JP2017190435A - 蛍光体含有成形体および発光モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】表面処理に要する時間を短縮しながらも全光束を向上させることができる蛍光体含有成形体および発光モジュールを提供する。【解決手段】蛍光体粒子（１０）をバインダ（１３）中に分散した蛍光体含有成形体（３）であって、蛍光体粒子（１０）の表面に微粒子（１１）が層状に付着し、微粒子（１１）の屈折率は、蛍光体粒子（１０）の屈折率よりも小さくバインダ（１３）の屈折率よりも大きい。【選択図】図２

Description

本発明は、蛍光体含有成形体および発光モジュールに関する。

発光ダイオードなどの発光素子を用い、蛍光体を含有した波長変換部材で発光素子を覆い、発光素子からの光を他の波長光に変換する照明装置が用いられている。（例えば特許文献１等を参照）。このような照明装置では、波長変換部材と発光素子との距離が小さいため輝度を向上させることができる。しかし、発光素子を複数用いると発光素子の近傍領域が明るくなり、照明装置全体として輝度にムラが生じてしまうという問題があった。

また、照明装置を車両用灯具などに用いる場合には、輝度ムラが生じることはデザイン性を損なう可能性があり好ましくなく、車両用灯具に必要な光量を得るために全光束を増加させると眩しく感じてしまうという問題もあった。

そこで、蛍光体粒子を透明バインダに分散してシート状の波長変換部材を作製し、複数の発光素子を搭載した基板から所定の距離を隔てた位置に波長変換部材を配置したリモートフォスファ方式の発光モジュールも提案されている（例えば特許文献２等を参照）。このようなリモートフォスファ方式の発光モジュールでは、波長変換部材の面積を大きくし、複数の発光素子から波長変換部材までの距離を確保できるので、一つの発光素子からの光で励起される領域が広くなり、輝度ムラと眩しさを低減できる。

特開２０１４−０７２３０９号公報 特開２０１４−２０９６１７号公報

しかし、上述したリモートフォスファ方式の発光モジュールでは、蛍光体粒子の屈折率が透明バインダの屈折率よりも大きく、発光素子からの励起光が屈折率差によって界面で反射してしまい、蛍光体粒子に取り込まれる光量が低下し全光束が低下してしまう。全光束を向上するために、蛍光体粒子の表面に液状のシラン処理や、真空装置内でスパッタ膜を形成するなどの表面処理を施して屈折率を調整する技術も提案されているが、膜の成長速度が遅いため表面処理に時間を要していた。また、表面処理時間を短縮すると、表面処理膜が励起光の波長よりも薄くなってしまい効果が得られなかった。

また、全光束とともに輝度を向上させるためには、波長変換部材の蛍光体濃度を高くして層厚を薄くすることが好ましいが、蛍光体粒子の流動性が低いために濃度を高くできず、膜厚も厚くなってしまい側面方向に光が漏れて正面輝度が低くなってしまうという問題もあった。

さらに、発光モジュールの発光色を調整するために複数種類の蛍光体粒子を添加した場合には、それぞれの蛍光体粒子の比重が異なるために比重の大きい蛍光体粒子が早く沈降して色むらが生じてしまうという問題もあった。

そこで本発明は、表面処理に要する時間を短縮しながらも全光束を向上させることができる蛍光体含有成形体および発光モジュールを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の蛍光体含有成形体は、蛍光体粒子をバインダ中に分散した蛍光体含有成形体であって、前記蛍光体粒子の表面に微粒子が層状に付着し、前記微粒子の屈折率は、前記蛍光体粒子の屈折率よりも小さく前記バインダの屈折率よりも大きいことを特徴とする。

このような本発明の蛍光体含有成形体では、微粒子の屈折率が蛍光体粒子とバインダの中間の値であるから、バインダから微粒子、蛍光体粒子と徐々に屈折率が小さくなり、発光素子からの一次光がバインダと蛍光体粒子との界面で反射することを抑制でき、蛍光体粒子に到達する一次光を増加させることができる。これにより、発光素子が発光した一次光の光変換効率を上げて、発光モジュールの全光束を向上させることができる。

また本発明の一態様では、前記微粒子の屈折率は１．４〜２．０の範囲である
また本発明の一態様では、前記微粒子の比重は前記蛍光体粒子の比重以下である
また本発明の一態様では、前記微粒子は前記蛍光体粒子の表面に２００ｎｍ〜１０μｍの範囲の厚さで形成されている
また本発明の一態様では、前記微粒子の粒径が、１ｎｍ〜１０μｍの範囲である
また本発明の一態様では、前記微粒子は略球形状であり、短径と長径の比が０．７〜１．０の範囲である
また本発明の一態様では、膜厚が０．０３〜１０ｍｍの範囲のシート状である
また本発明の一態様では、前記蛍光体粒子の含有量が０．５〜８０体積パーセントの範囲である
上記課題を解決するために本発明の発光モジュールは、上記の蛍光体含有成形体と、前記蛍光体粒子に３５０〜４７０ｎｍの励起光を照射する発光素子を備えることを特徴とする。

本発明では、表面処理に要する時間を短縮しながらも全光束を向上させることができる蛍光体含有成形体および発光モジュールを提供することができる。

本発明の発光モジュールを示す模式断面図である。 本発明の蛍光体含有成形体である蛍光体シート３を示す模式断面図である。 蛍光体シート３に含有される蛍光体粒子１０と微粒子１１の構造を示す模式図である。 比較例１−１，１−２と実施例１−１〜１−３，２−１の測定結果を示す表である。 比較例３−１と実施例３−１〜３−５の測定結果を示す表である。 比較例４−１，５−１，６−１，６−２と実施例４−１，４−２の測定結果を示す表である。 比較例６−３と実施例６−１〜６−４，７−１の測定結果を示す表である。

（第１実施形態）
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付すものとし、適宜重複した説明は省略する。図１は、本発明の発光モジュールを示す模式断面図である。発光モジュールは、搭載基板１と、発光素子２と、蛍光体シート３と、光取出部４と、筐体部５と、側壁部６を備えている。

搭載基板１は、表面に導電パターンが形成され、複数の発光素子２を搭載して回路を構成するための回路基板である。搭載基板１を構成する材料としては、通常のプリント配線基板として用いられるものであればよく、ガラスエポキシ樹脂などの絶縁材料や、金属板の表裏面に絶縁膜を形成したもの、フレキシブル基板などであってもよい。

発光素子２は、搭載基板１の表面に搭載されて電流供給により発光する素子であり、発光ダイオードや有機ＥＬ素子、半導体レーザ素子などが挙げられる。発光素子２は、蛍光体シート３に含有される蛍光体粒子を励起する波長を含んだ光で発光し、好ましいピーク波長は紫色から青色の３５０〜４７０ｎｍの範囲であり、さらに好ましくは３５０〜４１０ｎｍの範囲である。４１０ｎｍ以下の発光素子からの光を利用することにより、蛍光体粒子で変換されなかった励起光が漏れ出ても色度ムラの少ない発光モジュールを形成することができる。

蛍光体シート３は、蛍光体粒子をバインダ中に分散して成形されたシート状の部材であり、発光素子２からの一次光により励起されて波長変換した二次光を発する蛍光体含有成形体に相当している。蛍光体シート３が波長変換して得られる光としては、アンバー色や白色などがあり、分散されている蛍光体粒子の種類により選択することができる。蛍光体シート３の詳細については後述する。

図１に示すように蛍光体シート３は、複数の発光素子２から所定の距離を隔てて搭載基板１に対向して配置され、リモートフォスファ方式の発光モジュールを構成している。蛍光体シート３と発光素子２との距離は、近すぎると輝度ムラが生じてしまい遠すぎると隣接する発光素子２から照射される光で重複する領域が出てくるため、目的に応じて適切な距離とすることが好ましい。

特に、車両用灯具でのターンシグナルに用いる場合には、発光素子２同士の間隔と同程度の距離を隔てて蛍光体シート３を配置することが好ましい。これにより、蛍光体シート３全体が均一に発光するため、発光モジュールを用いた灯具のデザイン性が向上する。また、複数の発光素子２を順次点灯させるシーケンシャル駆動する場合にも、蛍光体シート３のうち発光素子２から一次光が照射される領域が重ならず、蛍光体シート３の隣接する領域が順次点灯するように視認できるため好ましい。

光取出部４は、搭載基板１に対向して配置された板状部材であり、蛍光体シート３を保持している。光取出部４は、発光素子２からの一次光と蛍光体シート３で波長変換された二次光に対して透明であり、発光モジュールから外部に一次光及び二次光を照射する窓部として機能する。ここでは光取出部４が一次光を透過する構成としているが、一次光の紫外域波長を反射してカットする構成としてもよい。

筐体部５は、搭載基板１および側壁部６を保持する部材である。側壁部６は、筐体部５に設けられて光取出部４を保持する枠状部材である。筐体部５と側壁部６を一体に形成してもよい。

本実施形態では発光モジュールとして光取出部４と筐体部５と側壁部６を備えた例を示したが、発光素子２と蛍光体シート３とが所定の距離を隔てて配置されたリモートフォスファ方式であれば構造は限定されない。

図２は、本発明の蛍光体含有成形体である蛍光体シート３を示す模式断面図である。図３は、蛍光体シート３に含有される蛍光体粒子１０と微粒子１１の構造を示す模式図である。蛍光体粒子１０の周囲には微粒子１１が付着して表面処理層１２を構成しており、蛍光体シート３は、微粒子１１が付着した蛍光体粒子１０がバインダ１３に分散された構造をしている。蛍光体シート３中における蛍光体粒子１０の含有量は、好ましくは０．１〜８０体積パーセントの範囲であり、より好ましくは０．５〜２０体積パーセントの範囲である。また、蛍光体シート３の膜厚は０．０３〜１０ｍｍの範囲が好ましく、より好ましくは０．１〜６ｍｍの範囲である。

蛍光体粒子１０は、発光素子２からの一次光によって励起され二次光を発する蛍光体材料が粒子化された部材である。蛍光体粒子１０の材料や組成は限定されず、無機物でも有機物でもよい。蛍光体粒子１０の粒径は０．０３μｍ〜３００μｍの範囲が好ましい。

例えば、無機化合物では酸化物系、窒化物系などがあり、具体的には酸化物系にはＣａ₃Ｓｃ₂Ｓｉ₃Ｏ₁₂：Ｃｅ、ＣａＳｃ₂Ｏ₄：Ｃｅ、Ｙ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｙ、Ｇｄ）₃（Ａｌ，Ｇａ）₅Ｏ₁₂：Ｃｅ、（Ｓｒ，Ｂａ）₂ＳｉＯ₄：Ｅｕ、（Ｓｉ，Ａｌ）₃（Ｎ，Ｏ）₄：Ｅｕ、Ｂａ₃Ｓｉ₆Ｏ₁₂Ｎ₂：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ₁₀Ｏ₁₇：Ｅｕ、Ｙ₂Ｏ₂Ｓ：Ｅｕ、Ｓｒ₄Ａｌ₁₄Ｏ₂₅：Ｅｕ、クルムス、ＣａＳｒクロロアパタイトなどが挙げられる。窒化物系にはＹ−ＳｉＯ−Ｎ：Ｃｅ、Ｌａ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ：Ｃｅ、ＡｌＮ：Ｅｕ、ＳｒＳｉ₆Ｎ₈：Ｅｕ、ＳｒＳｉ₉Ａｌ₁₉ＯＮ₃₁：Ｅｕ、ＳｒＳｉＡｌ₂Ｏ₃Ｎ₂：Ｅｕ、ＳｒＳｉ₅ＡｌＯ₂Ｎ₇：Ｅｕ、ＢａＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ、Ｂａ₃Ｓｉ₆Ｏ₁₂Ｎ₂：Ｅｕ、ＳｒＳｉＡｌ₂Ｏ₃Ｎ₂：Ｅｕ、ＳｒＳｉ₅ＡｌＯ₂Ｎ₇：Ｅｕ、Ｓｒ₃Ｓｉ₁₃Ａｌ₃Ｏ₂Ｎ₂₁：Ｅｕ、Ｓｒ₅Ｓｉ₂₁Ａｌ₅Ｏ₂Ｎ₃₅：Ｅｕ、β−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ（（Ｓｉ，Ａｌ）₆（Ｏ，Ｎ）₈：Ｅｕ）、ＭＳｉ₂Ｏ₂Ｎ₂：Ｅｕ（Ｍ＝Ｃａ，Ｓｒ）、ＡｌＯＮ：Ｍｎ、α−ｓｉａｌｏｎ：Ｙｂ、ＭＹＳｉ₄Ｎ₇：Ｅｕ（Ｍ＝Ｓｒ，Ｂａ）、α−ｓｉａｌｏｎ：Ｅｕ（Ｃａ_x（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｏ，Ｎ）₁₆：Ｅｕ）、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｃｅ、ＣａＡｌＳｉＮ₃：Ｅｕ、Ｍ₂Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ（Ｍ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）、ＬａＳｉ₃Ｎ₅：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ₂：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ₂：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ₅Ｎ₈：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）ＳｉＮ₃：Ｅｕが挙げられる。硫化物系には（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓ：Ｅｕ、ＣａＧａ₂Ｓ₄：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌが挙げられる。有機物にはｂｒｉｌｌｉａｎｔｓｕｌｆｏｆｌａｖｉｎｅ ＦＦ、ｂａｓｉｃ ｙｅｌｌｏｗ ＨＧ、ｅｏｓｉｎｅ、ｒｈｏｄａｍｉｎｅ ６Ｇ、ｒｈｏｄａｍｉｎｅ Ｂが挙げられる。

微粒子１１は、蛍光体粒子１０の周囲に付着した粒子であり、その屈折率が蛍光体粒子１０の屈折率よりも小さくバインダ１３の屈折率よりも大きい材料で構成されている。具体的には、微粒子１１の屈折率は１．４〜２．０の範囲が好ましい。屈折率が蛍光体粒子１０およびバインダ１３に対して中間値である微粒子１１を蛍光体粒子１０に付着させることで、バインダ１３から微粒子１１、蛍光体粒子１０と徐々に屈折率が小さくなり、発光素子２からの一次光がバインダ１３と蛍光体粒子１０との界面で反射することを抑制し、蛍光体粒子１０に到達する一次光を増加させることができる。これにより、発光素子２が発光した一次光の光変換効率を上げて、発光モジュールの全光束を向上させることができる。

微粒子１１の粒径は、１ｎｍ〜１０μｍの範囲が好ましく、より好ましくは１ｎｍ〜１μｍの範囲である。粒子径は１μｍより小さくなるほど蛍光体粒子表面へ付着させやすくなる。微粒子１１の粒径をこの範囲に調整することで、さらに全光束を向上させることができる。

また、微粒子１１は略球形状であり、短径と長径の比が０．７〜１．０の範囲であることが好ましい。微粒子１１を略球形状とすることで、蛍光体粒子１０同士が近接した場合にも互いの周囲に付着した微粒子１１で流動性が増すため、蛍光体粒子１０を高密度で充填して蛍光体シート３を薄く形成することができる。これにより、発光モジュールの輝度を向上させることができる。ここでは微粒子１１として略球形状としたが、内部に空洞を有する中空状のものであってもよく、例えば中空シリカなどを用いてもよい。

また、微粒子１１の比重を蛍光体粒子１０の比重以下とすることが好ましい。蛍光体粒子１０の周りに、蛍光体粒子１０よりも比重の小さな微粒子１１をコーティングすることで、バインダ１３中での沈降速度を調整できる。これにより、蛍光体粒子１０の周囲に付着させる微粒子１１の種類や添加量を調整することで、バインダ１３中での蛍光体粒子１０の分布を制御でき、複数種類の蛍光体粒子１０をバインダ１３中に分散する場合にも、適切な分布を実現して色ムラを抑えることができる。

微粒子１１の材料は、粒子径が微細であれば限定されず、例えば酸化物や、フッ素化合物、硫化物、金属化合物等が挙げられる。具体的には、例えば酸化物ではアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）、マグネシア（ＭｇＯ）、ベリリア（ＢｅＯ）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ₂Ｏ₃）、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）、カルシア（ＣａＯ）、ハフニア（ＨｆＯ₂）、ジルコニア（ＺｒＯ₂）、トリア（ＴｈＯ₂）、酸化ディスプロシウム（Ｄｙ₂Ｏ₃）、酸化ホロニウム（Ｈｏ₂Ｏ₃）、酸化エルビウム（Ｅｒ₂Ｏ₃）、酸化ツリウム（Ｔｍ₂Ｏ₃）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、ＬｉＡｌ₅Ｏ₈、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、三酸化アンチモン、酸化ランタン、三酸化シリコン、五酸化タンタル、二酸化チタン、酸化ニオブ等の金属酸化物、ＰＺＴ（ジルコン酸鉛（ＰｂＺｒＯ₃）とチタン酸鉛（ＰｂＴｉＯ₃）の固溶体、ＰＬＺＴ（Ｐｂ_1-x，Ｌａ_x）（Ｚｒ_y，Ｔｉ_1-y）_1-x／₄Ｏ₃、（Ｐｂ，Ｂｉ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、（Ｐｂ，Ｓｒ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、（Ｐｂ，Ｂａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｐｂ，Ｓｍ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｓｒ，Ｎｂ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｌａ，Ｎｂ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｈｆ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｍｇ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｐｂ，Ｂａ）（ＬａＮｂ）Ｏ₃，（Ｓｒ，Ｃａ）（Ｌｉ，Ｎｂ，Ｔｉ）Ｏ₃，（Ｓｒ，Ｂａ）Ｎｂ₂Ｏ₆，（ＰＢ，Ｂａ，Ｌａ）Ｎｂ₂Ｏ₆、Ｋ（Ｔａ，Ｎｂ）Ｏ₃、ＮａＮｂＯ₃−ＢａＴｉＯ₃、α−サイアロン、β−サイアロン（（Ｓｉ，Ａｌ）₆（Ｏ，Ｎ）₈）、等挙げられる。フッ素化合物としては、三フッ化ビスマス、フッ化セリウム、フッ化ランタン、フッ化鉛、フッ化ネオジウム、フッ化ナトリウム、フッ化カルシウム、チオライト、クライオライト、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、またはフッ化ナトリウム等が挙げられる。硫化物としては例えばＣａＳ、ＳｒＳ等が挙げられる。塩化物としては例えば塩化鉛、テルル化物としてはテルル化鉛等が挙げられる。

表面処理層１２は、蛍光体粒子１０の周囲に複数の微粒子１１が層状に付着して形成された層であり、蛍光体粒子１０の略全表面を覆っていることが好ましい。表面処理層１２の層厚としては、好ましくは１０ｎｍ〜１０μｍの範囲であり、より好ましくは５０ｎｍ〜２μｍの範囲である。表面処理層１２の層厚をこの範囲に調整することで、さらに全光束を向上させることができる。

バインダ１３は、蛍光体粒子１０が分散されて保持する透明な材料であり、シート状に成形されることで蛍光体シート３を構成する。バインダ１３の材料は、発光素子２からの一次光および蛍光体粒子１０からの二次光を透過できるものであれば限定されない。具体的には、例えばエポキシ樹脂、シリコーン樹脂、シクロオレフィン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリサルフォン樹脂、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの有機化合物、セラミックス等の無機物が挙げられる。

蛍光体シート３の製造方法は特に限定されないが、例えば微粒子１１の材料と蛍光体粒子１０を溶媒に投入して撹拌し、溶媒を乾燥して表面処理層１２を形成し、その後にバインダ１３の材料中に表面処理層１２が形成された蛍光体粒子１０を投入して硬化する。このようにして得られた蛍光体シート３を発光モジュールに用いることで、発光素子２が発光した一次光の光変換効率を上げて、発光モジュールの全光束を向上させることができる。微粒子１１の材料と蛍光体粒子１０とをアルコールに分散して乾燥させるだけで表面処理層１２を形成できるので、シラン処理やスパッタ膜形成による表面処理よりも表面処理に要する時間を短縮することができる。

（実施例１−１）
（１）蛍光体粒子１０のシリカ処理
蛍光体粒子１０としてα−サイアロン蛍光体（粒径２０μｍ、屈折率１．９）１．２ｇを用意し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に分散した後、オルガノシリカゾル（日産化学工業株式会社製、商品名「ＩＰＡ−ＳＴ−ＺＬ」、粒径０．１μｍ、屈折率１．４５）を０．００４ｍｌ添加し、４００ｒｐｍで６０分間撹拌する。撹拌後にＩＰＡを濾過および乾燥し、表面が０．１重量％シリカ処理された蛍光体粒子１０を得た。ＳＥＭにて蛍光体粒子１０の表面を観察したところ、粒径が１００ｎｍ付近の微粒子１１が均一に付着しており、断面観察にて表面処理層１２の膜厚は約１００ｎｍであった。
（２）蛍光体シート３の作製
バインダ１３としてシリコーン（信越化学工業株式会社、商品名「ＬＰＳ−３４１９」、屈折率１．４１）１０ｇを用意し、表面処理層１２が形成された蛍光体粒子１０を０．８ｇ添加しながら３本ロールミルを用いて混練して蛍光体ペーストを作製した。蛍光体ペーストを脱泡した後、金属製の型に入れ硬化炉にて１５０℃で３０分熱処理して硬化させ、長さ１２０ｍｍで幅４０ｍｍ、厚さ１．１ｍｍの蛍光体シート３を得た。
（３）発光モジュールの光束測定
得られた蛍光体シート３を上述したようなリモートフォスファ方式の発光モジュールに搭載し、発光素子２から紫色の一次光を照射して積分球で発光モジュールの光束を測定した。

（実施例１−２）
蛍光体粒子１０としてα−サイアロン蛍光体(粒径２０μｍ、屈折率１．９）１．２ｇを用意し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に分散した後、硫酸バリウム粒子（堺化学工業株式会社製、商品名「ＢＦ−１Ｌ」粒径０．１μｍ、屈折率１．６４）を３．６×１０^-03ｇ添加し、４００ｒｐｍで６０分間攪拌する。攪拌後にＩＰＡを濾過および乾燥し、表面が硫酸バリウムで処理された表面処理層１２膜厚が約１００ｎｍの蛍光体粒子１０を得た。

オルガノシリカゾルで表面コーティングしたα−サイアロン蛍光体に代えて、前記α−サイアロン蛍光体を用いること以外は実施例１−１と同様に蛍光体シート３を作製し、発光モジュールの光束を測定した。

（実施例１−３）
蛍光体粒子１０としてα−サイアロン蛍光体(粒径２０μｍ、屈折率１．９）１．２ｇを用意し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に分散した後、アルミナ粒子（ＥＶＯＮＩＫ製、商品名「ＡＥＲＯＸＩＤＥ Ａｌｕｌ３０」粒径０．００７μｍ、屈折率１．７６）を０．０２４ｇ添加し、４００ｒｐｍで６０分間攪拌する。攪拌後にＩＰＡを濾過および乾燥し、表面がアルミナで処理された表面処理層１２膜厚が約１００ｎｍの蛍光体粒子１０を得た。

オルガノシリカゾルで表面コーティングしたα−サイアロン蛍光体に代えて、前記α−サイアロン蛍光体を用いること以外は実施例１−１と同様に蛍光体シート３を作製し、発光モジュールの光束を測定した。

（比較例１−１）
蛍光体粒子に微粒子１１で表面処理を施さず、α−サイアロン蛍光体を使用する以外は実施例１−１と同様にして、蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（比較例１−２）
蛍光体粒子１０としてα−サイアロン蛍光体(粒径２０μｍ、屈折率１．９）１．２ｇを用意し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に分散した後、蛍光を発しないα−サイアロン粒子（粒径５μｍ、屈折率１．９）を０．３ｇ添加して４００ｒｐｍで６０分間攪拌する。攪拌後にＩＰＡを濾過および乾燥し、表面が膜厚５μｍのαサイアロン粒子で処理されたα−サイアロン蛍光体粒子を得た。

オルガノシリカゾルで表面コーティングしたα−サイアロン蛍光体に代えて、前記α−サイアロン蛍光体を用いること以外は実施例１−１と同様に蛍光体シートを作製し、発光モジュールの光束を測定した。

比較例１−１のように、蛍光体粒子１０を微粒子１１で処理しない場合の光束を１００とした場合、コーティング粒子の屈折率がα−サイアロン蛍光体と同じである比較例１−２では光束が９５に低下した。一方、屈折率をバインダーとα−サイアロン蛍光体の中間に調整した場合、光束は向上した。光束が向上することによって、同じ光束を得るために発光モジュールに印加する電力を減らすことができ、省エネルギー化できるので工業的に有用である。

（実施例２−１）
蛍光体粒子１０としてα−サイアロン蛍光体(粒径２０μｍ、屈折率１．９）１．２ｇを用意し、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）に分散した後、比重が１．２のポリメタクリル酸メチル粒子（粒径１μｍ、屈折率１．４９）を８×１０^-3ｇ添加して４００ｒｐｍで６０分間攪拌する。攪拌後にＩＰＡを濾過および乾燥し、表面が膜厚１μｍのα−サイアロン粒子で処理されたα−サイアロン蛍光体粒子を得た。

オルガノシリカゾルで表面コーティングしたα−サイアロン蛍光体に変えて、前記α−サイアロン蛍光体を用いること以外は実施例１−１と同様に蛍光体シートを作製した。

生産スケジュール上、混練して蛍光体ペーストを作製した後に保存する必要が生じる場合がある。このような場合、実施例１−１では蛍光体粒子が沈降するので、再混練して蛍光体粒子とバインダを均一にする作業が必要となるが、実施例２−１では蛍光体粒子の沈降は見られず均一であり、作業効率を向上させることができた。

（実施例３−２）
オルガノシリカゾルの添加量を０．０２ｍｌとし、表面処理層１２の膜厚が約４００ｎｍである以外は実施例１と同様にして、蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（実施例３−３）
オルガノシリカゾルの添加量を０．０３ｍｌとし、表面処理層１２の膜厚が約５００ｎｍである以外は実施例１と同様にして、蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（実施例３−４）
オルガノシリカゾルの添加量を０．２ｍｌとし、表面処理層１２の膜厚が約１０００ｎｍである以外は実施例１と同様にして、蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（実施例３−５）
オルガノシリカゾルの添加量を０．２５ｍｌとし、表面処理層１２の膜厚が５，０００ｎｍである以外は実施例１−１と同様にして、蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（比較例３−１）
オルガノシリカゾルの添加量を３．５×１０^-4ｍｌとし、表面処理層１２の膜厚が７ｎｍである以外は実施例１−１と同様にして、蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

比較例３−１では蛍光体粒子のコーティング層が薄すぎて、コーティングをしていない比較例１−１と同様の光束を示した。実施例３−１から実施例３−５では蛍光体粒子とバインダの間の屈折率を持ったオルガノシリカゾルをコーティングすることによって、光束が向上した。また、コーティング層の厚さは光の波長と同程度がよいことがわかる。

（実施例４−１）
実施例１−１で用いたオルガノシリカゾルに代えて、微細球状シリカ粒子（デンカ株式会社製 ＳＦＰ−３０Ｍ）を０．０１１ｇ添加して膜厚を７００ｎｍにした以外は実施例１−１と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（実施例４−２）
実施例１−１で用いたオルガノシリカゾルに代えて、球状シリカ粒子（デンカ株式会社製 ＦＢ−５Ｄ）を０．０４８ｇ添加して膜厚を５０００ｎｍにした以外は実施例１−１と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（比較例４−１）
実施例１−１で用いたオルガノシリカゾルに代えて、球状シリカ粒子（デンカ株式会社製 ＦＢ−１２Ｄ）を０．０７２ｇ添加して膜厚を１１０００ｎｍにした以外は実施例１−１と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

実施例４−１及び実施例４−２では、粒子径をそれぞれ７００ｎｍ及び５０００ｎｍと大きくしても比較例１−１よりも光束は向上し、コーティングの効果はあった。しかし、比較例４−１のように粒子径を１１０００ｎｍまで大きくすると光束は下がった。

（比較例５−１）
実施例１−１で用いたオルガノシリカゾルに代えて、粒子の短径と長径の比が０．６の破砕状シリカ粒子（株式会社龍森製 ＲＤ−８）を０．０６ｇ添加して膜厚を８０００ｎｍにし、蛍光体粒子の添加量を７０体積パーセントにした以外は実施例１−１と同様に作製を試みたが、３本ロールで蛍光体ペーストを混練することができなかった。バインダに蛍光体粒子を添加していくと、ペーストの流動性が減少し、ついには３本ロールが動かなくなった。後述の実施例６−４では蛍光体粒子の添加量を同じにしても蛍光体ペーストは作製できた。

（比較例６−１）
蛍光体粒子の濃度を０．０５体積パーセント、蛍光体シートの厚みを５０ｍｍにした以外は実施例３−２と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（比較例６−２）
蛍光体粒子の濃度を０．１体積パーセント、蛍光体シートの厚みを２５ｍｍにした以外は実施例３−２と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（比較例６−３）
蛍光体粒子の濃度を８１体積パーセントにした以外は実施例３−２と同様に蛍光体シートの作製を試みたが、バインダに蛍光体粒子を添加していくと、蛍光体ペーストの流動性が低下し、更に蛍光体粒子を添加すると３本ロールが止まり、混練できなくなった。

（実施例６−２）
蛍光体粒子の濃度を２０体積パーセント、蛍光体シートの厚みを０．１３ｍｍにした以外は実施例３−２と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（実施例６−３）
蛍光体粒子の濃度を３０体積パーセント、蛍光体シートの厚みを０．０８ｍｍにした以外は実施例３−２と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

（実施例６−４）
蛍光体粒子の濃度を７０体積パーセント、蛍光体シートの厚みを０．０４ｍｍにした以外は実施例３−２と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

比較例６−１〜６−２と実施例６−１〜６−４を比較すると明らかなように、蛍光体粒子の濃度が薄すぎる場合、半導体発光素子からの光が蛍光体シートから漏れやすくなり蛍光体粒子で波長変換ができず、光束が低下した。比較例６−３からわかるように、蛍光体濃度を濃くしすぎると蛍光体ペーストの流動性が下がり、ついには混練できなくなる。

（実施例７−１）
４５０ｎｍで発光する半導体発光素子を用いる以外は実施例１−２と同様にして蛍光体シート３および発光モジュールを作製し、光束を測定した。

実施例７−１と実施例１−２の比較より、４１０ｎｍで発光する半導体発光素子を用いた発光モジュールの方が光束を高くできる。発光波長が短波長になると人間の視感度が小さくなるので、半導体発光素子からの光が漏れても蛍光の色度に影響しにくい。それ故、蛍光体粒子からの蛍光が出やすいように蛍光体粒子の濃度を薄くしても色度変化が少なく、光束を高くできる。

（測定結果）
比較例１−１の光束を基準値（１００）として、各実施例および比較例における光束比の測定結果を図４〜図７の表に示す。図４は比較例１−１，１−２と実施例１−１〜１−３，２−１の測定結果を示し、図５は比較例３−１と実施例３−１〜３−５の測定結果を示し、図６は比較例４−１，５−１，６−１，６−２と実施例４−１，４−２の測定結果を示し、図７は比較例６−３と実施例６−１〜６−４，７−１の測定結果を示している。

図４〜７に示すように、実施例１−１〜１−３，２−１，３−１〜３−５，４−１，４−２，６−１〜６−４では、それぞれ比較例１−１よりも光束が２％，１５％，１１％，９％，２％，１０％，５％，２％，２％，３％，２％，１０％，１１％，７％，１０％，３％向上した。

図４〜図７に示したように、微粒子１１を蛍光体粒子１０に付着させることで、屈折率がバインダ１３よりも大きく蛍光体粒子１０よりも小さい表面処理層１２を形成し、発光素子２が発光した一次光の光変換効率を上げて、発光モジュールの全光束を向上させることができる。また、シラン処理やスパッタ膜形成による表面処理よりも表面処理に要する時間を短縮することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１…搭載基板
２…発光素子
３…蛍光体シート
４…光取出部
５…筐体部
６…側壁部
１０…蛍光体粒子
１１…微粒子
１２…表面処理層
１３…バインダ

Claims (9)

1. 蛍光体粒子をバインダ中に分散した蛍光体含有成形体であって、
   前記蛍光体粒子の表面に微粒子が層状に付着し、前記微粒子の屈折率は、前記蛍光体粒子の屈折率よりも小さく前記バインダの屈折率よりも大きいことを特徴とする蛍光体含有成形体。
2. 請求項１に記載の蛍光体含有成形体であって、
   前記微粒子の屈折率は１．４〜２．０の範囲であることを特徴とする蛍光体含有成形体。
3. 請求項１または２に記載の蛍光体含有成形体であって、
   前記微粒子の比重は前記蛍光体粒子の比重以下であることを特徴とする蛍光体含有成形体。
4. 請求項１乃至３の何れか１つに記載の蛍光体含有成形体であって、
   前記微粒子は前記蛍光体粒子の表面に２００ｎｍ〜１０μｍの範囲の厚さで形成されていることを特徴とする蛍光体含有成形体。
5. 請求項１乃至４の何れか１つに記載の蛍光体含有成形体であって、
   前記微粒子の粒径が、１ｎｍ〜１０μｍの範囲であることを特徴とする蛍光体含有成形体。
6. 請求項１乃至５の何れか１つに記載の蛍光体含有成形体であって、
   前記微粒子は略球形状であり、短径と長径の比が０．７〜１．０の範囲であることを特徴とする蛍光体含有成形体。
7. 請求項１乃至６の何れか１つに記載の蛍光体含有成形体であって、
   膜厚が０．０３〜１０ｍｍの範囲のシート状であることを特徴とする蛍光体含有成形体。
8. 請求項１乃至７の何れか１つに記載の蛍光体含有成形体であって、
   前記蛍光体粒子の含有量が０．５〜８０体積パーセントの範囲であることを特徴とする蛍光体含有成形体。
9. 請求項１乃至８の何れか１つに記載の蛍光体含有成形体と、
   前記蛍光体粒子に３５０〜４７０ｎｍの励起光を照射する発光素子を備えることを特徴とする発光モジュール。

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