JP7430183B2 - 蛍光体プレートおよびそれを用いた発光装置 - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光体プレートおよびそれを用いた発光装置に関する。
これまで蛍光体プレートについて様々な開発がなされてきた。この種の技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、一例として、ＹＡＧ：Ｃｅ結晶グレインと、アルミナ結晶グレインとが混在した蛍光体プレートについて記載されている（特許文献１の段落００５５等）。
特開２０１２－９４７０号公報
しかしながら、本発明者が検討した結果、上記特許文献１に記載の蛍光体プレートにおいて、蛍光強度の点で改善の余地があることが判明した。
上記特許文献１では、母材と蛍光体とを含む複合体からなる蛍光体プレートについて、十分に検討がなされていなかった。蛍光体プレートにおいて、発光時に発光の自己吸収が大きくなると、蛍光強度が低下することがある。
本発明者がさらに検討を進めた結果、蛍光体プレートによる発光領域での発光の自己吸収、いわゆる非発光吸収を低減することで、蛍光強度の低下を抑制できること、非発光吸収の程度について７００ｎｍの吸収率を指標に活用できることが分かった。
このような知見に基づきさらに鋭意研究したところ、指標として、４５５ｎｍの吸収率をＡ４５５（％）とし、７００ｎｍの吸収率をＡ７００（％）とし、当該蛍光体プレートの厚みをＴ（ｍｍ）としたときの（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔを採用することで、非発光吸収の程度を安定的に評価でき、その指標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。
本発明によれば、
母材と、前記母材中に分散した蛍光体とを含む板状の複合体を備える蛍光体プレートであって、
当該蛍光体プレートについて、波長３００ｎｍ～７００ｎｍの光の吸収スペクトルを測定したときの、
４５５ｎｍの吸収率をＡ４５５（％）とし、７００ｎｍの吸収率をＡ７００（％）とし、当該蛍光体プレートの厚みをＴ（ｍｍ）としたとき、
（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔが、０．０１以上１．００以下を満たす、
蛍光体プレートが提供される。
また本発明によれば、
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた上記の蛍光体プレートと、
を備える、発光装置が提供される。
本発明によれば、蛍光強度に優れた蛍光体プレート、及びそれを用いた発光装置が提供される。
本実施形態の蛍光体プレートの構成の一例を示す模式図である。 （ａ）はフリップチップ型の発光装置の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）はワイヤボンディング型の発光素子の構成を模式的に示す断面図である。 複合体の発光スペクトルを測定するための装置の概略図である。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。また、図は概略図であり、実際の寸法比率とは一致していない。
本実施形態の蛍光体プレートの概要を説明する。
本実施形態の蛍光体プレートは、母材と、母材中に分散した蛍光体とを含む板状の複合体を備える板状部材で構成される。
蛍光体プレート中、母材の主成分がアルミナであり、蛍光体がα型サイアロン蛍光体を含んでもよい。
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。
本実施形態の蛍光体プレートは、（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔが、０．０１以上１．００以下を満たすものである。
ここで、蛍光体プレートについて、波長３００ｎｍ～７００ｎｍの光の吸収スペクトルを測定したとき、４５５ｎｍの吸収率をＡ４５５（％）とし、７００ｎｍの吸収率をＡ７００（％）とし、当該蛍光体プレートの厚みをＴ（ｍｍ）とする。
Ａ４５５は、蛍光体プレートに対して照射される励起光（青色光）の光吸収の代表的な値を示す。
Ａ７００は、蛍光体プレートの光吸収のうち蛍光体プレートの発光に寄与しない非発光吸収の代表値を表す。
本発明者の知見によれば、（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔを指標として採用することで、α型サイアロン蛍光体を含む蛍光体プレートについての非発光吸収の程度を安定的に評価できる上、指標である（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔを上記の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が見出された。
（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔの上限は、１．００以下、好ましくは０．９５以下、より好ましくは０．９０以下である。これにより、蛍光体プレートの蛍光強度を高めることができる。６００～ｎｍ７００ｎｍ近傍の発光領域において、蛍光体プレートからの発光が自身に吸収されること、いわゆる発光自己吸収が抑制されるため、その蛍光強度の低下が抑制できる。
一方、（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔの下限は、特に限定されないが、０．０１以上としてもよい。
本実施形態では、たとえば蛍光体プレート中に含まれる各成分の種類や配合量、蛍光体プレートの製造方法等を適切に選択することにより、上記（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔを制御することが可能である。これらの中でも、たとえば原料であるアルミナ粉末の比表面積、焼成工程における加熱温度、複合体中の蛍光体の含有比率を適切に調整すること等が、上記（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔを所望の数値範囲とするための要素として挙げられる。
詳細なメカニズムは定かではないが、蛍光体プレートの黒色化を抑制することなどによって、非発光吸収を低減できる、と考えられる。
また、本実施形態によれば、α型サイアロン蛍光体とアルミナとを含む蛍光体プレートは、波長４５５ｎｍの青色光が照射された場合、蛍光体プレートから発せられる波長変換光のピーク波長は５８５ｎｍ以上６０５ｎｍ以下となるように構成されることが好ましい。このような蛍光体プレートと青色光を発光する発光素子とを組み合わせることで、輝度が高い橙色を発光する発光装置を得ることができる。
以下、本実施形態の蛍光体プレートについて詳述する。
上記蛍光体プレートを構成する複合体中には、蛍光体（α型サイアロン蛍光体）と母材（アルミナ）とが混在されている。混在とは、母材（マトリックス相）となるアルミナ中に蛍光体（α型サイアロン蛍光体）が分散された状態を意味する。すなわち、複合体は、母材が構成する（多）結晶体の結晶粒間および／または結晶粒内にα型サイアロン蛍光体粒子が分散された構造を有してもよい。このα型サイアロン蛍光体粒子は、母材（アルミナ焼結体）中に均一に分散されていてもよい。
蛍光体は、下記一般式（１）で表されるα型サイアロン蛍光体を含んでもよい。
（Ｍ）ｍ（１－ｘ）／ｐ（Ｅｕ）ｍｘ／２（Ｓｉ）１２－（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６－ｎ ・・一般式（１）
上記一般式（１）中、ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる１種以上の元素を表し、ｐはＭ元素の価数、０＜ｘ＜０．５、１．５≦ｍ≦４．０、０≦ｎ≦２．０を表す。ｎは、例えば、２．０以下でもよく、１．０以下でもよく、０．８以下でもよい。
α型サイアロンの固溶組成は、α型窒化ケイ素の単位胞（Ｓｉ１２Ｎ１６）のｍ個のＳｉ－Ｎ結合をＡｌ－Ｎ結合に、ｎ個のＳｉ－Ｎ結合をＡｌ－Ｏ結合に置換し、電気的中性を保つために、ｍ／ｐ個のカチオン（Ｍ、Ｅｕ）が結晶格子内に侵入固溶し、上記一般式のように表される。特にＭとして、Ｃａを使用すると、幅広い組成範囲でα型サイアロンが安定化し、その一部を発光中心となるＥｕで置換することにより、紫外から青色の幅広い波長域の光で励起され、黄から橙色の可視発光を示す蛍光体が得られる。
一般に、α型サイアロンは、当該α型サイアロンとは異なる第二結晶相や不可避的に存在する非晶質相のため、組成分析等により固溶組成を厳密に規定することができない。α型サイアロンの結晶相としては、α型サイアロン単相が好ましく、他の結晶相としてβ型サイアロン、窒化アルミニウム又はそのポリタイポイド、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８、ＣａＡｌＳｉＮ３等を含んでいてもよい。
ここで、ＹＡＧ蛍光体とアルミナとの組み合わせのように屈折率差が小さすぎると、光散乱がしにくくなり、青色光の透過を防ぐためには蛍光体含有率を高める必要がある。
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。
α型サイアロン蛍光体の製造方法としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム及び侵入固溶元素の化合物からなる混合粉末を高温の窒素雰囲気中で加熱して反応させる方法がある。
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の下限は、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上がより好ましい。一方、α型サイアロン蛍光体の平均粒子径の上限は、４０μｍ以下が好ましく、３０μｍ以下がより好ましい。α型サイアロン蛍光体の平均粒子径は上記二次粒子における寸法である。
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。
ここで、α型サイアロン蛍光体の平均粒子径とは、レーザー回析散乱式粒度分布測定法（ベックマンコールター社製、ＬＳ１３－３２０）により測定して得られる体積基準粒度分布において、小粒径側からの通過分積算（積算通過分率）５０％の粒子径Ｄ５０をいう。
α型サイアロン蛍光体の含有量の下限は、複合体全体中、体積換算で、例えば、５Ｖｏｌ％以上、好ましくは１０Ｖｏｌ％以上、より好ましくは２０Ｖｏｌ％以上である。これにより、薄層の蛍光体プレートにおける蛍光強度を高めることができる。また、蛍光体プレートの光変換効率を向上できる。一方、α型サイアロン蛍光体の含有量の上限は、複合体全体中、体積換算で、例えば、６０Ｖｏｌ％以下、好ましくは５５Ｖｏｌ％以下、より好ましくは５０Ｖｏｌ％以下である。これにより、蛍光体プレートの熱伝導性の低下を抑制できる。蛍光体の含有量は、α型サイアロン蛍光体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。
複合体に含まれる母材は、アルミナの焼結体で構成されてもよい。焼結体中のアルミナは、可視光の吸収が少ないため、蛍光体プレートの蛍光強度を高めることができる。また、アルミナは熱伝導性が高いため、アルミナを含む蛍光体プレートにおける耐熱性を向上させることができる。さらには、アルミナは機械的強度にも優れるため、蛍光体プレートの耐久性を高めることができる。
焼結体中のアルミナは、光の取り出し効率の観点から、不純物が少ないことが望ましい。例えば、焼結体中のアルミナにおいて、Ａｌ２Ｏ３化合物の純度は、例えば、９８％ｗｔ以上、好ましくは９９％ｗｔ以上とすることができる。
焼結体中のアルミナは、αアルミナおよびγアルミナからなる群から選択される一種以上を含むことができる。これにより、蛍光体プレートの光変換効率を向上できる。
α型サイアロン蛍光体およびアルミナの含有量の下限は、例えば、複合体全体中、体積換算で、９５Ｖｏｌ％以上、好ましくは９８Ｖｏｌ％以上、より好ましくは９９Ｖｏｌ％以上である。つまり、これにより、耐熱性や耐久性を高められる上に、安定的な発光効率を実現できる。一方、α型サイアロン蛍光体およびアルミナの含有量の上限は、特に限定されないが、例えば、複合体全体中、体積換算で、１００Ｖｏｌ％以下としてもよい。
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。
蛍光体プレートの熱伝導率の下限は、例えば、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは１５Ｗ／ｍ・Ｋ、より好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。これにより、高熱伝導率を実現できるため、耐熱性に優れた蛍光体プレートを実現できる。一方、上記蛍光体プレートの熱伝導率の上限は、特に限定されないが、例えば、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下としてもよい。
近年、光源の高輝度化により蛍光体が高温化する傾向が知られている。このような場合でも、熱伝導率に優れた蛍光体プレートを用いることにより、高輝度の橙色を安定的に発光させることが可能である。
蛍光体プレートの少なくとも主面、または主面および裏面の両面における表面が表面処理されていてもよい。表面処理としては、例えば、ダイアモンド砥石等を用いた研削、ラッピング、ポリッシング等の研磨などが挙げられる。
本実施形態の蛍光体プレートの製造工程の一例について説明する。
本実施形態の蛍光体プレートの製造方法は、アルミナ粉末と、発光中心として少なくともＥｕ元素を含有するα型サイアロン蛍光体粉末とを混合する工程（１）、アルミナ粉末とα型サイアロン蛍光体粉末との混合物を加熱して緻密な複合体を焼成する工程（２）を有することができる。
工程（１）において、原料として用いるアルミナ粉末とα型サイアロン蛍光体粉末は、できるだけ高純度であるものが好ましく、構成元素以外の元素の不純物は０．１％以下であることが好ましい。原料粉末の混合は、乾式、湿式の種々の方法を適用できるが、原料として用いるαサイアロン蛍光体粒子が極力粉砕されず、また混合時に装置からの不純物が極力混入しない方法が好ましい。
また、原料として用いるアルミナ粉末のＢＥＴ比表面積の上限は、たとえば、１０．０ｍ２／ｇ以下、好ましくは９．０ｍ２／ｇ以下、より好ましくは８．０ｍ２／ｇ以下、さらに好ましくは６．０ｍ２／ｇである。これにより、蛍光体プレートの黒色化を抑制できる。一方、アルミナ粉末のＢＥＴ比表面積の下限は、たとえば、０．１ｍ２／ｇ以上、好ましくは０．５ｍ２／ｇ以上、より好ましくは１．０ｍ２／ｇ以上、さらに好ましくは２．０ｍ２／ｇである。これにより、アルミナ粉末の焼結性を高め、緻密な複合体を形成できる。
工程（２）において、アルミナ粉末とαサイアロン蛍光体粉末との混合物を１３００℃以上１７００℃以下で焼成を行う。焼結工程における加熱温度は１５００℃以上がより好ましい。複合体を緻密化するためには、焼成温度が高い方が好ましいが、焼成温度が高すぎると、蛍光体とアルミナが反応し蛍光体プレートの蛍光強度が低下するため、前記範囲が好ましい。
焼成方法は常圧焼結でも加圧焼結でも構わないが、αサイアロン蛍光体の特性低下を抑制し、且つ緻密な複合体を得るために、常圧焼結よりも緻密化させやすい加圧焼結が好ましい。
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。
焼成雰囲気はαサイアロンの酸化を防ぐ目的のため、窒素やアルゴンなどの非酸化性の不活性ガス、もしくは真空雰囲気下が好ましい。
以上により、本実施形態の蛍光体プレートが得られる。
得られた蛍光体プレート中の板状の複合体の表面は、本発明の効果を損なわない範囲において研磨処理、プラズマ処理や表面コート処理等の公知の表面処理などが施されてもよい。
本実施形態の発光装置について説明する。
本実施形態の発光装置は、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（発光素子２０）と、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた上記の蛍光体プレート１０と、を備えるものである。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ系材料などのＩＩＩ族窒化物半導体で構成される、ｎ層、発光層、およびｐ層を備えるものである。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子として、青色光を発光する青色ＬＥＤを用いることができる。
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。
発光素子２０の上に配置される蛍光体プレート１０は、図１に示す円板形状の蛍光体プレート１００（蛍光体ウェハ）を用いてもよいが、蛍光体プレート１００を個片化したものを用いることができる。
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。
上記の半導体装置の一例を、図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）はフリップチップ型の発光装置１１０の構成を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）はワイヤボンディング型の発光装置１２０の構成を模式的に示す断面図である。
図２（ａ）の発光装置１１０は、基板３０と、半田４０（ダイボンド材）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。フリップチップ型の発光装置１１０は、フェイスアップ型およびフェイスダウン型のいずれの構造でもよい。
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。
なお、基板３０に実装された発光素子２０に対し、個片化された蛍光体プレート１０を貼り付けてもよい。大面積の蛍光体プレート１００に複数の発光素子２０を貼り付けてから、ダイシングにより、蛍光体プレート１０付き発光素子２０ごとに個片化してもよい。また、複数の発光素子２０が表面に形成された半導体ウェハに、大面積の蛍光体プレート１００を貼り付け、その後、半導体ウェハと蛍光体プレート１００を一括して個片化してもよい。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
以下、本発明について実施例を参照して詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例の記載に何ら限定されるものではない。
＜蛍光体プレートの作成＞
（試験例１）
試験例１の蛍光体プレートの原料として、アルミナ粉末（ＡＨＰ２００、日本軽金属株式会社製、ＢＥＴ比表面積：６．０ｍ２／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。
アルミナ粉末を７．８５７ｇ、Ｃａ－αサイアロン蛍光体粉末を２．８３３ｇ秤量し、メノウ乳鉢により乾式混合した。混合後の原料を目開き７５μｍのナイロン製メッシュ篩を通して凝集を解き、原料混合粉末を得た。尚、原料の真密度（アルミナ：３．９７ｇ／ｃｍ３、Ｃａ－αサイアロン蛍光体：３．３４ｇ／ｃｍ３）から算出した配合比は、アルミナ：Ｃａ－αサイアロン蛍光体＝７０：３０体積％である。
約１１ｇの原料混合粉末をカーボン製下パンチをセットした内径３０ｍｍのカーボン製ダイスに充填し、カーボン製上パンチをセットし、原料粉末を挟み込んだ。尚、原料混合粉末とカーボン治具の間には固着防止のために、厚み０．１２７ｍｍのカーボンシート（ＧｒａＴｅｃｈ社製、ＧＲＡＦＯＩＬ）をセットした。
この原料混合粉末を充填したホットプレス治具をカーボンヒーターの多目的高温炉（富士電波工業株式会社製、ハイマルチ５０００）にセットした。炉内を０．１Ｐａ以下まで真空排気し、減圧状態を保ったまま、上下パンチを５５ＭＰａのプレス圧で加圧した。加圧状態を維持したまま、毎分５℃の速さで１６００℃まで昇温した。１６００℃に到達後、加熱を止め、室温まで徐冷し、除圧した。その後、外径３０ｍｍの焼成物を回収し、平面研削盤と円筒研削盤を用いて、外周部を研削し、直径２５ｍｍ、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。
なお、アルミナ粉末のＢＥＴ比表面積は、ＪＩＳ Ｚ ８８３０：２０１３に基づいて測定した。
試験例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、試験例１の蛍光体プレートの相対密度は９９．９％であった。
試験例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。
（試験例２）
アルミナ粉末を、ＡＫＰ－３０００（住友化学株式会社製、ＢＥＴ比表面積：４．５ｍ２／ｇ）に変更した以外は、試験例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。
（試験例３）
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、試験例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。
（試験例４）
アルミナ粉末を、ＡＡ－０３（住友化学株式会社製、ＢＥＴ比表面積：５．２ｍ２／ｇ）に変更した以外は、試験例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。
（試験例５）
アルミナ粉末を、ＡＫＰ－５３（住友化学株式会社製、ＢＥＴ比表面積：１１．７ｍ２／ｇ）に変更した以外は、試験例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。
［吸収率］
各試験例で得られた蛍光体プレートについて、４５５ｎｍおよび７００ｎｍにおける吸収率を反射蛍光・透過蛍光を独立に評価するシステムを有する量子効率測定装置（ＱＥ－２１００ＨＭＢ大塚電子株式会社製）を用いて測定した。また、４５５ｎｍの吸収率をＡ４５５（％）とし、７００ｎｍの吸収率をＡ７００（％）とし、蛍光体プレートの厚みをＴ（ｍｍ）としたとき、（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔを算出した。結果を表１に示す。
表１の（Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔの結果に基づいて、試験例１～４を実施例１～４とし、試験例５を比較例１とした。
Figure 0007430183000001
得られた蛍光体プレートについて、以下の評価項目に基づいて評価を行った。
［結晶構造解析］
実施例１～４の蛍光体プレートを乳鉢で粉砕して粉末状のサンプルを作成し、Ｘ線回折装置（製品名：ＵｌｔｉｍａＩＶ、リガク社製）を用いて、得られたサンプルにおける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。
［光学特性の評価］
各実施例・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・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。
全光束測定システム（ＨａｌｆＭｏｏｎ／φ１０００ｍｍ積分球システム、大塚電子株式会社製）を用いて、作製したＬＥＤパッケージ１３０の青色ＬＥＤを点灯した時の、蛍光体プレート１００の表面における発光スペクトルを測定した。
得られた発光スペクトルにおいて、波長が５８５ｎｍ以上６０５ｎｍである橙色光（Ｏｒａｎｇｅ）の蛍光強度の最大値（Ｗ／ｎｍ）を求めた。表１には、蛍光強度の最大値について、実施例１を１００％として規格化ときの、他の実施例・比較例の相対値（％）を示す。
実施例１～４の蛍光体プレートは、比較例１と比べて蛍光強度に優れることが示された。
この出願は、２０１９年６月２８日に出願された日本出願特願２０１９－１２０８６１号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０ 蛍光体プレート
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 (7)

  1. 母材と、前記母材中に分散した蛍光体とを含む板状の複合体を備える蛍光体プレートであって、
    当該蛍光体プレートについて、波長３００ｎｍ～７００ｎｍの光の吸収スペクトルを測定したときの、
    ４５５ｎｍの吸収率をＡ４５５（％）とし、７００ｎｍの吸収率をＡ７００（％）とし、当該蛍光体プレートの厚みをＴ（ｍｍ）としたとき、
    （Ａ７００／Ａ４５５）／Ｔが、０．０１以上１．００以下を満たす、
    蛍光体プレート。
  2. 請求項１に記載の蛍光体プレートであって、
    前記蛍光体の含有量は、前記複合体全体中、５Ｖｏｌ％以上６０Ｖｏｌ％以下である、蛍光体プレート。
  3. 請求項１または２に記載の蛍光体プレートであって、
    前記母材の主成分がアルミナであり、前記蛍光体がα型サイアロン蛍光体を含む、蛍光体プレート。
  4. 請求項３に記載の蛍光体プレートであって、
    前記α型サイアロン蛍光体および前記アルミナの含有量の合計値は、前記複合体全体中、９５Ｖｏｌ％以上１００Ｖｏｌ％以下である、蛍光体プレート。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
    当該蛍光体プレートの熱伝導率が、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、蛍光体プレート。
  6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
    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用いる、蛍光体プレート。
  7. ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と、
    前記ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた請求項１～６のいずれか一項に記載の蛍光体プレートと、
    を備える、発光装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5701523B2 (ja) * 2010-06-22 2015-04-15 日東電工株式会社 半導体発光装置
CN109837085B (zh) * 2017-11-27 2023-11-28 日亚化学工业株式会社 波长转换构件的制造方法、和波长转换构件
JP7185126B2 (ja) * 2018-03-14 2022-12-07 日亜化学工業株式会社 照明装置及び植物栽培方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019019271A (ja) 2017-07-20 2019-02-07 デンカ株式会社 赤色蛍光体及び発光装置

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