JP2019028306A - 光波長変換部材及び発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い照度および蛍光強度を有し、色ムラを抑制できる光波長変換部材及び発光装置を提供すること。【解決手段】光波長変換部材９は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成されている。蛍光相の結晶粒子は、化学式Ａ３Ｂ５Ｏ１２：Ｃｅで表される組成を有するとともに、Ａ元素及びＢ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されている。つまり、Ａ元素は、「Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド」、Ｂ元素は、「Ａｌ、Ｇａ」から選択できる。さらに、光波長変換部材９は、光波長変換部材９の断面における透光相と蛍光相との面積比ａが、０．３＜ａ＜３４であり、且つ、蛍光相の界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍである。【選択図】図１

Description

本開示は、例えば波長変換機器、蛍光材、各種照明、映像機器などに用いられるような、光の波長の変換が可能な光波長変換部材及び発光装置に関するものである。

例えばヘッドランプや各種照明機器などでは、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）や半導体レーザー（ＬＤ：Laser Diode）の青色光を、蛍光体によって波長変換することにより白色を得ている装置が主流となっている。

蛍光体としては、樹脂系やガラス系などが知られているが、近年、光源の高出力化が進められており、蛍光体には、より高い耐久性が求められるようになったことから、セラミックス蛍光体に注目が集まっている（特許文献１〜３参照）。

このセラミックス蛍光体としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ：Ｃｅ）に代表されるように、ガーネット構造（Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２）の成分にＣｅが賦活された蛍光体が知られている。

特開２０１４−１３２０８４号公報 特開２０１５−３４１２０号公報 特開２０１５−１４９３９４号公報

ところで、上述した従来技術では、下記のような問題があり、その改善が求められていた。
具体的には、前記特許文献１に記載の技術では、焼成中のＣｅ揮発に伴う色ムラ防止のために、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８を組織中に分散させている。しかし、第三成分であるＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８は光を吸収するので、発光強度および照度を減じる要因となる。このため、蛍光体の厚みを極端に薄くするなどして対処する必要があるが、薄片化は構造体としての蛍光体の耐久性を損なうという別の問題がある。

また、前記特許文献２に記載の技術では、発光中心イオンとなりうる希土類元素の含有量が１〜５０ｍｏｌ％である。ところが、発光中心イオンの含有量が多い場合、濃度消光によって発光強度、光束が低下する要因となりうる。そのため、この範囲であると、蛍光特性および照度が著しく低下してしまう。

さらに、前記特許文献３に記載の技術では、ＹＡＧとＡｌ_２Ｏ_３との界面での励起光の反射を抑制するために、Ｃｅを賦活していないＹＡＧが、発光成分となりうるＹＡＧを取り囲む構造を取っている。しかし、この構造では蛍光成分のＹＡＧで発生する熱が逃げづらく、温度消光の原因となる。

つまり、上述した技術では、高い照度および蛍光強度を有するとともに、色ムラを抑制できる光波長変換部材を実現することは容易ではなかった。
本開示は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い照度および蛍光強度を有し、色ムラを抑制できる光波長変換部材及び発光装置を提供することにある。

（１）本開示の第１局面は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成された光波長変換部材に関するものである。

この光波長変換部材では、蛍光相の結晶粒子は、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有するとともに、Ａ元素及びＢ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されている。

Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド
Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
さらに、この光波長変換部材では、光波長変換部材の断面における透光相と蛍光相との面積比ａが、０．３＜ａ＜３４であり、且つ、蛍光相の界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍである。

本第１局面では、基本的な構成として、セラミックス焼結体が、前記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されているＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有している。

この組成により、効率よく青色光を可視光に変換することができる。
特に本第１局面では、光波長変換部材の断面における透光相と蛍光相との面積比ａが、０．３＜ａ＜３４であり、且つ、蛍光相の界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍであるので、後述する実施例等から明らかなように、光波長変換部材に光を照射した場合には、高い照度および蛍光強度が得られるとともに、色ムラが少ないという効果がある。

ここで、蛍光相の界面長さｙが３００μｍ未満であると、即ち所定の領域内（詳しくは規定された単位面積当たり）において蛍光相の塊が大きくなる、または、蛍光相の含有量が少ないと、蛍光相と透光相との界面での拡散が減るので透過率が向上し、照度および蛍光強度は向上するが、色ムラが発生する。

一方、蛍光相の界面長さｙが１０５０μｍを超えると、即ち所定の領域内における蛍光相の塊が小さくなると、界面での拡散が多くなるので、透過率が低くなり、色ムラは少なくなるものの、照度および蛍光強度が低下してしまう。

また、面積比ａが、０．３未満であると、蛍光相が不足するため、十分な透光性を示さず、照度および蛍光強度が低下してしまう。一方、面積比ａが３４を超えると、蛍光成分が不足するため、十分な発光を示さない。

なお、本第１局面の光波長変換部材は、耐熱性や耐久性についても、優れた性能を有している。
（２）本開示の第２局面では、透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１と蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２との比ｘが、１．１＜ｘ＜２．１であって、透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１は０．２μｍ〜６μｍの範囲であり、蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２は０．１μｍ〜４μｍの範囲であってもよい。

前記比ｘ（即ち粒径比ｘ）が１．１未満であると、透過率が低くなり、青色光の拡散が多くなるので、色ムラは小さくなるが、照度および蛍光強度が低下してしまう。
一方、 粒径比ｘが２．１超えると、透過率が向上し、照度および蛍光強度は向上するが、色ムラが発生する。

従って、前記粒径比ｘの範囲が好適である。
また、透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１が０．２μｍ〜６μｍの範囲であり、且つ、蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２が０．１μｍ〜４μｍの範囲の場合には、高い蛍光強度および照度を有しつつ、色ムラの少ないセラミックス蛍光体を得ることができる。

ここで、透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１が０．２μｍ未満で、且つ、蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２が０．１μｍ未満の場合には、青色光および黄色光の拡散が多くなるので、色ムラは小さくなるが、青色光および黄色光の透過率が低下し、蛍光強度および照度も低下する。

一方、透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１が６μｍより大きく、且つ、蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２が４μｍより大きい場合には、透過率が上がり、蛍光強度および照度は向上するが、色ムラが大きくなってしまう。

（３）本開示の第３局面では、透光相の結晶粒子は、Ａｌ_２Ｏ_３の組成を有していてもよい。
ここでは、透光相の結晶粒子の組成の好適な例を示している。

（４）本開示の第４局面では、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物は、セラミックス焼結体全体の３ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲であってもよい。
セラミックス焼結体中のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの割合が、全体の３ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲であると、高い照度を有しつつ色ムラの少ないセラミックス焼結体を得ることができる。

ここで、前記割合が３ｖｏｌ％未満では、蛍光成分が不足するため十分な発光を示さない。一方、前記割合が７０ｖｏｌ％を超えると、透光相が不足するため十分な透光性を示さず、照度および蛍光強度が低下してしまう。

（５）本開示の第５局面では、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物におけるＣｅ濃度は、化合物のＡ元素に対して０．１ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲であってもよい。

セラミックス焼結体中のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物のＣｅ濃度がＡ元素に対して、０．１ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲であると、高い照度および蛍光強度を有しつつ、色ムラが少ないセラミックス焼結体を得ることができる。

ここで、前記割合が０．１ｍｏｌ％未満では、発光中心イオンが少なく蛍光成分が不足するため十分な発光が得られない。一方、前記割合が１．０ｍｏｌ％を超えると発光中心イオンの濃度が高く、濃度消光が起き、蛍光強度および照度が低下してしまう。
（６）本開示の第６局面は、第１〜第５局面のいずれかの光波長変換部材を備えた発光装置である。

本第６局面の発光装置（詳しくは光波長変換部材）にて波長が変換された光（即ち蛍光）は、高い蛍光強度を有する。また、高い色均質性を有する。
なお、発光装置の発光素子としては、例えばＬＥＤやＬＤなどの公知の素子を用いることができる。

＜以下に、本発明の各構成について説明する＞
・「蛍光相」は、蛍光性を有する結晶粒子を主体とする相であり、「透光相」は、透光性を有する結晶粒子、詳しくは蛍光相の結晶粒子とは異なる組成の結晶粒子を主体とする相である。

・「主体」とは、前記光波長変換部材中において、最も多い量（即ち体積）存在することを示している。例えば、蛍光相には、蛍光性を有する結晶粒子を５０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含まれていてもよい。また、例えば、透光相には、透光性を有する結晶粒子を５０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含まれていてもよい。

・「光波長変換部材」は、上述した構成を有するセラミックス焼結体であり、各結晶粒子やその粒界には、不可避不純物が含まれていてもよい。このセラミックス焼結体には、透光相及び透光相（従って蛍光性を有する結晶粒子及び透光性を有する結晶粒子）が、セラミックス焼結体の５０体積％以上（好ましくは９０体積％以上）含まれていてもよい。

・「Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ」とは、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２中の元素Ａの一部にＣｅが固溶置換していることを示しており、このような構造を有することにより、同化合物は蛍光特性を示すようになる。

・「界面長さ」とは、光波長変換部材の断面の所定の領域、詳しくは単位面積である５００μｍ^２において、１又は複数の蛍光相を構成する部分の外周の長さの合計である。例えば、所定の領域において、周囲から分離された蛍光相が複数ある場合には、各蛍光相の界面長さの合計である。

実施形態の光波長変換部材を備えた発光装置を厚み方向に破断した断面を示す断面図である。 実施形態の光波長変換部材の製造工程を示す説明図である。 実施形態の光波長変換部材の断面のＳＥＭ画像の模式図、詳しくはエッチング処理をしないＳＥＭ画像の模式図である。 実施形態の光波長変換部材の断面のＳＥＭ画像の模式図、詳しくはエッチング処理をしたＳＥＭ画像の模式図である。 色ムラの測定方法を示す説明図である。

次に、本開示の光波長変換部材及び発光装置の実施形態について説明する。
［１．実施形態］
［１−１．発光装置］
まず、本実施形態の光波長変換部材及び発光装置について説明する。

図１に示すように、本実施形態の発光装置１は、例えばアルミナ等の箱状のセラミック製のパッケージ（容器）３と、容器３の内部に配置された例えばＬＤ等の発光素子５と、容器３の開口部７を覆うように配置された板状の光波長変換部材９とを備えている。

この発光装置１では、発光素子５から放射された光は、透光性を有する光波長変換部材９を透過するとともに、その光の一部は光波長変換部材９の内部で波長変換されて発光する。つまり、光波長変換部材９では、発光素子５から放射される光の波長とは異なる波長の蛍光を発する。

例えば、ＬＤから照射される青色光が、光波長変換部材９によって波長変換されることにより、全体として白色光が光波長変換部材９から外部（例えば図１の上方）に照射される。
［１−２．光波長変換部材］
次に、光波長変換部材９について説明する。

本実施形態の光波長変換部材９は、蛍光性を有する結晶粒子（即ち蛍光相粒子）を主体とする蛍光相と、透光性を有する結晶粒子（即ち蛍光相粒子）を主体とする透光相と、を有するセラミックス焼結体から構成されたものである。

この光波長変換部材９では、蛍光相粒子は、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有するとともに、そのＡ元素及びＢ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されている。

Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド
Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
なお、前記化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：ＣｅのＡ及びＢは、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで示される物質を構成する各元素（但し異なる元素）を示しており、Ｏは酸素、Ｃｅはセリウムである。

この光波長変換部材９では、光波長変換部材９の断面における透光相と蛍光相との面積比ａが、０．３＜ａ＜３４であり、且つ、蛍光相の所定の領域における界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍである。

なお、所定の領域とは、５００μｍ^２の大きさの単位面積であり、界面長さｙとは、前記単位面積において、各蛍光相の周囲の長さを示す各界面長さの合計である。
また、透光相粒子の平均粒径ｒ１と蛍光相粒子の平均粒径ｒ２との粒径比ｘが、１．１＜ｘ＜２．１であって、透光相粒子の平均粒径ｒ１は０．２μｍ〜６μｍの範囲であり、蛍光相粒子の平均粒径ｒ２は０．１μｍ〜４μｍの範囲である。

さらに、光波長変換部材９では、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物は、セラミックス焼結体全体の３ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲である。
また、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物におけるＣｅ濃度は、化合物のＡ元素に対して０．１ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲である。

なお、透光相粒子は、例えばＡｌ_２Ｏ_３の組成を有している。
［１−２．光波長変換部材の製造方法］
ここでは、光波長変換部材９を製造する際の概略の手順について、図２に基づいて、簡単に説明する。

まず、前記実施形態の構成を満たすように、セラミックス焼結体である光波長変換部材９の粉末材料の秤量等を行った（即ち調製した）。
次に、調製した粉末材料に、有機溶剤と分散剤とを加え、ボールミルにて粉砕混合を行い、スラリーを作製した。

次に、得られたスラリーを、乾燥、造粒した。
次に、得られた造粒粉を、プレス成形した。
次に、プレス成形体を、所定温度で所定時間焼成し、セラミックス焼結体を得た。

なお、上述したプレス成形によるセラミックス焼結体の製造方法以外に、スラリーをシート成形して得られたシート成形体を焼成することにより、セラミックス焼結体を得てもよい。
［１−３．効果］
次に、本実施形態の効果を説明する。

（１）本実施形態では、基本的な構成として、セラミック焼結体が、前記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されているＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有している。この組成により、効率よく青色光を可視光に変換することができる。

特に本実施形態は、光波長変換部材９の断面における透光相と蛍光相との面積比ａが、０．３＜ａ＜３４であり、且つ、蛍光相の界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍである。そのため、光波長変換部材９に例えば発光素子５から光を照射した場合には、高い照度および蛍光強度が得られるとともに、色ムラが少ないという効果がある。

（２）本実施形態では、透光相粒子の平均粒径ｒ１と蛍光相粒子の平均粒径ｒ２との粒径比ｘが、１．１＜ｘ＜２．１であって、透光相粒子の平均粒径ｒ１は０．２μｍ〜６μｍの範囲であり、蛍光相粒子の平均粒径ｒ２は０．１μｍ〜４μｍの範囲である。

この構成によって、一層高い照度および蛍光強度が得られ、色ムラも低減する。
（３）本実施形態では、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物は、セラミックス焼結体全体の３ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲である。

この構成によって、一層高い照度および蛍光強度が得られ、色ムラも低減する。
（４）本実施形態では、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物におけるＣｅ濃度は、化合物のＡ元素に対して０．１ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲である。

この構成によって、一層高い照度および蛍光強度が得られ、色ムラも低減する。
（５）本実施形態の発光装置１、詳しくは光波長変換部材９にて波長が変換された光（即ち蛍光）は、高い蛍光強度を有する。また、色バラツキが少なく高い色均質性を有する。
［２．実施例］
次に、前記実施形態の具体的な実施例について説明する。

ここでは、下記表１に記載のNo.１〜３０のセラミックス焼結体の各試料、即ち実施例１〜５の光波長変換部材の各試料を作製した。
なお、各試料のうち、No.３〜７、１１〜３０が本開示の範囲内の試料であり、No.１、２、８〜１０が本開示の範囲外（比較例）の試料である。
［２−１．試料の評価方法］
まず、各試料に対して実施した各評価の方法について説明する。

＜相対密度＞
各試料のセラミックス焼結体の相対密度は、アルキメデス法で密度を測定し、測定した密度を相対密度に換算する方法で算出した。

＜開気孔率＞
各試料のセラミックス焼結体の開気孔率は、ＪＩＳ Ｒ１６３４に規定される方法によって測定した。

＜面積比＞
各試料のセラミックス焼結体を破断し、その破断面を鏡面研磨後、その研磨面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、５０００倍のＳＥＭ画像を得た。そのＳＥＭ画像の１例の模式図を図３に示すが、白色に近い明部が蛍光相であり、黒色に近い暗部が透光相である。

そして、前記ＳＥＭ画像のうち、５００μｍ^２の領域内で、それぞれ透光相の面積ＳＴと蛍光相の面積ＳＫとを測定した。そして、透光相の面積ＳＴと蛍光相の面積ＳＫとの面積比ａを、ＳＴ／ＳＫの演算により求めた。

なお、前記面積は、ＳＥＭ画像を画像解析ソフト（例えばＷｉｎｌｏｏｆ）によって処理して求めた。また、５００μｍ^２の領域とは、５０００倍のＳＥＭ画像であれば、特定の視野範囲で測定した後、５００μｍ^２に換算して面積比ａを求めてもよい。後述する界面長さについても、同様であり、５００μｍ^２当たりに換算してもよい。

＜平均結晶粒径＞
各試料のセラミックス焼結体を破断し、その破断面を鏡面研磨後、１３５０℃で熱エッチングを行った。エッチング面をＳＥＭ観察し、セラミックス焼結体中の任意の５箇所の位置において、それぞれ２５００倍の画像（即ちＳＥＭ画像）を得た。そのＳＥＭ画像の１例の模式図を図４に示すが、明部が蛍光相粒子であり、暗部が透光相粒子である。

そして、前記各位置における各ＳＥＭ画像中の２０μｍ角の中で、任意の線を５本引き、インターセプト法により、蛍光相粒子と透光相粒子との平均結晶粒径（即ち平均粒径）を求めた。つまり、５箇所の領域の全体において、蛍光相粒子の平均粒径ｒ２と透光相粒子の平均粒径ｒ１とを求めた。

＜粒径比＞
さらに、得られた蛍光相粒子の平均粒径ｒ２と透光相粒子の平均粒径ｒ１から、以下の式（１）を用いて粒径比ｘを算出した。

粒径比ｘ＝透光相粒子の平均粒径ｒ１／蛍光相粒子の平均粒径ｒ２・・（１）
＜界面長さ＞
前記面積比を求める際に使用した前記５０００倍のＳＥＭ画像に対して、前記画像解析ソフト（例えばＷｉｎｌｏｏｆ）を用いて、任意の５箇所の位置の各領域において、それぞれ蛍光相毎に界面長さを求めた。即ち、一塊の蛍光相単位での界面長さを求めた。また、蛍光相が複数ある領域においては、各蛍光相の界面長さを合計した。つまり、各領域において全ての蛍光相の界面長さを求め、各領域毎にそれらの合計値（即ち各領域毎の全界面長さ）を求めた。

ここでは、５箇所の位置における各領域は、それぞれ５００μｍ^２の大きさであり、５箇所の位置の領域で求めた各領域における全界面長さ求め、その平均値を界面長さｙとした。

なお、前記界面長さの１例、即ち蛍光相単位での蛍光相の界面長さを前記図３に示す。図３において、一つの蛍光相（即ち一つの薄い灰色の明部の部分）を囲む白色の環状のラインの長さが蛍光相単位での界面長さである。

＜照度＞
照度は照度計によって測定した。具体的には、１３ｍｍ角×厚み０．２ｍｍに加工した各試料に対し、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで集光させて０．５ｍｍ幅とし、これを照射して反対面から透過してくる光について、分光放射照度計（コニカミノルタ製ＣＬ−５００Ａ）によって照度を測定した。

なお、照度は、ＹＡＧ：Ｃｅ単結晶体の強度を１００とした時の相対値（％）で評価した。
＜色ムラ＞
色ムラ（即ち色バラツキ）は、照度計による色度バラツキ測定によって評価した。

具体的には、１３ｍｍ角×厚み０．２ｍｍに加工した各試料に対し、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで集光させて０．５ｍｍ幅とし、これを照射して反対面から透過してくる光について、分光放射照度計（コニカミノルタ製ＣＬ−５００Ａ）によって色度を測定した。

照射は、各試料の表面（即ちサンプル面）に対して、図５に示すように、９ｍｍ角の中央部分を３ｍｍ間隔で９個所の領域に区分し、各領域の色度（Ｘ方向）のバラツキ（Δｘ）を評価した。バラツキ（Δｘ）とは色度方向の偏差の最大値を示し、Δｘ＜０．０３となることが好ましい。

なお、色度とは、国際照明委員会（ＣＩＥ）が１９３１年に策定した国際表示法で、ＣＩＥ-ＸＹＺ表色系で示される色度である。つまり、表色上の３原色を数値化し、ｘｙ座標空間で色を表したｘｙ色度図（いわゆるＣＩＥ色度図）で示される色度である。

＜蛍光強度＞
１３ｍｍ角×厚み０．２ｍｍに加工した各試料に対し、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで０．５ｍｍ幅まで集光させて照射し、透過した光をレンズによって集光させ、パワーセンサーによりその発光強度（即ち蛍光強度）を測定した。このとき照射される出力密度は４０Ｗ／ｍｍ^２となるようにした。

なお、蛍光強度は、ＹＡＧ：Ｃｅ単結晶体の強度を１００とした時の相対値（％）で評価した。
［２−２．試料の製造方法及び評価結果］
次に、各試料の製造方法と、各試料の評価結果について説明する。

＜実施例１＞
下記表１に示す条件により、No.１〜９のセラミックス焼結体（即ち光波長変換部材）の試料を作製した。

具体的には、各試料のセラミックス焼結体に応じて、下記表１に示すように、Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径０．２μｍ）とＹ_２Ｏ_３（平均粒径１．２μｍ）、Ｇｄ_２Ｏ_３（平均粒径１．５μｍ）、ＣｅＯ_２（平均粒径１．５μｍ）の各粉末材料を秤量した。

このとき、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量は、セラミックス焼結体全体の３０ｖｏｌ％に固定した。また、Ｃｅ濃度は、Ａ元素に対して０．３ｍｏｌ％に固定した。
これらの粉末を、エタノールと共にボールミル中に投入し、４〜４８ｈｒ粉砕混合を行った。得られたスラリーを乾燥・造粒し、得られた造粒粉をプレス成形した。得られた成形体を大気雰囲気中で焼成を行った。この際、焼成温度を１５００〜１８００℃、保持時間を２〜１０時間として焼成を行った。

具体的には、試料No.１、２では、粉砕時間を３０時間より長くし、焼成温度を１５００℃とし、保持時間を２〜５時間とした。
試料No.３〜７では、粉砕時間を１６時間とし、焼成温度を１５００℃〜１７５０℃とし、保持時間を１０時間とした。

試料No.８、９では、粉砕時間をそれぞれ１６時間、４時間とし、焼成温度を同じ１８００℃とし、保持時間を同じ１０時間とした。
なお、前記条件の範囲で、粉砕時間と焼成条件を変更することで、実施例１の各試料を得ることができる。例えば粉砕時間を長くすることで、結晶粒子の粒径を小さくできる。また、焼成温度を高くすることで、結晶粒子を成長させて、粒径を大きくできる。従って、これらが、界面長さに影響を与えると考えられる。

次に、この製造方法によって得られた各試料のセラミックス焼結体について、上述した評価方法による評価を行った。その結果を、下記表１に記す。
表１から明らかなように、面積比ａが０．３＜ａ＜３４の範囲であり、且つ、蛍光相の界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍの範囲にあるNo.３〜７の試料は、蛍光強度および照度が大きく、しかも、色ムラが少なく、好結果が得られた。

一方、界面長さｙが１０５０μｍを超えるNo.１、２の試料は、透過率が低下し、蛍光強度および照度が低下した。また、界面長さｙが３００μｍ未満のNo.８、９の試料は、青色光の透過が非常に大きくなるため色ムラが増加した。

なお、表１には記載しないが、相対密度はいずれの試料も９９％以上であった。なお、他の実施例２〜４の試料についても同様であった。
＜実施例２＞
下記表１に示す条件により、No.１０〜１９のセラミックス焼結体の試料を作製した。

この実施例２の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。
但し、粉砕時間は１６時間、焼成温度は１６００℃、保持時間は１０時間に、それぞれ固定した。また、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が全体の１ｖｏｌ％〜８０ｖｏｌ％となるようにした。

この製造方法によって得られた各試料のセラミックス焼結体について、上述した評価方法による評価を行った。その結果を、下記表１に記す。
表１から明らかなように、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が３ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％にあるNo.１１〜１８の試料は、発光強度が大きく、しかも色ムラが小さく、好結果が得られた。

一方、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が１ｖｏｌ％と少ないNo.１０の試料は、蛍光不足により蛍光強度が低くなった。また、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が８０ｖｏｌ％と多いNo.１９の試料は、熱伝導低下に伴う温度上昇が顕著となり、温度消光によって発光強度が低下した。

＜実施例３＞
下記表１に示す条件により、No.２０〜２６のセラミックス焼結体の試料を作製した。
この実施例３の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。

但し、粉砕時間及び焼成条件は、実施例２と同様にした。また、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量を全体の３０ｖｏｌ％で固定し、Ｃｅ量を０．０５ｖｏｌ％〜２．０ｖｏｌ％となるようにした。
この製造方法によって得られた各試料のセラミックス焼結体について、上述した評価方法による評価を行った。その結果を、下記表１に記す。

表１から明らかなように、Ｃｅ量が０．１ｖｏｌ％〜１ｖｏｌ％にあるNo.２１〜２５の試料は、発光強度および照度が大きく、且つ、色ムラが小さく、好結果が得られた。
一方、Ｃｅ量が０．１ｍｏｌ％より少ないNo.２０の試料は、発光中心イオンが少ないため、蛍光不足により蛍光強度が低くなった。また、Ｃｅ量が１ｍｏｌ％より多いNo.２６の試料は、Ｃｅ量が過剰にあることで濃度消光が起こり、蛍光強度が低下した。

＜実施例４＞
下記表１に示す条件により、No.２７〜３０のセラミックス焼結体の試料を作製した。
この実施例３の試料の作製方法は、基本的には、実施例１と同様である。

但し、調合時にＹ_２Ｏ_３粉末だけでなく、Ｌｕ_２Ｏ_３（平均粒径１．３μｍ）またはＹｂ_２Ｏ_３（平均粒径１．５μｍ）、Ｇａ_２Ｏ_３（平均粒径１．３μｍ）の各粉末を１つ以上用い、所定のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅを合成できるように、配合比を変化させた。また、粉砕時間および焼成条件は、実施例２と同様にした。

この製造方法によって得られた各試料のセラミックス焼結体について、上述した評価方法による評価を行った。その結果を、下記表１に記す。
表１から明らかなように、No.２７〜３０のすべてのセラミックス焼結体において、照度、蛍光強度、色ムラのいずれも、良好な結果になった。

［４．他の実施形態］
本開示は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。

（１）例えば、前記実施例では大気焼成にて試料を作製したが、その他にホットプレス焼成、真空焼成、還元雰囲気焼成、ＨＩＰ、またはこれらを組み合わせた焼成方法によって、同等の性能を有した試料を作製することができる。

（２）前記光波長変換部材や発光装置の用途としては、蛍光体、光波長変換機器、ヘッドランプ、照明、プロジェクター等の光学機器など、各種の用途が挙げられる。
（３）発光装置に用いる発光素子としては特に限定はなく、周知のＬＥＤやＬＤなど、各種のものを採用できる。

（４）なお、上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素に分担させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に発揮させたりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。

１…発光装置
５…発光素子
９…光波長変換部材

Claims (6)

1. 蛍光性を有する結晶粒子を主体とする蛍光相と、
   透光性を有する結晶粒子を主体とする透光相と、
   を有するセラミックス焼結体から構成された光波長変換部材において、
   前記蛍光相の結晶粒子は、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される組成を有するとともに、前記Ａ元素及び前記Ｂ元素は、それぞれ下記元素群から選択される少なくとも１種の元素から構成されており、
   Ａ：Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅを除くランタノイド
   Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
   前記光波長変換部材の断面における前記透光相と前記蛍光相との面積比ａが、０．３＜ａ＜３４であり、且つ、前記蛍光相の界面長さｙが３００μｍ＜ｙ＜１０５０μｍである、
   光波長変換部材。
2. 前記透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１と前記蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２との比ｘが、１．１＜ｘ＜２．１であって、前記透光相の結晶粒子の平均粒径ｒ１は０．２μｍ〜６μｍの範囲であり、前記蛍光相の結晶粒子の平均粒径ｒ２は０．１μｍ〜４μｍの範囲である、
   請求項１に記載の光波長変換部材。
3. 前記透光相の結晶粒子は、Ａｌ_２Ｏ_３の組成を有する、
   請求項１又は２に記載の光波長変換部材。
4. 前記化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物は、前記セラミックス焼結体全体の３ｖｏｌ％〜７０ｖｏｌ％の範囲である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の光波長変換部材。
5. 前記化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される化合物におけるＣｅ濃度は、前記化合物のＡ元素に対して０．１ｍｏｌ％〜１．０ｍｏｌ％の範囲である、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の光波長変換部材。
6. 前記請求項１〜５のいずれか１項に記載の光波長変換部材を備えた、
   発光装置。