JP2018151610A - 波長変換部材及び発光デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】蛍光体を含む樹脂が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる波長変換部材及び発光デバイスを提供する。【解決手段】パッケージ５と、パッケージ５内に設けられている波長変換層２とを備え、波長変換層２が、樹脂マトリクス３と、樹脂マトリクス３中に分散されており、励起光Ｌ１を波長変換する蛍光体４とを有し、パッケージ５が、励起光Ｌ１の入射側に位置する透明放熱部１１を有することを特徴としている。【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換部材並びに上記波長変換部材及びＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の励起光源を用いた発光デバイスに関するものである。

近年、蛍光ランプや白熱灯に代わる次世代の光源として、ＬＥＤやＬＤを用いた発光デバイス等に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、青色光を出射するＬＥＤと、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とを組み合わせた発光デバイスが開示されている。この発光デバイスは、ＬＥＤから出射され、波長変換部を透過した青色光と、波長変換部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。特許文献１には、波長変換部の一例として、パッケージ内に、蛍光体を分散させた樹脂が配置された波長変換部が開示されている。

特開２０１５−２２０３３０号公報

本発明者らは、蛍光体を含む樹脂からなる波長変換部を用いた場合、長時間使用すると熱により樹脂が劣化し黒色化して、発光強度が低下するという課題があることを見出した。

本発明の目的は、蛍光体を含む樹脂が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる波長変換部材及び発光デバイスを提供することにある。

本発明の波長変換部材は、パッケージと、パッケージ内に設けられている波長変換層とを備え、波長変換層が、樹脂マトリクスと、樹脂マトリクス中に分散されており、励起光を波長変換する蛍光体とを有し、パッケージが、励起光の入射側に位置する透明放熱部を有することを特徴としている。

本発明においては、透明放熱部の熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。

本発明においては、透明放熱部と、樹脂マトリクスを構成する樹脂との屈折率の差が、０．４以下であることが好ましい。なお、本明細書において、屈折率は波長５８７ｎｍにおける値を指す。

本発明においては、パッケージが、励起光の入射側に位置する底板を有し、透明放熱部が、底板と、底板の上に設けられる放熱層とを含んでいてもよい。

本発明においては、パッケージが、励起光の入射側に位置する底板を有し、透明放熱部が、底板と、底板の上に設けられる熱伝導フィラーとを含んでいてもよい。

本発明においては、波長変換層の光出射側にも、別の透明放熱部が設けられていてもよい。

本発明においては、波長変換層が光拡散材を有していてもよい。

本発明においては、光拡散材の平均粒子径が５μｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、樹脂マトリクスを構成する樹脂と、光拡散材の屈折率の差が０．４以下であることが好ましい。

本発明においては、波長変換層における光拡散材の含有量が１０質量％以上であることが好ましい。

本発明においては、樹脂マトリクスを構成する樹脂と、光拡散材の密度差が１ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましい。

本発明の波長変換部材は、パッケージと、パッケージ内に設けられている波長変換層とを備え、波長変換層が、樹脂マトリクスと、樹脂マトリクス中に分散されており、励起光を波長変換する蛍光体と、平均粒子径が５μｍ以下の光拡散材とを有することを特徴としている。

本発明の発光デバイスは、上記本発明の波長変換部材と、パッケージの透明放熱部側に設けられており、励起光を出射する発光部とを備えることを特徴としている。

本発明においては、発光部が、開口部を有するケース部材と、ケース部材内における底部に配置される、励起光を出射する光源と、ケース部材内に設けられており、光源を封止する樹脂層とを有し、ケース部材の開口部が、パッケージの透明放熱部により封止されていることが好ましい。

本発明においては、透明放熱部と、樹脂層を構成する樹脂との屈折率の差が、０．４以下であることが好ましい。

本発明においては、波長４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに発光ピークを有し、前記発光ピークの波長の半値幅が５０ｎｍ以下であることが好ましい。

本発明においては、波長変換部材の光出射側直上方向の出射光の色度をＣ_ｘ、光出射側直上方向に対し６０°の方向の出射光の色度をＣ_ｘ６０とした場合、Ｃ_ｘ６０／Ｃ_ｘ≦５であることが好ましい。

本発明に係る波長変換部材及び発光デバイスによれば、蛍光体を含む樹脂が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例の波長変換部材を示す模式的断面図である。 本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。 本発明の第４の実施形態の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部材を用いた発光デバイス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。

（波長変換部材）
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材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部材２１は、パッケージ５と、パッケージ５内に設けられる波長変換層２とを備えている。波長変換層２は、樹脂マトリクス３と、樹脂マトリクス３中に分散されている蛍光体４とを有する。蛍光体４は、粒子の形態で樹脂マトリクス３中に含まれている。

パッケージ５は、底板と、底板の上に設けられている側壁６とを有する。本実施形態では、底板は透明放熱部１１である。パッケージ５は、透明放熱部１１とは反対側において開口している。側壁６の上には蓋材７が設けられている。パッケージ５の開口部５ａは、蓋材７により封止されている。なお、底板は複数層の透明放熱部１１で構成されていてもよい。

波長変換部材２１は、透明放熱部１１側から入射する励起光Ｌ１を波長変換する。より具体的には、励起光Ｌ１は、透明放熱部１１を通り、波長変換層２に出射される。波長変換層２内の蛍光体４は、励起光Ｌ１を波長変換し、蛍光を出射する。蛍光体４から出射された蛍光と、波長変換層２を透過した励起光Ｌ１との合成光Ｌ２が、蓋材７を通り波長変換部材２１から出射される。励起光Ｌ１が青色光である場合、例えば、黄色光が蛍光体４から蛍光として出射され、励起光Ｌ１と蛍光の合成光Ｌ２として白色光が出射される。あるいは、励起光Ｌ１が青色光である場合に、蛍光体４として緑色光を出射するものと赤色光を出射するものを混合して使用することにより、励起光Ｌ１と蛍光の合成光Ｌ２として白色光が出射される。

励起光Ｌ１は、蛍光体４を励起して蛍光を出射させるとともに、その一部は熱エネルギーに変換される。このため、波長変換層２における樹脂マトリクス３は、励起光Ｌ１の照射により加熱される。本発明者らは、この熱により樹脂マトリクス３が劣化し波長変換層２が黒色化して発光強度が低下するという問題があることを見出した。また、この熱により、波長変換層２に含まれる蛍光体４の発光特性も低下する。

本実施形態では、パッケージ５が、励起光Ｌ１の入射側に位置する透明放熱部１１を有する。このため、波長変換層２内で生じた熱を拡散し、またパッケージ５の外部へ放熱することができ、波長変換層２内で局所的に加熱されるのを抑制することができる。特に、励起光Ｌ１のエネルギー分布は通常中心部において高くなっているので、励起光Ｌ１の中心部において発生する熱エネルギーも大きくなる傾向がある。そのため、波長変換層２における励起光Ｌ１の入射側に透明放熱部１１を配置することにより、励起光Ｌ１の中心部において生じた熱を周辺部に拡散し、またパッケージ５の外部へ放熱することができる。従って、本実施形態では、波長変換層２が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができ、発光強度が低下するのを抑制することができる。

透明放熱部１１の材料には、励起光Ｌ１（さらには蛍光体４から出射する蛍光）を透過し、かつ波長変換層２の樹脂マトリクス３を構成する樹脂より高い熱伝導率を有するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。透明放熱部１１の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫ以上、０．９Ｗ／ｍＫ以上、１Ｗ／ｍＫ以上、１．２Ｗ／ｍＫ以上、１．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、５Ｗ／ｍＫ以上、特に１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。それによって、波長変換層２において生じた熱をより一層効率的に拡散することができる。なお、透明放熱部１１が複数層から構成される場合は、その各層の熱伝導率が上記範囲を満たすことが好ましい。透明放熱部１１が複数層から構成される場合、最大厚みを有する層の熱伝導率を最も大きくすることが好ましい。その場合、最大厚みを有する層が樹脂マトリクス３側に配置されるようにすると、波長変換層２内で生じた熱を効果的に拡散し、またパッケージ５の外部へ効果的に放熱することができる。

このような材料として、ガラス及びセラミックが挙げられる。ガラスやセラミックは水分や酸素が透過し難いため、波長変換層２に含まれる蛍光体４が劣化し難く、波長変換部材２１の信頼性を高めることができる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラスまたはＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス等が挙げられる。ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラスとしては、例えば日本電気硝子株式会社製の「ＯＡ−１０Ｇ」（熱伝導率１Ｗ／ｍＫ）が好適である。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、例えば、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等が挙げられる。

本実施形態のように、透明放熱部１１がパッケージ５の底板である場合、透明放熱部１１の厚みは、励起光Ｌ１の透過性、熱伝導性及び機械的強度等を考慮して適宜決定することができる。透明放熱部１１の厚みは、例えば、０．００１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることが好ましく、０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲であることがより好ましく、０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍの範囲であることがさらに好ましい。なお、透明放熱部１１の厚みを小さくすることにより、透明放熱部１１の側面から光が漏れることを抑制することができる。

透明放熱部１１の波長４００ｎｍ〜８００ｎｍにおける平均透過率は、７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。平均透過率が小さくなると、光取り出し効率が低下しやすくなる。

波長変換層２の樹脂マトリクス３としては、例えば、透光性を有する紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂等の硬化性樹脂が用いられる。具体的には、例えば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂等を用いることができる。

透明放熱部１１と、樹脂マトリクス３を構成する樹脂との屈折率（ｎｄ）の差は、０．４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く、０．２以下であることがさらに好ましい。屈折率の差を小さくすることにより、透明放熱部１１と波長変換層２との界面における励起光Ｌ１の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。なお、後述する第２の実施形態の波長変換部材２２及びその変形例においては、透明放熱部１２，１３を構成する放熱層１７，１８と、樹脂マトリクス３を構成する樹脂との屈折率の差が上記範囲内であることが好ましい。また、後述する第３の実施形態の波長変換部材２４においては、透明放熱部１４を構成する熱伝導フィラー１９と、樹脂マトリクス３を構成する樹脂との屈折率の差が上記範囲内であることが好ましい。

波長変換層２に含まれる蛍光体４としては、例えば、量子ドットを用いることができる。量子ドットとしては、ＩＩ−ＶＩ族化合物、及びＩＩＩ−Ｖ族化合物等が挙げられる。ＩＩ−ＶＩ族化合物としては、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ等が挙げられる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物としては、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＡｌＮ、ＡｌＰ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＡｓまたはＩｎＳｂ等が挙げられる。これらの化合物から選択される少なくとも１種、またはこれらのうちの２種以上の複合体を量子ドットとして用いることができる。複合体としては、コアシェル構造のものが挙げられ、例えばＣｄＳｅ粒子表面がＺｎＳによりコーティングされたコアシェル構造のものが挙げられる。量子ドットは発光スペクトルにおける発光ピークがシャープであるという特徴がある。そのため、量子ドットを例えば直下型ディスプレイ用光源に使用した場合、鮮明な画像を得ることが可能となる。具体的には、蛍光体として量子ドットを用いた場合、波長４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに発光ピークを有し、発光ピークの波長の半値幅が５０ｎｍ以下である発光デバイスを得ることができる。

蛍光体４は、量子ドットに限定されるものではなく、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またはガーネット系化合物蛍光体等の無機蛍光体粒子等を用いてもよい。

なお、出射光（励起光Ｌ１と蛍光との合成光Ｌ２）は、出射角度によって色の分布が異なる（色度むら）場合がある。具体的には、励起光Ｌ１が一定の指向性を有する場合、波長変換部材２１の光出射側直上方向の出射光は励起光Ｌ１の色味が強くなり、一方で、波長変換部材２１の光出射側直上方向から外れた方向の出射光は蛍光の色味が強くなる。波長変換部材２１の光出射側に光拡散板を設置することにより色度むらを抑制することも考えられるが、この場合発光強度が低下する傾向がある。そこで、波長変換層２に光拡散材を含有させることが好ましい。このようにすれば、発光強度の低下を抑制しつつ、出射光の色度むらを抑制することができる。例えば、波長変換部材の光出射側直上方向の出射光の色度をＣ_ｘ、光出射側直上方向に対し６０°の方向の出射光の色度をＣ_ｘ６０とした場合、Ｃ_ｘ６０／Ｃ_ｘの値が５以下、４以下、３以下、さらには２以下である発光デバイスを得ることができる。光拡散材としては、シリカ、アルミナ、ジルコニア等の無機粒子が挙げられる。

特に、蛍光体４として量子ドットを用いた場合は、量子ドットは粒径が非常に小さく光散乱効果がほとんどないため、出射光の色度むらが大きくなる傾向がある。そのため、波長変換層２に光拡散材を含有させることによる色度むら抑制の効果が得やすい。

光拡散材の平均粒子径（Ｄ_５０）は５μｍ以下であることが好ましく、４μｍ以下であることがより好ましく、３μｍ以下であることがさらに好ましく、２μｍ以下であることが特に好ましい。光拡散材の平均粒子径が大きすぎると、光拡散効果が不十分となり、色度むらが発生しやすくなる。一方、光拡散材の平均粒子径は０．３μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましく、０．７μｍ以上であることがさらに好ましく、０．９μｍ以上であることが特に好ましい。光拡散材の平均粒子径が小さすぎると、レイリー散乱が優勢となり、出射光に波長依存性が生じ、かえって色度むらが大きくなる傾向がある。

樹脂マトリクス３を構成する樹脂と、光拡散材の屈折率の差は０．４以下、０．３以下、０．２以下、０．１以下、０．０５以下、特に０．０３以下であることが好ましく、０．００１以上、０．００３以上、特に０．００５以上であることが好ましい。当該屈折率の差が大きすぎると、後方散乱光（光入射側に散乱される光）の成分が多くなり、発光効率が低下する傾向がある。一方、当該屈折率の差が小さすぎると、光拡散効果が不十分となり、出射光の色度むらが大きくなる傾向がある。

波長変換層２における光拡散材の含有量は１０質量％以上であることが好ましく、２０質量％以上であることがより好ましく、３０質量％以上であることがさらに好ましく、４０質量％以上であることが特に好ましい。光拡散材の含有量が少なすぎると、光拡散効果が不十分となり、出射光の色度むらが大きくなる傾向がある。一方、波長変換層２における光拡散材の含有量は９０質量％以下であることが好ましく、８０質量％以下であることがより好ましく、７０質量％以下であることがさらに好ましく、６０質量％以下であることが特に好ましい。光拡散材の含有量が多すぎると、後方散乱光の成分が多くなり、発光効率が低下する傾向がある。また、出射光の色度むらがかえって大きくなる傾向がある。

樹脂マトリクス３を構成する樹脂と、光拡散材の密度差が１ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．８ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましく、０．５ｇ／ｃｍ^３以下であることがさらに好ましく、０．３ｇ／ｃｍ^３以下であることが特に好ましい。当該密度差が大きすぎると、樹脂マトリクス３中で光拡散材が沈降し、所望の光拡散効果が得にくくなる。

なお、光拡散材による効果を確認するため、下記の条件で図１に示す波長変換部材を実験例として作製し、光拡散材の含有量を変化させた際の出射光の色度を測定した。結果を表１に示す。表１に示す通り、波長変換層に光拡散材を含有させることにより、出射光の色度むらの発生を大幅に抑制できることがわかる。

（実験例の波長変換部材の構成）
蓋材７及び透明放熱部１１：ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラス（日本電気硝子株式会社製「ＯＡ−１０Ｇ」、厚み０．１ｍｍ）
側壁６：酸化アルミニウムとＳｉＯ_２−ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラスの焼結体からなるガラスセラミック（厚み０．６ｍｍ）
蛍光体４：ＣｄＳｅ／ＺｎＳのコアシェル構造の量子ドット蛍光体
蛍光体４の含有量：０．５質量％
光拡散材：シリカ粒子（日本電気硝子株式会社製「ファインスフィア」、平均粒子径（Ｄ_５０）１．５μｍ） 樹脂マトリクス３を構成する樹脂：エポキシ樹脂
パッケージ５の外寸：３．７ｍｍ×３．７ｍｍ×０．８ｍｍ

（色度測定試験）
上記の波長変換部材を光源（励起波長４６２ｎｍのＬＥＤチップ）の上に設置した。光源から励起光を波長変換部材に照射し、波長変換部材の光源とは反対側の面（光出射面）から出射された光の色度を測定した。具体的には、波長変換部材の光出射面から約１５ｍｍの位置にスクリーンを設置し、スクリーン上に現れた光照射スポットの色度分布を測定した。光照射スポットにおける色度の平均値（Ｃ_ｘ）と、光照射スポットにおける色度の最大値と最小値の差（＝色度むら）を算出した。

パッケージ５の側壁６は、例えば、セラミックやガラス等から構成することができる。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、ジルコニア、ムライト等が挙げられる。また、セラミックは、ＬＴＣＣ（Ｌｏｗ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ）等のガラスセラミックであってもよい。側壁６がＬＴＣＣからなると、波長変換層２内で生じた熱をパッケージ５の外部へ効果的に放熱することができる。ＬＴＣＣの具体例としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化アルミニウム等の無機粉末とガラス粉末との焼結体等が挙げられる。ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫ）系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス、ＴｅＯ_２系ガラスまたはＢｉ_２Ｏ_３系ガラス等が挙げられる。側壁６の厚みは０．５ｍｍ以下であることが好ましく、０．３ｍｍ以下であることがより好ましい。それによって、波長変換部材２１の小型化を図ることができる。一方、側壁６の厚みは０．１５ｍｍ以上であることが好ましい。それによって、波長変換部材２１の機械的強度を高めることができる。

蓋材７は、例えば、ガラス等の透明材料から構成することができる。ガラスとしては、パッケージ５の側壁６を構成する上記ガラスと同様の材料を用いることができる。蓋材７の厚みは、機械的強度を考慮し、０．００１ｍｍ以上であることが好ましく、０．０１ｍｍ以上であることがより好ましく、０．０５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。一方、励起光Ｌ１の透過性を考慮し、蓋材７の厚みは１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．２ｍｍ以下であることがさらに好ましい。また、蓋材７の厚みを小さくすることにより、蓋材７の側面から光が漏れることを抑制することができる。

本実施形態においては、波長変換層２における励起光Ｌ１の入射側に透明放熱部１１が配置されているので、励起光Ｌ１の照射により波長変換層２に生じた熱を透明放熱部１１で拡散することができ、波長変換層２が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる。

本実施形態では、波長変換層２が透明放熱部１１と接するように設けられているが、これに限定されるものではなく、波長変換層２と透明放熱部１１との間に隙間が形成されていてもよい。

（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図２に示すように、本実施形態においては、底板８の上に放熱層１７が設けられている。透明放熱部１２は、底板８及び放熱層１７により構成されている。パッケージ５の側壁６は、放熱層１７を介して底板８の上に設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

放熱層１７は、例えば窒化アルミニウム、酸化マグネシウム等の熱伝導性膜からなる。

放熱層１７の厚みは、励起光Ｌ１の透過性及び熱伝導性等を考慮して適宜決定することができる。放熱層１７の厚みは、例えば、１ｎｍ〜１５μｍの範囲であることが好ましく、１０ｎｍ〜１０μｍの範囲であることがより好ましく、０．１μｍ〜５μｍの範囲であることがさらに好ましい。

波長変換部材２２においては、励起光Ｌ１の照射により波長変換層２に生じた熱を、放熱層１７によって拡散することができるため、波長変換層２が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができる。なお、底板８として、第１の実施形態における透明放熱部１１を使用することにより、より一層熱の拡散効果を高めることができる。

本実施形態では、放熱層１７は底板８上の全面に設けられている。これにより、放熱性を効果的に高めることができる。なお以下に示すように、放熱層１７は、底板８上の一部に設けられていてもよい。

図３は、本発明の第２の実施形態の変形例の波長変換部材を示す模式的断面図である。図３に示すように、波長変換部材２３においては、放熱層１８は、パッケージ５の側壁６の内側に位置するように設けられている。放熱層１８は、励起光Ｌ１の照射領域を覆うように設けられていることが好ましい。放熱層１８の面積は、励起光Ｌ１の照射領域の面積の１．１倍以上であることが好ましく、１．３倍以上であることがより好ましく、１．５倍以上であることがさらに好ましく、２倍以上であることがなお好ましく、３倍以上であることが特に好ましく、４倍以上であることが最も好ましい。これにより、波長変換層２内で生じた熱を、放熱層１８を含む透明放熱部１３によって効果的に拡散することができる。

本変形例においては、放熱層１８は、少なくとも周縁部の一部がパッケージ５の側壁６に接していることが好ましい。このようにすれば、発生した熱を外部に効率的に放出することができる。

（第３の実施形態）
図４は、本発明の第３の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図４に示すように、本実施形態においては、底板８の上に熱伝導フィラー１９が設けられている。透明放熱部１４は、底板８及び熱伝導フィラー１９により構成されている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

熱伝導フィラー１９の熱伝導率は０．８Ｗ／ｍＫ以上、０．９Ｗ／ｍＫ以上、１Ｗ／ｍＫ以上、１．２Ｗ／ｍＫ以上、１．５Ｗ／ｍＫ以上、３Ｗ／ｍＫ以上、５Ｗ／ｍＫ以上、特に１０Ｗ／ｍＫ以上であることが好ましい。それによって、波長変換層２によって生じた熱をより一層効果的に拡散することができる。

熱伝導フィラー１９には、例えば、ガラスや、二酸化ケイ素、窒化ホウ素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化亜鉛、アルミニウム、銀等からなるものを用いることができる。熱伝導フィラー１９の形状は特に限定されず、球状等の粉末形状やファイバー形状が挙げられる。

波長変換部材２４においては、複数の熱伝導フィラー１９が最密充填された状態において、底板８に接するように設けられている。複数の熱伝導フィラー１９のうち、底板８に直接的に接していない熱伝導フィラー１９は、他の熱伝導フィラー１９を介して間接的に底板８に接している。これにより、励起光Ｌ１の照射により波長変換層２に生じた熱は速やかに熱伝導フィラー１９に伝導し、熱伝導フィラー１９から底板８に伝導し、底板８により拡散される。なお、熱伝導フィラー１９により熱を拡散させることもできる。従って、波長変換層２が熱により劣化し黒色化するのを効果的に抑制することができる。

なお、熱伝導フィラー１９は最密充填されていなくともよく、底板８に直接的または間接的に接するように設けられていればよい。

熱伝導フィラー１９が構成する層の厚みは、１０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以上であることがさらに好ましく、１００μｍ以上であることが特に好ましい。また、熱伝導フィラー１９が構成する層の厚みは、４００μｍ以下であることが好ましく、３５０μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以下であることがさらに好ましく、２５０μｍ以下であることが特に好ましく、２００μｍ以下であることが最も好ましい。

熱伝導フィラー１９はさらに樹脂マトリクス３中にも分散されていてもよい。このようにすれば、波長変換層２内で生じた熱をより一層効率的に拡散し、またパッケージ５の外部へ放熱することができる。

熱伝導フィラー１９は、第２の実施形態における放熱層の上に設けられていてもよい。すなわち、透明放熱部１４は、底板８、放熱層及び熱伝導フィラー１９を含んでいてもよい。

（第４の実施形態）
図５は、本発明の第４の実施形態の波長変換部材を示す模式的断面図である。図５に示すように、本実施形態においては、波長変換層２の光出射側にも、別の透明放熱部１５が設けられている。透明放熱部１５は、透明放熱部１１と同様にして構成することができる。なお、透明放熱部１５は、パッケージ５における側壁６の内側に設けられている。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

波長変換部材２５においては、波長変換層２の光出射側にも、別の透明放熱部１５が設けられているので、励起光Ｌ１の照射により波長変換層２に生じた熱を透明放熱部１１及び透明放熱部１５で効果的に拡散することができ、波長変換層２が熱により劣化し黒色化するのをさらに抑制することができる。

本実施形態では、蓋材７とは別に透明放熱部１５を設けているが、蓋材７を透明放熱部として機能させてもよい。

（発光デバイス）
図６は、本発明の第１の実施形態の波長変換部材を用いた発光デバイスを示す模式的断面図である。図６に示すように、発光デバイス３０は、第１の実施形態の波長変換部材２１と、パッケージ５の透明放熱部１１側に設けられている発光部３１とを備える。発光部３１は励起光Ｌ１を出射する。

より具体的には、発光部３１はケース部材３５を有する。ケース部材３５は開口部３５ａを有する。ケース部材３５内における底部３５ｂには、励起光Ｌ１を出射する光源３４が配置されている。光源３４は、ケース部材３５内において、樹脂層３２によって封止されている。図６に示すように、ケース部材３５の開口部３５ａは、パッケージ５の透明放熱部１１により封止されている。

発光デバイス３０においては、樹脂層３２に封止された光源３４から励起光Ｌ１が出射される。励起光Ｌ１は透明放熱部１１を通り、波長変換層２に出射される。波長変換層２内の蛍光体４は、励起光Ｌ１を波長変換し、蛍光を出射する。蛍光体４から出射された蛍光と、波長変換層２を透過した励起光Ｌ１との合成光Ｌ２が、蓋材７を通り発光デバイス３０から出射される。

光源３４としては、例えば、青色光を励起光Ｌ１として出射するＬＥＤ光源やＬＤ光源等が用いられる。ケース部材３５には、パッケージ５の側壁６と同様の材料を用いることができる。樹脂層３２を構成する樹脂には、樹脂マトリクス３の樹脂と同様のものを用いることができる。

発光デバイス３０における透明放熱部１１の材料には、励起光Ｌ１を透過し、かつ波長変換層２の樹脂マトリクス３を構成する樹脂及び樹脂層３２を構成する樹脂より高い熱伝導率を有するものであれば、特に限定されることなく用いることができる。

本実施形態においては、波長変換層２と樹脂層３２との間に透明放熱部１１が位置している。よって、励起光Ｌ１の照射により波長変換層２に生じた熱を透明放熱部１１で拡散することができ、波長変換層２が熱により劣化し黒色化するのを抑制することができる。

加えて、波長変換層２に生じた熱を、透明放熱部１１を通じて発光デバイス３０の外部に効率的に放熱することができる。なお、透明放熱部１１は、励起光Ｌ１の照射で生じた樹脂層３２内の熱も拡散することができる。

透明放熱部１１と、樹脂層３２を構成する樹脂との屈折率の差は、０．４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く、０．２以下であることがさらに好ましい。屈折率の差を小さくすることにより、透明放熱部１１と樹脂層３２との界面における励起光Ｌ１の反射を低減することができ、発光効率及び光の取り出し効率を高めることができる。

本実施形態では、透明放熱部１１が樹脂層３２と接するように設けられているが、これに限定されるものではなく、樹脂層３２との間に隙間が形成されていてもよい。

（波長変換部材の製造方法）
図１を参照して、波長変換部材２１の製造方法を説明する。透明放熱部１１としての底板を用意し、上記底板の上に側壁６を設ける。これにより、透明放熱部１１を有するパッケージ５を形成する。次に、パッケージ５内の透明放熱部１１の上に、波長変換層２を形成するための硬化前の樹脂マトリクス３用の樹脂を導入する。硬化前の樹脂マトリクス３用の樹脂には、蛍光体４が分散して含まれている。次に、樹脂マトリクス３用の樹脂を硬化させて波長変換層２を形成する。次に、蓋材７によりパッケージ５を封止する。

以上のようにして、第１の実施形態の波長変換部材２１を製造することができる。

図２に示す第２の実施形態の波長変換部材２２を製造する場合においては、パッケージ５を形成する工程において、底板８の上に放熱層１７を形成する。次に、放熱層１７を介して、底板８の上に側壁６を設ける。その後の工程は、第１の実施形態の波長変換部材２１の製造方法における工程と同様である。なお、図３に示す第２の実施形態の変形例の波長変換部材２３を製造する場合においては、底板８上の一部に放熱層１８を形成し、底板８の上に側壁６を設ければよい。

図４に示す第３の実施形態の波長変換部材２４を製造する場合においては、底板８の上に側壁６を設けた後に、底板８の上に熱伝導フィラー１９を配置する。このとき、複数の熱伝導フィラー１９を例えば最密充填して配置する。その後の工程は、第１の実施形態の波長変換部材２１の製造方法における工程と同様である。

図５に示す第４の実施形態の波長変換部材２５を製造する場合においては、第１の実施形態の波長変換部材２１の製造方法と同様に、パッケージ５を形成する。次に、パッケージ５内の透明放熱部１１の上に、波長変換層２を形成するための硬化前の樹脂マトリクス３用の樹脂を導入する。次に、樹脂マトリクス３を硬化させる。次に、表面に透明放熱部１５が設けられた蓋材７によりパッケージ５を封止する。

（発光デバイスの製造方法）
図６を参照して、発光デバイス３０の製造方法を説明する。開口部３５ａを有するケース部材３５を用意し、ケース部材３５内における底部３５ｂの上に光源３４を配置する。次に、硬化前の樹脂層３２用の樹脂をケース部材３５内に導入し、光源３４を樹脂層３２用の樹脂で覆う。次に、樹脂層３２用の樹脂を硬化させて発光部３１を形成する。

一方で、上述した方法により、波長変換部材２１を形成する。次に、波長変換部材２１の透明放熱部１１によりケース部材３５の開口部３５ａを封止するように、透明放熱部１１とケース部材３５とを接合する。

以上のようにして、発光デバイス３０を製造することができる。

２…波長変換層
３…樹脂マトリクス
４…蛍光体
５…パッケージ
５ａ…開口部
６…側壁
７…蓋材
８…底板
１１，１２，１３，１４，１５…透明放熱部
１７，１８…放熱層
１９…熱伝導フィラー
２１，２２，２３，２４，２５…波長変換部材
３０…発光デバイス
３１…発光部
３２…樹脂層
３４…光源
３５…ケース部材
３５ａ…開口部
３５ｂ…底部
Ｌ１…励起光
Ｌ２…合成光

Claims (17)

1. パッケージと、
   前記パッケージ内に設けられている波長変換層と、
   を備え、
   前記波長変換層が、樹脂マトリクスと、前記樹脂マトリクス中に分散されており、励起光を波長変換する蛍光体とを有し、
   前記パッケージが、前記励起光の入射側に位置する透明放熱部を有する、波長変換部材。
2. 前記透明放熱部の熱伝導率が０．８Ｗ／ｍＫ以上である、請求項１に記載の波長変換部材。
3. 前記透明放熱部と、前記樹脂マトリクスを構成する樹脂との屈折率の差が、０．４以下である、請求項１または２に記載の波長変換部材。
4. 前記パッケージが、前記励起光の入射側に位置する底板を有し、
   前記透明放熱部が、前記底板と、前記底板の上に設けられる放熱層とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
5. 前記パッケージが、前記励起光の入射側に位置する底板を有し、
   前記透明放熱部が、前記底板と、前記底板の上に設けられる熱伝導フィラーとを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換部材。
6. 前記波長変換層の光出射側にも、別の透明放熱部が設けられている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
7. 前記波長変換層が光拡散材を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換部材。
8. 前記光拡散材の平均粒子径が５μｍ以下である、請求項７に記載の波長変換部材。
9. 前記樹脂マトリクスを構成する樹脂と、前記光拡散材の屈折率の差が０．４以下である、請求項７または８に記載の波長変換部材。
10. 前記波長変換層における前記光拡散材の含有量が１０質量％以上である、請求項７〜９のいずれか一項に記載の波長変換部材。
11. 前記樹脂マトリクスを構成する樹脂と、前記光拡散材の密度差が１ｇ／ｃｍ^３以下である、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の波長変換部材。
12. パッケージと、
    前記パッケージ内に設けられている波長変換層と、
    を備え、
    前記波長変換層が、樹脂マトリクスと、前記樹脂マトリクス中に分散されており、励起光を波長変換する蛍光体と、平均粒子径が５μｍ以下の光拡散材とを有する、波長変換部材。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
    前記パッケージの前記透明放熱部側に設けられており、前記励起光を出射する発光部と、
    を備える、発光デバイス。
14. 前記発光部が、開口部を有するケース部材と、前記ケース部材内における底部に配置される、前記励起光を出射する光源と、前記ケース部材内に設けられており、前記光源を封止する樹脂層とを有し、
    前記ケース部材の前記開口部が、前記パッケージの前記透明放熱部により封止されている、請求項１３に記載の発光デバイス。
15. 前記透明放熱部と、前記樹脂層を構成する樹脂との屈折率の差が、０．４以下である、請求項１４に記載の発光デバイス。
16. 波長４５０ｎｍ〜６３０ｎｍに発光ピークを有し、前記発光ピークの波長の半値幅が５０ｎｍ以下である、請求項１３〜１５のいずれか一項に記載の発光デバイス。
17. 前記波長変換部材の光出射側直上方向の出射光の色度をＣ_ｘ、前記光出射側直上方向に対し６０°の方向の出射光の色度をＣ_ｘ６０とした場合、Ｃ_ｘ６０／Ｃ_ｘ≦５である、請求項１３〜１６のいずれか一項に記載の発光デバイス。

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