JPWO2016063930A1 - 波長変換体、それを用いた発光装置及び波長変換体の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、波長変換体、それを用いた発光装置及び波長変換体の製造方法に関する。波長変換体は、透光性基板（２０）と、透光性基板（２０）の表面（２０ａ）に形成され、且つ、蛍光体を含有する薄膜（２２）とを備える。透光性基板（２０）を構成する焼結体の平均粒径は５〜４０μｍである。透光性基板（２０）は少なくとも１０〜５００質量ｐｐｍのＭｇＯを含有する。蛍光体として、一般式：（Ｃａα，Ｅｕβ）（Ｓｉ，Ａｌ）12（Ｏ，Ｎ）16（但し、１．５＜α＋β＜２．２、０＜β＜０．２、Ｏ／Ｎ≦０．０４）で示されるα型サイアロンを主成分とする蛍光体を用いた。

Description

本発明は、透光性が高く、且つ、熱及び耐湿性に対して信頼性が高く、しかも、実装の際などにおいてハンドリングが容易な波長変換体、それを用いた発光装置及び波長変換体の製造方法に関する。

アンバー色を発光する発光装置として、アンバー色を発光するＬＥＤチップ（特開２００９−１５８８２３号公報、特開２０１３−２４３０９２号公報参照）や、赤色蛍光体を黄色蛍光体と共に用いた発光装置（特開２０１１−０４４７３８号公報参照）等が挙げられる。この特開２０１１−０４４７３８号公報では、ＹＡＧ蛍光体のみでは実現が困難であったアンバー色を、赤色成分の多い窒化物蛍光体をＹＡＧ蛍光体と共に用いることによって、所望のアンバー色を実現している。

また、特許第４１５８０１２号公報では、軟化点が５００℃より高いガラス中に無機蛍光体を分散してなる発光色変換部材が開示されている。

しかしながら、アンバー色を発光する従来のＬＥＤチップは、光量が少なく多数個のＬＥＤチップが必要で、製造コストがかかり、設置スペースも大きくなるという問題がある。

赤色蛍光体を黄色蛍光体と共に用いた従来の発光装置では、以下のような問題がある。すなわち、赤色蛍光体は一般的には窒化物蛍光体が使用される。しかし、酸化物蛍光体と比して、耐熱温度が低く５００℃以上で熱分解するため、製造条件が制約されるという問題があることが判った。さらに、温度特性の異なる２種の蛍光体を使用するため、温度変化による色度バラつきが大きい。

また、特許第４１５８０１２号公報記載の発光色変換部材は、ガラス粉末と無機蛍光体粉末の混合粉末の焼結体で構成されていることから、チップ切断や実装の際などにおいて、クラックが生じやすいという問題がある。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、透光性が高く、且つ、熱及び耐湿性に対して信頼性が高く、しかも、実装の際などにおいてハンドリングが容易な波長変換体、それを用いた発光装置及び波長変換体の製造方法を提供することを目的とする。

［１］ 第１の本発明に係る波長変換体は、透光性基板と、前記透光性基板の表面に形成され、且つ、蛍光体を含有する薄膜とを備え、前記透光性基板を構成する焼結体の平均粒径が５〜４０μｍであり、前記透光性基板が少なくとも１０〜５００質量ｐｐｍのＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含有し、前記蛍光体として、一般式：（Ｃａα，Ｅｕβ）（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｏ，Ｎ）₁₆（但し、１．５＜α＋β＜２．２、０＜β＜０．２、Ｏ／Ｎ≦０．０４）で示されるα型サイアロンを主成分とする蛍光体を用いたことを特徴とする。

［２］ 第１の本発明において、さらに、前記蛍光体を結合するバインダーとしてガラスを含むことが好ましい。

［３］ この場合、前記ガラスの軟化点が５１０℃以上であることが好ましい。さらに好ましくは８００℃以上である。

［４］ 前記蛍光体と前記ガラスとを合わせた体積を１００ｖｏｌ％としたとき、蛍光体／ガラスの体積比率が２０ｖｏｌ％／８０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％／１０ｖｏｌ％であることが好ましい。

［５］ 前記ガラスとして、ＳｉＯ₂（シリカ）を２５〜９０質量％含有することが好ましい。

［６］ 第１の本発明において、前記透光性基板の厚みが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。

［７］ 第１の本発明において、前記薄膜の厚みが３０〜６５０μｍであることが好ましい。さらに好ましくは３０〜１３０μｍである。薄膜における蛍光体の有効厚みは３０００〜１５０００ｖｏｌ％・μｍである。なお、有効厚みは、蛍光体とガラスの体積比率のうち、蛍光体の体積比率と薄膜の厚みを乗算して得られる。

［８］ 第１の本発明において、前記透光性基板の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。さらに好ましくは３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。

［９］ 第２の本発明に係る発光装置は、励起光を発する光源と、その励起光の波長を変換して光を発する上述した第１の本発明に係る波長変換体とを有する発光装置であって、前記発光装置が発する光の色度が色度座標（ＣＩＥ１９３１）上で、ｘ≧０．５４５、ｙ≧０．３９、ｙ−（ｘ−０．１２）≦０であることを特徴とする。さらに好ましくは（０．５４５≦ｘ≦０．５８０）、（０．４１≦ｙ≦０．４４）である。なお、車載用方向指示器アンバー色の色範囲は、日本では、ＪＩＳ Ｄ５５００において橙色範囲として、０．４２９≧ｙ≧０．３９８、ｚ≦０．００７（但しｚ＝１−ｘ−ｙ、ｘｙｚは色度座標）と規格化され、欧州では、ＥＣＥ規則で、ｙ≧０．３９、ｙ≧０．７９−０．６７ｘ、ｙ≦ｘ−０．１２と規格化されている。米国では、ＳＡＥ Ｊ５７８ｃ，Ｊ５７８ｄにおいて、ｙ＝０．３９、ｙ＝０．７９−０．６７ｘ、ｙ≦ｘ−０．１２と規格化されている。

［１０］ 第２の本発明において、前記光源が発する前記励起光の発光ピーク波長が４００〜４８０ｎｍであることが好ましい。

［１１］ 第２の本発明において、前記波長変換体に照射される励起光を発する前記光源からの光の強度が０．０１Ｗ／ｍｍ²以上であることが好ましい。なお、光の強度は波長変換体の受光面の面積で規格化した入射光の強度を示す。

［１２］ 第３の本発明に係る波長変換体の製造方法は、上述した第１の本発明に係る波長変換体を製造するための波長変換体の製造方法において、材料粉末を調合して混合物を調製する材料調合工程と、前記混合物を成形して成形体を作製する成形体作製工程と、前記成形体を予備焼成して焼結体前駆体を作製する予備焼成工程と、前記焼結体前駆体を本焼成して透光性基板を作製する本焼成工程と、前記透光性基板に蛍光体とガラス粉末とを混合した蛍光体混合粉末を焼き付ける焼付け工程とを有し、前記予備焼成は、酸化雰囲気で前記成形体中の有機バインダーを分解除去し、前記本焼成は、前記焼結体前駆体を、水素雰囲気又は真空中で１６００〜２０００℃で焼成し、前記焼付け工程は、酸化雰囲気又は水素含有雰囲気で５２０℃以上で焼き付けることを特徴とする。ここで、水素含有雰囲気とは、水素濃度が１００％の雰囲気、もしくは水素−窒素混合雰囲気、もしくは水素−アルゴン混合雰囲気、もしくは水素を微量に添加した大気でもよい。

［１３］ 第３の本発明において、前記蛍光体として、前記焼付け工程の熱処理によって内部量子効率が焼付け前に比べて低下しない蛍光体を用いることが好ましい。すなわち、上述した一般式で示される蛍光体を用いることが好ましい。

上述したα型サイアロン蛍光体は、例えば、窒化ケイ素と、窒化アルミニウムと、Ｃａ含有化合物と、Ｅｕ含有化合物と、α型サイアロンとからなる原料混合粉末を窒素雰囲気中、１６５０〜１８５０℃で加熱処理することにより、α型サイアロンを得て、分級処理のみにより、平均粒径が５〜５０μｍの粉末を得ることにより製造することができる。この方法は、原料混合粉末中にα型サイアロンを含有させると共に、分級処理のみで平均粒径５〜５０μｍの粉末を得ることが特徴であり、この方法により得られる蛍光体は、比表面積が小さく、発光効率に優れ、且つ、発光色の温度依存性が小さく、高温の環境においても色の変化が少ない。

本発明に係る波長変換体によれば、透光性が高く、且つ、熱及び耐湿性に対して信頼性が高く、しかも、実装の際などにおいてハンドリングが容易であり、アンバー色を発光する各種発光装置に用いて好適となる。

本発明に係る発光装置によれば、透光性が高く、且つ、熱及び耐湿性に対して信頼性が高いアンバー色を発光する発光装置を得ることができる。

本発明に係る波長変換体の製造方法によれば、透光性が高く、且つ、熱及び耐湿性に対して信頼性が高く、しかも、実装の際などにおいてハンドリングが容易な波長変換体を低コストで得ることができる。

本実施の形態に係る発光装置を波長変換体と共に示す構成図である。 本実施の形態に係る波長変換体の製造方法を示す工程図である。 図３Ａは第１変形例に係る波長変換体を示す断面図であり、図３Ｂは第２変形例に係る波長変換体を示す断面図である。 図４Ａは第３変形例に係る波長変換体を示す断面図であり、図４Ｂは第４変形例に係る波長変換体を示す断面図である。 図５Ａは第５変形例に係る波長変換体を示す断面図であり、図５Ｂは第６変形例に係る波長変換体を示す断面図である。 第７変形例に係る波長変換体を示す断面図である。 実施例１〜８並びに比較例１〜６において、積分球を用いた内部量子効率の評価方法を示す説明図である。 実施例１〜８並びに比較例１〜６において、積分球を用いた透過エネルギー効率の評価方法を示す説明図である。

以下、本発明に係る波長変換体、それを用いた発光装置及び波長変換体の製造方法の実施の形態例を図１〜図８を参照しながら説明する。なお、本明細書において、数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。

先ず、本実施の形態に係る発光装置１０は、本実施の形態に係る波長変換体１２と、該波長変換体１２に照射される励起光１４を発する光源１６とを有する。光源１６が発する励起光１４は発光ピーク波長が４００〜４８０ｎｍである。光源１６はＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やＬＤ（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等で構成される。

波長変換体１２に照射される励起光１４を発する光源１６からの光の強度は０．０１Ｗ／ｍｍ²以上である。なお、光の強度は、波長変換体１２の受光面の面積で規格化した入射光の強度を示す。

一方、本実施の形態に係る波長変換体１２は、図１に示すように、光源１６からの励起光１４を波長変換して、励起光１４とは異なった波長の光１８を出射する。この実施の形態では、光源１６からの励起光１４（発光ピーク波長が４００〜４８０ｎｍ）を波長変換して、アンバー色の光１８を出射する。ここでのアンバー色とは、光の色度が色度座標（ＣＩＥ１９３１）上で、ｘ≧０．５４５、ｙ≧０．３９、ｙ−（ｘ−０．１２）≦０の範囲である。

そして、この波長変換体１２は、アルミナを主成分とした板状の透光性基板２０と、該透光性基板２０の表面２０ａに形成され、且つ、蛍光体を主成分とする薄膜２２とを有する。

薄膜２２は、蛍光体（すなわち蛍光体粒子）とバインダーとしてのガラスを含む。なお、図１において、薄膜２２の大きさが透光性基板２０と同じに記載されているが、これに限定されない。これらの部材の寸法は任意であり、薄膜２２の大きさは透光性基板２０より小さくてもよい。これは、図３Ａ〜図６においても同様である。

透光性基板２０としては、厚みが、例えば０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることが好ましい。透光性基板２０の気孔率は、内部にごく少量、例えば体積で１〜１０００ｐｐｍの気孔を含有することが好ましい。気孔は、光の透光性に対して悪影響があるが、少量の気孔は、透光性基板２０内での光の拡散性を向上させる。

透光性基板２０を構成する焼結体の平均粒径は５〜４０μｍが好ましい。平均粒径の測定は、例えば次のように行われる。試料の任意の箇所が光学顕微鏡によって２００倍の倍率で観察される。観察された像において、０．７ｍｍの線分上に位置する結晶数Ｎが数えられる。この場合、平均粒径は、
０．７×（４／π）／Ｎ
によって算出され得る。

透光性基板２０の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましい。さらに好ましくは熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上とすることで、薄膜２２での発熱を透光性基板２０を介して放熱することができ、温度消光の発生を抑制することができる。

透光性基板２０の材料としては、アルミナ、窒化アルミニウム、スピネル、ＰＬＺＴ（チタン酸ジルコン酸ランタン鉛）、ＹＡＧ、Ｓｉ₃Ｎ₄、石英、サファイア、ＡｌＯＮ、硬質ガラス（例えばパイレックス（登録商標））等が挙げられるが、特にＡｌ₂Ｏ₃成分を主体としたものがよく、さらに、多結晶体の方が酸化物ガラスとの結合性が良好なので好ましい。

また、透光性基板２０は、波長依存の小さいフラット、且つ、高い前方透過性が望まれる。光の波長４００〜７００ｎｍの平均の前方透過率は６０％以上、好ましくは７５％以上であり、波長依存性は平均前方透過率±１５％以内、好ましくは±１０％がよい。これを実現するためには緻密さと結晶粒径が重要である。例えば焼結をコントロールするために、透光性基板２０の材料粉末に、ＭｇＯを１０〜５００ｐｐｍ含有させ、１６００〜２０００℃の水素５０％以上の雰囲気で焼成する。ＭｇＯ以外に希土類や４Ａ族と組みあわせてもよい。逆に、Ｆｅ（鉄）、Ｃｒ（クロム）等の着色元素はフラット性を低下させるため、着色元素（Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｃｒ、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅））の含有量は各２０ｐｐｍ以下とすることが望ましい。

平均粒径が大きすぎると、ダイサー等で切断加工する際に、チッピングが生じやすくなる。平均粒径が細かいと、前方透過率が低下する。前方透過率が低いと光を取り出すために、パッケージの反射特性を高める必要があり、コスト高を招くおそれがある。

一方、薄膜２２に関しては、薄膜２２を構成する蛍光体として、一般式：（Ｃａα，Ｅｕβ）（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｏ，Ｎ）₁₆（但し、１．５＜α＋β＜２．２、０＜β＜０．２、Ｏ／Ｎ≦０．０４）で示されるα型サイアロンを主成分とし、平均粒径が５〜５０μｍである蛍光体を用いることが好ましい。

ここで、蛍光体の平均粒径とは、レーザー回折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％の粒子径をいう。

また、薄膜２２を構成する蛍光体とガラスとの体積比（各成分の体積は各成分の重量を各成分の比重で除したものとする）において、蛍光体の組成が２０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下であることが好ましい。さらに好ましくは５０ｖｏｌ％以上９０ｖｏｌ％以下である。

上述のことにより、薄膜２２の透光性基板２０への接着強度確保のためにバインダーを使用しながらも、内部量子効率の低下がなく、本実施の形態に係る波長変換体１２を用いた発光装置１０の輝度の向上を図ることができる。しかも、樹脂成分を使用していないことから、本実施の形態に係る波長変換体１２を発光装置１０に実装することにより、樹脂劣化に伴う輝度低下や色ばらつきが発生せず、また、樹脂よりも熱伝導が良好なため、蛍光体の温度消光に伴う輝度低下が起こらない発光装置１０を得ることができる。

ここで、波長変換体の製造方法について図２を参照しながら説明する。

先ず、ステップＳ１の材料調合工程において、材料粉末とを調合して混合物を調製する。

この場合、ＢＥＴ表面積９〜１５ｍ²／ｇのアルミナ粉末に対し、少なくとも１０〜５００ｐｐｍの酸化マグネシウム（ＭｇＯ）を助剤として添加した原料を用いることが好ましい。例えば純度９９．９％以上（好ましくは９９．９５％以上）の高純度アルミナ粉末に対して、助剤を添加した原料を用いる。このような高純度アルミナ粉末としては、大明化学工業株式会社製の高純度アルミナ粉体を例示することができる。

助剤としては、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）のほか、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ₂）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、酸化ランタン（Ｌａ₂Ｏ₃）、酸化スカンジウム（Ｓｃ₂Ｏ₃）も例示することができる。

その後、ステップＳ２の成形体作製工程において、混合物を成形して成形体を作製する。成形方法は特に限定されず、ドクターブレード法、押し出し法、ゲルキャスト法等、任意の方法であってよい。特に好ましくは、成形体をゲルキャスト法を用いて作製する。

ゲルキャスト法は、以下の方法が挙げられる。

（１） 無機物粉体と共に、ゲル化剤となるポリビニルアルコール、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のプレポリマーを、分散剤と共に分散媒中に分散してスラリーを調製し、注型後、架橋剤により三次元的に架橋してゲル化させることにより、スラリーを固化させる。

（２） 反応性官能基を有する有機分散媒とゲル化剤とを化学結合させることにより、スラリーを固化させる。この方法は、本出願人の特開２００１−３３５３７１号公報に記載されている方法である。

その後、ステップＳ３の予備焼成工程において、成形体を予備焼成して焼結体前駆体を作製する。予備焼成は、酸化雰囲気で成形体中の有機バインダーを分解除去するために行う。この予備焼成は、例えば連続大気炉において、５００〜１３００℃の温度、３０分〜２４時間の時間で行うことができる。

その後、ステップＳ４の本焼成工程において、焼結体前駆体を本焼成して透光性基板２０を作製する。本焼成は、例えば連続還元炉において、水素雰囲気又は真空中で１６００〜２０００℃の温度、３０分〜２４時間の時間で行うことができる。

その後、ステップＳ５の焼付け工程において、透光性基板に蛍光体とガラス粉末とを混合した蛍光体混合粉末を焼き付ける。

先ず、透光性基板の表面に、蛍光体とガラスとを混合したペーストを塗布する。ペーストを塗布する方法は特に限定されず、スクリーン印刷のほか、ディップコートやインクジェット等の公知の方法を用いることができる。

ペーストの作製方法は、特に限定されず、自公転式攪拌脱泡ミキサーのほか、トリロールミル等の公知の方法を用いることができる。また、ペースト用樹脂、溶剤等の有機ビヒクルの種類も特に限定されない。ビヒクルについては、溶剤としてテルピネオールのほかに、ポリビニルアセタール等の公知のもの、ペースト用樹脂としてエトセル、アクリル、ブチラール樹脂の公知のものを用いることができる。

ペーストに含まれるガラスは、耐湿性等の化学的安定性を望む場合は、軟化点が５１０℃以上、さらには８００℃以上のガラスを使うことが望ましい。出発原料として複数種のガラスを用いてもよい。

ここで、ガラスの組成を例示すると、低温度で軟化させるためには鉛系、あるいはビスマス系を用いることが好ましい。また、５１０℃以上で軟化させる場合には、アルカリ金属酸化物の含有量が５質量％以下のガラスを用いることができる。具体的には、ＺｎＯ−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系、Ｒ₂Ｏ（Ｒはアルカリ金属、以下同じ）−ＰｂＯ−ＳｉＯ₂系、Ｒ₂Ｏ−ＣａＯ−ＰｂＯ−ＳｉＯ₂系、ＢａＯ−Ａｌ₂Ｏ₃−Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系、Ｂ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂系等を例示することができる。

ペーストに含まれる蛍光体は、上述の一般式で示されるα型サイアロンを単体でもよいし、複数種を混合してもよい。この場合、上述したアンバー色の範囲になるように複数種の蛍光体を混合する。また、酸化物蛍光体等、耐熱性の高い蛍光体を混ぜて色度を整えることも可能である。

ここで、発光輝度をさらに向上させる上で好適な態様（変形例）について図３Ａ〜図６を参照しながら説明する。図３Ａ〜図６において、各部材の表面及び裏面は、励起光１４が入射する側の面を表面と記し、表面と対向する面を裏面と記す。

第１変形例に係る波長変換体１２Ａは、図３Ａに示すように、薄膜２２の表面２２ａに、ダイクロイック膜３０が形成されている。ダイクロイック膜３０とは、特定の波長の光（例えば励起光１４）を透過し、その他の波長の光（例えば波長変換後の光１８）を反射する鏡の一種で、通常は誘電体の多層膜等の薄膜をコーティングさせて形成する。

すなわち、ダイクロイック膜３０は、高屈折率層と低屈折率層とが交互に積層された構造を有する。高屈折率層の材質としては、ＴｉＯ₂（屈折率＝２．２〜２．５）やＴａ₂Ｏ₅（屈折率＝２．０〜２．３）等が挙げられ、低屈折率層の材質としては、ＳｉＯ₂（屈折率＝１．４５〜１．４７）やＭｇＦ₂（屈折率＝１．３８）等が挙げられる。また、ダイクロイック膜３０の層数は、高屈折率層と低屈折率層とでそれぞれ５〜１００層であり、膜厚は、１層につき、５０〜５００ｎｍである。

これにより、薄膜２２にて波長変換された後の光の一部（薄膜２２と透光性基板２０との界面にて反射した光を含む）は、ダイクロイック膜３０にて反射されて透光性基板２０側に戻されることから、輝度の向上を図ることができる。

第２変形例に係る波長変換体１２Ｂは、図３Ｂに示すように、透光性基板２０の裏面２０ｂに、反射防止膜３２を有する点で異なる。反射防止膜３２は、ＡＲコート（Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｃｏａｔｉｎｇ）とも呼ばれ、光の干渉により透光性基板２０の裏面２０ｂでの反射を低減させる薄い膜である。反射防止膜３２の材質としては、ＴｉＯ₂、ＳｉＯ₂等とするほか、ＭｇＦ₂、ＺｒＯ₂等が挙げられる。

これにより、透光性基板２０内に入射したアンバー色の光のほとんどは、透光性基板２０の裏面２０ｂにて反射しなくなり、前方への光として出射されることになる。これは、輝度の向上に寄与する。

第３変形例に係る波長変換体１２Ｃは、図４Ａに示すように、透光性基板２０の裏面２０ｂに、レンズ形状３４を一体に設けた点で異なる。このレンズ形状３４を一体に設ける方法としては、上述したゲルキャスト法を用いることができる。

レンズ形状３４を一体に設けることで、アンバー色の光１８がレンズ形状３４に向かって進行し、光がレンズ形状３４によって、拡散されるため、配光角の向上に寄与する。

第４変形例に係る波長変換体１２Ｄは、図４Ｂに示すように、上述した第１変形例に係る波長変換体１２Ａとほぼ同様の構成を有するが、透光性基板２０の表面２０ａと裏面２０ｂにそれぞれ反射防止膜３２を形成した点で異なる。この場合、透光性基板２０の表面２０ａに反射防止膜３２を設けることで、薄膜２２にて波長変換された後の光１８のほとんどは、薄膜２２と透光性基板２０との界面にて反射しなくなり、透光性基板２０内に進行する。また、透光性基板２０内を進行する光は透光性基板２０の裏面２０ｂで反射しなくなる。その結果、さらなる輝度の向上を図ることができる。なお、反射防止膜３２は、透光性基板２０の表面２０ａ及び裏面２０ｂのいずれか一方に形成してもよい。

第５変形例に係る波長変換体１２Ｅは、図５Ａに示すように、薄膜２２を透光性基板２０の裏面２０ｂ側に配置した点で異なる。この場合、透光性基板２０で拡散された光が薄膜２２に均質化されて照射される。また、拡散された光（励起光１４）の一部が、薄膜２２によって異なる波長の光（すなわちアンバー色の光１８）に変換される。また、この波長変換体１２Ｅは、透光性基板２０の裏面２０ｂと薄膜２２の表面２２ａとの間にダイクロイック膜３０を配置している。さらに、波長変換体１２Ｅは、透光性基板２０の表面２０ａに反射防止膜３２が形成されている。

この第５変形例に係る波長変換体１２Ｅによれば、励起光１４は透光性基板２０の表面２０ａにて反射されることなく、薄膜２２内に拡散して進行する。さらに、薄膜２２にて波長変換された後の光１８の一部は、薄膜２２の表面２２ａ側に向かうが、透光性基板２０の裏面２０ｂと薄膜２２の表面２２ａとの間に配置されたダイクロイック膜３０にて反射されて薄膜２２の裏面２２ｂ側に戻されることから、さらなる輝度の向上を図ることができる。

第６変形例に係る波長変換体１２Ｆは、図５Ｂに示すように、上述した第５変形例に係る波長変換体１２Ｅとほぼ同様の構成を有するが、薄膜２２の裏面２２ｂに反射防止膜３２が形成されている点で異なる。この場合、第５変形例と同様に、薄膜２２の表面２２ａ側に向かう光（波長変換された後の光１８の一部）は、ダイクロイック膜３０にて反射されて薄膜２２の裏面２２ｂ側に戻される。特に、この第６変形例では、薄膜２２にて発生したアンバー色の光１８は薄膜２２の裏面２２ｂで反射されることなく、外方に出射されることとなる。従って、さらなる輝度の向上を図ることができる。

第７変形例に係る波長変換体１２Ｇは、図６に示すように、上述した第６変形例に係る波長変換体１２Ｆとほぼ同様の構成を有するが、透光性基板２０の表面２０ａにダイクロイック膜３０が形成され、透光性基板２０の裏面２０ｂに反射防止膜３２が形成されている点で異なる。この場合、励起光１４は透光性基板２０の裏面２０ｂにて反射されることなく、薄膜２２内に拡散して進行する。さらに、薄膜２２で発生したアンバー色の光１８のうち、透光性基板２０の表面２０ａ側に向かう光は、透光性基板２０の表面２０ａに形成されたダイクロイック膜３０にて反射されて薄膜２２側に戻されることから、さらなる輝度の向上を図ることができる。なお、薄膜２２の裏面２２ｂに形成された反射防止膜３２は省略してもよい。

実施例１〜８、比較例１〜６に係る発光装置について、色度と光学特性（内部量子効率及び透過エネルギー効率）を評価した。実施例１〜８に係る発光装置は、いずれも図１に示す発光装置１０と同様の構成を有し、発光装置１０に設置される波長変換体１２はいずれも図１に示す波長変換体１２と同様の構成を有する。

＜実施例１＞
（波長変換体）
特開２００１−３３５３７１号公報記載のゲルキャスト法にて成形を行い、純度９９．９％、アルキメデス法による相対密度９９．５％以上、平均粒径２０μｍ、外寸１００×１００ｍｍ、厚さ０．５ｍｍの透光性基板２０を得た。

具体的には、純度９９．９９％以上、ＢＥＴ表面積９〜１５ｍ²／ｇ、タップ密度０．９〜１．０ｇ／ｃｍ³の高純度アルミナ粉末に対し、助剤として、３００ｐｐｍのＭｇＯ粉末、３００ｐｐｍのＺｒＯ₂粉末、５０ｐｐｍのＹ₂Ｏ₃粉末を添加した。この原料粉末をゲルキャスト法によって成形した。

２０℃で、分散媒に前記原料粉末及び分散剤を添加して分散し、次いで、ゲル化剤を添加して分散し、最後に、反応触媒を添加することにより、スラリーを作製した。このスラリーを型内に注入し、２時間放置してゲル化させた。ゲル化した成形体を型から取り出し、６０〜１００℃で乾燥した。次いで、成形体を脱脂の後、１８００℃で２時間、水素雰囲気中で焼成（本焼成）した。

蛍光体とガラスの混合及びペースト化には、自公転式攪拌脱泡ミキサーを用いた。蛍光体粉末として、電気化学工業株式会社製のアロンブライト（登録商標）のうち、平均粒径が１６μｍのＹＬ−５９５Ａを使用し、ガラスフリットとして、ボロシリケートガラス（軟化点８２０℃）を使用した。

そして、蛍光体粉末、ガラスフリット、所定量のビヒクルを均一に混合、混練し、目的とするペーストを得た。蛍光体とガラスは、蛍光体とガラスの体積比率が６０ｖｏｌ％／４０ｖｏｌ％となるように原料比を調整した。ビヒクル成分としてテルピネオールを用いた。

作製したペーストを、スクリーン印刷により、透光性基板２０に印刷した。これを大気中で６０〜１００℃で乾燥させ、同じく大気中で９００℃で焼成（焼き付け）することで実施例１に係る波長変換体１２を得た。焼成膜厚（薄膜２２の厚み）が９０μｍとなるように印刷条件を調整した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは６０ｖｏｌ％×９０μｍ＝５４００ｖｏｌ％・μｍである。

（光源）
実施例１の光源１６が発する励起光１４は発光ピーク波長が４６０ｎｍである。また、波長変換体１２に照射される光源１６からの光の強度は０．０１Ｗ／ｍｍ²である。

＜実施例２＞
実施例２に係る波長変換体１２は、薄膜２２の厚みが２１０μｍであること以外は実施例１と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは６０ｖｏｌ％×２１０μｍ＝１２６００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜実施例３＞
実施例３に係る波長変換体１２は、蛍光体とガラスの体積比率が９０ｖｏｌ％／１０ｖｏｌ％であり、薄膜２２の厚みが６０μｍであること以外は実施例１と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは９０ｖｏｌ％×６０μｍ＝５４００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜実施例４＞
実施例４に係る波長変換体１２は、蛍光体とガラスの体積比率が９０ｖｏｌ％／１０ｖｏｌ％であり、薄膜２２の厚みが１４０μｍであること以外は実施例１と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは９０ｖｏｌ％×１４０μｍ＝１２６００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜比較例１＞
比較例１に係る波長変換体１２は、蛍光体とガラスの体積比率が４０ｖｏｌ％／６０ｖｏｌ％であり、薄膜２２の厚みが６０μｍであること以外は実施例１と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは４０ｖｏｌ％×６０μｍ＝２４００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜比較例２＞
比較例２に係る波長変換体１２は、薄膜２２の厚みが３００μｍであること以外は実施例１と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは６０ｖｏｌ％×３００μｍ＝１８０００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜実施例５＞
実施例５に係る波長変換体１２は、助剤として２００ｐｐｍのＭｇＯ粉末のみを添加したこと、透光性基板２０の厚みを０．１ｍｍとしたこと、蛍光体粉末として、電気化学工業株式会社製のアロンブライト（登録商標）のうち、平均粒径が１６μｍのＹＬ−６００Ａを用いたこと以外は実施例１と同様にして作製した。光源１６は、実施例１と同様である。

＜実施例６＞
実施例６に係る波長変換体１２は、蛍光体とガラスの体積比が９０ｖｏｌ％／１０ｖｏｌ％であり、薄膜２２の厚みが４０μｍであること以外は実施例５と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは９０ｖｏｌ％×４０μｍ＝３６００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜実施例７＞
実施例７に係る波長変換体１２は、軟化点が７２０℃のガラスフリットを使用し、蛍光体とガラスを含有するペーストを８００℃で焼成（焼き付け）したこと以外は実施例５と同様にして作製した。光源１６は、実施例１と同様である。

＜実施例８＞
実施例８に係る波長変換体１２は、蛍光体とガラスの体積比が９０ｖｏｌ％／１０ｖｏｌ％であり、薄膜２２の厚みが４０μｍであること以外は実施例７と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは９０ｖｏｌ％×４０μｍ＝３６００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜比較例３＞
比較例３に係る波長変換体１２は、蛍光体とガラスの体積比が４０ｖｏｌ％／６０ｖｏｌ％であり、薄膜２２の厚みが６０μｍであること以外は実施例７と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは４０ｖｏｌ％×６０μｍ＝２４００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜比較例４＞
比較例４に係る波長変換体１２は、薄膜２２の厚みが３００μｍであること以外は実施例７と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは６０ｖｏｌ％×３００μｍ＝１８０００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜比較例５＞
比較例５に係る波長変換体１２は、蛍光体粉末として、平均粒径が１６μｍの窒化物赤色蛍光体（組成：ＲＥ−６２５Ｂ、結晶構造：ＳＣＡＳＮ型）を用いたこと、軟化点が５３０℃のガラスフリットを使用したこと、蛍光体とガラスを含有するペーストを６００℃で焼成（焼き付け）したこと、薄膜２２の厚みが１００μｍであること以外は実施例５と同様にして作製した。薄膜２２における蛍光体の有効厚みは６０ｖｏｌ％×１００μｍ＝６０００ｖｏｌ％・μｍである。光源１６は、実施例１と同様である。

＜比較例６＞
比較例６に係る波長変換体１２は、蛍光体粉末として、平均粒径が１０μｍのＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体と、平均粒径が１６μｍの窒化物赤色蛍光体（組成：ＲＥ−６２５Ｂ、結晶構造：ＳＣＡＳＮ型）とを組み合わせた蛍光体を用いたこと以外は実施例５と同様にして作製した。光源１６は、実施例１と同様である。

＜評価方法＞
（色度）
光源１６からの励起光１４を波長変換体１２に照射し、発光装置１０から出射される光の色度を全光束測定器（大塚電子社製の全光束測定システム、ＨＭｓｅｒｉｅｓ）を使用して測定した。

（内部量子効率）
測定試料（実施例１〜８、比較例１〜６に係る波長変換体１２）について、分光蛍光光度計（日本分光社製、ＦＰ−８３００）、φ６０ｍｍ積分球を用いて内部量子効率を測定した。この内部量子効率の測定においては、すべて薄膜２２に向けて励起光１４を照射した。

波長変換体１２の内部量子効率測定は、図７に示すように、測定試料（実施例１〜８、比較例１〜６に係る波長変換体１２）をスペクトラロン標準反射板に保持し、この状態で測定試料を、積分球の励起ポートから直接積分球内に設置して試料の蛍光スペクトルの測定を行った。励起光は４６０ｎｍとした。

内部量子効率は、測定試料を設置しないときの励起光スペクトルから励起光強度Ｉ₁（波長４６０±２０ｎｍ）を求め、試料の蛍光スペクトルより吸収されなかった励起光強度Ｉ₂（波長４６０±２０ｎｍ）、試料発光強度Ｉ₃（４８０〜７８０ｎｍ）を求め、以下の式（１）より計算した。
内部量子効率＝Ｉ₃／（Ｉ₁−Ｉ₂） ……（１）

（透過エネルギー効率）
測定試料（実施例１〜８、比較例１〜６）について、図８に示すように、入射口を有する積分球と検出器とを有する分光光度計（日立ハイテク社製、Ｕ−４１００）を用いて測定した。この透過エネルギー効率の測定においても、すべて薄膜２２に向けて励起光１４を照射した。

光源から波長４６０ｎｍの励起光を積分球の入射口に固定した測定試料の表面に入射させ、測定試料を通過して背面（透光性基板の裏面）側から積分球内に向かって放射される放射光を検出器によって検出する。

透過エネルギー効率は、測定試料を設置しないときの励起光スペクトルから透過光強度Ｉ₄（波長４６０±２０ｎｍ）を求め、試料の蛍光スペクトルより吸収されなかった透過光強度Ｉ₅（波長４６０±２０ｎｍ）、試料透過光強度Ｉ₆（４８０〜７８０ｎｍ）を求め、以下の式（２）より計算した。
透過エネルギー効率＝（Ｉ₅＋Ｉ₆）／Ｉ₄ ……（２）

（温度特性−色度）
発光装置１０を周囲温度１３０℃に制御し、光源１６からの励起光１４を波長変換体１２に照射し、発光装置１０から出射される光の色度を全光束測定器（大塚電子社製の全光束測定システム、ＨＭｓｅｒｉｅｓ）を使用して測定した。

実施例１〜８及び比較例１〜６の内訳並びに評価結果を表１〜表４に示す。なお、表１〜表４において、単位の「μｍ」は「ｕｍ」と表記した。

表１〜表４から、実施例１〜８共に色度がアンバー色の範囲、すなわち、色度座標（ＣＩＥ１９３１）上で、ｘ≧０．５４５、ｙ≧０．３９、ｙ−（ｘ−０．１２）≦０であった。また、内部量子効率においても、実施例１〜８共に８０％以上で良好な光学特性であった。また、実施例１は高温（１３０℃）下においても、色度がアンバー色の範囲、すなわち、色度座標（ＣＩＥ１９３１）上で、ｘ≧０．５４５、ｙ≧０．３９、ｙ−（ｘ−０．１２）≦０であった。

実施例１〜８のうち、実施例５〜８は、実施例１〜４よりも内部量子効率及び透過エネルギー効率が高めになっている。これは、蛍光体の種類を変えたことも要因の１つと考えられるが、透光性基板も関わっていると思われる。その理由は、実施例５〜８に係る波長変換体は、透光性基板を作製するための助剤をＭｇＯのみとし、本焼成温度を実施例１〜４よりも低く設定し、さらに、透光性基板の厚みを実施例１〜４よりも薄くしており、これらも内部量子効率及び透過エネルギー効率を高くする要因と考えられるからである。

一方、比較例１及び３は共に、蛍光体の有効厚みが２４００ｖｏｌ％・μｍと小さいため、色度が上述のアンバー色の範囲を逸脱していた。比較例２及び４は共に、色度が上述のアンバー色の範囲内であったが、蛍光体の有効厚みが１８０００ｖｏｌ％・μｍと大きいため、透過エネルギー効率が８％及び５％と低く、実用レベルの１０％に届かなかった。

蛍光体として窒化物赤色蛍光体を用いた比較例５は、透過エネルギー効率が６％、内部量子効率が６９％と低く、また、色度が上述のアンバー色の範囲を逸脱していた。蛍光体としてＹＡＧ蛍光体と窒化物赤色蛍光体との組み合わせを用いた比較例６は、透過エネルギー効率は２０％であったが、内部量子効率が７２％と低かった。また、この比較例６では、高温（１３０℃）下において、色度が上述のアンバー色の範囲を逸脱しており、温度特性が悪いことがわかった。

なお、本発明に係る波長変換体、それを用いた発光装置及び波長変換体の製造方法は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。

Claims (13)

1. 透光性基板（２０）と、
   前記透光性基板（２０）の表面（２０ａ）に形成され、且つ、蛍光体を含有する薄膜（２２）とを備え、
   前記透光性基板（２０）を構成する焼結体の平均粒径が５〜４０μｍであり、
   前記透光性基板（２０）が少なくとも１０〜５００質量ｐｐｍのＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含有し、
   前記蛍光体として、一般式：（Ｃａα，Ｅｕβ）（Ｓｉ，Ａｌ）₁₂（Ｏ，Ｎ）₁₆（但し、１．５＜α＋β＜２．２、０＜β＜０．２、Ｏ／Ｎ≦０．０４）で示されるα型サイアロンを主成分とする蛍光体を用いたことを特徴とする波長変換体。
2. 請求項１記載の波長変換体において、
   さらに、前記蛍光体を結合するバインダーとしてガラスを含むことを特徴とする波長変換体。
3. 請求項２記載の波長変換体において、
   前記ガラスの軟化点が５１０℃以上であることを特徴とする波長変換体。
4. 請求項２又は３記載の波長変換体において、
   前記蛍光体と前記ガラスとを合わせた体積を１００ｖｏｌ％としたとき、蛍光体／ガラスの体積比率が２０ｖｏｌ％／８０ｖｏｌ％〜９０ｖｏｌ％／１０ｖｏｌ％であることを特徴とする波長変換体。
5. 請求項２〜４のいずれか１項に記載の波長変換体において、
   前記ガラスとして、ＳｉＯ₂（シリカ）を２５〜９０質量％含有することを特徴とする波長変換体。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の波長変換体において、
   前記透光性基板（２０）の厚みが０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする波長変換体。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換体において、
   前記薄膜（２２）の厚みが３０〜６５０μｍであることを特徴とする波長変換体。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換体において、
   前記透光性基板（２０）の熱伝導率が２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることを特徴とする波長変換体。
9. 励起光（１４）を発する光源（１６）と、その励起光（１４）の波長を変換して光（１８）を発する請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換体（１２）とを有する発光装置であって、
   前記発光装置が発する光（１８）の色度が色度座標（ＣＩＥ１９３１）上で、ｘ≧０．５４５、ｙ≧０．３９、ｙ−（ｘ−０．１２）≦０であることを特徴とする発光装置。
10. 請求項９記載の発光装置において、
    前記光源（１６）が発する前記励起光（１４）の発光ピーク波長が４００〜４８０ｎｍであることを特徴とする発光装置。
11. 請求項９又は１０記載の発光装置において、
    前記波長変換体（１２）に照射される励起光（１４）を発する前記光源（１６）からの光の強度が０．０１Ｗ／ｍｍ²以上であることを特徴とする発光装置。
12. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換体（１２）を製造するための波長変換体の製造方法において、
    材料粉末を調合して混合物を調製する材料調合工程と、
    前記混合物を成形して成形体を作製する成形体作製工程と、
    前記成形体を予備焼成して焼結体前駆体を作製する予備焼成工程と、
    前記焼結体前駆体を本焼成して透光性基板（２０）を作製する本焼成工程と、
    前記透光性基板（２０）に蛍光体とガラス粉末とを混合した蛍光体混合粉末を焼き付ける焼付け工程とを有し、
    前記予備焼成は、酸化雰囲気で前記成形体中の有機バインダーを分解除去し、
    前記本焼成は、前記焼結体前駆体を、水素雰囲気又は真空中で１６００〜２０００℃で焼成し、
    前記焼付け工程は、酸化雰囲気又は水素含有雰囲気で５２０℃以上で焼き付けることを特徴とする波長変換体の製造方法。
13. 請求項１２記載の波長変換体の製造方法において、
    前記蛍光体として、前記焼付け工程の熱処理によって内部量子効率が焼付け前に比べて低下しない蛍光体を用いることを特徴とする波長変換体の製造方法。

Images