JP2017090797A - 波長変換素子の製造方法並びに波長変換素子及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】耐熱性に優れ、かつ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】本発明に係る波長変換素子の製造方法は、易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する工程と、セラミックペーストを、波長変換部材１の側面１ａ及び貫通孔３の表面３ａの少なくとも一方に塗布し、ペースト塗布層５を形成する工程と、貫通孔３内に波長変換部材１を配置し、ペースト塗布層５を加熱することにより、バインダーを除去させるとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させてセラミック層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１

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並びに波長変換素子及び発光装置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）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い。また、低融点ガラスは熱伝導性が低いため、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、耐熱性に優れ、かつ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並びに波長変換素子及び発光装置を提供することにある。

本発明の製造方法は、貫通孔を有し、かつセラミックからなる放熱部材と、貫通孔内に配置されており、かつセラミック蛍光体からなる波長変換部材と、波長変換部材と貫通孔との間に設けられるセラミック層とを備え、セラミック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、易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する工程と、セラミックペーストを、波長変換部材の側面及び貫通孔の表面の少なくとも一方に塗布し、ペースト塗布層を形成する工程と、貫通孔内に波長変換部材を配置し、ペースト塗布層を加熱することにより、バインダーを除去させるとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させてセラミック層を形成する工程と、を備えることを特徴としている。

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。

易焼結性セラミック粉末は、易焼結性アルミナ粉末であることが好ましい。

セラミックペーストが、焼結助剤をさらに含んでいてもよい。セラミックペースト中における焼結助剤の含有量は、１５重量％以下であることが好ましい。

波長変換部材は、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。

波長変換部材は、セラミック蛍光体層と、セラミック蛍光体層より高い熱伝導率を有する透光性セラミック層とを交互に積層させた積層体であってもよい。

本発明の波長変換素子は、貫通孔を有し、かつセラミックからなる放熱部材と、貫通孔内に配置されており、かつセラミック蛍光体からなる波長変換部材と、波長変換部材と貫通孔との間に設けられるセラミック層とを備え、セラミック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ことを特徴としている。

本発明の発光装置は、上記本発明の波長変換素子と、波長変換素子に励起光を照射する光源とを備えることを特徴している。

光源としては、レーザーダイオードが挙げられる。

本発明によれば、耐熱性に優れ、かつ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提供することができる。

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。 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。 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。 本発明の第１の実施形態の波長変換素子を用いた発光装置の一例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。

［波長変換素子］
（第１の実施形態）
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を有し、かつセラミックからなる放熱部材２と、貫通孔３内に配置されており、セラミック蛍光体からなる波長変換部材１と、波長変換部材１と貫通孔３との間に設けられるセラミック層４とを備えている。貫通孔３の表面３ａと波長変換部材１の側面１ａとは、セラミック層４によって接着されている。波長変換部材１に励起光を照射した場合、波長変換部材１から蛍光とともに熱が発生する。波長変換部材１から発生した熱はセラミック層４を通じて放熱部材２に伝達される。

従って、波長変換素子１０は、放熱性に優れている。また、波長変換素子１０においては、波長変換部材１、放熱部材２及び接着層であるセラミック層４が全てセラミックにより構成されているので、波長変換素子１０は、耐熱性にも優れている。

波長変換部材１は、光源から発せられた励起光により蛍光を発するセラミック蛍光体からなる。セラミック蛍光体は、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。セラミック蛍光体の具体例としては、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、ＣＡＳＮ（ＣａＡｌＳｉＮ_３）セラミック蛍光体等の窒化物系セラミック蛍光体、α―ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、またはβ―ＳｉＡｌＯＮ蛍光体等の窒酸化物系セラミック蛍光体などが挙げられる。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セラミック蛍光体を用いることができる。

波長変換部材１の厚みは、励起光が確実にセラミック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セラミックから形成されていることが好ましい。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３ｂから他方端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の表面３ａに均一に圧着させやすくなる。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、一方端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、蛍光を他方端３ｃ側から出射させることができる。

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。反射層としては、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、セラミック層４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。

以下、波長変換素子１０の製造方法の具体例につき説明する。

図２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。図２に示すように、波長変換部材１の側面１ａの上に、セラミックペーストを塗布し、ペースト塗布層５を形成している。ペースト塗布層５は、以下のようにして形成することができる。

易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する。易焼結性セラミック粉末とは、低温焼結性のセラミック粉末である。易焼結性セラミック粉末では、純度を高くしたり、粒径を小さくしたりすることにより、焼結温度を低くしていると考えられている。易焼結性セラミック粉末を焼成すると、例えば１５００℃以下の低温で焼成しても緻密なセラミックを得ることができる。

易焼結性セラミック粉末の焼結温度は、１１００〜１５５０℃であることが好ましく、１２００〜１４００℃であることがより好ましい。易焼結性セラミック粉末の焼結温度を上記範囲内とすることで、焼成温度をさほど高めることなく、焼成によってより一層緻密なセラミックを得ることができる。

易焼結性セラミック粉末の平均粒子径（Ｄ_５０）は、０．０５〜３μｍであることが好ましく、０．０８〜１μｍであることがより好ましい。平均粒子径（Ｄ_５０）を上記範囲内とすることにより、易焼結性セラミック粉末の焼結温度をより一層好適な範囲とすることができる。

易焼結性セラミック粉末の純度は、９９％以上であることが好ましく、９９．９９％以上であることがより好ましい。易焼結性セラミック粉末の純度を上記下限以上とすることにより、易焼結性セラミック粉末の焼結温度をより一層最適な範囲とすることができる。

易焼結性セラミック粉末としては、易焼結性アルミナ粉末、易焼結性ジルコニア粉末などが挙げられる。易焼結性アルミナ粉末としては、例えば、昭和電工社製のＡＬ−１６０ＳＧシリーズや、大明化学工業株式会社製のタイミクロンＴＭ−Ｄシリーズなどを用いることができる。

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。

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。

セラミックペーストは、例えば、バインダーを溶媒に溶解した溶液中に、易焼結性セラミック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。

セラミックペースト中には、焼結助剤が含有されていてもよい。焼結助剤としては、例えば、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ジルコニア、酸化イットリウムなどを用いることができる。焼結助剤が含有される場合には、その含有量が、セラミックペースト１００質量％に対し、１５質量％以下であることが好ましい。

本実施形態では、このようにして調製したセラミックペーストを、セラミック蛍光体からなる波長変換部材１の側面１ａの上に塗布し、ペースト塗布層５を形成する。次に、側面１ａの上にペースト塗布層５を形成した波長変換部材１を、図２に示すように、セラミックからなる放熱部材２の貫通孔３の他方端３ｃ側に配置する。続いて、波長変換部材１を、矢印Ａ方向に移動させて、側面１ａ上に形成したペースト塗布層５を、貫通孔３の表面３ａに圧着させた状態で、ペースト塗布層５を加熱して、バインダーや溶剤を除去するとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させる。それによって、セラミック層４を形成することができ、該セラミック層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とを接着することができる。加熱に際しては、まず４００〜９００℃、さらには６００〜８００℃の範囲でバインダーや溶剤を除去することが好ましい。その後、上記の易焼結性セラミック粉末の焼結温度で加熱することにより、緻密なセラミック層４を形成することができる。

なお、セラミック粉末を焼結するための温度が低すぎると、セラミック層４に気孔が残存しやすくなる。このような状態で波長変換部材１と放熱部材２を接触させ加熱すると、セラミック粉末同士が焼結し収縮する過程で、セラミック層４内に気泡が形成されたり、大きな隙間が形成されたりする傾向がある。これらの気泡や隙間は熱伝導率が極めて低いため、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ず、放熱性が低下しやすくなる。

本実施形態の製造方法では、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層５を加熱することによりセラミック層４を形成しているため、比較的低温で加熱した場合においても容易に焼結させて、緻密なセラミック層４を得ることができる。そのため、セラミック層４の内部に、空隙が形成され難い。また、本実施形態の製造方法では、セラミック層４を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材１と、セラミックからなる放熱部材２とを接着させているため、波長変換部材１と放熱部材２との密着性が高められており、波長変換部材１と放熱部材２との間に隙間が形成され難い。よって、得られた波長変換素子１０では、セラミック層４を介して、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。また、得られた波長変換素子１０は、波長変換部材１、放熱部材２及び接着層であるセラミック層４が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。

（第２の実施形態）
図３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、セラミックペーストを、放熱部材２における貫通孔３の表面３ａの上に塗布し、貫通孔３の表面３ａの上にペースト塗布層５を形成している。第１の実施形態と同様に、波長変換部材１を矢印Ａ方向に移動させ、貫通孔３の表面３ａ上のペースト塗布層５を、波長変換部材１の側面１ａに圧着させた状態で、ペースト塗布層５を加熱して、バインダーを除去するとともに、易焼結性セラミック粉末を焼結させる。それによって、ペースト塗布層５の焼結体であるセラミック層４を形成することができ、セラミック層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とを接着することができる（接着後の図面は省略）。

本実施形態においても、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層５を加熱することによりセラミック層４を形成しているため、低温で加熱した場合においても容易に焼結させることができ、緻密なセラミック層４を得ることができる。そのため、セラミック層４の内部に、空隙が形成され難い。また、セラミック層４を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材１と、セラミックからなる放熱部材２とを接着させているため、波長変換部材１と、放熱部材２との密着性が高められており、波長変換部材１と、放熱部材２との間に隙間が形成され難い。よって、セラミック層４を介して、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。また、得られた波長変換素子は、波長変換部材１、放熱部材２及び接着層であるセラミック層４が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。

本実施形態では、貫通孔３の表面３ａの全体にペースト塗布層５を形成しているが、これに限定されるものではなく、波長変換部材１を貫通孔３の表面３ａに圧着させた際に、接触する領域にのみペースト塗布層５を形成してもよい。また、ペースト塗布層５は、波長変換部材１の側面１ａ及び貫通孔３の表面３ａの両方に形成してもよい。

第１の実施形態で製造される波長変換素子１０と同様に、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。

（第３の実施形態）
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。

本実施形態においても、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層５を加熱することによりセラミック層４を形成しているため、低温で加熱した場合においても容易に焼結させることができ、緻密なセラミック層４を得ることができる（接着前の図面は省略）。そのため、セラミック層４の内部に、空隙が形成され難い。また、セラミック層４を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材１と、セラミックからなる放熱部材２とを接着させているため、波長変換部材１と、放熱部材２との密着性が高められており、波長変換部材１と、放熱部材２との間に隙間が形成され難い。よって、セラミック層４を介して、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。また、得られた波長変換素子は、波長変換部材１、放熱部材２及び接着層であるセラミック層４が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。

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。

（第４の実施形態）
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、セラミック蛍光体層２１と、セラミック蛍光体層２１より高い熱伝導率を有する透光性放熱層２２とを交互に積層させた積層体から構成されていてもよい。具体的には、本実施形態の波長変換部材２０は、セラミック蛍光体層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。本実施形態では、セラミック蛍光体層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、セラミック蛍光体層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。

セラミック蛍光体層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、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のセラミック蛍光体を好適に用いることができる。

透光性放熱層２２は、セラミック蛍光体層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、及びセラミック蛍光体層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４００〜８００ｎｍ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、０．０５〜１ｍｍであることが好ましく、０．０７〜０．８ｍｍであることがより好ましく、０．１〜０．５ｍｍ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、セラミック蛍光体層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、セラミック蛍光体層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。

セラミック蛍光体と、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、セラミック蛍光体層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セラミック蛍光体層２１を得る。

セラミック蛍光体層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セラミック蛍光体層２１と透光性放熱層２２を接合してもよい。また、セラミック蛍光体層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、セラミック蛍光体層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、セラミック蛍光体層２１と透光性放熱層２２の密着性が良好となり、セラミック蛍光体層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、セラミック蛍光体層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、易焼結性セラミック粉末により構成されているペースト塗布層５を加熱することによりセラミック層４を形成しているため、低温で加熱した場合においても容易に焼結させることができ、緻密なセラミック層４を得ることができる。そのため、セラミック層４の内部に、空隙が形成され難い。また、セラミック層４を介して、セラミック蛍光体からなる波長変換部材２０と、セラミックからなる放熱部材２とを接着させているため、波長変換部材２０と、放熱部材２との密着性が高められており、波長変換部材２０と、放熱部材２との間に隙間が形成され難い。よって、セラミック層４を介して、波長変換部材２０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。また、得られた波長変換素子は、波長変換部材２０、放熱部材２及び接着層であるセラミック層４が全てセラミックにより構成されているので、耐熱性に優れている。

［発光装置］
（発光装置の実施形態）
図６は、本発明の第１の実施形態の波長変換素子を用いた発光装置の一例を示す模式的断面図である。本実施形態の発光装置３０は、第１の実施形態の波長変換素子１０を用いた発光装置である。本実施形態の発光装置３０において、波長変換素子１０は、透過型の波長変換素子として用いられている。

図６に示すように、発光装置３０は、波長変換素子１０と光源１１とを備えている。光源１１から出射された励起光１２は、貫通孔３の一方端３ｂ側から波長変換素子１０に入射する。波長変換素子１０に入射した励起光１２は、波長変換部材１により、励起光１２よりも波長の長い蛍光１３に波長変換される。また、励起光１２の一部は、波長変換素子１０を透過する。このため、波長変換素子１０からは、励起光１２と蛍光１３との合成光１４が出射する。例えば、励起光１２が青色光であり、蛍光１３が黄色光である場合、白色の合成光１４を得ることができる。合成光１４は、貫通孔３の他方端３ｃ側から出射する。

発光装置３０において、波長変換素子１０は、セラミック層４が波長変換部材１及び貫通孔３に密着しているので、セラミック層４を介して波長変換部材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る。また、波長変換部材１と貫通孔３の間の空隙部分が減少しているので、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る。そのため、波長変換部材１に励起光１２が照射されることにより発生した熱は、放熱部材２を通じて外部に効率良く放出される。よって、波長変換部材１の温度上昇を抑制することができる。

また、発光装置３０において、波長変換素子１０は、波長変換部材１、放熱部材２及び接着層であるセラミック層４が全てセラミックにより構成されているので、発光装置３０は、耐熱性に優れている。

光源１１としては、ＬＥＤやＬＤが挙げられる。発光装置３０の発光強度を高める観点からは、光源１１は高強度の光を出射できるＬＤを用いることが好ましい。

なお、本実施形態の発光装置３０において、第１の実施形態の波長変換素子１０に代えて、第２〜第４の実施形態の波長変換素子を用いてもよい。

１…波長変換部材
１ａ…側面
２…放熱部材
３…貫通孔
３ａ…表面
３ｂ…一方端
３ｃ…他方端
４…セラミック層
５…ペースト塗布層
１０…波長変換素子
１１…光源
１２…励起光
１３…蛍光
１４…合成光
２０…波長変換部材
２１…セラミック蛍光体層
２２…透光性放熱層
３０…発光装置

Claims (11)

1. 貫通孔を有し、かつセラミックからなる放熱部材と、前記貫通孔内に配置されており、かつセラミック蛍光体からなる波長変換部材と、前記波長変換部材と前記貫通孔との間に設けられるセラミック層とを備え、前記セラミック層によって前記貫通孔の表面と前記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、
   易焼結性セラミック粉末と、バインダーと、溶剤とを含むセラミックペーストを準備する工程と、
   前記セラミックペーストを、前記波長変換部材の前記側面及び前記貫通孔の前記表面の少なくとも一方に塗布し、ペースト塗布層を形成する工程と、
   前記貫通孔内に前記波長変換部材を配置し、前記ペースト塗布層を加熱することにより、前記バインダーを除去させるとともに、前記易焼結性セラミック粉末を焼結させて前記セラミック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に形成されている、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２に記載の波長変換素子の製造方法。
4. 前記易焼結性セラミック粉末が、易焼結性アルミナ粉末である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換素子の製造方法。
5. 前記セラミックペーストが、焼結助剤をさらに含む、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. 前記セラミックペースト中における前記焼結助剤の含有量が、１５重量％以下である、請求項５に記載の波長変換素子の製造方法。
7. 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１〜６のいずれか一項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、セラミック蛍光体層と、前記セラミック蛍光体層より高い熱伝導率を有する透光性セラミック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。
9. 貫通孔を有し、かつセラミックからなる放熱部材と、前記貫通孔内に配置されており、かつセラミック蛍光体からなる波長変換部材と、前記波長変換部材と前記貫通孔との間に設けられるセラミック層とを備え、前記セラミック層によって前記貫通孔の表面と前記波長変換部材の側面とが接着されている、波長変換素子。
10. 請求項９に記載の波長変換素子と、前記波長変換素子に励起光を照射する光源とを備える、発光装置。
11. 前記光源がレーザーダイオードである、請求項１０に記載の発光装置。

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