JP6274424B2 - 発光色変換部材および発光装置 - Google Patents
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Description
本発明は発光色変換部材および発光装置に係り、詳しくは、発光素子の放射光の色を変換するための発光色変換部材と、その発光色変換部材を用いた発光装置とに関するものである。
特許文献１には、ガラス中に無機蛍光体が分散してなる発光色変換部材であって、ガラス粉末と無機蛍光体粉末の混合粉末の焼結体からなるものが開示されている。
特許文献２には、ドープされたＹＡＧのタイプの蛍光体を有する多結晶セラミック構造の蛍光体であって、前記蛍光体が非発光多結晶アルミナを有するセラミックマトリックスに埋め込まれたものが開示されている。
特許文献２には、ドープされたＹＡＧのタイプの蛍光体を有する多結晶セラミック構造の蛍光体であって、前記蛍光体が非発光多結晶アルミナを有するセラミックマトリックスに埋め込まれたものが開示されている。
特許文献１の技術において、発光色変換部材により均一な色度分布を得るには、蛍光体粉末の粒径を小さくすると共に、発光色変換部材の内部にて蛍光体粉末を均一かつ高密度に分散させることにより、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製する必要がある。
発光色変換部材と発光素子とを備えた発光装置では、発光素子から放射された励起光である一次光（青色光）と、その一次光の一部が発光色変換部材（波長変換部材）に含有される蛍光体で励起されることにより発光色変換（波長変換）された二次光（黄色光）とが混色されて混色光（白色光）が生成され、その混色光が発光色変換部材を介して発光装置から外部へ放射される。
そのため、発光色変換時に変換されなかった光エネルギーが熱エネルギーになって蛍光体が発熱するが、蛍光体の温度が上昇して発光色変換の効率が低下すると共に、その発熱により発光装置の構成部材が劣化することから、蛍光体の発熱を効率的に放熱する必要がある。
そこで、発光色変換部材を薄く成形すれば、発光色変換部材の中に熱がこもるのを防ぎ、発光色変換部材の発熱を発光色変換部材に隣接した発光素子を介して効率的に放熱させ、発光色変換部材の温度上昇を抑制して発光色変換（波長変換）の効率低下を防止すると共に、発光装置の構成部材が発光色変換部材の発熱によって劣化するのを防止し、発光装置の高出力化を図ることができる。
そこで、発光色変換部材を薄く成形すれば、発光色変換部材の中に熱がこもるのを防ぎ、発光色変換部材の発熱を発光色変換部材に隣接した発光素子を介して効率的に放熱させ、発光色変換部材の温度上昇を抑制して発光色変換（波長変換）の効率低下を防止すると共に、発光装置の構成部材が発光色変換部材の発熱によって劣化するのを防止し、発光装置の高出力化を図ることができる。
ここで、蛍光体粉末の粒径が大きくなると、発光色変換部材を薄く成形した際に、発光色変換部材の内部にて蛍光体粉末が存在しない部分が大きくなるため、均一な色度分布が得られなくなる。
また、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製すれば、発光色変換部材の内部にて蛍光体粉末または分散結合材の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じるため、より均一な色度分布が得られる。
また、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製すれば、発光色変換部材の内部にて蛍光体粉末または分散結合材の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じるため、より均一な色度分布が得られる。
発光色変換部材の内部にて蛍光体粉末を均一かつ高密度に分散させるには、ガラス粉末と蛍光体粉末とを均一に混合しなければならず、そのためには両粉末の粒径を略同一にする必要がある。換言すれば、蛍光体粉末の粒径は、ガラス粉末の粒径によって規定される。
しかし、ガラス粉末の粒径を小さくすると（例えば、１０μｍ未満）、ガラス粉末に混入されている不純物の分離が難しくなり、ガラス粉末の収率が低下するため、ガラス粉末の製造コストが増大することになる。
よって、ガラス粉末の粒径を小さくすることは困難であり、蛍光体粉末についても粒径を小さくすることが困難である。
加えて、蛍光体粉末の粒径を小さくすると、蛍光体粉末が会合・凝集し易くなるため、ガラス粉末と蛍光体粉末とを均一に混合することが困難になる。
よって、ガラス粉末の粒径を小さくすることは困難であり、蛍光体粉末についても粒径を小さくすることが困難である。
加えて、蛍光体粉末の粒径を小さくすると、蛍光体粉末が会合・凝集し易くなるため、ガラス粉末と蛍光体粉末とを均一に混合することが困難になる。
このように、特許文献１の技術では、蛍光体粉末の粒径を小さくすることが困難である上に、発光色変換部材の内部にて蛍光体粉末を均一かつ高密度に分散させることも困難であり、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製することができないために、発光色変換部材により均一な色度分布を得ることもできないという問題があった。
ところで、特許文献２には、蛍光体が埋め込まれたセラミックマトリックスの複合材料を、発光ダイオードの上に成形カップのように付けるか、または、発光ダイオードの上部に平板のように付けることにより発光装置（発光素子）を作製する技術が開示されている。
しかし、特許文献２には、多結晶セラミック構造の蛍光体を含有するガラスについては、一切開示されておらず示唆すらもされていない。
尚、特許文献２には、ゾルゲルガラスを接着材として用いることにより、蛍光体が埋め込まれたセラミックマトリックスの複合材料を発光ダイオードの上に接着する技術が開示されているが、この技術は、多結晶セラミック構造の蛍光体を含有するガラスとは無関係である。
しかし、特許文献２には、多結晶セラミック構造の蛍光体を含有するガラスについては、一切開示されておらず示唆すらもされていない。
尚、特許文献２には、ゾルゲルガラスを接着材として用いることにより、蛍光体が埋め込まれたセラミックマトリックスの複合材料を発光ダイオードの上に接着する技術が開示されているが、この技術は、多結晶セラミック構造の蛍光体を含有するガラスとは無関係である。
本発明は前記問題を解決するためになされたものであって、以下の目的を有するものである。
（１）蛍光体の粒径を小さくすると共に、発光色変換部材の内部にて蛍光体を均一かつ高密度に分散させることにより、均一な色度分布を得ることが可能な発光色変換部材を提供する。
（２）前記（１）の発光色変換部材を用いた発光装置を提供する。
（１）蛍光体の粒径を小さくすると共に、発光色変換部材の内部にて蛍光体を均一かつ高密度に分散させることにより、均一な色度分布を得ることが可能な発光色変換部材を提供する。
（２）前記（１）の発光色変換部材を用いた発光装置を提供する。
本発明者らは前記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、下記のように本発明の各局面に想到した。
＜第１の局面＞
第１の局面は、蛍光体と分散結合材とを混合して結合させた結合体粒子と、ガラス粒子との混合粒子の焼結体から成り、ガラス中に結合体粒子が分散されている発光色変換部材であって、分散結合材は、透光性と、蛍光体に対する結合性とを有する非ガラス材料である。
第１の局面は、蛍光体と分散結合材とを混合して結合させた結合体粒子と、ガラス粒子との混合粒子の焼結体から成り、ガラス中に結合体粒子が分散されている発光色変換部材であって、分散結合材は、透光性と、蛍光体に対する結合性とを有する非ガラス材料である。
第１の局面において、結合体粒子では、分散結合材により蛍光体が分散された状態で結合されている。換言すれば、分散結合材は、蛍光体を結合する機能と、蛍光体を分散させる機能とを有する。
また、ガラス粒子は、結合体粒子を結合する機能と、結合体粒子を分散させる機能とを有する。
また、ガラス粒子は、結合体粒子を結合する機能と、結合体粒子を分散させる機能とを有する。
そのため、第１の局面では、蛍光体の粒径を小さくしても、結合体粒子の粒径を十分に大きくした上で、結合体粒子の粒径とガラス粒子の粒径とを略同一にすることにより、結合体粒子とガラス粒子とを均一に混合することができる。
すなわち、第１の局面では、蛍光体の粒径がガラス粒子の粒径によって規定されず、結合体粒子の粒径がガラス粒子の粒径によって規定されるため、ガラス粒子の粒径を十分に大きくすることが可能になり、ガラス粒子に混入されている不純物の分離が容易であることから、ガラス粒子の収率が向上し、ガラス粒子の製造コストを低減できる。
すなわち、第１の局面では、蛍光体の粒径がガラス粒子の粒径によって規定されず、結合体粒子の粒径がガラス粒子の粒径によって規定されるため、ガラス粒子の粒径を十分に大きくすることが可能になり、ガラス粒子に混入されている不純物の分離が容易であることから、ガラス粒子の収率が向上し、ガラス粒子の製造コストを低減できる。
そして、第１の局面では、蛍光体の粒径を小さくすることにより、発光色変換部材を薄く成形しても、発光色変換部材の内部にて蛍光体が存在しない部分が極小さくなるため、均一な色度分布が得られる。
また、蛍光体の粒径を小さくすることにより、発光色変換部材を薄く成形しても、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製することが可能になり、発光色変換部材の内部にて蛍光体または分散結合材の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じることから更に均一な色度分布が得られる。
また、蛍光体の粒径を小さくすることにより、発光色変換部材を薄く成形しても、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製することが可能になり、発光色変換部材の内部にて蛍光体または分散結合材の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じることから更に均一な色度分布が得られる。
従って、第１の局面によれば、蛍光体の粒径を小さくすると共に、発光色変換部材の内部にて蛍光体を均一かつ高密度に分散させ、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製することにより、均一な色度分布を得ることが可能な発光色変換部材を提供できる。
尚、結合体粒子は、蛍光体の粒子と分散結合材の粒子とを会合・凝集させた粒子、または、蛍光体と分散結合材との焼結体の粒子のいずれでもよい。
尚、結合体粒子は、蛍光体の粒子と分散結合材の粒子とを会合・凝集させた粒子、または、蛍光体と分散結合材との焼結体の粒子のいずれでもよい。
＜第２の局面＞
第２の局面は、第１の局面において、蛍光体はガーネット系蛍光体であり、分散結合材はアルミナである。
第２の局面によれば、第１の局面の前記作用・効果を確実に得ることが可能な発光色変換部材を容易に作製できる。
また、第２の局面によれば、ガーネット系蛍光体はアルミニウム酸化物を含むため、蛍光体と分散結合材の構成元素が共通になることから、蛍光体と分散結合材の結合性を高めることができる上に、蛍光体と分散結合材の屈折率差が小さくなるため光損失を低減できる。
第２の局面は、第１の局面において、蛍光体はガーネット系蛍光体であり、分散結合材はアルミナである。
第２の局面によれば、第１の局面の前記作用・効果を確実に得ることが可能な発光色変換部材を容易に作製できる。
また、第２の局面によれば、ガーネット系蛍光体はアルミニウム酸化物を含むため、蛍光体と分散結合材の構成元素が共通になることから、蛍光体と分散結合材の結合性を高めることができる上に、蛍光体と分散結合材の屈折率差が小さくなるため光損失を低減できる。
＜第３の局面＞
第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、蛍光体の粒径と、分散結合材の粒径とが略同一であり、その粒径の範囲が１〜７μｍである。
蛍光体の粒径がこの範囲より大きくなると、発光色変換部材を薄く成形した際に、発光色変換部材の内部にて蛍光体が存在しない部分が大きくなるため、均一な色度分布が得られなくなる。
蛍光体の粒径がこの範囲より小さくなると、蛍光体の励起による発光色変換の効率が低下するため、所望の発光色が得られなくなる。
また、蛍光体の粒径と分散結合材の粒径とを略同一にすることにより、両粒子を均一に混合して結合させることができる。
第３の局面は、第１の局面または第２の局面において、蛍光体の粒径と、分散結合材の粒径とが略同一であり、その粒径の範囲が１〜７μｍである。
蛍光体の粒径がこの範囲より大きくなると、発光色変換部材を薄く成形した際に、発光色変換部材の内部にて蛍光体が存在しない部分が大きくなるため、均一な色度分布が得られなくなる。
蛍光体の粒径がこの範囲より小さくなると、蛍光体の励起による発光色変換の効率が低下するため、所望の発光色が得られなくなる。
また、蛍光体の粒径と分散結合材の粒径とを略同一にすることにより、両粒子を均一に混合して結合させることができる。
＜第４の局面＞
第４の局面は、結合体粒子の粒径と、ガラス粒子の粒径とが略同一であり、その粒径の範囲が１０μｍ以上である。
ガラス粒子の粒径がこの範囲より小さくなると、ガラス粒子に混入されている不純物の分離が難しくなり、ガラス粒子の収率が低下するため、ガラス粒子の製造コストが増大する。
また、結合体粒子の粒径とガラス粒子の粒径とを略同一にすることにより、結合体粒子とガラス粒子とを均一に混合することができる。
第４の局面は、結合体粒子の粒径と、ガラス粒子の粒径とが略同一であり、その粒径の範囲が１０μｍ以上である。
ガラス粒子の粒径がこの範囲より小さくなると、ガラス粒子に混入されている不純物の分離が難しくなり、ガラス粒子の収率が低下するため、ガラス粒子の製造コストが増大する。
また、結合体粒子の粒径とガラス粒子の粒径とを略同一にすることにより、結合体粒子とガラス粒子とを均一に混合することができる。
＜第５の局面＞
第５の局面は、第１〜第４の局面の発光色変換部材と、発光素子とを備えた発光装置であって、発光素子から放射された励起光である一次光と、その一次光の一部が発光色変換部材に含有される蛍光体で励起されることにより発光色変換された二次光とが混色されて混色光が生成され、その混色光が発光色変換部材を介して外部へ放射される。
第５の局面は、第１〜第４の局面の発光色変換部材と、発光素子とを備えた発光装置であって、発光素子から放射された励起光である一次光と、その一次光の一部が発光色変換部材に含有される蛍光体で励起されることにより発光色変換された二次光とが混色されて混色光が生成され、その混色光が発光色変換部材を介して外部へ放射される。
第５の局面では、発光色変換時に変換されなかった光エネルギーが熱エネルギーになって蛍光体が発熱するため、蛍光体の温度が上昇して発光色変換の効率が低下すると共に、その発熱により発光装置の構成部材が劣化することから、蛍光体の発熱を効率的に放熱する必要がある。
そこで、発光色変換部材を薄く成形すれば、発光色変換部材の中に熱がこもるのを防ぎ、発光色変換部材の発熱を発光色変換部材に隣接した発光素子を介して効率的に放熱させ、発光色変換部材の温度上昇を抑制して発光色変換（波長変換）の効率低下を防止すると共に、発光装置の構成部材が発光色変換部材の発熱によって劣化するのを防止し、発光装置の高出力化を図ることができる。
そこで、発光色変換部材を薄く成形すれば、発光色変換部材の中に熱がこもるのを防ぎ、発光色変換部材の発熱を発光色変換部材に隣接した発光素子を介して効率的に放熱させ、発光色変換部材の温度上昇を抑制して発光色変換（波長変換）の効率低下を防止すると共に、発光装置の構成部材が発光色変換部材の発熱によって劣化するのを防止し、発光装置の高出力化を図ることができる。
第１〜第４の局面では、発光色変換部材を薄く成形しても、発光色変換部材の厚さ方向に複数の蛍光体が重なるように分布する状態を作製することが可能になり、発光色変換部材の内部にて蛍光体または分散結合材の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じることから更に均一な色度分布が得られる。
従って、第１〜第４の局面の発光色変換部材を備えた第５の局面によれば、発光装置の高出力化と、均一な色度分布との両方を容易に実現することができる。
従って、第１〜第４の局面の発光色変換部材を備えた第５の局面によれば、発光装置の高出力化と、均一な色度分布との両方を容易に実現することができる。
以下、本発明を具体化した各実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、各実施形態において、同一の構成部材および構成要素については符号を等しくすると共に、同一内容の箇所については重複説明を省略する。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。
また、各図面では、説明を分かり易くするために、各実施形態の構成部材の寸法形状および配置箇所を誇張して模式的に図示してあり、各構成部材の寸法形状および配置箇所が実物とは必ずしも一致しないことがある。
＜発光色変換部材１０＞
図１（Ａ）に示すように、蛍光体１１と分散結合材１２とを混合し、蛍光体１１と分散結合材１２とを会合・凝集させることにより結合体粒子（発光色変換粒子）１３を作製する。
蛍光体１１には、ガーネット系蛍光体（例えば、ＹＡＧ蛍光体、ＬｕＡＧ蛍光体、ＴＡＧ蛍光体など）、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、ＣＡＳＮ蛍光体、フッ化物系蛍光体、ＢＯＳ蛍光体のいずれを用いてもよいが、熱的な安定性が高いガーネット系蛍光体が好適である。
図１（Ａ）に示すように、蛍光体１１と分散結合材１２とを混合し、蛍光体１１と分散結合材１２とを会合・凝集させることにより結合体粒子（発光色変換粒子）１３を作製する。
蛍光体１１には、ガーネット系蛍光体（例えば、ＹＡＧ蛍光体、ＬｕＡＧ蛍光体、ＴＡＧ蛍光体など）、ＳｉＡｌＯＮ蛍光体、ＣＡＳＮ蛍光体、フッ化物系蛍光体、ＢＯＳ蛍光体のいずれを用いてもよいが、熱的な安定性が高いガーネット系蛍光体が好適である。
分散結合材（バインダ材）１２には、透光性と、蛍光体１１に対する結合性とを有する材料であれば、どのような材料（例えば、アルミナなど）を用いてもよいが、蛍光体２１と構成元素が共通の材料を用いれば、蛍光体１１との結合性を高めることができる上に、蛍光体１１との屈折率差が小さくなるため光損失を低減できる。
蛍光体１１にガーネット系蛍光体を用いる場合、ガーネット系蛍光体はアルミニウム酸化物を含むため、分散結合材１２にはアルミナを用いることが望ましい。
また、蛍光体１１と分散結合材１２とを会合・凝集させるには、どのような方法（例えば、蛍光体１１と分散結合材１２とを単純に混合する方法、蛍光体１１と分散結合材１２とを適宜な溶液に混合してスラリーを形成した後に溶液を除去する方法、蛍光体１１と分散結合材１２とを凝集させた後に焼結する方法など）を用いてもよい。
蛍光体１１にガーネット系蛍光体を用いる場合、ガーネット系蛍光体はアルミニウム酸化物を含むため、分散結合材１２にはアルミナを用いることが望ましい。
また、蛍光体１１と分散結合材１２とを会合・凝集させるには、どのような方法（例えば、蛍光体１１と分散結合材１２とを単純に混合する方法、蛍光体１１と分散結合材１２とを適宜な溶液に混合してスラリーを形成した後に溶液を除去する方法、蛍光体１１と分散結合材１２とを凝集させた後に焼結する方法など）を用いてもよい。
蛍光体１１の粒径の範囲は、ＹＡＧの場合には、１〜７μｍが適当であり、望ましくは２〜５μｍである。
蛍光体１１の粒径がこの範囲より大きくなると、発光色変換部材１０を薄く成形した際に、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１が存在しない部分が大きくなるため、均一な色度分布が得られなくなる。
蛍光体１１の粒径がこの範囲より小さくなると、蛍光体の励起による発光色変換の効率が低下するため、所望の発光色が得られなくなる。
また、分散結合材１２の粒径と、蛍光体１１の粒径とを略同一にすることにより、蛍光体１１と分散結合材１２とを均一に混合させて会合・凝集させることができる。
蛍光体１１の粒径がこの範囲より大きくなると、発光色変換部材１０を薄く成形した際に、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１が存在しない部分が大きくなるため、均一な色度分布が得られなくなる。
蛍光体１１の粒径がこの範囲より小さくなると、蛍光体の励起による発光色変換の効率が低下するため、所望の発光色が得られなくなる。
また、分散結合材１２の粒径と、蛍光体１１の粒径とを略同一にすることにより、蛍光体１１と分散結合材１２とを均一に混合させて会合・凝集させることができる。
図１（Ｂ）に示すように、結合体粒子１３と低融点のガラス粒子１４とを混合する。
ガラス粒子１４の粒径の範囲は、１５μｍ以上が適当であり、望ましくは２０μｍ以上である。
ガラス粒子１４の粒径がこの範囲より小さくなると、ガラス粒子１４に混入されている不純物の分離が難しくなり、ガラス粒子１４の収率が低下するため、ガラス粒子１４の製造コストが増大する。
また、結合体粒子１３の粒径と、ガラス粒子１４の粒径とを略同一にすることにより、結合体粒子１３とガラス粒子１４とを均一に混合することができる。
ガラス粒子１４の粒径の範囲は、１５μｍ以上が適当であり、望ましくは２０μｍ以上である。
ガラス粒子１４の粒径がこの範囲より小さくなると、ガラス粒子１４に混入されている不純物の分離が難しくなり、ガラス粒子１４の収率が低下するため、ガラス粒子１４の製造コストが増大する。
また、結合体粒子１３の粒径と、ガラス粒子１４の粒径とを略同一にすることにより、結合体粒子１３とガラス粒子１４とを均一に混合することができる。
図１（Ｃ）に示すように、結合体粒子１３とガラス粒子１４との混合粒子を加熱し、ガラス粒子１４を溶融させて溶融ガラスを形成した後に、溶融ガラスを冷却してガラス１５を形成する。
すると、結合体粒子１３とガラス粒子１４との混合粒子の焼結体から成り、ガラス１５中に結合体粒子１３が分散されている発光色変換部材（波長変換部材）１０が完成する。
すると、結合体粒子１３とガラス粒子１４との混合粒子の焼結体から成り、ガラス１５中に結合体粒子１３が分散されている発光色変換部材（波長変換部材）１０が完成する。
［発光色変換部材１０の作用・効果］
結合体粒子１３では、分散結合材１２により蛍光体１１が分散された状態で結合されている。換言すれば、分散結合材１２は、蛍光体１１を結合する機能と、蛍光体１１を分散させる機能とを有する。
ガラス粒子１４は、結合体粒子１３を結合する機能と、結合体粒子１３を分散させる機能とを有する。
結合体粒子１３では、分散結合材１２により蛍光体１１が分散された状態で結合されている。換言すれば、分散結合材１２は、蛍光体１１を結合する機能と、蛍光体１１を分散させる機能とを有する。
ガラス粒子１４は、結合体粒子１３を結合する機能と、結合体粒子１３を分散させる機能とを有する。
そのため、蛍光体１１の粒径を小さくしても、結合体粒子１３の粒径を十分に大きくした上で、結合体粒子１３の粒径とガラス粒子１４の粒径とを略同一にすることにより、結合体粒子１３とガラス粒子１４とを均一に混合することができる。
すなわち、発光色変換部材１０では、蛍光体１１の粒径がガラス粒子１４の粒径によって規定されず、結合体粒子１３の粒径がガラス粒子１４の粒径によって規定されるため、ガラス粒子１４の粒径を十分に大きくすることが可能になり、ガラス粒子１４に混入されている不純物の分離が容易であることから、ガラス粒子１４の収率が向上し、ガラス粒子１４の製造コストを低減できる。
すなわち、発光色変換部材１０では、蛍光体１１の粒径がガラス粒子１４の粒径によって規定されず、結合体粒子１３の粒径がガラス粒子１４の粒径によって規定されるため、ガラス粒子１４の粒径を十分に大きくすることが可能になり、ガラス粒子１４に混入されている不純物の分離が容易であることから、ガラス粒子１４の収率が向上し、ガラス粒子１４の製造コストを低減できる。
そして、蛍光体１１の粒径を小さくすることにより、発光色変換部材１０を薄く成形しても、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１が存在しない部分が極小さくなるため、均一な色度分布が得られる。
また、蛍光体１１の粒径を小さくすることにより、発光色変換部材１０を薄く成形しても、発光色変換部材１０の厚さ方向に複数の蛍光体１１が重なるように分布する状態を作製することが可能であり、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１または分散結合材１２の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じることから更に均一な色度分布が得られる。
また、蛍光体１１の粒径を小さくすることにより、発光色変換部材１０を薄く成形しても、発光色変換部材１０の厚さ方向に複数の蛍光体１１が重なるように分布する状態を作製することが可能であり、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１または分散結合材１２の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じることから更に均一な色度分布が得られる。
従って、発光色変換部材１０では、蛍光体１１の粒径を小さくすると共に、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１を均一かつ高密度に分散させ、発光色変換部材１０の厚さ方向に複数の蛍光体１１が重なるように分布する状態を作製することにより、均一な色度分布を得ることができる。
＜第１実施形態の発光装置２０＞
図２に示すように、第１実施形態の発光装置２０は、絶縁基板２１、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ２２、蛍光体板２３（発光色変換部材１０）、枠体２４、反射層２５などを備える。
図２に示すように、第１実施形態の発光装置２０は、絶縁基板２１、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）チップ２２、蛍光体板２３（発光色変換部材１０）、枠体２４、反射層２５などを備える。
絶縁基板（実装基板）２１は、例えば、絶縁材料（例えば、窒化アルミニウムなどのセラミックス材料、合成樹脂材料など）のバルク材から成る基板や、金属材料（例えば、アルミニウム合金、純銅、銅系合金など）の表面に絶縁層が設けられた基板などによって形成されている。
４個のＬＥＤチップ２２は、略直方体状の青色ＬＥＤであり、間隙Ｓを空けて一列に配列されている。
各ＬＥＤチップ２２の下面側は、絶縁基板２１の表面上に形成されている配線層（図示略）に対して、各種接合方法（例えば、ハンダ付け、スタッドバンプ接合、金属微粒子接合、表面活性化接合など）を用い、電気的に接続されると共に取付固定されている。
尚、ＬＥＤチップ２２は、どのような半導体発光素子（例えば、ＥＬ（Electro Luminescence）素子など）に置き換えてもよい。
各ＬＥＤチップ２２の下面側は、絶縁基板２１の表面上に形成されている配線層（図示略）に対して、各種接合方法（例えば、ハンダ付け、スタッドバンプ接合、金属微粒子接合、表面活性化接合など）を用い、電気的に接続されると共に取付固定されている。
尚、ＬＥＤチップ２２は、どのような半導体発光素子（例えば、ＥＬ（Electro Luminescence）素子など）に置き換えてもよい。
蛍光体板２３は、発光色変換部材１０を平板状に加工・形成したものである。
１個の蛍光体板２３は、４個のＬＥＤチップ２２の上面を覆うように、各ＬＥＤチップ２２の上面に取付固定されている。
蛍光体板２３と各ＬＥＤチップ２２との取付固定は、どのような方法（例えば、接着材を用いる方法、接着材を用いず、加熱軟化させた発光色変換部材１０を各ＬＥＤチップ２２の上面に押し付けて接着する方法など）を用いてもよい。
１個の蛍光体板２３は、４個のＬＥＤチップ２２の上面を覆うように、各ＬＥＤチップ２２の上面に取付固定されている。
蛍光体板２３と各ＬＥＤチップ２２との取付固定は、どのような方法（例えば、接着材を用いる方法、接着材を用いず、加熱軟化させた発光色変換部材１０を各ＬＥＤチップ２２の上面に押し付けて接着する方法など）を用いてもよい。
枠体２４は、平面視略矩形枠状（額縁状）であり、蛍光体板２３に被覆された各ＬＥＤチップ２２を囲繞するように、絶縁基板２１の表面上に配置形成されている。
尚、枠体２４は、光反射性の高い材料（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムなど）の微粒子を含有する白色の合成樹脂材料（例えば、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂など）、光反射性のセラミックス材料（例えば、酸化アルミニウムなど）、光反射性の金属材料（例えば、アルミニウム合金など）などによって形成されており、リフレクタとしても機能する。
尚、枠体２４は、光反射性の高い材料（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムなど）の微粒子を含有する白色の合成樹脂材料（例えば、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂など）、光反射性のセラミックス材料（例えば、酸化アルミニウムなど）、光反射性の金属材料（例えば、アルミニウム合金など）などによって形成されており、リフレクタとしても機能する。
反射層２５は、各ＬＥＤチップ２２および蛍光体板２３を囲繞する。
そして、反射層２５は、各ＬＥＤチップ２２の外周面と、蛍光体板２３の外周端面と、各ＬＥＤチップ２２から表出した絶縁基板２１の表面と、枠体２４の内周壁面とに囲繞された空間内に充填され、各ＬＥＤチップ２２および蛍光体板２３を封止すると共に、各ＬＥＤチップ２２の間隙Ｓに充填されるように、枠体２４の内部に注入されている。
尚、反射層２５は、光反射性の高い材料（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムなど）の微粒子を含有する白色の合成樹脂材料（例えば、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂など）によって形成されている。
そして、反射層２５は、各ＬＥＤチップ２２の外周面と、蛍光体板２３の外周端面と、各ＬＥＤチップ２２から表出した絶縁基板２１の表面と、枠体２４の内周壁面とに囲繞された空間内に充填され、各ＬＥＤチップ２２および蛍光体板２３を封止すると共に、各ＬＥＤチップ２２の間隙Ｓに充填されるように、枠体２４の内部に注入されている。
尚、反射層２５は、光反射性の高い材料（例えば、酸化チタン、酸化アルミニウムなど）の微粒子を含有する白色の合成樹脂材料（例えば、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂など）によって形成されている。
［第１実施形態の発光装置２０の作用・効果］
発光装置２０では、ＬＥＤチップ２２から放射された励起光である一次光（青色光）と、その一次光の一部が蛍光体板２３（発光色変換部材１０）に含有される蛍光体（蛍光体１１）で励起されることにより発光色変換された二次光（黄色光）とが混色されて混色光（白色光）が生成され、その混色光が蛍光体板２３を介して発光装置２０から外部へ放射される。
発光装置２０では、ＬＥＤチップ２２から放射された励起光である一次光（青色光）と、その一次光の一部が蛍光体板２３（発光色変換部材１０）に含有される蛍光体（蛍光体１１）で励起されることにより発光色変換された二次光（黄色光）とが混色されて混色光（白色光）が生成され、その混色光が蛍光体板２３を介して発光装置２０から外部へ放射される。
そのため、発光色変換時に変換されなかった光エネルギーが熱エネルギーになって蛍光体板２３（発光色変換部材１０）中の蛍光体が発熱するが、蛍光体の温度が上昇して発光色変換の効率が低下すると共に、その発熱により発光装置２０の構成部材（絶縁基板２１、ＬＥＤチップ２２、枠体２４、反射層２５など）が劣化することから、蛍光体の発熱を効率的に放熱する必要がある。
そこで、蛍光体板２３（発光色変換部材１０）を薄く成形すれば、蛍光体板２３中に熱がこもるのを防ぎ、蛍光体板２３の発熱を蛍光体板２３に隣接したＬＥＤチップ２２を介して効率的に放熱させ、蛍光体板２３の温度上昇を抑制して発光色変換の効率低下を防止すると共に、発光装置２０の構成部材が発光色変換部材１０の発熱によって劣化するのを防止し、発光装置２０の高出力化を図ることができる。
そこで、蛍光体板２３（発光色変換部材１０）を薄く成形すれば、蛍光体板２３中に熱がこもるのを防ぎ、蛍光体板２３の発熱を蛍光体板２３に隣接したＬＥＤチップ２２を介して効率的に放熱させ、蛍光体板２３の温度上昇を抑制して発光色変換の効率低下を防止すると共に、発光装置２０の構成部材が発光色変換部材１０の発熱によって劣化するのを防止し、発光装置２０の高出力化を図ることができる。
前記のように、発光色変換部材１０は薄く成形しても、発光色変換部材１０の厚さ方向に複数の蛍光体１１が重なるように分布する状態を作製することが可能であり、発光色変換部材１０の内部にて蛍光体１１または分散結合材１２の少なくともいずれか一方による光の散乱が生じることから更に均一な色度分布が得られる。
従って、発光色変換部材１０から成る蛍光体板２３を備えた発光装置２０によれば、高出力化と均一な色度分布との両方を容易に実現することができる。
従って、発光色変換部材１０から成る蛍光体板２３を備えた発光装置２０によれば、高出力化と均一な色度分布との両方を容易に実現することができる。
＜第２実施形態の発光装置３０＞
図３に示すように、第２実施形態の発光装置３０は、絶縁基板２１、ＬＥＤチップ２２、蛍光体板３１（発光色変換部材１０）、枠体２４、反射層２５などを備える。
第２実施形態の発光装置３０において、第１実施形態の発光装置２０と異なるのは、１個の蛍光体板２３が４個の蛍光体板３１に置き換えられている点である。
図３に示すように、第２実施形態の発光装置３０は、絶縁基板２１、ＬＥＤチップ２２、蛍光体板３１（発光色変換部材１０）、枠体２４、反射層２５などを備える。
第２実施形態の発光装置３０において、第１実施形態の発光装置２０と異なるのは、１個の蛍光体板２３が４個の蛍光体板３１に置き換えられている点である。
各蛍光体板３１は、発光色変換部材１０を平板状に加工・形成したものである。
各蛍光体板３１の平面視寸法形状は、各ＬＥＤチップ２２の上面の平面視寸法形状と略同一であり、各蛍光体板３１はそれぞれ、各ＬＥＤチップ２２の上面を覆うように、各ＬＥＤチップ２２の上面に取付固定されている。
各蛍光体板３１と各ＬＥＤチップ２２との取付固定は、第１実施形態の蛍光体板２３と同様に、どのような方法を用いてもよい。
各蛍光体板３１の平面視寸法形状は、各ＬＥＤチップ２２の上面の平面視寸法形状と略同一であり、各蛍光体板３１はそれぞれ、各ＬＥＤチップ２２の上面を覆うように、各ＬＥＤチップ２２の上面に取付固定されている。
各蛍光体板３１と各ＬＥＤチップ２２との取付固定は、第１実施形態の蛍光体板２３と同様に、どのような方法を用いてもよい。
第２実施形態の発光装置３０においても、第１実施形態の発光装置２０の前記作用・効果と同様の作用・効果が得られる。
加えて、発光装置３０では、各蛍光体板３１が各ＬＥＤチップ２２の上面のみを覆うため、各ＬＥＤチップ２２の上面から各蛍光体板３１を介して放射される放射光の色度を均一な白色光にすることができる。
また、各ＬＥＤチップ２２の厚み（高さ）にバラツキがある場合でも、各ＬＥＤチップ２２毎に各蛍光体板３１が設けられているため、各蛍光体板３１に温度分布が発生しないことから、各蛍光体板２３に熱応力によるクラックが発生するおそれがない。
加えて、発光装置３０では、各蛍光体板３１が各ＬＥＤチップ２２の上面のみを覆うため、各ＬＥＤチップ２２の上面から各蛍光体板３１を介して放射される放射光の色度を均一な白色光にすることができる。
また、各ＬＥＤチップ２２の厚み（高さ）にバラツキがある場合でも、各ＬＥＤチップ２２毎に各蛍光体板３１が設けられているため、各蛍光体板３１に温度分布が発生しないことから、各蛍光体板２３に熱応力によるクラックが発生するおそれがない。
それに対して、発光装置２０では、１個の蛍光体板２３が各ＬＥＤチップ２２の間隙Ｓをも覆っている。
そのため、各ＬＥＤチップ２２の上面から蛍光体板２３を介して放射される光が白色光であるのに対して、各ＬＥＤチップ２２の側面から間隙Ｓを通過した後に蛍光体板２３を介して放射される光が黄色光になり、蛍光体板２３の表面における色度の面内分布が不均一になるおそれがある。
また、各ＬＥＤチップ２２の厚みにバラツキがある場合には、各ＬＥＤチップ２２の上面と１個の蛍光体板２３との距離にも、各ＬＥＤチップ２２毎のバラツキが生じるため、蛍光体板２３に温度分布が発生し、蛍光体板２３に熱応力によるクラックが発生するおそれがある。
そのため、各ＬＥＤチップ２２の上面から蛍光体板２３を介して放射される光が白色光であるのに対して、各ＬＥＤチップ２２の側面から間隙Ｓを通過した後に蛍光体板２３を介して放射される光が黄色光になり、蛍光体板２３の表面における色度の面内分布が不均一になるおそれがある。
また、各ＬＥＤチップ２２の厚みにバラツキがある場合には、各ＬＥＤチップ２２の上面と１個の蛍光体板２３との距離にも、各ＬＥＤチップ２２毎のバラツキが生じるため、蛍光体板２３に温度分布が発生し、蛍光体板２３に熱応力によるクラックが発生するおそれがある。
＜第３実施形態の発光装置４０＞
図４（Ｂ）に示すように、第３実施形態の発光装置４０は、絶縁基板２１、ＬＥＤチップ２２、蛍光体層４１（発光色変換部材１０）などを備える。
第３実施形態の発光装置４０において、第１実施形態の発光装置２０と異なるのは、枠体２４および反射層２５が省かれ、蛍光体板２３が蛍光体層４１に置き換えられている点である。
図４（Ｂ）に示すように、第３実施形態の発光装置４０は、絶縁基板２１、ＬＥＤチップ２２、蛍光体層４１（発光色変換部材１０）などを備える。
第３実施形態の発光装置４０において、第１実施形態の発光装置２０と異なるのは、枠体２４および反射層２５が省かれ、蛍光体板２３が蛍光体層４１に置き換えられている点である。
図４（Ａ）に示すように、平板状に加工・形成した発光色変換部材１０を、絶縁基板２１に実装・搭載された各ＬＥＤチップ２２に対向させ、発光色変換部材１０を加熱しながらプレス加工することにより、加熱軟化させた発光色変換部材１０から成る蛍光体層４１によって各ＬＥＤチップ２２の上面および側面を被覆する。
このとき、加熱軟化させた発光色変換部材１０は加工性に優れているため、プレス加工機のプレス板（図示略）に砲弾状（半球面状）の凹みを設けておくことにより、蛍光体層４１を砲弾状に形成する。
このとき、加熱軟化させた発光色変換部材１０は加工性に優れているため、プレス加工機のプレス板（図示略）に砲弾状（半球面状）の凹みを設けておくことにより、蛍光体層４１を砲弾状に形成する。
第３実施形態の発光装置４０においても、第１実施形態の発光装置２０の前記作用・効果と同様の作用・効果が得られる。
加えて、蛍光体層４１を砲弾状に形成することにより、蛍光体層４１に集光レンズ（凸レンズ）の機能を付与することができる。
加えて、蛍光体層４１を砲弾状に形成することにより、蛍光体層４１に集光レンズ（凸レンズ）の機能を付与することができる。
ところで、前記実施形態では、蛍光体１１の粒子と分散結合材１２の粒子とを会合・凝集させることにより、結合体粒子１３を作製している。
しかし、会合・凝集状態を制御するのは難しいため、結合体粒子１３の粒径を制御するのは困難である。
そこで、蛍光体と分散結合材のそれぞれの原材料を混合した後に焼成することにより、粒子状の蛍光体と粒子状の分散結合材とが混ざり合った結合体を作製し、その結合体を粉末化することで結合体粒子１３を作製する方法を用いてもよい。
この方法であれば、結合体粒子１３を粉末化する既存技術を適用することが可能であり、生産性を向上できるため好ましい。
すなわち、結合体粒子（発光色変換粒子）１３は、蛍光体の粒子と分散結合材の粒子とを会合・凝集させた粒子、または、蛍光体と分散結合材との焼結体の粒子のいずれでもよい。
しかし、会合・凝集状態を制御するのは難しいため、結合体粒子１３の粒径を制御するのは困難である。
そこで、蛍光体と分散結合材のそれぞれの原材料を混合した後に焼成することにより、粒子状の蛍光体と粒子状の分散結合材とが混ざり合った結合体を作製し、その結合体を粉末化することで結合体粒子１３を作製する方法を用いてもよい。
この方法であれば、結合体粒子１３を粉末化する既存技術を適用することが可能であり、生産性を向上できるため好ましい。
すなわち、結合体粒子（発光色変換粒子）１３は、蛍光体の粒子と分散結合材の粒子とを会合・凝集させた粒子、または、蛍光体と分散結合材との焼結体の粒子のいずれでもよい。
本発明は、前記各局面および前記各実施形態の説明に何ら限定されるものではない。特許請求の範囲の記載を逸脱せず、当業者が容易に想到できる範囲で種々の変形態様も本発明に含まれる。本明細書の中で明示した公報などの内容は、その全ての内容を援用によって引用することとする。
１０…発光色変換部材
１１…蛍光体
１２…分散結合材
１３…結合体粒子
１４…ガラス粒子
１５…ガラス
２０，３０，４０…発光装置
２２…ＬＥＤチップ（発光素子）
２３，３１…蛍光体板（発光色変換部材）
４１…蛍光体層（発光色変換部材）
１１…蛍光体
１２…分散結合材
１３…結合体粒子
１４…ガラス粒子
１５…ガラス
２０，３０，４０…発光装置
２２…ＬＥＤチップ（発光素子）
２３，３１…蛍光体板（発光色変換部材）
４１…蛍光体層（発光色変換部材）
Claims (3)
- 蛍光体と分散結合材とを混合して結合させた結合体粒子と、ガラス粒子との混合粒子の焼結体から成り、ガラス中に前記結合体粒子が分散されている発光色変換部材であって、
前記分散結合材は、透光性と、前記蛍光体に対する結合性とを有する非ガラス材料であって、
前記蛍光体の粒径と、前記分散結合材の粒径とが略同一であり、その粒径の範囲が１〜７μｍであって、
前記結合体粒子の粒径と、前記ガラス粒子の粒径とが略同一であり、その粒径の範囲が１５μｍ以上である、発光色変換部材。 - 前記蛍光体はガーネット系蛍光体であり、前記分散結合材はアルミナである、
請求項１に記載の発光色変換部材。 - 請求項１または請求項２に記載の発光色変換部材と、
発光素子と
を備えた発光装置であって、
前記発光素子から放射された励起光である一次光と、その一次光の一部が前記発光色変換部材に含有される蛍光体で励起されることにより発光色変換された二次光とが混色されて混色光が生成され、その混色光が前記発光色変換部材から外部へ放射される発光装置。
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