JP6486441B2 - 光波長変換部材の製造方法、光波長変換部材、光波長変換部品、及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばヘッドランプや照明やプロジェクター等の各種光学機器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の製造方法、光波長変換部材、光波長変換部材を備えた光波長変換部品、光波長変換部材又は光波長変換部品を備えた発光装置に関するものである。

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。

また、例えば下記特許文献１〜３に記載の技術では、Ａｌ_２Ｏ_３中にＹＡＧ：Ｃｅを複合化させることで、耐熱性や熱伝導性を向上させている。つまり、これらの技術では、Ａｌ_２Ｏ_３を含むことにより、ＹＡＧ：Ｃｅ単一組成よりも高い熱伝導性を有するようになり、結果として耐熱性や耐レーザー出力性が向上している。

ここで、特許文献１〜３に記載の技術の特徴について、簡単に説明する。
特許文献１に記載の技術は、一方向凝固法によって、蛍光体である焼結体を作製するものであり、焼結体の組成は、体積比でＡｌ_２Ｏ_３／ＹＡＧ：Ｃｅ＝５５／４５である。なお、焼結体の蛍光強度や色ムラ（色バラツキ）などの蛍光特性は、限定的なものである。

また、特許文献２に記載の技術では、焼結体を製造する際に、焼成中のＣｅ蒸発によるＣｅ濃度ムラに伴う色ムラ防止の為、結晶中にＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８を析出させるものである。なお、ＣｅＡｌ_１１Ｏ_１８自体は、蛍光特性を有していないので、その物質が存在することによって焼結体全体の蛍光特性を損なっている。

さらに、特許文献３に記載の技術は、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）を用いて無機物粉末を溶融し、その後、冷却することにより焼結体を製造する技術である。このＳＰＳ法は、蛍光体粉末と無機物粉末との粉体混合物に対して、低電圧でパルス状の大電流を投入し、火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギーにより、無機物粉末を溶融させるものである。

特許第４６０９３１９号公報 特許第５７４００１７号公報 特許第５６５０８８５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、例えば特許文献２、３等の技術では、焼結体を製造する場合には、真空雰囲気焼成、ＳＰＳ、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）が採用されているが、この真空雰囲気焼成、ＳＰＳ、ＨＩＰを実施する場合には、その加熱源、断熱材、焼成容器として、カーボン系の材料（カーボン材）が使用されることが多い。

ところが、このカーボン材は、焼成中に一定濃度で蒸気化して浮遊し、焼結体中に浸炭して、焼結体を黒化させる場合がある。また、蒸気化したカーボンは、焼結体から放出される微量の酸素と反応して一酸化炭素となって、炉内雰囲気を還元性に変え、これが元で焼結体が還元されて酸素欠陥を生じ、これにより焼結体が暗灰色から黒色に変化してしまう場合もある。

このように、いくら焼結体の緻密化が進んだとしても、焼結体自体が黒色に変化した場合には、当然のことながら蛍光特性は著しく低下する。そのため、高出力な半導体レーザー（ＬＤ)の青色光を光源として使用する際に支障があった。

本発明は、前記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光波長変換部材の黒色化を容易に抑制できる光波長変換部材の製造方法、黒色化が抑制された光波長変換部材、その光波長変換部材を備えた光波長変換部品、光波長変換部材又は光波長変換部品を備えた発光装置を提供することにある。

（１）本発明の第１局面は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される成分（但しＡ、Ｂは元素）と、を主成分とする焼結体から構成された光波長変換部材の製造方法に関するものである。

この光波長変換部材の製造方法では、焼結体を焼成して製造する場合に、圧力が１０^４Ｐａ以上で、且つ、酸素濃度が０．８体積％以上２５体積％未満以下の焼成雰囲気で焼成する。

本第１局面では、圧力が１０^４Ｐａ以上（例えば１０^５Ｐａ以下）で、且つ、酸素濃度が０．８体積％以上２５体積％未満の焼成雰囲気で焼成するので、後述する実験例からも明らかなように、炉内雰囲気による焼結体の黒化が抑制され、高い蛍光特性が得られる。

従って、このような製造方法で製造された光波長変換部材は、高い蛍光強度が得られる。また、色の均質性を高めることも可能である。そのため、高出力なＬＥＤやレーザー光源下において、高い蛍光特性を発揮できる光波長変換部材を作製することができるという顕著な効果を奏する。

尚、焼結体組織内の残存気孔を抑制するために、圧力は１０^６Ｐａ以下の焼成雰囲気が望ましい。また、水素炉を用いて、ウェッターを使用して同程度の焼成雰囲気として焼成を行っても良い。その場合、ウェッターの温度は、０〜４０℃の範囲が好適である。

（２）本発明の第２局面では、焼結体全体に占めるＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの割合が、３〜７０体積％であり、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅは、焼成時にＡｌ_２Ｏ_３中に共晶析出した多結晶粒子から構成されている。

ここで、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅは、例えば、Ａの化合物（Ａ化合物）、Ｂの化合物（Ｂ化合物）、Ｃｅの化合物（Ｃｅ化合物）を焼成することによって、Ａｌ_２Ｏ_３中（即ちＡｌ_２Ｏ_３の結晶粒子中）に共晶析出した多結晶粒子からなる。

発光部材（詳しくは蛍光部材）である光波長変換部材の発光効率を高めたい場合、部材の肉厚を薄くして励起光や変換された光の透過性を高めたり、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量を増加させて、変換する光量を増加させることで調整すればよい。しかし、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が多くなりすぎると、蛍光部材の熱伝導率が低くなったり、機械的強度が低下し易くなるなどの問題が生じる。

一方、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が少なすぎると、十分に発光させることが難しくなる。
従って、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量は、焼結体全体の３〜７０体積％の範囲であることが好ましい。

また、多結晶粒子のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅは、Ａ化合物、Ｂ化合物、Ｃｅ化合物から、焼成によってＡｌ_２Ｏ_３中に共晶析出させる方が好ましい。これは、Ａｌ_２Ｏ_３、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの各結晶粒子を複合化するだけでは、緻密な蛍光部材を得ることは容易ではないからである。

（３）本発明の第３局面では、焼結体が、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_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有する。
Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（Ｃｅは除く）
Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
本第３局面の組成であることにより、効率よく青色光を可視光に変換することができる。

（４）本発明の第４局面では、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ中のＣｅの濃度が、元素Ａに対して５ｍｏｌ％以下（但し０を含まず）である。
本第４局面の範囲にあることによって、十分な蛍光特性を得られるようになる。つまり、前記Ｃｅの濃度（Ｃｅ濃度）が５ｍｏｌ％を上回ると、濃度消光を起こし易くなり、蛍光強度の低下を招く。なお、Ｃｅ濃度が０．１ｍｏｌ％未満であると、十分な蛍光強度を得ることが難しくなるので、０．１ｍｏｌ％以上が好ましい。

（５）本発明の第５局面は、Ａｌ_２Ｏ_３と、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される成分（但しＡ、Ｂは元素）と、を主成分とする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は、焼結体の中央部の破断面におけるＣ（即ち炭素）の原子数ＣinとＡｌの原子数Ａｌinとの比（Ｃin／Ａｌin）と、焼結体の端部の破断面におけるＣの原子数ＣoutとＡｌの原子数Ａｌoutとの比（Ｃout／Ａｌout）と、の相対濃度比（Ｃout／Ａｌout）／（Ｃin／Ａｌin）が、２以下である。

本第５局面の焼結体である光波長変換部材は、上述した比（相対濃度比）の範囲にあることによって、後述する実験例からも明らかなように、黒化が抑制されているので、高い蛍光特性が得られる。

つまり、前記焼結体は、その製造時において、炉内雰囲気による焼結体の黒化が抑制されるので、高い蛍光特性が得られる。
ここで、「焼結体の端部」とは、焼結体の外周から１ｍｍ以内の範囲であり、「焼結体の中央部」とは、「焼結体の端部より内部（例えば破断面における重心）」を示している。

例えば、焼結体の重心から半径１．５ｍｍ以内を通る平面を破断面とした場合、その半径１．５ｍｍ以内の範囲（例えば重心）を中央部とすることができる。但し、破断面を取る場合には、破断面において、中央部が端部の領域から５ｍｍ以上離れているようにする。

なお、焼結体の破断面における組成については、例えば、X線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）、または、ＥＳＣＡ法（Electron Spectroscopy for Chemical Analysis）にて分析できる。

なお、中央部や端部に対して複数回分析を実施して複数の測定値を得た場合（例えば中央部や端部の範囲内において、同じ場所で又は測定位置をずらして分析した場合など）には、それぞれの平均値を採用できる。

なお、このような光波長変換部材は、前記第１〜第４局面のいずれかの製造方法によって製造できる。
（６）本発明の第６局面は、第５局面の光波長変換部材と、その光波長変換部材を支持する金属製の支持部材と、を備えるとともに、支持部材の熱伝導率は光波長変換部材の熱伝導率より高い光波長変換部品である。

光波長変換部材は、ＬＥＤやＬＤ等の光源から光を受けて、その光の波長を変換するが、入射した光によって温度が上昇する。ところが、光波長変換部材の温度が上昇すると、温度消光によって、発光強度（即ち蛍光強度）が低下する。

これに対して、本第６局面では、光波長変換部材は、光波長変換部材より熱伝導率の高い金属製の支持部材によって支持されているので、光波長変換部材自身の熱は熱伝導率の高い支持部材に速やかに伝達される。これにより、光波長変換部材の温度が低下するので、温度消光を抑制できる。よって、支持部材を使用しない場合に比べて、蛍光強度の低下を抑制することができる。

なお、光波長変換部材と支持部材との熱伝導率（熱伝導係数）の高低は、全ての温度領域について成立していることが好ましいが、少なくとも光波長変換部品が使用される温度領域で成立していればよい（例えば−２０〜３００℃）。

（７）本発明の第７局面では、支持部材は枠体であり、この枠体の枠内に光波長変換部材が固定されている。
本第７局面は、好ましい光波長変換部品の構成を例示している。この構成であれば、光波長変換部材の温度が高くなっても、金属製の支持部材を介して、効果的に放熱することが可能である。また、枠体である支持部材によって、光波長変換部材を確実に支持することができる。

（８）本発明の第８局面は、第５局面の光波長変換部材、或いは、第６局面又は第７局面の光波長変換部品を備えた発光装置である。
本第８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＞
・前記「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。

・前記「主成分」とは、前記光波長変換部材中において、最も多い量（体積）存在することを示している。
・前記「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。

・前記金属としては、金属単体（例えば銅、アルミニウム、ニッケル、鉄）や、各種の合金（例えばＣｕ−Ｗ、Ｃｕ−Ｍｏ、真鍮、アルミニウム合金、ステンレス鋼）が挙げられる。

なお、金属製の支持部材には、上述した光波長変換部材との熱伝導率の高低の関係を損なわない範囲、または、光の吸収による熱交換が放射性に影響しない範囲、或いは、支持部材と光波長変換部材の界面における支持部材の光反射率に影響しない範囲で、金属以外の成分が若干（例えば３０体積％以下）含まれていてもよい。

第１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。 第１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。 第２実施形態の光波長変換部品を備えた発光装置を厚み方向に破断した断面を模式的に示す断面図である。 第２実施形態の光波長変換部品を示す斜視図である。 変形例の光波長変換部品等を厚み方向に破断した断面を示す断面図である。 実施例７の試料No.３１の光波長変換部品を示す平面図である。 （ａ）他の実施形態の光波長変換部品部材を示す平面図、（ｂ）は更に他の実施形態の光波長変換部品を示す斜視図である。

次に、本発明の光波長変換部材の製造方法、光波長変換部材、光波長変換部品、及び発光装置の実施形態について説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．発光装置］
まず、第１実施形態の光波長変換部材を備えた発光装置について説明する。

図１に示すように、本第１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。

本第１実施形態の光波長変換部材９は、Ａｌ_２Ｏ_３結晶粒子と、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される成分の結晶粒子（即ちＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ結晶粒子）と、を主成分とする多結晶体であるセラミックス焼結体から構成されたものである。

なお、化学式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：ＣｅのＡ、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、セラミックス焼結体全体におけるＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの割合が、セラミックス焼結体の３〜７０体積％であり、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅは、焼成時にＡｌ_２Ｏ_３中に共晶析出した多結晶粒子から構成されている。

また、このセラミックス焼結体は、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_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有している。
Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（Ｃｅは除く）
Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
さらに、セラミックス焼結体は、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ中のＣｅの濃度が、元素Ａに対して５ｍｏｌ％以下（但し０を含まず）である。

しかも、セラミックス焼結体の中央部の破断面におけるＣ（炭素）の原子数ＣinとＡｌ（アルミニウム）の原子数Ａｌinとの比（中比：Ｃin／Ａｌin）と、焼結体の端部の破断面におけるＣの原子数ＣoutとＡｌの原子数Ａｌoutとの比（外比：Ｃout／Ａｌout）と、の比（Ｃout／Ａｌout）／（Ｃin／Ａｌin）が、２以下である。
［１−３．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、簡単に説明する。

図２に示すように、まず、前記第１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った。

次に、粉砕混合によって得られた粉末に、樹脂を混合しスラリーを作製した。
次に、スラリーを用いて、ドクターブレード法によりシート成形体を作製した。
次に、シート成形体を、脱脂した。

次に、脱脂したシート成形体に対して、圧力が１０^４Ｐａ以上で、且つ、酸素濃度が０．８体積％以上２５体積％未満の焼成雰囲気で、所定時間焼成し、セラミックス焼結体を得た。
［１−４．効果］
次に、本第１実施形態の効果を説明する。

（１）本第１実施形態では、焼結体である光波長変換部材９を焼成によって製造する場合に、圧力が１０^４Ｐａ以上で、且つ、酸素濃度が０．８体積％以上２５体積％未満以下の焼成雰囲気で焼成するので、炉内雰囲気による焼結体の黒化が抑制され、高い蛍光特性が得られる。

従って、このような製造方法で製造された光波長変換部材９は、高い蛍光強度が得られる。また、色の均質性を高めることも可能である。そのため、高出力なＬＥＤやレーザー光源下において、高い蛍光特性を発揮できる光波長変換部材９を作製することができるという顕著な効果を奏する。

（２）本第１実施形態では、焼結体全体に占めるＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの割合が、焼結体全体の３〜７０体積％であり、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅは、焼成時にＡｌ_２Ｏ_３中に共晶析出した多結晶粒子から構成されている。

光波長変換部材９の発光効率を高めたい場合、部材の肉厚を薄くして励起光や変換された光の透過性を高めたり、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量を増加させて、変換する光量を増加させることで調整すればよい。しかし、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が多くなりすぎると、光波長変換部材９の熱伝導率が低くなったり、機械的強度が低下し易くなるなどの問題が生じる。一方、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量が少なすぎると、十分に発光させることが難しくなる。従って、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量は、３〜７０体積％の範囲であることが好ましい。

（３）本第１実施形態では、焼結体が、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_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有している。
Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（Ｃｅは除く）
Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
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。

（４）本第１実施形態では、焼結体において、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ中のＣｅの濃度が、元素Ａに対して５ｍｏｌ％以下（但し０を含まず）である。
焼結体がこの組成の範囲にあることによって、十分な蛍光特性を得られるようになる。つまり、Ｃｅ濃度が５ｍｏｌ％を上回ると、濃度消光を起こし易くなり、蛍光強度の低下を招くので、この範囲が好適である。

（５）本第１実施形態では、光波長変換部材９は、焼結体の中央部の破断面におけるＣ（炭素）の原子数ＣinとＡｌの原子数Ａｌinとの中比（Ｃin／Ａｌin）と、焼結体の端部の破断面におけるＣの原子数ＣoutとＡｌの原子数Ａｌoutとの外比（Ｃout／Ａｌout）と、の相対濃度比（Ｃout／Ａｌout）／（Ｃin／Ａｌin）／が、２以下である。

このような相対濃度比の場合、黒化が抑制されているので、高い蛍光特性が得られる。
（６）本第１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、高い色均質性を有する。
［２．第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、第１実施形態と同様な内容については、その説明は省略又は簡略化する。
［２−１．構成］
図３に模式的に示すように、本第２実施形態の発光装置１１は、第１実施形態と同様な構成の光波長変換部材１３が支持された光波長変換部品１５と、例えばＬＤ等の発光素子１７と、基板（即ち配線基板）１９、２１などを備えている。

詳しくは、第１基板１９上に第２基板２１が配置され、第２基板２１上に光波長変換部品１５が配置されている。
この光波長変換部品１５は、光波長変換部材１３と、光波長変換部材１３を支持する支持部材２３とから構成されている。

光波長変換部材１３は、第１実施形態と同様に、平面視（図３の上方から見た場合）が例えば四角形（ここでは長方形）の板材である。なお、光波長変換部材１３の寸法は、例えば、縦１．５ｍｍ×横６．０ｍｍ×厚み０．２ｍｍである。

支持部材２３は、平面視が例えば四角形（ここでは長方形）の金属製の枠体であり、枠体の内部（枠内）には、支持部材２３と同軸に、光波長変換部材１３が嵌め込まれる平面視が例えば四角形（ここでは長方形）の貫通孔２５を有している（図４参照）。

この支持部材２３を構成する金属としては、光波長変換部材１３よりも熱伝導率の高い材料（例えば金属単体や合金）が用いられる。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄や、その合金（例えばステンレス）などが用いられる。

なお、支持部材２３の寸法（外径）は、例えば、縦２．７ｍｍ×横７．２ｍｍ×厚み０．６ｍｍであり、貫通孔２５の寸法（内径）は、例えば、縦１．４９ｍｍ×横５．９９ｍｍ×厚み０．６ｍｍである。

この貫通孔２５の平面視での形状や大きさは、光波長変換部材１３の平面視での形状や大きさと、実質的に一致するように構成されている。よって、例えば、支持部材２３の貫通孔２５に光波長変換部材１３を熱圧入することにより、光波長変換部材１３を支持部材２３に固定することができる。

また、支持部材２３の枠内（即ち貫通孔２５内）には、光波長変換部材１３より内側（図３では下方）に、発光素子１７が配置されている。この発光素子１７は、例えば半田パンブ等の接続部２７により、第２基板２１の配線（図示せず）と接続されている。

なお、支持部材２３は、その外周側に配置された樹脂２９により、両基板１９、２１と接合されて一体化している。
この発光装置１では、第１実施形態と同様に、発光素子１７から放射された光は、透光性を有する光波長変換部材１３を透過するとともに、その光の一部は光波長変換部材１３の内部で波長変換されて発光する。

また、発光素子１７の側方から放射された光も、支持部材２３の内周面２３ａにて反射され、最終的には光波長変換部材１３に導入されて、前記と同様に波長変換される。なお、支持部材２３の内周面２３ａには、光の反射率を高めるために、例えば銀メッキによって、反射膜（図示せず）を形成してもよい。

そして、発光素子１７から照射される例えば青色光が、光波長変換部材１３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１３から外部（例えば図３の上方）に照射される。
［２−２．製造方法］
ここでは、本第２実施形態の要部である光波長変換部品１５を製造する方法について説明する。

光波長変換部材１３は、第１実施形態と同様にして、上述した寸法となるように製造する。
支持部材２３を製造する場合には、例えばステンレス製の板材を切削して、上述した寸法の枠体とする。

その後、支持部材２３と光波長変換部材１３とを例えば３００℃以上に加熱することで、支持部材２３の貫通孔２５を光波長変換部材１３が挿入可能な寸法とし、支持部材２３の貫通孔２５に、光波長変換部材１３を熱圧入する。このようにして、光波長変換部品１５を製造することができる。

ここで、光波長変換部材１３を支持部材２３に固定する方法としては、上述した熱圧入以外に、各種の方法が挙げられる。
例えば、圧入、加締め（例えば熱加締め）、金属（例えばＡｇ）ペーストによる接合、合金化して接合する方法等が挙げられる。なお、無機接着剤は、支持部材２３と光波長変換部材１３との界面で、熱伝導低下、光反射率低下を招くことから好ましくない。

つまり、焼結体の光波長変換部材１３を金属製の支持部材２３に固定できる各種の方法を採用できる。
［２−３．効果］
本第２実施形態は、第１実施形態と同様な効果を奏する。

また、本第２実施形態では、光波長変換部材１３は、光波長変換部材１３より熱伝導率の高い金属製の支持部材２３によって支持されているので、光波長変換部材１３の温度が上昇した場合でも、光波長変換部材１３の内部の熱は熱伝導率の高い支持部材２３に速やかに伝達される。これにより、光波長変換部材１３の温度が低下するので、光波長変換部材１３の温度消光を抑制できる。よって、支持部材２３を使用しない場合に比べて、蛍光強度の低下を抑制することができる。

さらに、本第２実施形態では、光波長変換部品１５は、四角枠状の支持部材２３の貫通孔２５に光波長変換部材１３が熱圧入されて固定されているので、光波長変換部材１３を確実に支持でき、耐久性も高いという利点がある。
［２−４．変形例］
・本第２実施形態の変形例として、例えば、図５（ａ）に示すように、支持部材３１を、四角形の枠体３３と、その枠体３３で囲まれた空間（貫通孔）の上部（図５（ａ）の上方）の一部を覆う表面板３５とから構成してもよい。この表面板３５の中央には開口部３７が設けられている。また、光波長変換部材３９は、表面板３５より内側（図５（ａ）の下方）に配置されている。

よって、光波長変換部材３９にて波長変換された光は、この開口部３７から外部（図５（ａ）の上方）に照射される。なお、この枠体３３の内径より径の小さな開口部３７により、出射光の光量を低減する絞り効果が得られる。

・また、図５（ｂ）に示すように、前記図５（ａ）と同様な縦断面がＬ字状の支持部材４１の開口部４３内に、光波長変換部材４５を配置し、その下方に発光素子４７を配置してもよい。

・さらに、図５（ｃ）に示すように、板状等の支持部材５１の開口部５３内に、光波長変換部材５５と発光素子５７とを積層するように配置してもよい。
・また、図５（ｄ）に示すように、支持部材６１の貫通孔６３の開口端６３ａ側（光が出力される側）を、光波長変換部材６５の圧入方向（図５（ｄ）の下方）に向かって、内径が小さくなるようにしてもよい。これにより、光波長変換部材６５の圧入が容易になり、また、光波長変換部材６５が確実に固定されるので、耐久性が向上するという利点がある。
［３．実施例］
次に、具体的な各実施例について説明する。

なお、下記の実施例のうち、実施例１〜６が第１実施形態に関連するものであり、実施例７が第２実施形態に関連するものである。
＜実施例１＞
下記表１に示す条件により、No.１〜４、２９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。なお、各試料のうち、No.１〜３が本発明の範囲内の試料であり、No.４、２９が本発明の範囲外（比較例）の試料である。

具体的には、各試料に対して、下記表１に示すように、セラミックス焼結体（即ち光波長変換部材を構成するセラミックス焼結体）中のＹＡＧ（Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２）の割合が３０体積％になるように、また、Ｃｅ濃度がＹＡＧ中のＹに対して１ｍｏｌ％になるように、Ａｌ_２Ｏ_３（平均粒径０．３μｍ）とＹ_２Ｏ_３（平均粒径１．２μｍ）とＣｅＯ_２（平均粒径１．５μｍ）を秤量した。

これを、有機溶剤と所定量の分散剤（原料粉末に対し固形物換算で２ｗｔ％）と共にボールミル中に投入し、１２ｈｒ粉砕混合を行った。
そして、粉砕混合によって得られた粉末に、ポリビニルブチラール樹脂を混合し、得られた各スラリーを用いて、ドクターブレード法により各シート成形体を作製した。

次に、各シート成形体を脱脂後、下記表１に示すような各焼成雰囲気下で、焼成温度１４５０℃〜１７５０℃、保持時間３〜２０時間で焼成を行った。なお、この焼成方法は、いわゆる雰囲気制御焼成である。

これによって、No.１〜４、２９のセラミックス焼結体の試料を得た。なお、セラミックス焼結体の寸法は、２０ｍｍ角×厚み０．８ｍｍの板状（直方体形状）である。
なお、分散剤としては、例えば、ポリカルボン酸系分散剤のサンノプコ社製ＳＮディスパーサント５４６８や、日本油脂株式会社製マリアリムＡＫＭ−０５３１を用いることができる。

次に、得られたセラミックス焼結体について、後述する他の実施例と同様に、下記の特性（ａ）〜（ｄ）を調査した。その結果を下記表１に記す。
なお、表１中の、「Ｏ_２％：２３」、「Ｏ_２％：１６」、「Ｏ_２％：０．８」、「Ｏ_２％：０」、「Ｏ_２％：２０」、「Ｏ_２％：５」、「Ｏ_２％：１０」、「Ｏ_２％：２５」は、それぞれ、キャリアガスがＡｒで、酸素濃度が２３％、１６％、０．８％、０％、２０％、５％、１０％、２５％の雰囲気を示している。なお、各％は体積％である。

（ａ）相対密度
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。

（ｂ）蛍光強度
前記セラミックス焼結体の主面を研磨加工して厚みを薄くし、２０ｍｍ角×厚み０．５ｍｍのサンプルを作製した。つまり、板状の焼結体の主面を削って破断面を露出させてサンプル面を形成した。

そして、サンプル面に、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで０．３ｍｍ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。

照射位置は、サンプル面の中央部（即ち平面視での重心）と角部（外端よりＸＹ座標で１ｍｍ以内）とした。なお、中央部とは平面視で重心の位置（正方形や長方形の場合は中線や対角線の交点）であり、角部とは直交する外周の辺において平面視で外周より１ｍｍ以内の幅の範囲内である。

この時、照射される出力密度は４０Ｗ／ｍｍ^２となるようにした。なお、その強度は、ＹＡＧ：Ｃｅ単結晶体の強度を１００としたときの相対値で評価した。
（ｃ）色ムラ（色バラツキ）
色ムラは、色彩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、前記２０ｍｍ角×厚み０．５ｍｍに加工したサンプルに対し、４６２ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで集光させて０．４ｍｍ幅とし、これをサンプル面に照射して、反対面から透過してくる光について色彩照度計によって色度を測定した。

照射は、サンプルの照射面（サンプル面）の中央おいて、１８ｍｍ角の領域を設定し、その領域内において３ｍｍ間隔で行い、その色度（Ｘ方向）のバラツキ（即ち色ムラ：ΔＸ）を評価した。ここで、色ムラ（ΔＸ）とは、色度（Ｘ方向）の偏差の最大値である。

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。

そして、上述のようにして各試料毎に得られた結果のうち、蛍光強度、色ムラに関しては、下記のような評価基準により評価できる。なお、他の実施例も同様に評価できる。
つまり、蛍光強度については、中央部、角部とも１１０よりも大きいものが好ましいと考えられる。色ムラについては、ΔＸ＜０．０２５が好ましいと考えられる。

（ｄ）Ｃ／Ａｌ相対濃度比
Ｘ線光電分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）で分析して、Ｃ／Ａｌ相対濃度比（原子数の割合：ａｔｍ％）を求めた。

具体的には、前記２０ｍｍ角×厚み０．５ｍｍに加工したサンプルに対し、そのサンプル面（主面）である破断面において、平面視で、中央部（重心）と角部（外端よりＸＹ座標で１ｍｍ内側）との位置において分析を行った。

そして、各試料の中央部におけるＣの原子数ＣinとＡｌの原子数Ａｌinとの比（中比：Ｃin／Ａｌin）と、角部（即ち端部）におけるＣの原子数ＣoutとＡｌの原子数Ａｌoutとの比（外比：Ｃout／Ａｌout）とを求め、更に、中比と外比とから、外比／中比である相対濃度比（Ｃout／Ａｌout）／（Ｃin／Ａｌin）を求めた。

なお、測定条件は、Ｘ線ビーム径１００μｍφ、信号の取り込み角４５°、パスエネルギー１４０．０ｅＶである。
また、相対濃度比の評価基準は、相対濃度比（Ｃout／Ａｌout）／（Ｃin／Ａｌin）＜２とし、この範囲であれば好ましいと考えられる。

以下では、本実施例１について、前記評価基準に基づいた評価などについて説明する。
実施例１のいずれの試料においても、相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていた。
また、下記表１に示すように、酸素濃度０．８体積％以上２５体積％未満の焼成雰囲気で焼成した試料No.１〜３は、蛍光強度、色ムラのいずれも良好な結果となった。

一方、酸素濃度を低くした焼成雰囲気で焼成した試料No.４は、蛍光強度が低く、試料中央と角部の蛍光強度の差がNo.１〜３より大きかった。また、色ムラが大きかった。
また、酸素濃度を高くした焼成雰囲気で焼成したNo.２９は、蛍光強度が低くかった。

さらに、相対濃度比（以下表１等では相対Ｃ／Ａｌと記す）が２以下のNo.１〜３は、蛍光強度が高く、色ムラが小さかった。
一方、相対Ｃ／Ａｌが２を上回るNo.４は、蛍光強度が低く、色ムラが大きかった。

＜実施例２＞
実施例１と同様な製造方法で、下記表１に示すように、セラミックス焼結体の試料（No.５〜８の試料）を作製して、同様に評価を行った。なお、各試料のうち、No.５、６が本発明の範囲内の試料であり、No.７、８が本発明の範囲外（比較例）の試料である。

ここでは、セラミックス焼結体のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）中のＹに対するＣｅ濃度が０．３ｍｏｌ％となるように原料配合比を変化させた。
また、焼成は、キャリアガスがＡｒで、酸素濃度が２０体積％の雰囲気ガスで置換後、所定の炉内雰囲気で実施した。

その結果、いずれの試料においても、相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていた。
また、圧力１０^４Ｐａ以上の焼成雰囲気で焼成したNo.５、６は、蛍光強度、色ムラのいずれも良好な結果となった。

一方、圧力１０^４Ｐａ未満の焼成雰囲気で焼成したNo.７は、試料の中央部が黒色化し、蛍光強度が低かった。詳しくは、蛍光強度が低かった。また、No.８は、焼失による重量減が著しく、測定不能であった。

＜実施例３＞
実施例１と同様な製造方法で、下記表１に示すように、セラミックス焼結体の試料（No.９〜１３の試料）を作製して、同様に評価を行った。

ただし、セラミックス焼結体中のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ量（ＹＡＧ：Ｃｅ量）が２〜７９体積％となるように原料配合比を変化させた。
また、焼成は、キャリアガスがＡｒで、酸素濃度が５体積％の雰囲気ガスで置換後、所定の炉内雰囲気で実施した。

その結果、いずれの試料においても、相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていた。
その結果、ＹＡＧ：Ｃｅ量が所定の範囲（即ち３〜７０体積％）にあるNo.１０〜１２は、蛍光強度、色ムラのいずれも良好な結果となった。

一方、ＹＡＧ：Ｃｅ量が少ないNo.９は、蛍光強度が低かった。
また、ＹＡＧ：Ｃｅ量が多いNo.１３は、試料の中央部の蛍光強度は高かったが、角部の蛍光強度が小さかった。また、色ムラが大きかった。

＜実施例４＞
実施例１と同様な製造方法で、下記表１に示すように、セラミックス焼結体の試料（No.１４〜２０の試料）を作製して、同様に評価を行った。

ただし、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）、Ｇｄ_２Ｏ_３（平均粒径１．５μｍ）、Ｔｂ_２Ｏ_３（平均粒径１．６μｍ）、Ｇａ_２Ｏ_３（平均粒径１．３μｍ）の各粉末を一つ以上用い、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、焼成は、キャリアガスがＡｒで、酸素濃度が１０体積％の雰囲気ガスで置換後、所定の炉内雰囲気で実施した。
その結果、いずれの試料においても、相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていた。

また、全ての試料において、蛍光強度、色ムラのいずれもが良好な結果となった。
＜実施例５＞
実施例１と同様な製造方法で、下記表１に示すように、セラミックス焼結体の試料（No.２１〜２６の試料）を作製して、同様に評価を行った。なお、各試料のうち、No.２２〜２６が本発明の範囲内の試料であり、No.２１が本発明の範囲外（比較例）の試料である。

ただし、焼結体のＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）中のＹに対するＣｅ濃度が０〜１０ｍｏｌ％となるように原料配合比を変化させた。
また、焼成は、大気雰囲気で実施した。

その結果、いずれの試料においても、相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていた。
また、Ｃｅ濃度が所定の範囲（０ｍｏｌ％を上回り５ｍｏｌ％以下）にあるNo.２２〜２５は、蛍光強度、色ムラのいずれも良好な結果となった。

一方、Ｃｅを含まないNo.２１は、蛍光強度、色ムラ共に測定することができなかった。
また、Ｃｅ濃度が高いNo.２６は、色ムラは基準内であったが、蛍光強度が低くなった。
＜実施例６＞
実施例１と同様な製造方法で、下記表１に示すように、セラミックス焼結体の試料（No.２７、２８の試料）を作製して、同様に評価を行った。

ただし、No.２８は、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２（ＹＡＧ）中のＹに対するＣｅ濃度が０．３ｍｏｌ％の粒子をＡｌ_２Ｏ_３（平均粒径０．３μｍ）と混合して作製した。焼成は、Ｈ_２：Ｎ_２＝４５：５５（体積比）の混合ガス雰囲気で実施した。また、雰囲気ガスの加湿にはウェッターを用い、水温２５℃にて行った。

その結果、No.２７は、相対密度は９９％以上で十分に緻密化されていたが、No.２８は、相対密度９４％程度であった。
また、No.２７は、蛍光強度、色ムラのいずれも良好な結果となった。No.２８は、色ムラは基準内であったが、蛍光強度が低くなった。

なお、周知のように、表１の圧力の「αＥ±β」（但し、α、βは数字）は、「α×１０^±β」を意味している。例えば、「１．０Ｅ＋０５」は、「１．０×１０^５」を意味している。

＜実施例７＞
実施例５と同様な方法で作成した焼結体を、１０ｍｍ角×厚み０．２ｍｍに加工して第１光波長変換部材（即ちNo.３０の試料）とした。

同様にして、前記焼結体を、１．５ｍｍ角×厚み０．２ｍｍに加工して第２光波長変換部材とした。
この第２光波長変換部材を、外径が２０ｍｍ角×厚み０．２ｍｍのアルミニウム製の支持部材である金属枠の貫通孔（即ち開口部）に圧入し、No.３１の試料（即ち光波長変換部品）とした（図６参照）。なお、開口部の形状及び寸法は、第２光波長変換部材の形状及び寸法と同じである。

そして、No.３０及びNo.３１の各試料の各光波長変換部材に対して、前記実施例１〜６の蛍光強度の測定方法とほぼ同様にして、レーザー光を照射し、温度消光の状態を調べた。
詳しくは、各試料の各光波長変換部材の表面に、４６５ｎｍの波長を有する青色ＬＤ光をレンズで０．３ｍｍ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蛍光強度を測定した。

特に、本実施例７では、光波長変換部材の温度上昇に伴う消光（即ち温度消光）が発生するまで、所定の出力密度でレーザー光を照射した。具体的には、レーザー光を照射する際の出力密度を、４０Ｗ／ｍｍ^２より、段階的に例えば１Ｗ／ｍｍ^２ずつ徐々に上昇させて、各出力密度における温度消光の状態を調べた。なお、出力密度は、６０Ｗ／ｍｍ^２を上限とした。

その結果、No.３０の試料では、レーザー光の出力密度が４７Ｗ／ｍｍ^２で、光波長変換部材の温度上昇に伴う消光が発生した。
一方、金属枠で支持されたNo.３１の試料では、レーザー光の出力密度が６０Ｗ／ｍｍ^２でも、光波長変換部材の温度上昇に伴う消光が発生しなかった。
［４．他の実施形態］
本発明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、本発明は、焼成方法としては、本発明の条件を満たす範囲で、即ち、圧力１０^４Ｐａ以上で、且つ、酸素濃度が０．８〜２５体積％未満の焼成雰囲気で焼成する各種の焼成方法を採用できる。

（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）光波長変換部材を支持する光波長変換部品の構成としては、第２実施形態の構成に限らず、各種の構成が挙げられる。

例えば、図７（ａ）に示すように、一対の金属製の支持部材７１の間に光波長変換部材７３を挟むようにして支持してもよい。また、図７（ｂ）に示すように、柱状の金属製の支持部材８１の側面に溝８３を設け、この溝８３に光波長変換部材８５を嵌め込んで支持するようにしてもよい。

（４）なお、上記各実施形態における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、上記各実施形態の構成の一部を、省略してもよい。また、上記各実施形態の構成
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発明の実施形態である。

１…発光装置
５、１７、４７、５７…発光素子
９、１３、３９、４５、５５、６５、７３、８５…光波長変換部材
１５…光波長変換部品
２３、３１、４１、５１、６１、７１、８１…支持部材

Claims (8)

1. Ａｌ_２Ｏ_３とＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される成分（但しＡ、Ｂは元素）とを主成分とする焼結体から構成された光波長変換部材の製造方法であって、
   前記焼結体を焼成して製造する場合に、圧力が１０^４Ｐａ以上で、且つ、酸素濃度が０．８体積％以上２５体積％未満の焼成雰囲気で焼成することを特徴とする光波長変換部材の製造方法。
2. 前記焼結体全体に占める前記Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅの割合が、３〜７０体積％であり、
   前記Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅは、前記焼成時に前記Ａｌ_２Ｏ_３中に共晶析出した多結晶粒子から構成されていることを特徴とする請求項１に記載の光波長変換部材の製造方法。
3. 前記焼結体が、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前記Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表されるガーネット構造を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の光波長変換部材の製造方法。
   Ａ：Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド（Ｃｅは除く）
   Ｂ：Ａｌ、Ｇａ
4. 前記Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅ中のＣｅの濃度が、前記元素Ａに対して５ｍｏｌ％以下（但し０を含まず）であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の光波長変換
   部材の製造方法。
5. Ａｌ_２Ｏ_３とＡ_３Ｂ_５Ｏ_１２：Ｃｅで表される成分（但しＡ、Ｂは元素）とを主成分とする焼結体から構成された光波長変換部材であって、
   前記焼結体の中央部の破断面におけるＣの原子数ＣinとＡｌの原子数Ａｌinとの比（Ｃin／Ａｌin）と、前記焼結体の端部の破断面におけるＣの原子数ＣoutとＡｌの原子数Ａｌoutとの比（Ｃout／Ａｌout）と、の相対濃度比（Ｃout／Ａｌout）／（Ｃin／Ａｌin）が、２以下であることを特徴とする光波長変換部材。
6. 前記請求項５に記載の光波長変換部材と、該光波長変換部材を支持する金属製の支持部材と、を備えるとともに、前記支持部材の熱伝導率は前記光波長変換部材の熱伝導率より高いことを特徴とする光波長変換部品。
7. 前記支持部材は枠体であり、該枠体の枠内に前記光波長変換部材を固定したことを特徴とする請求項６に記載の光波長変換部品。
8. 前記請求項５に記載の光波長変換部材、或いは、前記請求項６又は７に記載の光波長変換部品を備えたことを特徴とする発光装置。

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