JPWO2018123219A1 - 波長変換体及び波長変換部材 - Google Patents
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Abstract
本発明の波長変換体は、無機蛍光体粒子と透光性非蛍光発光無機粒子と無機結着材とからなり、前記無機蛍光体粒子と前記透光性非蛍光発光無機粒子とは、前記無機結着材で結着され、前記透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径は、前記無機蛍光体粒子の平均粒子径以上であり、前記透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率は、前記無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きく、前記透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、前記無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲にあり、励起光を受けて蛍光発光する。
Description
本発明は、フォトルミネッセンスを利用する波長変換体に関し、特にハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性及び効率に優れた波長変換体及び波長変換部材に関する。
従来、フォトルミネッセンスを利用する波長変換体として、励起光の照射により発光する複数個の蛍光体粒子と、これら複数個の蛍光体粒子を保持する結着材と、から構成されるものが知られている。具体的には、シリコーン樹脂に蛍光体を充填させたものが知られている。波長変換体は、例えば、金属基板上に形成された層状体や、板状体の形態をとる。
近年、波長変換体には、光出力の向上のために励起光のハイパワー化が求められている。このため、波長変換体には、励起光としてレーザー光源等のハイパワーな励起光が用いられるようになってきている。しかし、シリコーン樹脂等の有機結着材は放熱性に乏しい。このため、有機結着材を有する波長変換体にレーザー光源等のハイパワーな励起光が照射されると、有機結着材に変色や焦げが発生して光の透過率が低下することにより、波長変換体の光出力効率が低下しやすい。
なお、有機結着材を用いず、無機結着材を用いる例もあるが、発熱を伴うことにより蛍光体の温度消光によりその輝度が低下しやすく、波長変換体の光出力効率が低下しやすい。
これに対し、蛍光体以外の物質を波長変換体に複合させることで、その熱伝導率を向上させる手法が考えられる。例えば、特許文献１や特許文献２等に記載される公知の手法によって、熱伝導率を向上させることは実現可能である。
しかし、この場合は、波長変換体に蛍光体以外の物質は、励起光及び蛍光に対し、散乱又は屈折に起因して光路の角度が変更される確率を増加させ、波長変換体内部から外部へ取り出される確率を低下させやすい。
すると、励起光及び蛍光は波長変換体の内部を面内方向に導波するモードがより支配的となり、結果として光取出し効率の低下や出力スポットの増大を引き起こすという問題がある。
このように、従来、ハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性に優れ、かつ効率に優れた波長変換体の構成は知られていなかった。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものである。本発明は、ハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性及び効率に優れた波長変換体及び波長変換部材を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の第１の態様に係る波長変換体は、無機蛍光体粒子と、透光性非蛍光発光無機粒子と、無機結着材とからなり、前記無機蛍光体粒子と前記透光性非蛍光発光無機粒子とは、前記無機結着材で結着され、前記透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径は、前記無機蛍光体粒子の平均粒子径以上であり、前記透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率は、前記無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きく、前記透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、前記無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲内にあり、励起光を受けて蛍光発光することを特徴とする。
上記課題を解決するために、本発明の第２の態様に係る波長変換部材は、反射面を有する基板と、この基板に担持された前記波長変換体とを有することを特徴とする。
以下、本実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材について説明する。
（波長変換部材）
波長変換部材は、反射面を有する基板と、この基板に担持された波長変換体とを備える。
波長変換部材は、反射面を有する基板と、この基板に担持された波長変換体とを備える。
（基板）
基板は、表面に形成された波長変換体を補強するとともに、波長変換体内部で発生した熱を放熱させる役割を有する。
基板は、表面に形成された波長変換体を補強するとともに、波長変換体内部で発生した熱を放熱させる役割を有する。
基板としては、例えば、ガラスやサファイア等の透光性を有するものや、アルミニウムや銅等の透光性を有しないものが用いられる。基板が透光性を有する場合、基板を介して波長変換体中の蛍光体粒子に光を照射することが可能になる。ここで、透光性を有するとは、材質が可視光（波長３８０ｎｍ〜８００ｎｍ）に対して透明であることを意味する。また、透明とは、材質による可視光の吸光係数が０．１以下であることを意味する。さらに、基板に用いられる材質による可視光の吸光係数が極力低いと、基板を介して波長変換体中の蛍光体粒子に十分に光を照射することが可能であるため好ましい。
なお、基板が透光性を有しない場合、基板の表面は、波長変換体からの発光を基板で反射させる反射面となる。すなわち、基板は、表面に反射面を有していてもよい。ここで、反射面とは、可視光が高い反射率で反射する面を意味する。また、高い反射率とは、８０％以上の反射率を意味する。なお、反射面は、基板の表面自体であってもよいし、基板の表面に設けられた、基板と別部材の表面であってもよい。この別部材としては、例えば、後述の多層膜が用いられる。
基板が表面に反射面を有する場合、基板の表面に形成された波長変換体からの発光が基板表面の反射面で反射し波長変換体内部を導波することから、波長変換体内の光の散乱や屈折の影響を受けやすくなる。実施形態の波長変換体は、透光性非蛍光発光無機粒子と無機蛍光体粒子との屈折率が±６％の範囲内にあり屈折率の数値が同程度である。このため、波長変換体からの発光が基板表面の反射面で反射されても波長変換体内の光の散乱や屈折の影響を小さくすることができる。
反射面は、例えば、金属又は多層膜からなる。ここで、多層膜とは、透光性を有しかつ屈折率の異なる薄膜が２層以上積層されてなる膜を意味する。
反射面を構成する金属としては、例えば、アルミニウムが用いられる。反射面を構成する金属が可視光に対し高い反射率をもつものであると、波長変換体及び波長変換部材の光取り出し効率が向上するため好ましい。
多層膜としては、具体的には、酸化アルミニウム等の透光性を有する金属酸化物からなる薄膜が複数種積層された膜等が用いられる。反射面が金属又は多層膜からなると波長変換体及び波長変換部材の光取り出し効率が向上するため好ましい。
（波長変換体）
波長変換体は、無機蛍光体粒子と、透光性非蛍光発光無機粒子と、無機結着材とからなる。無機蛍光体粒子と透光性非蛍光発光無機粒子とは、無機結着材で結着される。
波長変換体は、無機蛍光体粒子と、透光性非蛍光発光無機粒子と、無機結着材とからなる。無機蛍光体粒子と透光性非蛍光発光無機粒子とは、無機結着材で結着される。
＜無機蛍光体粒子＞
無機蛍光体粒子は、フォトルミネッセンスが可能な無機化合物の粒子である。無機蛍光体粒子としては、フォトルミネッセンスが可能なものである限り、その種類は特に限定されない。無機蛍光体粒子としては、例えば、ＹＡＧ、すなわちＹ３Ａｌ５Ｏ１２からなるガーネット構造の結晶の粒子や、（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる蛍光体粒子が用いられる。
無機蛍光体粒子は、フォトルミネッセンスが可能な無機化合物の粒子である。無機蛍光体粒子としては、フォトルミネッセンスが可能なものである限り、その種類は特に限定されない。無機蛍光体粒子としては、例えば、ＹＡＧ、すなわちＹ３Ａｌ５Ｏ１２からなるガーネット構造の結晶の粒子や、（Ｓｒ,Ｃａ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕからなる蛍光体粒子が用いられる。
無機蛍光体粒子の平均粒子径は、通常１〜１０μｍ、好ましくは１１〜３０μｍである。無機蛍光体粒子の平均粒子径が上記範囲内にあると塗布法等の安価な製造プロセスで製造が可能であり、また色度調整が比較的容易であるため好ましい。
無機蛍光体粒子の平均粒子径は、任意に前処理加工した波長変換体を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で観察し、統計的に十分有意な個数の無機蛍光体粒子、例えば１００個の無機蛍光体粒子、の直径の平均値として求められる。
また、無機蛍光体粒子の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＸ）やＸ線回折（ＸＲＤ）の分析等の公知の分析方法によって、判別が可能である。
無機蛍光体粒子は、同じ組成を有する１種の蛍光体からなるものであってもよいし、２種以上の組成の蛍光体の粒子の混合体であってもよい。
＜無機結着材＞
無機結着材は、少なくとも２つの無機蛍光体粒子を結着可能なものであればよく、その種類は特に限定されない。無機結着材としては、例えば、アルミナ、シリカ等が用いられる。
無機結着材は、少なくとも２つの無機蛍光体粒子を結着可能なものであればよく、その種類は特に限定されない。無機結着材としては、例えば、アルミナ、シリカ等が用いられる。
無機結着材としては、例えば、無機ナノ粒子の凝集体（無機ナノ粒子の固着体）が用いられる。具体的には、無機結着材として、空隙を有する、平均粒子径１００ｎｍ程度の無機ナノ粒子の、固着体を用いることができる。無機ナノ粒子の固着体とは、無機ナノ粒子同士が、そのまま又は粒界相を介して共有結合して固形物となっているものを意味する。無機結着材が無機ナノ粒子の固着体である場合、この無機ナノ粒子の固着体が、無機蛍光体粒子と前記透光性非蛍光発光無機粒子とを結着させる。
無機ナノ粒子の固着体としては、例えば、多数個のアルミナナノ粒子が固着してなるアルミナ固着体や、多数個のシリカナノ粒子が固着してなるシリカ固着体が用いられる。アルミナ固着体は、例えばアルミナゾル中のアルミナナノ粒子が固着することにより得られる。シリカ固着体は、例えばシリカゾル中のシリカナノ粒子が固着することにより得られる。
無機結着材が無機ナノ粒子の固着体である場合、固着体を構成する無機ナノ粒子の平均粒子径は、例えば５０〜２００ｎｍ、好ましくは８０〜１５０ｎｍである。無機ナノ粒子の平均粒子径が上記範囲内にあると、無機ナノ粒子と基板との密着性が向上するため好ましい。
無機結着材の熱伝導率は、例えば１ｗ／ｍＫ以上であることが望ましい。無機結着材の熱伝導率がこの範囲にあると、波長変換体の放熱性が良好である。
無機結着材は、例えば、ゾル-ゲル法を用いた方法や、エアロゾルデポジションを用いた方法等の公知の方法で製造することができる。
無機結着材は、同じ組成を有する１種の無機結着材からなるものであってもよいし、２種以上の組成の無機結着材の混合体であってもよい。
＜透光性非蛍光発光無機粒子＞
透光性非蛍光発光無機粒子とは、可視光域（波長３８０ｎｍ〜８００ｎｍ）において透明であり、可視光域の波長の光に励起されて蛍光や発光を行うことがない無機金属酸化物粒子を意味する。ここで、可視光域において透明とは、可視光域の吸光係数が極めて小さいことを意味する。具体的には、可視光域において透明とは、材質による可視光の吸光係数が０．１以下であることを意味する。透光性非蛍光発光無機粒子が可視光域において透明であると光取出し効率が向上するため好ましい。また、「可視光域の波長の光に励起されて蛍光発光することがない」とは、波長３８０ｎｍ〜８００ｎｍの上記可視光域の光が照射されても蛍光や発光をしないことを意味する。
透光性非蛍光発光無機粒子とは、可視光域（波長３８０ｎｍ〜８００ｎｍ）において透明であり、可視光域の波長の光に励起されて蛍光や発光を行うことがない無機金属酸化物粒子を意味する。ここで、可視光域において透明とは、可視光域の吸光係数が極めて小さいことを意味する。具体的には、可視光域において透明とは、材質による可視光の吸光係数が０．１以下であることを意味する。透光性非蛍光発光無機粒子が可視光域において透明であると光取出し効率が向上するため好ましい。また、「可視光域の波長の光に励起されて蛍光発光することがない」とは、波長３８０ｎｍ〜８００ｎｍの上記可視光域の光が照射されても蛍光や発光をしないことを意味する。
後述のように、透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率は、無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きい。実施形態の波長変換体は、無機蛍光体粒子に加えて透光性非蛍光発光無機粒子を含むため、透光性非蛍光発光無機粒子を含まない場合に比較して、放熱性が高い。
また、後述のように、透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲にあり、無機蛍光体粒子の屈折率との差異が小さい。実施形態の波長変換体は、無機蛍光体粒子に加えて透光性非蛍光発光無機粒子を含むが、透光性非蛍光発光無機粒子を含まない場合に比較して、光学特性はあまり変化しない。
透光性非蛍光発光無機粒子に用いられる材料としては、例えばアルミナが挙げられる。透光性非蛍光発光無機粒子に用いられる材料がアルミナであると、熱伝導率が高いため好ましい。
透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径は、通常１〜１００μｍ、好ましくは１１〜３０μｍである。透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径が上記範囲内にあると塗布法等の安価な製造プロセスで製造が可能であり、また色度調整が比較的容易であるため好ましい。透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径や組成は、上記の無機蛍光体粒子の平均粒子径や組成の測定方法と同じ方法で分析可能である。
透光性非蛍光発光無機粒子は、同じ組成を有する１種の透光性非蛍光発光無機粒子からなるものであってもよいし、２種以上の組成の透光性非蛍光発光無機粒子の混合体であってもよい。
＜無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子の形状＞
波長変換体は、波長変換体を構成する多数個の無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子の少なくとも一部の粒子が、球状又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状を有することが望ましい。ここで、ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状とは、ガーネットの結晶構造に由来しファセット面を有する多面体形状を意味する。より詳しくは、ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状とは、多面体形状の無機蛍光体粒子が、菱形十二面体状もしくは偏方多面体状、又はこれらの形状においてファセット面を接続するエッジ部が丸みを帯びた形状であることを意味する。以下、「ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状」を「ガーネット由来多面体形状」ともいう。
波長変換体は、波長変換体を構成する多数個の無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子の少なくとも一部の粒子が、球状又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状を有することが望ましい。ここで、ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状とは、ガーネットの結晶構造に由来しファセット面を有する多面体形状を意味する。より詳しくは、ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状とは、多面体形状の無機蛍光体粒子が、菱形十二面体状もしくは偏方多面体状、又はこれらの形状においてファセット面を接続するエッジ部が丸みを帯びた形状であることを意味する。以下、「ガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状」を「ガーネット由来多面体形状」ともいう。
また、「少なくとも一部の粒子が、球状又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状を有する」とは、少なくとも一部の粒子が、球状の粒子、又はガーネット由来多面体形状を有する粒子であることを意味する。ここで、「少なくとも一部の粒子」とは、１個以上の粒子を意味し、通常、複数個の粒子を意味する。波長変換体は、通常、無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子をそれぞれ多数個含む。このため、波長変換体は、球状の粒子と、ガーネット由来多面体形状を有する粒子との両方を含むことがある。
多数個の無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子の少なくとも一部の粒子が、球状又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状を有することが望ましい理由は以下のとおりである。例えば、鱗片状の粒子と、球状の粒子又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状の粒子と、は光学的挙動が異なる。このため、上記の少なくとも一部の粒子が、球状の粒子、又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状の粒子であると、波長変換体中に光学的挙動の類似する部分が形成されることにより発光効率の優れた波長変換体が得られる。また、透光性非蛍光発光無機粒子は無機蛍光体粒子よりも熱伝導性が高い。このため、無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子を含む本実施形態の波長変換体は、透光性非蛍光発光無機粒子を含まない波長変換体に比較して、放熱性の優れた波長変換体となる。
（透光性非蛍光発光無機粒子と無機蛍光体粒子との平均粒子径の関係）
透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径は、無機蛍光体粒子の平均粒子径以上である。透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径が無機蛍光体粒子の平均粒子径以上であると、波長変換体及び波長変換部材の放熱性が向上するため好ましい。
透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径は、無機蛍光体粒子の平均粒子径以上である。透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径が無機蛍光体粒子の平均粒子径以上であると、波長変換体及び波長変換部材の放熱性が向上するため好ましい。
（透光性非蛍光発光無機粒子と無機蛍光体粒子との熱伝導率の関係）
透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率は、無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きい。透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率が、無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きいと、波長変換体及び波長変換部材の放熱性が向上するため好ましい。
透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率は、無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きい。透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率が、無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きいと、波長変換体及び波長変換部材の放熱性が向上するため好ましい。
（透光性非蛍光発光無機粒子と無機蛍光体粒子との屈折率の関係）
透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲にある。透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲にあると、波長変換体及び波長変換部材の光取り出し効率が向上するため好ましい。
透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲にある。透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲にあると、波長変換体及び波長変換部材の光取り出し効率が向上するため好ましい。
（波長変換体の蛍光発光）
実施形態に係る波長変換体は、励起光を受けて蛍光発光する。励起光としては、公知のものを用いることができる。
実施形態に係る波長変換体は、励起光を受けて蛍光発光する。励起光としては、公知のものを用いることができる。
（波長変換体及び波長変換部材の製造方法）
本実施形態に係る波長変換体は、基板上に形成されることにより、基板と波長変換体とからなる波長変換部材を製造することができる。例えば、本実施形態に係る波長変換体は、無機蛍光体粒子と透光性非蛍光発光無機粒子と無機結着材とを含むナノ粒子混合溶液を基板の反射面上に塗布し、自然乾燥させることにより、基板の反射面上に形成される。波長変換体は、通常、無機結着材で基板の反射面上に結着することにより、基板の反射面に担持される。このように、波長変換体が基板の反射面に結着されると、反射面を有する基板とこの基板に担持された波長変換体とからなる波長変換部材を製造することができる。
本実施形態に係る波長変換体は、基板上に形成されることにより、基板と波長変換体とからなる波長変換部材を製造することができる。例えば、本実施形態に係る波長変換体は、無機蛍光体粒子と透光性非蛍光発光無機粒子と無機結着材とを含むナノ粒子混合溶液を基板の反射面上に塗布し、自然乾燥させることにより、基板の反射面上に形成される。波長変換体は、通常、無機結着材で基板の反射面上に結着することにより、基板の反射面に担持される。このように、波長変換体が基板の反射面に結着されると、反射面を有する基板とこの基板に担持された波長変換体とからなる波長変換部材を製造することができる。
（波長変換部材の作用）
波長変換部材の作用について説明する。波長変換部材の作用は、基板の光透過性の有無により変わる。例えば、基板として光透過性を有しない基板を用いた場合、波長変換部材では、波長変換体で発生した無機蛍光体粒子の二次光が、波長変換体の表面側から放射される。また、基板として、光透過性を有する基板を用いた場合、波長変換部材では、波長変換体で発生した無機蛍光体粒子の二次光が、波長変換体の表面側及び基板の表面側から放射される。
波長変換部材の作用について説明する。波長変換部材の作用は、基板の光透過性の有無により変わる。例えば、基板として光透過性を有しない基板を用いた場合、波長変換部材では、波長変換体で発生した無機蛍光体粒子の二次光が、波長変換体の表面側から放射される。また、基板として、光透過性を有する基板を用いた場合、波長変換部材では、波長変換体で発生した無機蛍光体粒子の二次光が、波長変換体の表面側及び基板の表面側から放射される。
（波長変換体及び波長変換部材の効果）
上記実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材によれば、ハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性及び効率に優れる。
上記実施形態に係る波長変換体及び波長変換部材によれば、ハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性及び効率に優れる。
効果について具体的に説明する。本実施形態の波長変換体は、透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径が無機蛍光体粒子の平均粒子径以上であり、かつ無機蛍光体粒子の屈折率に対し±６％の屈折率を有する。このため、本実施形態の波長変換体では、波長変換体内部における励起光及び蛍光の散乱又は屈折に起因して光路の角度が変更される確率が従来と同等となる。
従って、本実施形態の波長変換体では、波長変換体の内部において、励起光及び蛍光に対し、散乱又は屈折に起因して光路の角度が変更される確率を低下させることができ、この結果光取出し効率の向上や出力スポットの縮小を実現可能である。
さらに、本実施形態の波長変換体では、透光性非蛍光発光無機粒子が無機蛍光体粒子よりも大きな熱伝導率を有し、無機蛍光体膜である。このため、本実施形態の波長変換体は、従来の波長変換体よりも放熱性が高い
以上より、本実施形態の波長変換体及びこの波長変換体を含む波長変換部材は、ハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性及び効率に優れる。
以下、本実施形態を実施例によりさらに詳細に説明するが、本実施形態はこれら実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
(ナノ粒子混合溶液の調製)
はじめに、無機蛍光体粒子として、平均粒径Ｄ５０が約２０．５μｍのＹＡＧ粒子（株式会社ネモト・ルミマテリアル製ＹＡＧ３７４Ａ１６５、熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ、屈折率１．８０を用意した。また、無機結着材であるナノ粒子を含む原料として、平均粒径Ｄ５０が約２０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のナノ粒子が分散された水溶液を用意した。さらに、透光性非蛍光発光無機粒子として、平均粒径Ｄ５０が３０μｍの酸化アルミニウムの粒子（熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ、屈折率１．７５）を用意した。酸化アルミニウムのナノ粒子が分散された水溶液に、上記ＹＡＧ粒子と、上記透光性非蛍光発光無機粒子とを添加、混練して、ナノ粒子混合溶液を作製した。
(ナノ粒子混合溶液の調製)
はじめに、無機蛍光体粒子として、平均粒径Ｄ５０が約２０．５μｍのＹＡＧ粒子（株式会社ネモト・ルミマテリアル製ＹＡＧ３７４Ａ１６５、熱伝導率１０Ｗ／ｍＫ、屈折率１．８０を用意した。また、無機結着材であるナノ粒子を含む原料として、平均粒径Ｄ５０が約２０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のナノ粒子が分散された水溶液を用意した。さらに、透光性非蛍光発光無機粒子として、平均粒径Ｄ５０が３０μｍの酸化アルミニウムの粒子（熱伝導率３０Ｗ／ｍＫ、屈折率１．７５）を用意した。酸化アルミニウムのナノ粒子が分散された水溶液に、上記ＹＡＧ粒子と、上記透光性非蛍光発光無機粒子とを添加、混練して、ナノ粒子混合溶液を作製した。
図１は、上記酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のナノ粒子の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真の一例である。図２は、上記酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）のナノ粒子のＸＲＤスペクトルの一例である。
(ナノ粒子混合溶液の塗布)
アルミニウムからなる金属基板上にテープを貼付して段差を形成し、段差で囲われた部分にナノ粒子混合溶液を滴下し、次いでバーコータを具備したアプリケータを用いてナノ粒子混合溶液を塗布した。
アルミニウムからなる金属基板上にテープを貼付して段差を形成し、段差で囲われた部分にナノ粒子混合溶液を滴下し、次いでバーコータを具備したアプリケータを用いてナノ粒子混合溶液を塗布した。
(波長変換体の形成)
ナノ粒子混合溶液が塗布された金属基板を自然乾燥したところ、金属基板上に膜厚１００μｍの乾燥体が得られた。この乾燥体は、ＹＡＧ粒子と、透光性非蛍光発光無機粒子としての酸化アルミニウム粒子と、ＹＡＧ粒子と透光性非蛍光発光無機粒子とを固着する結着材層と、を有する波長変換体になっていた。これにより、金属基板上に厚さ１００μｍの膜状の波長変換体が形成された波長変換部材が得られた。
ナノ粒子混合溶液が塗布された金属基板を自然乾燥したところ、金属基板上に膜厚１００μｍの乾燥体が得られた。この乾燥体は、ＹＡＧ粒子と、透光性非蛍光発光無機粒子としての酸化アルミニウム粒子と、ＹＡＧ粒子と透光性非蛍光発光無機粒子とを固着する結着材層と、を有する波長変換体になっていた。これにより、金属基板上に厚さ１００μｍの膜状の波長変換体が形成された波長変換部材が得られた。
(評価)
＜顕微鏡観察＞
図３は、実施例１で得られた波長変換部材を厚さ方向に切断し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した断面写真の一例である。図３において、上側に見える平坦状の部分は、波長変換部材を構成する波長変換体１０の表面１５である。また図４は、図３の一部を拡大した断面写真の一例である。
図３及び図４に示されるように、波長変換体１０では、ファセット面を確認できるＹＡＧ粒子１１と、ファセット面を確認できない球状の透光性非蛍光発光無機粒子としての酸化アルミニウム粒子１２とが、それぞれ無機結着材１３を介して結着されている。
このため、波長変換体１０では、波長変換体１０を構成する多数個のＹＡＧ粒子のうちの少なくとも図４に図示するＹＡＧ粒子１１が、ファセット面を有するガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状（ガーネット由来多面体形状）を有する。
また、波長変換体１０では、波長変換体１０を構成する多数個の酸化アルミニウム粒子のうちの少なくとも図４に図示する酸化アルミニウム粒子１２が球状になっている。
従って、波長変換体１０では、波長変換体１０を構成する多数個のＹＡＧ粒子及び多数個の酸化アルミニウム粒子のうちの少なくとも一部の粒子である、ＹＡＧ粒子１１及び酸化アルミニウム粒子１２が、球状又はガーネット由来多面体形状を有することが分かった。
＜顕微鏡観察＞
図３は、実施例１で得られた波長変換部材を厚さ方向に切断し、その断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察した断面写真の一例である。図３において、上側に見える平坦状の部分は、波長変換部材を構成する波長変換体１０の表面１５である。また図４は、図３の一部を拡大した断面写真の一例である。
図３及び図４に示されるように、波長変換体１０では、ファセット面を確認できるＹＡＧ粒子１１と、ファセット面を確認できない球状の透光性非蛍光発光無機粒子としての酸化アルミニウム粒子１２とが、それぞれ無機結着材１３を介して結着されている。
このため、波長変換体１０では、波長変換体１０を構成する多数個のＹＡＧ粒子のうちの少なくとも図４に図示するＹＡＧ粒子１１が、ファセット面を有するガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状（ガーネット由来多面体形状）を有する。
また、波長変換体１０では、波長変換体１０を構成する多数個の酸化アルミニウム粒子のうちの少なくとも図４に図示する酸化アルミニウム粒子１２が球状になっている。
従って、波長変換体１０では、波長変換体１０を構成する多数個のＹＡＧ粒子及び多数個の酸化アルミニウム粒子のうちの少なくとも一部の粒子である、ＹＡＧ粒子１１及び酸化アルミニウム粒子１２が、球状又はガーネット由来多面体形状を有することが分かった。
特願２０１６−２５３４５５号（出願日：２０１６年１２月２７日）の全内容は、ここに援用される。
以上、実施例に沿って本実施形態の内容を説明したが、本実施形態はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変形及び改良が可能であることは、当業者には自明である。
本発明によれば、ハイパワーの励起光が照射された場合でも放熱性及び効率に優れた波長変換体及び波長変換部材を提供することができる。
１０ 波長変換体
１１ ＹＡＧ粒子（無機蛍光体粒子）
１２ 酸化アルミニウム粒子（透光性非蛍光発光無機粒子）
１３ 無機結着材
１５ 波長変換体の表面
１１ ＹＡＧ粒子（無機蛍光体粒子）
１２ 酸化アルミニウム粒子（透光性非蛍光発光無機粒子）
１３ 無機結着材
１５ 波長変換体の表面
Claims (4)
- 無機蛍光体粒子と、透光性非蛍光発光無機粒子と、無機結着材とからなり、
前記無機蛍光体粒子と前記透光性非蛍光発光無機粒子とは、前記無機結着材で結着され、
前記透光性非蛍光発光無機粒子の平均粒子径は、前記無機蛍光体粒子の平均粒子径以上であり、
前記透光性非蛍光発光無機粒子の熱伝導率は、前記無機蛍光体粒子の熱伝導率より大きく、
前記透光性非蛍光発光無機粒子の屈折率は、前記無機蛍光体粒子の屈折率の±６％の範囲内にあり、
励起光を受けて蛍光発光することを特徴とする波長変換体。 - 前記波長変換体を構成する多数個の無機蛍光体粒子及び透光性非蛍光発光無機粒子の少なくとも一部の粒子が、球状又はガーネットの結晶構造に由来する多面体の粒子形状を有することを特徴とする請求項１に記載の波長変換体。
- 反射面を有する基板と、この基板に担持された請求項１又は２に記載の波長変換体とを備えることを特徴とする波長変換部材。
- 前記反射面は金属又は多層膜からなることを特徴とする請求項３に記載の波長変換部材。
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