JPWO2011129320A1 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
発光装置１００は、平板状のＬＥＤ基板１上にメタル部２を設け、メタル部２上にＬＥＤ素子３を配置している。ＬＥＤ素子３の上面にはガラス基板５が設けられ、ガラス基板５の上面には波長変換部６が形成されている。波長変換部６は、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を加熱することにより形成された透光性のセラミック層から成る。
Description
本発明は、発光素子と、発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置に関するものである。
近年、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の青色ＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）チップの近傍にＹＡＧ蛍光体等の蛍光体を配置し、青色ＬＥＤチップから出射される青色光と、蛍光体が青色光を受けて二次発光することにより出射される黄色光との混色により白色ＬＥＤを得る技術が広く用いられている。
このような白色ＬＥＤでは、蛍光体を分散させた透明樹脂を用いてＬＥＤチップや実装部を封止する方法が一般的である。しかし、蛍光体の比重は透明樹脂よりも大きいため、樹脂が硬化する前に蛍光体が沈降してしまい、発光時の色むら等の原因となっていた。
そこで、蛍光体の沈降を抑制して色むらの発生を防止する方法が種々提案されている。例えば特許文献１には、樹脂硬化時の粘度が１００ｃＰ〜１００００ｃＰのシリコーン樹脂を封止体として用いることにより、蛍光体の沈降や偏析を抑制することが記載されている。また、特許文献２には、筒状容器の上端開口と下端開口の間にＬＥＤ素子を配置し、上端開口から下端開口までを透光性樹脂で充填するとともに、ＬＥＤ素子からの出射光が上端開口側へ反射するように容器の内壁面を形成したチップ部品型ＬＥＤが開示されている。
さらに、特許文献３には、液状の透光性封止材料に、蛍光体の沈降防止剤として粘土鉱物を主とする層状化合物に有機カチオンを添加してなる親油性化合物を加えた発光装置及びその製造方法が開示されている。また、特許文献４には、透光性の封止材料としてガラス材料又はセラミック前駆体ポリマーから成るガラス材料を用いた半導体発光装置が開示されている。
しかしながら、特許文献１では、ＬＥＤチップをシリコーン樹脂で封止しているため、ＬＥＤチップからの発光やＬＥＤチップ及び蛍光体の発熱などにより封止材料の着色等の劣化が進行し易い。そのため、長期間の使用に耐えうるだけの耐久性を得ることが困難であった。また、特許文献２の構成ではＬＥＤの構成が複雑となり、コストアップに繋がるという問題点もあった。さらに、特許文献２、３においても、透光性封止材料の具体例としてエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ポリイミド樹脂等の樹脂材料が挙げられており、特許文献１と同様に封止材料の耐久性の面で十分ではなかった。
そこで、特許文献４では加熱後にセラミックとなる封止材料を用いてＬＥＤチップを封止することにより、ＬＥＤチップの耐熱性や耐光性を向上させている。この場合、蛍光体の沈降抑制剤として、特許文献３に記載されている層状化合物を添加すると、蛍光体の分散状態が安定し、色むらの発生を低減することができる可能性がある。しかし、層状化合物を添加するのみでは封止材料と沈降抑制剤との混合液の粘度が小さいため、封止材料が硬化する前に蛍光体が沈降してしまい、沈降抑制効果が十分ではなかった。また、硬化後の膜強度も十分ではなかった。
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであって、耐熱性の高い透光性部材中に蛍光体を均一に分散させた波長変換部を備えることにより、色むらの発生を低減するとともに耐久性にも優れた発光装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、所定波長の光を出射する発光素子と、該発光素子からの出射光により励起されて励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体を含有する波長変換部と、を有し、前記波長変換部は、透光性のセラミック層中に、前記蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、及び無機微粒子を含有し、前記蛍光体が前記セラミック層中に略均一に分散されている発光装置である。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記セラミック層中の前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上２０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記セラミック層中の前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上１０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記セラミック層中の前記無機微粒子の含有量が０．５重量％以上５０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記セラミック層中の前記無機微粒子の含有量が０．５重量％以上２０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記セラミック層中の前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上２０重量％以下であり、前記無機微粒子の含有量が０．５重量％以上５０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記層状ケイ酸塩鉱物が膨潤性粘土鉱物であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記膨潤性粘土鉱物がスメクタイト構造であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記蛍光体の平均粒径が１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記有機金属化合物が有機シロキサン化合物であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記無機微粒子の一次粒径の平均粒径が０．００１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記セラミック層の厚みが５μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記波長変換部は、透明な無機材料からなる基板上に形成され、前記波長変換部を有する基板が前記発光素子の発光面側に配置されていることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置において、前記発光素子が、前記セラミック層で封止されていることを特徴としている。
また本発明は、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を調製する工程と、前記混合液を透明な無機材料からなる基板上に塗布して加熱することにより波長変換部を作製する工程と、前記波長変換部を発光素子の発光面側に設置する工程と、を有する発光装置の製造方法である。
また本発明は、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を調製する工程と、前記混合液を発光素子上に滴下して加熱することにより発光素子を封止する波長変換部を作製する工程と、を有する発光装置の製造方法である。
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記混合液中の有機溶媒に対する有機金属化合物の割合が５重量％以上５０重量％以下であり、有機溶媒と水とを加えた総溶媒量に対する水の割合が５重量％以上５０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、表面処理されていない親水性の層状ケイ酸塩鉱物と水とを混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、有機金属化合物、及び有機溶媒を混合して混合液を調製することを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、表面処理された親油性の層状ケイ酸塩鉱物と有機金属化合物と有機溶媒とを混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び水を混合して混合液を調製することを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記混合液の加熱温度が１００℃以上１０００℃以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記構成の発光装置の製造方法において、前記混合液の粘度は、２５ｃＰ以上８００ｃＰ以下であることを特徴としている。
また本発明は、発光素子からの出射光により励起されて励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体を含有する波長変換部を形成するための混合液であって、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有することを特徴とする混合液である。
また本発明は、上記混合液において、前記有機溶媒と前記水の総量に対する水の割合が５．０重量％以上６０重量％以下であることを特徴としている。
また本発明は、上記混合液において、前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上３重量％以下であり、前記有機溶媒と前記水の総量に対する水の割合が２重量％以上２５重量％以下であることを特徴としている。
本発明の第１の構成によれば、波長変換部が透光性のセラミック層で形成されるため、発光素子及び蛍光体の発熱などによる着色等が発生せず、長期間の使用が可能となる。また、層状ケイ酸塩鉱物と無機微粒子の増粘効果によりセラミック層を形成する混合液中での蛍光体の沈降が抑制されるため、セラミック層中に蛍光体を略均一に分散させることができ、発光装置の色むらの発生を効果的に抑制することができる。また、層状ケイ酸塩鉱物と無機微粒子を含有するためセラミック層の強度も向上する。
また、本発明の第２の構成によれば、上記第１の構成の発光装置において、セラミック層中の層状ケイ酸塩鉱物の含有量を０．５重量％以上２０重量％以下とすることにより、加熱前の混合液の粘性を十分に増加させて蛍光体の沈降を抑制することができる。
また、本発明の第３の構成によれば、上記第２の構成の発光装置において、セラミック層中の層状ケイ酸塩鉱物の含有量を０．５重量％以上１０重量％以下とすることにより、加熱前の混合液の粘性を十分に増加させて蛍光体の沈降を抑制しつつ、セラミック層の強度の低下を抑制することができる。
また、本発明の第４の構成によれば、上記第１の構成の発光装置において、セラミック層中の無機微粒子の含有量を０．５重量％以上５０重量％以下とすることにより、加熱後のセラミック層の強度を維持することができる。
また、本発明の第５の構成によれば、上記第４の構成の発光装置において、セラミック層中の無機微粒子の含有量を０．５重量％以上２０重量％以下とすることにより、加熱後のセラミック層の強度をより効果的に維持することができる。
また、本発明の第６の構成によれば、上記第１の構成の発光装置において、セラミック層中の層状ケイ酸塩鉱物の含有量を０．５重量％以上２０重量％以下とし、無機微粒子の含有量を０．５重量％以上５０重量％以下とすることにより、加熱前の混合液の粘性を十分に増加させて蛍光体の沈降を抑制するとともに、加熱後のセラミック層の強度も維持することができる。
また、本発明の第７の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、層状ケイ酸塩鉱物として膨潤性粘土鉱物を用いることにより、膨潤性粘土鉱物が水により膨潤することでセラミック層形成に用いる混合液の粘性を増加させることができる。
また、本発明の第８の構成によれば、上記第７の構成の発光装置において、スメクタイト構造の膨潤性粘土鉱物を用いることにより、スメクタイト構造の層間に水が進入して膨潤したカードハウス構造をとるため、セラミック層形成に用いる混合液の粘性を大幅に増加させることができる。
また、本発明の第９の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、蛍光体の平均粒径を１μｍ以上５０μｍ以下とすることにより、発光効率を維持しつつ、有機金属化合物との界面に生じる隙間を極力小さくしてセラミック層の強度を高めることができる。
また、本発明の第１０の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、有機金属化合物として有機シロキサン化合物を用いることにより、セラミック層の形成が容易となり、混合液の粘性も高くなるとともに形成されたセラミック層の安定性も向上する。
また、本発明の第１１の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、無機微粒子の一次粒径の平均粒径を０．００１μｍ以上５０μｍ以下とすることにより、有機金属化合物と、蛍光体及び層状ケイ酸塩鉱物との界面に生じる隙間を埋める充填効果、混合液の粘性を増加させる増粘効果、及び加熱後のセラミック層の膜強度を向上させる膜強化効果の全てを満たすことができる。
また、本発明の第１２の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、セラミック層の厚みを５μｍ以上５００μｍ以下とすることにより、十分な波長変換効率を維持しつつ、膜強度の低下によるクラック等の発生も防止することができる。
また、本発明の第１３の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を透明な無機材料からなる基板上に塗布して加熱することで波長変換部を形成し、波長変換部が形成された基板を発光素子の発光面側に配置することにより、構成が簡単で色むらの発生を抑制することができ、波長変換部の耐久性にも優れた発光装置となる。
また、本発明の第１４の構成によれば、上記第１乃至第６のいずれかの構成の発光装置において、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を発光素子上に滴下して加熱することで発光素子をセラミック層で封止することにより、構成が簡単で色むらの発生を抑制することができ、波長変換部の耐久性にも優れた発光装置となる。また、波長変換部を形成する基板が不要であるため、発光装置の構造が簡単になり、部品点数や製造工程も削減できる。また、発光素子の上面のみでなく側面も波長変換部で封止され、発光素子の側面から出射される光も効率良く蛍光に変換されるため、色むらの発生を一層効果的に抑制することができる。
また、本発明の第１５の構成によれば、加熱によりセラミック層となる混合液が、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有することにより、混合液の粘度が高くなり、混合液中での蛍光体の沈降が抑制されるため、色むらの発生が抑制され、波長変換部の耐久性にも優れた発光装置を簡単に製造することができる。
また、本発明の第１６の構成によれば、加熱によりセラミック層となる混合液が、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有することにより、混合液の粘度が高くなり、混合液中での蛍光体の沈降が抑制されるため、色むらの発生が抑制され、波長変換部の耐久性にも優れた発光装置を簡単に製造することができる。また、発光素子の封止と波長変換部の形成とを同時に行うことができ、発光装置の製造工程を一層簡素化できる。
また、本発明の第１７の構成によれば、上記第１５又は第１６の構成の発光装置の製造方法において、混合液中の有機溶媒に対する有機金属化合物の割合を５重量％以上５０重量％以下とし、有機溶媒に水を加えた総溶媒量に対する水の割合を５重量％以上５０重量％以下とすることにより、混合液の粘性を増加させて蛍光体の沈降を抑制するとともに、加熱後のセラミック層の強度も維持することができる。
また、本発明の第１８の構成によれば、上記第１５又は第１６の構成の発光装置の製造方法において、表面処理されていない親水性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合、先ず層状ケイ酸塩鉱物と水とを予備混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、有機金属化合物、及び有機溶媒を混合して混合液を調製することにより、親水性の層状ケイ酸塩鉱物を均一に混合して増粘効果をより高めることができる。
また、本発明の第１９の構成によれば、上記第１５又は第１６の構成の発光装置の製造方法において、表面処理された親油性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合、先ず層状ケイ酸塩鉱物と有機金属化合物と有機溶媒とを予備混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び水を混合して混合液を調製することにより、親油性の層状ケイ酸塩鉱物を均一に混合して増粘効果をより高めることができる。
また、本発明の第２０の構成によれば、上記第１５又は第１６の構成の発光装置の製造方法において、混合液を１００℃以上１０００℃以下で加熱してセラミック層を形成することにより、重合反応を円滑に進行させつつ、層状ケイ酸塩鉱物の熱分解による層状構造の破壊を防止することができる。
また、本発明の第２１の構成によれば、上記第１５又は第１６の構成の発光装置の製造方法において、混合液の粘度を２５ｃＰ以上８００ｃＰ以下とすることにより、加熱後のセラミック層中における蛍光体の分散性を向上させることができる。
また、本発明の第２２の構成によれば、波長変換部を形成するための混合液が、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有することにより、色むらの発生が抑制され、波長変換部の耐久性にも優れた発光装置の製造に特に好適成な混合液となる。
また、本発明の第２３の構成によれば、上記第２２の構成の混合液において、有機溶媒と水の総量に対する水の割合を５．０重量％以上６０重量％以下とすることにより、層状ケイ酸塩鉱物の膨潤による増粘効果を十分に得ることができる。
また、本発明の第２４の構成によれば、上記第２２の構成の混合液において、層状ケイ酸塩鉱物の含有量を０．５重量％以上３重量％以下、有機溶媒と水の総量に対する水の割合を２重量％以上２５重量％以下とすることにより、層状ケイ酸塩鉱物の膨潤による増粘効果と加熱後のセラミック層の強度とを適切な範囲とすることができる。
以下、本発明に係る発光装置の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る発光装置の概略断面図である。図１に示すように、発光装置１００は、平板状のＬＥＤ基板１上にメタル部２を設け、メタル部２上にＬＥＤ素子３を配置している。ＬＥＤ素子３は、メタル部２に対向する面に、突起電極４が設けられており、メタル部２とＬＥＤ素子３とを突起電極４を介して接続している(フリップチップ型)。
本実施形態では、ＬＥＤ素子３として青色ＬＥＤ素子を用いている。青色ＬＥＤ素子は、例えばサファイア基板上にｎ−ＧａＮ系クラッド層、ＩｎＧａＮ発光層、ｐ−ＧａＮ系クラッド層、及び透明電極を積層してなる。
また、ＬＥＤ素子３の上面にはガラス基板５が設けられ、ガラス基板５の上面には波長変換部６が形成されている。波長変換部６は、ＬＥＤ素子３から出射される所定波長の光を、異なる波長の光に変換する部分である。波長変換部６には、透光性を有するセラミック層中にＬＥＤ素子３からの波長により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体が添加されている。
次に、本発明の発光装置に用いられる波長変換部６の構成及び形成方法について詳述する。波長変換部６は、有機金属化合物を有機溶媒に混合したゾル状の混合液を加熱によりゲル状態とし、さらに焼成する、いわゆるゾル・ゲル法により形成された透明セラミック層（ガラス体）中に、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子を含有するものである。
（有機金属化合物）
有機金属化合物は、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子を封止するバインダとしての役割を果たすものである。本発明に用いられる有機金属化合物としては、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等が挙げられる。これらの中でも、加水分解と重合反応によりゲル化し易い金属アルコキシドが好ましい。
有機金属化合物は、蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子を封止するバインダとしての役割を果たすものである。本発明に用いられる有機金属化合物としては、金属アルコキシド、金属アセチルアセトネート、金属カルボキシレート等が挙げられる。これらの中でも、加水分解と重合反応によりゲル化し易い金属アルコキシドが好ましい。
金属アルコキシドは、テトラエトキシシランのような単分子のものでも良いし、有機シロキサン化合物が鎖状または環状に連なったポリシロキサンでも良い。これらの中でも、混合液の粘性が増加するポリシロキサンが好ましい。なお、透光性のガラス体を形成可能であれば金属の種類に制限はないが、形成されるガラス体の安定性や製造の容易性の観点から、ケイ素を含有していることが好ましい。また、金属アルコキシド中に複数種の金属を含有していても良い。
セラミック層中の有機金属化合物の含有量が２重量％未満では、バインダとしての有機金属化合物が少なすぎて加熱、焼成後のセラミック層の強度が低下する。一方、有機金属化合物の含有量が５０重量％を超えると、層状ケイ酸塩鉱物の含有量が相対的に低下するため、加熱前の混合液の粘度が低下して蛍光体が沈降し易くなる。また、無機微粒子の含有量も相対的に低下するため、セラミック層の強度も低下する。そのため、セラミック層中の有機金属化合物の含有量は２重量％以上５０以下が好ましく、２．５重量％以上３０重量％以下がより好ましい。
（蛍光体）
蛍光体は、ＬＥＤ素子３からの出射光の波長（励起波長）により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出射するものである。本実施形態では、青色ＬＥＤ素子から出射される青色光（波長４２０ｎｍ〜４８５ｎｍ）を黄色光（波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を使用している。
蛍光体は、ＬＥＤ素子３からの出射光の波長（励起波長）により励起されて、励起波長と異なる波長の蛍光を出射するものである。本実施形態では、青色ＬＥＤ素子から出射される青色光（波長４２０ｎｍ〜４８５ｎｍ）を黄色光（波長５５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体を使用している。
このような蛍光体は、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍ、Ａｌ、Ｌａ、Ｇａの酸化物、または高温で容易に酸化物となる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して混合原料を得る。或いは、Ｙ、Ｇｄ、Ｃｅ、Ｓｍの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶液をシュウ酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。そして、得られた混合原料にフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して加圧し、成形体を得る。得られた成形体を坩堝に詰め、空気中１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成し、蛍光体の発光特性を持つ焼結体を得る。
なお、本実施形態ではＹＡＧ蛍光体を使用しているが、蛍光体の種類はこれに限定されるものではなく、例えばＣｅを含まない非ガーネット系蛍光体等の他の蛍光体を使用することもできる。また、蛍光体の粒径が大きいほど発光効率（波長変換効率）は高くなる反面、有機金属化合物との界面に生じる隙間が大きくなって形成されたセラミック層の膜強度が低下する。従って、発光効率と有機金属化合物との界面に生じる隙間の大きさを考慮し、平均粒径が１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。蛍光体の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
（層状ケイ酸塩鉱物）
層状ケイ酸塩鉱物は、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましい。これらの中でも、膨潤性に富むスメクタイト構造が特に好ましい。これは、後述するように混合液中に水を添加することで、スメクタイト構造の層間に水が進入して膨潤したカードハウス構造をとるため、セラミック層形成に用いる混合液の粘性を大幅に増加させる効果があるためである。また、層状ケイ酸塩鉱物はセラミック層中での形状が平板状であるので、セラミック層の膜強度を向上させることができる。
層状ケイ酸塩鉱物は、雲母構造、カオリナイト構造、スメクタイト構造等の構造を有する膨潤性粘土鉱物が好ましい。これらの中でも、膨潤性に富むスメクタイト構造が特に好ましい。これは、後述するように混合液中に水を添加することで、スメクタイト構造の層間に水が進入して膨潤したカードハウス構造をとるため、セラミック層形成に用いる混合液の粘性を大幅に増加させる効果があるためである。また、層状ケイ酸塩鉱物はセラミック層中での形状が平板状であるので、セラミック層の膜強度を向上させることができる。
セラミック層中における層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％未満になるとセラミック層形成に用いる混合液の粘性を増加させる効果が十分に得られない。一方、層状ケイ酸塩鉱物の含有量が２０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、層状ケイ酸塩鉱物の含有量は０．５重量％以上２０重量％以下とすることが好ましく、０．５重量％以上１０重量％以下がより好ましい。
なお、有機溶媒との相溶性を考慮して、層状ケイ酸塩鉱物の表面をアンモニウム塩等で修飾（表面処理）したものを適宜用いることもできる。
（無機微粒子）
無機微粒子は、有機金属化合物と、蛍光体及び層状ケイ酸塩鉱物との界面に生じる隙間を埋める充填効果、加熱前の混合液の粘性を増加させる増粘効果、及び加熱後のセラミック層の膜強度を向上させる膜強化効果を有する。本発明に用いられる無機微粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化物微粒子、フッ化マグネシウム等のフッ化物微粒子等が挙げられる。特に、有機金属化合物としてポリシロキサン等の含ケイ素有機化合物を用いる場合、形成されるセラミック層に対する安定性の観点から酸化ケイ素の微粒子を用いることが好ましい。
無機微粒子は、有機金属化合物と、蛍光体及び層状ケイ酸塩鉱物との界面に生じる隙間を埋める充填効果、加熱前の混合液の粘性を増加させる増粘効果、及び加熱後のセラミック層の膜強度を向上させる膜強化効果を有する。本発明に用いられる無機微粒子としては、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化亜鉛等の酸化物微粒子、フッ化マグネシウム等のフッ化物微粒子等が挙げられる。特に、有機金属化合物としてポリシロキサン等の含ケイ素有機化合物を用いる場合、形成されるセラミック層に対する安定性の観点から酸化ケイ素の微粒子を用いることが好ましい。
セラミック層中における無機微粒子の含有量が０．５重量％未満になると、上述したそれぞれの効果が十分に得られない。一方、無機微粒子の含有量が５０重量％を超えると加熱後のセラミック層の強度が低下する。従って、セラミック層中における無機微粒子の含有量は０．５重量％以上５０重量％以下とする。なお、０．５重量％以上４０重量％以下が好ましく、０．５重量％以上２０重量％以下がより好ましい。また、無機微粒子の平均粒径は、上述したそれぞれの効果を考慮して０．００１μｍ以上５０μｍ以下のものを用いることが好ましく、０．００５μｍ以上２０μｍ以下のものを用いるのがより好ましい。無機微粒子の平均粒径は、例えばコールターカウンター法によって測定することができる。
なお、有機金属化合物や有機溶媒との相溶性を考慮して、無機微粒子の表面をシランカップリング剤やチタンカップリング剤で処理したものを適宜用いることもできる。
（前駆体溶液）
前駆体溶液は、有機金属化合物を有機溶媒に混合したものであり、前駆体溶液を加熱することにより透光性のセラミック層を得ることができる。この前駆体溶液に蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、及び無機微粒子を混合した混合液を加熱することで、波長変換部６が形成される。さらに、混合液に水を添加することにより、層状ケイ酸塩鉱物の層間に水が入り込んで混合液の粘性が増加するため、蛍光体の沈降を抑制することができる。なお、水に不純物が含まれていると重合反応を阻害するおそれがあるため、添加する水は不純物を含まない純水を用いる必要がある。
前駆体溶液は、有機金属化合物を有機溶媒に混合したものであり、前駆体溶液を加熱することにより透光性のセラミック層を得ることができる。この前駆体溶液に蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、及び無機微粒子を混合した混合液を加熱することで、波長変換部６が形成される。さらに、混合液に水を添加することにより、層状ケイ酸塩鉱物の層間に水が入り込んで混合液の粘性が増加するため、蛍光体の沈降を抑制することができる。なお、水に不純物が含まれていると重合反応を阻害するおそれがあるため、添加する水は不純物を含まない純水を用いる必要がある。
有機溶媒としては、添加される水との相溶性に優れたメタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等のアルコール類が好ましい。また、有機溶媒に対する有機金属化合物の混合量が５重量％未満になると混合液の粘性を増加させることが困難となり、有機金属化合物の混合量が５０重量％を超えると重合反応が必要以上に速く進んでしまう。そのため、有機溶媒に対する有機金属化合物の混合量は５重量％以上５０重量％以下が好ましく、８重量％以上４０重量％以下がより好ましい。
混合液の調製手順としては、例えば、表面処理された親油性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合は、先ず有機金属化合物を有機溶媒に混合した溶液（前駆体溶液）に層状ケイ酸塩鉱物を予備混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び水を混合する。また、表面処理されていない親水性の層状ケイ酸塩鉱物を用いる場合は、先ず層状ケイ酸塩鉱物と水とを予備混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び前駆体溶液を混合する。これにより、層状ケイ酸塩鉱物を均一に混合して増粘効果をより高めることができる。混合液の好ましい粘度は２５〜８００ｃＰであり、最も好ましい粘度は３０〜５００ｃＰである。
また、有機溶媒に水を加えた総溶媒量に対する水の割合が５重量％未満になると上記の増粘効果を十分に得ることができない。一方、水の割合が６０重量％を超えると増粘効果よりも水の混合過多による粘度低下効果の方が大きくなる。そのため、水の割合は総溶媒量に対し５重量％以上６０重量％以下が好ましく、７重量％以上５５重量％以下がより好ましい。
混合液の最も好ましい組成は、有機金属化合物としてポリシロキサンを用いたものであり、混合液中に含まれる上記各成分の最も好ましい組成範囲は、ポリシロキサン分散液が３５〜６５重量％、層状ケイ酸塩鉱物が０．１〜５重量％、無機微粒子が１〜４０重量％、水が２〜５０重量％である。なお、層状ケイ酸塩鉱物はポリシロキサンとの親和性が高いスメクタイト構造のものを用いるのが好ましい。
以上のようにして得られた混合液をガラス基板５上に所定量塗布し、加熱、焼成して所定の膜厚の波長変換部６を形成する。混合液の塗布方法は特に限定されるものではなく、バーコート法、スピンコート法、スプレーコート法等、従来公知の種々の方法を用いることができる。加熱温度が１００℃未満である場合は有機金属化合物の重合反応が進行しない。一方、加熱温度が１０００℃を超える場合は層状ケイ酸塩鉱物が熱分解して層状構造が破壊されてしまう。従って、混合液の加熱温度は１００℃以上１０００℃以下とする必要があり、２５０℃〜６００℃が好ましい。
また、形成された波長変換部６の厚みが５μｍ未満である場合は波長変換効率が低下して十分な蛍光が得られない。一方、波長変換部６の厚みが５００μｍを超える場合は膜強度が低下してクラック等が発生し易くなる。従って、波長変換部６の厚みは５μｍ以上５００μｍ以下であることが好ましい。
そして、波長変換部６が形成されたガラス基板５をＬＥＤ素子３上に配置することにより、発光装置１００を製造することができる。このとき、波長変換部６に含まれる蛍光体と無機微粒子の粒径が形成される波長変換部６（セラミック層）の膜厚よりも大きいと、蛍光体または無機微粒子の一部が波長変換部６の表面から突出してしまい、波長変換部６の表面の平滑性が失われる。そのため、蛍光体及び無機微粒子は最大粒径がセラミック層の膜厚よりも小さいものを用いる。
こうして製造された発光装置１００は、波長変換部６が透光性のセラミック層で形成されるため、波長変換部６を樹脂材料で形成した場合に比べて耐熱性や耐光性を向上させることができる。また、波長変換部６の形成時に蛍光体が沈降しにくく、波長変換部６中に蛍光体が均一に分散しているため、色むらの発生を効果的に低減することができる。さらに、層状ケイ酸塩鉱物と無機微粒子を添加することにより波長変換部６の膜強度も向上する。
なお、上記実施形態では平板状のガラス基板５を使用しているが、ガラス基板５の形状は特に制限はなく、例えばレンズ形状のガラス基板５を用いても良い。また、ガラス基板に限らず、透明な無機材料からなる基板であれば、例えばサファイア基板等の結晶基板を用いても良い。
図２は、本発明の第２実施形態に係る発光装置の概略断面図である。図２に示すように、発光装置１００は、断面凹状のＬＥＤ基板１の底部にメタル部２を設け、メタル部２上にＬＥＤ素子３を配置している。さらに、ＬＥＤ基板１の凹部にＬＥＤ素子３の周囲を封止するように波長変換部６が形成されている。波長変換部６を含む他の部分の構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
本実施形態の発光装置１００は、ＬＥＤ基板１の凹部にＬＥＤ素子３を配置し、第１実施形態で用いた蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水の混合液をＬＥＤ基板１の凹部に滴下、充填した後、加熱することにより波長変換部６を形成して製造することができる。
本実施形態の発光装置１００は、透光性のセラミック層で形成された波長変換部６中に蛍光体が均一に分散している。そのため、第１実施形態と同様に波長変換部６の耐熱性や耐光性を向上させることができ、色むらの発生を効果的に低減することができる。また、無機微粒子を添加することにより波長変換部６の膜強度も向上する。
さらに、波長変換部６を形成するガラス基板５が不要であるため、第１実施形態に比べて発光装置１００の構造が簡単になり、部品点数や製造工程も削減できる。また、ＬＥＤ素子３の上面のみでなく側面も波長変換部６で封止されており、ＬＥＤ素子３の側面から出射される光も効率良く蛍光に変換される。その結果、色むらの発生を一層効果的に抑制することができる。
なお、ＬＥＤ基板１の凹部の形状や大きさは発光装置１００の仕様に応じて適宜設計することができる。例えば、前駆体溶液を充填し易いように凹部の側面をテーパ状としても良い。また、凹部の内面を反射面とすることにより、発光装置１００の発光効率を高める構成としても良い。
その他、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態では青色ＬＥＤと蛍光体とを併用することで白色発光する発光装置を例に挙げて説明したが、緑色ＬＥＤや赤色ＬＥＤと蛍光体とを併用する場合にも同様に適用できるのはもちろんである。以下、本発明の発光装置１００について実施例及び比較例により更に具体的に説明する。
［蛍光体の調製例］
［蛍光体の調製例］
蛍光体原料として、Ｙ２Ｏ３７．４１ｇ、Ｇｄ２Ｏ３４．０１ｇ、ＣｅＯ２０．６３ｇ、Ａｌ２Ｏ３７．７７ｇを十分に混合し、これにフラックスとしてフッ化アンモニウムを適量混合した。得られた混合物をアルミ製の坩堝に充填し、水素含有窒素ガスを流通させた還元雰囲気中において、１３５０〜１４５０℃の温度範囲で２〜５時間焼成して焼成品（（Ｙ０．７２Ｇｄ０．２４）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ０．０４）を得た。
得られた焼成品を粉砕、洗浄、分離、乾燥して、平均粒径が１０μｍ程度の黄色蛍光体粒子を得た。波長４６５ｎｍの励起光における発光波長を測定したところ、おおよそ波長５７０ｎｍにピーク波長を有していた。
［混合液の調製］
［混合液の調製］
ポリシロキサン分散液（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％）１ｇ中に表面処理された親油性スメクタイト（ルーセンタイトＳＰＮ、コープケミカル社製）０．０２ｇを混合して分散させた。この分散液に上記調製例により調製した蛍光体０．６ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）０．０３ｇ、及び純水０．４５ｇを混合して混合液を調製した。
なお、ポリシロキサン、スメクタイト、蛍光体、及び酸化ケイ素微粒子の混合量は、加熱重合後のセラミック層中における重量％の総和が１００重量％となるように決定されている（以下の実施例２〜１１、比較例１〜７においても同じ）。
蛍光体の混合量を１．１ｇ、純水の混合量を０．３８ｇとした以外は実施例１と同様の方法により混合液を調製した。
ポリシロキサン分散液（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％）１ｇ中に表面処理された親油性スメクタイト（ルーセンタイトＳＰＮ、コープケミカル社製）０．０１ｇを混合して分散させた。この分散液に上記調製例により調製した蛍光体０．７ｇ、粒度分布１〜２４μｍ、メジアン径（Ｄ５０）３μｍの酸化ケイ素微粒子（ハイシリカＦ３、ニッチツ社製）０．０３ｇ、及び純水０．０７ｇを混合して混合液を調製した。
表面処理されていない親水性スメクタイト（ルーセンタイトＳＷＮ、コープケミカル社製）０．０２ｇと純水０．２６ｇを混合して分散させた。これにポリシロキサン分散液（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％）１ｇ、上記調製例により調製した蛍光体１．１ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）０．０３ｇを混合して混合液を調製した。
純水の混合量を０．３７ｇ、蛍光体の混合量を０．７ｇとした以外は実施例４と同様の方法により混合液を調製した。
蛍光体の混合量を０．５ｇとし、メジアン径（Ｄ５０）３μｍの酸化ケイ素微粒子（ハイシリカＦ３、ニッチツ社製）０．１７ｇをさらに混合した以外は実施例５と同様の方法により混合液を調製した。
蛍光体の混合量を１ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）の混合量を０．１ｇとした以外は実施例２と同様の方法により混合液を調製した。
蛍光体の混合量を０．９ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）の混合量を０．２ｇとした以外は実施例２と同様の方法により混合液を調製した。
蛍光体の混合量を０．３３ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）の混合量を０．７５ｇとした以外は実施例２と同様の方法により混合液を調製した。
親水性スメクタイトの混合量を０．０５ｇ、純水の混合量を０．３７ｇ、蛍光体の混合量を０．７ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）の混合量を０．０５ｇとした以外は実施例４と同様の方法により混合液を調製した。
親水性スメクタイトの混合量を０．０４ｇ、純水の混合量を０．３ｇ、蛍光体の混合量を０．２ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）の混合量を０．２ｇとした以外は実施例４と同様の方法により混合液を調製した。
ポリシロキサン分散液（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％）１ｇ中に上記調製例により調製した蛍光体０．３ｇを混合して混合液を調製した。
ポリシロキサン分散液（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％）１ｇ中に親油性スメクタイト（ルーセンタイトＳＰＮ、コープケミカル社製）０．０２ｇを混合して分散させた。この分散液に上記調製例により調製した蛍光体１．１ｇを混合して混合液を調製した。
親油性スメクタイトの混合量を０．１ｇとした以外は比較例２と同様の方法により混合液を調製した。
ポリシラザン分散液（ＮＬ１２０−２０ｗｔ％；ポリシラザン２０重量％、ジブチルエーテル８０重量％、ＡＺエレクトロニックマテリアルズ社製）１ｇ中に、上記調製例により調製した蛍光体０．８ｇと、平均粒径７ｎｍのシリル化処理無水ケイ酸（ＲＸ３００、日本アエロジル社製）０．０６ｇを混合して混合液を調製した。
蛍光体の混合量を０．６ｇ、平均粒径７ｎｍのシリル化処理無水ケイ酸（ＲＸ３００、日本アエロジル社製）の混合量を０．２ｇとした以外は比較例４と同様の方法により混合液を調製した。
純水０．３８ｇをさらに混合した以外は比較例２と同様の方法により混合液を調製した。
メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）０．０３ｇをさらに混合した以外は比較例２と同様の方法により混合液を調製した。
ポリシロキサン分散液（ポリシロキサン１４重量％、イソプロピルアルコール８６重量％）１ｇ中に上記調製例により調製した蛍光体０．６ｇ、メジアン径（Ｄ５０）２５ｎｍの酸化ケイ素微粒子（NanoTek Powder、ＣＩＫナノテック社製）０．０３ｇを混合して混合液を調製した。
上記各実施例、比較例の成分データを表１〜表３に示す。
［波長変換部及び発光装置の作製及び性能評価］
実施例１〜１１、及び比較例１〜８で調製した混合液の粘度を、振動式粘度計（ＶＭ−１０Ａ−Ｌ、ＣＢＣ社製）を用いて測定した。また、実施例１、３、５、７、及び比較例３、８の混合液を、焼成後のセラミック層の膜厚が４０μｍとなるように、それぞれガラス基板（５０ｍｍ×２０ｍｍ×ｔ１ｍｍ）上にバーコート法により塗布し、５００℃で１時間加熱して波長変換部のサンプルを作製した。同様に、実施例２、４、比較例２、６、、７及び８の混合液は、焼成後の膜厚が３５μｍとなるように、実施例８、１０、及び比較例１の混合液は、焼成後の膜厚が４５μｍとなるように、比較例４の混合液は、焼成後の膜厚が５０μｍとなるように、実施例６の混合液は、焼成後の膜厚が５５μｍとなるように、比較例５の混合液は、焼成後の膜厚が６０μｍとなるように、実施例９の混合液は、焼成後の膜厚が１００μｍとなるように、それぞれ厚さ１ｍｍのガラス基板上にバーコート法により塗布し、５００℃で１時間加熱して波長変換部のサンプルを作製した。サンプルは各混合液につき５枚ずつ作製した。
得られた各サンプルのうち、実施例１〜６、比較例１、２、４、７及び８について、膜厚を、レーザホロゲージ（ミツトヨ社製）を用いて測定した。また、波長変換部を約１ｍｍ角に切断し、各波長変換部を１０００μｍ×１０００μｍ×１００μｍの青色ＬＥＤ上にフリップチップタイプで実装した第１実施形態の発光装置を作製し、発光の色度を分光放射輝度計（ＣＳ−１０００Ａ、コニカミノルタセンシング社製）を用いて測定した。膜厚、及び色度の評価結果を前駆体溶液（混合液）の粘度と併せて表４に示す。また、色度のばらつきを図３に示す。
表４中、膜厚の評価は、各サンプル５枚のうち最初に塗布した１枚の膜厚を基準値（１００％）とし、残りの４枚の膜厚のばらつきが±１０％の範囲内であるとき◎、±２０％の範囲内であるとき○、±３０％の範囲内であるとき△、膜厚のばらつきが±４０％を超えるとき×とした。また、図３中、実施例１〜６を○のデータ系列、比較例１を□のデータ系列、比較例２を×のデータ系列、比較例４を△のデータ系列、比較例７を◇のデータ系列、比較例８を＊のデータ系列で表した。
色度は、色空間をＸＹＺ座標系で表したＣＩＥ−ＸＹＺ表色系で、ある点と原点を結ぶ直線が平面ｘ＋ｙ＋ｚ＝１と交わる点で定義される。色度は（ｘ、ｙ）座標で表し、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１の関係から得られるｚ座標は省略する。白色光の色度は（０．３３，０．３３）であり、色度がこの値に近いほど白色光に近くなる。ｘ座標の値が小さくなると青色がかった白色になり、ｘ座標の値が大きくなると黄色がかった白色になる。表４中の５つの色度は５枚の塗布サンプルそれぞれの色度であり、各サンプルの値は５０ｍｍ×２０ｍｍのサイズから切り出された多数の波長変換部のうち任意の３枚を用いて測定した色度の平均値を示した。
表４及び図３から明らかなように、有機金属化合物としてポリシロキサンを混合し、蛍光体、スメクタイト、酸化ケイ素微粒子、及び純水を添加した実施例１〜６では、混合液の粘度が３２〜７８ｃＰと高く、形成された波長変換部の膜厚のばらつきは±２０％の範囲内であった。また、波長変換部を青色ＬＥＤ上に実装した発光装置の色度のばらつきも僅かであった。これは、スメクタイトの層間に水が入り込んでカードハウス構造をとることによる増粘効果と、酸化ケイ素微粒子による増粘効果によって前駆体溶液の粘性が高くなり、蛍光体の沈降が抑制されたためである。
これに対し、混合液中にスメクタイト、酸化ケイ素微粒子、及び純水を添加しなかった比較例１、酸化ケイ素微粒子及び純水を添加しなかった比較例２、スメクタイト及び純水を添加しなかった比較例４及び８、純水を添加しなかった比較例７では、それぞれの混合液の粘度が４〜１５ｃＰと低いために蛍光体が沈降し易く、形成された波長変換部の膜厚のばらつきは±２０％を超えていた。また、比較例１、２、４、７は発光装置の色度のばらつきも大きくなっていた。
試験例１で作製した波長変換部のサンプルのうち、実施例２、７〜１０、及び比較例２、３、５〜８について、ガラス基板上に形成されたセラミック層に２４ｍｍ×１５ｍｍの粘着テープ（ニチバン社製）を貼り付け、粘着テープを剥がした際の、セラミック層の剥がれの有無を目視により観察して膜強度を評価した。膜強度の評価結果を、セラミック層中の無機微粒子の含有量、総溶媒量（有機溶媒＋水）に対する水の割合、混合液の粘度と併せて表５に示す。
表５中、膜強度の評価は、膜剥がれがないとき◎、膜がテープ面積の１０％以下の範囲で剥がれたとき○、膜がテープ面積の１０％より多く３０％以下の範囲で剥がれたとき△、膜がテープ面積の３０％を超える範囲で剥がれたとき×とした。
表５から明らかなように、有機金属化合物としてポリシロキサンを混合し、蛍光体、スメクタイト、酸化ケイ素微粒子、及び純水を添加した実施例２、７〜１０では、膜剥がれは認められないか、膜剥がれがあってもテープ面積の１０％以下であり、膜強度も確保できていることが確認された。
これに対し、混合液中に酸化ケイ素微粒子及び純水を添加しなかった比較例２、３、並びに層状ケイ酸塩鉱物及び純水を添加しなかった比較例５では、混合液の粘度も１０〜１８ｃＰと低く、さらにテープ面積の３０％を超える範囲で膜剥がれが発生した。また、酸化ケイ素微粒子を添加しなかった比較例６では、混合液の粘度も２０ｃＰと低く、テープ面積の１０％を超える範囲で膜剥がれが発生した。また、純水を添加しなかった比較例７では、膜剥がれは認められず膜強度は確保できていたが、混合液の粘度は１５ｃＰと低いため、加熱後のセラミック層中における蛍光体の分散性に問題があった。
実施例１１で調製した混合液の粘度は１４３ｃＰであった。この混合液を、図２に示したようなＬＥＤ素子３が搭載されたＬＥＤ基板１の凹部、およびＬＥＤ素子３表面にスプレーコート法により噴霧した。ＬＥＤ基板１を５００℃で１時間加熱して、ＬＥＤ素子３の上部からの膜厚が２００μｍのセラミック層（波長変換部６）を形成し、発光装置１００を作製した。この発光装置を５個作製し、発光の色度を分光放射輝度計（ＣＳ−１０００Ａ、コニカミノルタセンシング社製）を用いて測定した。結果を表６に示す。なお、本試験例では、スプレー噴霧により作製したため、ＬＥＤ素子３は、図４に示されるようにセラミックス層に封止されている。
表６から明らかなように、各発光装置の色度のばらつきは僅かであった。この結果より、波長変換部をＬＥＤ素子上に直接形成した場合でも、蛍光体の沈降、及び色度のばらつきの抑制効果が得られることが確認された。
試験例１で作製した波長変換部のサンプルのうち、実施例２、及び比較例６、８について、エスペック社製ＴＳＡ−７１Ｓ−Ａを用いて−４０℃にて３０分キープ後に、１００℃にて３０分キープすることを１サイクルとして、それを１００サイクル繰り返すヒートショック試験を実施した。
サンプル（焼成後のセラミック層）を５ｍｍ×５ｍｍの大きさに断裁し、更に各サンプルの表面に対し５（行）×５（列）の碁盤目状の切り込みを入れた。得られた各断片の大きさ（サイズ）は１ｍｍ×１ｍｍである。その後、得られた２５枚のサンプルそれぞれの表面にニチバンテープを貼り付けて剥離し、その剥離枚数を測定し層強度を評価した。評価結果を表１に示す。
表１中、◎，○，△，×の基準は下記のとおりである。
「◎」…１枚も剥離がない
「○」…１〜３枚の剥離がある
「△」…４〜１０枚の剥離がある
「×」…１１枚以上の剥離がある
表１中、◎，○，△，×の基準は下記のとおりである。
「◎」…１枚も剥離がない
「○」…１〜３枚の剥離がある
「△」…４〜１０枚の剥離がある
「×」…１１枚以上の剥離がある
表７から明らかなように、有機金属化合物としてポリシロキサンを混合し、蛍光体、スメクタイト、酸化ケイ素微粒子、及び純水を添加した実施例２では、膜剥がれは認められず、膜強度も確保できていることが確認された。
これに対し、酸化ケイ素微粒子を添加しなかった比較例６、層状ケイ酸塩鉱物を添加しなかった比較例８では、４〜１０枚の剥離が発生した。
以上説明したように本発明は、発光素子と、発光素子から出射される光の波長を変換する蛍光体を含む波長変換部とを有する発光装置に利用可能であり、色度のばらつきが小さく、耐久性にも優れた発光装置を提供することができる。従って、発光装置の高性能化、高機能化、低コスト化に寄与する。
１ ＬＥＤ基板
２ メタル部
３ ＬＥＤ素子
４ 突起電極 (バンプ）
５ ガラス基板
６ 波長変換部
２ メタル部
３ ＬＥＤ素子
４ 突起電極 (バンプ）
５ ガラス基板
６ 波長変換部
Claims (24)
- 所定波長の光を出射する発光素子と、
該発光素子からの出射光により励起されて励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体を含有する波長変換部と、を有し、
前記波長変換部は、透光性のセラミック層中に、前記蛍光体、層状ケイ酸塩鉱物、及び無機微粒子を含有し、前記蛍光体が前記セラミック層中に略均一に分散されていることを特徴とする発光装置。 - 前記セラミック層中の前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上２０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記セラミック層中の前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上１０重量％以下であることを特徴とする請求項２に記載の発光装置。
- 前記セラミック層中の前記無機微粒子の含有量が０．５重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記セラミック層中の前記無機微粒子の含有量が０．５重量％以上２０重量％以下であることを特徴とする請求項４に記載の発光装置。
- 前記セラミック層中の前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上２０重量％以下であり、前記無機微粒子の含有量が０．５重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする請求項１に記載の発光装置。
- 前記層状ケイ酸塩鉱物が膨潤性粘土鉱物であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記膨潤性粘土鉱物がスメクタイト構造であることを特徴とする請求項７に記載の発光装置。
- 前記蛍光体の平均粒径が１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記有機金属化合物が有機シロキサン化合物であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記無機微粒子の一次粒径の平均粒径が０．００１μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記セラミック層の厚みが５μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記波長変換部は、透明な無機材料からなる基板上に形成され、前記波長変換部を有する基板が前記発光素子の発光面側に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 前記発光素子が、前記セラミック層で封止されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の発光装置。
- 蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を調製する工程と、
前記混合液を透明な無機材料からなる基板上に塗布して加熱することにより波長変換部を作製する工程と、
前記波長変換部を発光素子の発光面側に設置する工程と、
を有する発光装置の製造方法。 - 蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有する混合液を調製する工程と、
前記混合液を発光素子上に滴下して加熱することにより発光素子上に波長変換部を作製する工程と、
を有する発光装置の製造方法。 - 前記混合液中の有機溶媒に対する有機金属化合物の割合が５重量％以上５０重量％以下であり、有機溶媒と水とを加えた総溶媒量に対する水の割合が５重量％以上５０重量％以下であることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
- 表面処理されていない親水性の層状ケイ酸塩鉱物と水とを混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、有機金属化合物、及び有機溶媒を混合して前記混合液を調製することを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
- 表面処理された親油性の層状ケイ酸塩鉱物と有機金属化合物と有機溶媒とを混合し、その後に蛍光体、無機微粒子、及び水を混合して前記混合液を調製することを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
- 前記混合液の加熱温度が１００℃以上１０００℃以下であることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
- 前記混合液の粘度は、２５ｃＰ以上８００ｃＰ以下であることを特徴とする請求項１５又は請求項１６に記載の発光装置の製造方法。
- 発光素子からの出射光により励起されて励起波長と異なる波長の蛍光を出す蛍光体を含有する波長変換部を形成するための混合液であって、蛍光体、有機金属化合物、層状ケイ酸塩鉱物、無機微粒子、有機溶媒、及び水を含有することを特徴とする混合液。
- 前記有機溶媒と前記水の総量に対する水の割合が５．０重量％以上６０重量％以下であることを特徴とする請求項２２に記載の混合液。
- 前記層状ケイ酸塩鉱物の含有量が０．５重量％以上３重量％以下であり、水の割合が２重量％以上２５重量％以下であることを特徴とする請求項２２に記載の混合液。
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