JP6688973B2 - 波長変換体、波長変換部材及び発光装置 - Google Patents

Description

本発明は、フォトルミネッセンスを利用する波長変換体に関し、特にハイパワーの励起光が照射された場合でも耐熱性及び放熱性に優れ、かつ生産性に優れた波長変換体、波長変換部材及び発光装置に関する。

従来、フォトルミネッセンスを利用する波長変換体として、励起光の照射により発光する複数個の蛍光体粒子と、これら複数個の蛍光体粒子を保持するバインダと、から構成されるものが知られている。具体的には、シリコーン樹脂に蛍光体を充填させたものが知られている。波長変換体は、例えば、金属酸化物や金属基板上に形成された層状体や、板状体の形態をとる。

近年、波長変換体には、光出力の向上のために励起光のハイパワー化が求められている。このため、波長変換体には、励起光としてレーザー光源等のハイパワーな励起光が用いられるようになってきている。しかし、シリコーン樹脂等の有機バインダは耐熱性及び放熱性に乏しい。このため、有機バインダを有する波長変換体にレーザー光源等のハイパワーな励起光が照射されると、バインダを構成する有機物質に変色や焦げが発生して光の透過率が低下することにより、波長変換体の光出力効率が低下しやすい。また、有機バインダを有する波長変換体にレーザー光源等のハイパワーな励起光が照射されると、有機物質の熱伝導率が通常１Ｗ／ｍ・Ｋ未満と低いため発熱する。これにより、有機バインダを有する波長変換体は、蛍光体の温度消光が発生しやすい。

特許第５０９０５４９号 特開２０１５−３８９６０号公報

これに対し、特許文献１には、耐熱性、放熱性及び可視光透過率が高いセラミックス材料と、シリコーン樹脂等の有機バインダと、蛍光体とを用い焼結させて得られた波長変換体が開示されている。この特許文献１の波長変換体は、例えば１２００℃程度の高温で焼結することにより製造される。しかし、特許文献１の波長変換体は、高温で焼結することから生産性が低いという課題があった。また、演色性に優れ白色ＬＥＤ用の蛍光体として広く用いられている蛍光体であるＣＡＳＮ（（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ）蛍光体は、高温環境下で酸化反応が生じ輝度維持率が顕著に低下やすい。このため、高温で焼結する特許文献１の波長変換体では高温環境下で酸化反応が生じるＣＡＳＮ蛍光体を使用できないことから、演色性を向上させることが困難であるという課題があった。さらに、例えばＹＡＧなどのセラミックス材料の焼結体は、一般的に屈折率が１．８と大きいため、出力光の光取出し効率が低下したりスポット径が拡大したりするという課題があった。

また、特許文献２には、蛍光体と、シリカ系材料やこの前駆体からなるバインダとを用い、５００℃以下に加熱して硬化したバインダで蛍光体同士を固着して発光装置を製造する方法が開示されている。しかし、シリカは他の金属酸化物に比較して熱伝導率が通常１Ｗ／ｍ・Ｋ未満と低いため、波長変換体の放熱性が悪いという課題があった。さらに、シリカは可視光に対する屈折率が１．５程度と大きいため、出力光の光取出し効率が低下したりスポット径が拡大したりする等の光学特性に関する課題があった。

このように、従来、ハイパワーの励起光が照射された場合でも耐熱性及び放熱性、光取出し効率に優れ、かつ生産性に優れた波長変換体、並びにこの波長変換体を用いた波長変換部材及び発光装置は知られていなかった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、ハイパワーの励起光が照射された場合でも耐熱性及び放熱性、光学特性に優れ、かつ生産性に優れた波長変換体、波長変換部材及び発光装置を提供することを目的とする。なお、光学特性に関しては後述する。

上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る波長変換体は、複数個の蛍光体粒子と、平均粒径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満のナノ粒子が複数個分子間力で固着したナノ粒子固着体からなり、隣接する前記蛍光体粒子同士を固着させるバインダ層と、を備え、前記波長変換体は表面に平面状出射面を有し、この平面状出射面の少なくとも一部はＲａ≦０．１５μｍかつＲｚ≦０．３μｍを満たす平坦面になっており、前記平坦面は、前記平面状出射面の面積に対する占有率が３６％以上６５．５％以下であることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係る波長変換部材は、基板と、この基板上に形成された前記波長変換体と、を備えることを特徴とする。

上記課題を解決するために、本発明の第３の態様に係る発光装置は、前記波長変換体、又は前記波長変換部材を用いて白色光を得ることを特徴とする。

第１〜第３の実施形態に係る波長変換体、及びこれらの波長変換体を含む波長変換部材の断面の概略図である。 第１の実施形態に係る波長変換体、及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。 図２の部分Ａを拡大して示す模式的な断面図である。 実施例１に係る波長変換体の破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。 図４の部分Ｂの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の一例である。 実施例１に係る波長変換体の原料である蛍光体粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。 実施例１に係る波長変換体のナノ空隙２７の孔径分布を示すグラフの一例である。 第２の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。 第２の実施形態に係る波長変換体を図８のＢ−Ｂ線にほぼ沿って破断した場合の破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。 第３の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。 図１０に示す第３の実施形態に係る波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材における、高放熱部５０を含む破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。 第４の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の断面の概略図である。 第４の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。 図１３に示す断面の平面状出射面２を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。

以下、本実施形態に係る波長変換体、波長変換部材及び発光装置について、図面を参照して説明する。

［第１の実施形態］
（波長変換部材）
図１は、第１〜第３の実施形態に係る、波長変換体及びこれらの波長変換体を含む波長変換部材の断面の概略図である。第１〜第３の実施形態に係る波長変換体１Ａ、１Ｂ及び１Ｃは、断面の概略図が同様であるため、併せて図１に示す。また、波長変換体１Ａ、１Ｂ及び１Ｃをそれぞれ含む波長変換部材１００Ａ、１００Ｂ及び１００Ｃは、断面の概略図が同様であるため、併せて図１に示す。

図１に示すように、波長変換部材１００（１００Ａ、１００Ｂ及び１００Ｃ）は、基板８０と、この基板８０上に形成された波長変換体１（１Ａ、１Ｂ及び１Ｃ）と、を備える。波長変換部材１００（１００Ａ、１００Ｂ及び１００Ｃ）は、１個の基板８０の表面上に１個の波長変換体１（１Ａ、１Ｂ及び１Ｃ）が設けられる。１個の基板８０の表面上に１個の波長変換体１が設けられると、波長変換部材１００の製造が容易である。

（基板）
基板８０は、表面に形成された波長変換体１を補強するとともに、材質及び厚みの選択により、波長変換体１に対して好適な光学的特性、熱的特性を付与するものである。

基板８０としては、例えば、ガラス基板、金属基板、セラミック基板等が用いられる。また、基板８０は、透光性を有していてもよく、透光性を有していなくてもよい。基板８０が透光性を有する場合、基板８０を介して波長変換体１中の蛍光体粒子１０に励起光を照射することが可能になる。また、基板８０が透光性を有しない場合、励起光および波長変換体１からの発光を基板８０で反射させることが可能になる。

（波長変換体）
第１の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材について説明する。図１に示すように、波長変換体１Ａ（１）は、基板８０と反対側の表面に平面状出射面２が形成されている。ここで、平面状出射面２とは、波長変換体１の基板８０と反対側の表面のうち、高さがほぼ同一になる面を意味する。図１に示す波長変換体１では、図１中の左右の端部近傍の断面が丸い部分を除いて平面状出射面２が形成されている。

後述のように、波長変換体１では、隣接する蛍光体粒子１０同士がバインダ層２０で固着された構造を有する。このため、波長変換体１の表面である平面状出射面２は、おもに蛍光体粒子１０により形成された微小な凹凸を有する凹凸面３になっている。ここで、凹凸面３とは、Ｒａ≦０．１５μｍ又はＲｚ≦０．３μｍを満たさない面を意味する。なお、図１では、説明の都合上、凹凸面３を実際より強調して示している。

図２は、第１の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。図２に示すように、波長変換部材１００Ａは、基板８０と、この基板８０上に形成された波長変換体１Ａと、を備える。波長変換体１Ａは、複数個の蛍光体粒子１０と、隣接する蛍光体粒子１０同士を固着させるバインダ層２０と、を備える。バインダ層２０は、平均粒径Ｄ_５０が１ｎｍ以上１００ｎｍ未満のナノ粒子が複数個固着したナノ粒子固着体からなる。

また、図２に示す波長変換体１Ａでは、個々の蛍光体粒子１０の表面がバインダ層２０で被覆されることにより、蛍光体粒子１０とバインダ層２０とからなるナノ粒子被覆蛍光体粒子３０が形成されている。なお、波長変換体１Ａは、バインダ層２０が、少なくとも隣接する蛍光体粒子１０同士を固着させるように形成されていればよい。このため、図２に示す波長変換体１Ａ以外の実施形態として、個々の蛍光体粒子１０の表面の一部がバインダ層２０で被覆されずに露出することにより、ナノ粒子被覆蛍光体粒子３０が形成されない波長変換体とすることもできる。

＜蛍光体粒子＞
蛍光体粒子１０は、フォトルミネッセンスが可能なものであればよく、その種類は特に限定されない。蛍光体粒子１０としては、例えば、ＹＡＧ、すなわちＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２からなるガーネット構造の結晶の粒子や、（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕからなる蛍光体粒子が用いられる。

蛍光体粒子１０は、大気中１２００℃以上での蛍光体粒子の焼成後の輝度（Ｌ_２）を大気中１２００℃以上での蛍光体粒子の焼成前の輝度（Ｌ_１）で除して得られる輝度維持率（Ｌ_２／Ｌ_１）が８０％以下の蛍光体粒子を含むことが好ましい。蛍光体粒子１０が、輝度維持率（Ｌ_２／Ｌ_１）が８０％以下の蛍光体粒子を含むと、高い変換効率を有しかつ演色性が高い波長変換体を実現できるため好ましい。

波長変換体１Ａに含まれる蛍光体粒子１０の粒子径は特に限定されるものではなく、例えば１〜１００μｍである。

蛍光体粒子１０は、同じ組成の蛍光体からなるものであってもよいし、２種以上の組成の蛍光体の粒子の混合体であってもよい。

＜バインダ層＞
バインダ層２０は、平均粒径Ｄ_５０が１ｎｍ以上１００ｎｍ未満（１０オングストローム以上１０００オングストローム未満）のナノ粒子が複数個固着したナノ粒子固着体からなり、隣接する蛍光体粒子１０同士を固着させるものである。ここで、ナノ粒子固着体とは、ナノ粒子同士が分子間力で固着したものを意味する。また、ナノ粒子とは、平均粒径Ｄ_５０が１ｎｍ以上１００ｎｍ未満の粒子を意味する。ナノ粒子の平均粒径Ｄ_５０は、例えば、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、ＦＥ−ＳＥＭ（電界放出型走査型電子顕微鏡）で測定される。

ナノ粒子の平均粒径Ｄ_５０は、１ｎｍ以上１００ｎｍ未満、好ましくは１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満、より好ましくは１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満、さらに好ましくは１５ｎｍ以上２５ｎｍ未満である。

ナノ粒子の平均粒径Ｄ_５０が１ｎｍ以上１００ｎｍ未満であると、ナノ粒子同士が分子間力で固着して、強固なナノ粒子固着体からなるバインダ層２０が形成され、隣接する蛍光体粒子１０同士が強く固着されやすい。

また、ナノ粒子の平均粒径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であると、波長変換体１Ａの製造等のために加熱処理した際の熱膨張、熱収縮によるバインダ層２０への内部クラック４６の発生が抑制される。なお、内部クラック４６については第２の実施形態において詳述するが、内部クラック４６とは、バインダ層２０中に形成された、長さ１０μｍ以上、溝幅２μｍ以下の溝状の空隙を意味する。内部クラック４６が存在する場合は、内部クラック４６は、通常、バインダ層２０内部およびバインダ層２０を介して固着された蛍光体粒子１０に囲まれた蛍光体粒子囲繞領域４０に存在する。なお、内部クラック４６は、波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａに光学的な悪影響を与えることはないと考えられる。この理由については、第２の実施形態において説明する。

上記のように、ナノ粒子の平均粒径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であると、内部クラック４６の発生を抑止し、波長変換体１Ａの放熱性をより高めたり、膜強度を高めたりすることができる。特に、高パワー密度励起の発光装置や、衝撃が加わりやすい環境下の発光装置においては、波長変換体１Ａに高い放熱性や膜強度が要求されるため、ナノ粒子の平均粒径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満であると好ましい。

図３は、図２の部分Ａを拡大して示す模式的な断面図である。図２の部分Ａは、隣接する蛍光体粒子１０同士がナノ粒子固着体からなるバインダ層２０を介して固着されている部分を示す。図３は、図２の部分Ａの蛍光体粒子１０間に介在するナノ粒子固着体からなるバインダ層２０につき、詳細に説明する図である。

図３に示すように、隣接する蛍光体粒子１０間に介在するバインダ層２０は、複数個のナノ粒子２１同士が分子間力により固着したナノ粒子固着体からなる。また、ナノ粒子固着体を構成するナノ粒子２１は、分子間力により蛍光体粒子１０にも固着している。これにより、ナノ粒子固着体は、隣接する蛍光体粒子１０同士を固着するバインダ層２０として機能している。

また、図３に示すように、バインダ層２０は、蛍光体粒子１０の表面の全面を被覆している。なお、バインダ層２０は、図３に示すように蛍光体粒子１０の表面の全面を被覆する必要はなく、蛍光体粒子１０の表面のうち、隣接する蛍光体粒子１０間に介在する部分のみの蛍光体粒子１０の表面を被覆していればよい。すなわち、バインダ層２０は、蛍光体粒子１０の表面の少なくとも一部を被覆していればよい。

なお、バインダ層２０が蛍光体粒子１０の表面の全面を被覆していると、蛍光体粒子１０と外部の屈折率段差を抑制し、蛍光体粒子１０の吸収率や外部量子効率を高める場合があるため好ましい。また、バインダ層２０が蛍光体粒子１０の表面の一部のみを被覆していると、蛍光体粒子内部へ閉じ込められる光の成分が増加し、出力スポット径を狭化させる場合があるため好ましい。

図２に示すように、波長変換体１Ａでは、隣接する蛍光体粒子１０で囲まれた部分に、蛍光体粒子囲繞領域４０が形成される。ここで、蛍光体粒子囲繞領域４０とは、隣接する蛍光体粒子１０同士がバインダ層２０で固着されることにより、バインダ層２０を介して固着された蛍光体粒子１０に囲まれた領域を意味する。なお、バインダ層２０を介して固着された蛍光体粒子１０は、蛍光体粒子１０の表面にバインダ層２０が形成されていてもよく、バインダ層２０が形成されていなくてもよい。

図２に示す波長変換体１Ａの蛍光体粒子囲繞領域４０Ａａ、４０Ａｂ、４０Ａｃ及び４０Ａｄは、それぞれ前記バインダ層２０中の孔径１μｍ以上の空隙であるバインダ内空孔４５を含んでいる。なお、図２に示す波長変換体１Ａでは、全ての蛍光体粒子囲繞領域４０にバインダ内空孔４５が含まれる例を示している。しかし、波長変換体１Ａ以外の実施形態として、蛍光体粒子囲繞領域４０の一部にバインダ内空孔４５が含まれていない構造の波長変換体とすることができる。蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部が、バインダ内空孔４５を含まない実施形態については、後述の第２の実施形態において説明する。

ここで、バインダ内空孔４５とは、バインダ層２０中に内包された、孔径０．３μｍ以上の空隙を意味する。このため、例えば、バインダ層２０以外の部分に形成された空隙や、バインダ層２０に開口する空隙や、孔径０．３μｍ未満の空隙は、バインダ内空孔４５に含まれない。また、孔径とは、バインダ内空孔４５の形状を真球と仮定した場合の直径を意味する。バインダ内空孔４５の孔径は、通常５〜１５μｍ程度である。

バインダ内空孔４５の形状は特に限定されないが、通常は、球状である。バインダ内空孔４５のアスペクト比（短径：長さ）は、通常１：１〜１：１０である。なお、便宜上、図２や、後述の図８、１０、１３では、バインダ内空孔４５の形状を、断面が三角形状の形状として示している。実際のバインダ内空孔４５では、バインダ層２０同士の接合部分がネッキングで丸みを帯びることにより、バインダ内空孔４５が球状になりやすい。

バインダ内空孔４５は、波長変換体１Ａ中の可視光の散乱に影響を及ぼす。例えば、可視光の散乱が発生しやすい孔径０．３μｍ〜２０μｍのバインダ内空孔４５がバインダ層２０中に多いと、波長変換体１Ａ中の可視光の散乱が多くなる。この場合、波長変換体１Ａ中の導波成分が増加しやすいことから、出力光のスポット径を増大させる場合があるため好ましくない。

一方、可視光の散乱が発生しやすい孔径０．３μｍ〜２０μｍのバインダ内空孔４５がバインダ層２０中に少ないと、波長変換体１Ａ中の可視光の散乱が少なくなる。この場合、波長変換体１Ａ中の導波成分が減少しやすいことから、光取り出し効率を高めたり、出力スポット径を狭化させたりする効果があるため好ましい。

このため、波長変換体１Ａは、バインダ層２０を介して固着された蛍光体粒子１０に囲まれた蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部が、バインダ層２０中の孔径０．３μｍ以上の空隙であるバインダ内空孔４５を含まないことが好ましい。蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部が、バインダ内空孔４５を含まないと、波長変換体１Ａ中の導波成分が減少しやすいことから、光取り出し効率を高めたり、出力スポット径を狭化させやすくなったりするため好ましい。

ナノ粒子の材質としては、ナノ粒子同士が分子間力で固着可能かつ励起光の透過性の高い無機材料が用いられる。ナノ粒子の材質としては、例えば、酸化アルミニウム（アルミナ）、二酸化珪素、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、窒化ホウ素を用いることができる。これらの材質は、ナノ粒子同士の分子間力が強く、強固なナノ粒子固着体からなるバインダ層２０が形成されやすい。ナノ粒子としては、上記材質から選ばれる１種又は２種以上の材質からなるナノ粒子を用いることができる。

また、ナノ粒子の材料の２５℃での熱伝導率は、好ましくは１Ｗ／ｍ・Ｋより大きく、より好ましくは４Ｗ／ｍ・Ｋより大きい。また、ナノ粒子の材料の２５℃での熱伝導率は、好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ未満、より好ましくは３０Ｗ／ｍ・Ｋ未満である。ナノ粒子の２５℃での熱伝導率が、上記範囲内にあると、波長変換体１Ａの放熱性が高くなる。例えば、酸化アルミニウムの２５℃での熱伝導率は３０Ｗ／ｍ・Ｋ、二酸化珪素の２５℃での熱伝導率は１Ｗ／ｍ・Ｋである。

バインダ層２０に有機物質が含まれると、レーザー光源等のハイパワーな励起光が照射されたときに、バインダ層２０に含まれる有機物質に変色や焦げが発生して光の透過率が低下するおそれがある。このため、バインダ層２０は、有機物質をなるべく含まないことが好ましいが、励起光のパワー密度に応じて、適宜分散剤などの有機物質を加えてもよい。

また、ナノ粒子固着体からなるバインダ層２０は、内部に、図３及び後述の図５に示すように、ナノ空隙（微小空隙）２７を含んでいてもよい。ここで、ナノ空隙２７とは、バインダ層２０中に形成された、孔径０．３μｍ未満の空隙を意味する。このため、例えば、バインダ層２０以外の部分に形成された空隙や、孔径０．３μｍ以上の空隙は、ナノ空隙２７に含まれない。また、孔径とは、ナノ空隙２７の形状を真球と仮定した場合の直径を意味する。ナノ空隙２７の孔径は、通常５〜１５ｎｍ程度である。

図７は、後述の実施例１に係る波長変換体のナノ空隙２７の孔径分布を示すグラフの一例である。図７に示されるように、ナノ空隙２７の平均孔径は、１００Å（１０ｎｍ）程度である。

ナノ空隙２７の形状は特に限定されないが、通常は、球状である。ナノ空隙２７のアスペクト比（短径：長さ）は、通常１：１〜１：１０である。ナノ空隙２７は、ナノ粒子２１が固着してナノ粒子固着体を形成する際に、ナノ粒子２１間に残存した空隙である。

ナノ空隙２７は、バインダ層２０の屈折率を低下させ、蛍光体粒子１０へ閉じ込められる光の成分を増加させることにより、バインダ層２０からの光取出し効率を高める効果を発現する。このため、バインダ層２０中にナノ空隙２７が含まれると、出力スポット径を狭化させつつ、出力光の効率を高める場合があるため、好ましい。

このため、波長変換体１Ａは、バインダ層２０が、内部に孔径０．３μｍ未満の空隙であるナノ空隙２７を含むことが好ましい。

波長変換体１Ａの破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の一例を示す。図４は、後述の実施例１に係る波長変換体の破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。図５は、図４の部分Ｂの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の一例である。図６は、後述の実施例１に係る波長変換体の原料である蛍光体粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。

図４に示すように、蛍光体粒子（ＹＡＧ粒子）１０の表面及び蛍光体粒子１０間にはバインダ層２０が形成され、隣接する蛍光体粒子１０同士がバインダ層２０で固着されることにより、波長変換体１Ａが形成されている。バインダ層２０は、酸化アルミニウムのナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体からなる。

バインダ層２０が形成されていない蛍光体粒子１０のＳＥＭ写真を図６に示す。図６に示すように、バインダ層２０が形成されていない蛍光体粒子１０では、隣接する蛍光体粒子１０間に空隙１５が形成されており、隣接する蛍光体粒子１０同士は固着されていない。

図４に示すように、波長変換体１Ａでは、図６に示す個々の蛍光体粒子１０の表面が酸化アルミニウムのナノ粒子固着体からなるバインダ層２０で被覆されるとともに、蛍光体粒子１０間に上記バインダ層２０が介在する。ただし、隣接する蛍光体粒子１０間はバインダ層２０で隙間なく充填されるものでなく、バインダ層２０の一部に空隙２５が形成されている。なお、本実施形態以外の波長変換体では、図４に示す波長変換体１に代えて、隣接する蛍光体粒子１０間がバインダ層２０で隙間なく充填されたものとすることもできる。

図５は、図４のバインダ層２０の部分Ｂの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の一例である。図５は、図４の部分Ｂを拡大して観察したものである。図５に示すように、バインダ層２０は、酸化アルミニウムのナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体からなっている。また、図５に示すように、ナノ粒子固着体からなるバインダ層２０には直径が１５ｎｍ、５ｎｍ程度のナノ空隙２７が形成されている。これらのナノ空隙２７は、ナノ粒子２１が複数個固着してナノ粒子固着体からなるバインダ層２０を形成した際にナノ粒子２１間に残存した空隙と考えられる。

波長変換体１Ａの厚さは、特に限定されないが、例えば４０〜４００μｍ、好ましくは８０〜２００μｍとする。波長変換体１Ａの厚さが上記範囲内であると、放熱性を比較的高く維持することができるため好ましい。

（波長変換体の製造方法）
波長変換体１Ａは、例えば以下の方法により製造することができる。はじめに、ナノ粒子２１が分散された溶液と蛍光体粒子１０とを混合して混合液を作製する。なお、混合液には、必要により、分散剤を添加する。混合液は、例えばペースト状になるように粘度を調整する。粘度の調整は、例えばナノ粒子２１や蛍光体粒子１０等の固形分の濃度の調整により行う。

次に、このペースト状の混合液を金属基板等の基板８０上に塗布する。ペースト状の混合液の塗布は、例えば、バーコータを具備したアプリケータを用いた塗布、スクリーン印刷等の常圧環境下で行われる種々の公知の塗布方法が用いられる。

さらに、基板８０上のペースト状の混合液を乾燥させることにより固化させる。混合液が固化して形成される乾燥体は、複数個の蛍光体粒子１０と、ナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体からなり隣接する蛍光体粒子１０同士を固着させるバインダ層２０と、を備える波長変換体１Ａとなる。

混合液の乾燥は、例えばペースト状の混合液が塗布された基板８０を常温で放置しておくことや、加熱することにより行われる。加熱を行う場合の加熱温度は、例えば、１００℃である。

バインダ層２０は、ナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体からなり、ナノ粒子２１を含む混合液から水等の溶媒を除去するだけで作製することができ、ナノ粒子２１を焼成する必要がない。このように本実施形態の波長変換体１Ａは、高温での加熱を行わずに製造することができるため、生産性が高く、また高温加熱による蛍光体粒子１０の劣化が生じにくい。

＜第１の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の作用＞
波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａの作用を説明する。本実施形態の波長変換部材１００Ａを構成する波長変換体１Ａは、励起光が照射されることにより、波長変換体１Ａ中の蛍光体粒子１０が励起され二次光を放射する。なお、蛍光体粒子１０の表面には、ナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体からなるバインダ層２０が形成されている。しかし、ナノ粒子２１は励起光の透過性が高く、光を散乱させる効果が比較的小さい（散乱断面積が小さい）ため、励起光は、バインダ層２０を透過して蛍光体粒子１０に照射され、蛍光体粒子１０が励起され二次光を放射することができる。

波長変換部材１００Ａを構成する基板８０が光透過性の低い基板８０である場合、波長変換体１Ａで発生した二次光は波長変換体１Ａの表面側から放射される。また、波長変換部材１００Ａを構成する基板８０が光透過性の高い基板８０である場合、波長変換体１Ａで発生した二次光は波長変換体１Ａの表面側及び基板８０の表面側から放射される。

＜第１の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の効果＞
波長変換部材１００Ａを構成する波長変換体１Ａのバインダ層２０を構成するナノ粒子固着体は、耐熱性及び放熱性が高い無機材料であるナノ粒子が複数個固着したものである。このため、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは、励起光としてレーザー光源等のハイパワーな励起光を用いた場合でも耐熱性及び放熱性が高い。このようにバインダ層２０の放熱性が高いため、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは、励起光として、レーザー光源等のハイパワーな励起光を用いた場合でも、蛍光体粒子１０の高温化による温度消光が発生しにくい。
また、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは、ナノ空隙２７により、バインダ層２０の屈折率が低下している。このため、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａによれば、蛍光体粒子１０へ閉じ込められる光の成分の増加と、バインダ層２０からの光取出し効率を高める効果を発現しやすく、出力スポット径を狭化させやすい。この効果は波長変換体１Ａと基板の界面における可視光の反射成分量が比較的大きい場合、とくに顕著である。このように、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは光学特性に優れる。

また、波長変換体１Ａのバインダ層２０中に含まれる有機物質量はせいぜい不純物程度の量であり少ないため、レーザー光源等のハイパワーな励起光を用いた場合でも、有機物質の熱劣化に基づくバインダ層２０の変色やバインダ層２０の焦げが発生しにくい。このため、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは耐熱性が高い。

さらに、波長変換体１Ａのバインダ層２０は、ナノ粒子が複数個固着したナノ粒子固着体からなり、ナノ粒子２１を焼成する必要がない。このように、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは、高温での焼成を行わずにバインダ層２０を形成することができるため、生産性が高い。

また、第１の実施形態に１係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａは、高温での焼結を行わずにバインダ層２０を形成することができるため、蛍光体粒子１０として耐熱性が低い蛍光体を用いることができる。例えば、（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ蛍光体は、演色性に優れるものの高温環境下で酸化反応が生じるため、高温で焼結するバインダ層を有する従来の波長変換体及び波長変換部材では、蛍光体に酸化反応が生じて演色性が低下しやすい。これに対し、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａでは、高温での焼結を行わずにバインダ層２０を形成することができるため、このような蛍光体も蛍光体粒子１０として用いることができ、演色性を向上させることができる。

なお、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａでは、バインダ層２０を構成するナノ粒子２１と蛍光体粒子１０とに表面処理等がされていない態様を示した。しかし、第１の実施形態以外の波長変換体では、バインダ層２０を構成するナノ粒子２１、及び蛍光体粒子１０の少なくともいずれか一方に、波長変換体の放熱性を阻害しない限りにおいて表面処理を行ってもよい。この表面処理は、例えば、ナノ粒子固着体からなるバインダ層２０を構成するナノ粒子２１同士の密着性や、ナノ粒子固着体の緻密性を向上させるために、ナノ粒子２１の表面に行われる。また、上記表面処理は、例えば、バインダ層２０と蛍光体粒子１０との間の密着性や、波長変換体の緻密性を向上させるために、ナノ粒子２１及び蛍光体粒子１０の少なくとも一方の表面に行われる。
この場合、励起光のパワーが比較的弱い場合、好適に用いることができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材について説明する。図８は、第２の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。図８に示すように、波長変換部材１００Ｂは、基板８０と、この基板８０上に形成された波長変換体１Ｂと、を備える。

波長変換部材１００Ｂは、図２に示す第１の実施形態に係る波長変換部材１００Ａにおいて、波長変換体１Ａに代えて波長変換体１Ｂを用いたものである。また、波長変換体１Ｂは、図２に示す第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、蛍光体粒子囲繞領域４０の一部がバインダ内空孔４５を含まずに中実部４４を含む点で異なり、他の点は同じである。

このため、図８に示す波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂと、図２に示す第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａとで、同じ構成に同じ符号を付し、構成及び作用の説明を省略又は簡略化する。

図８に示すように、波長変換体１Ｂの蛍光体粒子囲繞領域４０のうち、蛍光体粒子囲繞領域４０Ｂａ及び４０Ｂｄはバインダ内空孔４５を含み、蛍光体粒子囲繞領域４０Ｂｂ及び４０Ｂｃは中実部４４を含む。ここで、中実部４４とは、蛍光体粒子囲繞領域４０内の部分のうち、バインダ内空孔４５を含まず実質的にバインダ層２０を構成するナノ粒子固着体のみからなる部分を意味する。なお、中実部４４は、バインダ内空孔４５よりも体積の小さい空隙である内部クラック４６を有していてもよい。

すなわち、図８に示す波長変換体１Ｂにおいて、バインダ層２０を介して固着された蛍光体粒子１０に囲まれた蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部は、バインダ層２０中の孔径０．３μｍ以上の空隙であるバインダ内空孔４５を含まないようになっている。

上記のように、バインダ内空孔４５は、波長変換体１Ｂ中の可視光の散乱に影響を及ぼす。例えば、可視光の散乱が発生しやすい孔径０．３μｍ〜２０μｍのバインダ内空孔４５がバインダ層２０中に少ないと、波長変換体１Ｂ中の可視光の散乱が少なくなる。この場合、波長変換体１Ｂ中の導波成分が減少しやすくなり、光取り出し効率を高めたり、出力スポット径を狭化させたりする効果があるため好ましい。

上記バインダ内空孔４５の含有量が少ないことによる波長変換体１Ｂの好ましい効果は、波長変換体１Ｂがバインダ内空孔４５を特定の割合で含むことにより発現する。上記バインダ内空孔４５の含有量が少ないことによる波長変換体１Ｂの好ましい効果は、例えば、波長変換体１Ｂがバインダ内空孔４５を３９体積％以下の割合で含むことにより発現する。

図９は、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂを図８のＢ−Ｂ線にほぼ沿って破断した場合の破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。図９に示されるように、波長変換体１Ｂの蛍光体粒子囲繞領域４０の破断面には、バインダ内空孔４５を含まない中実部４４が形成されている。すなわち、図９に示される破断面では、波長変換体１Ｂの蛍光体粒子囲繞領域４０は高充填構造になっている。

図９に示されるように、中実部４４は、溝状の空隙である内部クラック４６を有する。ここで、内部クラック４６とは、バインダ層２０中に形成された、長さ１０μｍ以上、溝幅２μｍ以下、の溝状の空隙を意味する。内部クラック４６の長さや溝幅は、例えば図９でも確認できるように破断面の顕微鏡観察で確認することができる。内部クラック４６のアスペクト比（短径：長さ）は、通常１：１０を超え１：１０００以下である。なお、内部クラック４６とバインダ内空孔４５とは、アスペクト比（短径：長さ）の数値範囲が異なるため、区別が可能である。

内部クラック４６は、意図的に形成したものでなく、通常、波長変換体１Ｂの製造において、波長変換体１Ｂの原料を加熱乾燥させる際の前記原料の熱膨張、収縮により発生すると考えられる。このため、波長変換体１Ｂでは、製造条件を最適化することにより、中実部４４への内部クラック４６の生成を抑制することが可能であると考えられ、この内部クラック４６の生成の抑制により、膜の強度が改善すると考えられる。

後述のように、内部クラック４６は、その形状や大きさ、存在頻度に鑑みると、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂに、本発明で得られる光学的な効果を打ち消すほどの悪影響を与えることはないと考えられる。このため、内部クラック４６は、本発明のバインダ内空孔４５とは明確に区別されるものである。

＜第２の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の作用＞
波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂの作用は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａと同様の作用を示す。

また、波長変換体１Ｂは、蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部がバインダ内空孔４５を含まないようになっている。このため、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａに比較して、波長変換体１Ｂの励起光の導波成分をより減少させる作用を有する。

なお、内部クラック４６は、その形状及び大きさに鑑みると、可視光を散乱させる作用は小さく、可視光を透過・反射する作用が大きいと考えられる。このため、内部クラック４６が存在しても、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂに本発明で得られる光学的な効果を打ち消すほどの悪影響を与えることはないと考えられる。

＜第２の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の効果＞
波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂの効果は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａと同様の効果を奏する。

また、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂは、蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部がバインダ内空孔４５を含まないようになっている。このため、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂによれば、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａよりも、バインダ層２０と比較的熱膨張係数の高い基板８０との密着性が向上する効果を奏する。

また、蛍光体粒子囲繞領域４０の少なくとも一部がバインダ内空孔４５を含まないため、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂは、波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａよりも、導波成分が減少する効果を奏する。このため、波長変換体１Ｂ及び波長変換部材１００Ｂによれば、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａに比較して、光取り出し効率を高めたり、出力スポット径を狭化させたりしやすいため、より優れた光学特性を有する。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。図１０に示すように、波長変換部材１００Ｃは、基板８０と、この基板８０上に形成された波長変換体１Ｃと、を備える。

波長変換部材１００Ｃは、図２に示す第１の実施形態に係る波長変換部材１００Ａにおいて、波長変換体１Ａに代えて波長変換体１Ｃを用いたものである。また、波長変換体１Ｃは、図２に示す第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、バインダ層２０が高放熱部５０をさらに含む点で異なり、他の点は同じである。

このため、図１０に示す波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃと、図２に示す第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａとで、同じ構成に同じ符号を付し、構成及び作用の説明を省略又は簡略化する。

図１０に示すように、波長変換体１Ｃでは、隣接するバインダ層２０間に高放熱部５０がさらに含まれる。ここで、高放熱部５０とは、２５℃での熱伝導率がナノ粒子２１よりも高い材質からなりかつ粒径１μｍ以上である部分を意味する。バインダ層２０が、２５℃での熱伝導率がナノ粒子２１よりも高い材質からなる高放熱部５０を含むと、波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃの放熱性が高くなり、温度消光による効率低下を抑制することができる。

高放熱部５０は、２５℃での熱伝導率が、通常１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは３５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、より好ましくは５０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。高放熱部５０の２５℃での熱伝導率が、上記範囲内にあると、波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃの放熱性が十分に高くなり、温度消光による効率低下を効果的に抑制することができる。なお、高放熱部５０が熱伝導率の異方性を有する場合は、高放熱部５０のうち熱伝導率の最も高い方位の熱伝導率が上記範囲内にあると、波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃの放熱性が十分に高くなるため好ましい。

高放熱部５０の形状は特に限定されないが、例えば、粒状、鱗片状等とすることができる。蛍光体粒子１０が、蛍光体粒子１０のガーネット構造に由来する形状を有する蛍光体粒子１０を含む場合、高放熱部５０の形状が鱗片状であると、波長変換体１Ｃの粒子パッキング密度を高くすることができるため好ましい。

図１０に示すように、高放熱部５０は、隣接するバインダ層２０間に含まれる。すなわち、高放熱部５０の表面は、蛍光体粒子１０に接触せずに、バインダ層２０に接触するようになっている。このように、高放熱部５０が、一方の蛍光体粒子１０の表面に形成されたバインダ層２０と、他方の蛍光体粒子１０の表面に形成されたバインダ層２０と、の間に介在すると、バインダ層２０間の熱伝導が向上するため好ましい。

高放熱部５０の材質としては、例えば、窒化ホウ素、酸化アルミニウム等が用いられる。このうち、窒化ホウ素は、２５℃での熱伝導率が高いため好ましい。

図１１は、図１０に示す第３の実施形態に係る波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材における、高放熱部５０を含む破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。図１１に示されるように、高放熱部５０は、一方の蛍光体粒子１０の表面に形成されたバインダ層２０と、他方の蛍光体粒子１０の表面に形成されたバインダ層２０と、の間に介在している。

＜第３の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の作用＞
波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃの作用は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａと同様の作用を示す。

また、波長変換体１Ｃは、２５℃での熱伝導率がナノ粒子２１よりも高い材質からなる高放熱部５０を含む。このため、波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａに比較して、放熱性がより高く、温度消光による効率低下をより抑制することができる。

＜第３の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の効果＞
波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃの効果は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａと同様の効果を奏する。

また、波長変換体１Ｃ及び波長変換部材１００Ｃは、隣接するバインダ層２０間に高放熱部５０がさらに含まれるため、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａよりも放熱性が高く、温度消光による効率低下をより抑制することができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材について説明する。図１２は、第４の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の断面の概略図である。

図１２に示すように、波長変換部材１００Ｄ（１００）は、基板８０と、この基板８０上に形成された波長変換体１Ｄ（１）と、を備える。波長変換部材１００Ｄは、１個の基板８０の表面上に１個の波長変換体１Ｄが設けられる。１個の基板８０の表面上に１個の波長変換体１Ｄが設けられると、波長変換部材１００Ｄの製造が容易である。

第４の実施形態に係る波長変換部材１００Ｄ（１００）は、第１の実施形態に係る波長変換部材１００Ａにおいて、波長変換体１Ａを波長変換体１Ｄに代えたものである。基板８０は、第１の実施形態に係る波長変換部材１００Ａと同様のものが用いられる。

図１２に示すように、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄ（１）は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様に、基板８０と反対側の表面に平面状出射面２を有する。しかし、波長変換体１Ｄ（１）は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと異なり、平面状出射面２が凹凸面３と平坦面４とを有する。ここで、平坦面４とは、凹凸面３よりも凹凸が少ない面であり、具体的にはＲａ≦０．１５μｍかつＲｚ≦０．３μｍを満たす面を意味する。すなわち、平面状出射面２の少なくとも一部はＲａ≦０．１５μｍかつＲｚ≦０．３μｍを満たす平坦面４になっている。なお、図１２では、説明の都合上、凹凸面３を実際より強調して示している。

図１３は、第４の実施形態に係る、波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材の模式的な断面図である。図１３は、図１２に示す波長変換体１Ｄ（１）の断面をより詳細に示したものである。

図１２及び１３に示すように、波長変換体１Ｄは、図１及び２に示す第１の実施形態に係る波長変換体１Ａにおいて、平面状出射面２が凹凸面３と平坦面４とを有するものに相当する。平坦面４は、図１３に示すように、例えば、平面状出射面２を形成するバインダ層２０の表面の少なくとも一部が平坦になることにより得られる。

バインダ層２０は、ナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体２３からなる。このバインダ層２０は、例えば、波長変換体１Ｄの製造時に、蛍光体粒子１０間に充填されたナノ粒子２１が加熱乾燥処理等により固着してナノ粒子固着体２３を形成することにより得られる。このため、図１３に示す平坦面４は、例えば、流動性の高いナノ粒子２１を用いて基板８０とバインダ層２０との界面が平坦面になるように密着した波長変換体を作製し、この波長変換体を基板８０から剥離した場合の剥離面に形成される。また、剥離した波長変換体の表裏面を反転し、剥離面を含む表面が新たな平面状出射面２となるように波長変換体と基板８０とを再固着すると、平坦面４を含む平面状出射面２を有する波長変換体１Ｄを備えた波長変換部材１００Ｄが得られる。

平坦面４は、平面状出射面２の面積に対する占有率が、好ましくは３６％以上６５．５％以下である。平坦面４の占有率が上記範囲内にあると励起光の吸収効率を高めやすい。このため、平坦面４の占有率が上記範囲内にある波長変換体１Ｄ及びこの波長変換体１Ｄを備えた波長変換部材１００Ｄは、プロジェクタ等の用途に有用である。

また、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄは、平面状出射面２側の表面にＡＲコーティング等の公知の反射防止コーティング処理を行ってもよい。波長変換体１Ｄの平面状出射面２側の表面に反射防止コーティング処理を行うと、励起光の吸収効率及び光取出し効率を高めやすい。

さらに、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄは、平面状出射面２側の表面に、図示しないが、溝状の空隙である表面クラックが形成されていてもよい。ここで、表面クラックとは、例えば幅１０μｍ以上かつ深さ１μｍ以上の溝である。

なお、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂでは、内部クラック４６は、波長変換体１Ｂの内部の中実部４４に形成される。これに対し、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄでは、表面クラックは、平面状出射面２側の表面に形成される。このように、表面クラックと内部クラック４６とは、形成される場所が異なるため、区別が可能である。

第４の実施形態の表面クラックは、意図的に形成したものでなく、第２の実施形態の内部クラック４６と同様に、通常、波長変換体１Ｄの製造において、波長変換体１Ｄの原料を加熱乾燥させる際の前記原料の熱膨張、収縮により発生すると考えられる。このため、波長変換体１Ｄでは、製造条件を最適化することにより、表面クラックの生成を抑制することが可能であると考えられる。

なお、表面クラックは、その形状、大きさや、ピッチ等の存在頻度に鑑みると、可視光を散乱させる作用は小さく、可視光を透過・反射する作用が大きいと考えられる。このため、表面クラックが存在しても、波長変換体１Ｄ及び波長変換部材１００Ｄに本発明で得られる光学的な効果を打ち消すほどの悪影響を与えることはないと考えられる。

図１４は、図１３に示す断面の平面状出射面２を示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。図１４に示すように、波長変換体１Ｄの平面状出射面２には、平坦面４が形成される。

＜第４の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の作用＞
波長変換体１Ｄ及び波長変換部材１００Ｄの作用は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａと同様の作用を示す。

また、波長変換体１Ｄ及び波長変換部材１００Ｄは、平面状出射面２が平坦面４を有するため、励起光の吸収効率を高めやすい。

＜第４の実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材の効果＞
波長変換体１Ｄ及び波長変換部材１００Ｄの効果は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ及び波長変換部材１００Ａと同様の効果を奏する。

また、波長変換体１Ｄ及び波長変換部材１００Ｄは、平面状出射面２が平坦面４を有するため、励起光の吸収効率を高めやすい。このため、波長変換体１Ｄを備えた波長変換部材１００Ｄは、プロジェクタ等の用途に有用である。

［変形例］
波長変換体の変形例として、上記第１〜第４の実施形態に係る波長変換体１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄのそれぞれの特徴を組み合わせた構造の波長変換体を用いることができる。この変形例の作用・効果は、それぞれの波長変換体の特徴に基づく作用・効果の組み合わせとなる。

また、波長変換部材の変形例として、上記第１〜第４の実施形態に係る波長変換部材１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ及び１００Ｄのそれぞれの特徴を組み合わせた構造の波長変換部材を用いることができる。この変形例の作用・効果は、それぞれの波長変換部材の特徴に基づく作用・効果の組み合わせとなる。

上記第１〜第４の実施形態に係る波長変換部材１００（１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ及び１００Ｄ）では、１個の基板８０の表面上に、１個の波長変換体１（１Ａ、１Ｂ、１Ｃ及び１Ｄ）が設けられる例を示した。しかし、波長変換部材１００の変形例として、１個の基板８０の表面上に２個以上の波長変換体１が設けられた構造の波長変換部材を用いることができる。この変形例によれば、１個の基板８０の表面上に波長変換特性の異なる波長変換体１を複数個形成することができる。

［発光装置］
上記第１〜第４の実施形態に係る波長変換体又は波長変換部材と、波長変換体に適切な励起光を照射する励起源とを用いると、白色光を得る発光装置が得られる。励起源としては、公知のものを用いることができる。

以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。

［実施例１］
(混合溶液の調製)
はじめに、蛍光体粒子として、平均粒径Ｄ_５０が約２０．５μｍのＹＡＧ粒子（株式会社ネモト・ルミマテリアルズ製ＹＡＧ４６２Ｅ２０５)を用意した。また、ナノ粒子として、平均粒径Ｄ_５０が約２０ｎｍの酸化アルミニウムのナノ粒子が分散された水溶液（ＣＩＫナノテック株式会社製ＡＬＷ１０ＷＴ−Ｇ０)を用意した。次に、上記ナノ粒子が分散された水溶液に上記ＹＡＧ粒子を添加、混練して、ナノ粒子混合溶液（ナノ粒子混合溶液Ｎｏ．１）を作製した。

(ナノ粒子混合溶液の塗布)
アルミニウムからなる金属基板上にテープを貼付して段差を形成し、段差で囲われた部分にナノ粒子混合溶液を滴下し、バーコータを具備したアプリケータを用いてナノ粒子混合溶液Ｎｏ．１を塗布した。

(波長変換体の形成)
ナノ粒子混合溶液Ｎｏ．１が塗布された金属基板を常温で乾燥したところ、金属基板上に膜厚１００μmの乾燥体が得られた。この乾燥体は、ＹＡＧ粒子と、酸化アルミニウムのナノ粒子が複数個固着したナノ粒子固着体からなり隣接するＹＡＧ粒子同士をナノ粒子固着体で固着するバインダ層と、を有する波長変換体（波長変換体Ｎｏ．１）になっていた。これにより、金属基板上に厚さ１００μmの膜状の波長変換体Ｎｏ．１が形成された波長変換部材（波長変換部材Ｎｏ．１）が得られた。

(評価)
＜顕微鏡観察＞
波長変換体Ｎｏ．１の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察した。図４は、実施例１に係る波長変換体Ｎｏ．１の破断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。図５は、図４の部分Ｂの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の一例である。図６は、実施例１に係る波長変換体Ｎｏ．１の原料である蛍光体粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。

図４に示すように、ＹＡＧ粒子（蛍光体粒子）１０の表面及びＹＡＧ粒子１０間にはバインダ層２０が形成され、隣接するＹＡＧ粒子１０同士がバインダ層２０で固着されることにより、波長変換体１（波長変換体Ｎｏ．１）が形成されている。バインダ層２０は、酸化アルミニウムのナノ粒子が複数個固着したナノ粒子固着体からなる。

バインダ層２０が形成されていないＹＡＧ粒子１０のＳＥＭ写真を図６に示す。図６は、ナノ粒子が分散された水溶液と混合するために用いたＹＡＧ粒子である。図６に示すように、バインダ層２０が形成されていないＹＡＧ粒子１０では、隣接するＹＡＧ粒子１０間に空隙１５が形成されており、隣接するＹＡＧ粒子１０同士は固着されていない。

図４に示すように、波長変換体１（波長変換体Ｎｏ．１）では、図６に示す個々のＹＡＧ粒子１０の表面が酸化アルミニウムのナノ粒子固着体からなるバインダ層２０で被覆されるとともに、ＹＡＧ粒子１０間に上記バインダ層２０が介在する。ただし、隣接するＹＡＧ粒子１０間はバインダ層２０で隙間なく充填されるものでなく、バインダ層２０の一部に空隙２５が形成されている。

図５は、図４のバインダ層２０の部分Ｂの透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）写真の一例である。図５は、図４の部分Ｂを拡大して観察したものである。図５に示すように、バインダ層２０は、酸化アルミニウムのナノ粒子２１が複数個固着したナノ粒子固着体からなっている。また、図５より、ナノ粒子固着体からなるバインダ層２０には直径が１５ｎｍ、５ｎｍ程度のナノ空隙２７が形成されていることが分かる。これらのナノ空隙２７は、ナノ粒子２１が複数個固着してナノ粒子固着体からなるバインダ層２０を形成した際にナノ粒子２１間に残存した空隙と考えられる。

＜バインダ層のナノ空隙評価＞
波長変換体Ｎｏ．１のナノ空隙２７の孔径を測定した。ナノ空隙２７の孔径は、カンタクローム社製のオートソーブ(登録商標)−３を用いた窒素吸着法により測定した。結果を図７に示す。図７より、波長変換体Ｎｏ．１の内部に孔径１００Å（１０ｎｍ）程度のナノ空隙２７が存在することが分かった。

＜波長変換体へのレーザー光照射試験＞
波長変換部材Ｎｏ．１を金属製のヒートシンクに貼り付けた。そして、中心波長λが４５０ｎｍのレーザー光を波長変換体Ｎｏ．１の表面側から照射したときの、波長変換体の表面の温度をサーモビューワで測定した。レーザー光源のパワーは３．５Ｗ、レーザー光の入射角度は４５°、レーザー光の照射時間は６０秒間とした。表１に、波長変換体の表面の温度の測定結果を示す。

［実施例２］
ナノ粒子混合溶液Ｎｏ．１に代えて、酸化アルミニウムのナノ粒子固形分濃度が実施例１のナノ粒子混合溶液の１．３倍であるナノ粒子混合溶液（ナノ粒子混合溶液Ｎｏ．２を用いた以外は、実施例１と同様にして、波長変換部材（波長変換部材Ｎｏ．２）を得た。

［実施例３］
実施例１で得られたナノ粒子混合溶液Ｎｏ．１に、平均粒径Ｄ_５０が約１０μｍの窒化ホウ素粒子（昭和電工株式会社製ショウビーエヌ）をＹＡＧ粒子１００質量部に対して５質量部添加し、混練してナノ粒子混合溶液Ｎｏ．３を得た。ナノ粒子混合溶液Ｎｏ．１に代えて、ナノ粒子混合溶液Ｎｏ．３を用いた以外は、実施例１と同様にして、波長変換部材（波長変換部材Ｎｏ．３）を得た。

［実施例４］
実施例１で得られた波長変換部材ＮＯ．１の金属基板に工具で曲げ応力を加えることにより、金属基板と波長変換体Ｎｏ．１とを意図的に剥離させた。剥離した波長変換体Ｎｏ．１の表裏面を反転し、剥離面が、金属基板と反対側の新たな表面（平面状出射面）になるように波長変換体Ｎｏ．１と金属基板とを再固着した。これにより、金属基板と波長変換体Ｎｏ．４を含む波長変換部材（波長変換部材Ｎｏ．４）が得られた。

得られた波長変換部材Ｎｏ．４について、波長変換体Ｎｏ．４の表面形状を分析した。

＜表面形状分析＞
波長変換体Ｎｏ．４の表面を、触針式段差計（ブルカー社製ＤＥＫＴＡＫ）により、２ｍｍのスキャン距離を１０回測定した。これにより、波長変換体Ｎｏ．４の表面に、Ｒａ≦０．１５μｍかつＲｚ≦０．３μｍである平坦面と、溝幅１０ｍｍ以上かつ深さ１ｍｍ以上である凹部の２つの領域が存在していることが分かった。なお、Ｒａは２ｍｍスキャンを１０回実施し、１軸データのうち平坦面が占める割合の１０回分の測定値の平均値とした。

［比較例１］
ナノ粒子混合溶液に代えてシリコーン樹脂（信越化学工業株式会社製二液型ＲＴＶシリコーンゴムＫＥ１０６)を用いた以外は、実施例１と同様にして、金属基板上に厚さ１００μmの膜状の波長変換体が形成された波長変換部材を得た。この波長変換部材の波長変換体は、ＹＡＧ粒子と、シリコーン樹脂からなり隣接するＹＡＧ粒子同士をシリコーン樹脂で接着するバインダ層と、を有するものになっていた。

得られた波長変換体を用い、実施例１と同様にして、レーザー光照射試験を行った。なお、レーザー光照射試験では、試験の最中にバインダ層が燃焼した。結果を表１に示す。表１より、実施例１の波長変換体は、比較例１の波長変換体に比較して耐熱性及び放熱性が高いことが分かった。

［実施例５］＜ＺｎＯゾルゲル溶液とＺｎＯナノ粒子とを含む混合液を用いた波長変換体の作製＞
（混合液の調製）
はじめに、平均粒径Ｄ_５０が約２０μｍのＹＡＧ蛍光体粉末を用意した。なお、ＹＡＧ蛍光体粉体はオーソドックスな固相反応によって合成されたものである。また、酢酸亜鉛２水和物をメタノールに分散させることで酢酸亜鉛が１０質量％含まれるゾルゲル溶液を得た。その後、ＹＡＧ蛍光体粉末１．０ｇと、ゾルゲル溶液０．５ｇと、平均粒径２０ｎｍの酸化亜鉛ナノ粒子が３０質量％分散された懸濁液０．５ｇと、を混合して混合液（混合液Ｎｏ．５）を得た。
(無機波長変換体の作製)
アルミニウム合金からなる、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金属基板を複数枚連続的に並べ、各金属基板の周囲にカプトンテープ（厚さ０．１ｍｍ）を貼付し、段差を設けた。各金属基板の段差で囲まれた部分に、混合液Ｎｏ．５を滴下して波長変換体を作製した。具体的には、段差で囲まれた部分に、アプリケータを用いてバーコートにより混合液Ｎｏ．５を塗布し、ホットプレートにより１００℃、1時間で溶媒を乾燥させた後、乾燥炉を用い３５０℃で５時間加熱した。これにより、金属基板上に無機波長変換体（波長変換体Ｎｏ．５）が形成された波長変換部材（波長変換部材Ｎｏ．５）が得られた。波長変換体Ｎｏ．５の厚さは、カプトンテープの厚みと同一であった。蛍光体粒子１０間を繋ぐバインダ層を構成するナノ粒子の平均粒径は１０〜２０ｎｍであった。

得られた波長変換部材Ｎｏ．５を構成する波長変換体Ｎｏ．５について、実施例１と同様にして、波長変換体Ｎｏ．５の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。波長変換体Ｎｏ．５の破断面には、図９に示されるような内部クラック４６が少数観察された。

［実施例６］＜ナノ粒子を含まないＺｎＯゾルゲル溶液を用いた波長変換体の作製＞
（混合液の調製）
はじめに、平均粒径Ｄ５０が約２０μｍのＹＡＧ蛍光体粉末を用意した。なお、ＹＡＧ蛍光体粉体はオーソドックスな固相反応によって合成されたものである。また、酢酸亜鉛２水和物をメタノールに分散させることで酢酸亜鉛が１０質量％含まれるゾルゲル溶液を得た。その後、上記ＹＡＧ蛍光体粉末１．０ｇと上記ゾルゲル溶液０．５ｇとを混合して混合液（混合液Ｎｏ．６）を得た。
(無機波長変換体の作製)
アルミニウム合金からなる、縦２０ｍｍ、横２０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの金属基板を複数枚連続的に並べ、各金属基板の周囲にカプトンテープ（厚さ０．１ｍｍ）を貼付し、段差を設けた。各金属基板の段差で囲まれた部分に、混合液Ｎｏ．６を滴下して波長変換体を作製した。具体的には、段差で囲まれた部分に、アプリケータを用いてバーコートにより混合液Ｎｏ．６を塗布し、ホットプレートにより１００℃、1時間で溶媒を乾燥させた後、乾燥炉を用い３５０℃で５時間加熱した。これにより、金属基板上に無機波長変換体（波長変換体Ｎｏ．６）が形成された波長変換部材（波長変換部材Ｎｏ．６）が得られた。波長変換体Ｎｏ．６の厚さは、カプトンテープの厚みと同一であった。蛍光体粒子１０間を繋ぐバインダ層を構成するナノ粒子の平均粒径は１０ｎｍ未満であった。

得られた波長変換部材Ｎｏ．６を構成する波長変換体Ｎｏ．６について、実施例１と同様にして、波長変換体Ｎｏ．６の破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。波長変換体Ｎｏ．６の破断面には、図９に示されるような内部クラック４６が多数観察された。

(実施例５と実施例６との比較)
ＳＥＭ観察により、実施例５の波長変換体Ｎｏ．５は、実施例６の波長変換体Ｎｏ．６に比較して、内部クラックの発生量が少ないことが分かった。なお、蛍光体粒子１０間を繋ぐバインダ層を構成するナノ粒子の粒径は、実施例６の波長変換体Ｎｏ．６のほうが実施例５の波長変換体Ｎｏ．５よりも小さい。このため、蛍光体粒子１０間を繋ぐバインダ層を構成する粒子の大きさが小さすぎると、内部クラックが多く発生すると考えられる。
内部クラックは、原料である混合液から波長変換体を作製するときの乾燥や焼成時に生じる内部応力により生成すると考えられる。このため、バインダ層を構成するナノ粒子の粒径が小さすぎると蛍光体粒子１０間の空隙量が低下して、内部クラックの発生が増加すると考えられる。
上記のように、蛍光体間を保持するバインダ層を構成するナノ粒子の粒径を平均粒径１０ｎｍ以上とすることにより、内部クラックの発生が抑制されることが分かった。

特願２０１５−２４２０２０号（出願日：２０１５年１２月１１日）の全内容は、ここに援用される。

以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。

本発明の波長変換体、波長変換部材及び発光装置は、ハイパワーの励起光が照射された場合でも耐熱性及び放熱性に優れ、かつ生産性に優れる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ 波長変換体
２ 平面状出射面
３ 凹凸面
４ 平坦面
１０ 蛍光体粒子（ＹＡＧ粒子）
１５ 空隙
２０ バインダ層
２１ ナノ粒子
２３ ナノ粒子固着体
２５ 空隙
２７ ナノ空隙（微小空隙）
３０ ナノ粒子被覆蛍光体粒子
４０ 蛍光体粒子囲繞領域
４４ 中実部
４５ バインダ内空孔
４６ クラック
５０ 高放熱部
８０ 基板
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ、１００Ｄ 波長変換部材

Claims (11)

1. 複数個の蛍光体粒子と、
   平均粒径Ｄ_５０が１０ｎｍ以上５０ｎｍ未満のナノ粒子が複数個分子間力で固着したナノ粒子固着体からなり、隣接する前記蛍光体粒子同士を固着させるバインダ層と、
   を備え、
   前記波長変換体は表面に平面状出射面を有し、この平面状出射面の少なくとも一部はＲａ≦０．１５μｍかつＲｚ≦０．３μｍを満たす平坦面になっており、
   前記平坦面は、前記平面状出射面の面積に対する占有率が３６％以上６５．５％以下であることを特徴とする波長変換体。
2. 前記蛍光体粒子は、大気中１２００℃以上での蛍光体粒子の焼成後の輝度を大気中１２００℃以上での蛍光体粒子の焼成前の輝度で除して得られる輝度維持率が８０％以下の蛍光体粒子を含むことを特徴とする請求項１に記載の波長変換体。
3. 前記バインダ層は、内部に孔径０．３μｍ未満の空隙であるナノ空隙を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の波長変換体。
4. 前記バインダ層を介して固着された前記蛍光体粒子に囲まれた蛍光体粒子囲繞領域の少なくとも一部は、前記バインダ層中の孔径０．３μｍ以上の空隙であるバインダ内空孔を含まないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換体。
5. 前記バインダ内空孔を３９体積％以下の割合で含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の波長変換体。
6. 隣接する前記バインダ層間に、２５℃での熱伝導率が前記ナノ粒子よりも高い材質からなりかつ粒径１μｍ以上である高放熱部がさらに含まれることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換体。
7. 前記高放熱部は、２５℃での熱伝導率が１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする請求項６に記載の波長変換体。
8. 前記高放熱部は、一方の前記蛍光体粒子の表面に形成されたバインダ層と、他方の前記蛍光体粒子の表面に形成されたバインダ層と、の間に介在することを特徴とする請求項６又は７に記載の波長変換体。
9. 基板と、
   この基板上に形成された請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換体と、を備えることを特徴とする波長変換部材。
10. １個の前記基板の表面上に１個の前記波長変換体が設けられることを特徴とする請求項９に記載の波長変換部材。
11. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換体、又は請求項９もしくは１０に記載の波長変換部材を用いて白色光を得ることを特徴とする発光装置。