JP6425001B2 - 波長変換材料、波長変換部材及び発光デバイス - Google Patents

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を作製するための材料に関するものである。

近年、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源として、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を用いた光源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、例えば特許文献１には、青色光を出射するＬＥＤ上に、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が配置された光源が開示されている。この光源は、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材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。

波長変換部材としては、従来、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させたものが用いられている。しかしながら、当該波長変換部材を用いた場合、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、光源の輝度が低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤが発する熱や高エネルギーの短波長（青色〜紫外）光によってモールド樹脂が劣化し、変色や変形を起こすという問題がある。

そこで、樹脂に代えてガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末を分散固定した完全無機固体からなる波長変換部材が提案されている（例えば、特許文献２及び３参照）。当該波長変換部材は、母材となるガラスがＬＥＤチップの熱や照射光により劣化しにくく、変色や変形といった問題が生じにくいという特徴を有している。

しかしながら、上記波長変換部材は、製造時の焼成により無機蛍光体粉末が劣化し、輝度劣化しやすいという問題がある。特に、一般照明、特殊照明等の用途においては、高い演色性が求められるため、赤色や緑色といった比較的耐熱性の低い無機蛍光体粉末を使用する必要があり、無機蛍光体粉末の劣化が顕著になる傾向がある。そこで、ガラス粉末組成中にアルカリ金属酸化物を含有させることにより、軟化点を低下させた波長変換材料が提案されている（例えば、特許文献４参照）。当該波長変換材料は、比較的低温で焼結可能なため、焼成における無機蛍光体粉末の劣化を抑制することができる。

特開２０００−２０８８１５号公報 特開２００３−２５８３０８号公報 特許第４８９５５４１号公報 特開２００７−３０２８５８号公報

ガラスマトリクス中にアルカリ金属酸化物を含む前記波長変換部材は、発光強度が経時的に低下しやすいという問題がある。近年のＬＥＤやＬＤ等の光源のさらなる出力増大に伴って、発光強度の経時的な低下は顕著になっている。

そこで、本発明は、ＬＥＤやＬＤの光を照射した場合に、経時的な発光強度の低下の少ない波長変換部材を提供することを目的とする。

本発明の波長変換材料は、（ａ）ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含有するガラス粉末、（ｂ）無機蛍光体粉末、及び、（ｃ）光触媒活性を有する無機酸化物粉末、を含有することを特徴とする。

既述の通り、ガラスマトリクス中にアルカリ金属酸化物を含む波長変換部材に高出力のＬＥＤやＬＤの光を照射すると、経時的に発光強度が低下する傾向がある。原因の詳細につき、本発明者らは以下のように推察している。

組成中にアルカリ金属酸化物を含有するガラスマトリクスに励起光が照射されると、励起光のエネルギーによりガラスマトリクス中の酸素イオンの最外殻に存在する電子が励起され、酸素イオンから離れて一部はガラスマトリクス中のアルカリイオンと結合して、着色中心を形成する（ここで、アルカリイオンが抜けた後には空孔が形成される）。一方、電子が抜けることにより生成した正孔は、ガラスマトリクス中を移動し、一部はアルカリイオンが抜けた後に形成された空孔に捕えられて着色中心を形成する。ガラスマトリクス中に形成されたこれらの着色中心が、励起光や蛍光の吸収源となり、波長変換部材の発光強度が低下すると考えられる。

そこで、上記の現象を抑制するために、本発明の波長変換材料は、光触媒活性を有する無機酸化物粉末を含有している。光触媒活性を有する無機酸化物粉末は、励起光源からエネルギー受け取り、電子と正孔をガラスマトリクス中に供給する。無機酸化物粉末から供給された電子と正孔は、ガラスマトリクス中に発生した電子及び正孔と打ち消し合う。それにより、ガラスマトリクス中に発生した電子と正孔が、ガラスマトリクス中のアルカリイオンや空孔へ作用することが抑制される。結果として、波長変換部材の経時的な発光強度の低下を抑制することが可能になる。

本発明の波長変換材料において、無機酸化物粉末が、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ_３、ＷＯ_３及びＦｅ_２Ｏ_３から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

本発明の波長変換材料において、無機酸化物粉末の平均粒子径が２ｎｍ〜１５０μｍであることが好ましい。

本発明の波長変換材料において、無機酸化物粉末の含有量が０．００１〜１０質量％であることが好ましい。

本発明の波長変換材料において、ガラス粉末に含まれるアルカリ金属酸化物の含有量が０．１〜３５モル％であることが好ましい。

本発明の波長変換材料において、ガラス粉末に含まれるうちＬｉ_２Ｏの含有量が０．１モル％以上であることが好ましい。

本発明の波長変換材料において、ガラス粉末が、モル％で、ＳｉＯ_２ ３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ １〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０．１〜２０％、及び、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０．１〜４５％を含有することが好ましい。

本発明の波長変換材料において、無機蛍光体粉末が、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、酸化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体から選択される少なくとも１種であることが好ましい。

本発明の波長変換部材は、前記いずれかの波長変換材料を焼成してなることを特徴とする。

本発明の波長変換部材は、ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含有するガラス粉末の焼結体からなるマトリクス中に、無機蛍光体粉末、及び、光触媒活性を有する無機酸化物粉末が分散してなることを特徴とする。

本発明の発光デバイスは、前記いずれかの波長変換部材、及び、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。

本発明によれば、高出力のＬＥＤやＬＤを光源として用いた場合であっても、経時的な発光強度の低下の少ない波長変換部材を作製可能な波長変換材料を提供することが可能となる。

本発明の発光デバイスの一実施形態を示す模式図である。

本発明の波長変換材料は、（ａ）ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含有するガラス粉末、（ｂ）無機蛍光体粉末、及び、（ｃ）光触媒活性を有する無機酸化物粉末、を含有することを特徴とする。以下に、各構成成分について詳細に説明する。

ガラス粉末は、焼成後の波長変換部材において無機蛍光体粉末を安定に保持するための媒体としての役割がある。ここで、ガラス粉末の組成によって、焼成時における無機蛍光体粉末との反応性に差が出るため、使用する無機蛍光体粉末に適したガラス組成を選択することが好ましい。

ガラス粉末は、軟化点を低下させることを目的として、ガラス組成としてアルカリ金属酸化物（Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏから選択される少なくとも１種）を含有している。また、ＳｉＯ_２、Ｂ_２Ｏ_３、Ｐ_２Ｏ_５、Ｂｉ_２Ｏ_３及びＴｅＯ_２から選択される少なくとも１種を１０〜９９モル％含有するものが好ましい。具体的には、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａから選択される少なくとも１種）−Ｒ’_２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ及びＫから選択される少なくとも１種）系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラス等が挙げられる。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラスとしては、例えば、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ_２ ３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ １〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０．１〜２０％、及び、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０．１〜４５％を含有するものが好ましい。ガラス組成をこのように限定した理由を以下に説明する。

ＳｉＯ_２はガラスネットワークを形成する成分である。ＳｉＯ_２の含有量は、好ましくは３０〜８０％、より好ましくは４０〜６０％である。ＳｉＯ_２の含有量が少なすぎると、化学的耐久性が低下する傾向にある。一方、ＳｉＯ_２の含有量が多すぎると、軟化点が高くなることから、十分に焼結させるために高温焼成が必要となる。その結果、焼成時に無機蛍光体粉末が劣化しやすくなる。

Ｂ_２Ｏ_３は溶融温度を低下させて溶融性を改善する効果が大きい成分である。また、Ｂ_２Ｏ_３を含有させることにより分相しやすくなるため、光拡散性を向上させる効果もある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは１〜４０％、より好ましくは５〜３０％である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。一方、Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、化学的耐久性が低下する傾向にある。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは軟化点を低下させる成分である。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量（合量）は、好ましくは０．１〜３５％、より好ましくは１〜２５％、さらに好ましくは２〜２０％である。これら成分の含有量が少なすぎると、軟化点が低下しにくくなる。一方、これら成分が多すぎると、化学耐久性が低下しやすくなる。また、分相性が大きくなりすぎて、光散乱ロスが大きくなる傾向がある。なかでも、Ｌｉ_２Ｏは軟化点を低下させる効果が顕著な成分である。Ｌｉ_２Ｏ含有量は、好ましくは０．１〜２０％、より好ましくは０．５〜１５％、さらに好ましくは１〜１０％である。Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量は、それぞれ好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．１〜１５％、さらに好ましくは０．５〜１０％である。

ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯは溶融温度を低下させて溶融性を改善する成分である。また、分相を促進する効果もある。なお、ＢａＯには無機蛍光体粉末との反応を抑制する効果もある。ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯ及びＢａＯの含有量（合量）は、好ましくは０．１〜４５％、より好ましくは１〜４０％、さらに好ましくは２〜３５％である。これらの成分の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、これらの成分の含有量が多すぎると、化学的耐久性が低下する傾向にある。また、分相性が大きくなりすぎて、熱処理温度の小さな変化に対しても、分相状態が大きく変動する傾向がある。その結果、得られる波長変換部材のロット間での光拡散性にばらつきが生じやすくなる。

上記各成分の好ましい範囲は以下の通りである。ＭｇＯの含有量は、好ましくは０〜１０％、より好ましくは０〜５％である。ＣａＯの含有量は、好ましくは０〜３０％、より好ましくは０〜２０％である。ＳｒＯの含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０〜１０％である。ＢａＯの含有量は、好ましくは０〜４０％、より好ましくは０．１〜３０％である。

ガラス粉末には、上記成分以外にも下記の成分を含有させることができる。

Ａｌ_２Ｏ_３は化学的耐久性を向上させる成分である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは１〜１８％である。Ａｌ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、溶融性が低下する傾向がある。

ＺｎＯは分相を顕著に促進するとともに、溶融温度を低下させて溶融性を改善する成分である。ＺｎＯの含有量は、好ましくは０〜２０％、より好ましくは０．１〜１０％である。ＺｎＯの含有量が多すぎると、化学的耐久性が低下しやすくなる。また、分相性が大きくなりすぎる傾向がある。

また、上記成分以外にも、化学的耐久性の向上等を目的として、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｓｂ_２Ｏ_３、ＳｎＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３またはＺｒＯ_２をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５−Ｒ’_２Ｏ系ガラスとしては、例えば、モル％で、ＳｎＯ ３５〜８０％、Ｐ_２Ｏ_５ ５〜４０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜３０％、及び、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０．１〜５％を含有するものが好ましい。ガラス組成をこのように限定した理由を以下に説明する。

ＳｎＯはガラスネットワークを形成するとともに、軟化点を低下させる成分である。ＳｎＯの含有量は、好ましくは３５〜８０％、より好ましくは４５〜７５％である。ＳｎＯの含有量が少なすぎると、軟化点が高くなったり、耐候性が低下する傾向がある。一方、ＳｎＯの含有量が多すぎると、Ｓｎに起因する失透物が析出して透過率が低下する傾向にあり、結果として、波長変換部材の発光強度が低下しやすくなる。また、ガラス化しにくくなる。

Ｐ_２Ｏ_５はガラスネットワークを形成する成分である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量は、好ましくは５〜４０％、より好ましくは１０〜３０％である。Ｐ_２Ｏ_５の含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、Ｐ_２Ｏ_５の含有量が多すぎると、軟化点が高くなったり、耐候性が著しく低下したりする傾向がある。

Ｂ_２Ｏ_３は耐候性を向上させるとともに、分相を促進する成分である。また、ガラスを安定化させる効果もある。Ｂ_２Ｏ_３の含有量は、好ましくは０〜３０％、より好ましくは１〜２５％である。Ｂ_２Ｏ_３の含有量が多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。また、軟化点が高くなりすぎる傾向がある。

Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏは軟化点を低下させる成分である。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの含有量（合量）は、好ましくは０．１〜５％、より好ましくは１〜４％である。これら成分の含有量が少なすぎると、軟化点が低下しにくくなる。一方、これら成分が多すぎると、化学耐久性が低下しやすくなる。また、分相性が大きくなりすぎて、光散乱ロスが大きくなる傾向がある。Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２Ｏ及びＫ_２Ｏの各成分の含有量は、それぞれ好ましくは０〜５％、より好ましくは０．１〜４％、さらに好ましくは１〜４％である。

また上記成分以外にも、溶融性を向上させたり、軟化点を低下させて低温焼成しやすくするために、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＳｒＯまたはＢａＯを合量で５％まで含有させることができる。他にも、化学的耐久性の向上等を目的として、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｂｉ_２Ｏ_３、ＴｅＯ_２またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラスとしては、例えば、モル％で、ＳｉＯ_２ ３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ １〜５５％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２５％、Ｋ_２Ｏ ０〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０．１〜３５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１０％、及び、ＺｎＯ ０〜１０％を含有するものが好ましい。

また上記成分以外にも、溶融性を向上させるためにＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合量で３０％まで含有させることができる。他にも、溶融性を向上させるためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、化学的耐久性を向上させるためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ−Ｒ’_２Ｏ系ガラスとしては、例えば、モル％で、ＳｉＯ_２ ５〜５０％、Ｂ_２Ｏ_３ １０〜５５％、ＺｎＯ ３０〜８０％、Ｌｉ_２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％、Ｋ_２Ｏ ０〜２０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０．１〜２５％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、及び、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものが好ましい。

また上記成分以外にも、化学的耐久性を向上させるためにＡｌ_２Ｏ_３を５％まで、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ガラス粉末の粒子径は特に限定されないが、例えば、最大粒子径Ｄ_９９が２００μｍ以下（特に１５０μｍ以下、さらには１０５μｍ以下）、かつ、平均粒子径Ｄ_５０が０．１μｍ以上（特に１μｍ以上、さらには２μｍ以上）であることが好ましい。ガラス粉末の最大粒子径Ｄ_９９が大きすぎると、得られる波長変換部材において、励起光が散乱しにくくなり発光効率が低下しやすくなる。また、平均粒子径Ｄ_５０が小さすぎると、得られる波長変換部材において、励起光が過剰に散乱して発光効率が低下しやすくなる。

なお、本発明において、平均粒子径Ｄ_５０及び最大粒子径Ｄ_９９はレーザー回折法により測定した値を指す。

無機蛍光体粉末としては、一般に市場で入手できるものであれば特に限定されない。例えば、窒化物蛍光体粉末、酸窒化物蛍光体粉末、酸化物蛍光体粉末（ＹＡＧ蛍光体粉末等のガーネット系蛍光体粉末を含む）、硫化物蛍光体粉末、酸硫化物蛍光体粉末、ハロゲン化物蛍光体粉末（ハロリン酸塩化物等）及びアルミン酸塩蛍光体粉末等が挙げられる。これらの無機蛍光体粉末のうち、窒化物蛍光体粉末、酸窒化物蛍光体粉末及び酸化物蛍光体粉末は耐熱性が高く、焼成時に比較的劣化しにくいため好ましい。なお、窒化物蛍光体粉末及び酸窒化物蛍光体粉末は、近紫外〜青の励起光を緑〜赤という幅広い波長領域に変換し、しかも発光強度も比較的高いという特徴を有している。そのため、窒化物蛍光体粉末及び酸窒化物蛍光体粉末は、特に白色ＬＥＤ素子用波長変換部材に用いられる無機蛍光体粉末として有効である。

上記無機蛍光体粉末としては、波長３００〜５００ｎｍに励起帯を有し波長３８０〜７８０ｎｍに発光ピークを有するもの、特に青色（波長４４０〜４８０ｎｍ）、緑色（波長５００〜５４０ｎｍ）、黄色（波長５４０〜５９５ｎｍ）または赤色（波長６００〜７００ｎｍ）に発光するものが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体粉末としては、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、ＳｒＳｉＯ_ｎ：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２Ｌｉ_２Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、ＢａＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ^２＋、β−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、Ｌａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１：Ｃｅ^３＋等が挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、Ｓｒ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｍｎ^２＋、ＭｇＳｒ_３Ｓｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋等が挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、ＣａＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、α−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

なお、励起光や発光の波長域に合わせて、複数の無機蛍光体粉末を混合して用いてもよい。例えば、紫外域の励起光を照射して白色光を得る場合は、青色、緑色、黄色、赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末を混合して使用すればよい。

波長変換材料における無機蛍光体粉末の含有量が多すぎると、焼結しにくくなったり、気孔率が大きくなる傾向がある。その結果、得られる波長変換部材において、励起光が効率良く無機蛍光体粉末に照射されにくくなったり、機械強度が低下しやすくなる等の問題が生じる。一方、無機蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、所望の発光強度を得ることが困難になる。このような観点から、波長変換材料における無機蛍光体粉末の含有量は、質量％で、好ましくは０．０１〜５０％、より好ましくは０．０５〜４０％、さらに好ましくは０．１〜３０％の範囲で調整される。

なお、波長変換部材において発生した蛍光を、励起光入射側へ反射させ、主に蛍光のみを外部に取り出すことを目的とした波長変換部材においては、上記の限りではなく、発光強度が最大になるように、無機蛍光体粉末の含有量を多くする（例えば、質量％で、５０％〜８０％、さらには５５〜７５％）ことができる。

無機酸化物粉末としては、光触媒活性を有する結晶粉末が用いられる。具体例としては、ＴｉＯ_２、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ_３、ＷＯ_３またはＦｅ_２Ｏ_３が挙げられる。これらは、単独で用いてもよく、２種以上を組み合わせて用いてもよい。なかでも、高い光触媒活性を有するＴｉＯ_２またはＺｎＯが好ましい。特に、無毒であり、励起光が照射されても分解されることなく、半永久的に安定であるＴｉＯ_２が好ましい。ＴｉＯ_２としては、アナターゼ型、ルチル型、またはアナターゼ型とルチル型を混合したものを用いることができる。

無機酸化物粉末の平均粒子径Ｄ_５０は、好ましくは２ｎｍ〜１５０μｍ、より好ましくは５ｎｍ〜１００μｍ、さらに好ましくは１０ｎｍ〜５０μｍである。無機酸化物粉末の平均粒子径Ｄ_５０が小さすぎると、焼成時にガラス粉末中に溶け込みやすく、所望の効果が得られにくくなる。一方、無機酸化物粉末の平均粒子径Ｄ_５０が大きすぎると、表面積が小さくなり、所望の効果が得られにくくなる。

波長変換材料中における無機酸化物粉末の含有量は、好ましくは０．００１〜１０質量％、より好ましくは０．０１〜８質量％、さらに好ましくは０．１〜５質量％である。既述の通り、無機酸化物粉末は、波長変換部材の経時的な発光強度の低下を抑制する。それ以外にも、波長変換部材内における励起光の散乱を増大させるという働きも有する。それにより、励起光が効率良く無機蛍光体粉末に照射されるため、発光強度の向上を図ることが可能となる。無機酸化物粉末の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、無機酸化物粉末の含有量が多すぎると、散乱が過剰になり、かえって励起光が効率良く無機蛍光体に照射されにくくなる。

本発明の波長変換材料を焼成することにより、波長変換部材を得ることができる。本発明の波長変換部材は、ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含有するガラス粉末の焼結体からなるマトリクス中に、無機蛍光体粉末、及び、光触媒活性を有する無機酸化物粉末が分散してなることを特徴とする。

焼成温度は、ガラス粉末の軟化点±１５０℃以内、好ましくは±１００℃以内の範囲で適宜調整される。焼成温度が低すぎると、ガラス粉末が十分に流動せず、緻密な焼結体が得られにくい。一方、焼成温度が高すぎると、無機蛍光体粉末がガラス粉末中に溶出して発光強度が低下するおそれがある。あるいは、無機蛍光体粉末に含まれる成分がガラス粉末中に拡散して着色し、発光強度が低下するおそれがある。

なお、焼成は減圧雰囲気中で行うことが好ましい。具体的には、焼成は、好ましくは１．０１３×１０^５Ｐａ未満、より好ましくは１０００Ｐａ以下、さらに好ましくは４００Ｐａ以下の雰囲気下で行う。それにより、波長変換部材中に残存する気泡の量を少なくすることができる。その結果、波長変換部材内の光散乱因子を少なくすることができ、発光効率を向上させることができる。なお、焼成工程全体を減圧雰囲気中で行ってもよいし、例えば焼成工程のみを減圧雰囲気中で行い、その前後の昇温工程や降温工程を、減圧雰囲気ではない雰囲気（例えば大気圧下）で行ってもよい。

本発明の波長変換部材の形状は特に制限されず、例えば、板状、柱状、球状、半球状、半球ドーム状等、それ自身が特定の形状を有する部材だけでなく、ガラス基板やセラミック基板等の基材表面に形成された被膜状のものであってもよい。

図１に、本発明の発光デバイスの一実施形態を示す。図１に示すように、発光デバイス１は波長変換部材２及び光源３を備えてなる。光源３は、波長変換部材２に対して励起光Ｌ_ｉｎを照射する。波長変換部材２に入射した励起光Ｌ_ｉｎは、別の波長の光に変換され、光源３とは反対側からＬ_ｏｕｔとして出射する。この際、波長変換後の光と、波長変換されずに透過した励起光との合成光を出射させるようにしてもよい。

以下に、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

（１）ガラス粉末の作製
表１は本実施例で使用するガラス粉末の組成を示している。

まず、表１に示す組成となるように原料を調合した。原料を白金坩堝内において８００〜１５００℃の温度で１〜２時間溶融してガラス化し、溶融ガラスを一対の冷却ローラー間に流し出すことによりフィルム状に成形した。フィルム状のガラスをボールミルで粉砕した後、分級して平均粒子径Ｄ_５０が２．５μｍのガラス粉末を得た。

各ガラス粉末の密度及び軟化点は、溶融ガラスを各測定に応じてブロック状または円柱状に成形し、アニールして得られた試料を用いて測定した。軟化点は、ファイバーエロンゲーション法を用い、粘度が１０^７．６ｄＰａ・ｓとなる温度を採用した。密度はアルキメデス法より求めた。

（２）波長変換部材の作製
表２〜６は、本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１２）及び比較例（試料Ｎｏ．１３〜１５）を示している。

表１に記載のガラス粉末に対し、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋（ＹＡＧ）蛍光体粉末及びＴｉＯ_２粉末（平均粒子径Ｄ_５０：２０ｎｍ ルチル型とアナターゼ型の混合物、平均粒子径Ｄ_５０：８００ｎｍ アナターゼ型、平均粒子径Ｄ_５０：１１３μｍ アナターゼ型）を所定量混合して波長変換材料を得た。なお、Ｎｏ．１３〜１５の試料にはＴｉＯ_２粉末を配合しなかった。波長変換材料を金型で加圧成型して直径１ｃｍの円柱状予備成型体を作製した。予備成型体を表に記載の温度で焼成して得られた焼結体に加工を施すことにより、１．２ｍｍ角、厚さ０．２ｍｍの波長変換部材を得た。得られた波長変換部材を波長４４５ｎｍのＬＥＤチップ上に載置し、７００ｍＡで通電して１００時間連続照射を行った。照射は積分球内で行い、波長変換部材上面から発せられる光のエネルギー分布スペクトルを汎用の発光スペクトル測定装置を用いて測定した。得られたスペクトルに標準比視感度を掛け合わせることにより、全光束値を算出した。照射前及び１００時間照射後に全光束値を算出した。照射前の全光束値に対する１００時間照射後の全光束値の割合（（１００時間照射後の全光束値／照射前の全光束値）×１００（％））を表２〜６に示す。

表２〜５から明らかなように、実施例の波長変換部材は、１００時間の励起光照射後も全光束値はほとんど低下しなかった。一方、表６から明らかなように、比較例の波長変換部材は、１００時間の励起光照射後に全光束値が大きく低下した。

本発明の波長変換材料は、白色ＬＥＤ等の一般照明、特殊照明（例えば、プロジェクター光源、自動車のヘッドランプ光源）等に使用される波長変換部材用材料として好適である。

１ 発光デバイス
２ 波長変換部材
３ 光源

Claims (10)

1. （ａ）ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含有するガラス粉末、（ｂ）波長４４０〜４８０ｎｍの励起光を照射することにより蛍光を発する無機蛍光体粉末、及び、（ｃ）光触媒活性を有するＴｉＯ _２ 粉末、を含有することを特徴とする波長変換材料。
2. 無機酸化物粉末の平均粒子径が２ｎｍ〜１５０μｍであることを特徴とする請求項１に記載の波長変換材料。
3. 無機酸化物粉末の含有量が０．００１〜１０質量％であること特徴とする請求項１または２に記載の波長変換材料。
4. ガラス粉末に含まれるアルカリ金属酸化物の含有量が０．１〜３５モル％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材料。
5. ガラス粉末に含まれるＬｉ_２Ｏの含有量が０．１モル％以上であ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材料。
6. ガラス粉末が、モル％で、ＳｉＯ_２ ３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３ １〜４０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０．１〜２０％、及び、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０．１〜４５％を含有す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材料。
7. 無機蛍光体粉末が、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、酸化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体及びアルミン酸塩蛍光体から選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換材料。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の波長変換材料を焼成してなることを特徴とする波長変換部材。
9. ガラス組成としてアルカリ金属酸化物を含有するガラス粉末の焼結体からなるマトリクス中に、無機蛍光体粉末、及び、光触媒活性を有するＴｉＯ _２ 粉末が分散してなることを特徴とする波長変換部材。
10. 請求項８または９に記載の波長変換部材、及び、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デバイス。