JP2024047757A - 波長変換部材、その製造方法、および発光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】発光特性の均一性、および基材と蛍光体層との密着性に優れる波長変換部材、その製造方法、および発光装置を提供することを目的とする。【解決手段】波長変換部材１０であって、基材１２と、前記基材１２に設けられ、蛍光体粒子１６と、前記蛍光体粒子同士および前記基材１２と前記蛍光体粒子１６とを結合する透光性セラミックス１８と、により形成された蛍光体層１４と、を備え、前記蛍光体層１４は、前記蛍光体層１４の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野において、前記蛍光体層１４の外周から中心方向に向かって延びる長さ５０μｍ以上の凹部２２が無いことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、波長変換部材、その製造方法、および発光装置に関する。

発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の光源から照射された光を、蛍光体層により光源の波長とは異なる波長の変換光として放出する波長変換部材を用いた発光装置が知られている。近年では、エネルギー効率が高く、小型化、高出力化に対応しやすいＬＤを光源として用いたアプリケーションが増えている。

このような波長変換部材としては、エポキシやシリコーンなどに代表される樹脂に蛍光体を分散させた構造が多く用いられているが、光源の高出力化に伴い樹脂の焼け焦げや変色が発生し、特性の低下、寿命が早まってしまう。このような課題に対し、樹脂に代えて無機バインダを使用し、無機材料のみからなる波長変換部材が考案され、高エネルギーの光源とした場合であっても耐熱性の課題が解決されてきた（特許文献１）。

一方、ポリマー溶液をバインダー液とする蛍光体ペースト組成物をスクリーン印刷する際に、蛍光体膜端ににじみを生じる、または流動性が低下し均一な表面の蛍光体膜が得られないことがあった。このような課題に対し、低粘度のポリマー溶液と蛍光体とチクソトロピー性付与剤とを含有する蛍光体ペースト組成物が開示されている（特許文献２）。特許文献２には、このような蛍光体ペースト組成物により、スクリーン印刷時に糸引きが少なく、版の離れが良好で、版に残ったインクが容易に取り除け、蛍光体ペーストの印刷性の課題が解決されたことが記載されている。

特開２０１５－０３８９６０号公報 特開２０００－１４４１２４号公報

特許文献１に記載の波長変換部材は、蛍光体層を構成するバインダとして無機バインダを使用することにより、光源の高出力化に対応しやすくなった。しかしながら、作製される蛍光体層の構造や状態は、基材の表面に印刷される蛍光体インキの製造条件により異なると考えられ、輝度や色調、基材との密着性といった発光特性に影響する虞があるが、特許文献１には蛍光体インキの製造条件について記載がされていない。

また、特許文献２に記載の蛍光体ペースト組成物は、バインダー液としてポリマー溶液を使用した場合の印刷特性を問題としており、無機バインダを使用した場合に適用することはできない。また、チクソトロピー性付与剤は有機物を含むものも多く、蛍光体ペースト内に有機分を含ませると耐熱性が悪くなってしまう虞があり、光源の高出力化への対応が困難となる。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、発光特性の均一性、および基材と蛍光体層との密着性に優れる波長変換部材、その製造方法、および発光装置を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するため、本発明の波長変換部材は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の波長変換部材は、波長変換部材であって、基材と、前記基材に設けられ、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士および前記基材と前記蛍光体粒子とを結合する透光性セラミックスと、により形成された蛍光体層と、を備え、前記蛍光体層は、前記蛍光体層の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野において、前記蛍光体層の外周から中心方向に向かって延びる長さ５０μｍ以上の凹部が無いことを特徴とする。

このように、蛍光体層の外周領域において蛍光体層が意図せず形成されない凹部の長さを十分に低減しているため、外周領域からの光源光の抜けを低減することができる。

（２）また、上記（１）の適用例の波長変換部材において、前記蛍光体層は、前記視野において、前記蛍光体層と中心を同じとする同心相似形状で、前記蛍光体層の面積の３０％以下の領域におけるピンホールが１個以下であることを特徴とする。

このように、蛍光体層の中心領域のピンホールの個数を低減しているため、色ムラの発生を低減することができる。また、中心領域のピンホールを起点とする蛍光体層の剥離の虞を低減できる。

（３）また、上記（１）または（２）の適用例の波長変換部材において、前記蛍光体層は外周領域に滲み領域を備え、前記外周から前記中心に向かう方向の長さが１２０μｍ以下であることを特徴とする。

このように、外周領域において滲み領域の幅を十分に低減することで、蛍光体層全体において均一な組織となり、均一な発光特性が得られやすくなる。また、滲みの空隙を起点とする蛍光体層の剥離の虞を低減できる。また、外周領域の滲みを若干許容することで、中心領域のピンホールの発生を十分に低減することができる。

（４）また、適用例の発光装置は、発光装置であって、特定範囲の波長の光を発する発光素子と、上記（１）から（３）のいずれかの適用例の波長変換部材と、を備えることを特徴とする。

このように、蛍光体層の外周の凹部、中心領域のピンホール、または外周領域の滲みを低減した波長変換部材を使用した発光装置とすることで、発光装置の発光特性が向上し、高出力の発光素子を使用した場合であっても蛍光体層の剥離の虞を低減することができる。

（５）また、本発明の適用例の波長変換部材の製造方法は、基材を準備する工程と、蛍光体粒子と無機バインダとを混合した蛍光体インキの２５℃における粘度を３５．０ｄＰａ・ｓ以上７５．０ｄＰａ・ｓ以下に調整する工程と、前記基材の表面に、前記蛍光体インキを塗布する工程と、前記塗布した蛍光体インキを５００℃以下の温度で熱処理することで蛍光体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

このように、蛍光体インキの粘度を所定の範囲に調整することで、蛍光体層の外周の凹部、中心領域のピンホール、または外周領域の滲みが低減され、発光特性が向上し、基材と蛍光体層の密着性に優れた波長変換部材を製造することができる。

本発明の波長変換部材および発光装置は、発光特性の均一性、および基材と蛍光体層との密着性に優れる。また、本発明の波長変換部材の製造方法は、発光特性の均一性、および基材と蛍光体層との密着性に優れた波長変換部材を製造できる。

本発明の実施形態に係る波長変換部材の断面構造の一例を示す模式的な断面図である。 本発明の実施形態に係る波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。 本発明の範囲外の波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像、およびその部分拡大画像である。 本発明の実施形態に係る波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。 （ａ）、（ｂ）、それぞれ本実施形態に係る波長変換部材１０の上面の変形例を示す模式図である。 本発明の実施形態に係る波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。 （ａ）、（ｂ）、それぞれ本発明の実施形態に係る発光装置の一例の一部を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。 （ａ）～（ｅ）、それぞれ実施例および比較例の波長変換部材の波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。

［波長変換部材の構成］
図１は、本実施形態に係る波長変換部材１０の断面構造の一例を示す模式的な断面図である。本実施形態に係る波長変換部材１０は、基材１２上に蛍光体層１４が形成されている。波長変換部材１０は、光源から照射された入射光を透過または反射させつつ、入射光により励起して波長の異なる光を発生させる。例えば、青色光の入射光を透過または反射させつつ、蛍光体層１４で変換された緑と赤や黄色の変換光を放射させて、変換光と入射光を合わせて、または、変換光のみを利用し、様々な色の光に変換できる。

基材１２の形状は、発光装置４０に適用可能な形状であればよく、円形状、矩形状、楕円形状、多角形状など様々な形状であってよい。

基材１２の材料は使用用途に合わせて適宜選択される。発光素子からの励起光を透過させる用途で使用する場合には、サファイアやガラス等の無機材料を用いることができる。高い熱伝導率を有するサファイアを用いることが特に好ましく、蛍光体層１４の蓄熱を抑えることで温度上昇による蛍光体粒子１６の特性低下を抑制できる。また、発光素子からの励起光を反射させる用途で使用する場合は、アルミニウム、鉄、銅等やセラミックスを用いることができる。特に、高い熱伝導率を有するとともに可視光の全領域において高い反射率を有するアルミニウムを用いることが好ましく、蛍光体層１４の蓄熱を抑えることで温度上昇による蛍光体粒子１６の特性低下を抑制できる。また、蛍光体層１４側の基材１２表面である主面１３に、銀などの光を反射する材料をメッキや蒸着等により設けることで反射層を形成してもよく、ＴｉＯ_２などの増反射膜を形成してもよい。

蛍光体層１４は、基材１２の主面１３上に膜として設けられ、蛍光体粒子１６および透光性セラミックス１８により形成されている。透光性セラミックス１８は、蛍光体粒子１６同士を結合するとともに蛍光体粒子１６と基材１２とを結合している。これにより、高エネルギー密度の光の照射に対して、放熱材として機能する基材１２と接合しているため効率よく放熱でき、蛍光体の温度消光を抑制できる。蛍光体層１４の厚みは、１５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。また、蛍光体層１４を構成する蛍光体粒子１６は、１種類でもよく、２種類以上でもよい。蛍光体層１４は、空隙２０を含んでいてもよい。

蛍光体層１４は、蛍光体層１４の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野において、蛍光体層１４の外周３０から中心方向に向かって延びる長さ５０μｍ以上の凹部２２が無い。これにより、外周領域３４からの光源光の抜けを低減することができる。また、高エネルギーの光源光による蛍光体層１４の蓄熱により発生する熱応力により、外周３０、とくに凹部２２を起点とする蛍光体層１４の剥離が起こることを抑制することができる。本明細書で凹部２２とは、蛍光体層１４の外周領域３４において外周３０から中心方向に向かって延びる蛍光体層１４が形成されない部分とする。このような凹部２２の蛍光体層１４の外周３０から中心方向に向かって延びる長さは２０μｍ以下、長さと垂直な方向の幅は２０μｍ以下であることがより好ましい。

蛍光体層１４の外周３０とは、蛍光体層１４の上面を観察した視野における蛍光体層１４の外縁部分のことをいう。図２は、本発明の実施形態に係る波長変換部材１０の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。図２に示されるように、例えば、蛍光体層１４が略円形である場合、蛍光体層１４の外周３０とは、蛍光体層１４の全てを内包する仮想的な円周（仮想円）をいう。

蛍光体層１４の中心方向とは、蛍光体層１４の外周３０から蛍光体層１４の中央部へ向かう方向をいう。例えば、蛍光体層が略円形である場合、外周（円周）３０上の点から円の中心に向かう方向をいう。

図３は、本発明の範囲外の波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像、およびその部分拡大画像である。図３に示される波長変換部材は、蛍光体層１４の外周３０から中心方向に向かって延びる長さ５０μｍ以上の凹部２２があることが分かる。例えば、部分拡大画像の矢印で示された凹部２２の長さは、１００μｍである。また、ピンホール２４が多く存在していることが分かる。

蛍光体層１４は、蛍光体層１４の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野において、蛍光体層１４と中心を同じとする同心相似形状で、蛍光体層１４の面積の３０％以下の領域におけるピンホール２４が１個以下であることが好ましい。これにより、色ムラの発生を低減することができる。また、中心領域３２のピンホール２４を起点とする蛍光体層１４の剥離の虞を低減できる。なお、本明細書でピンホール２４とは、蛍光体層１４の表面に露出する空隙であり、平面視において蛍光体層１４に取り囲まれている空間である。例えば、ピンホール２４の面積は５００μｍ^２以上であり、ピンホール２４は蛍光体層１４の上面から１５μｍ以上の深さを有する。

蛍光体層１４の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野において、蛍光体層１４と中心を同じとする同心相似形状で、蛍光体層１４の面積の３０％以下の領域を蛍光体層１４の中心領域３２ということとする。また、中心領域３２の外縁と外周３０との間の領域を蛍光体層１４の外周領域３４ということとする。図４は、本発明の実施形態に係る波長変換部材１０の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。図４に示されるように、例えば、蛍光体層１４が略円形である場合、蛍光体層１４の中心領域３２は、同心相似形状の円内の領域となる。また、蛍光体層１４の外周領域３４は、円環状の領域となる。

ピンホール２４は、透過型の基材１２を使用した波長変換部材１０の場合、基材１２の下に黒い板や黒い紙を敷き、蛍光体層１４の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像から確認できる。このとき、画像処理をしてもよい。反射型の基材１２を使用した波長変換部材１０の場合、蛍光体層１４の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像を画像処理することで確認できる。いずれの場合も、画像処理をして確認する場合、蛍光体層１４の表面に露出する空隙で、表面から１５μｍ以上の深さを有するものが区別できるよう２値化の閾値を決定する。

ピンホール２４はその他の部分と異なり、蛍光体粒子の分布が低い部分であり、均一な発光特性が得られず色ムラ発生の原因となる。また、高エネルギーの光源光による蛍光体層１４の蓄熱により発生する熱応力により、ピンホール２４を起点とする蛍光体層１４の剥離が起こる虞があるため、このようなピンホール２４は抑制されていることが好ましい。特に、波長変換部材１０の中心領域３２は発光装置において必ず使用される領域であるため、中心領域３２の色ムラの発生や剥離の虞を低減することは重要である。

図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本実施形態に係る波長変換部材１０の上面の変形例を示す模式図である。図５（ａ）は、蛍光体層１４が長方形である場合の蛍光体層１４の外周３０、中心領域３２、および外周領域３４を示している。蛍光体層１４が長方形である場合、蛍光体層１４の中心方向とは、外周３０上の点から各辺に垂直な方向に向かう方向をいう。

図５（ｂ）は、蛍光体層１４が円環状である場合の蛍光体層１４の外周３０、中心領域３２、および外周領域３４を示している。図５（ｂ）に示されるように、蛍光体層１４が円環状である場合、蛍光体層１４の外周３０および外周領域３４は内側と外側に分離されている。このような帯状の蛍光体層１４の場合、２つの外周領域３４の幅は、等しいことが好ましい。蛍光体層１４が円環状である場合、蛍光体層１４の中心方向とは、外周３０上の点から蛍光体層１４の中心線上の最短距離の点に向かう方向をいう。

蛍光体層１４は外周領域３４に滲み領域２６を備え、外周３０から中心に向かう方向の長さ（滲み領域２６の幅）が１２０μｍ以下であることが好ましく、８０μｍ以下であることがより好ましい。これにより、蛍光体層１４全体が均一な組織となり、均一な発光特性が得られやすくなる。また、滲み領域２６の空隙を起点とする蛍光体層１４の剥離の虞を低減できる。滲み領域２６の外周３０から中心に向かう方向の長さが部分ごとに異なる場合、その最大値を滲み領域２６の幅とする。

図６は、本発明の実施形態に係る波長変換部材１０の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野を撮影した画像である。図６に示されるように、例えば、蛍光体層１４が略円形である場合、蛍光体層１４の滲み領域２６は、円環状の領域となる。

蛍光体層１４は、外周領域３４に滲み領域２６を備える場合、外周３０から中心に向かう方向の長さが５０μｍ以上であることが好ましい。この程度、滲み領域２６が生じるように蛍光体インキの粘度等を調整することで、外周領域３４の凹部２２や中心領域３２のピンホール２４の発生を十分に低減することができる。滲み領域２６は、蛍光体層１４の外周領域３４に存在し、蛍光体層１４の中央部に対して空隙２０の多い領域である。本明細書で滲み領域２６とは、外周領域３４に存在し、膜厚が蛍光体層１４の中心領域の平均膜厚の７０％以下となる部分を含む領域とする。

滲み領域２６は、光路における蛍光体粒子１６の存在確率の差が大きくなる、すなわち、組織が均一ではないため、均一な発光特性を得るためには、できるだけ小さいことが好ましい。一方、滲み領域２６を小さくすることに注力しすぎると、外周３０から中心に向かう凹部２２や中心領域３２のピンホール２４が多くなる。外周領域３４においては、蛍光体粒子１６や透光性セラミックス１８が存在する滲み領域２６よりも蛍光体粒子１６や透光性セラミックス１８が存在しない凹部２２のほうがより好ましくない。また、蛍光体層１４の中心領域３２は発光装置において必ず使用される領域であるため、中心領域３２の色ムラの発生や剥離の虞を低減することは、滲み領域２６を小さくすることよりも重要である。よって、外周領域３４の滲み領域２６よりも中心領域３２のピンホール２４のほうがより好ましくない。本発明の波長変換部材１０は、外周領域３４の滲み領域２６を若干許容することで、外周領域３４の凹部２２や中心領域３２のピンホール２４の発生を十分に低減することができる。

蛍光体層１４は、メッシュ跡が無いことが好ましい。蛍光体層１４にメッシュ跡があると、局所的な膜厚変化によるクラックやピンホール２４が発生する場合がある。なお、メッシュ跡とは、スクリーン印刷の際、高粘度の蛍光体インキを使用した場合に、メッシュの格子状の模様が蛍光体層１４の表面に残ることである。メッシュ跡は、蛍光体層１４に光をあてることで確認できる。

蛍光体粒子１６は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）およびルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ系蛍光体）を用いることができる。その他、蛍光体粒子１６は、発光させる色の設計に応じて以下のような材料から選択できる。例えば、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＢａＡｌ_２Ｓ_４：ＥｕあるいはＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６：Ｅｕなどの青色系蛍光体、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｍ１）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、（Ｍ１）（Ｍ２）_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ３）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｍ１）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ：Ｅｕあるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ，Ｍｎなどの黄色または緑色系蛍光体、（Ｍ１）_３ＳｉＯ_５：Ｅｕあるいは（Ｍ１）Ｓ：Ｅｕなどの黄色、橙色または赤色系蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ，Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ１）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｍ１）ＡｌＳｉＮ_３：ＥｕあるいはＹＰＶＯ_４：Ｅｕなどの赤色系蛍光体が挙げられる。なお、上記化学式において、Ｍ１は、Ｂａ，Ｃａ，ＳｒおよびＭｇからなる群のうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ２は、ＧａおよびＡｌのうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ３は、Ｙ，Ｇｄ，ＬｕおよびＴｅからなる群のうち少なくとも１つが含まれる。なお、上記の蛍光体粒子１６は一例であり、波長変換部材１０に用いられる蛍光体粒子１６が必ずしも上記に限られるわけではない。

蛍光体粒子１６の平均粒子径は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましく、７μｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましい。５μｍ以上である場合、変換光の発光強度が大きくなり、ひいては波長変換部材１０の発光強度が大きくなる。また、５０μｍ以下である場合、蛍光体層１４の厚みの調整が容易となり、蛍光体粒子１６の脱粒のリスクを低減できる。また、個々の蛍光体粒子１６の温度を低く維持でき、温度消光を抑制できる。なお、本明細書において平均粒子径とは、メジアン径（Ｄ５０）である。平均粒子径は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置の乾式測定または湿式測定を用いて計測することができる。

透光性セラミックス１８は、無機バインダが加水分解または酸化されて形成されたものであり、透光性を有する無機材料により構成されている。透光性セラミックス１８は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）、リン酸アルミニウムから構成される。また、透光性セラミックス１８は透光性を有するので、光源光（入射光）や変換光を透過させることができる。透光性セラミックス１８は無機材料からなるので、耐熱性が向上し、ＬＤなどの高エネルギー光を照射する用途であっても変質が起こりにくい。

無機バインダとしては、例えば、エチルシリケート、リン酸アルミニウム水溶液等を用いることができる。

なお、透光性を有する物質とは、０．５ｍｍの対象物質に対して、可視光の波長領域（λ＝３８０～７８０ｎｍ）で光を垂直に入射したとき、反対側から抜けた光の放射束が入射光の８０％を超える特性を有する物質をいう。

［発光装置の構成］
図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ本発明の実施形態に係る発光装置の一例の一部を示す概念図である。図７（ａ）は、本発明の透過型の発光装置を表し、図７（ｂ）はおよび反射型の発光装置を表している模式図である。発光装置４０は、光源５０と波長変換部材１０を備える。光源５０は、特定範囲の波長の光源光を発生させる発光素子であり、例えば、ＬＥＤや、ＬＤなどを用いることができる。波長変換部材１０はハイパワーでも効率よく波長変換させることができるので、光源５０はＬＤであることが好ましい。

［波長変換部材の製造方法］
波長変換部材の製造方法の一例を説明する。図８は、本発明の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。最初に、原料を加工し、所定の形状に形成された基材１２を準備する（ステップＳ１）。

基材１２の準備とは別に、蛍光体粒子１６と無機バインダとを混合して蛍光体インキ（蛍光体ペースト）を作製する（ステップＳ２）。蛍光体インキの作製は、まず、所定の平均粒子径を有する蛍光体粒子１６を準備する。蛍光体粒子１６は、波長変換部材１０の設計に応じて、様々なものを用いることができ、１種類でも、２種類以上を使用してもよい。

次に、準備した蛍光体粒子１６を秤量し、溶剤に分散させ、無機バインダと混合し、印刷用の蛍光体インキを作製する。このとき、蛍光体インキの粘度を３５．０ｄＰａ・ｓ～７５．０ｄＰａ・ｓにするため、溶剤や無機バインダの添加比率を１５～４５％に調整する。混合にはボールミルやプロペラ撹拌などを用いることができる。混合時間は、８０分～１６０分間に調整する。混合時、温度変化による粘度のばらつきを抑えるため、室温は２０℃～２５℃、液温は２５℃～４０℃に調整する。溶剤は、α－テルピネオール、ブタノール、イソホロン、グリセリン等の高沸点溶剤を用いることができる。

蛍光体インキには、蛍光体層の硬度を向上させ、発光性（光の散乱性）等を調整する目的で無機微粒子を添加してもよい。また、無機微粒子は、蛍光体インキの粘度の調整を目的として添加することもできる。

蛍光体インキの粘度が３５．０ｄＰａ・ｓ未満であると、蛍光体インクの流動により蛍光体層の端部（外周部）において滲みが起こりやすい。滲みが発生すると、蛍光体粒子の分布の悪化、膜厚が局所的に薄くなることによる発光特性の低下が起こる虞がある。

蛍光体インキの粘度が７５．０ｄＰｓを超えると、塗布方法がスクリーン印刷であった場合、メッシュ跡が蛍光体層にそのまま痕として残り、蛍光体層の割れ・剥離の原因となる虞がある。また蛍光体インキの流動性が悪いため空隙（ピンホール）が発生する虞が増大し、均一な発光特性が得られず色ムラ発生の原因となる。

次に、基材作製工程（ステップＳ１）において作製された基材１２の表面に蛍光体インキを塗布してインキ層（ペースト層）を形成する（ステップＳ３）。蛍光体インキの塗布は、スクリーン印刷法、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、インクジェット法を用いることができる。スクリーン印刷法を用いると、厚みの均一なインキ層を安定的に形成できるので好ましい。また、インキ層の厚みは、焼成後に所定の厚みになるように調整する。インキ層は、基材１２の形状に沿って形成されることが好ましい。

そして、塗布した蛍光体インキを、１５０℃以上の温度で熱処理することで蛍光体層を形成する（ステップＳ４）。熱処理温度は、１５０℃以上５００℃以下であることが好ましく、特に３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。熱処理時間は、２０分以上の保持時間を設けることが好ましく、０．５時間以上２．０時間以下であることが好ましい。また、昇温速度は、２℃／ｍｉｎ以上であることが好ましく、２℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。また、熱処理前に乾燥工程を設けてもよい。乾燥温度は１００℃以上２００℃以下（蛍光体層の熱処理温度未満）が好ましく、乾燥時間は２０分以上６０分以下であることがより好ましい。

このように、蛍光体インキの粘度を所定の範囲に調整して基材に印刷および熱処理をすることで、凹部、ピンホール、メッシュ痕、滲み領域といった不具合が抑制され、蛍光体粒子の分布や、膜厚の均一性に優れる波長変換部材を製造することができる。これにより、発光特性の均一性や、基材と蛍光体層との良好な密着性が向上する。

［実施例および比較例］
（波長変換部材の作製）
（実施例１）
基材として直径φ５０ｍｍ、厚みｔ０．５ｍｍの円板状のサファイア製の基材を準備した。

蛍光体インキとして、平均粒子径１５μｍの緑色蛍光体（ＬＡＧ系蛍光体）と、平均粒子径９μｍの赤色蛍光体（Ｓ－ＣＡＳＮ系蛍光体）を所定の質量割合となるように秤量し、無機バインダとしてエチルシリケート、溶媒としてα－テルピネオールを秤量し、液温を２５℃～４０℃に管理しながら、それぞれプロペラ撹拌で１２０分間混合することで蛍光体インキを作製した。このとき、無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が３５ｄＰａ・ｓになるように添加した。

得られた蛍光体インキをスクリーン印刷により基材上に塗布し、塗布後の基材を１００℃で３０分乾燥した後、電気炉を用いて非酸化性雰囲気で１５０℃／ｈで３５０℃まで昇温し、２０分間以上熱処理することにより波長変換部材を作製した。

（実施例２）
無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が５５ｄＰａ・ｓになるように添加している点を除き、実施例１と同様の条件で波長変換部材を作製した。

（実施例３）
無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が７５ｄＰａ・ｓになるように添加している点を除き、実施例１と同様の条件で波長変換部材を作製した。

（実施例４）
無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が２２ｄＰａ・ｓになるように添加している点を除き、実施例１と同様の条件で波長変換部材を作製した。

（実施例５）
無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が４ｄＰａ・ｓになるように添加している点を除き、実施例１と同様の条件で波長変換部材を作製した。

（比較例１）
無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が８３ｄＰａ・ｓになるように添加している点を除き、実施例１と同様の条件で波長変換部材を作製した。

（比較例２）
無機バインダの添加比率として、蛍光体インキの粘度が１０８ｄＰａ・ｓになるように添加している点を除き、実施例１と同様の条件で波長変換部材を作製した。

（評価方法）
（中心方向に向かって延びる凹部）
デジタルマイクロスコープ（VHX-5000：キーエンス社）を用いて、１００倍の倍率で蛍光体層の上面を撮影した画像について、蛍光体層の全てを内包する仮想円（外周）を描き、仮想円から蛍光体層の中心方向に向かって凹む凹部の距離の内、最大の距離である凹部の値を確認した。

（ピンホールの個数）
基材の下に黒い紙を敷き、デジタルマイクロスコープ（VHX-5000：キーエンス社）を用いて確認した。１００倍の倍率で蛍光体層の上面を撮影した画像について、蛍光体層の表面に露出する空隙で、表面から１５μｍ以上の深さを有するものが区別できる閾値を設定し、２値化する画像解析を行った。仮想円の半径ｒに対し、同じ中心で半径０．５５ｒの円を描き、その内部における面積が５００μｍ^２以上の空隙をピンホールの個数としてカウントした。

（滲み領域の幅）
基材の下に黒い紙を敷き、デジタルマイクロスコープ（VHX-5000：キーエンス社）を用いて確認した。まず、蛍光体層の中心領域の平均膜厚を求めた。次に、１００倍の倍率で蛍光体層の上面視を撮影した画像について、蛍光体層の厚みが中心領域の平均膜厚の７０％以下となる部分が区別されるように閾値を設定し、２値化する画像解析を行った。そして、外周領域の蛍光体層の厚みが中心領域の平均膜厚の７０％以下となる部分が全て含まれるような円を描き、外周との差を滲み領域の幅とした。

（蛍光体インキの粘度）
製造時の蛍光体インキの粘度は、粘度計（ビスコテスターVT-04F）を用いて測定した。このとき室温を２０℃～２５℃、液温を２５℃～４０℃で管理しながら測定した。

表１は、実施例および比較例の波長変換部材の蛍光体インキの粘度および評価結果を示す表である。また、図９（ａ）～（ｅ）は、それぞれ実施例および比較例の波長変換部材の波長変換部材の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープの視野で撮影した画像である。図９（ａ）、（ｂ）は、それぞれ比較例２、１の波長変換部材の画像である。図９（ｃ）～（ｅ）は、それぞれ実施例２、４、および５の波長変換部材の画像である。

表１で示すように、実施例１～５の波長変換部材は、中心方向に向かって延びる凹部の長さは５０μｍ以下に制御されており、凹部の小さい波長変換部材の製造が可能であることが分かった。なお、実施例４および５の凹部は、１つ１つを区別することが難しいものがあったが、長さはいずれも短かった。いずれも参考値ではあるが、実施例４は２０μｍ、実施例５は４０μｍを超えるものはなかった。

実施例１～３の波長変換部材は、中心方向に向かって延びる凹部の長さは５０μｍ以下、ピンホールは１個以下、外周部の滲み領域の幅が１２０μｍ以下に制御されており、膜均一性に優れる波長変換部材の製造が可能であることが分かった。

一方、蛍光体インキの粘度が低めである実施例４および５は、長さの長い凹部は存在しなかったが、蛍光体インクの流動により蛍光体層の端部において滲みが発生し、滲み領域の幅が広かった。ピンホールは、蛍光体層の中心領域での発生は確認されなかった。

また、蛍光体インキの粘度が高めである比較例１および２では、蛍光体インキの流動性が悪いため、蛍光体層の全体的においてスクリーンの印刷パターン（メッシュ）が蛍光体層にそのまま痕として残存していた。また、中心領域だけでなく、全面にピンホールが発生していた。

（色ムラの確認試験）
それぞれの波長変換部材について、色ムラの確認試験を行った。蛍光体層の中心領域と外周領域に光源光として波長４５０ｎｍの青色ＬＤを０．５Ｗの出力で照射し、分光放射照度計によって中心領域と外周領域それぞれ４点（計８点）の色度を測定した。そして、全体（８点）の平均値に対する中心領域と外周領域のそれぞれの平均値の差の割合を確認した。また、中心領域の全体（４点）の平均値に対する中心領域の色度の最大値と最小値の差の割合を確認した。また、外周領域についても同様の確認をした。

実施例１～３では、中心領域と外周領域の色度の差が５％未満であった。また、中心領域、外周領域それぞれの色度の差も５％未満であった。すなわち、実施例１～３は、中心領域と外周領域の差、中心領域、および外周領域の全てで、色ムラのない発光特性であることが確認された。粘度の低い実施例４および５では、中心領域と外周領域の色度の差、および外周領域の色度の差が５％以上であり、色ムラが確認された。一方、中心領域の色度の差は５％未満であった。すなわち、中心領域は、色ムラのない発光特性であることが確認された。これは蛍光体層の滲み領域の幅が広く、蛍光体層の中心部との空隙率の差による光の変換特性が異なり発生したものと推測される。

粘度の高い比較例１および２では、中心領域と外周領域の色度の差、中心領域の色度の差、および外周領域の色度の差が５％以上であった。すなわち、全体的に色ムラが確認された。これは蛍光体層の凹部やピンホールで光源光の抜けが発生することで青みの強い部分があったためと推測される。

実施例４および５では、滲み領域が原因として考えられる蛍光体層の外周領域に色ムラが発生した。また、比較例１および２ではピンホールや凹部が原因として考えられる色ムラが発生した。波長変換部材の中心領域は発光装置において必ず使用される領域であるため、中央部にピンホールが発生しないことが重要であると考えられる。本来、ピンホールと滲み領域の両方とも発生しない方が良いが、滲み領域を若干許容することで、蛍光体層の中央領域のピンホールの発生を十分低減できると考えられる。

そのため、実施例４および５の波長変換部材は、主に中心領域の蛍光体層を通った光が使用される形態の発光装置に使用することができ、色ムラなどの発生を抑制することができることが分かった。一方、実施例４および５の波長変換部材は、外周に近い領域の蛍光体層を通った光が使用される形態の発光装置に使用することは好ましくないことが分かった。これらにより、製造時の蛍光体インキの粘度は３５．０ｄＰａ・ｓ以上７５．０ｄＰａ・ｓ以下であることが好ましいことが分かった。

以上の結果によって、本発明の波長変換部材は、蛍光体層の外周から中心方向に向かって延びる凹部が小さく、中心領域のピンホールが少ない波長変換部材であることが確かめられた。その結果、局所的な励起光源の抜け過ぎによる色ムラの抑制でき、蛍光体層表面のメッシュ痕の解消、局所的な膜厚変化によるクラック、ピンホールが抑制でき、基材と蛍光体層との密着性が向上し、剥離耐性が向上する。

また、本発明の波長変換部材の製造方法は、蛍光体インキの粘度を適切な範囲としたことで、蛍光体層の外周から中心方向に向かって延びる凹部および外周領域の滲みが小さく抑制され、中心付近の領域のピンホールが少ない波長変換部材を製造できることが確かめられた。また、膜厚のコントロール性の向上し狙いの膜厚に塗布しやすくなるため、波長変換部材の品質が安定する。

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。また、各図面に示された構成要素の構造、形状、数、位置、大きさ等は説明の便宜上のものであり、適宜変更しうる。

１０ 波長変換部材
１２ 基材
１３ 主面
１４ 蛍光体層
１６ 蛍光体粒子
１８ 透光性セラミックス
２０ 空隙
２２ 凹部
２４ ピンホール
２６ 滲み領域
３０ 外周
３２ 中心領域
３４ 外周領域
４０ 発光装置
５０ 光源

Claims (5)

1. 波長変換部材であって、
   基材と、
   前記基材に設けられ、蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士および前記基材と前記蛍光体粒子とを結合する透光性セラミックスと、により形成された蛍光体層と、を備え、
   前記蛍光体層は、前記蛍光体層の上面を１００倍のデジタルマイクロスコープで観察した視野において、前記蛍光体層の外周から中心方向に向かって延びる長さ５０μｍ以上の凹部が無いことを特徴とする波長変換部材。
2. 前記蛍光体層は、前記視野において、前記蛍光体層と中心を同じとする同心相似形状で、前記蛍光体層の面積の３０％以下の領域におけるピンホールが１個以下であることを特徴とする請求項１記載の波長変換部材。
3. 前記蛍光体層は外周領域に滲みの領域を備え、前記外周から前記中心に向かう方向の長さが１２０μｍ以下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。
4. 発光装置であって、
   特定範囲の波長の光を発する発光素子と、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴とする発光装置。
5. 波長変換部材の製造方法であって、
   基材を準備する工程と、
   蛍光体粒子と無機バインダとを混合した蛍光体インキの２５℃における粘度を３５．０ｄＰａ・ｓ以上７５．０ｄＰａ・ｓ以下に調整する工程と、
   前記基材の表面に、前記蛍光体インキを塗布する工程と、
   前記塗布した蛍光体インキを５００℃以下の温度で熱処理することで蛍光体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。

Images