JP6536540B2 - 蛍光体含有部材の製造方法 - Google Patents
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Description
図1に本実施形態に係る製造方法により得られる蛍光体含有部材100を第1主面の側から見た図(上面図)を示す。また、図2は、図1のX−X線における断面図である。図3A〜図3Iは、蛍光体含有部材100の製造方法を説明するためのものである。さらに、図3Jは、蛍光体含有部材100を個片化して、蛍光体含有部材100aを得る工程を示す。
本実施形態では、図3Aに示すように、蛍光部材10を準備する工程の前に、容器に緩衝部材30として粉末状の材料(例えば、光反射部材20と同様の材料)を配置する。本実施形態では、焼結ダイ40と下側のパンチ50とを容器として用いている。緩衝部材30は必須ではないが、緩衝部材30を用いることで、焼結体からなる蛍光部材10を用いる場合であっても、後に光反射部材20を焼結する際に蛍光部材10かかる圧力を実質的に均等にすることができるため、焼結体からなる蛍光部材10の割れ等を低減することができる。
次に、図3Eに示すように、複数の凸部が第1主面の側に設けられた蛍光部材10を準備する。
次に、粉末状の光反射部材20を準備する。光反射部材20は、添加材を含むことができる。添加材を含む場合は、光反射部材の主成分となる母材(例えば、酸化アルミニウム)よりも高屈折率の材料を用いるのが好ましい。これにより、光反射部材20の反射率(蛍光部材からの蛍光及び/又は発光素子からの光に対する反射率)を向上させることができ、透過率を抑えることができる。高屈折率の材料としては、例えば、窒化ホウ素、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタンを用いることができる。しかしこれらは難焼結性の材料であるため光反射部材20の強度が低減するおそれがある。この場合は、さらに、添加材として母材よりも融点の低い硝子材料(例えば、酸化ホウ素を含む硝子材料)を用いることができる。これにより、硝子材料が液相化して光反射部材20における母材と硝子材料を除く添加材との間に入るため、両者の結合を強くすることができる。なお、添加材として融点の低い硝子材料を用いる場合は光反射部材の2質量%以下で添加するものとし、本明細書では2質量%以下の硝子材料を含有していても「焼結体」という。
次に、蛍光部材10における複数の凸部の間に粉末状の光反射部材20を配置する。粉末状の光反射部材20を用いることで、隣り合う凸部間に蛍光部材10を充填しやすくなり、蛍光部材10と光反射部材20との隙間を実質的になくすことができる。本実施形態では、図3Fに示すように、凸部が上方を向くように蛍光部材10を配置し、上方から粉末状の光反射部材20を配置することで、蛍光部材10の凸部の間に光反射部材20を配置している。
次に、図3Gに示すように、粉末状の光反射部材20を焼結して、蛍光部材10と光反射部材20とが一体に形成された焼結体を得る。一般的に、焼結体とは粉末状の材料を融点よりも低い温度で加熱して固まったものを指す。しかしながら、本実施形態のように、すでに焼結されている蛍光部材10と、まだ焼結されていない粉末状の光反射部材20と、を加熱処理する場合であっても、焼結体からなる蛍光部材10の表面と粉末状の光反射部材20の表面とにおいては、同様の現象が起こっていると考えられる。したがって、本実施形態では、焼結体からなる蛍光部材10と粉末状の光反射部材20とを一体に形成したものも焼結体という。
次に、第1主面の側の面が蛍光部材10及び光反射部材20の双方からなり、且つ前記第2主面の側の面が蛍光部材10のみからなる又は蛍光部材及び光反射部材の双方からなる蛍光体含有部材が得られるように、蛍光部材10の第1主面の側又は第2主面の側の少なくとも一方の側から焼結体の一部を除去する。
図3Jに示すように、焼結体の一部を除去する工程の後に、第1主面の側から見て光反射部材20に囲まれる蛍光部材10が少なくとも1つ含まれるように焼結体を個片化することができる。これにより、蛍光部材10の周囲に光反射部材20が配置された所望の大きさの蛍光体含有部材100aを得ることができる。例えば、スクライブ、ダイシング、ブレイクにより焼結体を個片化することができる。蛍光部材10を露出させてから個片化することで作業効率を向上させることができるが、焼結体を個片化してから蛍光部材10を露出させてもよい。
蛍光体含有部材100は発光素子70と組み合わせて発光装置とすることができる。図6では、発光素子70としてLD(レーザダイオード)を用いており、LDと個片化した蛍光体含有部材100aとを組み合わせて発光装置400としている。LDを用いる場合は、LDから生じる熱と蛍光部材10から生じる熱との排熱性を考慮して、図6に示すように両者を離間して配置するのが好ましい。例えば光ファイバを介することによりLDと蛍光部材10とを離間させることもできる。なお、蛍光体含有部材100を光反射体の上面に載置して、LDからの蛍光部材10に入射する光を光反射体で反射させるようにすることもできる。
図7に、本実施形態に係る製造方法により得られる蛍光体含有部材200の上面図を示す。また、図8は、図7のY−Y線における断面図である。さらに、図9A〜図9Hは、蛍光体含有部材200の製造方法を説明するための図である。
本実施形態では、発光素子70としてLEDチップを用いており、基体90の上面に配置された複数のLEDチップと蛍光体含有部材200とを組み合わせて発光装置500としている(図10)。このとき、1つのLEDチップからの光が1つの蛍光部材10に入射するように蛍光体含有部材200を設けるのが好ましい。LEDチップの上面に蛍光体含有部材200を設ける方法は、表面活性化接合法又は原子拡散接合法を用いるのが好ましく、表面活性化接合法を用いるのがより好ましい。表面活性化接合法によれば、LEDチップと蛍光部材10との間に他の部材を介することがなくなるため、他の部材での光の吸収をなくすことができるためである。また、隣り合うLEDチップ間は遮光部材80等により遮光されているのが好ましい。これにより、点灯しているLEDチップの上方に位置する蛍光部材10のみを発光させることができる。
図11A〜図11Gに本実施形態に係る蛍光体含有部材300の製造方法を示す。蛍光体含有部材300の製造方法は、次に説明する事項以外は、第2実施形態において記載した事項と実質的に同一である。
<実施例1>
まず、図3Cに示すように、蛍光部材10としてY3Al5O12:Ceと酸化アルミニウムとを含む焼結体からなる板状の蛍光部材10を準備した。そして、図3Dに示すように、ダイシング装置を用いて焼結体からなる板状の蛍光部材10(以下、「YAG板」という。)の上面に複数の凸部を形成した。なお、図3Dでは、凸部の形状は上方から見て円であるが、本実施例では一辺が1mmの正方形である。1つの凸部と隣り合う凸部との間の距離は1mmとした。
実施例2は、1200℃で焼結した以外は実施例1と実質的に同様である。
実施例3は、1150℃で焼結し、1000℃で熱処理した以外は実施例1と実質的に同様である。
実施例4は、次に説明する事項以外は実施例3と実質的に同様である。まず、図3Cに示すように焼結体からなる板状の蛍光部材10を準備し、図3Dに示すようにマシニングセンタを用いて焼結体からなる板状の蛍光部材10の上面に複数の凸部を形成した。上方から見て凸部の形状は円であり、凸部の内径が下方から上方に向かうにつれて小さくなるように側面は傾斜している。凸部の頂部の内径は0.3mmとし凸部の底部の内径は0.5mmとした。また、凸部の底部と隣り合う凸部の底部との最短距離は、5mmとした。そして熱処理の温度を1100℃とした。
実施例5は、光反射部材20として、80質量%の酸化アルミニウムと20質量%の窒化ホウ素とを用い、熱処理の温度を1100℃とした以外は実施例3と実質的に同様である
まず、図3Aに示すように焼結型に粉末状の酸化アルミニウムからなる緩衝部材30を充填し、図3Bに示すようにカーボンシートを配置した。
実施例7は、まず、図8Aに示すように、焼結型に酸化アルミニウムからなる光反射部材20を充填した。そして、図8B〜図8Dに示すように、複数の凸部が設けられた押圧部材52で光反射部材20を押圧して複数の凹部が設けられた光反射部材20を作製した。凹部は上方から見て1辺の長さが1mmの正方形とした。また、1つの凹部と隣り合う凹部との間の距離は1mmとした。
実施例8は、光反射部材20として、80質量%の酸化アルミニウムと20質量%の窒化ホウ素とを用いている以外は実施例7と実質的に同様である。
各実施例において蛍光部材10と光反射部材20とは十分な接合強度が得られていた。また、各実施例と実質的に同じ条件で形成した焼結体からなる光反射部材20を、「強度」、「反射率」、及び「透過率」の3つの観点で評価した結果を表1に示す。なお、表1において、試料の番号と実施例の番号が対応している(例えば、試料1は実施例1に対応している。)。強度の評価は、各試料を手で割ったときの割れにくさを比較して、割れにくいものから割れやすいものまでを5段階(割れにくいものほど値が大きい)で評価した。反射率の評価は、分光測色計による測定結果に基づいて行った。具体的には、まず、厚みを5mmにした試料(光反射部材20)を土台に配置した。次に、試料面に対して370nm〜740nmの測定光を照射して、試料面からの反射光の反射率を測定した。そして、440nmにおける各試料の反射率の結果を比較して、反射率の高いものから低いものまでを5段階(反射率の高いものほど値が大きい)で評価した。また、透過率の評価は、照度計による測定結果に基づいて行った。具体的には、まず、反射率の測定に用いた試料を厚みが1mmになるまで研磨し、土台に試料を配置した。次に、445nmの光を照射して、試料を透過した光を照度計により測定した。そして、各試料の結果を比較して、透過率の低いものから高いものまでを5段階(透過率の低いものほど値が大きい)で評価した。なお、反射率の測定においては土台からの反射率の影響を受けにくくするために試料の厚みを大きくする必要があるが、透過率の測定においては試料の厚みが大きすぎるとその差を比較しにくくなるため、反射率の測定と透過率の測定とで試料の厚みを変えている。
20・・・光反射部材
30・・・緩衝部材
40・・・焼結ダイ
50・・・パンチ
51、52・・・押圧部材
60・・・離形シート
70・・・発光素子
80・・・遮光部材
90・・・基体
100、200、300・・・蛍光体含有部材
400、500・・・発光装置
Claims (15)
- 複数の凹部が設けられた押圧部材で粉末状の蛍光部材を押圧して複数の凸部が第1主面の側に設けられた、蛍光体を含む蛍光部材を準備する工程と、
粉末状の光反射部材を準備する工程と、
前記蛍光部材における複数の凸部の間に前記粉末状の光反射部材を配置する工程と、
前記粉末状の光反射部材を焼結して、前記蛍光部材と前記光反射部材とが一体に形成された焼結体を得る工程と、
前記第1主面の側の面が前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなり、且つ第2主面の側の面が前記蛍光部材のみからなる又は前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなる蛍光体含有部材が得られるように、前記蛍光部材の前記第1主面の側又は前記第2主面の側の少なくとも一方の側から前記焼結体の一部を除去する工程と、を備えることを特徴とする蛍光体含有部材の製造方法。 - 複数の凸部が設けられた押圧部材で粉末状の光反射部材を押圧して複数の凹部が第1主面の側に設けられた光反射部材を準備する工程と、
蛍光体を含む粉末状の蛍光部材を準備する工程と、
前記光反射部材における複数の凹部に前記粉末状の蛍光部材を配置する工程と、
前記粉末状の蛍光部材を焼結して、前記光反射部材と前記蛍光部材とが一体に形成された焼結体を得る工程と、
前記第1主面と反対側にある第2主面の側の面が前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなり、且つ、前記第1主面の側の面が前記蛍光部材のみからなる又は前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなる蛍光体含有部材が得られるように、少なくとも前記光反射部材の前記第2主面の側から前記焼結体の一部を除去する工程と、を備えることを特徴とする蛍光体含有部材の製造方法。 - 複数の凸部が設けられた押圧部材で粉末状の光反射部材を押圧して互いに反対側にある第1主面及び第2主面を貫通する複数の貫通孔が設けられた光反射部材を準備する工程と、
蛍光体を含む粉末状の蛍光部材を準備する工程と、
前記複数の貫通孔に前記粉末状の蛍光部材を配置する工程と、
前記粉末状の蛍光部材を焼結して、前記光反射部材と前記蛍光部材とが一体に形成された焼結体を得る工程と、
前記第1主面の側の面又は前記第2主面の側の面の一方の面が前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなり、且つ、前記第1主面の側の面又は前記第2主面の側の面の他方の面が前記蛍光部材のみからなる又は前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなる蛍光体含有部材が得られるように、前記蛍光部材の前記第1主面の側又は前記第2主面の側の少なくとも一方の側から前記焼結体の一部を除去する工程と、を備えることを特徴とする蛍光体含有部材の製造方法。 - 前記焼結体の一部を除去する工程において、前記第1主面の側の面及び前記第2主面の側の面のそれぞれが前記蛍光部材及び前記光反射部材の双方からなるように、第1主面及び第2主面の少なくとも一方の主面の側から前記焼結体の一部を除去することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記焼結体を得る工程において、放電プラズマ焼結法又はホットプレス焼結法により焼結することを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記蛍光部材はAlを含む酸化物の蛍光体を含み、
前記光反射部材は酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。 - 前記蛍光部材は、焼結助剤として酸化アルミニウムを含むことを特徴とする請求項6に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記焼結体を得る工程の後に、前記焼結体を酸化雰囲気で熱処理する工程を備えることを特徴とする請求項6又は7に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記蛍光部材を準備する工程は、
容器に蛍光体を含む粉末状の蛍光部材を充填する工程と、
複数の凹部が設けられた押圧部材で前記粉末状の蛍光部材を押圧することにより、前記複数の凸部が設けられた蛍光部材を作製する工程と、を含み、
前記焼結体を得る工程において、前記蛍光部材及び前記光反射部材を焼結することを特徴とする請求項1又は請求項1を引用する請求項4〜8のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。 - 前記押圧部材は、その凹部の開口が底面から離れるにしたがって広くなるように形成されていることを特徴とする請求項9に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記蛍光部材を準備する工程は、粉末状の蛍光体と、前記光反射部材と同一の材料を含む粉末状の焼結助剤と、を混合した後で焼結し、前記複数の凸部が第1主面の側に設けられた焼結体からなる蛍光部材を得る工程を有し、
前記粉末状の光反射部材を焼結する際の焼結温度は、前記粉末状の蛍光体と前記粉末状の焼結助剤とを混合した後で焼結する際の焼結温度よりも低いことを特徴とする請求項1又は請求項1を引用する請求項4〜8のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。 - 前記蛍光部材を準備する工程において、焼結体からなる蛍光部材に複数の凸部を形成することにより、前記複数の凸部が第1主面の側に設けられた蛍光部材を得ることを特徴とする請求項1、請求項1を引用する請求項4〜8のいずれか1項、又は請求項11に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記凸部を形成する工程において、マシニングセンタを用いて前記凸部を形成することを特徴とする請求項12に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
- 前記焼結体の一部を除去する工程の後に、前記焼結体を個片化する工程を備え、
前記個片化する工程において、個片化した後に、前記第1主面の側の面又は前記第2主面の側の面の少なくとも一方の面において前記蛍光部材の周囲に前記光反射部材が配置された前記蛍光体含有部材を得ることを特徴とする請求項1〜13のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。 - 前記光反射部材を準備する工程は、
容器に粉末状の光反射部材を充填する工程と、
複数の凸部が設けられた押圧部材で前記粉末状の光反射部材を押圧することにより、前記複数の凹部が設けられた光反射部材を作製する工程と、を含み、
前記焼結体を得る工程において、前記蛍光部材及び前記光反射部材を焼結する、ことを特徴とする請求項2又は請求項2を引用する請求項4〜8のいずれか1項に記載の蛍光体含有部材の製造方法。
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