みまたは穴部を形成し、切り込みまたは穴部に低融点ガラスを充填することにより取り付ける方法が挙げられている。

特開２０００−２０８８１５号公報 特開２００３−２５８３０８号公報 特開２００７−０１６１７１号公報 特開２００７−３２３８６１号公報

しかしながら、特許文献４に記載の方法では、波長変換部材と放熱部材との間に隙間が形成され、波長変換部材からの熱が放熱部材に伝達されにくく、高い放熱性を得ることができないという問題がある。

本発明の目的は、波長変換部材からの熱を効率良く放熱部材に伝達することができる波長変換素子の製造方法を提供することにある。

本発明の波長変換素子の製造方法は、貫通孔を有する放熱部材と、上面、下面及び上面と下面とを接続している側面を有し、貫通孔内に配置される波長変換部材と、波長変換部材の少なくとも側面を覆っているガラス層とを備え、ガラス層によって貫通孔の表面と波長変換部材の側面とが接着されている波長変換素子を製造する方法であって、ガラス粉末と、バインダーと、溶剤とを含むガラスペーストを準備する工程と、貫通孔内に波長変換部材を配置する工程と、貫通孔内に波長変換部材を配置する前及び／または後に、ガラスペーストを貫通孔内に充填することによって、波長変換部材の少なくとも側面をガラスペーストで覆う工程と、ガラスペーストを加熱して、ガラス層を形成する工程とを備えることを特徴としている。

ガラスペーストを貫通孔に充填する前に、貫通孔の開放端の一方を封止するように封止部材を配置し、ガラス層を形成する工程の後に封止部材を除去することが好ましい。

貫通孔内に波長変換部材を配置した後に、貫通孔内にガラスペーストを充填して波長変換部材の少なくとも側面をガラスペーストで覆ってもよい。貫通孔内にガラスペーストを充填した後に、貫通孔内に波長変換部材を配置して波長変換部材の少なくとも側面をガラスペーストで覆ってもよい。

さらに、波長変換部材の上面及び下面の少なくとも一方をガラスペーストで覆ってもよい。

貫通孔は、一方端から他方端に向かって拡がるテーパー状の形状に形成されていることが好ましい。その場合、貫通孔に対応した形状を有する波長変換部材を、他方端側から貫通孔内に配置することが好ましい。

波長変換部材は、無機バインダー中に蛍光体の粉末を分散して形成されたものであってもよい。波長変換部材が、多結晶セラミック蛍光体または単結晶セラミック蛍光体からなるものであってもよい。

波長変換部材が、蛍光体層と、蛍光体層より高い熱伝導率を有する透光性放熱層とを交互に積層させた積層体であってもよい。この場合、透光性放熱層は、例えば、透光性セラミックからなる。

本発明において、放熱部材は、例えば、金属またはセラミックから形成されている。

本発明において、ガラス粉末は、例えば、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、スズリン酸塩ガラス、ビスマス酸塩ガラス及びホウケイ酸鉛ガラスから選ばれる少なくとも１種である。

ガラスペーストがセラミック粉末を含み、ガラスペーストにおけるセラミック粉末の含有量が７０体積％以下であることが好ましい。この場合、セラミック粉末は、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化イットリウム及び酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種である。

本発明によれば、波長変換部材からの熱を効率良く放熱部材に伝達することができる波長変換素子を製造することができる。

本発明の第１の実施形態の製造方法で製造される波長変換素子を示す模式的断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の製造方法を説明するための模式的断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の製造方法を説明するための模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態の製造方法で製造される波長変換素子を示す模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態における波長変換部材を示す模式的断面図である。

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

図１は、本発明の第１の実施形態の製造方法で製造される波長変換素子を示す模式的断面図である。図１に示すように、本実施形態の波長変換素子１０は、貫通孔３を有する放熱部材２と、貫通孔３内に配置される波長変換部材１と、波長変換部材１と貫通孔３との間に設けられるガラス層４とを備えている。波長変換部材１は、上面１ｃ、下面１ｂ及び上面１ｃ及び下面１ｂを接続している側面１ａを有する。貫通孔３の表面３ａと波長変換部材１の側面１ａとは、ガラス層４によって接着されている。本実施形態の波長変換部材１は、側面１ａ、下面１ｂ及び上面１ｃがガラス層４により覆われているが、これに限られず、少なくとも側面１ａがガラス層４により覆われていればよい。つまり、波長変換部材１の側面１ａのみがガラス層４に覆われていてもよいし、側面１ａと下面１ｂのみがガラス層４に覆われていてもよいし、側面１ａと上面１ｃのみがガラス層４に覆われていてもよい。

波長変換部材１としては、光源から発せられた励起光により蛍光を発する蛍光体を含むものが挙げられる。このような波長変換部材１としては、無機バインダー中に蛍光体の粉末を分散して形成されたものが挙げられる。無機バインダー中に分散させることにより、蛍光体を均一に分散することができる。無機バインダーとしては、ガラスやポリシラザン等が挙げられる。ガラスとしては、蛍光体の耐熱性を考慮し、軟化点が２５０℃〜１０００℃、さらには３００℃〜８５０℃であるものを用いることが好ましい。ガラスの具体例としては、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス等が挙げられる。

蛍光体は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体の具体例としては、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、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた少なくとも１種が挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光、黄色光または赤色光を蛍光として出射する蛍光体を用いることができる。

蛍光体の平均粒子径（Ｄ_５０）は、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、５μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。蛍光体の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下しやすくなる。一方、蛍光体の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均一になる傾向がある。

波長変換部材１中における蛍光体の含有量は、５体積％〜８０体積％であることが好ましく、１０体積％〜７５体積％であることがより好ましく、２０体積％〜７０体積％であることがさらに好ましい。蛍光体の含有量が少なすぎると、所望の発光強度が得られにくくなる。一方、蛍光体の含有量が多すぎると、波長変換部材１の機械的強度が低下しやすくなる。

波長変換部材１は、無機バインダー等を含まない、実質的に蛍光体のみから構成されたものであってもよい。このようなものとして、具体的には多結晶セラミック蛍光体及び単結晶セラミック蛍光体が挙げられる。これらのセラミック蛍光体は耐熱性に非常に優れるため、励起光の出力が大きくなって高温になった場合であっても、溶解等の不具合が発生しにくい。多結晶セラミック蛍光体及び単結晶セラミック蛍光体としては、例えばＹＡＧセラミック蛍光体等のガーネット系セラミック蛍光体が挙げられる。

波長変換部材１の厚みは、励起光が確実に蛍光体に吸収されるような厚みである範囲において、薄い方が好ましい。その理由としては、波長変換部材１が厚すぎると、波長変換部材１における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低下する傾向があること、及び、波長変換部材１の温度が高くなって、経時的な発光強度の低下や構成材料の溶解が発生しやすくなることが挙げられる。そのため、波長変換部材１の厚みは、２ｍｍ以下であることが好ましく、１ｍｍ以下であることがより好ましく、０．８ｍｍ以下であることがさらに好ましい。波長変換部材１の厚みの下限値は、通常、０．０３ｍｍ程度である。また、出射光として白色を得る目的の場合は、励起光と蛍光が適切な割合になるように、波長変換部材１の厚みを制御すればよい。

放熱部材２は、波長変換部材１で生じた熱を放熱するため設けられている。したがって、放熱部材２は、高い熱伝導率を有する材質が形成されていることが好ましい。このような観点から、放熱部材２は、金属またはセラミックなどから形成されていることが好ましい。金属としては、例えば、アルミニウムやステンレス等が挙げられる。セラミックとしては、高熱伝導性セラミックを用いることができる。高熱伝導性セラミックとしては、酸化アルミニウム系セラミック、窒化アルミニウム系セラミック、炭化ケイ素系セラミック、窒化ホウ素系セラミック、酸化マグネシウム系セラミック、酸化チタン系セラミック、酸化ニオビウム系セラミック、酸化亜鉛系セラミック、酸化イットリウム系セラミックなどが挙げられる。

本実施形態における放熱部材２の貫通孔３は、一方端としての第１の開放端３ｂから他方端としての第２の開放端３ｃに向かって拡がるテーパー状に形成されている。また、波長変換部材１は貫通孔３に対応した形状を有している。具体的には、波長変換部材１の側面１ａは、貫通孔３のテーパー状の表面３ａに対応した形状を有している。波長変換部材１の側面１ａ及び貫通孔３の表面３ａが上記形状を有することにより、図２（ａ）〜（ｃ）を参照して後述する波長変換素子１０の製造工程において、波長変換部材１の側面１ａを、貫通孔３内に容易に配置することができる。本実施形態において、波長変換部材１の側面１ａ及び貫通孔３の表面３ａは、円錐台形状のテーパー状に形成されているが、これに限定されるものではなく、例えば角錐台形状のテーパー状に形成されていてもよい。

本実施形態の波長変換素子１０においては、例えば、第１の開放端３ｂ側から、貫通孔３内の波長変換部材１に励起光を照射し、波長変換部材１で波長変換して、蛍光を第２の開放端３ｃ側から出射させることができる。

波長変換部材１の側面１ａから外部に励起光及び蛍光が漏れるのを防止するため、波長変換部材１の側面１ａ及び／または貫通孔３の表面３ａの上に、反射層を設けてもよい。反射層としては、Ａｇ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｕ等からなる金属層や、アルミナやチタニア等を含むセラミック層が挙げられる。なお、放熱部材２が金属から形成される場合、貫通孔３の表面３ａを反射層として機能させることもできる。

波長変換部材１の励起光入射側表面に、蛍光の前方取り出し向上を目的として、バンドパスフィルターを設けてもよい。また、波長変換部材１の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。

図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態の製造方法を説明するための模式的断面図である。上記ガラス層を形成するためのガラスペーストを、以下のように準備する。なお、本実施形態では、流動性が高いガラスペーストを用いることが好ましい。

ガラス粉末と、バインダーと、溶剤とを含むガラスペーストを準備する。ガラス粉末は、軟化点が２５０℃〜１０００℃、さらには３００℃〜８５０℃であるものを用いることが好ましい。なお、ガラス粉末の軟化点はファイバーエロンゲーション法により得られた値を言う。ガラス粉末の具体例としては、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、スズリン酸塩ガラス、ビスマス酸塩ガラス及びホウケイ酸鉛ガラスから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。これらの中でも、ホウケイ酸塩系ガラス、スズリン酸塩系ガラスは軟化点が比較的低く低温焼結が可能であり、焼成時における蛍光体の劣化を抑制できるため、特に好ましく用いられる。ガラス粉末の平均粒子径（Ｄ_５０）は、０．１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２０μｍであることがより好ましく、１μｍ〜１０μｍであることがさらに好ましく、２μｍ〜３μｍであることが特に好ましい。ガラス粉末の平均粒子径が大きすぎると、ガラスペースト中のガラス粉末の分散性が低下したり、波長変換部材１の側面１ａと貫通孔３の表面３ａとの間にガラスペーストを充填しにくくなる。

バインダーとしては、ポリプロピレンカーボネート、ポリブチルメタクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、エチルセルロース、ニトロセルロース、ポリエステルカーボネート等が使用可能であり、これらを単独あるいは混合して使用することができる。

ガラスペーストにおけるバインダーの含有量は、０．１質量％〜１０質量％であることが好ましく、０．５質量％〜５質量％であることが好ましい。バインダーの含有量が少なすぎると、ガラス層４の緻密性が低下しやすくなる。一方、バインダーの含有量が多すぎると、ガラスペーストの流動性が低下しやすくなる。

溶剤としては、テルピネオール、酢酸イソアミル、トルエン、メチルエチルケトン、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、２，２，４−トリメチル−１，３−ペンタジオールモノイソブチレート等を単独または混合して使用することができる。

ガラスペーストの粘度は、せん断速度０．２（１／ｓ）のとき０．１Ｐａ・ｓ〜２００Ｐａ・ｓであることが好ましく、１Ｐａ・ｓ〜１００Ｐａ・ｓであることがより好ましく、２Ｐａ・ｓ〜５０Ｐａ・ｓであることがさらに好ましい。ガラスペーストの粘度が低すぎると、ガラス層４の緻密性が低下しやすくなる。一方、ガラスペーストの粘度が高すぎると、流動性が低下しやすくなる。

ガラスペーストは、例えば、バインダーを溶媒に溶解した溶液中に、ガラス粉末を添加し混合することにより調製することができる。

詳細は後述するが、ガラスペースト中には、セラミック粉末が含まれていることが好ましい。セラミック粉末の具体例としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化イットリウム及び酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種が挙げられる。

ガラスペーストにおけるセラミック粉末の含有量は、７０体積％以下であることが好ましい。セラミック粉末の含有量が多すぎると、形成されるガラス層の透過率が低くなる傾向がある。

他方、図２（ａ）に示すように、放熱部材２の貫通孔３内に、波長変換部材１を配置する。なお、実際の製造においては、波長変換部材１の形状と貫通孔３の形状とを完全に対応させることは困難である。そのため、波長変換部材１の側面１ａは、貫通孔３の表面３ａに接している部分と、表面３ａとの間に空隙が存在する部分とを有する。図２（ａ）では、波長変換部材１の側面１ａと貫通孔３の表面３ａとの間に空隙が存在する様子を模式的に示している。

次に、放熱部材２の貫通孔３の第１の開放端３ｂを、封止部材６により封止することが好ましい。封止部材６は、例えば、金属やセラミックからなる板状の部材であってもよい。この場合には、封止部材６上に放熱部材２を載置することにより、貫通孔３の第１の開放端３ｂを封止することができる。これにより、ガラスペーストが第１の開放端３ｂから漏れ出ることを抑制でき、貫通孔３内にガラスペーストを容易に充填することができる。

なお、貫通孔３の第２の開放端３ｃを封止部材６により封止してもよい。もっとも、貫通孔３は第１の開放端３ｂに向かって狭くなっている。そのため、貫通孔３の第１の開放端３ｂ側を封止し、下面とすることにより、波長変換部材１の貫通孔３内における配置を安定にすることができる。

放熱部材２に接する封止部材６の面には、例えば、窒化クロムなどからなる膜が形成されていることが好ましい。それによって、後述するようにガラス層が形成された後に、封止部材６をガラス層及び放熱部材２から容易に剥離することができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、ガラスペースト５を貫通孔３内に充填する。ガラスペースト５は、波長変換部材１の側面１ａと貫通孔３の表面３ａとの間を流れ、貫通孔３の表面３ａ、波長変換部材１の下面１ｂ及び封止部材６に囲まれた空間、さらには波長変換部材１の上面１ｃ上に充填される。これにより、波長変換部材１の下面１ｂ、側面１ａ及び上面１ｃが、ガラスペースト５により覆われる。ガラスペースト５は、貫通孔３の第２の開放端３ｃに至っていてもよく、あるいは至っていなくともよい。

本実施形態によれば、波長変換部材１の側面１ａと貫通孔３の表面３ａとの間にガラスペースト５を隙間なく充填しやすいため、焼成後に得られる波長変換素子１０においても、波長変換部材１と放熱部材２との間に隙間なくガラス層４が形成されやすくなる。これにより、波長変換部材１で発生した熱を効率良く放熱部材２に伝達することができる。上述したように、本実施形態の製造方法においては、流動性が高いガラスペーストを用いることが好ましい。それによって、ガラスペースト５を貫通孔３内に容易に充填することができる。

上述したように、ガラスペースト中のガラス粉末の粒径は２μｍ〜３μｍであることが好ましい。それによって、波長変換部材１と放熱部材２との間に、ガラス粉末をより一層緻密に配置することができる。

次に、図２（ｃ）に示すように、ガラスペーストを加熱して、バインダーを除去するとともに、ガラス粉末を焼結し、ガラス層４を形成する。このとき、バインダーを除去する工程と、本焼成を行う工程とを分けることが好ましい。バインダーを除去する際の加熱温度は、特に限定されないが、例えば、ガラス粉末の軟化点−１５０℃〜ガラス粉末の軟化点−５℃の範囲が好ましく、ガラス粉末の軟化点−１２０℃〜ガラス粉末の軟化点−１０℃の範囲がさらに好ましい。このような温度範囲とすることにより、バインダーを完全に除去することができる。

本焼成の加熱温度は、特に限定されないが、例えば、ガラス粉末の軟化点〜ガラス粉末の軟化点＋１５０℃の範囲が好ましく、ガラス粉末の軟化点＋５℃〜ガラス粉末の軟化点＋１３０℃の範囲がさらに好ましい。このような温度範囲内とすることにより、緻密なガラス層４を形成することができる。本焼成は、真空下において行われることが好ましい。それによって、より一層緻密なガラス層４を形成することができる。ガラス層４を形成した後に、図２（ｂ）に示した封止部材６を放熱部材２及びガラス層４から剥離する。

本発明によれば、波長変換部材１と放熱部材２との間に空隙が生じ難い。よって、波長変換部材１からの熱を効果的に放熱部材２に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。

なお、ガラスペースト中に、上記セラミック粉末が含まれている場合、ガラス粉末の焼結に際しての流動性を低下させることができる。よって、波長変換部材１と放熱部材２との間及びガラス層４内に空隙がより一層生じ難い。

図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第２の実施形態の製造方法を説明するための模式的断面図である。本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、ガラスペースト５を、放熱部材２の貫通孔３に充填する。なお、貫通孔３の第１の開放端３ｂを封止部材６により封止することが好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、波長変換部材１を貫通孔３内に配置する。本実施形態においても、波長変換部材１の側面１ａと貫通孔３の表面３ａとの間に、ガラスペースト５をより確実に充填することができる。

なお、波長変換部材１を貫通孔３内に配置した後に、さらにガラスペースト５を貫通孔３に充填してもよい。

次に、図３（ｃ）に示すように、第１の実施形態と同様に、ガラスペーストを加熱して、ガラス層４を形成する。これにより、貫通孔３の表面３ａと波長変換部材１の側面１ａとを接着する。ガラス層４を形成した後に、図３（ｂ）に示した封止部材６を放熱部材２及びガラス層４から剥離する。

本実施形態においても、波長変換部材１と放熱部材２との間に空隙が生じ難い。よって、波長変換部材１からの熱を効果的に放熱部材２に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。

図４は、本発明の第３の実施形態の製造方法で製造される波長変換素子を示す模式的断面図である。本実施形態においては、貫通孔３が円柱状に形成されている。したがって、波長変換部材１も円柱状に形成されている。本発明における貫通孔３は、必ずしも第１及び第２の実施形態のようにテーパー状に形成されている必要はなく、本実施形態のように円柱状の形状を有していてもよい。また、貫通孔３及び波長変換部材１の形状は、角柱状の形状であってもよい。

第１の実施形態で製造される波長変換素子１０と同様に、波長変換部材１から外部に励起光及び蛍光が漏れるのを防止するため、波長変換部材１の側面１ａ及び／または貫通孔３の表面３ａの上に、反射層を設けてもよい。また、波長変換部材１の励起光入射側表面に、蛍光の前方取り出し向上を目的として、バンドパスフィルターを設けてもよい。さらに、波長変換部材１の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。

本実施形態においても、波長変換部材１と放熱部材２との間に空隙が生じ難い。よって、波長変換部材１からの熱を効果的に放熱部材２に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。

図５は、本発明の第４の実施形態における波長変換部材を示す模式的断面図である。本発明における波長変換部材は、図５に示す波長変換部材２０のように、蛍光体層２１と、その両面に形成された透光性放熱層２２とを備えた積層体からなる。具体的には、蛍光体層２１と、蛍光体層２１より高い熱伝導率を有する透光性放熱層２２とが交互に積層されている。本実施形態では、蛍光体層２１に励起光が照射されることにより発生した熱は、各透光性放熱層２２を通じて外部に効率良く放出される。よって、蛍光体層２１の温度が過度に上昇することを抑制することができる。

蛍光体層２１としては、第１の実施形態の波長変換部材１と同様のものを用いることができる。具体的には、無機バインダー中に蛍光体を分散して形成されたものや、多結晶セラミック蛍光体及び単結晶セラミック蛍光体などを用いることができる。

透光性放熱層２２は、蛍光体層２１より高い熱伝導率を有している。具体的には、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに好ましい。また、励起光、及び蛍光体層２１から発せられる蛍光を透過させる。具体的には、透光性放熱層２２の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける全光線透過率は１０％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましく、３０％以上であることがさらに好ましく、４０％以上であることが特に好ましく、５０％以上であることが最も好ましい。

透光性放熱層２２としては、酸化アルミニウム系セラミックス、酸化ジルコニア系セラミックス、窒化アルミニウム系セラミックス、炭化ケイ素系セラミックス、窒化ホウ素系セラミックス、酸化マグネシウム系セラミックス、酸化チタン系セラミックス、酸化ニオビウム系セラミックス、酸化亜鉛系セラミックス、酸化イットリウム系セラミックス等の透光性セラミック基板が挙げられる。

透光性放熱層２２の厚みは、０．０５ｍｍ〜１ｍｍであることが好ましく、０．０７ｍｍ〜０．８ｍｍであることがより好ましく、０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることがさらに好ましい。透光性放熱層２２の厚みが小さすぎると、機械的強度が低下する傾向がある。一方、透光性放熱層２２の厚みが大きすぎると、波長変換素子が大型化する傾向がある。

なお、蛍光体層２１の両面に設けられた２つの透光性放熱層２２の厚みは同じであってもよいし、異なっていてもよい。例えば、一方の透光性放熱層２２の厚みを比較的大きく（例えば０．２ｍｍ以上、さらには０．５ｍｍ以上）することにより、波長変換部材２０としての機械的強度が担保される場合は、他方の透光性放熱層２２の厚みを比較的小さく（例えば０．２ｍｍ未満、さらには０．１ｍｍ以下）してもよい。

第１の実施形態で製造される波長変換素子１０と同様に、透光性放熱層２２の励起光入射側表面に、励起光の反射損失低減や蛍光の前方取り出し向上を目的として、反射防止膜やバンドパスフィルターを設けてもよい。また、透光性放熱層２２の励起光及び蛍光の出射側表面に、励起光及び蛍光の反射損失低減を目的として反射防止膜を設けてもよい。さらに、蛍光体層２１及び透光性放熱層２２から外部に励起光及び蛍光が漏れるのを防止するため、各層の側面に反射層を設けてもよい。

本実施形態の波長変換部材２０は、例えば以下のようにして作製することができる。

ガラス粉末と、蛍光体と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、蛍光体層２１用のグリーンシートを作製する。グリーンシートを焼成することにより蛍光体層２１を得る。

蛍光体層２１の両面に透光性放熱層２２を積層し、加熱圧着することにより波長変換部材２０が得られる。あるいは、ポリシラザン等の無機接着剤を介して蛍光体層２１と透光性放熱層２２を接合してもよい。また、蛍光体層２１がセラミック蛍光体からなり、透光性放熱層２２が透光性セラミックからなる場合には、蛍光体層２１と透光性放熱層２２とを放電プラズマ焼結法により接合してもよい。このようにすれば、蛍光体層２１と透光性放熱層２２の密着性が良好となり、蛍光体層２１で発生した熱が透光性放熱層２２に伝達しやすくなる。

本実施形態の波長変換部材２０は、３層の積層体であるが、これに限定されるものではなく、例えば、蛍光体層２１と透光性放熱層２２とを交互に積層させた４層以上の積層体であってもよい。

本実施形態の波長変換部材２０は、第１及び第２の実施形態の製造方法のいずれにも適用することができる。また、第３の実施形態の波長変換部材１のように、円柱状や角柱状であってもよい。

本実施形態の波長変換部材２０を用いた場合にも、波長変換部材２０と放熱部材との間に空隙が生じ難い。よって、波長変換部材２０からの熱を効果的に放熱部材に伝達させることができ、放熱性を高めることができる。

１…波長変換部材
１ａ…側面
１ｂ…下面
１ｃ…上面
２…放熱部材
３…貫通孔
３ａ…表面
３ｂ，３ｃ…第１，第２の開放端
４…ガラス層
５…ガラスペースト
６…封止部材
１０…波長変換素子
２０…波長変換部材
２１…蛍光体層
２２…透光性放熱層

Claims (15)

1. 貫通孔を有する放熱部材と、上面、下面及び前記上面と前記下面とを接続している側面を有し、前記貫通孔内に配置される波長変換部材と、前記波長変換部材の少なくとも前記側面を覆っているガラス層とを備え、前記ガラス層によって前記貫通孔の表面と前記波長変換部材の前記側面とが接着されている波長変換素子を製造する方法であって、
   ガラス粉末と、バインダーと、溶剤とを含むガラスペーストを準備する工程と、
   前記貫通孔内に前記波長変換部材を配置する工程と、
   前記貫通孔内に前記波長変換部材を配置する前及び／または後に、前記ガラスペーストを前記貫通孔内に充填することによって、前記波長変換部材の少なくとも前記側面を前記ガラスペーストで覆う工程と、
   前記ガラスペーストを加熱して、前記ガラス層を形成する工程とを備える、波長変換素子の製造方法。
2. 前記ガラスペーストを前記貫通孔に充填する前に、前記貫通孔の開放端の一方を封止するように封止部材を配置し、
   前記ガラス層を形成する工程の後に前記封止部材を除去する、請求項１に記載の波長変換素子の製造方法。
3. 前記貫通孔内に前記波長変換部材を配置した後に、前記貫通孔内に前記ガラスペーストを充填して前記波長変換部材の少なくとも前記側面を前記ガラスペーストで覆う、請求項１または２に記載の波長変換素子の製造方法。
4. 前記貫通孔内に前記ガラスペーストを充填した後に、前記貫通孔内に前記波長変換部材を配置して前記波長変換部材の少なくとも前記側面を前記ガラスペーストで覆う、請求項１または２に記載の波長変換素子の製造方法。
5. 前記波長変換部材の前記上面及び前記下面の少なくとも一方を前記ガラスペーストで覆う、請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
6. 前記貫通孔は、一方端から他方端に向かって拡がるテーパー状の形状に形成されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
7. 前記貫通孔に対応した形状を有する前記波長変換部材を、前記他方端側から前記貫通孔内に配置する、請求項６に記載の波長変換素子の製造方法。
8. 前記波長変換部材が、無機バインダー中に蛍光体の粉末を分散して形成されたものである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
9. 前記波長変換部材が、多結晶セラミック蛍光体または単結晶セラミック蛍光体からなる、請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
10. 前記波長変換部材が、蛍光体層と、前記蛍光体層より高い熱伝導率を有する透光性放熱層とを交互に積層させた積層体である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
11. 前記透光性放熱層が、透光性セラミックからなる、請求項１０に記載の波長変換素子の製造方法。
12. 前記放熱部材が、金属またはセラミックから形成されている、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
13. 前記ガラス粉末が、ケイ酸塩ガラス、ホウケイ酸塩ガラス、スズリン酸塩ガラス、ビスマス酸塩ガラス及びホウケイ酸鉛ガラスから選ばれる少なくとも１種である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
14. 前記ガラスペーストがセラミック粉末を含み、前記ガラスペーストにおける前記セラミック粉末の含有量が７０体積％以下である、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
15. 前記セラミック粉末が、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化イットリウム及び酸化亜鉛から選ばれる少なくとも１種である、請求項１４に記載の波長変換素子の製造方法。

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