JP7140968B2 - セラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下「ＬＥＤ」ともいう。）やレーザーダイオード（Laser Diode、以下「ＬＤ」ともいう。）から発せられた光の波長を変換するセラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法に関する。
ＬＥＤやＬＤ発光素子から発せられた光の波長を変換する蛍光体を含むセラミックス複合体が波長変換部材として、例えば車載用、一般照明用、液晶表示装置のバックライト、プロジェクター等に用いられている。
発光素子からの光を変換する蛍光体として、例えばイットリウム又はルテチウム等の希土類を含む希土類アルミン酸塩蛍光体が挙げられる。これらの蛍光体を含む波長変換部材として、例えば、特許文献１には、無機材料粉末と無機蛍光体粉末とを混合し、無機材料粉末を溶融させ固化させた焼結体が開示されている。
しかしながら、特許文献１に開示されている焼結体は、発光効率が十分ではない。
そこで本発明の一態様は、発光効率が高いセラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法を提供することを目的とする。
そこで本発明の一態様は、発光効率が高いセラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するための手段は、以下の通りであり、本発明は、以下の態様を包含する。
本発明の第一の態様は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上である酸化アルミニウムと、空隙とを含み、前記希土類アルミン酸塩蛍光体と前記酸化アルミニウムの合計量に対して前記希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が１５質量％以上５０質量％以下であり、空隙率が１％以上１０％以下である、セラミックス複合体である。
本発明の第二の態様は、前記セラミックス複合体と、励起光源とを備えた、プロジェクター用光源である。
本発明の第三の態様は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径が０．２μｍ以上１．７μｍ以下の範囲であり、酸化アルミニウムの純度が９９．０％質量％以上である酸化アルミニウム粒子とを含む成形体を準備し、前記成形体を大気雰囲気で焼成し、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることを含む、セラミックス複合体の製造方法である。
本発明の一実施形態によれば、発光効率が高いセラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法を提供することができる。
以下、本発明に係るセラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法を実施形態に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は、以下のセラミックス複合体、プロジェクター用光源及びセラミックス複合体の製造方法に限定されない。なお、色名と色度座標との関係、光の波長範囲と単色光の色名との関係等は、ＪＩＳ Ｚ８１１０に従う。
セラミックス複合体
本発明の第一の実施形態に係るセラミックス複合体は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウムと、空隙とを含み、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムの合計量に対して希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が１５質量％以上５０質量％以下であり、空隙率が１％以上１０％以下である。本明細書において、セラミックス複合体の空隙率は、後述するように、セラミックス複合体の真密度を１００％とした場合に、セラミックス複合体の相対密度を減じた値をいう。セラミックス複合体は、空隙率が１％以上１０％以下である場合、相対密度が９０％以上９９％以下である。本明細書において、空隙とは、セラミックス複合体に存在する空間をいう。本発明の第一の実施形態に係るセラミックス複合体は、セラミックス複合体に入射された光を波長変換する効率が高く、高い発光効率を有し、波長変換部材に用いることができる。
本発明の第一の実施形態に係るセラミックス複合体は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウムと、空隙とを含み、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムの合計量に対して希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が１５質量％以上５０質量％以下であり、空隙率が１％以上１０％以下である。本明細書において、セラミックス複合体の空隙率は、後述するように、セラミックス複合体の真密度を１００％とした場合に、セラミックス複合体の相対密度を減じた値をいう。セラミックス複合体は、空隙率が１％以上１０％以下である場合、相対密度が９０％以上９９％以下である。本明細書において、空隙とは、セラミックス複合体に存在する空間をいう。本発明の第一の実施形態に係るセラミックス複合体は、セラミックス複合体に入射された光を波長変換する効率が高く、高い発光効率を有し、波長変換部材に用いることができる。
セラミックス複合体は、酸化アルミニウムからなるマトリックス中に、このマトリックス（以下、「母材」ともいう。）を構成する酸化アルミニウムとは粒界によって区別される希土類アルミン酸塩蛍光体が存在する。セラミックス複合体は、酸化アルミニウムと希土類アルミン酸塩蛍光体が一体となって構成される。セラミックス複合体は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、純度が９９．０質量％以上と高い酸化アルミニウムとを含むため、比較的大きな平均粒径を有する希土類アルミン酸塩蛍光体によって、セラミックス複合体に入射された光を波長変換する効率が高くなり、発光効率を高くすることができる。
セラミックス複合体は、空隙率が１％以上１０％以下である。セラミックス複合体の空隙率が１％以上１０％以下であると、セラミックス複合体に入射された光及び蛍光体で波長変換された光を、セラミックス複合体に含まれる空隙で乱反射させて散乱させることができるため、発光効率を高めることができる。セラミックス複合体の空隙率は、好ましくは２％以上９％以下であり、より好ましくは、３％以上８％以下である。
セラミックス複合体は、相対密度が９０％以上９９％以下であり、好ましくは９１％以上９８％以下であり、より好ましくは９２％以上９７％以下である。セラミックス複合体の相対密度が９０％以上であると、空隙率が１０％以下であるため、入射された光が波長変換されずに透過してしまう割合が少なくなり、入射された光を波長変換する効率を高くすることができる。また、セラミックス複合体の相対密度が９０％以上と高いため、酸化アルミニウムの透過率が高くなり、発光効率が高く、所望の混色光を得ることができる。セラミックス複合体の相対密度が９９％以下であると、空隙率が１％以上であるため、セラミックス複合体に含まれる空隙によって、セラミックス複合体に入射された光を乱反射させて光散乱させることができ、発光効率を向上することができる。
セラミックス複合体の相対密度
本明細書においてセラミックス複合体の相対密度とは、セラミックス複合体の真密度に対するセラミックス複合体の見掛け密度により算出される値をいう。相対密度は、下記式（１）により算出される。
本明細書においてセラミックス複合体の相対密度とは、セラミックス複合体の真密度に対するセラミックス複合体の見掛け密度により算出される値をいう。相対密度は、下記式（１）により算出される。
セラミックス複合体の真密度は、セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体の質量割合（質量％）をＰｍとし、希土類アルミン酸塩蛍光体の密度（ｇ／ｃｍ３）をＰｄとし、セラミックス複合体に含まれる酸化アルミニウムの質量割合（質量％）をＡｍとし、酸化アルミニウムの密度（ｇ／ｃｍ３）をＡｄとしたとき、下記式（２）により算出される。
セラミックス複合体の見掛け密度は、セラミックス複合体の質量（ｇ）をアルキメデス法によって求められるセラミックス複合体の体積（ｃｍ３）で除した値をいう。セラミックス複合体の見掛け密度は、下記式（３）により算出される。
セラミックス複合体の空隙率
本明細書において、セラミックス複合体の空隙率は、セラミックス複合体の真密度を１００％とした場合に、セラミックス複合体の相対密度を減じた値をいう。具体的には下記式（４）により算出することができる。
本明細書において、セラミックス複合体の空隙率は、セラミックス複合体の真密度を１００％とした場合に、セラミックス複合体の相対密度を減じた値をいう。具体的には下記式（４）により算出することができる。
セラミックス複合体中に含まれる空隙の大きさは、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）でセラミックス複合体の断面を観察した際に測定される空隙の最大孔径が１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。セラミックス複合体に含まれる空隙の最大孔径が１μｍ以上１５μｍ以下であると、入射光をそのまま透過させることなく、セラミックス複合体に含まれる空隙で光を乱反射させて散乱させることができ、発光効率を向上させることができる。セラミックス複合体に含まれる空隙の最大孔径は、より好ましくは１μｍ以上１０μｍ以下である。
セラミックス複合体は、光の入射面となる第１の主面と第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面とを有する板状体であり、板状体の板厚が９０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましい。板状体であるセラミックス複合体の板厚は、より好ましくは９５μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上１８０μｍ以下である。セラミックス複合体が板状体であり、その板厚が９０μｍ以上２５０μｍ以下であると、セラミックス複合体に入射された光を効率よく波長変換し、発光効率を高めることができる。また、板厚が９０μｍ以上２５０μｍ以下である板状体のセラミックス複合体は、セラミックス複合体に含まれる空隙によって入射された光及び波長変換された光を乱反射させて散乱させ、発光効率を高くすることができる。
セラミックス複合体は、光の出射面となる第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。セラミックス複合体の第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ以上１５μｍ以下であると、第２の主面が比較的粗面であることを表す。セラミックス複合体の第２の主面が比較的粗面であると、セラミックス複合体から出射された光が、平面に対して角度のある粗面で多重反射されて、出射面に対してより垂直方向に近く真っすぐな経路の光を出射することができ、出射された光を目的の位置へ集光することができる。セラミックス複合体は、第２の主面における面の算術平均粗さＳａが、より好ましくは０．０６μｍ以上１２μｍ以下であり、さらに好ましくは０．０７μｍ以上１０μｍ以下であり、よりさらに好ましくは０．０８μｍ以上５μｍ以下である。セラミックス複合体の出射面となる第２の主面において、例えば面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ未満であると第２の主面がより平らな状態であることを表す。セラミックス複合体の第２の主面がより平らな状態であると、セラミックス複合体から出射された光が出射面で多重反射せずに散乱してしまうため、セラミックス複合体から出射された光を集光することが困難となる場合がある。面の算術平均粗さＳａは、線の算術平均粗さＲａを拡張したパラメータである。セラミックス複合体の第２の主面又は第１の主面における面の算術平均粗さＳａは、ＩＳＯ２５１７８に準拠して、粗さ形状測定機（商品名：ＶＳ１５５０、ＨＩＴＡＣＨＩ社製）にて測定することができる。
セラミックス複合体は、光の出射面となる第２の主面における線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上２０μｍ以下であることが好ましい。セラミックス複合体の第２の主面における線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上２０μｍ以下であると、第２の主面が比較的粗面であることを表し、第２の主面から出射された光が平面に対して角度のある粗面で多重反射されて、出射面に対してより垂直方向に近く真っすぐな経路の光を出射することができ、目的の位置へ集光することができる。セラミックス複合体は、第２の主面における線の算術平均粗さＲａが、より好ましくは０．５μｍ以上１５μｍ以下であり、さらに好ましくは０．８μｍ以上１２μｍ以下であり、よりさらに好ましくは１．０μｍ以上１０μｍ以下である。セラミックス複合体の出射面となる第２の主面において、例えば線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満であると、第２の主面がより平らな状態であることを表し、第２の主面から出射された光が出射面で多重反射せずに散乱してしまうため、光を集光することが困難となる場合がある。セラミックス複合体の第２の主面又は第１の主面における線の算術平均粗さＲａは、ＩＳＯ１９９７に準拠して、粗さ形状測定器（商品名：ＳＪ-２１０、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製）により測定することができる。
セラミックス複合体は、光の入射し易さを考慮して、光の入射面となる第１の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０００５μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましい。セラミックス複合体は、光の入射しやすさを考慮して、第１の主面における線の算術平均粗さＲａが０．００１μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。セラミックス複合体は、光の入射面となる第１の主面における面の算術平均粗さＳａ及び線の算術平均粗さＲａと、光の出射面となる第２の主面における面の算術平均粗さＳａ及び線の算術平均粗さＲａとは、それぞれ異なることが好ましい。第２の主面における面の算術平均粗さＳａは、第１の主面における面の算術平均粗さＳａよりも大きいことが好ましい。第２の主面における線の算術平均粗さＲａは、第１の主面における線の算術平均粗さＲａよりも大きいことが好ましい。
セラミックス複合体は、第１の主面に入射される入射光の光径に対する第２の主面から出射された出射光の光径の比（出射光の光径／入射光の光径）が０．４０以上０．９０以下であることが好ましく、より好ましくは０．４５以上０．８５以下、さらに好ましくは０．５０以上０．８０以下、よりさらに好ましくは０．５５以上０．７５以下、特に好ましくは０．６０以上０．７０以下である。セラミックス複合体の第１の主面に入射される入射光の光径に対する第２主面から出射された出射光の光径の比（以下、「光径比(出射光／入射光)」と称する場合もある。）が、０．４０以上０．９０以下であると、セラミックス複合体から出射した光の拡散が抑制され、セラミックス複合体から出射された光を目的の位置に集光することができる。セラミックス複合体の第１の主面に入射される入射光の光径は、光源から出射された光の光径である。セラミックス複合体の第１の主面に入射される入射光の光径は、例えば色彩輝度計によって測定することができる。入射光の光径は、好ましくは１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、より好ましくは２ｍｍ以上４ｍｍ以下である。セラミックス複合体の第２の主面から出射された出射光の光径は、セラミックス複合体から出射される光の発光輝度を、色彩輝度計によって測定し、得られた発光スペクトルにおいて最大輝度を示す位置を中心（測定中心）とし、発光スペクトルにおいて最大輝度の１００分の１となる輝度（以下、「１/１００輝度」と称する場合がある。）となる２か所の位置の測定中心からの距離（ｍｍ）を絶対値として測定し、発光スペクトルにおける最大輝度から最大輝度の１/１００輝度となる２か所の位置の測定中心からの距離（ｍｍ）の絶対値の和を第２の主面から出射された出射光の光径として測定した。
波長変換部材は、セラミックス複合体の他に、セラミックス複合体を保護するための透光体を含んでいてもよく、セラミックス複合体と透光体を接着するための接着層を含んでいてもよい。
希土類アルミン酸塩蛍光体
セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以上３８μｍ以下、より好ましくは２１μｍ以上３５μｍ以下である。セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が１５μｍ未満であると、セラミックス複合体に入射された光の波長変換効率が劣り、発光効率を高くすることが困難となる場合がある。また、セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が１５μｍ未満であると、平均粒径が小さくなることによって蛍光体とセラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムとが密に近接し、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を得ることが困難となる。希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が４０μｍを超えると、蛍光体の粒径が大きくなりすぎて、セラミックス複合体中に蛍光体を均等に配置することが困難となる場合がある。希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザーズ法（Fisher sub-sieve sizer、以下「ＦＳＳＳ法」ともいう。）により測定することができ、ＦＳＳＳ法により測定された平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザーズナンバー（Fisher sub-sieve sizer’s No.）ともいう。ＦＳＳＳ法は、空気透過法により、空気の流通抵抗を利用して比表面積を測定し、粒径を求める方法である。
セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下であり、好ましくは２０μｍ以上３８μｍ以下、より好ましくは２１μｍ以上３５μｍ以下である。セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が１５μｍ未満であると、セラミックス複合体に入射された光の波長変換効率が劣り、発光効率を高くすることが困難となる場合がある。また、セラミックス複合体に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が１５μｍ未満であると、平均粒径が小さくなることによって蛍光体とセラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムとが密に近接し、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を得ることが困難となる。希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径が４０μｍを超えると、蛍光体の粒径が大きくなりすぎて、セラミックス複合体中に蛍光体を均等に配置することが困難となる場合がある。希土類アルミン酸塩蛍光体の平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザーズ法（Fisher sub-sieve sizer、以下「ＦＳＳＳ法」ともいう。）により測定することができ、ＦＳＳＳ法により測定された平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザーズナンバー（Fisher sub-sieve sizer’s No.）ともいう。ＦＳＳＳ法は、空気透過法により、空気の流通抵抗を利用して比表面積を測定し、粒径を求める方法である。
セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量は、１５質量％以上５０質量％以下であり、好ましくは２０質量％以上５０質量％以下、より好ましくは２２質量％以上４８質量％以下、さらに好ましくは２３質量％以上４５質量％以下である。セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が１５質量％未満であると、蛍光体の量が少なく、セラミックス複合体の波長変換する効率が低下し、発光効率が低下する場合がある。セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が５０質量％を超えると、相対的に酸化アルミニウムの量が少なくなり、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を得ることが困難となり、得られたセラミックス複合体の発光効率が低下する場合がある。また、セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が５０質量％を超えると、相対的にセラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムの量が少なくなるため、セラミックス複合体の強度が低下する場合がある。セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の質量割合（質量％）は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量を１００質量％とした場合に、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子とを混合した混合粉体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の配合割合（質量％）と同じである。
希土類アルミン酸塩蛍光体は、下記式（Ｉ）で表される組成を含むことが好ましい。
（Ｌｎ１－ａＣｅａ）３（ＡｌｃＧａｂ）５Ｏ１２ （Ｉ）
式（Ｉ）中、Ｌｎは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂからなる群から選ばれる少なくとも１種の希土類元素であり、ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．０２２、０≦ｂ≦０．４、０＜ｃ≦１．１、０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１を満たす数である。ただし、前記式（Ｉ）における変数ａ、ｂ及びｃは、分析値に基づくＬｎのモル比とＣｅのモル比の合計を３としたときの数である。本明細書において、モル比とは、蛍光体の化学組成１モル中の各元素のモル比を表す。
（Ｌｎ１－ａＣｅａ）３（ＡｌｃＧａｂ）５Ｏ１２ （Ｉ）
式（Ｉ）中、Ｌｎは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂからなる群から選ばれる少なくとも１種の希土類元素であり、ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．０２２、０≦ｂ≦０．４、０＜ｃ≦１．１、０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１を満たす数である。ただし、前記式（Ｉ）における変数ａ、ｂ及びｃは、分析値に基づくＬｎのモル比とＣｅのモル比の合計を３としたときの数である。本明細書において、モル比とは、蛍光体の化学組成１モル中の各元素のモル比を表す。
前記式（Ｉ）で表される組成において、Ｌｎは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂからなる群から選ばれる少なくとも１種の希土類元素であり、２種以上の希土類元素が含まれていてもよい。Ｃｅは、蛍光体の賦活元素であり、変数ａと３の積は、前記式（Ｉ）で表される組成において、Ｃｅのモル比を表す。変数ａは、より好ましくは０．００００５以上０．０２１以下（０．００５×１０－２≦ａ≦０．０２１）、さらに好ましくは０．０００１以上０．０２０以下（０．０１×１０－２≦ａ≦０．０２０）である。前記式（Ｉ）で表される組成において、変数ｂと５の積は、Ｇａのモル比を表す。前記式（Ｉ）で表される組成において、所望の色調に波長変換するために、変数ｂは、０．００００１以上０．３５以下（０．００１×１０－２≦ｂ≦０．３５）であってもよく、０．００００５以上０．３０以下（０．００５×１０－２≦ｂ≦０．３０）であってもよい。前記式（Ｉ）で表される組成において、変数ｃと５の積は、Ａｌのモル比を表す。変数ｃは、好ましくは０を超えて１．１以下（０＜ｃ≦１．１）であり、より好ましくは０．５以上１．０以下（０．５≦ｃ≦１．０）である。変数ｂと変数ｃの合計は、所望の色調に波長変換するために、好ましくは０．９以上１．１以下（０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１）であり、より好ましくは０．９５以上１．０以下（０．９５≦ｂ＋ｃ≦１．０）である。
酸化アルミニウム
セラミックス複合体は、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウムを含む。セラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムは、原料となる酸化アルミニウム粒子の表面が溶融して、酸化アルミニウム粒子の粒界が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で確認できる状態で、酸化アルミニウム粒子同士が融着され、セラミックス複合体の母材が構成される。
セラミックス複合体は、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウムを含む。セラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムは、原料となる酸化アルミニウム粒子の表面が溶融して、酸化アルミニウム粒子の粒界が走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）による観察で確認できる状態で、酸化アルミニウム粒子同士が融着され、セラミックス複合体の母材が構成される。
セラミックス複合体に含まれる酸化アルミニウムは、酸化アルミニウムの純度９９．０質量％以上であり、好ましくは酸化アルミニウムの純度が９９．５質量％以上である。セラミックス複合体が、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上である酸化アルミニウムによってセラミックス複合体の母材が構成されると、母材の透明度が高く、入射光が母材である酸化アルミニウムを透過して、希土類アルミン酸塩蛍光体で光を波長変換する効率が高くなり、発光効率を高くすることができる。また、セラミックス複合体は、熱伝導率が高い酸化アルミニウムによって母材が構成されるため、セラミックス複合体の熱伝導率が良好となる。例えば光源としてＬＥＤやＬＤの発光素子を用いた場合に、セラミックス複合体を波長変換部材として用いると、発光素子から入射された光によって上昇する熱を効率よく放出して、セラミックス複合体に含まれる蛍光体の劣化や発光効率の低下を抑制することができる。特に光源としてＬＤを用いた場合、ＬＤから出射される光の光密度が非常に高いため、ＬＤから出射された光が入射したセラミックス複合体の温度が上昇し、温度によりセラミックス複合体に含まれる蛍光体が劣化しやすい。酸化アルミニウムを母材としたセラミックス複合体は、熱伝導率が高いため、ＬＤから光が入射されても効率よく放熱することができ、温度の上昇による蛍光体の劣化を抑制することができる。セラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％未満であると、母材の光の透過率が低下し、セラミックス複合体の発光効率が低下する場合がある。
酸化アルミニウムの純度は、セラミックス複合体の原料となる酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度を、後述する方法によって測定することができる。また、セラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムを取り出し、酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度を測定する方法と同一の方法によって測定することが可能である。
セラミックス複合体中の酸化アルミニウムの含有量は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムの合計量１００質量％に対して、好ましくは５０質量％以上８５質量％以下、より好ましくは５０質量％以上８０質量％以下、さらに好ましくは５２質量％以上７８質量％以下、よりさらに好ましくは５５質量％以上７７質量％以下である。セラミックス複合体中の酸化アルミニウムの含有量が５０質量％未満であると、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を得ることが困難となり、セラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムの量が少なくなるため、セラミックス複合体の強度が低下する。セラミックス複合体中の酸化アルミニウムの含有量が８５質量％を超えると、相対的に希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が少なくなり、セラミックス複合体の発光効率が低下する場合がある。セラミックス複合体中の酸化アルミニウムの含有量（質量％）は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量を１００質量％とした場合に、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子とを混合した混合粉体中の酸化アルミニウム粒子の配合割合（質量％）と同じである。
セラミックス複合体の製造方法
本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径が０．２μｍ以上１．７μｍ以下であり、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上である酸化アルミニウム粒子とを含む成形体を準備し、成形体を大気雰囲気中で焼成し、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることを含む。
本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法は、平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径が０．２μｍ以上１．７μｍ以下であり、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上である酸化アルミニウム粒子とを含む成形体を準備し、成形体を大気雰囲気中で焼成し、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることを含む。
本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法において、成形体中に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体は、セラミックス複合体に含有される希土類アルミン酸塩蛍光体と同様のものを用いることができる。第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法において、成形体中に含まれる希土類アルミン酸塩蛍光体は、前記式（Ｉ）で表される組成を含むことが好ましい。
また、本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法において、成形体に含まれる酸化アルミニウム粒子は、セラミックス複合体に含有される酸化アルミニウムと同様の純度のものを用いることができる。酸化アルミニウム粒子の平均粒径は０．２μｍ以上１．７μｍ以下であり、好ましくは０．３μｍ以上１．６μｍ以下、より好ましくは０．４μｍ以上１．５μｍ以下である。酸化アルミニウム粒子の平均粒径が０．２μｍ以上１．７μｍ以下であると、希土類アルミン酸塩蛍光体の粉体と酸化アルミニウム粒子を均一に混合することができる。希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子を均一に混合することができると、後の焼成工程において、酸化アルミニウム粒子は、その表面から溶融し、粒子同士の表面が融着されて、全体の密度が均一となり、空隙率が１％以上１０％以下となる空隙が均一に形成されたセラミックス複合体のマトリックスが構成される。酸化アルミニウム粒子の平均粒径が０．２μｍ未満であると、焼成時に小粒径の酸化アルミニウム粒子同士が密に融着され、混合が不均一となる恐れがあり、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を形成することが困難となる。また、酸化アルミニウム粒子の平均粒径が１．７μｍを超えると粒径が大きくなりすぎて、空隙率が１０％を超える多くの空隙がセラミックス複合体中に含まれ、セラミックス複合体の発光効率が低下する場合がある。本明細書において、酸化アルミニウム粒子の平均粒径は、ＦＳＳＳ法により測定された平均粒径をいう。
酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度は、市販の酸化アルミニウム粒子を用いる場合には、カタログに記載された酸化アルミニウムの純度の値を参照することができる。酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウム純度が不明である場合には、酸化アルミニウム粒子の質量を測定した後、酸化アルミニウム粒子を８００℃で１時間、大気雰囲気で焼成し、酸化アルミニウム粒子に付着している有機物や酸化アルミニウム粒子が吸湿している水分を除去する。次いで、焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量を測定し、焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量を焼成前の酸化アルミニウム粒子の質量で除すことによって、酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度を測定することができる。酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度は、例えば、以下の式（５）によって算出することができる。
成形体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量に対して、好ましくは１５質量％以上５０質量％以下、より好ましくは２０質量％以上５０質量％以下、さらに好ましくは２２質量％以上４８質量％以下、特に好ましくは２３質量％以上４５質量％以下である。成形体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が１５質量％以上５０質量％であると、光の波長変換効率が高く、発光効率の高いセラミックス複合体を得ることができる。成形体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量（質量％）は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量を１００質量％とした場合に、成形体を構成する前の希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子とを混合した混合粉体中の希土類アルミン酸塩蛍光体の配合割合（質量％）と同じである。
成形体中の酸化アルミニウム粒子の含有量は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量１００質量％に対して、好ましくは５０質量％以上８５質量％以下、より好ましくは５０質量％以上８０質量％以下、さらに好ましくは５２質量％以上７８質量％以下、よりさらに好ましくは５５質量％以上７７質量％以下である。成形体中の酸化アルミニウム粒子の含有量が５０質量％以上８５質量％以下であると、強度が高く、熱伝導率が良好な、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を得ることができる。成形体中の酸化アルミニウムの含有量が５０質量％未満であると、１％以上１０％以下の空隙率を有するセラミックス複合体を形成しにくくなり、得られるセラミックス複合体の母材を構成する酸化アルミニウムの量が少なくなるため、得られるセラミックス複合体の強度が低下する場合がある。成形体中の酸化アルミニウム粒子の含有量が８５質量％を超えると、相対的に希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が少なくなり、得られるセラミックス複合体の発光効率が低下する場合がある。成形体中の酸化アルミニウム粒子の含有量（質量％）は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量を１００質量％とした場合に、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子とを混合した混合粉体中の酸化アルミニウム粒子の配合割合（質量％）と同じである。
成形体を構成する粉体は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウム粒子の他に、蛍光体の光の波長変換の効率を低下させず、入射光を透過させる粉体を含んでいてもよい。成形体を構成する希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子以外の粉体は、比較的高い熱伝導率を有する物質の粉体であることが好ましい。成形体に比較的高い熱伝導率を有する物質の粉体を加えることにより、蛍光体に加わる熱をセラミックス複合体の外部に放出させやすくなり、波長変換部材として用いたセラミックス複合体の放熱性を向上させることができる。入射光を透過させ、比較的熱伝導率の高い物質からなる粉体としては、ＭｇＯ、ＬｉＦ、Ｎｂ２Ｏ５、ＮｉＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＹ２Ｏ３からなる群から選択される少なくとも１種の粉体が挙げられる。入射光を透過させる粉体としては、ＭｇＯ、ＬｉＦ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２及びＹ２Ｏ３からなる群から選ばれる２種以上の粉体を用いてもよい。
成形体を構成する粉体中に、希土類アルミン酸塩蛍光体及び酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウム粒子以外の粉体（以下、「他の粉体」ともいう。）を含む場合には、その他の粉体と酸化アルミニウム粒子の合計量が、成形体を構成する粉体１００質量％中、好ましくは５０質量％以上８５質量％以下、より好ましくは５０質量％以上８０質量％以下、さらに好ましくは５２質量％以上７８質量％以下、特に好ましくは５５質量％以上７７質量％以下である。酸化アルミニウム粒子とその他の粉体の質量基準の配合比率（酸化アルミニウム粒子：酸化アルミニウム粒子以外の粉体）は、好ましくは１：９９から９９：１、より好ましくは１０：９０から９０：１０である。
図１は、本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法の工程順序の一例を示すフローチャートである。図１を参照にしてセラミックス複合体の製造方法の工程を説明する。セラミックス複合体の製造方法は、成形体準備工程Ｓ１０２と、大気雰囲気で焼成する焼成工程Ｓ１０３を含む。セラミックス複合体の製造方法は、成形体準備工程Ｓ１０２の前に、粉体混合工程Ｓ１０１を含んでいてもよく、焼成工程Ｓ１０３の後に、得られたセラミックス複合体を焼成温度以下の温度で熱処理するアニーリング工程Ｓ１０４を含んでいてもよい。また、セラミックス複合体の製造方法は、アニーリング工程Ｓ１０４の後に、セラミックス複合体の表面を粗面処理する粗面処理工程Ｓ１０５を含んでいてもよく、所望の大きさ又は厚さに切断する加工工程Ｓ１０６を含んでいてもよい。粗面処理工程Ｓ１０５と加工工程Ｓ１０６の順序は、粗面処理工程Ｓ１０５の後に加工工程Ｓ１０６を行ってもよく、逆の順序で加工工程Ｓ１０６の後に粗面処理工程Ｓ１０５を行ってもよい。
粉体混合工程
粉体混合工程では、成形体を構成する粉体を混合し、混合粉体を得る。成形体を構成する混合粉体は、希土類アルミニウム酸塩蛍光体と、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウム粒子とを含む。粉体の混合は、乳鉢及び乳棒を用いて混合することができる。粉体の混合には、ボールミルなどの混合媒体を用いて混合してもよい。また、粉体の混合を行いやすくし、さらに混合後の混合粉体を成形しやすくするために、少量の水やエタノール等の成形助剤を用いてもよい。成形助剤は、後の焼成工程において揮発しやすいものであるものが好ましく、成形助剤を加える場合は、粉体１００質量％に対して、成形助剤が１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは８質量％以下であり、さらに好ましくは５質量％以下である。
粉体混合工程では、成形体を構成する粉体を混合し、混合粉体を得る。成形体を構成する混合粉体は、希土類アルミニウム酸塩蛍光体と、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウム粒子とを含む。粉体の混合は、乳鉢及び乳棒を用いて混合することができる。粉体の混合には、ボールミルなどの混合媒体を用いて混合してもよい。また、粉体の混合を行いやすくし、さらに混合後の混合粉体を成形しやすくするために、少量の水やエタノール等の成形助剤を用いてもよい。成形助剤は、後の焼成工程において揮発しやすいものであるものが好ましく、成形助剤を加える場合は、粉体１００質量％に対して、成形助剤が１０質量％以下であることが好ましく、より好ましくは８質量％以下であり、さらに好ましくは５質量％以下である。
成形体準備工程
成形体準備工程では、希土類アルミン酸塩蛍光体と、酸化アルミニウム粒子とを含む混合粉体を、所望の形状に成形し、成形体を得る。粉体の成形方法は、プレス成形法などの知られている方法を採用することができ、例えば金型プレス成形法、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ:Cold Isostatic Pressing、以下、「ＣＩＰ」ともいう。）などが挙げられる。成形方法は、成形体の形状を整えるために、２種の方法を採用してもよく、金型プレス成形をした後に、ＣＩＰを行ってもよい。ＣＩＰでは、水を媒体とする冷間静水等方加圧法により成形体をプレスすることが好ましい。
成形体準備工程では、希土類アルミン酸塩蛍光体と、酸化アルミニウム粒子とを含む混合粉体を、所望の形状に成形し、成形体を得る。粉体の成形方法は、プレス成形法などの知られている方法を採用することができ、例えば金型プレス成形法、冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ:Cold Isostatic Pressing、以下、「ＣＩＰ」ともいう。）などが挙げられる。成形方法は、成形体の形状を整えるために、２種の方法を採用してもよく、金型プレス成形をした後に、ＣＩＰを行ってもよい。ＣＩＰでは、水を媒体とする冷間静水等方加圧法により成形体をプレスすることが好ましい。
金型プレス成形時の圧力は、好ましくは５ＭＰａから５０ＭＰａであり、より好ましくは５ＭＰａから３０ＭＰａである。金型プレス成形時の圧力が前記範囲であれば、成形体を所望の形状に整えることができる。
ＣＩＰ処理における圧力は、好ましくは５０ＭＰａから２００ＭＰａであり、より好ましくは５０ＭＰａから１８０ＭＰａである。ＣＩＰ処理における圧力が前記範囲であると、焼成後に得られるセラミックス複合体の相対密度が９０％以上９９％と以下となるように希土類アルミン酸塩蛍光体粒子と酸化アルミニウム粒子とを接触させ、空隙率が１％以上１０％以下となる空隙を含むセラミックス複合体を得ることが可能な成形体を形成することができる。
焼成工程
焼成工程は、大気雰囲気中で成形体を焼成し、セラミックス複合体を得る工程である。焼成工程において大気雰囲気中で成形体を焼成することにより、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることができる。大気雰囲気とは、酸素を含む雰囲気であり、雰囲気中の酸素の含有量は特に制限されない。雰囲気中の酸素の含有量が好ましくは５体積％以上、より好ましくは１０体積％以上、さらに好ましくは１５体積％以上であり、大気（酸素含有量が２０体積％以上）雰囲気であってもよい。酸素の含有量が１体積％未満の酸素を含まない雰囲気であると、酸化アルミニウム粒子の表面が融着し難く、所定の空隙率を有するセラミックス複合体が得難くなる場合がある。
焼成工程は、大気雰囲気中で成形体を焼成し、セラミックス複合体を得る工程である。焼成工程において大気雰囲気中で成形体を焼成することにより、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることができる。大気雰囲気とは、酸素を含む雰囲気であり、雰囲気中の酸素の含有量は特に制限されない。雰囲気中の酸素の含有量が好ましくは５体積％以上、より好ましくは１０体積％以上、さらに好ましくは１５体積％以上であり、大気（酸素含有量が２０体積％以上）雰囲気であってもよい。酸素の含有量が１体積％未満の酸素を含まない雰囲気であると、酸化アルミニウム粒子の表面が融着し難く、所定の空隙率を有するセラミックス複合体が得難くなる場合がある。
焼成温度は、好ましくは１４００℃以上１８００℃以下の範囲であり、より好ましくは１５００℃以上１８００℃以下の範囲であり、よりさらに好ましくは１６００℃以上１７８０℃以下の範囲である。焼成温度が１４００℃以上であれば、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることができる。また、焼成温度が１８００℃以下であれば、成形体を構成する粉体を溶解させてしまうことなく、例えば酸化アルミニウム粒子の表面を融着させて、酸化アルミニウムによって母材を形成し、粒界が明らかに確認できる状態で蛍光体を酸化アルミニウムの母材中に含有させたセラミックス複合体を得ることができる。空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得た後に、得られたセラミックス複合体に熱間等方圧加圧（ＨＩＰ：Hot Isostatic Pressing）処理を行ってもよい。ＨＩＰ処理工程を行った場合、セラミックス複合体の真密度が高くなる場合があり、セラミックス複合体の空隙率が１％未満となる場合には、ＨＩＰ処理を行わなくてもよい。
アニーリング工程
本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法は、得られたセラミックス複合体を、還元雰囲気でアニール処理し、アニール処理物を得るアニーリング工程を含むことが好ましい。セラミックス複合体を還元雰囲気でアニール処理することによって、大気雰囲気中で希土類アルミン酸塩蛍光体中の酸化された賦活元素が還元され、希土類アルミン酸塩蛍光体の波長変換効率の低下と発光効率の低下を抑制することができる。還元雰囲気は、へリウム、ネオン及びアルゴンからなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガス又は窒素ガスと、水素ガス又は一酸化炭素ガスとを含む雰囲気であればよく、雰囲気中に少なくともアルゴン又は窒素ガスと、水素ガス又は一酸化炭素ガスとを含むことが好ましい。
本発明の第三の実施形態に係るセラミックス複合体の製造方法は、得られたセラミックス複合体を、還元雰囲気でアニール処理し、アニール処理物を得るアニーリング工程を含むことが好ましい。セラミックス複合体を還元雰囲気でアニール処理することによって、大気雰囲気中で希土類アルミン酸塩蛍光体中の酸化された賦活元素が還元され、希土類アルミン酸塩蛍光体の波長変換効率の低下と発光効率の低下を抑制することができる。還元雰囲気は、へリウム、ネオン及びアルゴンからなる群から選ばれる少なくとも１種の希ガス又は窒素ガスと、水素ガス又は一酸化炭素ガスとを含む雰囲気であればよく、雰囲気中に少なくともアルゴン又は窒素ガスと、水素ガス又は一酸化炭素ガスとを含むことが好ましい。
アニール処理の温度は、焼成温度よりも低い温度であり、１０００℃以上１６００℃以下の範囲であることが好ましい。アニール処理の温度は、より好ましくは１０００℃以上１６００℃以下の範囲であり、さらに好ましくは１１００℃以上１４００℃以下の範囲である。アニール処理の温度が、焼成温度よりも低い温度であり、１０００℃以上１６００℃以下であれば、セラミックス複合体の空隙率を低下させることなく、セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体に含まれる酸化された賦活元素を還元し、波長変換の効率の低下と発光効率の低下を抑制することができる。
粗面処理工程
粗面処理工程は、得られたセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物の表面を粗面処理する工程である。粗面処理工程は、セラミックス複合体を所望の大きさ若しくは厚さに切断して加工する加工工程の前に行ってもよく、加工工程後に行ってもよい。粗面処理するセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物は、光の入射面となる第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面を有する板状体であることが好ましく、粗面処理は、第２の主面に施すことが好ましい。粗面処理する方法としては、例えば、サンドブラストによる方法、機械研削による方法、ダイシングによる方法、化学的エッチングによる方法等が挙げられる。セラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物の第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ以上１５μｍ以下となり、線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上２０μｍ以下となるように粗面処理されることが好ましい。
粗面処理工程は、得られたセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物の表面を粗面処理する工程である。粗面処理工程は、セラミックス複合体を所望の大きさ若しくは厚さに切断して加工する加工工程の前に行ってもよく、加工工程後に行ってもよい。粗面処理するセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物は、光の入射面となる第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面を有する板状体であることが好ましく、粗面処理は、第２の主面に施すことが好ましい。粗面処理する方法としては、例えば、サンドブラストによる方法、機械研削による方法、ダイシングによる方法、化学的エッチングによる方法等が挙げられる。セラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物の第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ以上１５μｍ以下となり、線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上２０μｍ以下となるように粗面処理されることが好ましい。
加工工程
加工工程は、得られたセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物を、所望の大きさ又は厚さに切断加工する工程である。切断する方法は、公知の方法を利用することができ、例えば、ブレードダイシング、レーザーダイシング、ワイヤーソーを用いて切断する方法が挙げられる。これらのうち、切断面が高精度に平らになる点からワイヤーソーが好ましい。加工工程によって、所望の大きさ又は厚さのセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物を得ることができる。セラミックス複合体は光の入射面となる第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面を有する板状体となるように切断加工することが好ましい。板状体のセラミックス複合体の板厚は、好ましくは９０μｍ以上２５０μｍ以下であり、より好ましくは９５μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上１８０μｍ以下である。セラミックス複合体が板状体であり、その板厚を９０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に切断加工すると、加工しやすく、発光効率が高く取り扱い易いセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物を得ることができる。
加工工程は、得られたセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物を、所望の大きさ又は厚さに切断加工する工程である。切断する方法は、公知の方法を利用することができ、例えば、ブレードダイシング、レーザーダイシング、ワイヤーソーを用いて切断する方法が挙げられる。これらのうち、切断面が高精度に平らになる点からワイヤーソーが好ましい。加工工程によって、所望の大きさ又は厚さのセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物を得ることができる。セラミックス複合体は光の入射面となる第１の主面と、第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面を有する板状体となるように切断加工することが好ましい。板状体のセラミックス複合体の板厚は、好ましくは９０μｍ以上２５０μｍ以下であり、より好ましくは９５μｍ以上２００μｍ以下、さらに好ましくは１００μｍ以上１８０μｍ以下である。セラミックス複合体が板状体であり、その板厚を９０μｍ以上２５０μｍ以下の範囲に切断加工すると、加工しやすく、発光効率が高く取り扱い易いセラミックス複合体又はセラミックス複合体のアニール処理物を得ることができる。
第一の実施形態に係るセラミックス複合体又は第三の実施形態に係る製造方法によって得られたセラミックス複合体は、励起光源と組み合わせることによって、波長変換部材を備えた光源として、プロジェクター用光源又は発光装置に用いることができる。
プロジェクター用光源
本発明の第二の実施形態に係るプロジェクター用光源は、本発明の第一の実施形態に係るセラミックス複合体又は第三の実施形態に係る製造方法によって得られたセラミックス複合体と励起光源とを備える。プロジェクターの励起光源は、半導体レーザーであることが好ましい。プロジェクターは、励起光源である半導体レーザーから出射された励起光を、波長変換部材として用いるセラミックス複合体に入射させ、セラミックス複合体によって波長が変換された光と励起光源からの光の混色光を、レンズアレイ、偏向変換素子、色分離光学系などの複数の光学系によって赤色光、緑色光、及び青色光に分離して、画像情報に応じて変調し、カラーの画像光を形成する。励起光源である半導体レーザーから出射された励起光は、ダイクロミックミラー又はコリメート光学系等の光学系を通じてセラミックス複合体に入射させてもよい。
本発明の第二の実施形態に係るプロジェクター用光源は、本発明の第一の実施形態に係るセラミックス複合体又は第三の実施形態に係る製造方法によって得られたセラミックス複合体と励起光源とを備える。プロジェクターの励起光源は、半導体レーザーであることが好ましい。プロジェクターは、励起光源である半導体レーザーから出射された励起光を、波長変換部材として用いるセラミックス複合体に入射させ、セラミックス複合体によって波長が変換された光と励起光源からの光の混色光を、レンズアレイ、偏向変換素子、色分離光学系などの複数の光学系によって赤色光、緑色光、及び青色光に分離して、画像情報に応じて変調し、カラーの画像光を形成する。励起光源である半導体レーザーから出射された励起光は、ダイクロミックミラー又はコリメート光学系等の光学系を通じてセラミックス複合体に入射させてもよい。
発光装置
発光装置は、第一の実施形態に係るセラミックス複合体又は第三の実施形態に係る製造方法によって得られたセラミックス複合体と、ＬＥＤチップからなる発光素子を含むことが好ましい。波長変換部材として用いるセラミックス複合体は、発光素子と組み合わせることによって、発光素子から発せられた光を変換し、発光素子からの光とセラミックス複合体で波長変換された混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。発光素子は、例えば、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長範囲の光を発する発光素子を用いることができる。発光素子には、例えば、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた半導体発光素子を用いることができる。励起光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
発光装置は、第一の実施形態に係るセラミックス複合体又は第三の実施形態に係る製造方法によって得られたセラミックス複合体と、ＬＥＤチップからなる発光素子を含むことが好ましい。波長変換部材として用いるセラミックス複合体は、発光素子と組み合わせることによって、発光素子から発せられた光を変換し、発光素子からの光とセラミックス複合体で波長変換された混色光を発する発光装置を構成することが可能となる。発光素子は、例えば、３５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下の波長範囲の光を発する発光素子を用いることができる。発光素子には、例えば、窒化物系半導体（ＩｎＸＡｌＹＧａ１－Ｘ－ＹＮ、０≦Ｘ、０≦Ｙ、Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた半導体発光素子を用いることができる。励起光源として半導体発光素子を用いることによって、高効率で入力に対する出力のリニアリティが高く、機械的衝撃にも強い安定した発光装置を得ることができる。
以下、本発明を実施例により具体的に説明する。本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
希土類アルミン酸塩蛍光体の製造例
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を実施例及び比較例の組成比となるように、それぞれ計量して原料混合物とし、フラックスとしてフッ化バリウム（ＢａＦ２）を添加し、原料混合物及びフラックスをボールミルで混合した。この混合物をアルミナルツボに入れ、還元性雰囲気下、１４００℃から１６００℃の範囲で１０時間焼成して焼成物を得た。得られた焼成物を、純水中に分散させ、ふるいを介して種々の振動を加えながら溶媒流を流して、湿式ふるいを通過させ、次いで脱水、乾燥し、乾式ふるいを通過させて分級し、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を準備した。蛍光体の組成及び平均粒径は、以下の方法によって測定した。
酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ３）、酸化セリウム（ＣｅＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）を実施例及び比較例の組成比となるように、それぞれ計量して原料混合物とし、フラックスとしてフッ化バリウム（ＢａＦ２）を添加し、原料混合物及びフラックスをボールミルで混合した。この混合物をアルミナルツボに入れ、還元性雰囲気下、１４００℃から１６００℃の範囲で１０時間焼成して焼成物を得た。得られた焼成物を、純水中に分散させ、ふるいを介して種々の振動を加えながら溶媒流を流して、湿式ふるいを通過させ、次いで脱水、乾燥し、乾式ふるいを通過させて分級し、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を準備した。蛍光体の組成及び平均粒径は、以下の方法によって測定した。
酸化アルミニウム粒子
後述するＦＳＳＳ法により測定した平均粒径０．５μｍ又は平均粒径１．１μｍの酸化アルミニウム粒子（酸化アルミニウムの純度９９．９質量％、α型）を用いた。酸化アルミニウム粒子の平均粒径は以下のＦＳＳＳ法により測定し、酸化アルミニウム粒子の純度は、後述する方法によって測定した。
後述するＦＳＳＳ法により測定した平均粒径０．５μｍ又は平均粒径１．１μｍの酸化アルミニウム粒子（酸化アルミニウムの純度９９．９質量％、α型）を用いた。酸化アルミニウム粒子の平均粒径は以下のＦＳＳＳ法により測定し、酸化アルミニウム粒子の純度は、後述する方法によって測定した。
平均粒径
各実施例及び比較例で用いた希土類アルミン酸塩蛍光体及び酸化アルミニウム粒子について、ＦＳＳＳ法による平均粒径を測定した。具体的には、Fisher Sub-Sieve Sizer Model 95（Fisher Scientific社製）を用いて、気温２５℃、湿度７０％ＲＨの環境下において、１ｃｍ３分の試料（蛍光体、酸化アルミニウム粒子）をそれぞれ計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読み取り、ＦＳＳＳ法による平均粒径を算出した。結果を表１に示す。
各実施例及び比較例で用いた希土類アルミン酸塩蛍光体及び酸化アルミニウム粒子について、ＦＳＳＳ法による平均粒径を測定した。具体的には、Fisher Sub-Sieve Sizer Model 95（Fisher Scientific社製）を用いて、気温２５℃、湿度７０％ＲＨの環境下において、１ｃｍ３分の試料（蛍光体、酸化アルミニウム粒子）をそれぞれ計り取り、専用の管状容器にパッキングした後、一定圧力の乾燥空気を流し、差圧から比表面積を読み取り、ＦＳＳＳ法による平均粒径を算出した。結果を表１に示す。
組成分析
得られた蛍光体について、ＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分析装置）（Perkin Elmer（パーキンエルマー）社製）により、希土類アルミン酸塩蛍光体を構成する酸素を除く各元素（Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｇａ）の質量百分率（質量％）を測定し、各元素の質量百分率の値から、蛍光体の化学組成１モル中の各元素のモル比を算出した。Ａｌ、Ｇａのモル比は、測定された分析値に基づくＹのモル比とＣｅのモル比の合計を３とし、このＹとＣｅの合計のモル比３を基準として算出した値である。
得られた蛍光体について、ＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分析装置）（Perkin Elmer（パーキンエルマー）社製）により、希土類アルミン酸塩蛍光体を構成する酸素を除く各元素（Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ａｌ、Ｇａ）の質量百分率（質量％）を測定し、各元素の質量百分率の値から、蛍光体の化学組成１モル中の各元素のモル比を算出した。Ａｌ、Ｇａのモル比は、測定された分析値に基づくＹのモル比とＣｅのモル比の合計を３とし、このＹとＣｅの合計のモル比３を基準として算出した値である。
酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度の測定
酸化アルミニウム粒子の質量を測定した後、酸化アルミニウム粒子を８００℃で１時間、大気雰囲気で焼成し、酸化アルミニウム粒子に付着している有機物や酸化アルミニウム粒子が吸湿している水分を除去した。焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量を測定し、焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量を焼成前の酸化アルミニウム粒子の質量で除すことによって、酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度を上述した式（５）により算出した。
酸化アルミニウム粒子の質量を測定した後、酸化アルミニウム粒子を８００℃で１時間、大気雰囲気で焼成し、酸化アルミニウム粒子に付着している有機物や酸化アルミニウム粒子が吸湿している水分を除去した。焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量を測定し、焼成後の酸化アルミニウム粒子の質量を焼成前の酸化アルミニウム粒子の質量で除すことによって、酸化アルミニウム粒子の酸化アルミニウムの純度を上述した式（５）により算出した。
実施例１
平均粒径３３μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ１．００Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いた。この希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径０．５μｍの酸化アルミニウム粒子とを、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子との合計量に対する酸化アルミニウム粒子の配合割合（質量％）が表１に示す値となるように秤量し、乾式ボールミルで混合し、成形体用の混合粉体を準備した。混合粉体から混合媒体に用いたボールを除いた後、混合粉体を金型に充填し、１０ＭＰａ（１０２ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で直径６５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円筒形状の成形体を形成した。得られた成形体を包装容器に入れて真空包装し、冷間静水等方圧加圧装置（ＫＯＢＥＬＣＯ社製）により１７６ＭＰａでＣＩＰ処理を行った。得られた成形体を焼成炉（丸祥電器社製）、大気雰囲気（酸素濃度：約２０体積％）で、１７００℃の温度で６時間保持して、焼成を行い、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体をワイヤーソーで板厚を２３０μｍで切断し、得られたサンプルの表面を平面研削機で、板厚１１０μｍに研磨して、波長変換部材に用いるセラミックス複合体のサンプルを得た。各実施例及び比較例において、セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムの質量割合は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量を１００質量％とした場合に、混合粉体中の希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の配合割合と同じである。
平均粒径３３μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ１．００Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いた。この希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径０．５μｍの酸化アルミニウム粒子とを、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子との合計量に対する酸化アルミニウム粒子の配合割合（質量％）が表１に示す値となるように秤量し、乾式ボールミルで混合し、成形体用の混合粉体を準備した。混合粉体から混合媒体に用いたボールを除いた後、混合粉体を金型に充填し、１０ＭＰａ（１０２ｋｇｆ／ｃｍ２）の圧力で直径６５ｍｍ、厚さ１５ｍｍの円筒形状の成形体を形成した。得られた成形体を包装容器に入れて真空包装し、冷間静水等方圧加圧装置（ＫＯＢＥＬＣＯ社製）により１７６ＭＰａでＣＩＰ処理を行った。得られた成形体を焼成炉（丸祥電器社製）、大気雰囲気（酸素濃度：約２０体積％）で、１７００℃の温度で６時間保持して、焼成を行い、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体をワイヤーソーで板厚を２３０μｍで切断し、得られたサンプルの表面を平面研削機で、板厚１１０μｍに研磨して、波長変換部材に用いるセラミックス複合体のサンプルを得た。各実施例及び比較例において、セラミックス複合体中の希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウムの質量割合は、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の合計量を１００質量％とした場合に、混合粉体中の希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子の配合割合と同じである。
実施例２
平均粒径が２７μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９９Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径が２７μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９９Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例３
平均粒径が２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いて、焼成温度を１６００℃にしたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径が２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いて、焼成温度を１６００℃にしたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例４
焼成温度を１６５０℃にしたこと以外は、実施例３と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例３と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
焼成温度を１６５０℃にしたこと以外は、実施例３と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例３と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例５
焼成温度を１７００℃にしたこと以外は、実施例３と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例３と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
焼成温度を１７００℃にしたこと以外は、実施例３と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例３と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例６
平均粒径が２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径が１．１μｍの酸化アルミニウム粒子を用いて、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子との合計量に対する酸化アルミニウム粒子の配合割合（質量％）が表１に示す値となるようにしたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径が２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径が１．１μｍの酸化アルミニウム粒子を用いて、希土類アルミン酸塩蛍光体と酸化アルミニウム粒子との合計量に対する酸化アルミニウム粒子の配合割合（質量％）が表１に示す値となるようにしたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例７
平均粒径が０．５μｍの酸化アルミニウム粒子を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例６と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径が０．５μｍの酸化アルミニウム粒子を用いたこと以外は、実施例６と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例６と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例８
実施例７と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を、ＨＩＰ装置（ＫＯＢＥＬＣＯ社製）を用いて、圧力媒体に窒素ガスを含む不活性雰囲気（窒素：９９体積％以上）のもとで、１７５０℃、１９６ＭＰａ、２時間、ＨＩＰ処理により二次焼成を行い、ＨＩＰ処理したセラミックス複合体を得て、このＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断し、実施例７と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例７と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を、ＨＩＰ装置（ＫＯＢＥＬＣＯ社製）を用いて、圧力媒体に窒素ガスを含む不活性雰囲気（窒素：９９体積％以上）のもとで、１７５０℃、１９６ＭＰａ、２時間、ＨＩＰ処理により二次焼成を行い、ＨＩＰ処理したセラミックス複合体を得て、このＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断し、実施例７と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例９
焼成温度を１４５０℃としたこと以外は、実施例３と同様にして、セラミックス複合体を得て、このセラミックス複合体を切断し、実施例３と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
焼成温度を１４５０℃としたこと以外は、実施例３と同様にして、セラミックス複合体を得て、このセラミックス複合体を切断し、実施例３と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例１０
実施例５と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例５と同じ大きさのサンプルを得た後、このサンプルの光の入射面となる第１の主面と、出射面となる第２の主面とを、平面研削盤により、低粗さの砥石を使用して、粗面研削を行い、板厚１１０μｍのセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例５と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例５と同じ大きさのサンプルを得た後、このサンプルの光の入射面となる第１の主面と、出射面となる第２の主面とを、平面研削盤により、低粗さの砥石を使用して、粗面研削を行い、板厚１１０μｍのセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例１１
実施例５と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例５と同じ大きさのサンプルを得た後、このサンプルの光の出射面となる第２の主面を、平面研削盤により、低粗さの砥石を使用して、粗面研削を行い、板厚１１０μｍのセラミックス複合体のサンプルを得た。
実施例５と同様にして、セラミックス複合体を得て、実施例５と同じ大きさのサンプルを得た後、このサンプルの光の出射面となる第２の主面を、平面研削盤により、低粗さの砥石を使用して、粗面研削を行い、板厚１１０μｍのセラミックス複合体のサンプルを得た。
比較例１
平均粒径５μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を、ＨＩＰ装置（ＫＯＢＥＬＣＯ社製）を用いて、圧力媒体に窒素ガスを含む不活性雰囲気（窒素：９９体積％以上）のもとで、１７５０℃、１９６ＭＰａ、２時間、ＨＩＰ処理を行い、このＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断、研磨し、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径５μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３Ａｌ５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を、ＨＩＰ装置（ＫＯＢＥＬＣＯ社製）を用いて、圧力媒体に窒素ガスを含む不活性雰囲気（窒素：９９体積％以上）のもとで、１７５０℃、１９６ＭＰａ、２時間、ＨＩＰ処理を行い、このＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断、研磨し、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
比較例２
平均粒径２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を比較例１と同様にしてＨＩＰ処理を行い、ＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断、研磨し、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を比較例１と同様にしてＨＩＰ処理を行い、ＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断、研磨し、実施例１と同じ大きさ及び板厚のセラミックス複合体のサンプルを得た。
比較例３
平均粒径２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を、比較例１と同様にしてＨＩＰ処理を行い、ＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断、研磨し、実施例１と同じ大きさで、板厚が２００μｍのセラミックス複合体のサンプルを得た。
平均粒径２２μｍ、（Ｙ０．９９Ｃｅ０．０１）３（Ａｌ０．９８Ｇａ０．０１）５Ｏ１２で表される組成を有する希土類アルミン酸塩蛍光体を用いたこと以外は、実施例１と同様にして、セラミックス複合体を得た。得られたセラミックス複合体を、比較例１と同様にしてＨＩＰ処理を行い、ＨＩＰ処理したセラミックス複合体を切断、研磨し、実施例１と同じ大きさで、板厚が２００μｍのセラミックス複合体のサンプルを得た。
セラミックス複合体の相対密度（％）
実施例及び比較例の各セラミックス複合体の相対密度を測定した。結果を表１に示す。実施例及び比較例の各セラミックス複合体の相対密度は上述した式（１）により算出した。
実施例及び比較例の各セラミックス複合体の相対密度を測定した。結果を表１に示す。実施例及び比較例の各セラミックス複合体の相対密度は上述した式（１）により算出した。
セラミックス複合体の真密度は、上述した式（２）より算出した。実施例及び比較例で用いた酸化アルミニウム粒子の真密度を３．９８ｇ／ｃｍ３とし、希土類アルミン酸塩蛍光体の真密度を４．６０ｇ／ｃｍ３として算出した。
セラミックス複合体の見掛け密度は、上述した式（３）により算出した。
セラミックス複合体の空隙率（％）
各実施例及び比較例のセラミックス複合体の真密度を１００％として、各セラミックス複合体の真密度から各セラミックス複合体の相対密度を減じた値を空隙率（％）とした。具体的にセラミックス複合体の空隙率は、上述した式（４）より算出した。
各実施例及び比較例のセラミックス複合体の真密度を１００％として、各セラミックス複合体の真密度から各セラミックス複合体の相対密度を減じた値を空隙率（％）とした。具体的にセラミックス複合体の空隙率は、上述した式（４）より算出した。
発光効率
各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルに対して、レーザーダイオードから波長が４５５ｎｍのレーザー光を入射光の光径が３．５ｍｍとなるようにして照射してサンプルに入射し、サンプルから出射された光の放射束を、積分球で測定した。比較例２の放射束を１００％とし、比較例２の放射束に対する各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルを測定した放射束の相対放射束を発光効率（％）とした。結果を表１に示す。
各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルに対して、レーザーダイオードから波長が４５５ｎｍのレーザー光を入射光の光径が３．５ｍｍとなるようにして照射してサンプルに入射し、サンプルから出射された光の放射束を、積分球で測定した。比較例２の放射束を１００％とし、比較例２の放射束に対する各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルを測定した放射束の相対放射束を発光効率（％）とした。結果を表１に示す。
光径比（出射光の光径／入射光の光径）
各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルに対して、レーザーダイオードから波長が４５５ｎｍのレーザー光を入射光の光径が３．５ｍｍとなるように照射し、レーザー光の光径をサンプルの第１の主面に入射される入射光の光径とした。セラミックス複合体の第２の主面から出射された出射光の光径は、各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルから出射された光の発光輝度を色彩輝度計で測定し、得られた発光スペクトルにおいて最大輝度を示す位置を中心（測定中心）とし、発光スペクトルにおいて最大輝度の１００分の１となる輝度（１/１００輝度）となる２か所の位置の測定中心からの距離（ｍｍ）を絶対値として測定し、最大輝度から最大輝度の１/１００輝度となる測定中心から２か所の位置の距離（ｍｍ）の絶対値の和を第２の主面から出射された出射光の光径として測定した。第１の主面に入射される入射光に対する第２の主面から出射された出射光の光径の光径比を求めた。結果を表１及び図２に示す。
各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルに対して、レーザーダイオードから波長が４５５ｎｍのレーザー光を入射光の光径が３．５ｍｍとなるように照射し、レーザー光の光径をサンプルの第１の主面に入射される入射光の光径とした。セラミックス複合体の第２の主面から出射された出射光の光径は、各実施例及び比較例のセラミックス複合体のサンプルから出射された光の発光輝度を色彩輝度計で測定し、得られた発光スペクトルにおいて最大輝度を示す位置を中心（測定中心）とし、発光スペクトルにおいて最大輝度の１００分の１となる輝度（１/１００輝度）となる２か所の位置の測定中心からの距離（ｍｍ）を絶対値として測定し、最大輝度から最大輝度の１/１００輝度となる測定中心から２か所の位置の距離（ｍｍ）の絶対値の和を第２の主面から出射された出射光の光径として測定した。第１の主面に入射される入射光に対する第２の主面から出射された出射光の光径の光径比を求めた。結果を表１及び図２に示す。
面の算術平均粗さ（Ｓａ）、線の算術平均粗さ（Ｒａ）
実施例５、１０及び１１の各実施例のセラミックス複合体のサンプルの第２の主面及び第１の主面における面の算術平均粗さＳａと、前記各サンプルの第２の主面及び第１の主面における線の算術平均粗さＲａを測定した。面の算術平均粗さＳａは、ＩＳＯ２５１７８に準拠して、粗さ形状測定機（商品名：ＶＳ１５５０、ＨＩＴＡＣＨＩ社製）を用いて測定した。また、線の算術平均粗さＲａは、ＩＳＯ１９９７に準拠して、粗さ形状測定器(商品名：ＳＪ-２１０、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製)を用いて測定した。
実施例５、１０及び１１の各実施例のセラミックス複合体のサンプルの第２の主面及び第１の主面における面の算術平均粗さＳａと、前記各サンプルの第２の主面及び第１の主面における線の算術平均粗さＲａを測定した。面の算術平均粗さＳａは、ＩＳＯ２５１７８に準拠して、粗さ形状測定機（商品名：ＶＳ１５５０、ＨＩＴＡＣＨＩ社製）を用いて測定した。また、線の算術平均粗さＲａは、ＩＳＯ１９９７に準拠して、粗さ形状測定器(商品名：ＳＪ-２１０、Ｍｉｔｕｔｏｙｏ社製)を用いて測定した。
ＳＥＭ写真
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、実施例５のセラミックス複合体及び比較例２のセラミックス複合体の断面のＳＥＭ写真を得た。図３は、実施例５のセラミックス複合体の断面のＳＥＭ写真である。図４は、比較例２のセラミックス複合体の断面のＳＥＭ写真である。
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、実施例５のセラミックス複合体及び比較例２のセラミックス複合体の断面のＳＥＭ写真を得た。図３は、実施例５のセラミックス複合体の断面のＳＥＭ写真である。図４は、比較例２のセラミックス複合体の断面のＳＥＭ写真である。
表１に示すように、実施例１から１１に係るセラミックス複合体は、空隙率が１％以上１０％以下であるため、入射された光が波長変換されずに透過してしまう割合が少なく、比較例１から３のセラミックス複合体に比べて発光効率を高くすることができた。実施例７から９に係るセラミックス複合体は、空隙率が５％以上であり、空隙によって入射された光を乱反射させて光を散乱させることができたと考えられ、発光効率がより高くなった。また、実施例１から１１に係るセラミックス複合体は、第１の主面に入射された入射光の光径に対する第２の主面から出射された出射光の光径の比（光径比（出射光／入射光））が０．４以上０．９以下であった。実施例１から１１に係るセラミックス複合体の光径比から、実施例１から１１に係るセラミックス複合体は、出射光の拡散が抑制され、出射光を目的の位置に集光できることが確認できた。
また、表１に示すように、実施例１０及び１１に係るセラミックス複合体は、光の出射面となる第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ以上１５μｍ以下であり、線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上２０μｍ以下である。実施例１０及び１１のセラミックス複合体は、実施例５のセラミックス複合体よりも発光効率が高く、光径比も小さいため、出射面に対してより垂直方向に近い真っすぐな経路の光を出射でき、出射された光を目的の位置へ集光できることが確認できた。実施例５のセラミックス複合体は、第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ未満であり、線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ未満であり、第２の主面がより平らな状態である。
表１に示すように、比較例１から３に係るセラミックス複合体は、空隙率が１％未満であるため、空隙が少なく、空隙によって入射光を乱反射させて光を散乱させることができないため、発光効率が低下した。また、比較例１から３に係るセラミックス複合体は、光径比（出射光／入射光）が０．９を超えており、セラミックス複合体から出射する光の拡散を抑制することができていなかった。特に板厚が２００μｍである比較例３に係るセラミックス複合体は、発光効率が比較例２よりも低下し、光径比（出射光／入射光）が１．１０を超えて大きくなり、出射光の拡散が抑制できていなかった。
図３のＳＥＭ写真に示すように、実施例５のセラミックス複合体は、セラミックス複合体のマトリックスを構成する酸化アルミニウム粒子の表面が融着された酸化アルミニウム２中に、酸化アルミニウムのマトリックスとは粒界によって区別された希土類アルミン酸塩蛍光体１が存在し、マトリックスを構成する酸化アルミニウム２と希土類アルミン酸塩蛍光体１が一体となってセラミックス複合体が形成されていた。セラミックス複合体は、希土類アルミン酸塩蛍光体よりも平均粒径が小さい酸化アルミニウム粒子の結晶粒界が残った状態で、酸化アルミニウム粒子の表面が融着され、セラミックス複合体のマトリックスが構成されていた。実施例５のセラミックス複合体には、酸化アルミニウム及び希土類アルミン酸塩蛍光体が存在しない空間である空隙３が含まれていた。図３に示すとおり、実施例５のセラミックス複合体に含まれる空隙は、最大孔径が１μｍ以上１５μｍ以下であり、より具体的には最大孔径が１μｍ以上１０μｍ以下であった。
図４のＳＥＭ写真に示すように、比較例２のセラミックス複合体は、密なマトリックスを構成する酸化アルミニウム粒子の表面が融着された密な酸化アルミニウム２中に、酸化アルミニウム２のマトリックスとは粒界によって区別された希土類アルミン酸塩蛍光体１が存在していた。比較例２のセラミックス複合体中には、ほとんど空隙が存在していなかった。
本発明の一態様に係るセラミックス複合体は、ＬＥＤやＬＤの発光素子と組み合わせて、車載用や一般照明用の照明装置、液晶表示装置のバックライト、プロジェクター用光源に利用することができる。
１：希土類アルミン酸塩蛍光体、２：酸化アルミニウム、３：空隙。
Claims (14)
- 平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上の酸化アルミニウムと、空隙とを含み、前記希土類アルミン酸塩蛍光体と前記酸化アルミニウムの合計量に対して前記希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が１５質量％以上５０質量％以下であり、空隙率が１％以上１０％以下であり、
光の入射面となる第１の主面と、前記第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面とを有する板状体であり、前記板状体の板厚が９０μｍ以上２５０μｍ以下である、セラミックス複合体。 - 前記第２の主面における面の算術平均粗さＳａが０．０５μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１に記載のセラミックス複合体。
- 前記第２の主面における線の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１又は２に記載のセラミックス複合体。
- 前記希土類アルミン酸塩蛍光体が下記式（Ｉ）で表される組成を有する請求項１から３のいずれか一項に記載のセラミックス複合体。
（Ｌｎ１－ａＣｅａ）３（ＡｌｃＧａｂ）５Ｏ１２ （Ｉ）
（式（Ｉ）中、Ｌｎは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．０２２、０≦ｂ≦０．４、０＜ｃ≦１．１、０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１を満たす数である。） - 前記第１の主面に入射される入射光の光径に対する前記第２の主面から出射された出射光の光径の比が０．４以上０．９以下の範囲である、請求項１から４のいずれか一項に記載のセラミックス複合体。
- 前記空隙の最大孔径が１μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１から５のいずれか一項に記載のセラミックス複合体。
- 請求項１から６のいずれか一項に記載のセラミックス複合体と、励起光源とを備えた、プロジェクター用光源。
- 前記励起光源が半導体レーザーである、請求項７に記載のプロジェクター用光源。
- 平均粒径が１５μｍ以上４０μｍ以下である希土類アルミン酸塩蛍光体と、平均粒径が０．２μｍ以上１．７μｍ以下の範囲であり、酸化アルミニウムの純度が９９．０質量％以上である酸化アルミニウム粒子と、を含む混合粉体を、金型プレス成形法及び／又は冷間等方圧加圧法（ＣＩＰ）により成形して成形体を準備することと、
前記成形体を酸素の含有量が５体積％以上の大気雰囲気で焼成し、空隙率が１％以上１０％以下であるセラミックス複合体を得ることと、
前記セラミックス複合体を、光の入射面となる第１の主面と、前記第１の主面とは反対側に位置し、光の出射面となる第２の主面とを有する板状体に切断加工すること を含み、
前記焼成の温度が１５００℃以上１８００℃以下の範囲であり、
金型プレス成形時の圧力が５ＭＰａから５０ＭＰａであり、ＣＩＰによる圧力が５０ＭＰａから２００ＭＰａであり、前記板状体の板厚が９０μｍ以上２５０μｍ以下である、セラミックス複合体の製造方法。 - 前記焼成の温度が１６００℃以上１７８０℃以下の範囲である、請求項９に記載のセラミックス複合体の製造方法。
- 前記セラミックス複合体を還元雰囲気でアニール処理し、アニール処理物を得ることを含む、請求項９又は１０に記載のセラミックス複合体の製造方法。
- 前記アニール処理の温度が、前記焼成の温度よりも低い温度であり、１０００℃以上１６００℃以下の範囲である、請求項１１に記載のセラミックス複合体の製造方法。
- 前記成形体中の前記希土類アルミン酸塩蛍光体の含有量が、前記希土類アルミン酸塩蛍光体と前記酸化アルミニウム粒子との合計量に対して、１５質量％以上５０質量％以下である、請求項９から１２のいずれか１項に記載のセラミックス複合体の製造方法。
- 前記希土類アルミン酸塩蛍光体が下記式（Ｉ）で表される組成を有する請求項９から１３のいずれか一項に記載のセラミックス複合体の製造方法。
（Ｌｎ１－ａＣｅａ）３（ＡｌｃＧａｂ）５Ｏ１２ （Ｉ）
（式（Ｉ）中、Ｌｎは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕ及びＴｂのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ａ、ｂ及びｃは、０＜ａ≦０．０２２、０≦ｂ≦０．４、０＜ｃ≦１．１、０．９≦ｂ＋ｃ≦１．１を満たす数である。）
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