JP6883790B2 - 波長変換体 - Google Patents

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Description

本開示は、フォトルミネッセンスを利用する波長変換体に関する。
従来、フォトルミネッセンスを利用する光学変換層として、励起光の照射により発光する複数個の光学変換無機粒子と、これら複数個の光学変換無機粒子を保持するバインダー部と、から構成されるものが知られている。光学変換層は、通常、基材の上に形成されることにより、基材と光学変換層とを含む、波長変換体が得られる。励起光としては、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザー（ＬＤ）を励起光源とする励起光が用いられている。このうち、半導体レーザーは、励起光のパワー密度が高いため、光出力の向上が望まれる場合に好適である。
半導体レーザー等から照射されるパワー密度の高い励起光を用いる場合、励起光のうち蛍光に変換されない成分が、光学変換無機粒子の温度を上昇させ、光学変換無機粒子の発光特性を低下させる（温度消光）ことがある。このため、光学変換無機粒子を保持するバインダー部には、熱伝導性の高いことが望まれている。熱伝導性の高いバインダーとしては窒化アルミニウム（ＡｌＮ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）が知られている。
一方、光学変換層には、光学変換層からの光取り出し効率を高くすることも望まれている。光学変換層からの光取り出し効率を高くするためには、バインダー部の屈折率が小さく、光学変換無機粒子の屈折率が大きいことが好ましい。さらに、パワー密度の高い励起光は、対象物の劣化防止や視認者の健康保持の観点から、光学変換層からの放射量が少ないことが好ましい。このため、光学変換層中の光学変換無機粒子は、励起光の放射を抑制するべく、光散乱が大きいことが好ましい。
上記バインダーのうち、窒化アルミニウムは、屈折率が１．９〜２．２程度と大きく、光取り出し効率が低いするため、好ましくない。一方、酸化亜鉛は、屈折率が１．９〜２．０程度と小さい。しかし、従来技術では、酸化亜鉛の熱伝導性を向上させるために、無機材料粒子の平均粒子径を１μｍ以上にする必要があり、このような酸化亜鉛では光散乱が小さいという課題があった。
なお、特許文献１には、発光体において発生した熱を効率よく放熱する発光装置が開示されている。具体的には、特許文献１には、光学変換無機粒子を含む発光体とサファイア等からなる熱伝導部材との間に熱を伝導させる間隙層が設けられ、この間隙層が無機ガラス等の無機非晶質材料を含む発光装置が開示されている。
国際公開第２０１２／１２１３４３号
しかしながら、特許文献１では、熱伝導部材と発光部とを間隙層で接着させる際に、２００℃〜７００℃程度に加熱するため、光学変換無機粒子や熱伝導部材が熱で劣化しやすいという課題があった。例えば、熱伝導部材が金属基材である場合には、上記加熱処理で金属基材が劣化しやすい。このように、従来、熱伝導性が高く、光散乱が大きい波長変換体は知られていなかった。
本開示は、上記課題に鑑みてなされたものである。本開示は、熱伝導性が高く、光散乱が大きい波長変換体を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本開示の態様に係る波長変換体は、基材部と、光学変換無機粒子と、前記光学変換無機粒子同士を保持するバインダー部とを含み、前記基材部上に形成された光学変換層と、を備え、前記基材部と前記バインダー部とは接着し、前記バインダー部は、平均粒子径１μｍ以下の無機材料粒子同士が結着してなる無機多結晶体を主成分として含み、熱伝導率が２ｗ／ｍＫ以上である。
第１の実施形態及び実施例１に係る波長変換体１Ａ、並びに比較例１に係る波長変換体１００の模式的な断面図である。 第１の実施形態及び実施例１に係る波長変換体１Ａのバインダー部（酸化亜鉛ペレット）５０Ａの破断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。 バインダー部を構成する無機多結晶体の、無機材料粒子の粒子径（平均粒子径）と熱伝導率との関係を示すグラフである。 第２の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。 第３の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。 第４の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。 第５の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。 第６の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。 実施例１のバインダー部５０Ａを構成する無機多結晶体５２と、比較例１のバインダー部１５０を構成する無機多結晶体１５２と、の原料粉末である、酸化亜鉛粉末２５０を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。 比較例１の波長変換体１００のバインダー部（酸化亜鉛ペレット）１５０の破断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。
以下、本実施形態に係る波長変換体について図面を参照して説明する。
［波長変換体］
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態及び実施例１に係る波長変換体１Ａ、並びに比較例１に係る波長変換体１００の模式的な断面図である。なお、第１の実施形態に係る波長変換体と、後述の実施例１に係る波長変換体とは、構成が同様であるため、共に波長変換体１Ａとして示す。また、後述の比較例１に係る波長変換体１００と、第１の実施形態及び実施例１に係る波長変換体１Ａとは、バインダー部５０、１５０の微視的構造以外は同様であるため、比較例１に係る波長変換体１００も併せて図１に示す。
図１に示すように、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａは、基材部１０Ａ（１０）と、基材部１０Ａ上に形成された光学変換層３０Ａ（３０）と、を備える。
＜基材部＞
基材部１０Ａは、基材本体１１のみからなる。このため、基材部１０Ａは、基材本体１１と同一である。なお、波長変換体１Ａ以外の実施形態に係る波長変換体では、基材部１０を、基材本体１１に加えて光反射膜１２や保護膜１３を有する構成としてもよい。このような構成の基材部１０を備える波長変換体１については、後述の実施形態において説明する。
基材本体１１とは、基材部１０Ａの表面に形成された光学変換層３０Ａを補強するとともに、材質及び厚みの選択により、光学変換層３０Ａに対して好適な光学的特性、熱的特性を付与する機能を有する部材である。
基材本体１１の材質としては、例えば、透光性を有しない金属や、ガラス及びサファイア等の透光性を有するセラミックスが用いられる。金属としては、例えば、アルミニウム、銅等が用いられる。金属からなる基材本体１１は光反射性に優れるため好ましい。また、セラミックスからなる基材本体１１は透光性に優れるため好ましい。
基材本体１１の材質が金属である場合は、放熱性を高めやすいため好ましい。すなわち、基材本体１１の材質が金属であると、基材本体１１の熱伝導率が高くなるため、光学変換層３０Ａにおいて、励起光が蛍光７０に変換される過程等で生じる熱を効率的に除去可能となる。このため、基材本体１１の材質が金属であると、光学変換無機粒子４０の温度消光や、バインダー部５０Ａの劣化や焦げを抑制しやすいため好ましい。基材部１０Ａは基材本体１１のみからなるため、基材本体１１の材質が金属であることは、基材部１０Ａが金属からなることに等しい。このため、基材部１０Ａが金属からなると、光学変換無機粒子４０の温度消光や、バインダー部５０Ａの劣化や焦げを抑制しやすいため好ましい。
一方、基材本体１１の材質が透光性を有するセラミックス等の透光性を有するものである場合、基材本体１１からなる基材部１０Ａを介して光学変換層３０Ａ中の光学変換無機粒子４０に光を照射することが可能になる。ここで、透光性を有するとは、材質が可視光（波長３８０ｎｍ〜８００ｎｍ）に対して透明であることを意味する。また、透明とは、本実施形態において、材質における光の透過率が好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上であることを意味する。また、基材本体１１に用いられる材質による可視光の吸光係数が極力低い場合は、基材本体１１を介して光学変換層３０Ａ中の光学変換無機粒子４０に十分に光を照射することが可能であるため好ましい。このように、基材本体１１が透光性を有する材質からなる場合は、小型のシステムを構築しやすくなるため好ましい。すなわち、基材部１０Ａが透光性を有すると、小型のシステムを構築しやすくなるため好ましい。
ところで、上記金属は、通常、上記セラミックスに比較して耐熱性が低い。このため、基材部１０Ａ、すなわち基材本体１１が金属からなる場合は、表面に光学変換層３０Ａが設けられる際に、高温で加熱されないことが好ましい。波長変換体１Ａの光学変換層３０Ａは、後述のように低温で焼結可能な希酸プレス無機焼結体からなる無機多結晶体５２を主成分として含み、比較的低温で形成可能である。このため、波長変換体１Ａによれば、基材部１０Ａが金属からなる場合に好ましい。
基材部１０Ａは、光学変換層３０Ａ側の表面の反射率が９０％以上であると、光学変換層３０Ａの表面からの光の取り出し効率が高くなるため、好ましい。基材部１０Ａの光学変換層３０Ａ側Ａの表面の反射率を９０％以上にするためには、例えば、金属からなる基材部１０を用いる方法が挙げられる。
＜光学変換層＞
光学変換層３０Ａは、光学変換無機粒子４１（４０）と、光学変換無機粒子４０同士を保持するバインダー部５０Ａ（５０）とを含み、基材部１０Ａ上に形成される。光学変換層３０Ａの膜厚は、例えば１０μｍ〜１０００μｍである。光学変換層３０Ａの膜厚が上記範囲内にあると得られる波長変換体が、熱伝導性及び光取り出し効率が高く、光散乱が大きいものになるため好ましい。
光学変換層３０Ａにおいて、光学変換無機粒子４１とは、光学変換無機粒子４０のうち、粒径の大きな光学変換無機粒子を意味する。図１に示すように、光学変換層３０Ａでは、光学変換無機粒子４０として、粒径の大きな光学変換無機粒子４１のみを含み、光学変換無機粒子４１よりも粒径の小さな光学変換無機粒子を含まない。しかし、波長変換体１Ａ以外の実施形態に係る波長変換体では、光学変換無機粒子４０として粒径の大きな光学変換無機粒子４１に加え光学変換無機粒子４１よりも粒径の小さな光学変換無機粒子４２を含む光学変換層３０とすることも可能である。この実施形態に係る波長変換体では、光学変換無機粒子４０は、粒径の大きな光学変換無機粒子４１と粒径の小さな光学変換無機粒子４２とを含むものとなる。このような構成の光学変換層３０を備える波長変換体１については、後述の実施形態において説明する。
なお、図１に示す光学変換層３０Ａでは、光学変換無機粒子４０が、粒径の大きな光学変換無機粒子４１のみからなるため、光学変換無機粒子４０と粒径の大きな光学変換無機粒子４１とは同一であり、両者を符号で区別する必要はない。しかし、後述の実施形態では、粒径の大きな光学変換無機粒子４１と粒径の小さな光学変換無機粒子４２とを含む光学変換層３０を備える波長変換体１を示す。このような粒径の小さな光学変換無機粒子４２を含む光学変換層３０を備える波長変換体１との対比の便宜のため、図１に示す光学変換層３０Ａでは光学変換無機粒子４０を粒径の大きな光学変換無機粒子４１としても表記した。
［光学変換無機粒子］
光学変換無機粒子４０は、フォトルミネッセンスが可能な無機化合物である光学変換材料からなる粒子である。光学変換無機粒子４０としては、フォトルミネッセンスが可能である限り、その種類は特に限定されない。光学変換無機粒子としては、例えば、Ｅｕ２＋で賦活された窒化物系の光学変換材料を含む粒子、ＹＡＧ、すなわちＹ３Ａｌ５Ｏ１２からなるガーネット構造の結晶の粒子が用いられる。光学変換無機粒子のうち、Ｅｕ２＋で賦活された窒化物系の光学変換材料を含む粒子は、励起光を長波長側の波長へ変換されるため好ましい。また、Ｅｕ２＋で賦活された窒化物系の光学変換材料を含む粒子としては、例えば、（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、窒化珪素Ｓｉ３Ｎ４：Ｅｕ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ等を含む光学変換無機粒子が用いられる。
粒径の大きな光学変換無機粒子４１（４０）の平均粒子径は、通常１００μｍ以下、好ましくは３０μｍ以下である。光学変換無機粒子４１の平均粒子径が上記範囲内にあると、光学変換無機粒子４１内部に全反射により閉じ込められる光の導波が粒子径の範囲に限定されることから、波長変換体１Ａからの出力光のスポット径を小さくすることが可能であるため好ましい。また、光学変換無機粒子４１の平均粒子径が上記範囲内にあると、波長変換体１Ａの出力光の色のばらつきを低減しつつ、塗布法等の安価な製造プロセスで光学変換無機粒子４１の製造が可能であるため好ましい。
粒径の大きな光学変換無機粒子４１（４０）の平均粒子径は、任意に前処理加工した光学変換層３０Ａを、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で観察し、統計的に十分有意な個数、例えば１００個、の粒子の直径の平均値として求められる。
また、光学変換無機粒子４０の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）やＸ線回折（ＸＲＤ）の分析等の公知の分析方法によって、判別が可能である。
光学変換無機粒子４０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。
光学変換無機粒子４０の屈折率は、バインダー部５０Ａの屈折率よりも大きいことが好ましい。光学変換無機粒子４０の屈折率がバインダー部５０Ａの屈折率よりも大きいと、全反射により光が蛍光体内部に閉じ込められる。このため、バインダー部５０Ａ内の面内導波光は光学変換無機粒子４０の粒子径の範囲に限定される成分が多くなる。したがって、光学変換無機粒子４０の屈折率がバインダー部５０Ａの屈折率よりも大きいと、波長変換体１Ａからの出力光のスポット径を小さくしやすいため好ましい。
［バインダー部］
バインダー部５０Ａについて図２を参照して説明する。図２は、第１の実施形態及び後述の実施例１に係る波長変換体１Ａのバインダー部５０Ａの破断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。
バインダー部５０Ａは、光学変換層３０Ａを構成し、光学変換無機粒子４０同士を保持する部材である。図２に示すように、バインダー部５０Ａは、平均粒子径１μｍ以下の無機材料粒子５１同士が結着してなる無機多結晶体５２を主成分として含む。ここで、「バインダー部５０Ａが無機多結晶体５２を主成分として含む」とは、バインダー部５０Ａ中の無機多結晶体５２の含有比率が５０質量％を超えることを意味する。バインダー部５０Ａ中の無機多結晶体５２の含有比率は、通常５０質量％を超え、好ましくは９０〜１００質量％、より好ましくは９５〜１００質量％である。
無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１は、無機材料からなり、複数個のファセット面（切子面）を有する外形の粒状体である。無機材料粒子５１は、通常、多結晶体であるが、単結晶からなる結晶粒であってもよい。
無機材料粒子５１を構成する無機材料としては、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）及び窒化ホウ素（ＢＮ）からなる群より選択される１種以上の金属酸化物が用いられる。無機材料粒子５１がこれらの金属酸化物からなると、無機材料粒子５１の平均粒子径が小さく光散乱性が高い場合でも、バインダー部５０Ａの熱伝導率が高くなりやすいため好ましい。
また、無機材料粒子５１の材質である金属酸化物が、酸化亜鉛又は酸化マグネシウムであると、無機材料粒子５１の平均粒子径が小さく光散乱性が高い場合でも、バインダー部５０Ａの熱伝導率がより高くなりやすいため好ましい。
無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１は、平均粒子径が１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜５００ｎｍである。ここで、平均粒子径とは、ＳＥＭ観察により得られた粒子径の平均値を意味する。無機材料粒子５１の平均粒子径が上記範囲内にあると、熱伝導率と光散乱を高めることができるため好ましい。
図２に示すように、バインダー部５０Ａを構成する無機多結晶体５２では、無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１、５１間の空隙である無機材料粒子間空隙５５を有する。ただし、無機多結晶体５２では、無機材料粒子間空隙５５は少なく、隣接する無機材料粒子５１、５１のファセット面同士が密着した構造をしている。
ここで、図２に示すバインダー部５０Ａと、従来の波長変換体のバインダー部とを図面を参照して説明する。図１０は、従来の波長変換体である後述の比較例１の波長変換体１００のバインダー部１５０の破断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。
図１０に示すように、従来の波長変換体のバインダー部１５０は、無機材料粒子１５１同士が結着してなる無機多結晶体１５２を主成分として含む。図１０に示すように、従来のバインダー部１５０の無機材料粒子１５１及び無機多結晶体１５２は、それぞれ、図２に示すバインダー部５０Ａの無機材料粒子５１及び無機多結晶体５２に相当するものである。
図１０に示すように、従来の無機多結晶体１５２では、多くの無機材料粒子１５１において稜線や角部を構成する線が明確になっている。また、従来の無機多結晶体１５２の無機材料粒子１５１の大きさは、本実施形態の無機多結晶体５２の無機材料粒子５１に比較して大きい。さらに、従来の無機多結晶体１５２は、無機材料粒子１５１、１５１同士が疎に接着しており、無機多結晶体１５２を構成する無機材料粒子１５１、１５１間の空隙である無機材料粒子間空隙５５の数が非常に多く、無機材料粒子間空隙５５の深さも大きい。
これに対し、図２に示すように、本実施形態の無機多結晶体５２では、多くの無機材料粒子１５１において稜線や角部が丸みを帯びており、稜線や角部を構成する線が明確でない。また、本実施形態の無機多結晶体５２の無機材料粒子５１の大きさは、従来の無機多結晶体１５２の無機材料粒子１５１に比較して小さく、上記のように平均粒子径が１μｍ以下になっている。さらに、図２に示す本実施形態の無機多結晶体５２は、無機材料粒子５１、５１同士が密に接着しており、無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１、５１間の空隙である無機材料粒子間空隙５５の数が少なく、無機材料粒子間空隙５５の深さも小さい。
このように、図２に示すバインダー部５０Ａを構成する無機多結晶体５２と、図１０に示す従来の波長変換体のバインダー部１５０を構成する無機多結晶体１５２とは、微視的な構造が明確に相違する。
無機多結晶体５２は、無機多結晶体５２が酸化亜鉛からなる場合、相対密度が、通常５０％〜１００％、好ましくは７０％〜１００％である。
また、無機多結晶体５２は、無機多結晶体５２の密度を無機多結晶体５２のバルクの密度で除した相対密度が、通常５０％〜１００％、好ましくは７０％〜１００％である。無機多結晶体５２は、上記のように相対密度が高いことからも、無機材料粒子間空隙５５が少ないことが分かる。
図２に示す微視的構造の無機多結晶体５２は、無機材料粒子５１の原料粉末を希酸存在下で圧力を加えて低温焼結して得られる希酸プレス無機焼結体である。ここで、低温焼結とは、６０〜２００℃、好ましくは７０〜１５０℃、より好ましくは８０〜１２０℃での焼結を意味する。また、希酸とは、水で希釈した低濃度の酸を意味する。酸としては、例えば、カルボン酸等の有機酸や、リン酸、ホウ酸等の無機酸が用いられる。一方、図１０に示す微視的構造の従来の無機多結晶体１５２は、無機材料粒子１５１の原料粉末を水存在下で低温焼結して得られる水プレス無機焼結体である。
図９は、後述の実施例１のバインダー部５０Ａを構成する無機多結晶体５２と、後述の比較例１のバインダー部１５０を構成する無機多結晶体１５２と、の原料粉末である、酸化亜鉛（ＺｎＯ）粉末を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。なお、図９に示す酸化亜鉛粉末２５０は、図２に示すバインダー部５０Ａの無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１、及び図１０に示すバインダー部１５０の無機多結晶体１５２を構成する無機材料粒子１５１のそれぞれの原料粉末に相当する。
図９に示すように、酸化亜鉛粉末２５０は、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の、稜線や角部を構成する線が明確な形状の無機材料粒子２５１となっている。なお、酸化亜鉛（ＺｎＯ）以外の上記金属酸化物の粉末も、通常、酸化亜鉛粉末２５０と同様に稜線が明確な形状の無機材料粒子になっている。
図９に示す酸化亜鉛粉末２５０の無機材料粒子２５１と、図１０に示す従来の無機多結晶体１５２を構成する無機材料粒子１５１とは、共に、稜線や角部を構成する線が明確な形状をしていることが分かる。一方、図２に示す本実施形態の無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１は、稜線や角部が丸みを帯びており、稜線や角部を構成する線が明確でないことが分かる。このように、図２に示す本実施形態の無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１は、図９に示す酸化亜鉛粉末２５０の無機材料粒子２５１や、図１０に示す従来の無機多結晶体１５２を構成する無機材料粒子１５１と、粒子の形状が異なる。
図２に示す本実施形態の無機多結晶体５２の無機材料粒子５１が稜線や角部に丸みを帯びている理由は、無機多結晶体５２が希酸プレス無機焼結体であることに起因すると推測される。すなわち、希酸プレス無機焼結体である無機多結晶体５２は、図９に示す酸化亜鉛粉末２５０のような原料粉末を希酸存在下で圧力を加えて低温焼結して得られるため、希酸及び加圧により無機材料粒子５１の稜線や角部が丸みを帯びると推測される。
具体的には、金属酸化物からなる無機材料粒子５１は、希酸により、ファセット面、稜線や角部等の表面が局所的に溶解すると推測される。そして、この際に、ファセット面よりも、稜線や角部のほうが溶解速度が速いために、無機材料粒子５１の稜線や角部が丸みを帯びると推測される。さらに、ファセット面の表面が溶解又は溶解直前の軟化した多数の無機材料粒子５１が共に加圧されることにより、無機材料粒子５１、５１間の隙間が少なく、無機材料粒子５１、５１のファセット面同士が密着した無機多結晶体５２が得られると推測される。
このため、希酸プレス無機焼結体からなる本実施形態の無機多結晶体５２は、図２に示すように、単位体積当たりの、隣接する無機材料粒子５１、５１間の隙間が少なくなると推測される。また、希酸プレス無機焼結体からなる本実施形態の無機多結晶体５２は、図２に示すように、単位体積当たりの、隣接する無機材料粒子５１、５１が密着するファセット面の面積が大きい構造になると推測される。このように希酸プレス無機焼結体からなる本実施形態の無機多結晶体５２は、単位体積当たりの、隣接する無機材料粒子５１、５１が密着するファセット面の面積が大きい構造になるため、無機多結晶体５２の熱伝導率が高くなる。
バインダー部５０Ａは、希酸プレス無機焼結体からなる無機多結晶体５２を主成分として含むため、熱伝導率が２Ｗ／ｍＫ以上である。
バインダー部５０Ａの屈折率は、バインダー部５０Ａの材質により異なる。バインダー部５０Ａの無機材料粒子５１を構成する無機材料が、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、窒化アルミニウム及び窒化ホウ素である場合、バインダー部５０Ａの屈性率は、それぞれ、２．０程度、１．７４程度、２．２程度及び２．１７程度である。
また、無機多結晶体５２が希酸プレス無機焼結体である場合には、以下のようであることが好ましい。すなわち、基材部１０Ａと光学変換層３０Ａ中のバインダー部５０Ａとは、基材部１０Ａとバインダー部５０Ａとの界面の少なくとも一部において、基材部１０Ａとバインダー部５０Ａ中の希酸プレス無機焼結体とが直接接着することが好ましい。基材部１０Ａとバインダー部５０Ａ中の希酸プレス無機焼結体とが直接接着すると、基材部１０Ａとバインダー部５０Ａとの間の熱伝導が高くなるため好ましい。
ここで、無機多結晶体が希酸プレス無機焼結体である場合と水プレス無機焼結体である場合とについて、無機多結晶体における、無機材料粒子の平均粒子径と熱伝導率との関係について説明する。図３は、バインダー部を構成する無機多結晶体の、無機材料粒子の粒子径（平均粒子径）と熱伝導率との関係を示すグラフである。図３中、無機多結晶体が希酸プレス無機焼結体である場合のグラフをＤＰ、無機多結晶体が水プレス無機焼結体である場合のグラフをＷＰで示す。
図３のＤＰに示すように、バインダー部５０Ａを構成する無機多結晶体５２が図２に示す希酸プレス無機焼結体である場合は、無機材料粒子５１の粒子径（平均粒子径）と熱伝導率とはほぼ比例し、かつ小さい粒子径で高い熱伝導率を示す。一方、バインダー部を構成する無機多結晶体１５２が図１０に示す水プレス無機焼結体である場合は、無機材料粒子１５１の粒子径（平均粒子径）と熱伝導率とは比例関係になく、かつ大きい粒子径でも熱伝導率が小さくなる。
このため、バインダー部５０Ａを構成する無機多結晶体５２が希酸プレス無機焼結体である場合は、熱伝導率が高く、光散乱が大きく、熱伝導率や光散乱特性を所定の値に調整しやすいバインダー部５０Ａが得られる。熱伝導率や光散乱特性の所定の値への調整しやすさは、無機材料粒子５１の粒子径（平均粒子径）と熱伝導率とがほぼ比例することに基づく効果である。
＜製造方法＞
波長変換体１Ａは、基材部１０Ａの表面に光学変換層３０Ａを形成することにより得られる。光学変換層３０Ａは、例えば、金型内に基材部１０Ａを載置し、基材部１０Ａ上に光学変換無機粒子４０とバインダー部５０Ａの原料粉末と希酸との混合物を供給し、混合物を加圧下で、低温焼結することにより得られる。この低温焼結により、希酸プレス無機焼結体からなる無機多結晶体５２を含むバインダー部５０Ａが得られる。
希酸とは、水で希釈した低濃度の酸を意味する。酸としては、例えば、カルボン酸等の有機酸や、リン酸、ホウ酸等の無機酸が用いられる。酸の水での希釈度合は、バインダー部５０Ａの原料粉末の組成や平均粒子径等に応じて、適宜設定する。混合物の加圧は、例えば１ＭＰａ〜１０００ＭＰａ、好ましくは１０ＭＰａ〜５００ＭＰａ、より好ましくは３５０ＭＰａ〜４５０ＭＰａとする。また、低温焼結の温度は、通常６０〜２００℃、好ましくは７０〜１５０℃、より好ましくは８０〜１２０℃とする。冷却後、金型から脱型すると、波長変換体１Ａが得られる。
＜第１の実施形態の作用＞
図１に示す波長変換体１Ａに、光学変換層３０Ａの表面側から励起光が入射すると、光学変換無機粒子４０が励起光を波長変換して、蛍光を発する。なお、励起光が、半導体レーザー等から照射されるパワー密度の高い励起光である場合、光学変換層３０Ａ内で大きな熱が発生する。しかし、バインダー部５０Ａの主成分である無機多結晶体５２は希酸プレス無機焼結体からなり熱伝導率が高いため、波長変換体１Ａではバインダー部５０Ａからの放熱が効率的に行われる。このため、波長変換体１Ａによれば、光学変換無機粒子４０に温度消光が生じにくい。また、光学変換層３０Ａ中の無機多結晶体５２は無機材料粒子５１の粒子径（平均粒子径）が小さく、光学変換層３０Ａでの蛍光や励起光の光散乱が大きいため、エネルギーの高い蛍光や励起光が照射対象物や視認者に照射されることが抑制される。
＜第１の実施形態の効果＞
第１の実施形態に係る波長変換体１Ａによれば、熱伝導性が高く、光散乱が大きい波長変換体が得られる。また、波長変換体１Ａによれば、熱伝導率や光散乱特性の所定の値への調整しやすい波長変換体が得られる。さらに、波長変換体１Ａのバインダー部５０Ａが金属酸化物を含む場合、波長変換体１Ａによれば、光取り出し効率の高い波長変換体が得られる。
（第１の実施形態の変形例）
第１の実施形態に係る波長変換体１Ａでは、バインダー部５０Ａの主成分である無機多結晶体５２に形成された無機材料粒子間空隙５５内に他の物質が配置されていない態様を示した。これに対し、第１の変形例として、バインダー部５０Ａの主成分である無機多結晶体５２に形成された無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれる態様の波長変換体を用いることができる。
具体的には、第１の変形例として、バインダー部５０Ａが、無機材料粒子間空隙５５内に、粒子相当径１０ｎｍ以下の、無機結晶からなる空隙内無機材料部をさらに含む波長変換体とすることができる。ここで、無機材料粒子間空隙５５とは、無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１、５１間に形成される空隙を意味する。また、粒子相当径とは、空隙内無機材料部を同体積の球に換算した場合の半径を意味する。
第１の変形例において、空隙内無機材料部は、無機結晶からなり、粒子相当径１０ｎｍ以下である。無機結晶としては、例えば、酸化亜鉛、酸化マグネシウム等が用いられる。空隙内無機材料部が無機結晶からなると、熱伝導率が高いため好ましい。
空隙内無機材料部は無機材料粒子間空隙５５内に含まれる。具体的には、空隙内無機材料部は、無機材料粒子間空隙５５を囲む１個以上の無機材料粒子５１が有する１個以上の表面に接着することにより、無機材料粒子間空隙５５内に含まれる。空隙内無機材料部は、無機材料粒子間空隙５５を囲む無機材料粒子５１が有する表面との間に隙間なく充填されていてもよいし、隙間を有して固定されていてもよい。
＜製造方法＞
第１の変形例に係る波長変換体は、基材部１０Ａの表面に第１の変形例に係る光学変換層３０を形成することにより得られる。第１の変形例に係る光学変換層３０は、例えば、金型内に基材部１０Ａを載置し、基材部１０Ａ上に光学変換無機粒子４０とバインダー部５０の原料粉末と希酸と空隙内無機材料部の原料粉末との混合物を供給し、混合物を加圧下で、低温焼結すると得られる。この低温焼結により、希酸プレス無機焼結体からなる無機多結晶体５２を含むバインダー部５０が得られる。
＜第１の変形例の作用＞
第１の変形例に係る波長変換体の作用は、バインダー部５０Ａの無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれることによる作用以外は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの作用と同じである。このため、バインダー部５０Ａの無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれることによる作用のみについて説明する。
第１の実施形態に係る波長変換体１Ａにおいて、励起光の照射等により光学変換層３０Ａ内で熱が発生すると、熱伝導率が高い無機多結晶体５２を含むバインダー部５０Ａからの放熱が効率的に行われる。しかし、第１の実施形態の波長変換体１Ａでは、バインダー部５０Ａの無機材料粒子間空隙５５内に大気が存在するため、無機材料粒子間空隙５５内における熱伝導は小さい。
これに対し、第１の変形例に係る波長変換体では、バインダー部５０の無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれるため、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、無機材料粒子間空隙５５内における熱伝導が大きくなる。このため、第１の変形例に係る波長変換体は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、バインダー部５０の熱伝導性がより高くなる。
＜第１の変形例の効果＞
第１の変形例に係る波長変換体は、少なくとも、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様の効果を奏する。また、第１の変形例に係る波長変換体は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、バインダー部５０の熱伝導性がより高くなる。
（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。図４に示すように、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂは、基材部１０Ｂ（１０）と、基材部１０Ｂ上に形成された光学変換層３０Ｂ（３０）と、を備える。
第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、基材部１０Ａ及び光学変換層３０Ａに代えて、それぞれ基材部１０Ｂ及び光学変換層３０Ｂを設けたものである。第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂと、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ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。
＜基材部＞
基材部１０Ｂとしては、基材部１０Ａと同様のものが用いられる。このため、基材部１０Ｂについての説明を省略する。
＜光学変換層＞
光学変換層３０Ｂは、光学変換無機粒子４０（４１、４２）と、光学変換無機粒子４０同士を保持するバインダー部５０Ｂ（５０）とを含み、基材部１０Ｂ上に形成される。光学変換層３０Ｂの光学変換無機粒子４０は、粒径の大きな光学変換無機粒子４１と、光学変換無機粒子４１よりも粒径の小さな光学変換無機粒子４２とを含む。
［光学変換無機粒子］
光学変換層３０Ｂの光学変換無機粒子４０に含まれる、粒径の大きな光学変換無機粒子４１は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの光学変換層３０Ａに含まれる、粒径の大きな光学変換無機粒子４１と同じであるため、説明を省略する。
光学変換層３０Ｂの光学変換無機粒子４０に含まれる、粒径の小さな光学変換無機粒子４２は、粒径の大きな光学変換無機粒子４１よりも粒径の小さな光学変換無機粒子である。粒径の小さな光学変換無機粒子４２の平均粒子径は、通常１００μｍ以下、好ましくは２０μｍ以下である。粒径の小さな光学変換無機粒子４２の粒子径は、粒径の大きな光学変換無機粒子４１の粒子径と同様にして測定可能である。
光学変換無機粒子４２の平均粒子径が上記範囲内にあると、粒径の小さな光学変換無機粒子４２が粒径の大きな光学変換無機粒子４１の隙間に充填されることにより、光学変換層３０Ｂの光学変換無機粒子４０含有量を大きくすることができるため好ましい。光学変換層３０Ｂの光学変換無機粒子４０含有量が大きくなると、光学変換層３０Ｂからの蛍光の出力が大きくなるため好ましい。
粒径の小さな光学変換無機粒子４２を構成する光学変換材料は、粒径の大きな光学変換無機粒子４１を構成する光学変換材料と同様に、フォトルミネッセンスが可能である限り、その種類は特に限定されない。また、粒径の小さな光学変換無機粒子４２を構成する光学変換材料と、粒径の大きな光学変換無機粒子４１を構成する光学変換材料とは、同じであってもよいし異なっていてもよい。
［バインダー部］
バインダー部５０Ｂは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａのバインダー部５０Ａと同様であるため、説明を省略する。
＜製造方法＞
波長変換体１Ｂは、例えば、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの製造方法において、光学変換無機粒子４０として粒径の大きな光学変換無機粒子４１と粒径の小さな光学変換無機粒子４２とを用いることにより、得られる。
＜第２の実施形態の作用＞
第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂの作用は、光学変換無機粒子４０として粒径の大きな光学変換無機粒子４１と粒径の小さな光学変換無機粒子４２とを含むこと以外は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの作用と同じである。第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂでは、粒径の小さな光学変換無機粒子４２が粒径の大きな光学変換無機粒子４１の隙間に充填されることにより、光学変換層３０Ｂの光学変換無機粒子４０含有量を大きくし、蛍光の出力を大きくすることができる。
＜第２の実施形態の効果＞
第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂは、少なくとも、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様の効果を奏する。また、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、蛍光の出力を大きくすることができる。
（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。図５に示すように、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃは、基材部１０Ｃ（１０）と、基材部１０Ｃ上に形成された光学変換層３０Ｃ（３０）と、を備える。
第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、基材部１０Ａ及び光学変換層３０Ａに代えて、それぞれ基材部１０Ｃ及び光学変換層３０Ｃを設けたものである。第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ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。
＜基材部＞
基材部１０Ｃは、基材本体１１と、基材本体１１の表面に積層された光反射膜１２と、光反射膜１２の表面に積層された保護膜１３とを備える。基材本体１１は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの基材本体１１と同じであるため説明を省略する。
光反射膜１２は、基材部１０Ｃの光学変換層３０Ｃ側の表面の反射率が高くなるように設けられる。具体的には、光反射膜１２は、基材部１０Ｃの光学変換層３０Ｃ側の表面の反射率が、例えば、９０％以上になるように設けられる。基材部１０Ｃは、光学変換層３０Ｃ側の表面に光反射膜１２を有するため、光学変換層３０Ｃで光学変換されなかった励起光及び光学変換層３０Ｃで発生した蛍光が効率よく光学変換層３０Ｃの空気界面から放射される。光反射膜１２の材質としては、例えば、銀、アルミニウム等や誘電多層膜が用いられる。光反射膜１２において、誘電体多層膜とは、異なる屈折率を有する複数種の誘電体材料を用いた、光学薄膜の積層体を意味する。誘電体多層膜は、通常、一部透光性を有する。光反射膜１２の厚さは、例えば０．１〜１０００μｍ、好ましくは０．１〜１μｍである。
保護膜１３は、光反射膜１２を物理的及び化学的に保護する膜である。例えば、光反射膜１２が銀である場合、空気に曝露されると表面が酸化されるが、光反射膜１２の表面に保護膜１３を設けることにより、光反射膜１２の酸化や物理的な損傷から保護される。保護膜１３の材質としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化物やＳiＯ２等の酸化物からなる無機材料が用いられる。なお、光反射膜１２が保護の必要がない場合は、第３の実施形態の変形例として、光反射膜１２の上部に保護膜１３がない形態の波長変換体としてもよい。
＜光学変換層＞
光学変換層３０Ｃとしては、光学変換層３０Ａと同様のものが用いられる。このため、光学変換層３０Ｃについての説明を省略する。
＜製造方法＞
波長変換体１Ｃは、例えば、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの製造方法において、基材部１０Ａに代えて基材部１０Ｃを用いることにより得られる。基材部１０Ｃは、公知の方法で製造することができる。
＜第３の実施形態の作用＞
第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃの作用は、光反射膜１２及び保護膜１３を設けることにより、基材部１０Ｃの光学変換層３０Ｃ側の表面の反射率が高くなること以外は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの作用と同じである。
＜第３の実施形態の効果＞
第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃは、少なくとも、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様の効果を奏する。また、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、蛍光の出力を大きくすることができる。
（第４の実施形態）
図６は、第４の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。図６に示すように、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄは、基材部１０Ｄ（１０）と、基材部１０Ｄ上に形成された光学変換層３０Ｄ（３０）と、光学変換層３０Ｄ上に形成された水分バリア層６０とを備える。波長変換体１Ｄは、光学変換層３０Ｄの表面のうち基材部１０Ｄと反対側の表面を被覆する水分バリア層６０を備える。
第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、基材部１０Ａ及び光学変換層３０Ａに代えて、それぞれ基材部１０Ｄ及び光学変換層３０Ｄを設け、さらに水分バリア層６０を設けたものである。第３の実施形態に係る波長変換体１Ｄと、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ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。
＜基材部＞
基材部１０Ｄとしては、基材部１０Ａと同様のものが用いられる。このため、基材部１０Ｄについての説明を省略する。
＜光学変換層＞
光学変換層３０Ｄとしては、光学変換層３０Ａと同様のものが用いられる。このため、光学変換層３０Ｄについての説明を省略する。
＜水分バリア層＞
水分バリア層６０は、光学変換層３０Ｄの表面の少なくとも一部を被覆することにより、光学変換層３０Ｄ内への水分の侵入を防止又は抑制する層である。水分バリア層６０の材質としては、例えば、Ｓｉ３Ｎ４、ＳｉＯ２等の無機材料層と、有機系コーティング層と、の積層構造が用いられる。
＜製造方法＞
波長変換体１Ｄは、例えば、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａを得た後、波長変換体１Ａの光学変換層３０Ａ（３０Ｄ）の表面に、公知の方法で水分バリア層６０を形成することにより製造することができる。
＜第４の実施形態の作用＞
第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの作用は、光学変換層３０Ｄの表面に水分バリア層６０を設けることにより、光学変換層３０Ｄの表面の耐水性が向上すること以外は、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの作用と同じである。
＜第４の実施形態の効果＞
第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄは、少なくとも、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様の効果を奏する。また、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、光学変換層３０Ｄの表面の耐水性を向上させることができる。
（第５の実施形態）
図７は、第５の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。図７に示すように、第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、基材部１０Ｅ（１０）と、基材部１０Ｅ上に形成された光学変換層３０Ｅ（３０）と、光学変換層３０Ｅ上に形成された水分バリア層６０とを備える。
第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、基材部１０Ａ及び光学変換層３０Ａに代えて、それぞれ基材部１０Ｅ及び光学変換層３０Ｅを設け、さらに水分バリア層６０を設けたものである。第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅと、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ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。
＜基材部＞
基材部１０Ｅは、基材本体１１と、基材本体１１の表面に積層された光反射膜１２と、光反射膜１２の表面に積層された保護膜１３とを備える。基材部１０Ｅは、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃの基材部１０Ｃと同じであるため説明を省略する。
＜光学変換層＞
光学変換層３０Ｅとしては、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａの光学変換層３０Ａと同様のものが用いられる。このため、光学変換層３０Ｅについての説明を省略する。
＜水分バリア層＞
水分バリア層６０としては、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの水分バリア層６０と同様のものが用いられる。このため、水分バリア層６０についての説明を省略する。
第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、光反射膜１２と保護膜１３とを備える第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの水分バリア層６０と、を組み合わせたものに相当する。
＜製造方法＞
波長変換体１Ｅは、例えば、上記製造方法で第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃを得た後、波長変換体１Ｃの光学変換層３０Ｃの表面に、公知の方法で水分バリア層６０を形成することにより製造することができる。
＜第５の実施形態の作用＞
第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、光反射膜１２と保護膜１３とを備える第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの水分バリア層６０と、を組み合わせたものに相当する。このため、第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃの作用と、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの作用とを示す。
＜第５の実施形態の効果＞
第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、少なくとも、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様の効果を奏する。また、第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと同様に、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、蛍光の出力を大きくすることができる。さらに、第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄと同様に、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、光学変換層３０Ｅの表面の耐水性を向上させることができる。
（第６の実施形態）
図８は、第６の実施形態に係る波長変換体の模式的な断面図である。図８に示すように、第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、基材部１０Ｆ（１０）と、基材部１０Ｆ上に形成された光学変換層３０Ｆ（３０）と、光学変換層３０Ｆ上に形成された水分バリア層６０とを備える。
第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、基材部１０Ａ及び光学変換層３０Ａに代えて、それぞれ基材部１０Ｆ及び光学変換層３０Ｆを設け、さらに水分バリア層６０を設けたものである。第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆと、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａ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。
＜基材部＞
基材部１０Ｆは、基材本体１１と、基材本体１１の表面に積層された光反射膜１２と、光反射膜１２の表面に積層された保護膜１３とを備える。基材部１０Ｆは、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃの基材部１０Ｃと同じであるため説明を省略する。
＜光学変換層＞
光学変換層３０Ｆとしては、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂの光学変換層３０Ｂと同様のものが用いられる。このため、光学変換層３０Ｆについての説明を省略する。
＜水分バリア層＞
水分バリア層６０としては、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの水分バリア層６０と同様のものが用いられる。このため、水分バリア層６０についての説明を省略する。
第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅにおいて、光学変換層３０Ｅに代えて光学変換層３０Ｆを備えるものである。ここで、第５の実施形態に係る波長変換体１Ｅは、光反射膜１２と保護膜１３とを備える第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの水分バリア層６０と、を組み合わせたものに相当する。また、光学変換層３０Ｆは、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂの光学変換層３０Ｂと同様のものである。
このため、第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂと、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄと、を組み合わせたものに相当する。
＜製造方法＞
波長変換体１Ｆは、例えば、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂの製造方法と、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃの製造方法と、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの製造方法と、を組み合わせることにより製造することができる。
＜第６の実施形態の作用＞
第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂと、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄと、を組み合わせたものに相当する。このため、第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂの作用と、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃの作用と、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄの作用とを示す。
＜第６の実施形態の効果＞
第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、少なくとも、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａと同様の効果を奏する。また、第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂと同様に、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、蛍光の出力を大きくすることができる。さらに、第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第３の実施形態に係る波長変換体１Ｃと同様に、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、蛍光の出力を大きくすることができる。また、第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆは、第４の実施形態に係る波長変換体１Ｄと同様に、第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに比較して、光学変換層３０Ｆの表面の耐水性を向上させることができる。
（第２〜第６の実施形態の変形例）
第２の実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜第６の実施形態に係る波長変換体１Ｆでは、バインダー部５０Ａの無機多結晶体５２に形成された無機材料粒子間空隙５５内に特に物質が含まれていない態様を示した。これに対し、これらの実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜１Ｆの変形例として、第１の変形例と同様に、バインダー部５０Ｂ〜５０Ｆに形成された無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれる態様の波長変換体を用いることができる。これらの変形例を第２〜第６の変形例という。
＜製造方法＞
第２〜第６の変形例に係る波長変換体は、それぞれ、基材部１０Ｂ〜１０Ｆの表面に、第２〜第６の変形例に係る光学変換層３０を形成することにより得られる。例えば、第２の変形例に係る光学変換層３０は、金型内に基材部１０Ｂを載置し、基材部１０Ｂ上に光学変換無機粒子４０とバインダー部５０の原料粉末と希酸と空隙内無機材料部の原料粉末との混合物を供給し、混合物を加圧下で低温焼結することにより得られる。第３〜第６の変形例に係る光学変換層３０は、第２の変形例に係る光学変換層３０の製造方法において、基材部１０Ｂに代えてそれぞれ基材部１０Ｃ〜１０Ｆを用いることにより得られる。
＜第２〜第６の変形例の作用＞
第２〜第６の変形例に係る波長変換体のそれぞれの作用は、バインダー部５０Ｂ〜５０Ｆの無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれることによる作用以外は、第２〜第６の実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜１Ｆのそれぞれの作用と同じである。
このバインダー部５０Ｂ〜５０Ｆのそれぞれの無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれることによる作用は、上記の第１の変形例に係る波長変換体が第１の実施形態に係る波長変換体１Ａに対して異なる作用に等しい。すなわち、第２〜第６の変形例に係る波長変換体のそれぞれでは、無機材料粒子間空隙５５内に空隙内無機材料部が含まれるため、第２〜第６の実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜１Ｆのそれぞれに比較して、無機材料粒子間空隙５５内における熱伝導が大きくなる。このため、第２〜第６の変形例に係る波長変換体のそれぞれは、第２〜第６の実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜１Ｆのそれぞれに比較して、バインダー部５０の熱伝導性がより高くなる。
＜第２〜第６の変形例の効果＞
第２〜第６の変形例に係る波長変換体のそれぞれは、少なくとも、第２〜第６の実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜１Ｆのそれぞれと同様の効果を奏する。また、第２〜第６の変形例に係る波長変換体のそれぞれは、第２〜第６の実施形態に係る波長変換体１Ｂ〜１Ｆのそれぞれに比較して、バインダー部５０の熱伝導性がより高くなる。
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］
(波長変換体の作製)
図１に示す波長変換体１Ａを作製した。
＜基材部＞
基材部１０Ａとして厚さ０.７ｍｍのアルミニウム基材を用意した。
＜光学変換無機粒子の原料＞
光学変換無機粒子４０として、黄緑色蛍光体である、平均粒子径２０μｍのＹＡＧ粒子（株式会社ネモト・ルミマテリアル製）を用意した。
＜バインダー部の原料＞
バインダー部５０Ａの原料として、酸化亜鉛ＺｎＯ粉末（平均粒子径５００ｎｍ）を用意した。図９に、この酸化亜鉛粉末２５０のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例を示す。図９に示すように、酸化亜鉛粉末２５０は、粒径が１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度の、稜線や角部を構成する線が明確な形状の無機材料粒子２５１となっていることが分かった。
＜光学変換層の作製＞
はじめに、光学変換無機粒子４０の１ｇと酸化亜鉛粉末２５０の１ｇと希酸０．４ｍｌとを混合してスラリー状の混合物を調製した。次に、ステンレス製の金型内に、アルミニウム基材を載置した後、アルミニウム基材上に上記混合物を塗布した。さらに、金型内の温度を１００℃とし、ハンドプレス機を用いて４００ＭＰａで金型を押圧し、このまま１時間保持した。押圧を解除し、室温まで放冷したところ、アルミニウム基材上に光学変換層が形成された波長変換体が得られた。
得られた波長変換体は、図１に示すように、アルミニウム基材からなる基材部１０Ａ上に光学変換層３０Ａが形成された、波長変換体１Ａであった。また、光学変換層３０Ａは、光学変換無機粒子４０と、光学変換無機粒子４０同士を保持するバインダー部５０Ａとを含んでいた。
(酸化亜鉛ペレットの作製)
得られた波長変換体１Ａのバインダー部５０Ａの微細な構造を調べるため、光学変換無機粒子４０を含まないバインダー部５０Ａのみからなる円柱状の酸化亜鉛ペレットを別に作製した。
はじめに、酸化亜鉛粉末２５０の１ｇと希酸０．２ｍｌとを混合してスラリー状の混合物を調製した。次に、ステンレス製の金型内に上記混合物を装入した。さらに、金型内の温度を１００℃とし、ハンドプレス機を用いて４００ＭＰａで金型を押圧し、このまま１時間保持した。押圧を解除し、室温まで放冷したところ、直径よりも高さが小さい円柱状の酸化亜鉛ペレットが得られた。得られた酸化亜鉛ペレットは、波長変換体１Ａのバインダー部５０Ａに相当するものであるため、バインダー部と同様に符号５０Ａで示す。
(酸化亜鉛ペレットの評価)
得られた酸化亜鉛ペレットにつき、各種評価を行った。
＜相対密度の測定＞
酸化亜鉛ペレットにつき、電子天秤で質量を測定し、ダイヤルゲージで厚みを計測した。質量、体積、及び酸化亜鉛のバルクの密度（５．６１ｇ／ｃｍ３）を用いて酸化亜鉛ペレットの相対密度を測定した。相対密度は８０％であった。
＜熱伝導率の測定＞
はじめに熱拡散率評価装置を用いて熱拡散係数を測定した。得られた熱拡散係数と、比熱と、上記相対密度とを用いて熱伝導率を算出した。熱伝導率は、６．１Ｗ／ｍＫであった。
＜顕微鏡観察＞
円柱状の酸化亜鉛ペレット５０Ａにつき、高さ方向に沿って破断面が形成されるように破断し、得られた破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図２は、上記第１の実施形態及び実施例１に係る波長変換体１Ａのバインダー部（酸化亜鉛ペレット）５０Ａの破断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。
図２に示すように、バインダー部（酸化亜鉛ペレット）５０Ａは、平均粒子径１μｍ以下の無機材料粒子５１同士が結着してなる無機多結晶体５２を主成分として含むことが分かった。また、実施例１の無機多結晶体５２は、無機材料粒子５１、５１同士が密に接着しており、無機多結晶体５２を構成する無機材料粒子５１、５１間の空隙である無機材料粒子間空隙５５の数が少なく、無機材料粒子間空隙５５の深さも小さいことが分かった。さらに、バインダー部（酸化亜鉛ペレット）５０Ａを構成する無機多結晶体５２では、多くの無機材料粒子５１において稜線や角部が丸みを帯びており、稜線や角部を構成する線が明確でないことが分かった。
［比較例１］
(波長変換体の作製)
図１に示す波長変換体１００を作製した。
実施例１の＜光学変換層の作製＞において、希酸０．４ｍｌに代えてイオン交換水０．４ｍｌを用いるようにした以外は、実施例１と同様にして、波長変換体１００を作製した。
得られた波長変換体は、図１に示すように、アルミニウム基材からなる基材部１０Ａ上に光学変換層１３０が形成された、波長変換体１００であった。また、光学変換層１３０は、光学変換無機粒子４０と、光学変換無機粒子４０同士を保持するバインダー部１５０とを含んでいた。
(酸化亜鉛ペレットの作製)
得られた波長変換体１００のバインダー部１５０の微細な構造を調べるため、光学変換無機粒子４０を含まないバインダー部１５０のみからなる円柱状の酸化亜鉛ペレットを別に作製した。
実施例１の(酸化亜鉛ペレットの作製)において、希酸０．２ｍｌに代えてイオン交換水０．２ｍｌを用いるようにした以外は、実施例１と同様にして、直径よりも高さが小さい円柱状の酸化亜鉛ペレットを得た。得られた酸化亜鉛ペレットは、波長変換体１００のバインダー部１５０に相当するものであるため、バインダー部と同様に符号１５０で示す。
(酸化亜鉛ペレットの評価)
得られた酸化亜鉛ペレットにつき、各種評価を行った。
＜相対密度の測定＞
酸化亜鉛ペレットにつき、実施例１と同様にして、相対密度を測定した。相対密度は６８％であった。
＜熱伝導率の測定＞
酸化亜鉛ペレットにつき、実施例１と同様にして、熱伝導率を算出した。熱伝導率は、１．５Ｗ／ｍＫであった。
＜顕微鏡観察＞
円柱状の酸化亜鉛ペレット５０Ａにつき、高さ方向に沿って破断面が形成されるように破断し、得られた破断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。図１０は、比較例１の波長変換体１００のバインダー部（酸化亜鉛ペレット）１５０の破断面を示すＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）写真の一例である。
図１０に示すように、比較例１の波長変換体のバインダー部（酸化亜鉛ペレット）１５０は、無機材料粒子１５１同士が結着してなる無機多結晶体１５２を主成分として含むことが分かった。また、比較例１の無機多結晶体１５２の無機材料粒子１５１の大きさは、実施例１の無機多結晶体５２の無機材料粒子５１に比較して大きいことが分かった。さらに、比較例１の無機多結晶体１５２は、無機材料粒子１５１、１５１同士が疎に接着していることが分かった。また、比較例１は、無機多結晶体１５２を構成する無機材料粒子１５１、１５１間の空隙である無機材料粒子間空隙５５の数が非常に多く、無機材料粒子間空隙５５の深さも大きいことが分かった。さらに、比較例１の無機多結晶体１５２では、多くの無機材料粒子１５１において稜線や角部を構成する線が明確になっていることが分かった。
（実施例１及び比較例１の評価の比較）
実施例１のバインダー部（酸化亜鉛ペレット）５０Ａの無機多結晶体５２は、比較例１のバインダー部（酸化亜鉛ペレット）１５０の無機多結晶体１５２に比較して、相対密度及び熱伝導率が大きいことが分かった。また、実施例１の無機多結晶体５２は、比較例１の無機多結晶体１５２に比較して、多くの無機材料粒子５１において稜線や角部が丸みを帯びて稜線や角部を構成する線が明確でないことが分かった。さらに、実施例１の無機多結晶体５２は、比較例１の無機多結晶体１５２に比較して、無機材料粒子間空隙５５の数が少なく、無機材料粒子間空隙５５の深さも小さいことが分かった。
特願２０１７−２０２６２４号（出願日：２０１７年１０月１９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。
本開示によれば、熱伝導性が高く、光散乱が大きい波長変換体が得られる。
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、１００ 波長変換体
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ、１０Ｆ 基材部
１１ 基材本体
１２ 光反射膜
１３ 保護膜
３０、３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ、３０Ｄ、３０Ｅ、３０Ｆ、１３０ 光学変換層
４０ 光学変換無機粒子
４１ 粒径の大きな光学変換無機粒子
４２ 粒径の小さな光学変換無機粒子
５０、５０Ａ、５０Ｂ、５０Ｃ、５０Ｄ、５０Ｅ、５０Ｆ、１５０ バインダー部（酸化亜鉛ペレット）
５１ 無機材料粒子（希酸プレス無機焼結体の無機材料粒子）
５２ 希酸プレス無機焼結体（無機多結晶体）
５５ 無機材料粒子間空隙
６０ 水分バリア層
１５１ 無機材料粒子（水プレス無機焼結体の無機材料粒子）
１５２ 水プレス無機焼結体（無機多結晶体）
２５０ 酸化亜鉛粉末
２５１ 無機材料粒子（酸化亜鉛粉末の無機材料粒子）

Claims (9)

  1. 基材部と、
    光学変換無機粒子と、前記光学変換無機粒子同士を保持するバインダー部とを含み、前記基材部上に形成された光学変換層と、
    を備え、
    前記基材部と前記バインダー部とは接着し、
    前記バインダー部は、平均粒子径１μｍ以下の無機材料粒子同士が結着してなる無機多結晶体を主成分として含み、熱伝導率が２ｗ／ｍＫ以上であり、
    前記無機多結晶体は、前記無機多結晶体を構成する前記無機材料粒子間に無機材料粒子間空隙を有し、
    前記バインダー部は、前記無機材料粒子間空隙内に、粒子相当径１０ｎｍ以下の、無機結晶からなる空隙内無機材料部、をさらに含む、波長変換体。
  2. 基材部と、
    光学変換無機粒子と、前記光学変換無機粒子同士を保持するバインダー部とを含み、前記基材部上に形成された光学変換層と、
    を備え、
    前記基材部と前記バインダー部とは接着し、
    前記バインダー部は、平均粒子径１μｍ以下の無機材料粒子同士が結着してなる無機多結晶体を主成分として含み、熱伝導率が２ｗ／ｍＫ以上であり、
    前記無機多結晶体は、希酸プレス無機焼結体であり、
    前記基材部と前記バインダー部とは、前記基材部と前記バインダー部との界面の少なくとも一部において、前記基材部と前記バインダー部中の前記希酸プレス無機焼結体とが直接接着する波長変換体。
  3. 前記無機多結晶体は、希酸プレス無機焼結体であり、
    前記基材部と前記バインダー部とは、前記基材部と前記バインダー部との界面の少なくとも一部において、前記基材部と前記バインダー部中の前記希酸プレス無機焼結体とが直接接着する、請求項１に記載の波長変換体。
  4. 前記基材部は、前記光学変換層側の表面の反射率が９０％以上である、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換体。
  5. 前記光学変換無機粒子は、Ｅｕ２＋で賦活された窒化物系の光学変換材料を含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波長変換体。
  6. 前記バインダー部は、金属酸化物を含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波長変換体。
  7. 前記金属酸化物は、酸化亜鉛又は酸化マグネシウムである、請求項６に記載の波長変換体。
  8. 前記基材部は、金属からなる、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波長変換体。
  9. 前記光学変換層の表面のうち前記基材部と反対側の表面を被覆する水分バリア層を備える、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の波長変換体。
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