JP2020106831A - 波長変換部材及び発光装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】高い発光強度を有する波長変換部材及び発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】マトリクス１中に蛍光体粒子２を含有する波長変換部材１０であって、蛍光体粒子２の励起スペクトルにおけるスペクトル強度が、最大ピーク強度の５％以下となる可視光波長域において、ヘイズ値が０．７〜０．９９９であることを特徴とする波長変換部材１０。【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部材及び発光装置に関する。
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、青色光を出射するＬＥＤ上に、青色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（特許文献１、２）。これらの発光装置は、ＬＥＤから出射された青色光（励起光）と、波長変換部材から出射された黄色光（蛍光）との合成光である白色光を発する。
近年は発光デバイスの高性能化に伴い、より高強度の白色光を取り出すことができる波長変換部材が求められている。しかしながら、従来の波長変換部材では外部に取り出される励起光と蛍光の合成光の光束値が不十分であり、発光強度を十分に高めることができないという問題がある。
以上に鑑み、本発明は高い発光強度を有する波長変換部材及び発光装置を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、波長変換部材から取り出される励起光と蛍光の合成光の光束値は、波長変換部材の特定波長域におけるヘイズ値を調節することにより、改善できることが判明した。
すなわち、本発明の波長変換部材は、マトリクス中に蛍光体粒子を含有する波長変換部材であって、蛍光体粒子の励起スペクトルにおけるスペクトル強度が、最大ピーク強度の５％以下となる可視光波長域において、ヘイズ値が０．７〜０．９９９であることを特徴とする。
本発明の波長変換部材は、マトリクスがガラスであることが好ましい。
本発明の波長変換部材は、蛍光体粒子が蛍光の一部を吸収するものであってもよい。このような蛍光体粒子を用いた場合、本発明の効果を享受しやすくなる。
本発明の波長変換部材は、蛍光体粒子が、ガーネット系セラミック蛍光体粒子であることが好ましい。
本発明の波長変換部材は、散乱材を含有することが好ましい。
本発明の波長変換部材は、厚みが１０００μｍ以下であることが好ましい。
本発明の発光装置は、上記波長変換部材と、波長変換部材に励起光を照射する光源を備えてなることを特徴とする。
本発明の発光装置は、光源が発光ダイオード又はレーザーダイオードであることが好ましい。
本発明によれば、高い発光強度を有する波長変換部材及び発光装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に何ら限定されるものではない。
（波長変換部材１０）
図１は、本発明の一実施形態に係る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、波長変換部材１０は、マトリクス１中に蛍光体粒子２を含有する。また、第１の主面１１と、第２の主面１２を有する。
図１は、本発明の一実施形態に係る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、波長変換部材１０は、マトリクス１中に蛍光体粒子２を含有する。また、第１の主面１１と、第２の主面１２を有する。
図１に示すように、光源６から出射された励起光Ａは、波長変換部材１０の第２の主面１２側から波長変換部材１０に入射する。励起光Ａが蛍光体粒子２に照射されることで、蛍光が出射される。そして、励起光Ａ及び蛍光の合成光Ｂが、波長変換部材１０の第１の主面１１側から出射される。
波長変換部材１０は、蛍光体粒子２の励起スペクトルにおけるスペクトル強度が、最大ピーク強度の５％以下となる可視光波長域において、ヘイズ値が０．７〜０．９９９である。なお、本発明において、可視光領域は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍの領域を示す。また、ヘイズ値は前記可視光波長域の全光線透過率及び拡散透過率の値から下記の式により算出される。
ヘイズ値＝（拡散透過率）／（全光線透過率）
本発明者らが鋭意検討した結果、マトリクス１中に蛍光体粒子２を含有する波長変換部材１０において、第１の主面１１から取り出される合成光Ｂの光束値は、蛍光体粒子２の励起スペクトルにおけるスペクトル強度が、最大ピーク強度の５％以下となる可視光波長域におけるヘイズ値を調節することにより、改善することができることが判明した。そのメカニズムは下記のように説明される。
図２は、ヘイズ値が高い波長変換部材における合成光の光束値低下を説明する図である。図２に示す波長変換部材２０は、マトリクス１中に蛍光体粒子２と散乱材３を含む。そして、散乱材３の含有量が多いため、高いヘイズ値を有する。このような波長変換部材２０では、励起光Ａや蛍光Ｃが散乱材３によって過剰に散乱され、戻り光Ｄとなりやすい。そのため、合成光Ｂが第１の主面１１から出射されにくくなり、合成光Ｂの光束値が低下しやすい。
上記課題を鑑みて、本発明はヘイズ値の上限値を規制している。具体的には、波長変換部材１０のヘイズ値の上限が０．９９９以下であり、０．９９５以下であることが好ましく、０．９９以下であることが特に好ましい。このようにすれば、励起光Ａや蛍光Ｃの過剰な散乱を抑制し、第１の主面１１から出射される合成光Ｂの光束値の低下を抑制することができる。
図３は、ヘイズ値が低い波長変換部材における合成光の光束値低下を説明する図である。図３に示す波長変換部材３０は、マトリクス１中に蛍光体粒子２を含み、散乱材３を含まないことから、低いヘイズ値を有する。一般的に、散乱材３を含まない波長変換部材３０では、マトリクス１中で励起光Ａが散乱されにくいので、蛍光体粒子２の単位面積あたりに照射される励起光Ａの量が相対的に少なく、出射される蛍光の強度が低下しやすい。そのため、波長変換部材３０では、所望の色度を得るために蛍光体粒子２の含有量を増加させている。ところが、蛍光体粒子２の含有量が多くなると、蛍光体粒子２自身が蛍光の一部を吸収する、いわゆる蛍光再吸収が発生しやすくなる。すなわち、図３に示すように、蛍光体粒子２ａから出射された蛍光Ｃが、蛍光体粒子２ａの近傍に存在する他の蛍光体粒子２ｂによって吸収され、蛍光体粒子２ｂから、新たに蛍光Ｅとして出射される。そして、波長変換に伴うエネルギーロスが生じるため、蛍光Ｅは蛍光Ｃよりも強度が低い。そのため、蛍光再吸収が生じると、第１の主面１１から出射される蛍光の強度が低下してしまい、合成光Ｂの光束値が低下する。
上記課題を鑑みて、本発明はヘイズ値の下限値を規制している。具体的には、波長変換部材１０のヘイズ値の下限が０．７であり、０．７５以上が好ましく、０．８０以上が特に好ましい。このようにすれば、蛍光再吸収を抑制し、第１の主面１１から出射される合成光Ｂの光束値の低下を抑制することができる。
さらに本発明において、上記ヘイズ値は、蛍光体粒子２の励起スペクトルにおけるスペクトル強度が最大ピーク強度の５％以下となる可視光波長域において測定される値を採用している。可視光領域は３８０ｎｍ〜７８０ｎｍとする。励起スペクトルは、励起光の波長を変えたときに、特定波長（モニター波長）における蛍光体の蛍光強度が変化する模様を示すスペクトルである。なお、モニター波長は任意の波長を選択することができるが、通常、蛍光体粒子２の蛍光強度が最大となる波長が選択される。
例えば、励起スペクトルのスペクトル強度が最大となる波長の光を蛍光体粒子２に照射すると、蛍光体粒子２の励起確率が高いため、蛍光体粒子２が発するモニター波長における蛍光強度は最大となる。一方、スペクトル強度が小さい波長の光を蛍光体粒子２に照射すると、蛍光体粒子２の励起確率が低くなり、蛍光強度は小さくなる。そして、スペクトル強度がさらに小さい波長の光を蛍光体粒子２に照射すると、蛍光体粒子２は励起されなくなり、蛍光が出射されなくなる。
図４は、ＹＡＧ蛍光体粒子の励起スペクトル及び蛍光スペクトルを表す模式図である。破線は励起スペクトル（モニター波長：５５５ｎｍ）、実線は蛍光スペクトルを示す。また、励起スペクトル及び蛍光スペクトルの発光強度は、各スペクトルの最大スペクトル強度を１とした場合の相対値で示してある。図４に示すように、ＹＡＧ蛍光体粒子は、波長３８０ｎｍ〜５４０ｎｍにおいて励起スペクトルを有する。そのため、当該波長域では蛍光再吸収をはじめとする吸収が生じる。吸収が生じる波長域では、後述する散乱因子の影響により、全光線透過率と拡散透過率のスペクトル形状が変動しやすいという問題があり、ヘイズ値と発光強度との相関が取りにくい。
一方、上述したように、励起スペクトルのスペクトル強度が十分に小さい波長域の光を蛍光体粒子２に照射しても、蛍光体粒子２が励起されにくく、蛍光は出射されにくい。そこで本発明は、当該波長域として、励起スペクトルにおける最大ピーク強度が５％以下である可視光波長域（図４においては、５４０ｎｍ〜７８０ｎｍ）を定義している。そして、本発明は、当該波長域では吸収などの影響がなく、ヘイズ値と光束値の相関が取れることを見出し、完成したものである。
なお、ヘイズ値は励起スペクトルにおける最大ピーク強度が５％以下である可視光波長域の一部で０．７〜０．９９９を満たしていればよいが、当該波長域の全域で上記ヘイズ値を満たしていることが特に好ましい。
波長変換部材１０の形状は特に限定されないが、通常は板状（矩形板状、円盤状等）である。波長変換部材１０の厚みは、目的とする色度が得られるよう適宜選択することができるが、具体的には、１０００μｍ以下が好ましく、８００μｍ以下がより好ましく、５００μｍ以下であることが特に好ましい。厚みが大きすぎると、合成光Ｂの光束値が低下するおそれがある。なお、波長変換部材１０の厚みの下限は、５０μｍ程度であることが好ましい。厚みが小さすぎると、機械的強度が低下しやすくなる。
波長変換部材１０の色度は特に限定されないが、蛍光体粒子２として黄色光を発するＹＡＧ蛍光体粒子を用い、かつ励起光Ａに青色光（中心波長４５０ｎｍ付近）を用いる際には、波長変換部材１０から出射される合成光Ｂが以下の色度を有することが好ましい。具体的には、積分球の開口部に設置した波長変換部材１０に励起光Ａを照射した際の合成光Ｂを集光し、分光器で測定した色度（Ｃｘ）が０．２２〜０．４４であることが好ましく、０．２３〜０．３７であることがより好ましく、０．２４〜０．３３であることが特に好ましい。合成光Ｂの色度が低すぎると、青色光の割合が高くなりすぎて、所望の色合いが得づらくなる。また、この場合は蛍光体粒子２の添加量が少ない場合が多く、所定のヘイズ値も得づらくなる。一方、合成光Ｂの色度が高すぎると、黄色光の割合が高くなりすぎて、所望の色合いが得づらくなる。また、この場合は蛍光体粒子２の添加量が多い場合が多く、蛍光再吸収の影響により光束値が低くなりやすくなる。
波長変換部材１０は、蛍光体粒子２の励起スペクトルにおける最大ピーク強度が５％以下である可視光波長域において、全光線透過率が２０％以上であることが好ましく、３０％以上がより好ましく、４０％以上が特に好ましい。全光線透過率が低すぎると、第１の主面１１から出射される合成光Ｂの光束値が低下しすぎてしまい、波長変換部材１０の発光強度が低下する。
本発明において、ヘイズ値は波長変換部材１０を構成する散乱因子を変化させることにより、任意の値に調節することができる。具体的には、マトリクス１の屈折率、蛍光体粒子２及び散乱材３の含有量、粒径、屈折率などを変化させることにより調節することができる。以下、各散乱因子について詳細に説明する。
（マトリクス１）
本発明のマトリクス１は、内部に蛍光体粒子２を含有することができ、励起光Ａ及び合成光Ｂを透過する透明材料であれば特に限定されない。例えば、樹脂やガラスを用いることができる。耐熱性及び耐候性の高い波長変換部材１０を得るという観点からは、ガラスを用いることが好ましい。また、軽量な波長変換部材１０を得るという観点からは、樹脂を用いることが好ましい。
本発明のマトリクス１は、内部に蛍光体粒子２を含有することができ、励起光Ａ及び合成光Ｂを透過する透明材料であれば特に限定されない。例えば、樹脂やガラスを用いることができる。耐熱性及び耐候性の高い波長変換部材１０を得るという観点からは、ガラスを用いることが好ましい。また、軽量な波長変換部材１０を得るという観点からは、樹脂を用いることが好ましい。
ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲＯはアルカリ金属酸化物）系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス、ＴｅＯ２系ガラス、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス等が挙げられる。
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラスは、例えば、組成としてモル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜４０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ５〜４５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％を含有するものが好ましい。
また、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスは、例えば、組成としてモル％で、ＳｉＯ２ ７０〜９０％、Ｂ２Ｏ３ ９〜２５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜５％、Ｎａ２Ｏ ０〜５％、Ｋ２Ｏ ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０．１〜５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜５％、ＭｇＯ ０〜５％、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５％を含有することが好ましい。
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスとしては、ガラス組成としてモル％で、ＳｎＯ ３５〜８０％、Ｐ２Ｏ５ ５〜４０％、Ｂ２Ｏ３０〜３０％を含有するものが好ましい。
樹脂としては、例えば、透光性を有する熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂、紫外硬化樹脂を用いることができる。具体的には、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリカーボネート、アクリル樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等を使用することができる。特に光透過性に優れることから、ポリカーボネート、アクリル樹脂を使用することが好ましい。
マトリクス１の屈折率（ｎｄ）は、１．３〜２．２であることが好ましく、１．４〜２.１であることがより好ましく、１．４５〜２．０５であることがより好ましく、１．５〜２であることがより好ましく、１．５５〜１．９５であることが特に好ましい。このようにすれば、蛍光体粒子２とマトリクス１の界面で生じる過剰な散乱を抑制しやすくなり、波長変換部材１０のヘイズ値を調節しやすくなる。
後述するように、マトリクス１は内部に蛍光体粒子２を含有する限り、その形態は特に限定されない。例えば、波長変換部材１０がガラス粉末と蛍光体粒子２の焼結体からなるとき、マトリクス１はガラス粉末焼結体からなる。ガラス粉末の平均粒子径（Ｄ５０）は、０．１μｍ〜５０μｍ、０．５μｍ〜４０μｍ、特に１μｍ〜３０μｍであることが好ましい。平均粒子径（Ｄ５０）が小さすぎると、散乱因子のひとつである粒界の影響が大きくなりやすく、ヘイズ値が高くなりすぎることがある。一方、平均粒子径（Ｄ５０）が大きすぎると、マトリクス１中に蛍光体粒子２が均一に分散されにくくなり、合成光Ｂの色度が不均一になりやすくなる。
（蛍光体粒子２）
蛍光体粒子２は、蛍光の一部を吸収するものであってもよく、その場合、本発明の効果を享受しやすくなる。ここで「蛍光の一部を吸収する」とは、励起波長域と発光波長域が重なることを意味し、具体的には、図４に示すように、励起スペクトルの最大ピーク強度が５％以上である波長域において、蛍光スペクトルと重なりを有することを意味する。
蛍光体粒子２は、蛍光の一部を吸収するものであってもよく、その場合、本発明の効果を享受しやすくなる。ここで「蛍光の一部を吸収する」とは、励起波長域と発光波長域が重なることを意味し、具体的には、図４に示すように、励起スペクトルの最大ピーク強度が５％以上である波長域において、蛍光スペクトルと重なりを有することを意味する。
蛍光体粒子２は、波長３００〜５００ｎｍに励起スペクトル波長のピーク値を有し、波長３８０〜７８０ｎｍに発光ピークを有することが好ましく、特に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体粒子等のガーネット系セラミック蛍光体粒子であることが好ましい。もっとも、蛍光体粒子２は上記に限定されず、例えば、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物、ハロリン酸塩化物等を用いてもよい。
波長変換部材１０における蛍光体粒子２の含有量は、体積％で、０．０１〜３０％が好ましく、０．１〜２０％がより好ましく、１〜１５％が特に好ましい。含有量が多すぎると、上述した蛍光再吸収が生じやすくなり、波長変換部材１０の発光強度が低下しやすくなる。含有量が少なすぎると、合成光Ｂの色味が不均質になりやすく、また所望の色度が得にくくなる。
蛍光体粒子２の平均粒子径（Ｄ５０）は０．００１〜５０μｍが好ましく、０．１〜３０μｍがより好ましく、１〜３０μｍが特に好ましい。蛍光体粒子２の平均粒子径が小さすぎると、蛍光体粒子２同士が凝集しやすくなり、合成光Ｂの色度が不均一になる可能性がある。また、散乱が過剰になりやすくなり、ヘイズ値が高くなりすぎるおそれがある。平均粒子径が大きすぎても、マトリクス１中に蛍光体粒子２を均一に分散させることが困難になり、合成光Ｂの色度が不均一になる可能性がある。
なお、本発明において、粉末状態の粒子の平均粒子径（Ｄ５０）はレーザー回折法で測定した値を意味し、レーザー回折法により測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径を示している。一方で、波長変換部材１０中の粒子の粒子径（例えば、マトリクス１中に分散した状態の蛍光体粒子２の平均粒子径）は、例えば、Ｘ線ＣＴスキャン等を用いて測定することができる。この場合は、ＣＴスキャンにより測定した際の体積基準の累積粒度分布曲線において、その積算量が粒子の小さい方から累積して５０％である粒子径とする。
蛍光体粒子２の屈折率（ｎｄ）は特に限定されないが、一般に、蛍光体粒子２粉末はマトリクス１となる樹脂やガラスよりも屈折率が高い場合が多い。例えば、ホウ珪酸ガラスの屈折率は１．５〜１．６程度であるのに対し、ＹＡＧ蛍光体粒子は１．８３程度である。蛍光体粒子２とマトリクス１の屈折率差が大きすぎると、励起光Ａが蛍光体粒子２とマトリクス１の界面で反射される割合が多くなり、ヘイズ値が高くなりすぎやすい。よって、マトリクス１と蛍光体粒子２の屈折率差は、０．５以下であることが好ましく、０．４以下であることがより好ましく、０．３以下であることがより好ましく、０．２５以下であることが特に好ましい。このようにすれば、蛍光体粒子２とマトリクス１の界面で生じる過剰な散乱を抑制しやすくなり、波長変換部材１０のヘイズ値を調節しやすくなる。もっとも、屈折率差は上記に限定されなくともよい。
なお、光束値を最大化するための好適なヘイズ値の範囲は、マトリクス１と蛍光体粒子２の屈折率差と相関がある。具体的には、マトリクス１と蛍光体粒子２の屈折率差及びヘイズ値は、下記の通り制御されることが好ましい。
（１）マトリクス１と蛍光体粒子２の屈折率差が０．５〜０．３５のとき、ヘイズ値は０．７〜０．９９が好ましく、０．７２〜０．９がより好ましく、０．７〜０．８５が特に好ましい。
（２）マトリクス１と蛍光体粒子２の屈折率差が０．３５未満〜０．２５のとき、ヘイズ値は０．７〜０．９９が好ましく、０．７５〜０．９５がより好ましく、０．８〜０．９が特に好ましい。
（３）マトリクス１と蛍光体粒子２の屈折率差が０．２５未満のとき、ヘイズ値は０．７〜０．９９９が好ましく、０．８〜０．９９５がより好ましく、０．９〜０．９９が特に好ましい。
（散乱材３）
本発明の波長変換部材１０は、散乱材３を含有することが好ましい。散乱材３は特に限定されず、セラミック粉末やガラス粉末等の無機粒子を用いることができる。特にセラミック粉末を用いることが好ましい。一般的に、セラミック粉末はマトリクス１を構成する樹脂やガラスなどの透明材料より熱拡散性が大きいため、蛍光体粒子２が蛍光を発する際に生じる熱を波長変換部材１０の外部へ効率的に逃がすことができ、蛍光体粒子２の熱による劣化を抑制することができる。なお、ガラス粉末は、屈折率の微調節が容易であることから、波長変換部材１０のヘイズ値を精密に調節しやすいという点で好ましい。
本発明の波長変換部材１０は、散乱材３を含有することが好ましい。散乱材３は特に限定されず、セラミック粉末やガラス粉末等の無機粒子を用いることができる。特にセラミック粉末を用いることが好ましい。一般的に、セラミック粉末はマトリクス１を構成する樹脂やガラスなどの透明材料より熱拡散性が大きいため、蛍光体粒子２が蛍光を発する際に生じる熱を波長変換部材１０の外部へ効率的に逃がすことができ、蛍光体粒子２の熱による劣化を抑制することができる。なお、ガラス粉末は、屈折率の微調節が容易であることから、波長変換部材１０のヘイズ値を精密に調節しやすいという点で好ましい。
セラミック粉末としては、例えば、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、酸化亜鉛等を用いることができる。
ガラス粉末としては、例えば、多成分系ガラスや、シリカガラス等の単一成分系ガラスを用いることができる。なお、後述する波長変換部材１０の製造工程において、マトリクス１と散乱材３の混合物を加熱する場合は、散乱材３であるガラス粉末が軟化流動してしまうと、その粒径が変化してしまい、所望のヘイズ値が得にくくなるおそれがある。よって、ガラス粉末の軟化点は、マトリクス１の軟化点より３０℃以上高いことが好ましく、５０℃以上高いことがより好ましく、１００℃以上高いことが特に好ましい。
波長変換部材１０における散乱材３の含有量は、体積％で、０〜５０％が好ましく、０．０１〜４０％がより好ましく、０．１〜１０％がさらに好ましく、１〜５％が特に好ましい。含有量が多すぎると、波長変換部材１０のヘイズ値が高くなりすぎて、発光強度が低下しやすくなる。また、波長変換部材１０の全光線透過率が低下しすぎるおそれがある。
散乱材３の平均粒子径（Ｄ５０）は０．１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、０．３μｍ〜５０μｍであることがより好ましく、１μｍ〜３０μｍであることが特に好ましい。散乱材３の平均粒子径（Ｄ５０）が小さすぎると、ヘイズ値が高くなりすぎやすくなる。また、散乱が過剰になりやすいため、ヘイズ値が高くなりすぎるおそれがある。一方、平均粒子径（Ｄ５０）が大きすぎると、マトリクス１中に散乱材３が均一に分散されにくくなり、合成光Ｂの色度が不均一になる可能性がある。
光拡散材３の形状は特に限定されず、球状、破砕状、中空状、ロッド状、ファイバー状等が挙げられる。
散乱材３とマトリクス１の屈折率差は、０．５以下であることが好ましく、０．４以下であることがより好ましく、０．３以下であることが特に好ましい。このようにすれば、散乱材３とマトリクス１の界面で生じる過剰な散乱を抑制しやすくなり、波長変換部材１０のヘイズ値を調節しやすくなる。もっとも、屈折率差は上記に限定されなくともよい。
蛍光体粒子２とマトリクス１の密度差は、４以下、３．５以下、特に３以下であることが好ましい。密度差が大きすぎると、マトリクス１中に蛍光体粒子２が均一に分散されにくくなり、合成光Ｂの色度が不均一になりやすくなる。また、散乱材３とマトリクス１の密度差は、４以下、３．５以下、特に３以下であることが好ましい。密度差が大きすぎると、マトリクス１中に散乱材３が均一に分散されにくくなり、合成光Ｂの色度が不均一になりやすくなる。
なお、上述した散乱因子以外に、波長変換部材１０中の空隙、粒界、脈理なども、散乱因子としてヘイズ値に影響を与え得る。また、マトリクス１にガラスを用いた場合には、後述する波長変換部材１０の製造工程において結晶が析出する場合があり、その結晶も散乱因子となり得る。これらの散乱因子を考慮することによっても、任意のヘイズ値に調節することができる。
波長変換部材１０の空隙率は、体積％で、５％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましく、１％以下が特に好ましい。空隙率が大きすぎると空隙とマトリクス１の境界で光が散乱するため、散乱が過剰になりやすくなる。
マトリクス１がガラスである場合に内部に析出する結晶は、マトリクス１に対して、体積％で、３０％以下であることが好ましく、２５％以下であることがより好ましく、２０％以下であることが特に好ましい。結晶が多すぎると、光散乱が過剰になり、波長変換部材１０の発光強度が低下しやすくなる。また、波長変換部材１０の全光線透過率が低下しすぎるおそれがある。
なお、上記空隙率および結晶の体積％はＣＴスキャンを用いて測定することができる。
波長変換部材１０は、マトリクス１中に蛍光体粒子２を含有する構成を有する限り、製造方法は特に限定されない。例えば、ガラス粉末と蛍光体粒子２（さらに必要に応じて散乱材３）を混合し、焼成することにより波長変換部材１０を得ることができる。特に、ガラス粉末と蛍光体粒子２の混合物をプレスして予備成形体を作製した後、焼成することにより波長変換部材１０を得ることが好ましい。一方、ガラス粉末と蛍光体粒子２の焼結体では、散乱因子のひとつである粒界の影響が大きくなりやすい。そのため、粒界の影響の小さな波長変換部材１０を製造するという観点では、液状又は半固体状の樹脂に蛍光体粒子２を含有させた後、樹脂を硬化させることにより、波長変換部材１０を製造することが好ましい。
（発光装置）
図５は、本発明の一実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。図５に示すように、発光装置５０は、波長変換部材１０と光源６を備えている。本実施形態では、光源６は、励起光Ａが第２の主面１２に入射するように配置されている。光源６から出射された励起光Ａは、波長変換部材１０により、励起光Ａよりも波長の長い蛍光に波長変換される。また、励起光Ａの一部は波長変換部材１０を透過する。このため、波長変換部材１０からは、励起光Ａと蛍光との合成光Ｂが出射する。例えば、励起光Ａが青色光であり、蛍光が黄色光である場合、白色の合成光Ｂを得ることができる。
図５は、本発明の一実施形態に係る発光装置を示す模式的断面図である。図５に示すように、発光装置５０は、波長変換部材１０と光源６を備えている。本実施形態では、光源６は、励起光Ａが第２の主面１２に入射するように配置されている。光源６から出射された励起光Ａは、波長変換部材１０により、励起光Ａよりも波長の長い蛍光に波長変換される。また、励起光Ａの一部は波長変換部材１０を透過する。このため、波長変換部材１０からは、励起光Ａと蛍光との合成光Ｂが出射する。例えば、励起光Ａが青色光であり、蛍光が黄色光である場合、白色の合成光Ｂを得ることができる。
光源６としては、ＬＥＤやＬＤが挙げられるが、発光装置５０の発光強度を高める観点からは、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、本実施形態において、光源６は波長変換部材１０と離れた状態で配置されているが、この構成に限定されない。例えば、光源６と波長変換部材１０とが直接接触又は接着層を介して接合された形態でもよい。
以下、本発明の波長変換部材について、実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
表１〜３は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜６、９〜２３）及び比較例（Ｎｏ．７、８）を示す。
実施例（Ｎｏ．１〜６、９〜２３）及び比較例（Ｎｏ．７、８）は以下のようにして作製した。はじめに、表１〜３に示す含有量となるようにマトリクス、蛍光体粒子、必要に応じて散乱材を混合し、混合物を得た。各材料には以下のものを使用した。なお、表１において、体積濃度（％）はマトリクスと蛍光体粒子と散乱材の合計体積に占める体積濃度を示す。
（ａ）マトリクス
ガラスＡ粉末 − ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス）、屈折率（ｎｄ）：１．５８、密度：３．１ｇ／ｃｍ３、平均粒子径Ｄ５０：２．５μｍ、軟化点：８５０℃
ガラスＢ粉末 − アルカリホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス）、屈折率（ｎｄ）：１．４６、密度：２．１ｇ／ｃｍ３、平均粒子径Ｄ５０：２．５μｍ、軟化点：８２５℃
樹脂Ｃ − 光硬化性樹脂、屈折率（ｎｄ）：１．５８、密度：２．４ｇ／ｃｍ３
樹脂Ｄ − シリコーン樹脂、屈折率（ｎｄ）：１．４６、密度：２．０ｇ／ｃｍ３
樹脂Ｅ − 光硬化性樹脂、屈折率（ｎｄ）：１．５１、密度：２．４ｇ／ｃｍ３
ガラスＡ粉末 − ホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系ガラス）、屈折率（ｎｄ）：１．５８、密度：３．１ｇ／ｃｍ３、平均粒子径Ｄ５０：２．５μｍ、軟化点：８５０℃
ガラスＢ粉末 − アルカリホウケイ酸ガラス（ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス）、屈折率（ｎｄ）：１．４６、密度：２．１ｇ／ｃｍ３、平均粒子径Ｄ５０：２．５μｍ、軟化点：８２５℃
樹脂Ｃ − 光硬化性樹脂、屈折率（ｎｄ）：１．５８、密度：２．４ｇ／ｃｍ３
樹脂Ｄ − シリコーン樹脂、屈折率（ｎｄ）：１．４６、密度：２．０ｇ／ｃｍ３
樹脂Ｅ − 光硬化性樹脂、屈折率（ｎｄ）：１．５１、密度：２．４ｇ／ｃｍ３
（ｂ）蛍光体粒子 ＹＡＧ − Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２、屈折率（ｎｄ）：１．８２、平均粒子径Ｄ５０：２５μｍ、密度：４．８ｇ／ｃｍ３
（ｃ）散乱材 アルミナ − Ａｌ２Ｏ３、平均粒子径Ｄ５０：１μｍ、密度：４．０ｇ／ｃｍ３
Ｎｏ．１〜７、９〜１８は混合物を型に入れ、０．２０ＭＰａの圧力でプレスすることで予備成形体を得た後、ガラスの軟化点付近で焼成することによりガラス焼結体を作製した。
Ｎｏ．８、２０〜２３は混合物を型に入れた後、紫外光（中心波長４０５ｎｍ）を照射して硬化させることで、硬化樹脂体を作製した。
Ｎｏ．１９は混合物を型に入れた後、４０℃に加熱して硬化させることで、硬化樹脂体を作製した。
上記ガラス焼結体及び硬化樹脂体を研削・研磨加工を施すことにより、Ｎｏ．１〜１３、２０〜２３は厚み２００μｍ、Ｎｏ．１４〜１９は厚み１８０μｍの矩形板状の波長変換部材を得た。
得られた波長変換部材に対して、以下の方法でヘイズ値、光束値、色度を評価した。
ヘイズ値は日本分光製 分光光度計Ｖ−６７０を用いて、全光線透過率及び拡散透過率を測定し、下記の式により、波長６００ｎｍにおけるヘイズ値を算出した。なお、本実施例で用いた蛍光体の波長６００ｎｍにおける励起スペクトルのスペクトル強度は、最大ピーク強度の５％以下である。
ヘイズ値＝（拡散透過率）／（全光線透過率）
光束値及び色度は光源から励起光を照射し、波長変換部材からの出射光を積分球により集光することにより測定した。光源としては青色ＬＥＤ（励起スペクトルの最大ピーク：４５０ｎｍ）を用い、出力を一定とした。測定装置は浜松ホトニクス製 分光器ＰＭＡ−１２を用いた。なお、光束値は実施例（Ｎｏ．１〜６、９〜２３）及び比較例（Ｎｏ．７、８）の中で最も高い値を示した実施例Ｎｏ．６の値を１とし、残りを相対値で示した。
各試料についてヘイズ値と相対光束値の値をプロットしたグラフを図６に示す。
表１〜３及び図６に示すように、実施例（Ｎｏ．１〜６、９〜２３）では、光束値が高く、高い発光強度を有する波長変換部材が得られた。具体的には、相対光束値が０．９５以上となった。
１ マトリクス
２ 蛍光体粒子
２ａ 蛍光体粒子
２ｂ 蛍光体粒子
３ 散乱材
６ 光源
１０ 波長変換部材
１１ 第１の主面
１２ 第２の主面
２０ 波長変換部材
３０ 波長変換部材
５０ 発光装置
Ａ 励起光
Ｂ 合成光
Ｃ 蛍光
Ｄ 戻り光
Ｅ 蛍光
２ 蛍光体粒子
２ａ 蛍光体粒子
２ｂ 蛍光体粒子
３ 散乱材
６ 光源
１０ 波長変換部材
１１ 第１の主面
１２ 第２の主面
２０ 波長変換部材
３０ 波長変換部材
５０ 発光装置
Ａ 励起光
Ｂ 合成光
Ｃ 蛍光
Ｄ 戻り光
Ｅ 蛍光
Claims (8)
- マトリクス中に蛍光体粒子を含有する波長変換部材であって、
前記蛍光体粒子の励起スペクトルにおけるスペクトル強度が、最大ピーク強度の５％以下となる可視光波長域において、ヘイズ値が０．７〜０．９９９であることを特徴とする波長変換部材。 - 前記マトリクスがガラスであることを特徴とする、請求項１に記載の波長変換部材。
- 前記蛍光体粒子が蛍光の一部を吸収することを特徴とする、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
- 前記蛍光体粒子が、ガーネット系セラミック蛍光体粒子であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 散乱材を含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 前記波長変換部材の厚みが１０００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
- 請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換部材と、波長変換部材に励起光を照射する光源を備えてなることを特徴とする、発光装置。
- 光源が発光ダイオード又はレーザーダイオードであることを特徴とする、請求項７に記載の発光装置。
Priority Applications (5)
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