JP7339788B2 - 蛍光体プレートの製造方法およびそれを用いた発光装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明者は、まず焼結性を高めるため小粒子のアルミナを使用する一般的な方法を検討したが、蛍光体プレートの黒色化が進み、それに伴って蛍光強度が低下してしまう事が判明した。
このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、アルミナのBET比表面積が、粒子径の適度な大きさを代替できる指標となること、そして、アルミナのBET比表面積を適切な範囲内とすることによって、蛍光体プレートの蛍光強度を向上できることを見出し、本発明を完成するに至った。
BET比表面積が0.1m2/g以上10.0m2/g以下であるアルミナと蛍光体とを含む混合物を加熱する焼成工程を含む、
蛍光体プレートの製造方法が提供される。
上記の蛍光体プレートの製造方法で得られた蛍光体プレートと、発光素子とを用いて、発光装置を得る工程を含む、
発光装置の製造方法が提供される。
詳細なメカニズムは定かではないが、比較的大きな粒子径のアルミナ粉末を使用することで、小粒子と比べて焼結性が穏やかになり、黒色化が抑制される、と考えられる。
加圧焼結方法としては、ホットプレス焼結や放電プラズマ焼結(SPS)、熱間等方加圧焼結(HIP)などが挙げられる。ホットプレス焼結やSPS焼結の場合、圧力は10MPa以上、好ましくは30MPa以上が好ましく、100MPa以下が好ましい。
このような蛍光体プレートは、照射された青色光を橙色光に変換して発光する波長変換体として機能し得る。
(M)m(1-x)/p(Eu)mx/2(Si)12-(m+n)(Al)m+n(O)n(N)16-n ・・一般式(1)
これに対して、α型サイアロン蛍光体とアルミナとの屈折率差は適度に大きく、青色光の散乱を促し、低い蛍光体含有率で効率良く青色光の透過を抑制でき、輝度が高い橙色を発光できる、と考えられる。
各成分の屈折率の代表値として、α型サイアロン蛍光体:約2.0、YAG蛍光体:約1.8、Al2O3:約1.7、SiO2:約1.4が知られている。
加熱工程で構成成分の一部が液相を形成し、この液相に物質が移動することにより、α型サイアロン固溶体が生成する。合成後のα型サイアロン蛍光体は複数の等軸状の一次粒子が焼結して塊状の二次粒子を形成する。
本実施形態における一次粒子とは、粒子内の結晶方位が同一であり、単独で存在することができる最小粒子をいう。
α型サイアロン蛍光体の平均粒子径を5μm以上とすることにより、複合体の透明性をより高めることができる。一方、α型サイアロン蛍光体の平均粒子径を40μm以下とすることにより、ダイサー等で蛍光体プレートを切断加工する際に、チッピングが生じることを抑制することができる。
蛍光体およびアルミナの含有量や、上記焼成工程における蛍光体およびアルミナの含有量は、α型サイアロン蛍光体およびアルミナの含有量の上記上限、上記下限と同様の範囲内であってもよい。
蛍光体プレート10は、発光素子20の一面上に直接配置されてもよいが、光透過性部材またはスペーサーを介して配置され得る。
図1は、蛍光体プレートの構成の一例を示す模式図である。図1に示す蛍光体プレート100の厚みとしては、例えば、100μm以上1mm以下としてもよい。蛍光体プレート100の厚みは、上記の製造工程で得られた後、研削などにより、適当に調整され得る。
なお、円板形状の蛍光体プレート100は、四角形状の場合と比べて、角部における欠けや割れの発生が抑制されるため、耐久性や搬送性に優れる。
また、図2(b)の発光装置120は、基板30と、ボンディングワイヤ60および電極50を介して基板30と電気的に接続された発光素子20と、発光素子20の発光面上に設けられた蛍光体プレート10と、を備える。
図2中、発光素子20と蛍光体プレート10とは、公知の方法で貼り付けられており、例えば、シリコーン系接着剤や熱融着等の方法で貼り合わされてもよい。
また、発光装置110、発光装置120は、全体を透明封止材で封止されていてもよい。
以下、参考形態の例を付記する。
1. BET比表面積が0.1m 2 /g以上10.0m 2 /g以下であるアルミナと蛍光体とを含む混合物を加熱する焼成工程を含む、
蛍光体プレートの製造方法。
2. 1.に記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程における加熱温度が1500℃以上である、蛍光体プレートの製造方法。
3. 1.又は2.に記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記蛍光体が、α型サイアロン蛍光体、β型サイアロン蛍光体、SCASN蛍光体およびKSF蛍光体からなる群から選択される一種以上を含む、蛍光体プレートの製造方法。
4. 1.~3.のいずれか一つに記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程は、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で行う、蛍光体プレートの製造方法。
5. 1.~4.のいずれか一つに記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程は、ホットプレス焼結、放電プラズマ焼結、および熱間等方加圧焼結からなる群から選ばれる加圧焼結方法を用いて、前記混合物を加熱するものである、蛍光体プレートの製造方法。
6. 1.~5.のいずれか一つに記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程における前記蛍光体の含有量は、前記アルミナと前記蛍光体との合計体積に対して、5Vol%以上60Vol%以下である、
蛍光体プレートの製造方法。
7. 1.~6.のいずれか一つに記載の蛍光体プレートの製造方法で得られた蛍光体プレートと、発光素子とを用いて、発光装置を得る工程を含む、
発光装置の製造方法。
(実施例1)
実施例1の蛍光体プレートの原料として、AKP-3000(住友化学株式会社社製、BET比表面積:4.5m2/g)、Ca-αサイアロン蛍光体(アロンブライトYL-600B、デンカ株式会社製、平均粒径D50:15μm)を用いた。
実施例1の蛍光体プレートのかさ密度をJIS-R1634:1998に準拠した方法により測定したところ、3.729g/cm3であった。原料の真密度と配合比から算出した混合物の理論密度が3.781g/cm3であるので、実施例1の蛍光体プレートの相対密度は98.%であった。
実施例1の蛍光体プレートを研磨してSEM観察を実施した結果、アルミナマトリックス相の間にCa-αサイアロン蛍光体粒子が分散した状態が観察された。
アルミナ粉末を、AKP-20(住友化学株式会社社製、BET比表面積:4.3m2/g)に変更した以外は、実施例1と同様にして、表1に記載のプレート厚みを有する円板状の蛍光体プレートを得た。
アルミナ粉末を、AA-03(住友化学株式会社社製、BET比表面積:5.2m2/g)に変更した以外は、実施例1と同様にして、表1に記載のプレート厚みを有する円板状の蛍光体プレートを得た。
アルミナ粉末を、TM-DAR(大明化学工業株式会社製、BET比表面積:14.5m2/g)に変更した以外は、実施例1と同様にして、表1に記載のプレート厚みを有する円板状の蛍光体プレートを得た。
アルミナ粉末を、AKP-53(住友化学株式会社社製、BET比表面積:11.7m2/g)に変更した以外は、実施例1と同様にして、表1に記載のプレート厚みを有する円板状の蛍光体プレートを得た。
実施例1~3の蛍光体プレートについて、X線回折装置(製品名:UltimaIV、リガク社製)を用いて回折パターンを測定した結果、アルミナ焼結体に結晶相が存在することを確認した。この結晶相には、主相としてαアルミナおよびCa-αサイアロン蛍光体が含まれており、僅かにγアルミナが混在していることが分かった。
各実施例・各比較例で得られた蛍光体プレートについて、以下の手順に従って蛍光強度を測定した。
蛍光体プレートの光学特性は、チップオンボード型(COB型)のLEDパッケージ130を用いて測定した。図3は、蛍光体プレート100の発光スペクトルを測定するための装置(LEDパッケージ130)の概略図である。
まず、各実施例・各比較例の蛍光体プレート100、凹部70が形成されたアルミ基板(基板30)を用意した。凹部70の底面の径φを13.5mmとし、凹部70の開口部の径φを16mmとした。
次いで、基板30の凹部70の内部に、青色発光光源として青色LED(発光素子20)を実装した。
その後、基板30の凹部70の開口部を塞ぐように、青色LEDの上部に円形状の蛍光体プレート100を設置し、図3に示す装置(チップオンボード型(COB型)のLEDパッケージ130)を作製した。
20 発光素子
30 基板
40 半田
50 電極
60 ボンディングワイヤ
70 凹部
100 蛍光体プレート
100 発光装置
120 発光装置
130 LEDパッケージ
Claims (5)
- BET比表面積が0.1m2/g以上10.0m2/g以下であるアルミナと蛍光体とを混合し、粉末状の混合物を得る工程と、
前記粉末状の混合物を加熱する焼成工程と、を含み、
前記蛍光体が、α型サイアロン蛍光体、β型サイアロン蛍光体、SCASN蛍光体およびKSF蛍光体からなる群から選択される一種以上を含み、
前記焼成工程は、ホットプレス焼結、放電プラズマ焼結、および熱間等方加圧焼結からなる群から選ばれる加圧焼結方法を用いて、前記粉末状の混合物を加熱するものである、
蛍光体プレートの製造方法。 - 請求項1に記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程における加熱温度が1500℃以上である、蛍光体プレートの製造方法。 - 請求項1または2のいずれか一項に記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程は、不活性ガス雰囲気下または真空雰囲気下で行う、蛍光体プレートの製造方法。 - 請求項1~3のいずれか一項に記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
前記焼成工程における前記蛍光体の含有量は、前記アルミナと前記蛍光体との合計体積に対して、5Vol%以上60Vol%以下である、
蛍光体プレートの製造方法。 - 請求項1~4のいずれか一項に記載の蛍光体プレートの製造方法で得られた蛍光体プレートと、発光素子とを用いて、発光装置を得る工程を含む、
発光装置の製造方法。
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