KR20130110101A - 파장 변환용 무기 성형체 및 그 제조 방법, 및 발광 장치 - Google Patents
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Abstract
두께, 형상 및 사용하는 무기 형광체의 제약이 적은 파장 변환용 무기 성형체 및 그 제조 방법, 및 발광 장치를 제공한다. 무기 성형체(파장 변환용 무기 성형체)(1)는, 기판(2)과, 기판(2) 상에 설치된 입상의 무기 형광체(31)를 함유하는 형광체층(3)을 갖고 있다. 또한, 입상의 무기 형광체(31)는 무기 형광체(31)의 입자를 피복하고, 당해 입자끼리를 서로 고착시키는 세라믹스를 포함하는 피복층(32)에 의해 피복되어 있다. 또한, 형광체층(3)의 내부에는, 공극(33)이 형성되고, 형광체층(3)의 표면에는, 무기 형광체(31)의 입자의 입경에 기인하는 요철 형상이 형성되어 있다.
Description
본 발명은 입상의 무기 형광체를 함유하는 무기 재료를 포함하는 파장 변환용 무기 성형체 및 그 제조 방법, 및 파장 변환용 무기 성형체를 사용한 발광 장치에 관한 것이다.
발광 다이오드나 반도체 레이저 등의 반도체 발광 소자에 있어서, 반도체 발광 소자가 발광하는 광의 일부 또는 전부를, 형광체를 함유하는 색 변환용 성형체(파장 변환 성형체)를 사용해서 색 변환(파장 변환)하여, 발광색(발광파장)을 변환해서 출력하는 발광 장치가 있다. 또한, 이러한 발광 장치는, 헤드라이트나 프로젝터 등의 고출력이 요구되는 용도에도 사용되게 되어 있다.
종래, 이러한 발광 장치에 사용되는 색 변환용 성형체로서, 비교적 내열성·내광성이 양호한 실리콘 수지에 형광체를 분산시켜 성형한 색 변환용 성형체가 사용되고 있다. 그러나, 최근의 LED(발광 다이오드)나 LD(레이저 다이오드) 등의 반도체 발광 소자를 사용한 광원의 더욱 고출력화·고부하화에 대응한 가혹한 용도에서는, 색 변환용 성형체에 사용한 수지가 열화되는 경우를 생각할 수 있다.
따라서, 수지나 유기물을 포함하지 않고, 무기 형광체만, 또는 무기 형광체와 투명한 무기 재료를 소결시켜 판 형상으로 성형한 색 변환용의 세라믹스 성형체를, 고출력·고부하가 되는 용도의 색 변환용 성형체로서 사용하는 LED나 LD가 실용화되어 있다.
또한, 무기 재료만을 포함하는 색 변환용의 세라믹스 성형체의 제조 방법은, 다양한 방법이 제안되어 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 내구성이 좋은 발광 변환체로서, 무기 산화물의 희토류 가닛계 화합물, 특히 YAG(이트륨·알루미늄·가닛)계 형광체가 예로 기재되어 있다. 제조 방법은 상세하게는 기재되어 있지 않으나, 세라믹스 베이스 재료로부터 다결정 세라믹스체를 제작하고, 그 후, 발광 중심이 되는 활성화제를 도핑하는 방법으로 발광 변환체를 제작한다고 되어 있다. 그 후, 이 발광 변환체인 다결정 세라믹스체를 반도체 발광 소자와 조합해서 사용하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는, 발광색 변환 부재로서 무기 형광체 함유 유리의 구성과 제조 방법이 기재되어 있다. 여기에서도, 산화물계 형광체의 YAG계 형광체가 예로서 나타내어져 있다.
특허문헌 3에는, 고온 고압에서 무기 형광체를 소결시켜 색 변환체로서의 발광 세라믹스를 얻는 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 4에는, 형광체 분말과 유리 분말로 시트를 생성하고, 이것을 고온의 로 내에 도입하여 무기 색 변환 유리 시트를 제조하는 방법이 개시되어 있다. 여기에는, 다양한 화합물의 형광체를 무기 색 변환 유리 시트로 하는 방법으로서, 융점이 400℃ 이하인 저융점 유리를 이용하는 방법이 기재되어 있다.
또한, 특허문헌 5에는, 광 변환용 세라믹스 복합체의 제조 방법으로서, YAG계 형광체를 알루미나 등의 융액으로부터 석출·성장시키는 방법이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 1 내지 특허문헌 5에 기재된 세라믹스 성형체는, 모두 무기 재료를 소결 또는 용융시켜서 제작하는 것이다. 소결이나 용융으로 제작하는 세라믹스 성형체는, 벌크(덩어리) 형상의 세라믹스로부터 슬라이스, 연마 등의 가공을 함으로써 원하는 형상으로 성형하는 것이 일반적이다. 이 때문에, 예를 들어 판 형상으로 성형할 경우에, 두께를 얇게 하는 것에는 한계가 있었다.
또한, 형광체와 형광체 이외의 무기 재료를 소결하여 세라믹스체를 성형하는 경우에는, 제작된 세라믹스 성형체에서의 형광체의 함유율이 낮기 때문에, 충분한 색 변환을 행하기 위해서는 상당한 두께가 필요하였다.
또한, 종래의 세라믹스 성형체는, 벌크 형상의 세라믹스로부터 잘라내서 원하는 형상으로 성형할 필요가 있기 때문에, 가공할 수 있는 성형체의 형상에는 제약이 있었다.
또한, 무기의 적색 형광체로서, 예를 들어 CaSiAlN3:Eu를 기본 조성으로 하는 CASN이나, 또한 Sr을 많이 함유하는 SCASN 등의 질화물 형광체가 알려져 있지만, 입상물로서 얻어지고, 벌크 형상의 것은 생성되지 않았다. 또한, 질화물 형광체는, 열에 약한 것이 많아, 소결시의 열에 의해 형광체가 실활되기 때문에, 소결에 의해 이들 형광체를 함유하는 성형체를 제작할 수 없었다.
본 발명은 이러한 문제를 감안하여, 두께, 형상 및 사용하는 무기 형광체의 제약이 적은 파장 변환용 무기 성형체 및 그 제조 방법, 및 이 파장 변환용 무기 성형체를 사용한 발광 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명에 따른 파장 변환용 무기 성형체는, 기체(基體)와, 무기 재료를 포함하는 파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질)의 입자를 함유하는 무기 입자층을 갖고, 상기 무기 입자층은, 응집체와, 피복층과, 공극을 가지고 구성하였다.
이러한 구성에 의하면, 무기 입자층에 입사한 제1 파장의 광은, 파장 변환 부재에 의해 흡수되어, 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광으로 색 변환되어 발광한다. 이때, 무기 입자층에 대한 입사광은, 무기 입자층 내에 존재하는 공극에 의해 산란되어, 무기 입자층 내의 파장 변환 부재에 효율적으로 조사된다. 이에 의해, 입사광은 파장 변환 부재의 입자에 효율적으로 흡수되어, 제2 파장의 광으로 색 변환된다.
또한, 파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질)는, 제1 파장의 광을 흡수하여, 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 발광하는 것이며, 예를 들어 질화물 형광체나 불화물 형광체 등의 무기 형광체이다. 또한, 무기 입자층에 있어서, 파장 변환 부재의 입자는, 당해 입자끼리 또는 기체와 접촉함으로써 연속적으로 이어진 응집체가 된다. 그리고, 기판의 표면 및 파장 변환 부재의 입자의 표면은, 무기 재료를 포함하는 피복층에 의해 연속적으로 피복된다. 즉, 파장 변환을 행하는 층인 무기 입자층의 두께나 형상은, 파장 변환 부재의 입자의 응집체의 두께나 형상에 따라 정해진다. 또한, 무기 입자층의 내부에는, 상기 피복층에서 피복된 상기 입자, 또는 상기 피복층에서 피복된 상기 입자 및 상기 피복층에서 피복된 상기 기체에 의해 둘러싸인 공극이 형성된다.
본 발명에 따른 파장 변환용 무기 성형체의 제조 방법은, 무기 입자층 형성 공정과, 피복층 형성 공정을 포함하고, 이 순서대로 행해진다.
이와 같은 수순에 의하면, 우선, 무기 입자층 형성 공정에 있어서, 기체 상에 제1 파장의 광을 흡수하여, 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 발광하는 무기 재료를 포함하는 파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질)의 입자를 가지는 응집체를 형성한다. 즉, 파장 변환을 행하는 층인 무기 입자층의 두께나 형상은, 파장 변환 부재의 입자의 응집체의 두께나 형상에 따라 정해진다.
이어서, 피복층 형성 공정에 있어서, 기체의 표면 및 파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질)의 입자의 표면을 연속적으로 피복하는 무기 재료를 포함하는 피복층을 형성한다. 즉, 상기한 응집체가, 이 형상을 유지한 채, 피복층에 의해 기체와 함께 일체화된 성형체가 된다.
본 발명에 따르면, 파장 변환을 행하는 층인 무기 입자층의 두께나 형상은, 파장 변환 부재의 입자의 응집체를 피복층으로 피복하고, 내부에 공극을 형성한 상태에서 두께나 형상이 정해지기 때문에, 두께나 형상을 자유롭게 정할 수 있다. 또한, 이와 같이 구성함으로써, 무기 입자층은, 파장 변환 부재의 함유율을 높게 할 수 있음과 함께, 내부에 설치된 공극의 광 산란 효과에 의해, 높은 파장 변환 효율을 얻을 수 있기 때문에, 일정한 파장 변환율을 얻기 위한 무기 입자층의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 무기 입자층은, 수지 등의 유기 재료를 사용하지 않고, 무기 재료로 구성되기 때문에, 고휘도의 광의 조사나 고온에 노출되는 경우에도, 경시 열화가 적은 파장 변환용 무기 성형체로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 파장 변환을 행하는 층인 무기 입자층의 두께나 형상은, 파장 변환 부재의 입자의 응집체의 두께나 형상으로서 정해지기 때문에, 두께나 형상을 자유롭게 정할 수 있다. 또한, 파장 변환 부재의 입자의 응집체를 피복층으로 피복함으로써 성형체로 하기 때문에, 무기 입자층에서의 파장 변환 부재의 함유율을 높게 할 수 있음과 함께, 내부에 설치된 공극의 광 산란 효과에 의해, 높은 파장 변환 효율을 얻을 수 있다. 이로 인해, 일정한 파장 변환율을 얻기 위한 무기 입자층의 두께를 얇게 할 수 있다. 또한, 무기 입자층은, 수지 등의 유기 재료를 사용하지 않고, 무기 재료에서 형성되기 때문에, 고휘도의 광의 조사나 고온에 노출되는 경우에도, 경시 열화가 적은 파장 변환용 무기 성형체를 제조할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 것이며, (a)는 모식적 단면도, (b)는 (a)의 부분 확대도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 마스킹한 모습, (b)는 형광체를 적층한 모습, (c)는 피복층을 형성한 모습, (d)는 마스킹을 제거한 모습을 각각 나타낸다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법에 있어서, 피복층 형성 공정의 상세한 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 변형예에 관한 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이며, (a)는 돔형, (b)는 튜브형, (c)는 렌즈형으로 구성한 예를 각각 나타낸다.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 9는 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 반사층을 형성한 모습, (b)는 유전체층을 형성한 모습, (c)는 마스킹한 모습, (d)는 도전체층을 형성한 모습을 각각 나타낸다.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 형광체를 적층한 모습, (b)는 도전체층을 투명화한 모습, (c)는 피복층을 형성한 모습, (d)는 마스킹을 제거한 모습을 각각 나타낸다.
도 12는 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 13은 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 도전체층을 형성한 모습, (b)는 형광체를 적층한 모습, (c)는 도전체층을 투명화한 모습, (d)는 피복층을 형성한 모습을 각각 나타낸다.
도 15는 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 16은 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 마스킹한 모습, (b)는 형광체를 적층한 모습, (c)는 피복층을 형성한 모습, (d)는 마스킹을 제거한 모습을 각각 나타낸다.
도 18의 (a)는 제6 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이며, (b)는 제7 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 19의 (a)는 제8 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이며, (b)는 형광체층을 내측에 배치한 예이며, (c)는 형광체층을 외측에 배치한 예이다.
도 20은 제9 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 관한 무기 성형체의 형광체층의 단면을 전자 현미경으로 촬영한 사진 화상이다.
도 22는, 도 21의 영역 A에서, 피복층을 빈틈없이 칠한 화상이다.
도 23은, 도 21의 영역 A에서, 피복층 및 형광체를 빈틈없이 칠한 화상이다.
도 24의 (a)는 제10 실시 형태, (b)는 제11 실시 형태, (c)는 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 25는 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 26은 반도체 발광 소자의 구성을 나타내는 모식적 단면도이며, (a)는 페이스 다운 실장형 또는 페이스 업 실장형의 소자, (b)는 수직 구조형의 소자이다.
도 27은 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 28은 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제1 제조 방법)의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 29의 (a) 내지 (h)는 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제1 제조 방법)에서의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 30은 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 다른 제조 방법(제2 제조 방법)의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 31의 (a) 내지 (h)는 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 다른 제조 방법(제2 제조 방법)에서의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 32는 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제3 제조 방법)의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 33의 (a) 내지 (f)는 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제3 제조 방법)에서의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 34는 제14 실시 형태의 변형예에 관한 발광 장치의 구성을 나타내고, (a)는 보호층을 구비한 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도, (b)는 필러 입자를 구비한 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 2는 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 마스킹한 모습, (b)는 형광체를 적층한 모습, (c)는 피복층을 형성한 모습, (d)는 마스킹을 제거한 모습을 각각 나타낸다.
도 4는 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법에 있어서, 피복층 형성 공정의 상세한 처리의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 5는 제1 실시 형태의 변형예에 관한 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이며, (a)는 돔형, (b)는 튜브형, (c)는 렌즈형으로 구성한 예를 각각 나타낸다.
도 6은 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 7은 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 8은 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 9는 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 10은 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 반사층을 형성한 모습, (b)는 유전체층을 형성한 모습, (c)는 마스킹한 모습, (d)는 도전체층을 형성한 모습을 각각 나타낸다.
도 11은 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 형광체를 적층한 모습, (b)는 도전체층을 투명화한 모습, (c)는 피복층을 형성한 모습, (d)는 마스킹을 제거한 모습을 각각 나타낸다.
도 12는 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 13은 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 14는 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 도전체층을 형성한 모습, (b)는 형광체를 적층한 모습, (c)는 도전체층을 투명화한 모습, (d)는 피복층을 형성한 모습을 각각 나타낸다.
도 15는 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 16은 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 17은 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이며, (a)는 마스킹한 모습, (b)는 형광체를 적층한 모습, (c)는 피복층을 형성한 모습, (d)는 마스킹을 제거한 모습을 각각 나타낸다.
도 18의 (a)는 제6 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이며, (b)는 제7 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 19의 (a)는 제8 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이며, (b)는 형광체층을 내측에 배치한 예이며, (c)는 형광체층을 외측에 배치한 예이다.
도 20은 제9 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 도시하는 모식도이다.
도 21은 본 발명의 실시예에 관한 무기 성형체의 형광체층의 단면을 전자 현미경으로 촬영한 사진 화상이다.
도 22는, 도 21의 영역 A에서, 피복층을 빈틈없이 칠한 화상이다.
도 23은, 도 21의 영역 A에서, 피복층 및 형광체를 빈틈없이 칠한 화상이다.
도 24의 (a)는 제10 실시 형태, (b)는 제11 실시 형태, (c)는 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 25는 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 26은 반도체 발광 소자의 구성을 나타내는 모식적 단면도이며, (a)는 페이스 다운 실장형 또는 페이스 업 실장형의 소자, (b)는 수직 구조형의 소자이다.
도 27은 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
도 28은 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제1 제조 방법)의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 29의 (a) 내지 (h)는 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제1 제조 방법)에서의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 30은 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 다른 제조 방법(제2 제조 방법)의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 31의 (a) 내지 (h)는 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 다른 제조 방법(제2 제조 방법)에서의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 32는 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제3 제조 방법)의 흐름을 나타내는 흐름도이다.
도 33의 (a) 내지 (f)는 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법(제3 제조 방법)에서의 제조 공정을 설명하기 위한 모식적 단면도이다.
도 34는 제14 실시 형태의 변형예에 관한 발광 장치의 구성을 나타내고, (a)는 보호층을 구비한 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도, (b)는 필러 입자를 구비한 발광 장치의 구성을 나타내는 모식적 단면도이다.
이하, 본 발명에서의 색 변환용 무기 성형체(파장 변환용 무기 성형체; 이하, "무기 성형체"라고 약기함), 이 무기 성형체의 제조 방법, 이 무기 성형체를 사용한 발광 장치에 대하여 설명한다.
<제1 실시 형태>
[무기 성형체의 구성]
본 발명의 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구조를, 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)는 기판(2)의 상면 및 측면에, 형광체층(무기 입자층)(3)이 설치되어 있다. 또한, 형광체층(3)은 입상의 무기 형광체(파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질))(31)와, 무기 형광체(31)를 피복하는 피복층(32)으로 형성되어 있다. 더욱 상세하게는, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 형광체층(3)의 내부에는 공극(33)이 형성되어 있다.
본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)는 기판(2)으로서 금속 재료를 사용하고 있고, 기판(2)의 상면 및 측면은, 상방 또는 측방으로부터 조사된 광을 반사하는 반사면으로서 기능한다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)는 상방 또는 측방으로부터 입사한 광의 일부 또는 전부를 형광체층(3)의 무기 형광체(31)에 의해 흡수하여, 입사광과는 다른 색(파장)의 광으로 변환해서 반사하는, 반사형의 색 변환용 성형 부재로서 사용되는 것이다.
이하, 무기 성형체(1)의 각 부의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
(기판(기체(基體)))
기판(2)은 형광체층(3)을 지지하기 위한, 금속을 포함하는 판 형상의 지지 부재이다. 기판(2)으로는, 예를 들어 Al(알루미늄), Cu(구리), Ag(은) 등, 후기하는 피복층 형성 공정에서의 온도에서 고체인 금속, 이들 금속을 포함하는 합금, 또는 이들 금속 또는 합금의 적층체를 사용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에서는, 형광체층(3)이 설치되는 기판(2)의 상면 및 측면은, 반사면으로서 기능하기 때문에, 형광체층(3)에 입사하는 광 및 형광체층(3)에서 색 변환된 광에 대해 반사율이 높은 것이 바람직하다.
또한, 기판(2)의 상면 및 측면은, 경면 가공이나 고반사 광학 박막 가공을 실시하여, 고반사면 및/또는 양 광택면으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 기판(2)은 전부를 금속으로 형성하지 않고, 예를 들어 유리, 무기 화합물, 고열전도의 카본이나 다이아몬드의 기판상에 금속층을 설치하여 구성할 수도 있다.
또한, 기판(2)은 형광체층(3)에서 색 변환된 광의 스토크스 손실에 의한 발열을, 기판(2)을 통해 효율적으로 방열할 수 있도록, 열전도도가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판(2)에 사용하는 재료의 열전도도가 5W/m·K 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 명세서에서 "투광성을 갖는"이란, 무기 성형체(1)에 입사하는 광(제1 색의 광) 및 무기 성형체(1)에 의해 색 변환된 광(제2 색의 광)에 대해 투광성을 갖는 것을 말한다.
(형광체층(무기 입자층))
형광체층(3)은 무기 형광체(31)의 입자의 응집체를, 무기 재료를 포함하는 피복층(32)으로 피복한 무기 입자층이다. 본 실시 형태에서는, 형광체층(3)은 기판(2)의 상면 및 측면을 피복하도록 설치되어 있다. 형광체층(3)은 상방 및 측방으로부터 입사하는 광의 일부 또는 전부를 흡수하여, 입사한 광과는 다른 색의 광을 발광하는 색 변환 기능을 갖는 층이다.
도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 형광체층(3)은 입상의 무기 형광체(31)의 입자가, 무기 재료를 포함하는 피복층(32)에 의해 피복되어 있음과 함께, 이 피복층(32)에 의해 무기 형광체(31)의 입자 및 기판(2), 및 입자끼리 고착되어, 입상의 무기 형광체(31)가 일체화된 성형체를 구성하고 있다. 또한, 형광체층(3)의 표면은, 무기 형광체(31)의 입경에 기인한 요철이 형성되어 있다. 또한, 형광체층(3)의 내부에 있어서, 무기 형광체(31)의 입자간에 공극(33)이 형성되어 있다.
형광체층(3)에 입사한 광은, 이 공극(33)에 의해 산란되어, 형광체층(3)에 함유되는 무기 형광체(31)에 효율적으로 흡수되기 때문에, 공극(33)을 갖지 않는 경우에 비해 높은 색 변환 효율을 얻을 수 있다. 이로 인해, 동일한 색 변환율을 얻기 위해서는, 공극(33)을 갖지 않는 경우보다 형광체층(3)의 두께를 얇게 할 수 있다.
또한, 형광체층(3)의 표면에, 무기 형광체(31)의 입경에 기인하는 요철을 갖기 때문에, 계면에서의 전반사를 저감하여 형광체층(3)으로부터 효율적으로 광을 취출할 수 있다. 이로 인해, 이 무기 성형체(1)를 색 변환용 성형 부재로서 사용하여 발광 장치를 구성하면, 높은 발광 효율을 얻을 수 있다.
또한, 형광체층(3)은 투광성의 알칼리 토금속염을 포함하는 무기 결착재(도시하지 않음)가 포함되어 있어도 된다. 무기 결착재는, 무기 형광체(31)와 기판(2)의 사이, 및/또는 무기 형광체(31)끼리를 결착하는 것이다. 이 무기 결착재는, 무기 형광체(31)를 기판(2) 상에 적층하는 제조 공정에서 첨가된 것이며, 무기 재료를 포함하는 피복층(32)에 의해, 무기 형광체(31)의 입자와 기판(2)의 사이 및 무기 형광체(31)의 입자끼리를 피복하는 견고한 결착하는 피복층(32)이 형성될 때까지, 무기 형광체(31)의 입자가 흩어지지 않도록 결착시키는 결착재이다.
또한, 형광체층(3)은 무기 필러, 금속분 등의 도전체 입자 등이 포함되도록 해도 된다. 예를 들어, 무기 필러의 첨가에 의해, 형광체층(3)에 입사한 광을 산란, 확산시키거나, 상기한 스토크스 손실에 의한 발열을 효율적으로 기판(2)에 전도함으로써, 방열성을 향상시키거나 할 수 있다. 또한, 무기 필러의 첨가에 의해, 형광체층(3)에서의 무기 형광체(31)의 함유율을 조정할 수 있다. 또한, 첨가하는 무기 필러의 입경이나 형상에 따라, 공극(33)의 형상, 공극률, 형광체층(3)의 표면의 요철 형상을 조정할 수 있다.
또한, 도전체 입자의 첨가에 의해, 상기한 스토크스 손실에 의한 발열을 효율적으로 기판(2)에 전도함으로써, 방열성을 향상시킬 수 있다.
무기 필러로는, 예를 들어 질화알루미늄, 티타늄산바륨, 산화티타늄, 산화알루미늄, 산화규소, 이산화규소, 중질 탄산칼슘, 경질 탄산칼슘, 은, 실리카(흄 실리카, 침강성 실리카 등), 티타늄산칼륨, 규산바륨, 유리 섬유, 카본, 다이아몬드 등 및 이것들의 2종 이상의 조합을 들 수 있다.
또한, 산화탄탈, 산화니오븀, 희토류 산화물 등, 주로 광 흡수가 적은 투광성 재료나, 특정한 파장의 광을 반사 또는 흡수하는 무기 화합물을 사용할 수 있다.
또한, 무기 필러는, 후기하는 무기 형광체(31)의 입경과 동일 정도의 것을 사용할 수 있다.
또한, 형광체층(3)은 무기 형광체(31)의 입자의 응집체를 피복층(32)으로 연속적으로 피복하여 일체화된 층인데, 보호층이나 반사 방지층 등을 더 적층하도록 해도 된다. 이 경우, 기판(2)의 상면으로부터, 보호층이나 반사층 등을 포함한 형광체층(3)의 상면까지의 막 두께인 형광체층(3)의 총 막 두께는, 10~300㎛ 정도로 하는 것이 바람직하다.
또한, 형광체층(3)은 무기 형광체(31)의 입자의 응집체이기 때문에, 그것들의 입경에 의해 막 두께는 영향을 받는데, 실질적으로 색 변환에 기여하는 형광체층(3)의 두께가 1~150㎛ 정도의 것을 사용할 수 있고, 5~70㎛로 하는 것이 바람직하고, 10~50㎛로 하는 것이 보다 바람직하다. 또한, "실질적으로 색 변환에 기여하는 형광체층"이란, 상기한 보호층이나 반사층을 제외하고, 무기 형광체(31)의 입자의 응집체를 피복층(32)으로 연속적으로 피복하여 일체화된 층을 가리킨다.
이 형광체층(3)의 두께(실질적으로 색 변환에 기여하는 형광체층의 두께 및 총 막 두께)는 주사형 전자 현미경을 사용하여 측정할 수 있다.
또한, 종래의 소결 세라믹스 등을 포함하는 형광체의 성형체에 비해, 형광체층(3)에서의 무기 형광체(31)의 함유율을 높게 하고, 또한 공극(33)의 존재에 의해, 동일한 색 변환율을 얻기 위한 형광체층(3)의 막 두께를 얇게 할 수 있다. 이로 인해, 형광체층(3)에 함유되는 무기 형광체(31)에서 발생한 스토크스 발열을, 방열 기능을 갖는 기판(2)에 신속히 전도할 수 있다. 즉, 방열성이 우수한 무기 성형체(1)로 할 수 있다.
(무기 형광체(파장 변환 부재: 무기 파장 변환 물질))
무기 형광체(31)는 형광체층(3)에 입사한 광을 흡수하여, 입사광의 색과는 다른 색의 광을 발광하는 무기 재료를 포함하는 형광체이다.
무기 형광체(31)로서 사용되는 형광체 재료는, 여기 광인 입사광을 흡수하여, 상이한 색(파장)의 광으로 색 변환(파장 변환)하는 것이면 된다. 특히, 무기 형광체(31)가 자외광 또는 청색광을 흡수하여, 청색광 또는 적색광을 방출하는 재료인 것이 바람직하다.
또한, 무기 형광체(31)의 입자의 평균 입경은, 특별히 한정되지 않지만, 0.1~100㎛ 정도의 것을 사용할 수 있고, 취급의 용이성 관점에서, 바람직하게는 1~50㎛, 보다 바람직하게는 2~30㎛의 것을 사용할 수 있다.
또한, 평균 입경의 값은, 공기 투과법 또는 F.S.S.S.No(Fisher-SubSieve-Sizers-No.)에 의한 것으로 한다(소위 D바(D 위에 바)로 나타내지는 값).
또한, 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(예를 들어, 시마즈 세이사꾸쇼 제조의 SALD 시리즈 등) 또는 전기 저항식 입도 분포 장치(예를 들어, 코울터(BECKMAN COULTER)사 제품의 코울터 카운터 등)로 측정되는 중심 입경(Dm)(Median Diameter)과 상기한 평균 입경(D바)의 비인 (Dm/D바)를 무기 형광체(31)의 입자의 분산성을 나타내는 지표로 했을 경우에, 이 지표값이 1에 가까울수록 바람직하다. 즉, 지표값이 1에 가까울수록 입자의 분산성이 높고(입자가 응집하지 않고), 응력이 적은 형광체층(3)을 형성할 수 있다. 이에 의해, 형광체층(3)에서의 균열의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 무기 형광체(31)는 1종뿐만 아니라, 복수 종류의 무기 형광체(31)의 입자를 혼합하여 사용해도 된다. 또한, 복수 종류의 무기 형광체(31)의 입자층을 순차 적층하도록 해도 된다.
무기 형광체(31)로서 사용하는 구체예로는, 이하의 것을 들 수 있다.
예를 들어, Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 질화물계 형광체·산질화물계 형광체·사이알론계 형광체, Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 전이 금속계의 원소에 의해 주로 활성화되는 알칼리토류 할로겐 어퍼타이트 형광체, 알칼리토금속 할로겐 붕산염 형광체, 알칼리토금속 알루민산염 형광체, 알칼리토류 규산염 형광체, 알칼리토류 황화물 형광체, 알칼리토류 티오갈레이트 형광체, 티오규산염 형광체, 알칼리토류 질화규소 형광체, 게르마늄산염 형광체, 알칼리 금속 할로겐 규산염 형광체, 알칼리 금속 게르마늄산염 형광체, 또는, Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 희토류 알루민산염 형광체, 희토류 규산염 형광체 등에서 선택되는 적어도 어느 하나 이상인 것이 바람직하다. 구체예로서 하기의 형광체를 사용할 수 있지만, 이것에 한정되지 않는다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 질화물계 형광체는, M2Si5N8:Eu, MAlSiN3:Eu(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다. 또한, M2Si5N8:Eu 외에 MSi7N10:Eu, M1 .8Si5O0 .2N8:Eu, M0 .9Si7O0 .1N10:Eu(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상임) 등도 있다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 산질화물계 형광체는, MSi2O2N2:Eu(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다.
Eu, Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 사이알론계 형광체는, Mp/2Si12-p-qAlp+qOqN16-p:Ce, M-Al-Si-O-N(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. q는 0~2.5, p는 1.5~3이다.) 등이 있다.
Eu 등의 란타노이드계, Mn 등의 전이 금속계의 원소에 의해 주로 부활되는 알칼리토류 할로겐 어퍼타이트 형광체에는, M5(PO4)3X:R(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. X는, F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. R는, Eu, Mn, Eu와 Mn 중 어느 하나이다.) 등이 있다.
알칼리 토금속 할로겐 붕산염 형광체에는, M2B5O9X:R(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. X는, F, Cl, Br, I에서 선택되는 적어도 1종 이상이다. R은, Eu, Mn, Eu와 Mn 중 어느 하나이다.) 등이 있다.
알칼리 토금속 알루민산염 형광체에는, SrAl2O4:R, Sr4Al14O25:R, CaAl2O4:R, BaMg2Al16O27:R, BaMg2Al16O12:R, BaMgAl10O17:R(R은, Eu, Mn, Eu와 Mn 중 어느 하나임) 등이 있다.
알칼리 토금속 규산염 형광체에는, M2SiO4:Eu(M은, Ca, Sr, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다.
알칼리 토류 황화물 형광체에는, La2O2S:Eu, Y2O2S:Eu, Gd2O2S:Eu 등이 있다.
알칼리 금속 할로겐 규산염 형광체에는, MSiX6:Mn(M은, Li, Na, K에서 선택되는 1종 이상이며, X는, F, Cl, Br, I에서 선택되는 1종 이상이며, 또한 Si의 일부를 Ge로 치환할 수 있음), Li2SiF6:Mn, K2(SiGe)F6:Mn의 조성 식으로 표현되는 형광체가 있다.
Ce 등의 란타노이드계 원소로 주로 부활되는 희토류 알루민산염 형광체에는, Y3Al5O12:Ce, (Y0 .8Gd0 .2)3Al5O12:Ce, Y3(Al0 .8Ga0 .2)5O12:Ce, (Y, Gd)3(Al, Ga)5O12:Ce의 조성 식으로 표현되는 YAG계 형광체 등이 있다. 또한, Y의 일부 또는 전부를 Tb, Lu 등으로 치환한 Tb3Al5O12:Ce, Lu3Al5O12:Ce 등도 있다.
그 밖의 형광체에는, MS:Eu, Zn2GeO4:Mn, 0.5MgF2·3.5MgO·GeO2, MGa2S4:Eu(M은, Sr, Ca, Ba, Mg, Zn에서 선택되는 적어도 1종 이상임) 등이 있다. 이들 형광체는, 목적에 따라 Eu 대신에, 또는, Eu 외에 Tb, Cu, Ag, Au, Cr, Nd, Dy, Co, Ni, Ti에서 선택되는 1종 이상을 함유시킬 수도 있다.
또한, 상기한 형광체 이외의 형광체로서, 마찬가지의 성능, 효과를 갖는 형광체도 사용할 수 있다.
이들 형광체는 발광 소자로부터의 여기 광에 의해, 황색, 적색, 녹색, 청색에 발광 스펙트럼을 갖는 것을 사용할 수 있는 것 외에, 이것들의 중간색인 황색, 청녹색, 주황색 등에 발광 스펙트럼을 갖는 것도 사용할 수 있다. 이들 형광체를 다양하게 조합하여 사용함으로써, 다양한 발광색을 갖는 발광 장치를 제조할 수 있다.
예를 들어, 광원으로서 청색으로 발광하는 GaN계 또는 InGaN계 화합물 반도체 발광 소자를 사용하여, Y3Al5O12:Ce 또는 (Y0 .8Gd0 .2)3Al5O12:Ce의 형광체에 조사해서, 색 변환을 행하도록 하고, 발광 소자로부터의 광과, 형광체로부터의 광의 혼합 색에 의해 백색으로 발광하는 발광 장치를 제공할 수 있다.
예를 들어, 녹색에서 황색으로 발광하는 CaSi2O2N2:Eu 또는 SrSi2O2N2:Eu와, 청색으로 발광하는 (Sr, Ca)5(PO4)3Cl:Eu, 적색으로 발광하는 Ca2Si5N8:Eu 또는 CaAlSiN3:Eu를 포함하는 3종의 형광체를 사용함으로써, 연색성이 우수한 백색으로 발광하는 발광 장치를 제공할 수 있다. 이것은, 광의 삼원색인 적·청·녹을 사용하고 있기 때문에, 형광체의 배합비를 바꾸는 것만으로 원하는 백색광을 실현할 수 있다.
또한, 무기 형광체(31)의 구체예로서 상기한 형광체 중에는, 예를 들어 비산화물계의 형광체인 황화물계 형광체, 할로겐 규산염계 형광체, 질화물 형광체, 산질화물 형광체 등과 같이, 열에 의해 모체가 분해하거나 부활제가 실활되기 쉬운 것이 있다. 또한, 불화물 형광체와 같이, 수분에 의해 조해하는 등, 분위기에 의해 열화되는 것이 있다.
본 발명에서는, 무기 성형체(1)를 형성할 때에, 소결이나 유리 밀봉에 의한 성형과 같은 고온이 되는 경우가 없기 때문에, 열에 의해 열화되기 쉬운, 예를 들어 비산화물계의 형광체인 CASN이나 SCASN과 같은 질화물 형광체를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는, 무기 형광체(31)는 바람직하게는 후기하는 원자층 퇴적법에 의해 형성되는 피복층(32)에 의해 치밀하게 피복되기 때문에, 수분에 의해 조해하기 쉬운, 예를 들어 LiSiF4:Mn과 같은 불화물 형광체를 사용할 수 있다.
(피복층)
피복층(32)은 입상의 무기 형광체(31)의 입자를 피복함과 함께, 당해 입자 및 기판(2), 및 입자끼리를 고착시키는 투광성의 피막이다. 즉, 피복층(32)은 무기 형광체(31)의 보호층으로서의 기능과, 바인더로서의 기능과, 열전도 경로로서의 기능을 갖는 것이다.
피복층(32)으로는, Al2O3, SiO2, ZrO2, HfO2, TiO2, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, In2O3, SnO2, TiN, AlN 등으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 피복층(32)은 ALD(Atomic Layer Deposition; 원자층 퇴적)법이나 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition; 유기 금속 화학적 기상 성장)법, PECVD(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition; 플라즈마 CVD)법, 대기압 플라즈마 성막법 등에 의해 형성할 수 있다.
특히, ALD법은, 형성되는 피막이 치밀하고, 단차(요철)를 갖는 형상의 피복성이 높아, 균일한 두께의 피막을 형성할 수 있기 때문에 바람직하다. 또한, ALD법에 의해 형성되는 피복층(32)은, 막 두께가 얇아도, 무기 형광체(31)의 입자를 양호하게 피복함과 함께, 무기 형광체(31)의 입자의 응집체를 일체화할 수 있어, 형광체층(3)의 막 두께를 더욱 얇게 형성할 수 있다. 이로 인해, 무기 형광체(31)의 입자에서 발생한 스토크스 발열을, 얇은 피복층(32)을 통해 방열 기능을 갖는 기판(2)에 신속히 전도할 수 있다. 이에 의해, 방열성이 우수한 무기 성형체(1)를 형성할 수 있다. 또한, 양호한 방열성을 얻기 위해서, 형광체층(3)의 막 두께를 상기한 범위로 하는 것이 바람직하고, 또한, 피복층(32)의 막 두께를 후기하는 범위로 하는 것이 바람직하다.
또한, ALD법에 의해 형성되는 피복층(32)의 원료에는 상온 내지 300℃ 이하에 증기압을 갖는 유기 금속 재료, 금속 할로겐화물 등이 사용된다. 특히, ALD법으로 형성한 Al2O3를 포함하는 피막은, 수분 등의 분위기에 대한 배리어성이 높아 바람직하다. Al2O3막을 형성하기 위한 원료에는, TMA(트리메틸알루미늄)와 물이 사용된다.
또한, 피복층(32)의 막 두께는, 평균 두께로 10nm~50㎛로 할 수 있고, 바람직하게는 50nm~30㎛, 보다 바람직하게는 100nm~10㎛로 할 수 있다.
또한, 피복층(32)의 막 두께는, 무기 형광체(31)의 입자(무기 필러 등을 첨가하고 있는 경우에는, 무기 형광체(31) 및 무기 필러 등의 입자)를 균일하게 피복하고 있는 부분의 두께를 가리킨다.
또한, 피복층(32)은 상기한 화합물에 의한 단일층으로서 형성할 수도, 이종 재료에 의한 다층막으로서 형성할 수도 있다. 다층막으로 형성하는 경우에는, 예를 들어 제1층(무기 형광체(31)에 접하는 층)으로서 ALD법에 의한 치밀한 층을 형성하고, 계속해서 제2층으로서, PECVD법이나 대기압 플라즈마 성막법 등의 성막 속도가 빠른 방법으로 성막할 수도 있다.
(공극)
공극(33)은 기판(2) 상에 적층된 무기 형광체(31)의 입자간의 간극으로서 형성되는 것이다. 즉, 공극(33)은 기판(2)과 무기 형광체(31)와 피복층(32) 중 어느 1개에 의해 둘러싸인 공간이다. 또한, 형광체층(3)에, 무기 필러나 도전성 입자 등의, 무기 형광체(31) 이외의 입자가 포함되는 경우에는, 공극(33)은 무기 형광체(31)를 포함한 이것들의 입자간의 간극으로서 형성된다.
공극(33)은 형광체층(3)에 입사한 광을 산란시켜, 입사광을 효율적으로 무기 형광체(31)에 흡수시킬 수 있다. 공극률은, 1~50% 정도로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5~30%이다. 공극률의 최적값은, 무기 형광체(31)의 입경과 피복층(32)의 막 두께에 의존하는데, 공극률을 1% 이상으로 함으로써 효과적으로 입사광을 산란시킬 수 있고, 50% 이하로 함으로써, 형광체층(3)을 박육화한 경우에도, 색 변환에 충분한 무기 형광체(31)의 함유량으로 할 수 있다.
또한, 상기한 공극률의 범위로 공극(33)을 형성함으로써, 기판(2)과 형광체층(3)의 사이의 선팽창 계수의 차가 큰 경우에도, 제조 공정이나 제조 후의 사용 시에서의 온도 상승에 의해 성형체에 가해지는 왜곡을 흡수하여, 균열의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 형광체층(3)에서의 공극률은, 무기 형광체(31)의 평균 입경과, 피복층(32)의 막 두께를, 각각 상기한 범위로 조정함으로써 제어할 수 있다. 즉, 무기 형광체(31)의 평균 입경에 따라 피복층(32)의 막 두께를 정함으로써, 원하는 공극률로 되는 공극(33)을 형성할 수 있다. 또한, 형광체층(3)에 무기 필러를 첨가하는 경우에는, 무기 형광체(31)의 입자와 무기 필러의 입자를 합친 평균 입경과, 피복층(3)의 막 두께에 의해 공극률을 제어할 수 있다. 또한, 공극률의 제어에는, 또한 입자의 형상 및 입자의 분산성을 고려하는 것이 바람직하다.
(공극의 충전물)
또한, 공극(33)을 충전물로 매립하도록 해도 된다. 충전물로는, 공기층(N2, O2, CO2 등의 혼합 기체) 등의 기체가 바람직하다. 단, 이것에 한정되지 않고, 무기 화합물(예를 들어, AlOOH, SiOx 등), 무기 원료(예를 들어, 폴리실라잔 등), 유리나 나노 무기 입자 등의 고체가, 충전물의 일부 또는 전부를 차지하도록 해도 된다. 이러한 고체의 충전물의 원료로서, 액체 유리 재료, 졸겔 재료 등의, 무기 화합물을 함유하는 액체를 들 수 있다. 또한, 상기한 바와 같은 무기 화합물을 함유하는 액체의 용매로서, 물, 유기 용매, 나아가 실리콘이나 불소 수지 등의 무기물을 주체로 하는 수지를 사용할 수도 있다.
또한, 공극(33)에 설치되는 이들 고체의 충전물은, 피복층(32)을 구성하는 재료와 동일한 재료를 포함하도록 해도 된다. 이 경우에는, 피복층(32)과 공극(33)의 충전물에서, 서로 굴절률이나 투과율 등의 물성이 상이하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 예를 들어 피복층(32)이 ALD법으로 형성된 Al2O3으로 하고, 공극(33)의 충전물이 졸겔법으로 형성된 Al2O3으로 할 수 있다. 이렇게 형성 방법이 상이하게 됨으로써, 결정성이나 밀도가 상이하여, 상기한 물성을 상이하게 할 수 있다.
이렇게 공극(33)을 피복층(32)과는 물성이 다른 재료로 충전함으로써, 형광체층(3)에 입사한 광의 확산이나 취출을 제어할 수 있다.
[무기 성형체의 제조 방법]
이어서, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법에 대해서, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법은, 마스킹 공정(S10)과, 형광체층 형성 공정(S11)과, 피복층 형성 공정(S12)과, 마스킹 제거 공정(S13)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
이하, 도 3을 참조(적절히 도 1 및 도 2 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(마스킹 공정)
우선, 마스킹 공정(S10)에서, 도 3의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(2)에 있어서, 형광체층(3)을 형성하는 장소 이외를, 마스킹 부재(20)를 부착함으로써 피복한다. 본 실시 형태에서는, 기판(2)의 하면을 피복하고 있다.
마스킹 부재(20)로는, 예를 들어 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀 등의 수지제의 점착 테이프나 점착 시트를 사용할 수 있다. 또한, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지나 에폭시계 수지 등의 수지 재료를 도포하여 마스킹할 수도 있다. 또한, 수지계의 마스킹 부재(20)를 포토레지스트를 사용하여 패턴 형성하도록 해도 된다. 포토리소그래피 기술을 사용한 마스킹은, 미세한 형상으로 피복하는 경우에 유용하다. 이들 마스킹 재료나 공법은, 사용하는 온도, 분위기, 목적에 따라 선택할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형광체층(3)을 기판(2)의 상면 및 측면에 설치하기 때문에, 기판(2)의 하면을 마스킹 부재(20)로 피복했지만, 마스킹 부재(20)로 피복하는 영역을 바꿈으로써, 임의의 영역에 형광체층(3)을 설치하도록 할 수 있다.
(형광체층 형성 공정(무기 입자층 형성 공정))
이어서, 형광체층 형성 공정(S11)에서, 도 3의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(2)의 상면 및 측면에 무기 형광체(31)의 입자의 응집체인 입자층(34)을 형성한다. 본 실시 형태에서는, 전기 침착(전착)법에 의해 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성한다
또한, 형광체층(3)에 무기 필러나 도전성 입자 등의 무기 입자를 첨가하는 경우에는, 입자층(34)은 무기 형광체(31)의 입자와, 이들 입자와의 응집체가 된다.
전기 침착법에 의하면, 실온하에서, 입상의 무기 형광체(31)를 현탁시킨 용액을 넣은 전착조에, 한쪽의 전극이 되는 기판(2)과, 다른 쪽의 전극이 되는 쌍전극을 침지시켜, 전극간에 전압을 인가한다. 또한, 기판(2)측에는, 무기 형광체(31)가 대전하는 극성과 상이한 극성의 전압을 인가한다. 이에 의해, 무기 형광체(31)의 입자가 전기 영동하여 기판(2)에 부착된다. 무기 형광체(31)의 입자층(34)의 두께는, 전극간에 통전하는 전류 및 시간으로 정해지는 쿨롬량을 조정함으로써 제어할 수 있다.
이 전기 침착법에 사용하는 용매는, 특별히 한정되지 않지만, IPA(이소프로필알코올) 등의 알코올계 용매를 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 무기 형광체(31)의 입자 및 기판(2), 및 무기 형광체(31)의 입자끼리를 결착시키기 위한 무기 결착재를 용액 중에 첨가하는 것이 바람직하다. 무기 결착재는, 전기 침착법에 의해 적층한 무기 형광체(31)의 입자를, 후속 공정인 피복층 형성 공정(S12)에서 피복층(32)이 형성될 때까지 흩어지지 않도록 하기 위한 것이다. 무기 결착재로는, 예를 들어 Mg 이온, Ca 이온, Sr 이온 등의 알칼리 토금속 이온을 사용할 수 있다. 첨가한 알칼리 토금속 이온은, 수산화물이나 탄산염으로서 석출되어 결착력을 발휘한다. 이들 수산화물이나 탄산염은, 무색 투명하기 때문에, 제조 후의 형광체층(3) 중에 잔존해도 색 변환 효율을 저하시키지 않는다. 또한, 무기물이기 때문에, 경시 변화에 의해 색 변환 효율을 저하시키는 경우도 없다.
또한, 무기 형광체(31)의 전기 영동을 효율적으로 행하게 하기 위해서, 용액 중에 금속염 등의 대전 제어제를 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 대전 제어제는, 용액 중에 첨가하지 않고, 무기 형광체(31)의 입자에 코팅하도록 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형광체층 형성 공정(S11)에서, 전기 침착법에 의해 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성하도록 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 기판(2)을 한쪽의 전극으로 해서, 정전 도장법을 사용할 수도 있다. 또한, 형광체층(3)을 상면에 형성하는 경우에는, 원심 침강법을 사용할 수도 있다. 그 밖에, 펄스 스프레이법을 사용할 수도 있다. 또한, 상기한 방법을 조합하여 사용할 수도 있다.
(피복층 형성 공정)
이어서, 피복층 형성 공정(S12)에서, 도 3의 (c)에 도시한 바와 같이, 형광체층 형성 공정(S11)에서 형성한 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 피복하고, 입자끼리를 고착시키는 피복층(32)을 형성한다. 피복층 형성 공정(S12)에서, 피복층(32)은 ALD법이나 MOCVD법 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 피복층 형성 공정(S12)을 행한 후에, 또한, 형광체층(3)의 표면에 SiO2막 등의 무기 재료를 포함하는 층을, 보호층이나 무반사 코팅층으로서 형성하도록 해도 된다. 이 층은, 예를 들어 스퍼터링법, CVD법, ALD법, 대기압 플라즈마법 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 공극(33)에, 공기층 이외의 충전물로서 고체를 설치하는 경우에는, 피복층 형성 공정(S12)의 후에 이어, 이하에 설명하는 바와 같이 하여 행할 수 있다. 또한, 피복층 형성 공정(S12)을 행한 후의 공극(33)에는, 공기가 충전되어 있다.
고체의 충전물은, 용매 중에 고체를 분산시킨 용액(고체 함유 액체)을 공극(33) 내에 충전하고, 용매를 휘발시킨 후에, 저온 가열하여 고체화함으로써 설치할 수 있다. 예를 들어, 액체 유리, 졸겔 재료 등의 고체 함유 액체를, 형광체층(3) 상에 적하 또는 도포 등에 의해 공급하여, 진공으로 한다. 이에 의해, 공극(33) 내를 충전하고 있는 공기를 공극(33)으로부터 제거함과 함께, 대신에 고체 함유 액체를 공극(33) 내에 충전할 수 있다. 그 후, 고체 함유 액체의 용매가 휘발되는 온도로 함으로써, 공극(33) 내에 고체의 충전물을 설치할 수 있다. 또한, 용매를 휘발시키기 위해 가열하는 온도는, 300℃ 정도 이하의 비교적 저온인 것이 바람직하다.
(마스킹 제거 공정)
마지막으로, 마스킹 제거 공정(S13)에서, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 마스킹 부재(20)를 제거한다. 이에 의해, 기판(2)의 상면 및 측면에 형광체층(3)이 형성된 무기 성형체(1)가 얻어진다.
또한, 피복층 형성 공정(S12)을 행한 후에, 또한, 형광체층(3)의 표면에 SiO2막 등의 무기 재료를 포함하는 층을, 보호층이나 무반사 코팅층으로서 형성하도록 해도 된다. 이 층은, 예를 들어 스퍼터링법, CVD법, ALD법, 대기압 플라즈마법 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 공극(33)에, 공기층 이외의 충전물로서 고체를 설치하는 경우에는, 피복층 형성 공정(S12)의 후에 이어, 이하에 설명하는 바와 같이 하여 행할 수 있다. 또한, 피복층 형성 공정(S12)을 행한 후의 공극(33)에는, 공기가 충전되어 있다.
고체의 충전물은, 용매 중에 고체를 분산시킨 용액(고체 함유 액체)을 공극(33) 내에 충전하고, 용매를 휘발시킨 후에, 저온 과열하여 고체화함으로써 설치할 수 있다. 예를 들어, 액체 유리, 졸겔 재료 등의 고체 함유 액체를, 형광체층(3) 상에 적하 또는 도포 등에 의해 설치하여, 진공으로 한다. 이에 의해, 공극(33) 내를 충전하고 있는 공기를 공극(33)으로부터 제거함과 함께, 대신에 고체 함유 액체를 공극(33) 내에 충전할 수 있다. 그 후, 고체 함유 액체의 용매가 휘발되는 온도로 함으로써, 공극(33) 내에 고체의 충전물을 설치할 수 있다. 또한, 용매를 휘발시키기 위해 가열하는 온도는, 300℃ 정도 이하의 비교적 저온인 것이 바람직하다.
(ALD법에 의한 피복층 형성 공정)
여기서, 도 4를 참조하여, ALD법을 사용한 경우의 피복층 형성 공정(S12)에 대해 상세하게 설명한다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서의 피복층 형성 공정(S12)은, 프리베이크 공정(S121)과, 시료 설치 공정(S122)과, 성막전 보관 공정(S123)과, 제1 원료 공급 공정(S124)과, 제1 배기 공정(S125)과, 제2 원료 공급 공정(S126)과, 제2 배기 공정(S127)을 포함하며, 제1 원료 공급 공정(S124) 내지 제2 배기 공정(S127)은, 소정 횟수 반복해서 행해진다.
(프리베이크 공정)
우선, 프리베이크 공정(S121)에서, 기판(2)의 상면 및 측면에 무기 형광체(31)의 입자층(34)이 형성된 시료를, 오븐을 사용해서 가열하는 베이킹 처리를 행한다.
본 실시 형태에서는, H2O(물)를 제1 원료, TMA(트리메틸알루미늄)를 제2 원료로 하고, Al2O3막을 피복층(32)으로서 형성한다. 이로 인해, 양호하게 성막을 행하기 위해서, 성막 전의 시료에 포함되는 수분 등을 증발시킴으로써 가능한 한 제거하는 것이 바람직하다.
베이킹 처리는, 예를 들어 시료를 120℃의 오븐에서 2시간 정도 가열함으로써 행할 수 있다.
(시료 설치 공정)
이어서, 시료 설치 공정(S122)에서, 피복층(32)의 성막을 행하기 위해, 시료를 반응 용기(도시하지 않음)에 투입한다. 이 반응 용기는, 제1 원료 공급 라인, 제2 원료 공급 라인, 질소 가스 공급 라인 및 진공 라인(모두 도시하지 않음) 등에 접속되어 있다.
(성막전 보관 공정)
이어서, 성막전 보관 공정(S123)에서, 시료를 보관한 반응 용기 내를, 예를 들어 로터리 펌프가 접속된 진공 라인을 통해 저압 상태로 하여, 반응 용기 내의 상태를 안정화시킨다. 또한, 이때에, 반응 용기 내에 질소 가스를 도입하여, 공기 등의 불필요한 물질을 반응 용기로부터 배기한다.
반응 용기 내의 압력은, 예를 들어 0.1~10torr(133~13332Pa) 정도, 질소 가스의 유량은 20sccm(33×10-3Pa·m3/s) 정도, 안정화를 위해 이 상태를 유지하는 시간은 10분간 정도로 할 수 있다.
또한, 반응 용기 내의 온도는, 예를 들어 100℃ 정도로 할 수 있지만, 성막 온도는 50~500℃의 범위 내에서 자유롭게 설정할 수 있다. 이후의 성막 내는, 이 온도를 유지하는 것이 일반적인데, 이것에 한정되지 않고, 도중에 온도를 변경하도록 해도 된다.
또한, 성막 중의 온도는, 적절하게 설정할 수 있지만, 사용하는 무기 형광체(31)의 내열성을 고려해서 50~500℃ 정도의 범위로 설정하는 것이 바람직하고, 100~200℃로 하는 것이 더욱 바람직하다. ALD법에 의한 성막은, 소결법에 의한 성형이나, MOCVD법에 의한 성막에 비해 저온에서 행할 수 있다. 이로 인해, 특히 내열성이 낮은 CASN, SCASN 등의 적색으로 발광하는 무기 형광체(31)를 사용한 무기 성형체(1)를 제작할 수 있다.
(제1 원료 공급 공정)
이어서, 제1 원료 공급 공정(S124)에서, 제1 원료인 H2O를 반응 용기에 도입한다. H2O는, 상온의 증기로서 도입한다. H2O를 도입한 후, 도입한 H2O가 시료의 전체면에 널리 퍼질 때까지 소정 시간 대기하여, 시료의 전체면에서 반응시킨다. 또한, H2O의 도입은, 제1 원료 공급 공정(S124)의 소요 시간에 대해 H2O의 증기를, 예를 들어 0.001~1초 등의 단시간에 반응 용기에 도입한다.
단, 원료의 도입 시간은 시료의 표면적, 장치의 체적, 단위 시간당의 원료 공급량에 따라서 정할 수 있다. 원료인 H2O를 도입한 후에는 시료의 전체면의 반응에 필요한 충분한 시간을 들인다.
(제1 배기 공정)
이어서, 제1 배기 공정(S125)에서, 반응 용기에 진공 라인을 접속함과 함께, 질소 가스를 도입하여, 반응에 기여하지 않는 과잉의 H2O 및 부생성물을 반응 용기로부터 배기한다. 또한, 본 공정에서의 부생성물이란, 메탄가스이다.
(제2 원료 공급 공정)
이어서, 제2 원료 공급 공정(S126)에서, 제2 원료인 TMA를 반응 용기에 도입한다. TMA는, 상온의 증기로서 도입한다. TMA를 도입한 후, 도입한 TMA가 시료의 전체면에 널리 퍼질 때까지 소정 시간 대기한다. 또한, TMA의 도입은, 상기한 H2O의 도입과 마찬가지로 행할 수 있다.
단, 원료의 도입 시간은 시료의 표면적, 장치의 체적, 단위 시간당의 원료 공급량에 따라서 정할 수 있다. 원료인 TMA를 도입한 후에는 시료의 전체면의 반응에 필요한 충분한 시간을 들이다.
(제2 배기 공정)
이어서, 제2 배기 공정(S127)에서, 반응 용기에 진공 라인을 접속함과 함께, 질소 가스를 도입하여, 반응에 기여하지 않는 과잉의 TMA 및 부생성물을 반응 용기로부터 배기한다.
본 실시 형태에서의 성막 공정은, 제1 원료 공급 공정(S124) 내지 제2 배기 공정(S127)을 성막의 기본 사이클로 하고, 소정 횟수의 사이클을 반복하는 것이다. 그 때문에, 제2 배기 공정(S127) 종료 후에, 이 사이클을 소정 횟수 행했는지 판정하고(스텝 S128), 소정 횟수 종료하지 않은 경우에는(스텝 S128에서 "아니오"), 제1 원료 공급 공정(S124)으로 복귀되어, 상기한 사이클을 반복한다. 한편, 소정 횟수 종료한 경우에는(스텝 S128에서 "예"), 피복층 형성 공정을 종료한다.
ALD법에 의하면, 성막의 기본 사이클을 1회 행함으로써, 피복층(32)이 원자층 레벨을 단위로 해서 적층된다. 이로 인해, 실행하는 사이클 수에 따라, 피복층(32)의 두께를 자유롭게 제어할 수 있다.
또한, 피복층(32)은 원자층 레벨을 단위로 해서 적층되기 때문에, 요철 형상 등의 단차의 피복성이 높고, 또한, 핀 홀이 매우 적어 치밀하며, 또한 균일한 두께의 막을 형성할 수 있다.
또한, 적당한 두께의 피복층(32)을 형성함으로써, 무기 형광체(31)의 입자간의 간극을 완전히 매립하지 않고, 형광체층(3)에 공극(33)(도 1의 (b) 참조)으로서 남길 수 있다.
또한, ALD법에 의하면, 무기 형광체(31)의 입자를 치밀하면서도 또한 균일하게 피복하기 때문에, 수분에 의해 열화되기 쉬운 불화물 형광체 등을 사용할 수 있다.
또한, 불화물 형광체와 같이, 수분에 의해 열화되기 쉬운 형광체를 무기 성형체(1)로 가공하는 경우에는, 다음과 같이 하는 것이 바람직하다. 우선, 미리 다양한 코팅법에 의해 무기 형광체(31)의 입자의 표면을 내수 코팅해 둔다. 이어서, 내수 코팅을 실시한 무기 형광체(31)를 사용해서 단시간 내에, 기판(2)의 표면에 전기 침착법이나 정전 도장법 등에 의해 입자층(34)을 형성한다. 그리고, ALD법에 의해 피복층(32)을 형성함으로써, 기판(2) 및 입자층(34)을 일체화시켜 벌크체에 성형 가공한다. 이에 의해, 제조 공정에서의 수분의 영향을 방지하면서 무기 성형체(1)를 제작할 수 있다. 또한, 제조 후에 있어서, 피복층(32)에 의해 수분 등의 분위기로부터 보호된, 열화되기 어려운 무기 성형체(1)로 할 수 있다.
<제1 실시 형태의 변형예>
이어서, 도 5를 참조하여, 제1 실시 형태의 변형예에 관한 무기 성형체의 구성에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)는, 평판 형상의 기판(2) 상에 형광체층(3)을 설치한 것이다. 본 발명에서는, 형광체층(3)은, 입상의 무기 형광체(31)를 기판(2)에 부착시키고, 피복층(32)에 의해 고착시켜서 성형하기 때문에, 기판(2)의 형상에 큰 제약은 없다.
예를 들어, 도 5의 (a)에 나타내는 무기 성형체(1A1)는, 돔 형상(반구 형상)의 기판(2)의 표면에 형광체층(3)을 설치한 것이다. 또한, 도 5의 (b)에 나타내는 무기 성형체(1A2)는, 튜브 형상의 기판(2)의 표면에 형광체층(3)을 설치한 것이다. 또한, 도 5의 (c)에 나타내는 무기 성형체(1A3)는, 볼록 렌즈형의 기판(2)의 볼록면 상에 형광체층(3)을 설치한 것이다. 기판(2)의 형상은, 이러한 예에 한정되는 것이 아니며, 더 복잡한 형상의 기판(2)을 사용할 수도 있다. 또한, 도 5에 도시한 예에서는, 공극(33)의 기재는 생략하고 있다.
그 밖에, 철사 형상이나 망상의 기판(기체)에 형광체층(3)을 형성할 수도 있다.
또한, 본 변형예에 관한 무기 성형체(1A1~1A3)는, 기판(2)의 형상이 상이한 것 이외에는, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)와 마찬가지로 하여 제조할 수 있기 때문에, 제조 방법에 대해서는 설명을 생략한다.
<제2 실시 형태>
이어서, 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체에 대하여 설명한다.
[무기 성형체의 구성]
우선, 도 6을 참조하여, 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성에 대해 설명한다. 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)는, 기판(2)의 상면에 반사층(4)을 갖고, 반사층(4)을 개재하여 기판(2)의 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있다. 반사층(4)이 설치되어 있는 것과, 형광체층(3)이 상면에만 설치되어 있는 것 이외에는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)와 마찬가지이다. 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명은 적절히 생략한다. 또한, 도 6에서, 공극(33)의 기재는 생략하고 있다.
(반사층)
본 실시 형태에서는, 기판(2)의 상면에, 기판(2)을 구성하는 재료보다, 색 변환을 위해 형광체층(3)에 입사되는 색의 광 및 형광체층(3)에서 색 변환된 색의 광에 대한 반사율이 높은 금속층을 반사층(4)으로서 설치한다. 특히 가시광 영역에서의 반사율이 높은 금속으로서, Al, Ag, 또는 이들 금속을 함유하는 합금을 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 기판(2)은 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)와 마찬가지로 금속을 사용할 수 있다.
또한, 예를 들어 기판(2)으로서 열전도율이 높은 Cu를 사용하고, 반사층(4)으로서 반사율이 높은 Al이나 Ag를 사용함으로써 방열성 및 색 변환 효율을 모두 향상시킬 수 있다. 또한, 반사층(4)은 단일층에 한하지 않고, 다층 구조로 해도 된다. 또한, 기판(2)과 반사층(4)의 사이에 중간층을 설치하여, 기판(2)과 반사층(4)의 사이의 접합성을 향상시키도록 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)는, 도 6에서, 상방으로부터 입사한 광을 형광체층(3)에서 색 변환하고, 반사층(4)에서 상방으로 반사하여 색 변환한 광을 출사하는 반사형의 색 변환용 성형 부재로서 사용할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 반사층(4)을 설치하기 때문에, 기판(2)은 금속에 한정되지 않고, 유리나 수지 등의 투광성의 재료를 이용해도, 반사형의 색 변환용 성형 부재로서 사용하는 무기 성형체(1B)를 형성할 수 있다.
형광체층(3)은 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)에서의 형광체층(3)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형광체층(3)을 반사층(4)을 개재하여 기판(2)의 상면에만 설치하도록 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 반사층(4)을 개재하여, 상면 및 측면에 설치하도록 해도 되고, 하면에 형성해도 되고, 또한, 상면의 일부에만 설치할 수도 있다. 또한, 기판(2)의 형상은, 평판 형상에 한정되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이, 임의의 형상의 기판을 사용할 수 있다.
[무기 성형체의 제조 방법]
이어서, 도 7을 참조(적절히 도 6 참조)하여, 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 7에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)의 제조 방법은, 반사층 형성 공정(S14)과, 마스킹 공정(S10)과, 형광체층 형성 공정(S11)과, 피복층 형성 공정(S12)과, 마스킹 제거 공정(S13)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)의 제조 방법은, 최초의 공정으로서 반사층 형성 공정(S14)을 행하는 것 이외에는, 도 2에 도시한 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)의 제조 방법과 마찬가지이기 때문에, 마찬가지의 공정에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 설명은 적절히 생략한다.
(반사층 형성 공정)
우선, 반사층 형성 공정(S14)에서, 기판(2) 상에 반사층(4)을 형성한다. 반사층(4)은 Al이나 Ag, 또는 이들 금속을 함유하는 합금 등의 반사층(4)이 되는 금속 재료를, 스퍼터링법이나 증착법 등에 의해 기판(2) 상에 적층함으로써 형성할 수 있다. 또한, 기판(2) 상에 반사층(4)을 형성한 후, 반사율을 향상하기 위해서 경면 가공을 실시해도 된다.
(형광체층 형성 공정)
형광체층 형성 공정(S11)에서는, 반사층(4)을 전극으로 해서, 전기 침착법이나 정전 도장법에 의해 반사층(4) 상에 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성한다.
또한, 기판(2)이 절연체라도, 도전체인 금속을 반사층(4)으로서 사용함으로써 반사층(4)을 전극으로 해서, 전기 침착법이나 정전 도장법에 의해 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성할 수 있다.
마스킹 공정(S10), 피복층 형성 공정(S12) 및 마스킹 제거 공정(S13)은, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)의 제조 방법과 마찬가지이기 때문에 설명은 생략한다.
<제3 실시 형태>
이어서, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체에 대하여 설명한다.
[무기 성형체의 구성]
우선, 도 8을 참조하여, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성에 대하여 설명한다. 도 8에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)는, 기판(2)의 상면에 반사층(4)과 유전체층(7)과 투광성층(5)이 이 순서대로 적층되고, 반사층(4), 유전체층(7) 및 투광성층(5)을 개재하여 기판(2)의 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있다. 반사층(4)과 형광체층(3)의 사이에 유전체층(7) 및 투광성층(5)이 설치되어 있는 것 이외에는, 도 6에 나타낸 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)와 마찬가지이다. 마찬가지의 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 부여하고 설명은 적절히 생략한다. 또한, 도 8에서, 공극(33)의 기재는 생략하고 있다.
(유전체층)
유전체층(7)은 투광성층(5)을 개재하여 반사층(4)과 형광체층(3)의 사이에 설치되어 있다. 유전체층(3)을 배치함으로써, 형광체층(3)에서 확산된 광이, 보다 효율적으로 반사층(4)에서 반사된다. 이에 의해, 무기 성형체(1C)로부터의 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 유전체층(7)은 단층에 한정되지 않고, 다층막으로 할 수도 있다. 굴절률이 서로 다른 2종 이상의 유전체막을 적층함으로써, 반사층으로서 기능시킬 수 있다. 유전체 다층막에서 반사되는 광의 파장 영역은, 다층막을 구성하는 유전체막의 굴절률 및 막 두께의 조합에 따라, 350~800nm의 사이에서 임의로 설정할 수 있다. 또한, 이러한 유전체 다층막의 층수는 2~100층 정도, 총 막 두께는 0.1~20㎛ 정도로 설정할 수 있다.
또한, 반사층(4)만으로는 충분히 반사할 수 없는 파장 영역의 광을, 유전체층(7)에서 반사시키도록 유전체층(7)의 반사 대역을 설정함으로써, 더욱 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다.
유전체층(7)으로는, SiO2, Al2O3, Nb2O5, ZrO2, AlN, TiO2, SiON, SiN에서 선택되는 1 이상의 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 유전체층(7)을 다층막으로 하는 경우에는, 이들 재료에서 선택한 굴절률이 크게 다른 2종류의 재료를 포함하는 막을 교대로 적층하여 배치한다. 굴절률이 크게 상이한 재료의 적합한 조합으로는, 예를 들어 SiO2와 ZrO2, SiO2와 Nb2O5를 들 수 있다. 또한, 유전체층(7)에서 반사시키는 파장 영역은, 백색광을 반사시키기 위해서는, 400~800nm로 하는 것이 바람직하다. 또한, 방열성과 반사율을 고려하여, 다층막의 층수는 6~50층, 총 막 두께는 1~5㎛로 하는 것이 바람직하다.
(투광성층)
투광성층(5)은, 후기하는 형광체층 형성 공정(S11)(도 9 참조)에서, 기판(2) 상에 전기 침착법 또는 정전 도장법에 의해, 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성하기 위한 전극으로서 사용하기 위해 형성된 도전체층(6)(도 10의 (d) 참조)을 투명화한 것, 또는 투명 도전체층이다. 따라서, 투광성층(5)은 상기한 제조 공정에 있어서 도전성을 갖고, 그 후에 투명화가 가능한 재료나, 도전성을 갖는 투광성의 재료를 사용할 수 있다.
도전성을 갖고, 후에 투명화가 가능한 재료로는, Al, Si, Zn, Sn, Mg, In에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속 재료를 들 수 있다. 예를 들어, Al은, 90℃ 정도의 열수에 노출시킴으로써 산화할 수 있어, 투광성의 Al2O3으로 변화시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 Al은 비교적 저온에서 산화시켜서 투명화할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 경우에는, Al2O3막이 투광성층(5)으로서 형성된다. 또한, 피복층(32)으로서 Al2O3막을 형성하는 경우에는, 동일한 재료이기 때문에, 피복층(32)과 투광성층(5)이 양호하게 밀착된다. 이로 인해, 무기 형광체(31)를 수분 등의 분위기로부터 양호하게 보호함과 함께, 형광체층(3)의 기판(2C)으로부터의 박리가 방지된다. Al 이외의 재료에 대해서도, 투광성층(5)과 피복층(32)이 동일한 재료가 되도록 함으로써, 투광성층(5)과 피복층(32)의 사이의 양호한 밀착성을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 도전체층(6)을 투광성층(5)으로 변환하는 다른 방법으로서, 암모니아수에 의한 처리를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전체층(6)의 재료로서 Al 또는 Zn을 사용한 경우에는, 암모니아수로 처리함으로써, 각각 투광성의 Al(OH)3(수산화알루미늄), Zn(OH)2(수산화아연)로 변환할 수 있다. 또한, 이들은 겔 상태의 물질로서 생성하기 때문에, 무기 형광체(31)의 입자끼리의 결착재로서의 효과도 기대할 수 있다.
또한, 도전성을 갖는 투광성의 재료로는, 예를 들어 Zn(아연), In(인듐), Sn(주석), Ga(갈륨) 및 Mg(마그네슘)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 도전성 금속 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, ZnO, AZO(Al 도프 ZnO), IZO(In 도프 ZnO), GZO(Ga 도프 ZnO), In2O3, ITO(Sn 도프 In2O3), IFO(F 도프 In2O3), SnO2, ATO(Sb 도프 SnO2), FTO(F 도프 SnO2), CTO(Cd 도프 SnO2), MgO 등의 도전성 금속 산화물이 있다.
또한, 도전성을 갖는 투광성의 재료를 사용한 경우에는, 후기하는 제조 방법에 있어서, 도전체층 투명화 공정(S17)(도 9 참조)을 생략할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형광체층(3)을 반사층(4), 유전체층(7) 및 투광성층(5)을 개재하여 기판(2)의 상면에만 설치하도록 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 반사층(4), 유전체층(7) 및 투광성층(5)을 개재하여, 상면 및 측면에 설치하도록 해도 되고, 하면에 형성해도 되고, 또한, 상면의 일부에만 설치할 수도 있다. 또한, 기판(2)의 형상은, 평판 형상에 한정되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이, 임의의 형상의 기판을 사용할 수 있다.
또한, 기판(2)과 반사층(4)의 사이에, 또한 카본 나노튜브층이나 다이아몬드 라이크 카본층과 같은 고열 전도성의 층을 설치할 수도 있다. 또한, 기판(2)이 반사성을 갖는 경우에는, 반사층(4)을 설치하지 않고, 기판(2) 상에 직접 유전체층(7)을 설치할 수도 있다.
[무기 성형체의 제조 방법]
이어서, 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법에 대해서, 도 9를 참조하여 설명한다.
도 9에 도시한 바와 같이, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법은, 반사층 형성 공정(S14)과, 유전체층 형성 공정(S15)과, 마스킹 공정(S10)과, 도전체층 형성 공정(S16)과, 형광체층 형성 공정(S11)과, 도전체층 투명화 공정(S17)과, 피복층 형성 공정(S12)과, 마스킹 제거 공정(S13)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
이하, 도 10 및 도 11을 참조(적절히 도 8 및 도 9 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(반사층 형성 공정)
우선, 반사층 형성 공정(S14)에서, 도 10의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(2) 상에 반사층(4)을 형성한다. 본 실시 형태에서의 반사층 형성 공정(S14)은, 제2 실시 형태에서의 반사층 형성 공정(S14)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(유전체층 형성 공정)
이어서, 유전체층 형성 공정(S15)에서, 도 10의 (b)에 도시한 바와 같이, 반사층(4) 상에 유전체층(7)을 형성한다. 유전체층(7)은 SiO2, Al2O3, Nb2O5, ZrO2, AlN, TiO2, SiON, SiN 등의 투광성의 유전체 재료를, 스퍼터링법이나 증착법 등에 의해 반사층(4) 상에 적층함으로써 형성할 수 있다. 또한, 유전체층(7)을 유전체 다층막의 구성으로 하는 경우에는, 상기한 유전체 재료로부터 굴절률이 크게 상이한 재료를 조합해서(예를 들어, SiO2와 ZrO2의 조합, SiO2와 Nb2O5의 조합 등), 교대로 적층함으로써 형성할 수 있다.
(마스킹 공정)
이어서, 마스킹 공정(S10)에서, 도 10의 (c)에 도시한 바와 같이, 형광체층(3)을 설치하는 영역인 유전체층(7)의 상면 이외에는, 테이프나 포토레지스트 등의 마스킹 부재(20)를 사용하여 마스킹을 실시한다. 본 실시 형태에서의 마스킹 공정(S10)은, 마스킹하는 부위가 상이한 것 이외에는, 제1 실시 형태에서의 마스킹 공정(S10)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(도전체층 형성 공정)
이어서, 도전체층 형성 공정(S16)에서, 도 10의 (d)에 도시한 바와 같이, 유전체층(7) 상에 도전체 재료를 포함하는 도전체층(6)을 형성한다. 도전체층(6)으로는, 후속 공정인 도전체층 투명화 공정(S17)에서 투명화할 수 있는 재료로서, 예를 들어, Al을 사용할 수 있다. 도전체층(6)은 예를 들어 스퍼터링법, 증착법, 도금법 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 도전체 재료로서, ITO, ZnO 등의 상기한 투광성을 갖는 재료를 사용하여, 도전체층(6)을 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법 등의 물리적 방법, 또는 스프레이법이나 CVD(화학 기상 성장)법 등의 화학적 방법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 도전체층(6)을 투광성 재료를 사용하여 형성한 경우에는, 도전체층 투명화 공정(S17)을 생략할 수 있다.
(형광체층 형성 공정)
이어서, 형광체층 형성 공정(S11)에서, 도 11의 (a)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)을 전극으로 해서, 전기 침착법 또는 정전 도장법에 의해, 기판(2)의 상면에, 반사층(4), 유전체층(7) 및 도전체층(6)을 개재하여 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성한다. 본 실시 형태에서의 형광체층 형성 공정(S11)은, 제1 실시 형태에서의 형광체층 형성 공정(S11)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 원심 침강법 또는 펄스 스프레이법을 사용하여 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성하는 경우에는, 도전체층(6)의 형성은 불필요하다. 이 경우에는, 도전체층 형성 공정(S16) 및 도전체층 투명화 공정(S17)은 생략할 수 있다. 이 경우에는, 도 8에 나타낸 무기 성형체(1C)에 있어서, 투광성층(5)을 갖지 않고, 유전체층(7) 상에 형광체층(3)이 직접 설치된 구성의 무기 성형체가 형성된다.
(도전체층 투명화 공정)
이어서, 도전체층 투명화 공정(S17)에서, 도 11의 (b)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)을 투명화하여, 투광성층(5)으로 변화시킨다. 도전체층(6)을 Al막으로 형성한 경우에는, 예를 들어 90℃ 정도의 열수에 노출시킴으로써 Al을 산화하여, 투광성의 Al2O3막으로 변화시킬 수 있다.
또한, 도전체층(6)을 Al막으로 생성한 경우에는, 암모니아수로 처리하여, Al을 투광성의 Al(OH)3으로 변화시킬 수도 있다.
또한, 도전체층(6)을 형성하는 금속을 용해시켜 제거하도록 해도 된다. 즉, 도전체층 투명화 공정(S17) 대신에, 도전체층 제거 공정을 행하도록 해도 된다. 도전체층(6)을 제거하는 방법으로는, 산에 의한 용해 반응을 사용할 수 있다. 산으로는, 예를 들어 HCl(염산), H2SO4(황산), HNO3(질산), 그 밖의 무기산 또는 유기산의 수용액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전체층(6)의 재료로서 Al을 사용한 경우에는, 산 수용액에 침지시킴으로써, Al3 +이 되어 산 수용액에 용해되어 제거된다.
또한, 도전체층(6)의 재료로서 Al, Zn 또는 Sn 등의 양성 금속을 사용한 경우에는, 도전체층(6)을 제거하는 방법으로서, NaOH(수산화나트륨), KOH(수산화칼륨) 또는 그 밖의 알칼리 수용액에 의한 용해 반응을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전체층(6)의 재료로서 Al, Zn 또는 Sn을 사용한 경우에는, 수산화나트륨 수용액과 반응시킴으로써, 각각 Na[Al(OH)4], Na2[Zn(OH)4]], Na2[Sn(OH)4] 등의 착이온을 생성하여 알칼리 수용액에 용해되어 제거된다.
또한, 도전체층(6)을 제거하는 경우에는, 도 8에 나타낸 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)에 있어서, 투광성층(5)을 갖지 않고, 유전체층(7) 상에 형광체층(3)이 직접 설치된 구성의 무기 성형체가 형성된다.
(피복층 형성 공정)
이어서, 피복층 형성 공정(S12)에서, 도 11의 (c)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 ALD법에 의해, 무기 형광체(31)의 입자를 피복하는 피복층(32)을 형성한다. 무기 형광체(31)의 입자는 피복층(32)에 의해 피복됨과 함께, 무기 형광체(31)의 입자 및 투광성층(5), 및 무기 형광체(31)의 입자끼리가 고착되어, 일체화된 무기 성형체(1C)가 얻어진다.
또한, 투광성층(5)과 피복층(32)을 동일한 재료로 형성한 경우에는, 형광체층(3)과 투광성층(5)의 밀착성이 좋아, 투광성층(5)에 접하는 무기 형광체(31)의 수분 등의 분위기에 대한 양호한 배리어성이 얻어짐과 함께, 형광체층(3)이 무기 성형체(1C)로부터 박리되기 어렵게 할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서의 피복층 형성 공정(S12)은, 제1 실시 형태에서의 피복층 형성 공정(S12)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(마스킹 제거 공정)
마지막으로, 마스킹 제거 공정(S13)에서, 도 11의 (d)에 도시한 바와 같이, 마스킹 부재(20)를 제거한다. 이에 의해, 기판(2)의 상면에 반사층(4), 유전체층(7), 투광성층(5) 및 형광체층(3)이 적층되어 형성된 무기 성형체(1C)가 얻어진다.
<제4 실시 형태>
이어서, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체에 대하여 설명한다.
[무기 성형체의 구성]
우선, 도 12를 참조하여, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성에 대해 설명한다. 도 12에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)는, 투광성의 기판(2D)의 상면에 투광성층(5)을 갖고, 투광성층(5)을 개재하여 기판(2D)의 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있다.
제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)와는, 금속제의 기판(2) 대신에, 투광성의 기판(2D)을 사용하는 것과, 기판(2D)의 상면에 투광성층(5)이 설치되어 있는 것과, 형광체층(3)이 기판(2D)의 상면측에만 설치되어 있는 것이 다르다. 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)는, 형광체층(3)에 입사한 광을 색 변환하여, 입사면과는 반대측의 면으로부터 출사하는 투과형의 색 변환용 성형 부재로서 사용되는 것이다.
(기판(기체))
기판(2D)은, 투광성을 갖고, 형광체층(3)을 지지하기 위한 기능, 광을 제어하는 기능, 열을 효율적으로 방열시키는 기능 등을 갖는 부재이다. 기판(2)으로서, 다양한 재료를 목적에 따라서 선택할 수 있다.
기판(2D)으로는, 예를 들어 유리, Al2O3, SiO2 등의 산화물이나 복합 산화물, AlN, GaN 등의 질화물이나 산질화물, SiC 등의 탄화물이나 탄질화물, 할로겐화물, 투광성 카본 등 투명한 무기 재료를 사용할 수 있다. 또한, 기판(2D)은, 입사광 및 형광체층(3)이 발광하는 광에 대한 광투과성이, 적어도 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상인 재료가 선택된다. 투광성을 갖는 재료는 일반적으로 절연성인데, 표면에 투광성의 도전 재료를 사용한 막을 설치하여 도전성을 갖게 하거나, 기판(2D) 전체에 투광성을 갖는 도전 재료를 사용함으로써, 후기하는 형광체층(3)의 형성 공정에서 전기 침착법 등을 이용할 수 있다.
또한, 투광성의 기판(2D)에는 광 제어성을 갖게 할 수도 있어, 특정한 광의 투과성, 광 확산성, 광 흡수성, 광 차폐성, 광 변환 기능 등을 부가할 수 있다. 예를 들어, LD(레이저 다이오드)의 상면에 무기 성형체(1D)를, 형광체층(3)이 설치된 측을 LD로부터의 광의 입사면으로 해서 배치한 발광 장치에 있어서, LD로부터 출사되는 제1 색의 광의 누설의 위험성을 없애기 위한 구성예에 대하여 설명한다. LD로부터 출사된 제1 색의 광이 형광체층(3)에 입사되면, 형광체층(3)에서 색 변환된 제2 색의 광과, 형광체층(3)에서 색 변환되지 않은 제1 색의 광이, 모두 기판(2D)에 입사된다. 이때, 제2 색의 광은 기판(2D)을 투과시키고, 제1 색의 광은 기판(2D)에서 차폐 또는 흡수시키도록, 광의 투과성에 파장 선택성을 갖는 기능을 갖게 하게 재료를 선택할 수 있다. 이렇게 구성함으로써, LD가 출사하는 제1 색의 광이, 반대면(기판(2D)측)으로부터 직접 출사되지 않도록 할 수 있다. 이러한 구성으로 해서, 예를 들어 기판(2D)의 재료로서 파이렉스 유리를 사용하거나, 기판(2D)의 표면에 유전체 반사막을 설치할 수 있다.
또한, 투광성을 갖는 기판(2D)의 내부 또는 표면에, 광 확산성을 갖게 할 수도 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 또한 색 변환의 균일성을 향상시킬 수 있다.
또한, 기판(2D)은, 형광체 세라믹스, 발광 유리, 나노 재료를 함유하는 유리 등의 광 변환 기능을 갖는 재료를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 기판(2D)을 YAG계 형광체를 사용하여 구성하고, 이 기판(2D) 상에 적색 형광체를 사용한 형광체층(3)을 설치하도록 구성할 수 있다. 이렇게 구성함으로써, 무기 성형체(1D)의 색 변환 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 형광체층(3)에서 색 변환된 광의 스토크스 손실에 의한 발열을, 기판(2D)을 통해 효율적으로 방열할 수 있도록, 기판(2D)은, 열전도도가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판(2D)에 사용하는 재료의 열전도도가 5W/m·K 이상인 것이 바람직하고, 100W/m·K 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 열전도도가 높은 투광성의 재료로서, 예를 들어 AlN을 들 수 있다.
또한, 기판(2D)의 형상은 판 형상에 한정되지 않고, 구조 부재로서 형광체층(3)을 유지함과 함께 발광 장치의 조립 기능이나 집광 기능을 갖게 하기 위한 입체 구조를 취할 수도 있다. 예를 들어, 유리로 만든 기판(2)에 가공을 실시하여 렌즈 기능을 갖게 한 뒤, 형광체층(3)을 직접 렌즈 형상의 기판(2D)에 형성하여, 렌즈와 색 변환 부재인 형광체층(3)이 일체로 된 구조의 색 변환용 무기 성형체(1D)로 할 수도 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 광 제어가 용이해진다.
(투광성층)
투광성층(5)은 후기하는 형광체층 형성 공정(S21)(도 13 참조)에서, 기판(2D) 상에 전기 침착법 또는 정전 도장법에 의해, 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성하기 위한 전극으로서 사용하기 위해 형성된 도전체층(6)(도 14의 (b) 참조)을 투명화한 것, 또는 투명 도전체층이다. 따라서, 투광성층(5)은 상기한 제조 공정에서 도전성을 갖고, 그 후에 투명화가 가능한 재료나, 도전성을 갖는 투광성의 재료를 사용할 수 있다.
도전성을 갖고, 후에 투명화가 가능한 재료로는, Al, Si, Zn, Sn, Mg, In에서 선택된 적어도 1종을 포함하는 금속 재료를 들 수 있다. 예를 들어, Al은, 90℃ 정도의 열수에 노출시킴으로써 산화할 수 있어, 투광성의 Al2O3으로 변화시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 Al은 비교적 저온에서 산화시켜서 투명화할 수 있기 때문에 바람직하다. 이 경우에는, Al2O3막이 투광성층(5)으로서 형성된다. 또한, 피복층(32)으로서 Al2O3막을 형성하는 경우에는, 동일한 재료이기 때문에, 피복층(32)과 투광성층(5)이 양호하게 밀착된다. 이로 인해, 무기 형광체(31)를 수분 등의 분위기로부터 양호하게 보호함과 함께, 형광체층(3)의 기판(2D)으로부터의 박리가 방지된다. Al 이외의 재료에 대해서도, 투광성층(5)과 피복층(32)이 동일한 재료가 되게 함으로써, 투광성층(5)과 피복층(32)의 사이의 양호한 밀착성을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 도전체층(6)을 투광성층(5)으로 변환하는 다른 방법으로서, 암모니아수에 의한 처리를 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전체층(6)의 재료로서 Al 또는 Zn을 사용한 경우에는, 암모니아수로 처리함으로써, 각각 투광성의 Al(OH)3(수산화알루미늄), Zn(OH)2(수산화아연)로 변환할 수 있다. 또한, 이들은 겔 상태의 물질로서 생성되기 때문에, 무기 형광체(31)의 입자끼리의 결착재로서의 효과도 기대할 수 있다.
또한, 도전성을 갖는 투광성의 재료로는, 예를 들어 Zn(아연), In(인듐), Sn(주석), Ga(갈륨) 및 Mg(마그네슘)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 도전성 금속 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, ZnO, AZO(Al 도프 ZnO), IZO(In 도프 ZnO), GZO(Ga 도프 ZnO), In2O3, ITO(Sn 도프 In2O3), IFO(F 도프 In2O3), SnO2, ATO(Sb 도프 SnO2), FTO(F 도프 SnO2), CTO(Cd 도프 SnO2), MgO 등의 도전성 금속 산화물이 있다.
또한, 도전성을 갖는 투광성의 재료를 사용한 경우에는, 후기하는 제조 방법에 있어서, 도전체층 투명화 공정(S22)(도 13 참조)을 생략할 수 있다.
또한, 형광체층(3)의 내부 구성은, 도 1의 (b)에 나타낸 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)의 형광체층(3)과 마찬가지이다. 또한, 도 12에서, 공극(33)의 기재는 생략하고 있다.
[무기 성형체의 제조 방법]
이어서, 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법에 대해서, 도 13을 참조하여 설명한다.
도 13에 도시한 바와 같이, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법은, 도전체층 형성 공정(S20)과, 형광체층 형성 공정(S21)과, 도전체층 투명화 공정(S22)과, 피복층 형성 공정(S23)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
이하, 도 14를 참조(적절히 도 12 및 도 13 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(도전체층 형성 공정)
우선, 도전체층 형성 공정(S20)에서, 도 14의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(2D)에 있어서, 형광체층(3)을 형성하는 영역인 상면에, 도전체 재료를 포함하는 도전체층(6)을 형성한다. 도전체층(6)으로는, 후속 공정인 도전체층 투명화 공정(S22)에서 투명화할 수 있는 재료로서, 예를 들어, Al을 사용할 수 있다. 도전체층(6)은 예를 들어 스퍼터링법, 증착법, 도금법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 도전체층(6)을 성막하기 전에, 형광체층(3)을 설치하는 영역 이외에는, 테이프나 포토레지스트 등을 사용하여 마스킹을 실시하는 것으로 한다.
또한, 도전체 재료로서, ITO, ZnO 등의 상기한 투광성을 갖는 재료를 사용하여, 도전체층(6)을 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법 등의 물리적 방법, 또는 스프레이법이나 CVD(화학 기상 성장)법 등의 화학적 방법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 도전체층(6)을 투광성 재료를 사용하여 형성한 경우에는, 도전체층 투명화 공정(S22)을 생략할 수 있다.
(형광체층 형성 공정)
이어서, 형광체층 형성 공정(S21)에서, 도 14의 (b)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)을 전극으로 해서, 전기 침착법 또는 정전 도장법에 의해, 기판(2D)의 상면에, 도전체층(6)을 개재하여 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성한다. 본 실시 형태에서의 형광체층 형성 공정(S21)은, 제1 실시 형태에서의 형광체층 형성 공정(S11)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 원심 침강법 또는 펄스 스프레이법을 사용하여 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성하는 경우에는, 도전체층(6)의 형성은 불필요하다. 이 경우에는, 도전체층 형성 공정(S20) 및 도전체층 투명화 공정(S22)은 생략할 수 있다. 이 경우에는, 도 12에 나타낸 무기 성형체(1D)에 있어서, 투광성층(5)을 갖지 않고, 비도전성의 투광성을 갖는 기판(2D) 상에 형광체층(3)이 직접 설치된 구성의 무기 성형체가 형성된다.
(도전체층 투명화 공정)
이어서, 도전체층 투명화 공정(S22)에서, 도 14의 (c)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)을 투명화하여 투광성층(5)으로 변화시킨다. 도전체층(6)을 Al막으로 형성한 경우에는, 예를 들어 90℃ 정도의 열수에 노출시킴으로써 Al을 산화하여, 투광성의 Al2O3막으로 변화시킬 수 있다.
또한, 도전체층(6)을 Al막으로 생성한 경우에는, 암모니아수로 처리하여 Al을 투광성의 Al(OH)3으로 변화시킬 수도 있다.
또한, 도전체층(6)을 형성하는 금속을 용해시켜 제거하도록 해도 된다. 도전체층(6)을 제거하는 방법으로는, 산에 의한 용해 반응을 사용할 수 있다. 산으로는, 예를 들어 HCl(염산), H2SO4(황산), HNO3(질산), 그 밖의 무기산 또는 유기산의 수용액을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전체층(6)의 재료로서 Al을 사용한 경우에는, 산 수용액에 침지시킴으로써, Al3 +이 되어 산 수용액에 용해되어 제거된다.
또한, 도전체층(6)의 재료로서 Al, Zn 또는 Sn 등의 양성 금속을 사용한 경우에는, 도전체층(6)을 제거하는 방법으로서, NaOH(수산화나트륨), KOH(수산화칼륨) 또는 그 밖의 알칼리 수용액에 의한 용해 반응을 사용할 수 있다. 예를 들어, 도전체층(6)의 재료로서 Al, Zn 또는 Sn을 사용한 경우에는, 수산화나트륨 수용액과 반응시킴으로써, 각각 Na[Al(OH)4], Na2[Zn(OH)4]], Na2[Sn(OH)4] 등의 착이온을 생성하여 알칼리 수용액에 용해되어 제거된다.
또한, 도전체층(6)을 제거하는 경우에는, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)에 있어서, 투광성층(5)을 갖지 않고, 비도전성의 투광성을 갖는 기판(2D) 상에 형광체층(3)이 직접 설치된 구성의 무기 성형체가 형성된다.
(피복층 형성 공정)
이어서, 피복층 형성 공정(S23)에서, 도 14의 (d)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 ALD법에 의해, 무기 형광체(31)의 입자를 피복하는 피복층(32)을 형성한다. 무기 형광체(31)의 입자는 피복층(32)에 의해 피복됨과 함께, 무기 형광체(31)의 입자 및 투광성층(5), 및 무기 형광체(31)의 입자끼리 고착되어, 일체화된 무기 성형체(1D)가 얻어진다.
또한, 투광성층(5)과 피복층(32)을 동일한 재료로 형성한 경우에는, 형광체층(3)과 투광성층(5)의 밀착성이 좋아, 투광성층(5)에 접하는 무기 형광체(31)의 수분 등의 분위기에 대한 양호한 배리어성이 얻어짐과 함께, 형광체층(3)이 기판(2D)으로부터 박리되기 어렵게 할 수 있다.
또한, 피복층 형성 공정(S23)은, 제1 실시 형태에서의 피복층 형성 공정(S12)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시 형태의 변형예로서, 기판(2D)으로서, 형광체를 함유하는 세라믹스를 사용할 수도 있다. 예를 들어, 소결법에 의해 형성된 LAG(루테튬·알루미늄·가닛) 형광체 세라믹스 소결판을 기판(2D)으로 해서, 기판(2D) 상에 당해 기판 내에 함유하는 형광체와는 다른 형광체를 함유하는 형광체층(3)을 형성하도록 해도 된다. 이에 의해, 수지 등의 접착제를 개재하지 않고, 복수 종류의 형광체층을 갖는 일체화된 색 변환용 성형 부재를 형성할 수 있다.
또한, 다른 변형예로서, 기판(2D)으로서, 반도체 발광 소자가 형성된 기판을 사용할 수도 있다. 예를 들어, LED 소자의 기판의, 반도체층이 설치된 면과 반대측의 면 및 측면에, 형광체층(3)을 기판에 접하여 형성할 수 있다. 이에 의해, 접착제를 개재하지 않고, 형광체층을 갖는 발광 장치를 형성할 수 있다.
또한, 다른 변형예로서, 형광체층(3)의 표면에, 금속이나 유전체 다층막 등을 포함하는 반사층을 형성함으로써, 기판(2D)의 하면측에서 입사한 광을 색 변환하여, 당해 반사층에서 반사하고, 기판(2D)의 하면측에서 출사하는, 반사형의 색 변환용 성형 부재로서 사용하는 무기 성형체를 형성할 수 있다. 또한, 기판(2D)의 형상은, 평판 형상에 한정되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이, 임의의 형상의 기판을 사용할 수 있다.
<제5 실시 형태>
이어서, 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체에 대하여 설명한다.
[무기 성형체의 구성]
우선, 도 15를 참조하여, 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성에 대하여 설명한다. 도 15에 도시한 바와 같이, 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체(1E)는, 도전성을 갖는 투광성의 기판(2E)의 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있다.
제5 실시 형태에 따른 무기 성형체(1E)는, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)와는, 투광성의 기판(2D) 대신에, 도전성을 갖는 투광성의 기판(2E)을 사용하는 것과, 기판(2E)의 상면에 직접 형광체층(3)이 설치되어 있는 것이 다르다. 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체(1E)는, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)와 마찬가지로, 형광체층(3)에 입사한 광을 색 변환하여, 입사면과는 반대측의 면으로부터 출사하는 투과형의 색 변환용 성형 부재로서 사용되는 것이다.
(기판(기체))
기판(2E)은, 형광체층(3)을 지지하기 위한, 투광성을 갖는 판 형상의 지지 부재이다. 기판(2E)으로서, 투광성 외에 도전성을 갖는 재료를 사용한다. 이러한 재료로는, 예를 들어 Zn(아연), In(인듐), Sn(주석), Ga(갈륨) 및 Mg(마그네슘)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 도전성 금속 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, ZnO, AZO(Al 도프 ZnO), IZO(In 도프 ZnO), GZO(Ga 도프 ZnO), In2O3, ITO(Sn 도프 In2O3), IFO(F 도프 In2O3), SnO2, ATO(Sb 도프 SnO2), FTO(F 도프 SnO2), CTO(Cd 도프 SnO2), MgO 등의 도전성 금속 산화물이 있다.
또한, 기판(2E)의 형상은, 평판 형상에 한정되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이 임의의 형상의 기판을 사용할 수 있다.
또한, 형광체층(3)의 내부 구성은, 도 1의 (b)에 나타낸 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)의 형광체층(3)과 마찬가지이다. 또한, 도 15에서, 공극(33)의 기재는 생략하고 있다.
[무기 성형체의 제조 방법]
이어서, 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법에 대해서, 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16에 도시한 바와 같이, 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체의 제조 방법은, 마스킹 공정(S30)과, 형광체층 형성 공정(S31)과, 피복층 형성 공정(S32)과, 마스킹 제거 공정(S33)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
이하, 도 17을 참조(적절히 도 15 및 도 16 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(마스킹 공정)
우선, 마스킹 공정(S30)에서, 도 17의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(2E)에 있어서, 형광체층(3)을 형성하는 장소 이외를, 마스킹 부재(20)를 부착함으로써 피복한다. 본 실시 형태에서는, 기판(2E)의 하면 및 측면을 피복하고 있다.
마스킹 부재(20)로는, 예를 들어 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀 등의 수지제의 점착 테이프나 점착 시트를 사용할 수 있다. 또한, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지나 에폭시계 수지 등의 수지 재료를 도포하여 마스킹할 수도 있다. 또한, 수지계의 마스킹 부재(20)를 포토레지스트를 사용하여 패턴 형성하도록 해도 된다. 포토리소그래피 기술을 사용한 마스킹은, 미세한 형상으로 피복하는 경우에 유용하다. 이들 마스킹 재료나 공법은, 사용하는 온도, 분위기, 목적에 따라 선택할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 형광체층(3)을 기판(2E)의 상면에 설치하기 위해서, 기판(2E)의 하면 및 측면을 마스킹 부재(20)로 피복했지만, 마스킹 부재(20)로 피복하는 영역을 바꿈으로써, 임의의 영역에 형광체층(3)을 설치하도록 할 수 있다.
(형광체층 형성 공정)
이어서, 형광체층 형성 공정(S31)에서, 도 17의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(2E)의 상면에 무기 형광체(31)의 입자를 적층한 입자층(34)을 형성한다. 형광체층 형성 공정(S31)은, 제1 실시 형태에서의 형광체층 형성 공정(S11)과 마찬가지로 하여 행할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(피복층 형성 공정)
이어서, 피복층 형성 공정(S32)에서, 도 17의 (c)에 도시한 바와 같이, 형광체층 형성 공정(S31)에서 형성한 무기 형광체(31)의 입자층(34)(도 17의 (b) 참조)을 피복하여, 입자끼리를 고착시키는 피복층(32)을 형성한다. 피복층 형성 공정(S32)은, 제1 실시 형태에서의 피복층 형성 공정(S13)과 마찬가지로 하여 행할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(마스킹 제거 공정)
마지막으로, 마스킹 제거 공정(S33)에서, 도 17의 (d)에 도시한 바와 같이, 마스킹 부재(20)(도 17의 (c) 참조)를 제거한다. 이에 의해, 기판(2E)의 상면에 형광체층(3)이 형성된 무기 성형체(1E)가 얻어진다.
<제6 실시 형태>
이어서, 제6 실시 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
제6 실시 형태에 따른 발광 장치는, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)를 색 변환용 성형 부재로서 사용한 발광 장치이다.
[발광 장치의 구성]
우선, 도 18의 (a)를 참조(적절히 도 1 참조)하여, 발광 장치(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 18의 (a)에 도시한 바와 같이, 발광 장치(10)는 광원(11)과, 색 변환용 성형 부재(12)를 구비하여 구성되어 있다. 발광 장치(10)는 반사형의 색 변환용 성형 부재(12)로서, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)를 사용하여 구성한 것이다.
도 18의 (a)에 나타낸 발광 장치(10)는 광원(11)이 발광한 광을 색 변환용 성형 부재(12)에 입사하고, 입사광(L1)을 형광체층(3)에 의해 색 변환하여, 입사광과는 상이한 색의 광을 반사광(L2)로서 출력한다.
(광원)
광원(11)은, 예를 들어 반도체 발광 소자인 LD(레이저 다이오드)나 LED(발광 다이오드)를 사용할 수 있다. 반도체 발광 소자에 사용하는 반도체 재료나 소자 구조는 특별히 한정되는 것은 아니나, 질화갈륨계 등의 질화물 반도체를 사용한 반도체 발광 소자는, 자외광부터 청색광에 걸친 파장 영역에서 고휘도로 발광하는 소자가 얻어지기 때문에, 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 광원(11)은 LD나 LED 등의 발광 소자 이외에, 발광 소자가 발광한 광을 적절하게 집광, 확산, 또는 반사하는 광학계를 포함하여 구성해도 된다. 또한, 고압 수은 램프나 크세논 램프 등의, 다른 방식의 광원을 사용할 수도 있다.
(색 변환용 성형 부재(파장 변환용 무기 성형체))
색 변환용 성형 부재(12)는 광원(11)으로부터의 입사광(L1)을, 입사광(L1)과는 상이한 색의 광으로 색 변환한 반사광(L2)을 출사하는 반사형의 색 변환용 무기 성형체이다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)를 사용하는 것이다.
또한, 색 변환용 성형 부재(12)에 설치되는 형광체층(3)은 광원(11)으로부터의 입사광(L1)이 조사되는 영역에 설치되어 있으면 되고, 도 1의 (a)에 나타낸 무기 성형체(1)에 있어서, 기판(2)의 상면에만 형광체층(3)을 설치한 것이어도 된다.
[발광 장치의 동작]
이어서, 계속해서 도 18의 (a)를 참조(적절히 도 1 참조)하여, 발광 장치(10)의 동작에 대해 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)으로서, 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자를 사용한 경우에 대해 설명한다. 또한, 색 변환용 성형 부재(12)로서, 청색광을 황색광으로 변환하는 무기 형광체(31)를 갖는 무기 성형체(1)를 사용하는 것으로 한다.
광원(11)은 청색광을 색 변환용 성형 부재(12)(무기 성형체1)의 형광체층(3)이 설치된 면에 입사광(L1)을 입사한다. 청색의 입사광(L1)은, 형광체층(3)의 공극(33)(도 1의 (b) 참조)에 의해 산란되면서 형광체층(3) 내를 전파하여, 반사면인 기판(2)의 상면(도 18의 (a)에서 우측 면)에서 반사된다. 그리고, 입사광(L1)이 입사한 면과 동일한 면측에서 반사광(L2)이 출사된다. 이 반사광(L2)이 발광 장치(10)로부터의 출력광이 된다.
형광체층(3)의 입사한 청색광은, 반사면에서 반사되어, 형광체층(3)으로부터 출사될 때까지의 동안에, 일부가 무기 형광체(31)에 의해 흡수된다. 무기 형광체(31)는 흡수한 청색광에 의해 여기되어, 황색광을 방출(발광)한다. 즉, 무기 형광체(31)는 청색광을 황색광으로 색 변환한다.
무기 형광체(31)로부터 발광하는 황색광 및 무기 형광체(31)에 흡수되지 않고 형광체층(3)을 왕복으로 투과한 청색광은, 형광체층(3)이 설치된 면측에서 출사된다. 이때, 출사되는 반사광(L2)에는, 형광체층(3)에서 색 변환된 황색광과, 색 변환되지 않은 청색광이 포함되고, 반사광(L2)은, 이들 광이 혼색된 색으로 된다. 청색광과 황색광이 적당한 비율이 되게 형광체층(3)에서의 무기 형광체(31)의 막 두께나, 공극(33)의 비율을 조정함으로써, 발광 장치(10)의 출력광을 백색광으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 백색광에 한정되는 것이 아니라, 입사광(L1)의 전부를 황색광으로 색 변환하여, 황색광으로서 출력하게 구성할 수도 있다. 또한, 예를 들어 녹색광이나 적색광 등으로 색 변환하는 무기 형광체(31)를 사용하도록 구성해도 된다. 또한, 복수 종류의 무기 형광체(31)를 적층, 또는 혼합하여 형광체층(3)을 형성함으로써, 다양한 색으로 색 변환하여 출력하도록 구성할 수도 있다.
또한, 도 18의 (a)에 나타낸 발광 장치(10)에 있어서, 색 변환용 성형 부재(12)로서, 무기 성형체(1) 대신에, 도 6에 나타낸 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B) 또는 도 8에 나타낸 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)를 사용하도록 구성할 수도 있다. 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)는, 기판(2)보다 고반사율의 반사층(4)을 설치하고, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)는, 반사층(4) 외에 유전체층(7)을 설치하고 있기 때문에, 발광 효율이 양호한 발광 장치(10)로 할 수 있다.
<제7 실시 형태>
이어서, 제7 실시 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
제7 실시 형태에 따른 발광 장치는, 서로 변환하는 색이 다른 복수 종류의 반사형의 색 변환용 성형 부재를 사용한 발광 장치이다.
[발광 장치의 구성]
우선, 도 18의 (b)를 참조(적절히 도 1 참조)하여, 발광 장치(10A)의 구성에 대해 설명한다. 도 18의 (b)에 도시한 바와 같이, 발광 장치(10A)는, 광원(11)과, 컬러 휠(13)을 구비하여 구성되어 있다. 또한, 컬러 휠(13)은 2종류의 색 변환용 성형 부재(12AR, 12AG)와, 반사 부재(14B)를 갖고 있다.
본 실시 형태에 따른 발광 장치(10A)는, 컬러 휠(13)의 회전에 수반하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)을, 서로 다른 3색의 반사광(L2)을 순차적으로 출력광으로서 출력한다. 이 발광 장치(10A)는, 예를 들어 프로젝터의 광원 장치로서 사용되는 것이다.
(광원)
광원(11)은 도 18의 (a)에 나타낸 제6 실시 형태에서의 광원(11)과 마찬가지로, 반도체 발광 소자인 LD나 LED, 또는 고압 수은 램프나 크세논 램프 등의 다른 방식의 광원을 사용할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)은 청색광을 출사하는 것으로 한다.
(컬러 휠)
컬러 휠(13)은 원반 형상을 하고 있고, 회전축(13a)을 중심으로 하여 회전하고, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)이 소정의 방향에서 조사되도록 구성되어 있다. 또한, 컬러 휠(13)은 회전축(13a)을 중심으로 해서, 3 분할된 부채형의 색 변환용 성형 부재(12AR, 12AG) 및 반사 부재(14B)로 구성되어 있다. 그리고, 회전축(13a)을 중심으로 해서 회전함으로써, 입사광(L1)이 순차적으로 색 변환용 성형 부재(12AR, 12AG) 및 반사 부재(14B)에 조사되어, 반사광(L2)이 발광 장치(10A)로부터 출력된다. 또한, 3 분할되는 영역의 중심각은 동일한 각도이어도 되고, 각각 상이한 각도이어도 된다.
(색 변환용 성형 부재(파장 변환용 무기 성형체))
색 변환용 성형 부재(12AR) 및 색 변환용 성형 부재(12AG)는, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)을, 입사광(L1)과는 상이한 색의 반사광(L2)으로서 출사하는, 반사형의 색 변환용 성형 부재이다. 본 실시 형태에서는, 색 변환용 성형 부재(12AR) 및 색 변환용 성형 부재(12AG)에는, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)가 적용된다. 또한, 색 변환용 성형 부재(12AR) 및 색 변환용 성형 부재(12AG)는, 청색광을, 각각 적색광 및 녹색광으로 색 변환하는 무기 형광체(31)를 함유하는 형광체층(3)을 갖고 있다.
또한, 형광체층(3)은 적어도 입사광(L1)이 조사되는 영역에 설치되어 있으면 된다. 따라서, 컬러 휠(13)의 중심 부근의 내주부에는 형광체층(3)을 설치하지 않고, 외주부에 원 환상으로 설치할 수도 있다.
(반사 부재)
반사 부재(14B)는, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)에 있어서, 형광체층(3) 대신에, 무기 형광체(31)를 함유하지 않고, 그 대신에 무색의 무기 필러를 함유한 무기 입자의 층이 형성된, 색 변환을 행하지 않는 무기 성형체이다.
[발광 장치의 동작]
이어서, 계속해서 도 18의 (b)를 참조(적절히 도 1 참조)하여, 발광 장치(10A)의 동작에 대해 설명한다.
광원(11)으로부터의 입사광(L1)이, 컬러 휠(13)의 색 변환용 성형 부재(12AR)가 설치된 영역에 입사되는 기간은, 청색의 입사광(L1)은, 색 변환용 성형 부재(12AR)의 형광체층(3)에 의해 적색광으로 색 변환되어, 적색의 반사광(L2)이 발광 장치(10A)로부터 출력된다.
컬러 휠(13)이 화살표의 방향으로 회전하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)이, 컬러 휠(13)의 색 변환용 성형 부재(12AG)가 설치된 영역에 입사되는 기간은, 청색의 입사광(L1)은, 색 변환용 성형 부재(12AG)의 형광체층(3)에 의해 녹색광으로 색 변환되어, 녹색의 반사광(L2)이 발광 장치(10A)로부터 출력된다.
컬러 휠(13)이 화살표의 방향으로 더 회전하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)이, 컬러 휠(13)의 반사 부재(14B)가 설치된 영역에 입사되는 기간은, 청색의 입사광(L1)은, 반사 부재(14B)에 의해 색 변환되지 않고 반사되어, 청색의 반사광(L2)이 발광 장치(10A)로부터 출력된다.
즉, 발광 장치(10A)는, 컬러 휠(13)의 회전에 수반하여, 적색광, 녹색광 및 청색광을 주기적으로 출력한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)을 청색광으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광원(11)으로부터의 입사광(L1)을 자외광으로 하고, 무기 성형체인 색 변환용 성형 부재(12AR, 12AG) 및 반사 부재(14B)에, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)를 적용하여, 색 변환용 성형 부재(12AR)에는 자외광을 적색광으로, 색 변환용 성형 부재(12AG)에는 자외광을 녹색광으로, 반사 부재(14B)에는 자외광을 청색광으로, 각각 색 변환하는 무기 형광체(31)를 함유시킨 형광체층(3)을 설치하도록 구성할 수도 있다.
그 밖에, 입사광(L1)의 색과, 반사광(L2)의 색의 조합을 자유롭게 설정할 수도 있고, 2색 또는 4색 이상의 반사광(L2)을 순차 출력하도록 구성할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 색 변환용 성형 부재(12AR) 및 색 변환용 성형 부재(12AG)는, 각각 청색의 입사광(L1)의 전부를 흡수하여, 각각 적색광 및 녹색광으로 변환해서 출력하는 것으로 했지만, 입사광(L1)의 일부를 흡수해서 색 변환하여, 원래의 청색광과 혼색시켜서 출력하도록 구성할 수도 있다.
<제8 실시 형태>
이어서, 제8 실시 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
제8 실시 형태에 따른 발광 장치는, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)를 색 변환용 성형 부재로서 사용한 발광 장치이다.
[발광 장치의 구성]
우선, 도 19의 (a)를 참조(적절히 도 12 참조)하여, 발광 장치(10B)의 구성에 대해 설명한다. 도 19의 (a)에 도시한 바와 같이, 발광 장치(10B)는, 광원(11)과, 색 변환용 성형 부재(12B)와, 서브 마운트(15)를 구비하여 구성되어 있다. 발광 장치(10B)는, 투과형의 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)를 사용하여 구성한 것이다.
(광원)
광원(11)은 도 18의 (a)에 나타낸 제6 실시 형태에서의 광원(11)과 마찬가지로, 반도체 발광 소자인 LD나 LED, 또는 고압 수은 램프나 크세논 램프 등의 다른 방식의 광원을 사용할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 형태에서의 광원(11)은 서브 마운트(15)의 오목부(15a) 내에 설치되고, 오목부(15a)의 상방의 개구부에 설치된 색 변환용 성형 부재(12B)에 광(L3)을 입사한다.
(색 변환용 성형 부재(파장 변환용 무기 성형체))
색 변환용 성형 부재(12B)는, 서브 마운트(15)의 오목부(15a)의 개구부를 막도록 설치되고, 하면으로부터 입사되는 광원(11)으로부터의 입사광(L3)을, 입사광(L3)과는 상이한 색의 광으로 색 변환한 투과광(L4)을 상면으로부터 출사하는 투과형의 색 변환용 성형 부재이다. 본 실시 형태에서는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1)를 사용하는 것이다.
또한, 색 변환용 성형 부재(12B)인 투과형의 무기 성형체(1)는, 형광체층(3)을 설치된 면을, 도 19의 (b)에 도시한 바와 같이 하측(서브 마운트(15)의 내측)을 향해 배치해도 되고, 도 19의 (c)에 도시한 바와 같이 상측(서브 마운트(15)의 외측)을 향해 배치해도 된다.
종래의, 수지를 사용한 형광체의 성형체에서는, 도 19의 (b)에 나타낸 예와 같이, 형광체층(3)을 서브 마운트(15)의 내측을 향해 배치한 경우에는, 형광체층(3)이 밀폐 상태에서 광 조사되기 때문에, 수지가 착색 열화되는 경우가 있다. 또한, 도 19의 (c)에 나타낸 예와 같이, 형광체층(3)을 서브 마운트(15)의 외측을 향해 배치한 경우에는, 수지가 외기에 의한 산화나 습도에 의해 열화되어, 색 변환 효율이 저하될 우려가 있다.
본 발명에 의한 색 변환용 성형 부재(12B)(무기 성형체(1D))는 모두 무기 재료로 구성되어 있기 때문에, 수지 재료를 사용한 경우와 같은 열화의 우려가 없으므로, 발광 장치(10B)에서의 색 변환용 성형 부재(12B)의 배치는, 발광 장치(10B)나 기판(2D)의 기능에 따라서 자유롭게 선택할 수 있다. 따라서, 사용 목적에 따라, 색 변환 효율이 좋은 발광 장치(10B)를 구성할 수 있다.
예를 들어, 무기 형광체(31)의 입자에 기인하는 요철 형상을 갖는 형광체층(3)을 갖는 면을, 광의 출사측인 상측으로 하는, 도 19의 (c)에 나타낸 구성에서는, 색 변환용 성형 부재(12B)로부터의 광 취출 효율이 향상하기 때문에 바람직하다. 또한, 광원(11)인 발광 소자가 자외선 LD인 경우, 도 19의 (b)에 나타낸 구성으로 해서, 발광 장치(10B)의 광 출사면인 기판(2D)의 상면에, 자외선을 반사하는 유전체층을 형성함으로써, 광원(11)이 발광하는 색의 광의, 발광 장치(10B)로부터의 누설이 저감되어, 눈에 안전한 발광 장치(10B)로 할 수 있다.
또한, 색 변환용 성형 부재(12B)는, 광원(11)으로부터 이격하여 배치해도 되고, 색 변환용 성형 부재(12B)가 방열성이 우수하기 때문에, 광원(11)과 밀착시켜 배치해도 된다.
(서브 마운트)
서브 마운트(15)는 LD나 LED 등의 광원(11)을 실장하기 위한 실장 기판이다. 서브 마운트(15)는 광원(11)을 실장하는 오목부(15a)를 가지며, 오목부(15a)의 상방이 개구되어 있다. 또한, 오목부(15a)의 개구부에는, 당해 개구부를 막도록 색 변환용 성형 부재(12B)가 설치되어 있다.
[발광 장치의 동작]
이어서, 계속해서 도 19의 (a)를 참조(적절히 도 12 참조)하여, 발광 장치(10B)의 동작에 대해 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)으로서, 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자를 사용한 경우에 대해 설명한다. 또한, 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 청색광을 황색광으로 변환하는 무기 형광체(31)를 갖는 무기 성형체(1D)를 사용하는 것으로 한다.
광원(11)은 청색광을 색 변환용 성형 부재(12B)(무기 성형체(1D))의 형광체층(3)이 설치된 면에 입사광(L3)으로서 입사한다. 청색의 입사광(L3)은, 형광체층(3)의 공극(33)(도 1의 (b) 참조)에 의해 산란되면서 형광체층(3) 내를 전파하여, 상면으로부터 출사되는 투과광(L4)이 발광 장치(10B)로부터 출력광으로서 출력된다.
형광체층(3)에 입사한 청색광은, 형광체층(3)을 투과하여 출사될 때까지의 동안에, 일부가 무기 형광체(31)에 의해 흡수된다. 무기 형광체(31)는 흡수한 청색광에 의해 여기되어, 황색광을 방출(발광)한다. 즉, 무기 형광체(31)는 청색광을 황색광으로 색 변환한다.
무기 형광체(31)로부터 발광하는 황색광 및 무기 형광체(31)에 흡수되지 않고 형광체층(3)을 투과한 청색광은, 입사광(L3)이 입사한 면과 반대측의 면으로부터 투과광(L4)으로서 출사된다. 이때, 투과광(L4)에는, 형광체층(3)에서 색 변환된 황색광과, 색 변환되지 않은 청색광이 포함되고, 투과광(L4)은, 이들 광이 혼색된 색으로 된다. 청색광과 황색광이 적당한 비율이 되도록 형광체층(3)에서의 무기 형광체(31)의 막 두께나, 공극(33)(도 1의 (b) 참조)의 비율을 조정함으로써, 발광 장치(10B)의 출력광을 백색광으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 백색광에 한정되는 것이 아니며, 입사광(L3)의 전부를 황색광으로 색 변환하여, 황색광으로서 출력하도록 구성할 수도 있다. 또한, 예를 들어 녹색이나 적색 등으로 색 변환하는 무기 형광체(31)를 사용하도록 구성해도 된다. 또한, 복수 종류의 무기 형광체(31)를 적층, 또는 혼합하여 형광체층(3)을 형성함으로써, 다양한 색으로 변환하여 출력하도록 구성할 수도 있다.
또한, 도 19의 (a)에 나타낸 발광 장치(10B)에 있어서, 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 무기 성형체(1D) 대신에, 도 15에 도시한 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체(1E)를 사용하여 구성할 수도 있다.
<제9 실시 형태>
이어서, 제9 실시 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
제9 실시 형태에 따른 발광 장치는, 서로 변환하는 색이 상이한 복수 종류의 투과형의 색 변환용 성형 부재를 사용한 발광 장치이다.
[발광 장치의 구성]
우선, 도 20을 참조(적절히 도 12 참조)하여, 발광 장치(10C)의 구성에 대해 설명한다. 도 20에 도시한 바와 같이, 발광 장치(10C)는, 광원(11)과, 컬러 휠(13C)을 구비하여 구성되어 있다.
본 실시 형태에 따른 발광 장치(10C)는, 컬러 휠(13C)의 회전에 수반하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)을, 3색의 상이한 색으로 순차 색 변환하여 투과광(L4)으로서 출력하는 것이다. 이 발광 장치(10C)는, 예를 들어 프로젝터의 광원 장치로서 사용되는 것이다.
(광원)
광원(11)은 도 18의 (a)에 나타낸 제6 실시 형태에서의 광원(11)과 마찬가지로, 반도체 발광 소자인 LD나 LED, 또는 고압 수은 램프나 크세논 램프 등의 다른 방식의 광원을 사용할 수 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)은 청색광을 출사하는 것으로 한다.
(컬러 휠)
컬러 휠(13C)은, 원반 형상을 하고 있고, 회전축(13Ca)을 중심으로 해서 회전하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)이, 소정의 방향으로부터 조사되도록 구성되어 있다. 또한, 컬러 휠(13C)은, 회전축(13Ca)을 중심으로 해서, 3 분할된 부채형의 색 변환용 성형 부재(12CR, 12CG) 및 투광 부재(16B)로 구성되어 있다. 그리고, 회전축(13Ca)을 중심으로 해서 회전함으로써, 순차적으로 색 변환용 성형 부재(12CR, 12CG) 및 투광 부재(16B)에 조사되어, 투과광(L4)이 발광 장치(10C)로부터 출력된다. 또한, 3 분할되는 영역의 중심각은 동일한 각도이어도 되고, 각각 상이한 각도이어도 된다.
(색 변환용 성형 부재(파장 변환용 무기 성형체))
색 변환용 성형 부재(12CR) 및 색 변환용 성형 부재(12CG)는, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)을, 입사광(L3)과는 상이한 색의 투과광(L4)으로서 출사하는, 투과형의 색 변환용 무기 성형체이다. 본 실시 형태에서는, 색 변환용 성형 부재(12CR) 및 색 변환용 성형 부재(12CG)에는, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)가 적용된다. 또한, 색 변환용 성형 부재(12CR) 및 색 변환용 성형 부재(12CG)는, 청색광을, 각각 적색광 및 녹색광으로 색 변환하는 무기 형광체(31)를 함유하는 형광체층(3)을 갖고 있다.
또한, 형광체층(3)은 적어도 입사광(L3)이 조사되는 영역에 설치되어 있으면 된다. 따라서, 컬러 휠(13C)의 중심 부근의 내주부에는 형광체층(3)을 설치하지 않고, 외주부에 원 환상으로 설치할 수도 있다.
(투광 부재)
투광 부재(16B)는, 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)에 있어서, 형광체층(3) 대신에, 무기 형광체(31)를 함유하지 않고, 그 대신에 무색의 무기 필러를 함유한 세라믹스층이 형성된, 색 변환을 행하지 않는 무기 성형체이다.
또한, 색 변환용 성형 부재(12CR, 12CG)는, 형광체층(3)이 설치된 면을, 광의 입사측 또는 출사측 중 어느 것을 향해 배치해도 된다. 무기 형광체(31)의 입자에 기인하는 요철 형상을 갖는 형광체층(3)을 갖는 면을 출사측으로 함으로써, 색 변환용 성형 부재(12CR, 12CG)로부터의 광 취출 효율이 향상하기 때문에 바람직하다. 투광 부재(16B)에 대해서도 마찬가지로, 무기 필러의 입자에 기인하는 요철 형상을 갖는 세라믹스층을 갖는 면을 출사측으로 하는 것이 바람직하다.
[발광 장치의 동작]
이어서, 계속해서 도 20을 참조(적절히 도 12 참조)하여, 발광 장치(10C)의 동작에 대해 설명한다.
광원(11)으로부터의 입사광(L3)이, 컬러 휠(13C)의 색 변환용 성형 부재(12CR)가 설치된 영역에 입사되는 기간은, 청색의 입사광(L3)은, 색 변환용 성형 부재(12CR)의 형광체층(3)에 의해 적색광으로 색 변환되어, 투과광(L4)으로서 발광 장치(10C)로부터 출력된다.
컬러 휠(13C)이 화살표의 방향으로 회전하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)이, 컬러 휠(13C)의 색 변환용 성형 부재(12CG)가 설치된 영역에 입사되는 기간은, 청색의 입사광(L3)은, 색 변환용 성형 부재(12CG)의 형광체층(3)에 의해 녹색광으로 색 변환되어, 투과광(L4)으로서 발광 장치(10C)로부터 출력된다.
컬러 휠(13C)이 화살표의 방향으로 더 회전하여, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)이, 컬러 휠(13C)의 투광 부재(16B)가 설치된 영역에 입사되는 기간은, 청색의 입사광(L3)은, 투광 부재(16B)를 색 변환하지 않고 투과하여, 청색의 투과광(L4)으로서 발광 장치(10C)로부터 출력된다.
즉, 발광 장치(10C)는, 컬러 휠(13C)의 회전에 수반하여, 적색광, 녹색광 및 청색광을 주기적으로 출력한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)을 청색광으로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 광원(11)으로부터의 입사광(L3)을 자외광으로 하고, 색 변환용 성형 부재(12CR, 12CG) 및 투광 부재(16B)에, 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)를 적용하여, 색 변환용 성형 부재(12CR)에는 자외광을 적색광으로, 색 변환용 성형 부재(12CG)에는 자외광을 녹색광으로, 투광 부재(16B)에는 자외광을 청색광으로, 각각 색 변환하는 무기 형광체(31)를 함유시킨 형광체층(3)을 설치하도록 구성할 수도 있다.
그 밖에, 입사광(L3)의 색과 투과광(L4)의 색의 조합을 자유롭게 설정할 수도 있고, 2색 또는 4색 이상의 투과광(L4)을 순차 출력하도록 구성할 수도 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 색 변환용 성형 부재(12CR) 및 색 변환용 성형 부재(12CG)는, 각각 청색의 입사광(L3)의 전부를 흡수하여, 적색광 및 녹색광으로 변환해서 출력하는 것으로 했지만, 입사광(L3)의 일부를 흡수해서 색 변환하여, 원래의 청색광과 혼색시켜서 출력하도록 구성할 수도 있다.
이어서, 복수 종의 색 변환용 형광체를 갖는 무기 성형체의 실시 형태에 대하여 설명한다.
예를 들어, 연색성이 우수한 주광색을 얻고자 하는 경우에는, 적색과 청색과 녹색의 3개의 광 성분을 조합하는 것이 바람직하다. 종래에는, 상이한 색의 복수의 발광 소자를 병용하거나, 복수의 색 변환 형광체를 조합하는 복잡한 구성을 취하는 것이 필요했지만, 고출력·고부하 용도의 LED에서는, 내열성이나 내수성의 면에서 사용할 수 있는 형광체가 한정되어 있었다.
따라서, 다음에 설명하는 실시 형태에 따른 무기 성형체는, 성형체의 형상 및 사용하는 무기 형광체의 제약이 적고, 색 변환 효율이 우수하며, 콤팩트한 구조를 갖는 것이다.
<제10 실시 형태>
[무기 성형체의 구성]
본 발명의 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구조를, 도 24의 (a)를 참조하여 설명한다.
도 24의 (a)에 도시한 바와 같이, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)는, 투광성의 기판(2F)의 상면에 투광성층(5)을 갖고, 투광성층(5)을 개재하여 기판(2F)의 상면에 형광체층(무기 입자층)(3)이 설치되어 있다. 투광성의 기판(2F)은, 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체(파장 변환 부재)를 함유하고 있다(도시하지 않음). 즉, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)는, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)에 있어서, 기판(2D) 대신에, 기판(2F)을 사용하는 것이다. 기판(2F) 이외의 구성은 제4 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 적절하게 생략한다.
또한, 도 24의 (a)에서, 형광체층(3)의 내부에 형성되는 공극(33)(도 1의 (b) 참조)은 도시를 생략하고 있다. 후기하는 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G) 및 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)에 관한 구성을 도시한 도 24의 (b) 및 도 24의 (c)에 대해서도 마찬가지로, 공극(33)의 도시를 생략하고 있다.
제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)는, 기판(2F) 및 투광성층(5)이 투광성의 재료를 사용해서 구성되어 있고, 기판(2F) 및 투광성층(5)은 상방 또는 하방으로부터 조사된 광 및 색 변환 부재에 의해 색 변환된 광을 투과할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)에 형광체층(3)측으로부터 광이 입사된 경우에는, 입사광의 일부는, 형광체층(3) 내의 입상의 제2 무기 재료에 의해 흡수되어, 입사광의 색과는 상이한 색의 광으로 변환되고, 입사광의 다른 일부는, 기판(2F) 중에 존재하는 제1 무기 재료에 의해 흡수되어, 입사광의 색과는 상이한 색의 광으로 변환되어, 모두 입사광이 입사한 면과 반대측의 기판(2F)측의 면으로부터 출사된다.
한편, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)에 기판(2F)측으로부터 광이 입사된 경우에는, 입사광의 일부는, 기판(2F) 중에 존재하는 제1 무기 재료에 의해 흡수되어, 입사광의 색과는 상이한 색의 광으로 변환되고, 입사광의 다른 일부는, 형광체층(3) 내의 입상의 제2 무기 재료에 의해 흡수되어, 입사광의 색과는 상이한 색의 광으로 변환되어, 모두 입사광이 입사한 면과 반대측의 형광체층(3)측의 면으로부터 출사된다.
따라서, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)는, 투과형의 색 변환용 무기 성형체로서 사용되는 것이다.
이하, 무기 성형체(1F)의 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
(기판(기체))
기판(2F)은, 투광성을 갖고, 제1 무기 재료를 포함하는 색 변환 부재(도시하지 않음)를 함유하고, 형광체층(3)을 지지하는 기능을 가진 부재이다. 또한, 광을 제어하는 기능, 열을 효율적으로 방열시키는 기능 등을 가져도 된다. 기판(2F)으로서, 다양한 재료를 목적·용도에 따라서 선택할 수 있다.
기판(2F)은, 입사광, 기판(2F) 내의 제1 무기 재료에 의해 색 변환된 광 및 형광체층(3) 내의 제2 무기 재료에 의해 색 변환된 광에 대해 투광성을 갖고 있다. 투광성의 척도로서, 입사광량에 대한 투과광량의 비율인 광 투과율은, 50% 이상, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상인 것이 바람직하다.
기판(2)으로는, 예를 들어 유리, Al2O3, SiO2 등의 산화물이나 복합 산화물, AlN, GaN 등의 질화물이나 산질화물, SiC 등의 탄화물이나 탄질화물, 할로겐화물, 투광성 카본 등의 투명한 무기 재료를 사용할 수 있다.
기판(2F)은, 입사광과는 상이한 색의 광을 발광하는 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체를 함유하고 있다(도시하지 않음). 그로 인해, 기판(2F)은, 상방 또는 하방으로부터 입사하는 광의 일부 또는 전부를 흡수하여, 입사한 광과는 상이한 색의 광을 발광하는 색 변환 기능을 갖고 있다.
기판(2F)에 입사한 광은, 기판(2F)에 함유되는 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체에 흡수되어, 입사한 광의 색과는 상이한 색의 광을 발광한다.
기판(2F)에 함유되는 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체의 존재 형태는, 다양한 것을 생각할 수 있다. 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체가, 기판(2F)의 주원료가 되는 것이어도 되고, 기판(2F)을 구성하는 상기 투광성의 재료의 일부로서 함유되어 있어도 되고, 기판(2F)의 표면이나 내부에 박층을 형성하고 있어도 된다.
기판(2F)의 주요한 구성 형태를 분류하면, 이하와 같이 된다.
(1) 무기 형광체만을 소결하여 제조한 다결정 형광체를 포함하는 기판; YAG계 등 산화물계나 비산화물계의 질화물, 황화물 등의 결정성의 무기 형광체 분말을 소결함으로써 얻을 수 있다.
(2) 융액 성장 등의 방법으로 제작된 무기 형광체 단결정이나 무기 형광체 복합 재료를 포함하는 기판.
(3) 투명성 무기 재료 중에 형광체 미립자를 분산시킨 재료를 포함하는 기판; 유리, 알루미나, 실리카 등의 투명성 무기 재료와 무기 형광체 미립자를 혼합해서 용융시켜 얻을 수 있다.
(4) 발광 유리를 포함하는 기판.
(5) 투명 기판의 표면에 형광체 박막을 갖는 기판; 투명 기판으로는, 소결체판, 단결정판, 유리판, 필름 등을 사용할 수 있다. 단결정판으로는, 사파이어, ZnO, SiO2, GaN, Ga2O3 등의 투명 무기 화합물을 사용할 수 있다. 형광체 박막을 형성하는 방법으로는, 증착, 용사, 스퍼터링 등의 방법을 사용할 수 있다.
(6) 투명 무기 화합물를 포함하는 층 사이로 무기 형광체를 포함하는 층을 끼워 넣은 재료를 포함하는 기판.
이들의 구성 형태는, 일례로서 기재한 것이다. 이들의 구성 형태 중에서 무기 형광체의 특성이나 무기 성형체(1F)의 목적·용도에 따라서 적절한 구성 형태를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 내열성이 낮은 무기 형광체이면, 제조시에 가열하는 공정을 갖는 구성 형태를 사용하는 것은 바람직하지 않다.
상기의 기판(2F)의 주요한 구성 형태 각각에 대해서, 제조 방법의 일례를 이하에 구체적으로 설명한다.
(1) 무기 형광체만을 소결하여 제조한 다결정 형광체를 포함하는 기판
YAG계 형광체 분말을 프레스 장치, 냉간 등방압 가압 장치(CIP: Cold Isostatic Pressing) 등을 사용하여 눌러 굳혀, 소결 전의 성형체를 얻는다. 이 성형체를 열간 등방압 가압 장치(HIP: Hot Isostatic Pressing) 등에 넣어, 압력을 가하면서 1500℃ 이상의 온도에서 소결시킨다. 고온 고압으로 함으로써 형광체 분말의 표면이 용융하여, 입자끼리 융착되어, 벌크의 형광체 소결체가 된다. 이 소결체를 소정의 두께로 잘라내어, 절삭, 연마하고, 계속해서 약환원성 분위기하에서 어닐함으로써, YAG계 형광체 소결판의 기판을 얻을 수 있다. YAG계 형광체의 조성을 바꿈으로써 다양한 발광색을 가진 기판으로 할 수 있다. 소결 방법으로는, HIP 외에, 방전 플라즈마 소결법(SPS: Spark Plasma Shintering), 진공 소결법, 핫 프레스 소결법 등 다양한 방법을 사용할 수 있다. 온도, 분위기나 압력을 바꿈으로써, 산화물계 형광체나 그 밖의 조성의 형광체 기판을 제작할 수 있다.
(2) 융액 성장법으로 제작된 무기 형광체 단결정을 포함하는 기판
YAG계 형광체의 단결정의 제작 방법으로는, 초크랄스키법, 브리지맨법 등이 사용된다. 우선, YAG계 형광체의 성분을 함유하는 융액을 제작하고, 종 결정을 핵으로 해서 인상법에 의해 단결정을 제작한다. 그 후, 결정 방위를 고려하여, 원하는 형상·크기로 가공함으로써, YAG계 형광체 단결정을 포함하는 기판을 얻을 수 있다. 융액에 알루미나나 실리카 등을 과잉으로 가함으로써, YAG계 형광체와 과잉 성분이 균일하게 혼합되어 복합된 결정의 기판으로 할 수도 있다.
(3) 투명성 무기 재료 중에 형광체 미립자를 분산시킨 재료를 포함하는 기판
YAG계 형광체 분말과 붕규산 유리나 인산계 저융점 유리 등의 유리 분말을, 프레스 장치나 CIP 장치 등을 사용해서 눌러 굳혀, 소결 전의 성형체를 얻는다. 이 성형체를 진공 로에 넣어, 감압하에서 유리 재료의 연화점 이상으로 가열하여 소결시킨다. 감압에 의해 입자간의 공극이 매립된 소결체가 얻어진다. 이것을 원하는 형상·크기로 가공함으로써, 기판을 얻을 수 있다.
(4) 발광 유리를 포함하는 기판
발광 중심이 되는 부활제의 희토류 원소와 모체가 되는 유리 성분을 혼합하여 융액을 제작하고, 냉각 고화시킴으로써 유리를 제작한다. 필요에 따라 온도, 분위기를 제어하면서 열처리함으로써 발광 유리를 제작한다. 이것을 원하는 형상·크기로 가공함으로써, 기판을 얻을 수 있다.
(5) 투명 기판의 표면에 형광체 박막을 갖는 기판
투명한 알루미나 기판을 증착 장치 내에 넣고, 증착용의 원료로서 SrS, Eu2S3, Ga2S3을 사용하여 증착함으로써, 알루미나 기판의 표면에, SrGaS4:Eu의 형광체의 증착층을 제작한다. 증착 후, 소정의 조건에서 열처리하여, 형광체 입자를 성장·결정화시킴으로써, 표면에 박막의 형광체층이 형성된 알루미나 기체를 얻는다. 박막의 형성 방법으로는, 형광체의 종류에 따라, 스퍼터링법, 용사법, MBE법, CVD법 등에서 선택할 수 있다.
(6) 투명 무기 화합물을 포함하는 층 사이로 무기 형광체를 포함하는 층을 끼워 넣은 재료를 포함하는 기판
나노 크기의 형광체 미립자 등과 같이 외부 환경에 대한 내구성이 낮은 형광체 재료의 경우에는, 당해 재료를 무기 접착제 등에 확산·혼합시켜, 2징의 유리판 등의 투명 무기 화합물판 사이에 끼워 넣고, 밀폐하여 봉입함으로써, 기판으로 할 수 있다.
투광성의 기판(2F)에는, 광 제어성을 갖게 할 수 있다. 즉, 광의 선택 투과성, 광 확산성, 광 흡수성, 광 차폐성 등의 기능을 부여할 수 있다. 예를 들어, 광원으로서 자외선을 출력하는 LD(레이저 다이오드)를 사용하고, LD의 상면에 무기 성형체(1F)를, 형광체층(3)이 설치된 측을 LD로부터의 광의 입사면으로 해서 배치한 발광 장치에 있어서, LD로부터 출사되는 광의 누설을 저감시키기 위한 구성예에 대해 설명한다. LD로부터 출사된 광이 형광체층(3)에 입사되면, 형광체층(3)에서 색 변환된 광과, 형광체층(3)에서 색 변환되지 않은 광이, 모두 기판(2F)에 입사된다. 이때, 형광체층(3)에서 색 변환된 광은 기판(2)을 투과시키고, 형광체층(3)에서 색 변환되지 않은 LD로부터 출사된 광은 기판(2F)에서 차폐 또는 흡수시키도록, 광의 투과성에 파장 선택성을 갖는 기능을 갖게 하게 기판(2F)의 재료를 선택할 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, LD로부터 출사되는 광이, 반대면(기판(2F)측)으로부터 직접 출사되지 않도록 할 수 있다. 이와 같은 구성의 구체예로서, 예를 들어 기판(2F)의 재료로서, 자외선을 투과하지 않는 파이렉스(등록 상표) 유리를 사용하거나, 기판(2F)의 표면에 자외선을 반사하는 유전체 반사막을 설치할 수 있다.
또한, 투광성을 갖는 기판(2F)의 내부 또는 표면에, 예를 들어 광을 난반사시키는 무기 필러 등을 함유시켜서, 광 확산성을 갖게 할 수도 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 색 변환의 균일성을 더 향상시킬 수 있다. 여기서, 광을 난반사시키는 무기 필러로는, 기판(2F)와 굴절률차가 크고, 투광성이며, 입자로서의 크기가 작은 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판(2F)으로서 굴절률 1.5 정도의 유리를 사용했을 때는, 굴절률이 2.5~2.7인 Ti02 등을 들 수 있다. 기판(2)으로서 SiO2를 사용했을 때는, TiO2, Al203, C(다이아몬드) 등을 들 수 있다.
투광성을 갖는 재료는, 일반적으로 전기적으로 절연성인데, 기판(2F)의 표면에 투광성의 도전성 재료를 포함하는 막을 설치하거나, 기판(2F)을 투광성을 갖는 도전성 재료로 형성하거나, 기판(2F)에 투광성을 갖는 도전성 필러를 함유시키켜서, 기판(2F)에 도전성을 부여한 경우에는, 후술하는 형광체층(3)의 형성 공정에서, 전기 침착법이나 정전 도장법 등을 이용할 수 있다.
또한, 기판(2F)은, 기판(2F)의 내부나 형광체층(3)에서 색 변환된 광의 스토크스 손실에 의한 발열을, 기판(2F)을 통해 효율적으로 방열할 수 있도록, 열전도도가 높은 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 기판(2F)에 사용하는 재료의 열전도도가 5W/m·K 이상인 것이 바람직하고, 100W/m·K 이상인 것이 보다 바람직하다. 이러한 열전도도가 높은 투광성의 재료로는, 예를 들어 AlN을 들 수 있다. 또한, 열전도도가 높은 무기 필러 등을 첨가함으로써, 기판(2)의 열전도성을 높여도 된다. 열전도도가 높은 무기 필러의 구체예로는, AlN, SiC, C(다이아몬드) 등을 들 수 있다.
또한, 기판(2F)의 형상은 판상에 한정되지 않고, 구조 부재로서 형광체층(3)을 유지함과 함께, 발광 장치의 부착 기능이나 집광 기능을 갖게 하기 위한 입체 구조를 취할 수도 있다. 예를 들어, 유리로 만든 기판(2F)에 가공을 실시하여 렌즈 기능을 갖게 한 뒤, 형광체층(3)을 직접 렌즈 형상의 기판(2F) 상에 형성하여, 렌즈와 색 변환 부재인 형광체층(3)이 일체로 된 구조의 색 변환용 무기 성형체(1F)로 할 수도 있다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 광 제어가 용이해진다.
(형광체층(무기 입자층))
본 실시 형태에서의 형광체층(3)은, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)에서의 형광체층(3)과 마찬가지의 구성을 갖는 것이다.
(무기 형광체(파장 변환 부재))
기판(2F)이 함유하는 무기 형광체 및 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)는, 각각 광을 흡수하여, 흡수한 광의 색과는 상이한 색의 광을 발광하는 제1 무기 재료 또는 제2 무기 재료를 포함하는 색 변환 부재이다.
무기 형광체(31)로서 사용되는 형광체 재료는, 여기 광인 입사광을 흡수하여, 상이한 색(파장)의 광으로 색 변환(파장 변환)하는 것이면 된다.
기판(2F)이 함유하는 무기 형광체와 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)는, 동일한 종류의 것이어도 되고, 상이한 종류의 것이어도 된다.
무기 형광체가 동일한 종류인 경우, 무기 성형체(1F)는, 기판(2F)과 형광체층(3) 중 어느 쪽에든 동일한 종류의 무기 형광체를 갖는 것이 된다. 그로 인해, 광원 등으로부터 무기 성형체(1F)에 입사한 광은, 기판(2F) 또는 형광체층(3) 중 어느 하나에서 무기 형광체에 조사되는 확률이 높아져, 당해 동일한 종류의 무기 형광체에 의한 광의 색의 변환 효율을 높이는 것이 가능하게 된다.
한편, 무기 형광체가 상이한 종류인 경우, 무기 성형체(1F)는, 기판(2F)과 형광체층(3)에 각각 상이한 종류의 무기 형광체를 갖는 것이 된다. 그로 인해, 광원 등으로부터 무기 성형체(1F)에 입사한 광 중, 일부의 광은 기판(2F)이 함유하는 무기 형광체(4)에 조사되고, 다른 일부의 광은 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)에 조사되게 된다. 그리고, 기판(2F)이 함유하는 무기 형광체로부터 발광되는 광과 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)로부터 발광되는 광의 양쪽이 혼색되어, 무기 성형체(1F)로부터 출사되게 된다. 또한, 경우에 따라서는, 기판(2F)이 함유하는 무기 형광체 또는 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31) 중 어느 하나로부터 발광된 광의 일부가, 다른 종류의 무기 형광체에 조사되어, 또 다른 색의 광을 발광하기도 한다.
따라서, 무기 형광체가 상이한 종류인 경우에는, 무기 형광체에 조사되지 않고 출사되는 입사광의 일부도 포함하여, 무기 성형체(1F)로부터는 복수의 색의 광이 혼색되어 출사되게 된다.
기판(2F)이 함유하는 무기 형광체와 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)는, 각각 독립적으로 변경하는 것이 가능하기 때문에, 양자 각각의 무기 형광체의 종류, 입자 직경, 함유량, 함유 형태 등을 바꾼 다양한 조합의 무기 성형체(1F)를 설계할 수 있다. 그 결과, 다양한 스펙트럼을 가진 광을 자유롭게 발색시킬 수 있다. 목적이나 용도에 따라서, 그러한 다양한 조합 중에서 최적의 조합을 선택하여 적용하는 것이 가능하다.
예를 들어, 광원 광으로서 청색의 광을 사용하고, 기판(2F)으로서, 투명 유리 중에 청색의 광을 녹색의 광으로 변환시키는 LAG(루테튬·알루미늄·가닛)계 형광체 미립자를 분산시킨 재료를 포함하는 기판을 사용하고, 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)가 청색의 광을 적색의 광으로 변환시키는 무기 형광체이면, 광원 광을 포함한 이들 3색의 광을 혼색하여 백색광으로 할 수 있다.
본 실시 형태의 무기 성형체(1F)는, 기판(2F)이 함유하는 무기 형광체 및 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31)로서, 각각 복수의 종류의 형광체를 병용할 수도 있다. 복수의 종류의 형광체를 혼합하여 사용함으로써, 특수한 색의 발색을 시키거나, 간편한 구조로 할 때에는 유효하다.
또한, 본 실시 형태의 무기 성형체(1F)는, 형광체층(3)을 복수 갖는 구성으로 해도 된다. 예를 들어, 기판(2F)의 표측과 이측에 2개의 형광체층(3)을 설치하거나, 기판(2F)의 편측에 형광체층(3)을 2층 이상 설치해도 된다. 이러한 구성으로 함으로써, 기판(2F)이 함유하는 무기 형광체와 합쳐서, 3종류 이상의 형광체를 가진 무기 성형체(1F)로 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 종래와 같이, 상이한 색의 복수의 발광 소자를 조합하거나, 복수의 색 변환 형광체를 조합하여 복잡한 구성을 취할 필요도 없어, 콤팩트한 구조이면서, 하나의 무기 성형체(1F)에 의해, 입사광과는 상이한 색의 복수의 색의 광을 혼색해서 출사하는 것이 가능하다.
또한, 종래에는, 복수 종류의 색 변환 형광체를 수지계의 접착제로 접합하거나, 복수 종류의 색 변환 형광체를 수지 중에 분산시켜서 사용하고 있었다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 무기 재료가 주체이며, 열전도성, 내열성 및 내광성이 떨어지는 수지계 재료를 사용하는 것이 불필요하기 때문에, 방열성이나 내구성을 양호한 것으로 하는 것이 가능하다.
여기서, 하나의 무기 성형체(1F)에 있어서, 복수 종류의 형광체를 병용할 수 있는 것의 이점에 대해, 발광 효율, 내구성, 혼색성의 3개의 관점에서 다시 설명한다.
(발광 효율)
종래의 복수의 형광체를 함유한 색 변환용 성형체에서는, 발광 파장이 짧은 형광체의 광이, 발광 파장이 긴 형광체에 흡수되어, 발광 파장이 변환됨으로써, 서서히 광의 에너지가 상실되어, 실질적으로 LED로부터 나오는 광의 총량이 줄어들어, LED의 에너지 변환 효율이 내려간다는 2차 흡수에 의한 손실 문제가 존재하고 있었다.
이 2차 흡수에 의한 손실 문제는, 예를 들어 무기 성형체가 동일한 형광체층 중에, 복수 종류의 형광체를 혼합해서 사용한 경우, 또는, 형광체가 갖는 특성으로부터, 광원에 가까운 측의 형광체의 층에 발광 파장이 짧은 형광체, 광원에 먼 측의 형광체의 층에 발광 파장이 긴 형광체를 배치한 경우에 발생하였다.
그런데, 본 실시 형태에서는, 광원에 가까운 측의 기판(2F) 또는 형광체층(3)에, 발광 파장이 긴(흡수 파장이 긴) 형광체를 배치하고, 광원에 먼 측의 기판(2F) 또는 형광체층(3)에, 발광 파장이 짧은(흡수 파장이 짧은) 형광체를 배치할 수 있으므로, 상기 2차 흡수에 의한 손실이 저감되어, 발광 효율을 개선할 수 있다. 일반적으로, 색 변환에 사용되는 형광체의 양은 가능한 한 적고, 색 변환되는 횟수는 가능한 한 적은 것이 LED의 발광 효율이 개선되기 때문이다.
(내구성)
종래에는, 복수의 형광체를 함유한 색 변환용 성형체의 구성으로서, 색 변환 기능을 가진 기체의 양측 또는 편측에, 기체가 함유하는 형광체와는 상이한 종류의 형광체를 분산시킨 수지층을 배치한 구성의 색 변환용 성형체가 존재하고 있었다. 그러나, 수지 중에 분산시킨 형광체에는 방열 경로가 설치되어 있는 것이 아니고, 수지의 가스 배리어성도 높지 않기 때문에, 형광체나 수지가 외부 환경에 의한 열화를 받기 쉬워, 내구성에 문제가 있는 것이었다.
한편, 본 실시 형태의 구성에서는, 색 변환 기능을 가진 기판(2F)에, 무기 형광체(31)를 함유하는 형광체층(3)이 연속적으로 연결되어 있음으로써, 무기 형광체(31)의 방열이 용이해서, 내구성이 우수한 것이 된다. 또한, 무기 재료를 포함하는 균일하고 가스 배리어성이 우수한 피복층(32)에 의해 무기 형광체(31)가 보호되어 있기 때문에, 무기 형광체(31)가 외부 환경에 의한 열화를 받기 어려워, 내구성이 우수한 것이 된다.
또한 종래에는, 예를 들어 인산계의 융점 400℃ 부근의 저융점 유리는, 조해성이 있기 때문에, 색 변환용 성형체로는 사용되지 않았다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 무기 재료를 포함하는 피복층(32)에 의해, 무기 형광체(31)뿐만 아니라, 기판(2F)도 외부 환경으로부터 보호되기 때문에, 무기 성형체(1F)로서의 내구성이 개선되어, 종래에는 사용할 수 없었던 저융점 유리나 내열성이 낮은 형광체도, 무기 성형체(1F)의 구성 재료로서 사용 가능하게 되어, 선택할 수 있는 형광체의 종류가 증가하였다.
(혼색성)
종래에는, 무기 성형체(1F)의 혼색의 균일성을 개량하기 위해서, 기판이 되는 유리 중에 광 확산을 위한 필러 등을 첨가하고 있었는데, 우수한 혼색성을 확보하기 위해서는, 유리 중에 첨가하는 형광체나 필러의 종류의 선택에 제약이 있었다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 색 변환 기능을 가진 기판(2F)의 표면에, 공극(33)을 가진 무기 입자층(3)을 갖고 있으며, 또한 무기 입자층(3)의 표면이 요철 형상을 갖고 있음으로써, 발광 효율을 크게 저감시키지 않고도 혼색의 균일성을 향상시키는 것이 가능하게 되었다.
또한, 무기 입자층(3)의 구성으로서, 공극(33)의 존재 비율, 층의 두께, 무기 형광체(31)의 종류, 입자 직경, 함유량, 형상 등을 제어함으로써, 혼색의 균일성을 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 기판(2F)의 발광 소자로부터의 입사광이 입사하는 측과는 반대측에, 부분적 또는 전체에 반사층을 형성함으로써, 혼색성을 향상시키는 것이 가능하다.
상기로부터 알 수 있는 바와 같이, 기판(2F)이 함유하는 무기 형광체와 형광체층(3)이 함유하는 무기 형광체(31), 즉, 제1 무기 재료와 제2 무기 재료는, 상이한 종류인 것이, 다양한 우수한 효과를 발현시키는 것이 가능하여, 바람직하다.
또한, 기판(2F)의 형상은, 평판 형상에 한정되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이, 임의의 형상의 기판을 사용할 수 있다.
다른 구성 요소에 대해서는, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)는, 도 13에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)의 제조 방법에 있어서, 기판(2D) 대신에 기판(2F)을 사용하는 것 이외에는 마찬가지로 하여 제조할 수 있기 때문에, 설명은 생략한다.
<제11 실시 형태>
이어서, 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체에 대하여 설명한다.
[무기 성형체의 구성]
우선, 도 24의 (b)를 참조하여, 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성에 대하여 설명한다. 도 24의 (b)에 도시한 바와 같이, 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)는, 도전성을 갖는 투광성의 기판(2G)의 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있다.
제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)는, 도 24의 (a)에 나타낸 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)와는, 투광성의 기판(2F) 대신에, 도전성을 갖는 투광성의 기판(2G)을 사용하는 것과, 투광성층(5)이 없고, 기판(2G)의 상면에 직접 형광체층(3)이 설치되어 있는 것이 다르다. 또한, 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)는, 도 15에 도시한 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체(1E)와는, 기판(2E) 대신에, 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체(도시하지 않음)를 함유하고 있는 기판(2G)을 사용하는 것이 다른 것 이외에는 마찬가지의 구성을 갖는 것이다.
또한, 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)는, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)와 마찬가지로, 형광체층(3)측 또는 기판(2G)측에서 입사한 광을 색 변환하여, 입사면과는 반대측의 면으로부터 출사하는 투과형의 색 변환용 성형 부재로서 사용되는 것이다.
(기판(기체))
기판(2G)은, 형광체층(3)을 지지하기 위한, 투광성을 갖는 판 형상의 지지 부재이며, 입사광과는 상이한 색의 광을 발광하는 제1 무기 재료를 포함하는 무기 형광체를 함유하고 있다(도시하지 않음). 기판(2G)으로서, 투광성 외에 도전성을 갖는 재료를 사용한다. 이러한 재료로는, 예를 들어 Zn(아연), In(인듐), Sn(주석), Ga(갈륨) 및 Mg(마그네슘)을 포함하는 군에서 선택된 적어도 1종의 원소를 포함하는 도전성 금속 산화물을 들 수 있다. 구체적으로는, ZnO, AZO(Al 도프 ZnO), IZO(In 도프 ZnO), GZO(Ga 도프 ZnO), In2O3, ITO(Sn 도프 In2O3), IFO(F 도프 In2O3), SnO2, ATO(Sb 도프 SnO2), FTO(F 도프 SnO2), CTO(Cd 도프 SnO2), MgO 등의 도전성 금속 산화물이 있다.
또한, 기판(2G)은, 기판(2G) 전체가 도전성을 가져도 되고, 상기한 바와 같이, 상면에 ITO, ZnO 등의 투광성을 가진 도전체층이 설치된 기판(2G)이어도 된다.
또한, 기판(2G)의 형상은, 평판 형상에 한정되지 않고, 도 5에 도시한 바와 같이, 임의의 형상의 기판을 사용할 수 있다.
다른 구성 요소에 대해서는, 도 24의 (a)에 나타낸 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)는, 도 16에 나타낸 제5 실시 형태에 따른 무기 성형체(1E)의 제조 방법에 있어서, 기판(2E) 대신에 기판(2G)을 사용하는 것 이외에는 마찬가지로 하여 제조할 수 있기 때문에, 설명은 생략한다.
<제12 실시 형태>
이어서, 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체에 대하여 설명한다.
[무기 성형체의 구성]
우선, 도 24의 (c)를 참조하여, 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체의 구성에 대하여 설명한다. 도 9에 도시한 바와 같이, 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)는, 투광성의 기판(2H)의 상면에 형광체층(3) 및 투광성층(5)이 설치되어 있다. 그리고, 투광성의 기판(2H)의 하면에는, 반사층(4)이 설치되어 있다.
제12 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)는, 도 24의 (a)에 나타낸 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)와는, 기판(2H)의 하면에 반사층(4)이 설치되어 있는 것이 다르다. 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)는, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)와는 달리, 형광체층(3)측으로부터 입사한 광을 색 변환하여, 입사면과 동일측의 면으로부터 출사하는 반사형의 색 변환용 성형 부재로서 사용되는 것이다.
본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)에 있어서, 입사광의 일부는, 기판(2H) 중에 존재하는 제1 무기 재료에 의해 입사광의 색과는 상이한 색의 광으로 변환되고, 입사광의 다른 일부는, 형광체층(3) 내의 입상의 제2 무기 재료에 의해 입사광의 색과는 상이한 색의 광으로 변환되어, 기판(2H)의 입사광이 조사되는 측과는 반대측의 면에 존재하는 반사층(4)에 의해 반사되어, 입사광이 입사한 면과 동일측의 면으로부터 출사된다.
따라서, 반사형의 색 변환용 무기 성형체로서 사용할 수 있다.
또한, 반사층(4)은 기판(2H)의 입사광이 조사되는 측과 반대측의 면의 전체에 존재해도 되고, 그 특정한 일부분에 존재하고 있어도 된다.
[무기 성형체의 제조 방법]
반사층(4)은 기판(2H)의 형광체층(3)과는 반대측의 면에, 입사광 및 형광체층(3) 내와 기판(2H) 내의 형광체에 의해 색 변환된 색의 광에 대한 반사율이 높은 금속층을 형성함으로써 형성할 수 있다. 가시광 영역에서의 반사율이 높은 금속으로서, Al, Ag, 또는 이들 금속을 함유하는 합금을 적절하게 사용할 수 있다.
또한, 기판(2H)와 반사층(4)의 사이에, 유전체를 포함하는 층을 설치해도 된다. 유전체를 포함하는 층을 배치함으로써, 보다 효율적으로 반사층(4)에서 반사되어, 무기 성형체(1H)로부터의 광의 취출 효율을 향상시킬 수 있다. 유전체로는, SiO2, Al2O3, Nb2O5, ZrO2, AlN, TiO2, SiON, SiN 등에서 선택되는 1 이상의 재료를 사용하는 것이 바람직하다.
반사층(4)은 Al이나 Ag 등의 금속 재료를, 스퍼터링법이나 증착법 등에 의해, 기판(2H) 상에 적층함으로써 형성할 수 있다.
반사층(4)은 도 13이나 도 16에 나타난 무기 성형체의 제조 방법의 흐름을 나타내는 흐름도에 있어서, 형광체층 형성 공정보다 전에, 반사층 형성 공정을 설치함으로써 제조할 수 있다. 또한, 마스킹 공정이나 도전체층 형성 공정보다 전에 제조하는 것이 바람직하다.
반사층(4)은 반사면으로서 기능하기 때문에, 기판(2H)의 반사층(4)을 형성하는 측의 표면은, 반사층(4)을 형성하기 전에 미리, 평활하게 가공되어 있는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)는, 기판(2H)이 반사층(4)을 갖는 것 이외에는, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F) 또는 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)와 마찬가지의 구성을 가지므로, 반사층(4) 이외의 구성 부재에 관한 설명을 생략한다.
또한, 본 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)는, 기판(2H)이 반사층(4)을 형성하는 것 이외에는, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F) 또는 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)와 마찬가지로 하여 제조할 수 있기 때문에, 제조 방법에 관한 설명도 생략한다.
본 실시 형태에서는, 입사광은, 기판(2H)과 무기 입자층(3)을 입사 후와 반사 후의 적어도 2회 통과하게 된다. 그로 인해, 혼색의 균일성에 있어서 보다 우수한 혼색 광을 얻을 수 있다. 또한, 무기 형광체의 이용 효율이 높아져, 보다 얇은 무기 성형체(1H)로 할 수 있고, 그 결과, 방열성에 있어서 우수한 것이 된다. 또한, 반사층(4)을 형성하는 면적을 기판(2H)의 면적의 일부분으로 함으로써, 광의 반사량을 제어하여, 색조의 미세 조정을 도모할 수 있다.
이 제12 실시 형태의 변형예로는, 제11 실시 형태인 투광성층(5)을 갖고 있지 않은 무기 성형체(1G)에 있어서(도 24의 (b) 참조), 기판(2G)의 형광체층(3)과는 반대측의 면에 반사층을 설치한 구성으로 할 수 있다.
<제13 실시 형태>
이어서, 제13 실시 형태에 따른 발광 장치에 대하여 설명한다.
제13 실시 형태에 따른 발광 장치는, 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)를 색 변환용 성형 부재로서 사용한 발광 장치이다.
[발광 장치의 구성]
제13 실시 형태에 따른 발광 장치는, 도 19에 나타낸 제8 실시 형태에 따른 발광 소자(10B)에 있어서, 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 무기 성형체(1D) 대신에 무기 성형체(1F)를 사용하는 것이다. 다른 구성은, 제8 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 설명은 생략한다.
[발광 장치의 동작]
이어서, 도 19의 (a)를 참조(적절히 도 24의 (a) 참조)하여, 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 무기 성형체(1F)를 사용한 발광 장치(10B)의 동작에 대해 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원(11)으로서, 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자를 사용한 경우에 대해 설명한다. 또한, 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 기판(2F)이 청색광을 녹색광으로 변환하는 무기 형광체를 함유하고, 형광체층(3)이 청색광을 적색광으로 변환하는 무기 형광체(31)를 함유하는 무기 성형체(1F)를 사용하는 것으로 한다.
광원(11)은 청색광을 색 변환용 성형 부재(12B)(무기 성형체(1F))의 형광체층(3)이 설치된 면에 입사광(L3)으로서 입사한다. 청색의 입사광(L3)은, 형광체층(3)의 공극(33)(도 1의 (b) 참조)에 의해 산란되면서 형광체층(3) 내를 전파하고, 또한 기재(2F) 내를 전파하여, 상면으로부터 출사되는 투과광(L4)이 발광 장치(10B)로부터 출력광으로서 출력된다.
색 변환용 성형 부재(12B)에 입사한 청색광은, 형광체층(3)과 기판(2F)을 투과하여 출사될 때까지의 동안에, 일부가 형광체층(3) 내의 무기 형광체(31)에 의해 흡수된다. 또한 다른 일부는, 기판(2F) 내의 무기 형광체에 의해 흡수된다. 무기 형광체(31)는 흡수한 청색광에 의해 여기되어, 적색광을 방출(발광)한다. 즉, 무기 형광체(31)는 청색광을 적색광으로 색 변환한다. 또한, 기판(2F) 내의 무기 형광체는, 흡수한 청색광에 의해 여기되어, 녹색광을 방출(발광)한다. 즉, 기판(2F) 내의 무기 형광체는, 청색광을 녹색광으로 색 변환한다.
무기 형광체(31)로부터 발광하는 적색광, 기판(2F) 내의 무기 형광체로부터 발광하는 녹색광 및 어느 무기 형광체에도 흡수되지 않고 형광체층(3)과 기판(2F)을 투과한 청색광은, 입사광(L3)이 입사한 면과 반대측의 면으로부터, 투과광(L4)으로서 출사된다. 이때, 투과광(L4)에는, 형광체층(3)에서 색 변환된 적색광과, 기판(2F) 내에서 색 변환된 녹색광과, 색 변환되지 않은 청색광이 포함되고, 투과광(L4)은, 이들 광이 혼색된 색으로 된다. 청색광과 녹색광과 적색광이 적절한 비율이 되도록, 형광체층(3)에서의 무기 형광체(31)의 막 두께나 공극(33)(도 1의 (b) 참조)의 비율이나 기판(2F) 내의 무기 형광체의 함유량 등을 조정함으로써, 발광 장치(10B)의 출력광을 백색광으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 백색광에 한정되는 것은 아니라, 입사광(L3)의 전부를 황색광으로 색 변환하여, 황색광으로서 출력하도록 구성할 수도 있다. 또한, 예를 들어 녹색이나 적색 등으로 색 변환하도록 구성해도 된다.
또한, 기판(2F)과 형광체층(3)에 상이한 종류의 무기 형광체를 함유시키거나, 기판(2F)과 형광체층(3)에 각각 복수 종류의 무기 형광체를 적층하거나, 또는 혼합하여 함유시킴으로써, 다양한 스펙트럼의 광으로 변환하여 출력하도록 구성할 수 있다.
또한, 도 19의 (a)에 나타낸 발광 장치(10B)에 있어서, 색 변환용 성형 부재(12B)로서, 무기 성형체(1F) 대신에, 도 24의 (b)에 나타낸 제11 실시 형태에 따른 무기 성형체(1G)를 사용하여 구성할 수도 있다.
또한, 도 18의 (a)에 나타낸 발광 장치(10)는 색 변환용 성형 부재(12)로서, 제1 실시 형태에 따른 무기 성형체(1) 대신에, 도 24의 (c)에 나타낸 제12 실시 형태에 따른 무기 성형체(1H)를 사용하여 구성할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제10 실시 형태 또는 제12 실시 형태에 따른 색 변환용 무기 성형체는, 무기 입자층이 색 변환 부재의 입자의 응집체를 피복층으로 피복한 구조이기 때문에, 색 변환 부재의 함유율을 높게 할 수 있고, 또한 공극의 광 산란 효과에 의해, 높은 색 변환 효율을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 색 변환용 무기 성형체는, 성형체의 형상이나 사용하는 색 변환 부재의 종류의 제약이 적다.
또한, 본 발명의 제10 실시 형태 또는 제12 실시 형태에 따른 색 변환용 무기 성형체는, 제1 무기 재료와 제2 무기 재료를 포함하는 복수 종류의 색 변환 부재를, 기체와 무기 입자층에 함유하고 있기 때문에, 콤팩트한 구조이면서, 입사광과는 상이한 복수의 색의 광을 혼색시켜서 출사할 수 있다.
<제14 실시 형태>
[발광 장치의 구성]
이어서, 본 발명의 제14 실시 형태에 따른 발광 장치의 구조를, 도 25를 참조하여 설명한다.
도 25에 도시한 바와 같이, 제14 실시 형태에 따른 발광 장치(10D)는, 반도체 발광 소자(8)의 측면, 및 반도체 발광 소자(8)의 상면에, 형광체층(무기 입자층)(3)이 설치되어 있다. 또한, 형광체층(3)은 입상의 무기 형광체(파장 변환 부재)(31)와, 무기 형광체(31)를 피복하는 피복층(32)으로 형성되어 있다.
즉, 제14 실시 형태에 따른 발광 장치(10D)는, 상기한 다른 실시 형태에서의 무기 성형체(1) 등(예를 들어, 도 1 참조)에 있어서, 형광체층(3)을 지지하는 기체로서, 기판(2) 등 대신에 반도체 발광 소자(8)를 사용하는 것이다. 또한, 반도체 발광 소자(8)는 광원이다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 발광 장치(10D)에 있어서, 반도체 발광 소자(8)는 형광체층(3)을 지지하는 기체임과 동시에, 발광 장치(10D)의 광원을 겸하는 것이다.
또한, 형광체층(3)의 내부에는, 도 1의 (b)에 나타낸 제1 실시 형태에서의 형광체층(3)과 마찬가지로 공극(33)이 형성되어 있으나, 도 25에서, 공극(33)의 도시는 생략하고 있다.
또한, 여기에서는, 편의상, 도 25의 지면에서의 상방을 반도체 발광 소자(8)의 상면으로 하고 있다. 발광 장치(10D)는, 반도체 발광 소자(8)의 적어도 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있으면 된다. 여기서, "상면"이란, 반도체 발광 소자(8)의 기판측, 또는 반도체층측 중 어느 한쪽의 면이다. 즉, 후기하는 발광 장치의 제조 방법에서 설명한 바와 같이, 반도체 발광 소자(8)를 지그나 절연성 기판에 적재하는 면은, 형광체층(3)으로 피복되지 않기 때문에, 반도체 발광 소자(8)의 기판측 및 반도체층측 중 어느 한쪽에만 형광체층(3)이 설치된다.
또한, "적어도 상면"이란, 반도체 발광 소자(8)의 상면 및 측면 중 어느 한쪽에만 형광체층(3)이 설치되어 있으면 되는 것을 의미한다. 또한, 반도체 발광 소자(8)의 측면에는 형광체층(3)이 설치되지 않는 경우가 있어도 되지만, 여기에서는, 반도체 발광 소자(8)의 측면에도 형광체층(3)이 설치되어 있는 경우에 대해 설명한다. 반도체 발광 소자(8)의 측면에도 형광체층(3)이 설치되어 있으면, 측면으로부터의 광도 상면과 마찬가지의 색조로 색조 변환할 수 있기 때문에, 색조가 균일한 반도체 발광 소자(8)가 얻어진다.
종래의 소결해서 제작하는 무기 형광체를 함유하는 세라믹스 성형체를 사용하여 반도체 발광 소자(8)의 상면과 측면에 형광체를 설치하는 경우에는, 각각의 면에 설치하는 형광체를 판 형상으로 가공하여, 각각의 면에 부착할 필요가 있다. 여기서, 판끼리의 접합 부위에 간극이 발생한 경우에는 그 부분으로부터 청색광이 누출되어, 발광 색의 균일성이 저하하는 문제가 발생한다. 또한, 판끼리의 접합 부위에서, 상면의 판 또는 측면의 판이 원하는 길이보다 길어져서 가로 방향 또는 상측 방향으로 비어져 나와, 접합 부위에 판의 잉여가 발생한 경우도, 마찬가지로 발광 색의 균일성이 저하하는 문제가 발생한다. 그러나, 반도체 발광 소자(8)의 측면은 다이싱이나 스크라이브, 브레이크로 생성하는 면으로, 면의 평탄성, 평행도가 부족하다. 또한, 반도체 발광 소자(8)의 크기의 편차도 발생할 뿐 아니라, 반도체 발광 소자(8)의 높이는 기껏 몇백 ㎛로, 측면에 부착되는 판 형상 형광체의 크기는 매우 작은 것이 된다. 그로 인해, 접합부에서의 간극, 잉여가 없이 부착하는 것은 매우 어려워서, 균일한 색조를 얻는 것이 어렵다는 문제가 있었다.
또한, 판 형상의 형광체를 상면에만 설치하고, 측면을 광 반사 필러를 함유하는 수지 등의 반사재로 덮는다는 방법도 있지만, 이 경우, 반도체 발광 소자(8)의 측면으로부터 나온 광을 다시 소자로 복귀시키기 때문에, 광의 손실이 커져, 효율이 높은 반도체 발광 장치를 얻는 것이 어렵다는 문제가 있다.
반도체 발광 소자(8)의 측면에도 형광체층(3)이 설치되어 있으면, 이러한 문제도 해결할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 발광 장치(10D)는, 반도체 발광 소자(8)로부터의 발광에 의해, 형광체층(3)에 입사한 광의 일부 또는 전부를 형광체층(3)의 무기 형광체(31)에 의해 흡수하여, 입사광과는 상이한 색의 광으로 변환해서 출사하는 투과형의 색 변환용 성형체를 구비한 발광 장치이다.
이하, 발광 장치(10D)의 각 부의 구성에 대해 상세하게 설명한다.
(반도체 발광 소자)
반도체 발광 소자(8)로는 어떠한 구조의 것이어도 되며, 일례로서, 도 26의 (a)에 나타내는 페이스 다운(FD) 실장형 또는 페이스 업(FU) 실장형의 소자(8a)나, 도 26의 (b)에 나타내는 수직 구조형의 소자(8b)를 들 수 있다.
반도체 발광 소자(8a)는 도 26의 (a)에 도시한 바와 같이, 기판(지지 기판)(41)과, 지지 기판(41) 위(도면상에서는 아래)에 적층된 반도체층(42)을 갖는다. 이 반도체층(42)은 n형 반도체층(42a), 활성층(42b), p형 반도체층(42c)이 순서대로 적층되어 있고, n형 반도체층(42a)에 n측 전극(43)이 형성되어 있다. 또한, p형 반도체층(42c)에는, 반사 전극(또는 투명 전극)(45), 커버 전극(46)을 개재해서 p측 전극(44)이 형성되어 있다. 또한, 반도체 발광 소자(8a)의 반도체층(42)(및 커버 전극(46))은 절연성의 보호막(47)으로 피복되어 있다.
반도체 발광 소자(8b)는 도 26의 (b)에 도시한 바와 같이, 지지 기판(41)과, 지지 기판(41) 상에 웨이퍼 접합층(Au-Au 접합층)(49)을 개재하여 적층된 반도체층(42)을 갖는다. 이 반도체층(42)은 p형 반도체층(42c), 활성층(42b), n형 반도체층(42a)이 순서대로 적층되어 있고, n형 반도체층(42a)에 n측 전극(43)이 형성되어 있다. 또한, p형 반도체층(42c)의 이면에는, 반사 전극(Ag)(45) 및 전류 협착(유전체)(48)이 소정의 간격으로 설치되어 있다. 그리고, 지지 기판(41)의 이면에는, p측 전극(44)이 형성되어 있다. 또한, 반도체 발광 소자(8b)의 반도체층(42)은 절연성의 보호막(47)으로 피복되어 있다.
또한, 반도체 발광 소자(8)의 형태는, 상기한 반도체 발광 소자(8a, 8b)의 형태에 한정되는 것이 아니며, 예를 들어 지지 기판(41)이나 웨이퍼 접합층(49)이 없는 형태이어도 된다.
또한, 도 26의 (a), (b)에 나타내는 반도체 발광 소자(8)(8a, 8b)를 다른 도면에서는 더욱 간략화하여 나타낸다.
반도체 발광 소자(8)로는, 발광 다이오드를 사용하는 것이 바람직하고, 임의의 파장의 것을 선택할 수 있다. 예를 들어, 청색(파장 430nm~490nm의 광), 녹색(파장 490nm~570nm의 광)의 반도체 발광 소자(8)로는, ZnSe, 질화물계 반도체(InXAlYGa1 -X- YN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1), GaP 등을 사용할 수 있다. 또한, 적색(파장 620nm~750nm의 광)의 반도체 발광 소자(8)로는, GaAlAs, AlInGaP 등을 사용할 수 있다. 또한, 본 발명과 같이, 형광 물질을 사용한 발광 장치(10D)로 하는 경우에는, 그 형광 물질을 효율적으로 여기할 수 있는 단파장의 발광이 가능한 질화물 반도체(InXAlYGa1 -X- YN, 0≤X, 0≤Y, X+Y≤1)가 적절하게 사용된다. 그리고, 활성층(42b)의 재료나 그 혼정(混晶)을 조정함으로써, 발광 파장을 다양하게 선택할 수 있다. 또한, 이들 이외의 재료를 포함하는 반도체 발광 소자(8)를 사용할 수도 있다. 또한, 사용하는 반도체 발광 소자(8)의 성분 조성이나 발광색, 크기 등은, 목적에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
또한, 가시광 영역의 광뿐만 아니라, 자외선이나 적외선을 출력하는 반도체 발광 소자(8)로 할 수도 있다.
(형광체층(무기 입자층))
본 실시 형태에서의 형광체층(3)은 상기한 다른 실시 형태에서의 형광체층(3)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
<제15 실시 형태>
발광 장치의 다른 실시 형태(제15 실시 형태)로서, 도 27에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(8)의 적어도 상면에 투광성층(5)을 가져도 된다.
즉, 도 27에 도시한 바와 같이, 발광 장치(10E)는, 반도체 발광 소자(8)의 측면 및 상면에 투광성층(5)을 갖고, 투광성층(5)을 개재하여 반도체 발광 소자(8)의 측면 및 상면에 형광체층(3)이 설치되어 있다. 제15 실시 형태에서의 형광체층(3)은 상기한 다른 실시 형태와 마찬가지의 구성을 갖는 것이다. 또한, 도 27에서는, 형광체층(3)의 내부의 공극(33)(도 1의 (b) 참조)의 도시는 생략하고 있다.
(투광성층)
투광성층(5)은 후기하는 형광체층 형성 공정(S44, S56, S63)(도 28, 30, 32 참조)에서, 반도체 발광 소자(2)의 표면에 전기 침착법 또는 정전 도장법에 의해, 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성하기 위한 전극으로서 사용하기 위해 형성된 도전체층(6)(도 5의 (b) 참조)을 투명화한 것, 또는 투명 도전체층이다. 따라서, 투광성층(5)은 후기하는 제조 공정에서 도전성을 갖고, 그 후에 투명화가 가능한 재료나, 도전성을 갖는 투광성의 재료를 사용할 수 있다.
또한, 도전성을 갖는 투광성의 재료를 사용한 경우에는, 후기하는 제조 방법에 있어서, 도전체층 투명화 공정(S45, S57)(도 28, 30 참조)을 생략할 수 있다.
또한, 투광성층(5) 및 그 전구체인 도전체층(6)은 도 12 및 도 14에 도시한 제4 실시 형태에서의 투광성층(5) 및 도전체층(6)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
≪발광 장치의 제조 방법≫
이어서, 본 발명의 제14 실시 형태 및 제15 실시 형태에 따른 발광 장치의 제조 방법에 대해, 도 28 내지 도 33을 참조하여 설명한다. 여기에서는, 3가지의 제조 방법에 대하여 설명한다.
(제1 제조 방법)
제1 제조 방법은, 도 27에 나타낸 제15 실시 형태에 따른 발광 장치(10E)의 제조 방법이며, 도 28에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자 제조 공정(S41)과, 배열 공정(S42)과, 도전체층 형성 공정(S43)과, 형광체층 형성 공정(S44)과, 도전체층 투명화 공정(S45)과, 피복층 형성 공정(S46)과, 최종 개편화 공정(S47)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
또한, 여기에서는, 복수의 발광 장치(10E)를 제조하는 것을 전제로 하고, 배열 공정(S42), 최종 개편화 공정(S47)을 포함하는 것으로서 설명한다. 또한, 후기하는 바와 같이, 제조 방법의 조건에 따라서는, 도전체층 형성 공정(S43), 도전체층 투명화 공정(S45)은 포함하지 않는 것이어도 된다.
이하, 도 29를 참조(적절히 도 26 내지 도 28 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(반도체 발광 소자 제조 공정)
반도체 발광 소자 제조 공정(S41)은, 개편화된 반도체 발광 소자(8)를 제조하는 공정이다. 이 공정에 의해, 도 26의 (a)에 나타내는 구조의 반도체 발광 소자(8a)를 제조한다.
이 반도체 발광 소자(8a)의 제조는, 종래 공지된 방법으로 행하면 된다. 예를 들어, 사파이어(C면)를 포함하는 지지 기판(41) 상에 MOVPE(Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy) 반응 장치에서, n형 반도체층(42a), 활성층(42b), p형 반도체층(42c)을 구성하는 각각의 질화물 반도체를 순차 성장시킨다(질화물 반도체의 각 층을 성장시킨 기판을, 적절히 웨이퍼라고 함). 이어서, 레지스트 마스크를 형성해서 에칭을 행하고, 레지스트를 제거하고, 그 후, 반사 전극(또는 투명 전극)(45), 커버 전극(46)을 구성하는 막을 스퍼터링으로 성막한다. 또한, 레지스트 마스크를 형성해서 에칭을 행하고, 레지스트를 제거하고, 그 후, p측 전극(44) 및 n측 전극(43)을 스퍼터링으로 설치한다. 그리고, 보호막(47)을 스퍼터링으로 성막하고, 레지스트 마스크를 형성해서 에칭을 행하고, 레지스트를 제거한다. 또한 에칭에 의해 p측 전극(44) 및 n측 전극(43)을 노출시킨다. 그리고, 다이싱 등에 의해 웨이퍼를 개편화한다.
(배열 공정)
배열 공정(S42)은, 반도체 발광 소자(8)를 평판 형상의 지그에 소정의 간격을 두고 배열하는 공정이다.
배열 공정(S42)에서, 도 29의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자 제조 공정(S41)에서 제조한 반도체 발광 소자(8)를, 전극(43, 44)면을 하측으로 해서, 소정의 간격을 두고 점착 시트(도시 생략)가 부착된 지그(50) 위에 배열한다. 그 때, 전극(43, 44)에 예를 들어 도시하지 않은 범프 등을 설치하여 높이를 조정해도 된다. 지그(50) 위에 배열된 반도체 발광 소자(8)는 점착 시트에 의해 지그(50)에 부착되어, 그 위치가 유지된다.
또한, 배열 공정(S42)에서, 반도체 발광 소자(8)를 예를 들어 콜릿을 사용해서 1개씩 반도체 발광 소자(8)를 흡착하여, 지그(50) 위에 배열할 수 있다.
여기서, 지그(50)는 반도체 발광 소자(8)의 배열을 유지하는 판 형상의 부재이다. 지그(50)로는, 강성을 갖는 세라믹스, 유리, 금속, 플라스틱 등의 판 형상 부재를 사용할 수 있다.
(도전체층 형성 공정)
도전체층 형성 공정(S43)은, 배열 공정(S42)과 형광체층 형성 공정(S44)의 사이에, 반도체 발광 소자(8)의 표면에 금속을 포함하는 도전체층(6)을 형성하는 공정이다.
도전체층 형성 공정(S43)에서, 도 29의 (b)에 도시한 바와 같이, 지그(50)에 배치된 반도체 발광 소자(8)의 상면 및 측면이 피복되도록, 지그(50) 및 반도체 발광 소자(8)의 표면에 도전체 재료(금속 재료)를 포함하는 도전체층(6)을 형성한다. 도전체층(6)으로는, 후속 공정인 도전체층 투명화 공정(S45)에서 투명화할 수 있는 재료로서, 예를 들어, Al을 사용할 수 있다. 도전체층(6)은 예를 들어 스퍼터링법, 증착법, 도금법 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 도전체 재료로서, ITO, ZnO 등의 상기한 투광성을 갖는 재료를 사용하고, 도전체층(6)을 예를 들어 스퍼터링법이나 증착법 등의 물리적 방법, 또는 스프레이법이나 CVD(화학 기상 성장)법 등의 화학적 방법 등에 의해 형성할 수 있다. 또한, 도전체층(6)을 투광성 재료를 사용해서 형성한 경우에는, 도전체층 투명화 공정(S45)을 생략할 수 있다.
또한, 반도체 발광 소자(8)의 지지 기판(41)을 박리함으로써, 도전성 에피택셜층에 의해 도전성을 부여할 수도 있다.
(형광체층 형성 공정(무기 입자층 형성 공정))
형광체층 형성 공정(S44)은, 반도체 발광 소자(8)의 표면에, 반도체 발광 소자(8)가 발광하는 제1 색의 광을 흡수하여, 제1 색과는 다른 제2 색의 광을 발광하는 무기 재료를 포함하는 색 변환 부재(무기 형광체(31))의 입자를 함유하는 응집체(입자층(34))를 형성하는 공정이다.
형광체층 형성 공정(S44)에서, 도 29의 (c)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)을 한쪽 전극으로 해서, 전기 침착(전착)법 또는 정전 도장법에 의해, 반도체 발광 소자(8)의 표면(상면 및 측면)에, 도전체층(6)을 개재하여 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성한다.
또한, 반도체 발광 소자(8)가 절연체라도, 도전체인 금속을 도전체층(6)으로서 사용함으로써 도전체층(6)을 전극으로 해서, 전기 침착법이나 정전 도장법에 의해 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 형성할 수 있다.
또한, 형광체층 형성 공정(S44)은, 도 13에 나타낸 제4 실시 형태에서의 형광체층 형성 공정(S21)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(도전체층 투명화 공정)
도전체층 투명화 공정(S45)은, 형광체층 형성 공정(S44)과 피복층 형성 공정(S46)의 사이에서, 도전체층(6)의 금속을 산화하여 투명화하는 공정이다.
도전체층 투명화 공정(S45)에서, 도 29의 (d)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)을 투명화하여, 투광성층(5)으로 변화시킨다.
또한, 도전체층 투명화 공정(S45)은, 도 13에 나타낸 제4 실시 형태에서의 도전체층 투명화 공정(S22)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(피복층 형성 공정)
피복층 형성 공정(S46)은, 반도체 발광 소자(8)의 표면 및 색 변환 부재(무기 형광체(31))의 입자의 표면을 연속적으로 피복하는 무기 재료를 포함하는 피복층(32)을 형성하는 공정이다.
피복층 형성 공정(S46)에서, 도 29의 (e)에 도시한 바와 같이, 형광체층 형성 공정(S44)에서 형성한 무기 형광체(31)의 입자층(34)을 피복하고, 입자끼리를 고착시키는 피복층(32)을 형성한다. 피복층 형성 공정(S46)에서, 피복층(32)은 ALD법이나 MOCVD법 등에 의해 형성할 수 있다. 무기 형광체(31)의 입자는 피복층(32)에 의해 피복됨과 함께, 무기 형광체(31)의 입자 및 투광성층(5), 및 무기 형광체(31)의 입자끼리가 고착되어 일체화된 발광 장치가 얻어진다.
또한, 피복층 형성 공정(S46)은, 도 13에 나타낸 제4 실시 형태에서의 피복층 형성 공정(S23)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(최종 개편화 공정)
최종 개편화 공정(S47)은, 피복층(32)이 형성된 반도체 발광 소자(8)를 개편화하는 공정이다.
도 29의 (f)에 도시한 바와 같이, 여기서는, 다이싱이나 연마 등에 의해, 지그(50) 상의 피복층(32)을 형성한 반도체 발광 소자(8)가 적재되지 않은 부위, 즉, 피복층(32)을 형성한 반도체 발광 소자(8)끼리의 사이의 투광성층(5) 및 형광체층(3)을 제거한다. 또한, 피복층(32)을 형성한 반도체 발광 소자(8)를 지그(50)로부터 박리한다.
또한, 도 29에서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위하여 형광체층(3), 투광성층(5), 도전체층(6)을 두껍게 기재하고 있기 때문에, 도 29의 (e)에서 피복층(32)은 반도체 발광 소자(8)의 측면의 일부를 덮는 형태로 되어 있다. 그러나, 실제는 형광체층(3)의 막 두께를 조정함으로써, 반도체 발광 소자(8)의 측면의 거의 모두를 피복층(32)으로 덮도록 할 수도 있다.
또한, 피복층(32)을 형성하기 전에 반도체 발광 소자(8)끼리의 사이의 투광성층(5)을 제거하거나, 피복층(32)을 형성한 후, 반도체 발광 소자(8)끼리의 사이의 투광성층(5) 및 형광체층(3)을 제거한 후에, 반도체 발광 소자(2)의 측면 전체에 피복층(32)을 형성시켜도 된다. 따라서, 도 29의 (f) 내지 (h)에서는, 편의상, 반도체 발광 소자(8)의 측면 전체에 피복층(32)이 형성된 상태를 도시하고 있다. 또한, 형광체층(3)을 형성하는 경우도 마찬가지로, 형광체층(3)을 형성하기 전에 도전체층(6)을 제거하여 반도체 발광 소자(8)의 측면 전체에 형광체층(3)을 형성시키도록 해도 된다.
그리고, 도 29의 (g)에 도시한 바와 같이, 이와 같이 하여 제조된 발광 장치(10E)는, 패키지(15)의 오목부(15a) 내에 설치된다. 패키지(15)는 발광 장치(10E)를 실장하기 위한 실장 기판이다. 패키지(15)는 발광 장치(10E)를 실장하는 오목부(15a)를 가지며, 오목부(15a)의 상방이 개구되어 있다.
여기서, 반도체 발광 소자(8)가 페이스 다운 실장하는 FD 소자인 경우, 도 29의 (g)에 도시한 바와 같이, 전극(43, 44)이 도전 부재(73, 74) 상에 실장된다. 한편, 페이스 업 실장하는 FU 소자인 경우, 도 29의 (h)에 도시한 바와 같이, 전극(43, 44)은 위를 향하고, 지지 기판(41)측이 도전 부재(73) 상에 실장된다. 그리고, 전극(43, 44)과 도전 부재(73, 74)가 와이어(80, 80)에 의해 접속된다.
이 발광 장치(10E)의 실장 방법은, 접합 부재로서 땜납 페이스트를 사용한 실장이나, 땜납 등을 사용한 범프에 의한 실장이 사용된다.
(제2 제조 방법)
제2 제조 방법은, 도 27에 나타낸 제15 실시 형태에 따른 발광 장치(10E)의 다른 제조 방법이며, 도 7에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자 제조 공정(S51)과, 배열 공정(S52)과, 도전체층 형성 공정(S53)과, 중도 개편화 공정(S54)과, 예비 실장 공정(S55)과, 형광체층 형성 공정(S56)과, 도전체층 투명화 공정(S57)과, 피복층 형성 공정(S58)과, 최종 개편화 공정(S59)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
또한, 여기에서는, 복수의 발광 장치(10E)를 제조하는 것을 전제로 하고, 배열 공정(S52), 최종 개편화 공정(S59)을 포함하는 것으로서 설명한다. 또한, 제1 제조 방법과 마찬가지로, 제조 방법의 조건에 따라서는, 도전체층 형성 공정(S53), 도전체층 투명화 공정(S57)은 포함하지 않는 것이어도 된다.
이하, 도 31을 참조(적절히 도 26 내지 도 27, 도 30 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(반도체 발광 소자 제조 공정)
제2 제조 방법에서의 반도체 발광 소자 제조 공정(S51)은, 제1 제조 방법에서의 반도체 발광 소자 제조 공정(S41)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(배열 공정)
도 31의 (a)에 도시한 바와 같이, 제2 제조 방법에서의 배열 공정(S52)은, 제1 제조 방법에서의 배열 공정(S42)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(도전체층 형성 공정)
도 31의 (b)에 도시한 바와 같이, 제2 제조 방법에서의 도전체층 형성 공정(S53)은, 제1 제조 방법에서의 도전체층 형성 공정(S43)과 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
(중도 개편화 공정)
중도 개편화 공정(S54)은, 도전체층(6)이 형성된 반도체 발광 소자(8)를 개편화하는 공정이다.
중도 개편화 공정(S54)에서, 여기에서는, 다이싱이나 연마 등에 의해, 지그(50) 상의 도전체층(6)을 형성한 반도체 발광 소자(8)가 적재되어 있지 않은 부위, 즉, 도전체층(6)을 형성한 반도체 발광 소자(8)끼리의 사이의 도전체층(6)을 제거한다. 또한, 도전체층(6)을 형성한 반도체 발광 소자(8)를 지그(50)로부터 박리한다.
(예비 실장 공정)
예비 실장 공정(S55)은, 반도체 발광 소자(8)를 평판 형상의 절연성 기판(60)에 소정의 간격을 두고 실장하는 공정이다.
예비 실장 공정(S55)에서, 도 31의 (c)에 도시한 바와 같이, 도전체층(6)이 형성된 반도체 발광 소자(8)를 전극(43, 44)면을 하측으로 해서, 소정의 간격을 두고, 절연성 기판(60)에 부착된 도전 부재(71, 72)를 개재하여 절연성 기판(60) 상에 배열하여 실장한다. 절연성 기판(60) 상에 실장된 반도체 발광 소자(8)는 도전 부재(71, 72) 상에 적재되어, 그 위치가 유지된다.
이 반도체 발광 소자(8)의 실장 방법은, 접합 부재로서 땜납 페이스트를 사용한 실장이나, 땜납 등을 사용한 범프에 의한 실장이 사용된다.
또한, 예비 실장 공정(S55)에서, 반도체 발광 소자(8)를 예를 들어 콜릿을 사용해서 1개씩 반도체 발광 소자(8)를 흡착하여, 절연성 기판(60) 상에 실장할 수 있다.
여기서, 절연성 기판(60)은 후기하는 패키지(15)에 실장한 후, 전원과 전극을 전기적으로 접속하기 위한 판 형상의 부재이다. 즉, 절연성 기판(60)은 이 내부나 측면 등을 통해, 후기하는 패키지(15)에 실장한 후, 예를 들어 도선 등의 도전성의 부재에 의해, 도전 부재(73)와 도전 부재(71) 및 도전 부재(74)와 도전 부재(72)를 전기적으로 접속한다. 또는 와이어 본딩에 의해 이것들을 도통시켜도 된다. 단, 도통시키는 방법은 이것들에 한정하는 것이 아니며, 어떠한 것이어도 된다. 절연성 기판(60)은 세라믹 등의 판 형상 부재를 사용할 수 있다.
(형광체층 형성 공정(무기 입자층 형성 공정))
도 31의 (d)에 도시한 바와 같이, 제2 제조 방법에서의 형광체층 형성 공정(S56)은, 제1 제조 방법에서의 형광체층 형성 공정(S44)과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
(도전체층 투명화 공정)
도 31의 (e)에 도시한 바와 같이, 제2 제조 방법에서의 도전체층 투명화 공정(S57)은, 제1 제조 방법에서의 도전체층 투명화 공정(S45)과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
(피복층 형성 공정)
도 31의 (f)에 도시한 바와 같이, 제2 제조 방법에서의 피복층 형성 공정(S58)은, 제1 제조 방법에서의 피복층 형성 공정(S46)과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다.
또한, 절연성 기판(60) 상의 피복층(32)을 형성한 반도체 발광 소자(8)가 적재되어 있지 않은 부위, 즉, 피복층(32)을 형성한 반도체 발광 소자(8)끼리의 사이의 피복층(32)을 에칭 등으로 제거하거나, 마스킹을 실시하여 피복층(32)이 형성되지 않도록 해도 된다.
(최종 개편화 공정)
최종 개편화 공정은, 피복층(32)이 형성된 반도체 발광 소자(8)를 개편화하는 공정이다.
도 31의 (g)에 도시한 바와 같이, 여기서는, 다이싱 등에 의해 절연성 기판(60)을 절단하여 피복층(32)이 형성된 반도체 발광 소자(8)를 개편화한다. 이상의 공정에 의해, 도 27에 나타낸 발광 장치(10E)를 제조할 수 있다.
그리고, 도 31의 (h)에 도시한 바와 같이, 이와 같이 하여 제조된 발광 장치(10E)는, 도전 부재(71, 72) 및 절연성 기판(60)과 일체가 되어 패키지(15)의 오목부(15a) 내에 설치된다. 이때, 발광 장치(10E)는, 패키지(15)의 오목부(15a) 내의 저부에 설치된 도전 부재(73, 74) 상에 도전 부재(71, 72) 및 절연성 기판(60)을 개재하여 실장된다. 또한, 도전 부재(73)와 도전 부재(71) 및 도전 부재(74)와 도전 부재(72)는, 예를 들어 도선 등의 도전성의 부재에 의해, 절연성 기판(60)의 내부나 측면 등을 통해 전기적으로 접속된다. 또는 와이어 본딩에 의해 이것들을 도통시킨다. 단, 도통시키는 방법은 이것들에 한정하는 것은 아니며, 어떠한 것이어도 좋다.
이 발광 장치(10E)의 실장 방법은, 접합 부재로서 땜납 페이스트를 사용한 실장이나, 땜납 등을 사용한 범프에 의한 실장이 사용된다.
(제3 제조 방법)
제3 제조 방법은, 도 25에 나타낸 제14 실시 형태에 따른 발광 장치(10D)의 제조 방법이며, 도 32에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자 제조 공정(S61)과, 예비 실장 공정(S62)과, 형광체층 형성 공정(S63)과, 피복층 형성 공정(S64)과, 최종 개편화 공정(S65)을 포함하며, 이 순서대로 행해진다.
또한, 여기에서는, 복수의 발광 장치(10D)를 제조하는 것을 전제로 하고, 예비 실장 공정(S62), 최종 개편화 공정(S65)을 포함하는 것으로서 설명한다.
이하, 도 33을 참조(적절히 도 25 내지 도 26, 도 32 참조)하여, 각 공정에 대해 상세하게 설명한다.
(반도체 발광 소자 제조 공정)
반도체 발광 소자 제조 공정(S61)은, 반도체 발광 소자(2)를 제조하는 공정이다. 이 공정에 의해, 도 26의 (b)에 나타내는 구조의 반도체 발광 소자(8b)를 제조한다.
이 반도체 발광 소자(8b)의 제조는, 종래 공지된 방법으로 행하면 된다. 예를 들어, 사파이어(C면)를 포함하는 기판(도시하지 않음) 상에 MOVPE 반응 장치로, n형 반도체층(42a), 활성층(42b), p형 반도체층(42c)을 구성하는 각각의 질화물 반도체를 순차 성장시킨다. 계속해서, 반사 전극(Ag)(45) 및 전류 협착(유전체)(48)을 스퍼터링으로 설치한다. 그 후, 웨이퍼 접합층(49)을 스퍼터링으로 성막하고, Si 등의 도전성을 가진 지지 기판(41)에, 열 압착 등의 방법으로 접합한다. 다음으로 사파이어측에서 레이저를 비추는 레이저 리프트 오프(LLO)법에 의해 사파이어 기판을 박리한다. 계속해서, 레지스트 마스크를 형성하여 반도체층의 패터닝을 행하고, 레지스트를 제거하고, 그 후, 스퍼터링으로 n측 전극(43)을 설치한다. 그리고, 보호막(47)을 스퍼터링으로 성막하고, 레지스트 마스크를 형성해서 에칭을 행하고, 레지스트를 제거하여, n측 전극(13)을 노출시킨다. 한편, 지지 기판(41)의 이면에는, p측 전극(44)을 스퍼터링으로 설치한다.
(예비 실장 공정)
예비 실장 공정(S62)은, 반도체 발광 소자(8)를 평판 형상의 절연성 기판(60)에 소정의 간격을 두고 배열하는 공정이다.
예비 실장 공정(S62)에서, 도 33의 (a)에 도시한 바와 같이, 반도체 발광 소자(8)를 p측 전극(44)면을 하측으로 해서, 소정의 간격을 두고, 절연성 기판(60)에 부착된 도전 부재(71)를 개재하여 절연성 기판(60) 상에 배열하여 실장한다. 절연성 기판(60) 상에 실장된 반도체 발광 소자(8)는 도전 부재(71) 상에 적재되어, 그 위치가 유지된다.
이 반도체 발광 소자(8)의 실장 방법은, 접합 부재로서 땜납 페이스트를 사용한 실장이나, 땜납 등을 사용한 범프에 의한 실장이 사용된다.
한편, n측 전극(43)과, 절연성 기판(60) 상에 설치된 도전 부재(72)를 와이어(80)에 의해 접속한다.
이러한 수직 구조형의 반도체 발광 소자(8b)에서는, p측 전극(44)과 n측 전극(43)이 와이어(80)를 통해 전기적으로 접속되어 있음으로써, 반도체 발광 소자(8b)의 측면 및 상면이 도통하고 있기 때문에, 도전체층을 형성하지 않고 전착이 가능하다.
(형광체층 형성 공정(무기 입자층 형성 공정))
도 33의 (b)에 도시한 바와 같이, 제3 제조 방법에서의 형광체층 형성 공정(S63)은, 제1 제조 방법에서의 형광체층 형성 공정(S44)과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 여기에서는, 와이어(80)의 표면에도 입자층(34)이 형성된다. 또한, 반도체층 전체가 전착 또는 정전 도장에서의 전극으로서 기능하기 때문에, 반도체층의 노출면에 입자층(34)이 형성된다.
(피복층 형성 공정)
도 33의 (c)에 도시한 바와 같이, 제3 제조 방법에서의 피복층 형성 공정(S64)은, 제1 제조 방법에서의 피복층 형성 공정(S46)과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 여기에서는, 와이어(80)의 표면에도 피복층(32)이 형성된다.
(최종 개편화 공정)
도 33의 (d)에 도시한 바와 같이, 제3 제조 방법에서의 최종 개편화 공정(S65)은, 제2 제조 방법에서의 최종 개편화 공정(S59)과 마찬가지이므로, 상세한 설명은 생략한다. 또한, 여기에서는, 와이어(80)를 구비한 상태에서 개편화한다. 이상의 공정에 의해, 도 25에 나타낸 발광 장치(10D)를 제조할 수 있다. 또한, 도 25에서는, 와이어의 도시는 생략하고 있다.
그리고, 도 33의 (e)에 도시한 바와 같이, 이와 같이 하여 제조된 발광 장치(10D)는, 도전 부재(71, 72) 및 절연성 기판(60)과 일체가 되어 패키지(15)의 오목부(15a) 내에 설치된다. 이때, 발광 장치(10D)는, 패키지(15)의 오목부(15a) 내의 저부에 설치된 도전 부재(73, 74) 상에 도전 부재(71, 72) 및 절연성 기판(60)을 개재하여 실장된다. 또한, 도전 부재(73)와 도전 부재(71) 및 도전 부재(74)와 도전 부재(72)는, 예를 들어 도선 등의 도전성의 부재에 의해, 절연성 기판(60)의 내부나 측면 등을 통해 전기적으로 접속된다. 또는 와이어 본딩에 의해 이것들을 도통시킨다. 단, 도통시키는 방법은 이것들에 한정하는 것은 아니며, 어떠한 것이어도 좋다.
이 발광 장치(10D)의 실장 방법은, 접합 부재로서 땜납 페이스트를 사용한 실장이나, 땜납 등을 사용한 범프에 의한 실장이 사용된다.
이상, 본 발명의 제14 실시 형태 및 제15 실시 형태에 따른 발광 장치 및 발광 장치의 제조 방법에 대해 설명했지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 이하, 도 34의 (a), (b)를 참조하여, 그 밖의 변형예에 대하여 설명한다.
도 34의 (a)에 도시한 바와 같이, 발광 장치(10F)는, 형광체층(3)을 덮도록 보호층(9)이 형성되어 있다. 보호층(9)은 투명층이며, SiO2 등이 산화막을 포함한다.
이러한 구성으로 함으로써, 형광체층(3)의 강도 향상과 광 취출 향상을 도모하는 것이 가능하게 된다. 또한, 제조된 반도체 발광 소자(8)는 한층 더 소편화에 의해 최종 형상이 형성되기 때문에, 그 분단 가공에 견딜 수 있는 강도가 필요해진다. 그리고, 반도체 발광 소자(8)는 분단 가공 후에 다른 부재와 접합되어 사용된다. 그때, 표면의 평탄도가 접합에 영향을 미칠 것으로 예측되며, 보호층(9)의 형성에 의해 평탄화를 도모할 수 있다. 또한, 한층 더 평탄화가 필요한 경우에 연마, 연삭, CMP에 의해, 가공층에도 사용할 수 있다.
이어서, 이 보호층(9)을 형성하는 보호층 형성 공정에 대하여 설명한다.
보호층 형성 공정은, 피복층 형성 공정 후, 최종 개편화 공정 전에, 반도체 발광 소자(8)의 표면 및 색 변환 부재(무기 형광체(31))의 입자의 표면을 연속적으로 피복하는 무기 재료를 포함하는 피복층(32)의 상부에 산화막을 포함하는 보호층(9)을 형성하는 공정이다.
보호층 형성 공정은 도 34의 (a)에 도시한 바와 같이, 무기 형광체(31), 피복층(32)을 덮도록 형성한다. 보호층(9)은 CVD법, 대기압 플라즈마 성막법, 스퍼터링법 등에 의해 형성할 수 있다. 이에 의해, 형광체층(3)의 요철을 저감할 수 있고, 또한 무기 형광체(31), 피복층(32)을 포함하는 형성체의 고착화를 향상시킬 수 있다.
상기에서 예로 든 성막 방법은 성막 재료의 피복률이 낮은 상태에서 형성할 수 있다. 이로 인해, 최표면의 요철을 저감할 수 있을 뿐 아니라, 최표면 근방의 공극을 막을 수도 있다. 나아가, 보다 평탄한 표면이 접합 등으로 필요한 경우, 형광체층(3)을 가공하지 않고, 보호층(9)을 연삭, 연마, CMP 등으로 가공함으로써 가능하게 된다.
(CVD법에 의한 보호층 형성 공정)
CVD법을 사용한 경우의 보호층 형성 공정에 대하여 설명한다. CVD법의 공정은 진공 배기, 플라즈마 처리, 퍼지 공정을 포함한다. 진공 배기는 10Pa 정도까지 행한다. 그리고 진공도 도달 후, 200℃까지 고온 보관한다. 이어서, TEOS, 산소를 도입하여, 플라즈마 발생, 2㎛ 단위로 형성해서 박리와 잔류 응력의 완화를 행한다. 막 두께는 16㎛간으로 형성한다. 그 후, 대기압으로 복귀시켜 취출한다.
또한, 도 34의 (b)에 도시한 바와 같이, 무기 형광체(31)의 표면에, 피복층과 굴절률이 상이한 필러 입자(35)를 형성하고, 이 필러 입자(35)의 표면에 피복층(32)을 형성한 발광 장치(10G)로 해도 좋다. 필러 입자(35)로는, 상기한 무기 필러를 들 수 있다.
무기 형광체(31)의 형성 후, 피복층(32)의 형성 전에 무기 형광체(31)의 표면에 피복층(32)과 굴절률이 상이한 필러 입자(35)를 배치하고, 그 후, 피복층(32)을 형성함으로써, 광의 확산 및 취출의 효율을 높일 수 있다. 예를 들어, 피복층(32)이 Al2O3인 경우, SiO2 또는 TiO2 입자 등을 무기 형광체(31)의 최표면에 배치하고, 그 후 피복층(32)을 형성한다. 필러 입자(35)는 예를 들어 상기한 전기 침착법, 정전 도장법, 펄스 스프레이법 또는 원심 침강법, 또는 이들 방법의 조합에 의해 형성할 수 있다.
또한, 이들 변형예에서도, 반도체 발광 소자(8)의 표면에 투광성층(5)(도 27 참조)이 설치되어 있어도 된다.
[발광 장치의 동작]
이어서, 도 25, 도 27을 참조하여, 발광 장치(10D, 10E)의 동작에 대해 설명한다.
또한, 본 실시 형태에서는, 광원으로서, 청색광을 발광하는 반도체 발광 소자(8)를 사용한 경우에 대해 설명한다. 또한, 색 변환용 성형체로서, 청색광을 황색광으로 변환하는 무기 형광체(31)를 갖는 발광 장치(10D, 10E)를 사용하는 것으로 한다.
반도체 발광 소자(8)로부터 출사된 청색의 광은, 형광체층(3)의 공극(33)(도 1의 (b) 참조)에 의해 산란되면서 형광체층(3) 내를 전파하여, 발광 장치(10D, 10E)로부터 출력광으로서 출력된다.
형광체층(3)에 입사한 청색광은, 형광체층(3)을 투과하여 출사될 때까지의 동안에, 일부가 무기 형광체(31)에 의해 흡수된다. 무기 형광체(31)는 흡수한 청색광에 의해 여기되어 황색광을 방출(발광)한다. 즉, 무기 형광체(31)는 청색광을 황색광으로 색 변환한다.
무기 형광체(31)로부터 발광하는 황색광 및 무기 형광체(31)에 흡수되지 않고 형광체층(3)을 투과한 청색광은, 발광 장치(10D, 10E)의 측면 및 상방의 면으로부터 투과광으로서 출사된다. 이때, 투과광에는, 형광체층(3)에서 색 변환된 황색광과, 색 변환되지 않은 청색광이 포함되고, 투과광은, 이들 광이 혼색된 색으로 된다. 청색광과 황색광이 적당한 비율이 되도록 형광체층(3)에서의 무기 형광체(31)의 막 두께나, 공극(33)(도 1의 (b) 참조)의 비율을 조정함으로써, 발광 장치(10D, 10E)의 출력광을 백색광으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 백색광에 한정되는 것은 아니라, 반도체 발광 소자(8)로부터 출사되는 광의 전부를 황색광으로 색 변환하여, 황색광으로서 출력하도록 구성할 수도 있다. 또한, 예를 들어 녹색이나 적색 등으로 색 변환하는 무기 형광체(31)를 사용하도록 구성해도 된다. 또한, 복수 종류의 무기 형광체(31)를 적층, 또는 혼합하여 형광체층(3)을 형성함으로써, 다양한 색으로 변환하여 출력하도록 구성할 수도 있다.
또한, 발광 장치(10F, 10G)에서도, 보호층(9), 필러 입자(35)가 있는 것 이외에는, 발광 장치(10D, 10E)와 마찬가지이다.
이상과 같이, 본 발명의 제14 실시 형태, 제15 실시 형태 및 이것들의 변형예에 관한 발광 장치는, 반도체 발광 소자의 표면을 무기 재료로 피복함으로써, 고전류, 고온하에서도 열화가 적은 발광 장치로 할 수 있다. 또한, 저전류, 정온하에서는 열화되기 쉬운 무기 형광체를 선택하는 것이 가능하게 되어, 출력 변화를 억제할 수 있다. 또한 반도체 발광 소자에 직접 원자층 체적법을 실시함으로써, 에피택셜층의 데미지나 다이스 분단면의 전극층이나 드러난 각 층을 보호하는 것도 가능하게 된다.
또한, 무기 재료로 피복함으로써, 무기 형광체간을 수지로 접착시키고 있는 경우와 달리, 재료의 선팽창 계수가 작기 때문에, 팽창 수축이나 접착의 변화에 의한 발광 장치의 발광색의 변화를 억제하는 것이 가능하다.
[실시예]
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
<실시예 1>
실시예 1로서, 도 6에 나타낸 제2 실시 형태에 따른 무기 성형체(1B)의 제작 예에 대해 설명한다.
(반사층 형성 공정)
우선, 구리제의 판 형상의 기판을 경면 가공하고, 그 위에 Ag를 도금하여 반사층을 형성한다.
(마스킹 공정)
이어서, 기판의 하면 및 측면을, 폴리이미드 테이프를 사용하여 피복한다. 즉, 무기 형광체의 입자를 적층하는 상면을 제외하고 마스킹을 실시하여, 상면만 노출시킨다.
(형광체층 형성 공정)
이어서, 마스킹된 기판을, 무기 형광체로서 F.S.S.S.No법에 의한 평균 입경이 7㎛인 CASN의 입자를 분산시킨 약 25℃의 전착조에 대향 전극과 함께 침지시켜, 전기 영동법에 의해 무기 형광체를 기판의 노출부에 전착시킨다. 전착조에는 무기 결착재로서 Mg 이온이 첨가되어 있고, 이것이 수산화마그네슘 및/또는 탄산마그네슘으로서 석출됨으로써 결착력이 얻어진다. 또한, 무기 형광체의 입자층의 두께는, 전극간에 통전하는 쿨롬량을 제어함으로써 30㎛의 두께로 제어한다.
세정·건조 후, 무기 형광체의 입자층이 적층된 금속판을 얻는다.
(피복층 형성 공정)
이어서, 이 금속판 상에 적층된 무기 형광체의 입자층을 피복하는 피복층으로서, ALD법에 의해 Al2O3층을 형성한다.
CASN 형광체의 입자층이 적층된 금속판을, ALD법에 의한 성막 장치인 ALD 장치의 반응 용기에 삽입한다.
약 150℃의 온도 조건에서, 원료인 H2O와 TMA를, 진공 퍼지를 끼워, 교대로 반응 용기에 도입한다. 원료를 교대로 도입하는 성막 공정의 기본 사이클을 반복하여, Al2O3층을 단분자씩 퇴적시켜, Al2O3층을 약 1㎛의 두께로 형성한다.
또한, 피복층 형성 공정의 상세에 대해서는 후기한다.
(마스킹 제거 공정)
마지막으로 마스킹테이프를 제거하고, Al2O3층으로 균일 코팅된 무기 형광체의 입자층이 적층된 무기 성형체를 얻는다.
이 무기 성형체는, 형광체층의 공극이 24.0%이어서, 금속 기판과 형광체층의 선팽창 계수에 차가 있지만 균열 등이 발생하는 것이 방지되어 있다.
이 금속판이 부착된 무기 성형체는, LD 광원에 의해 여기되는, 프로젝터나 자동차용의 헤드라이트의 광원에 사용할 수 있다.
본 실시예에서 제작된 무기 성형체는, 프로세스 중의 최고 온도가 150℃이며, 무기 형광체로서 질화물 형광체인 CASN 형광체를 사용해도, CASN 형광체는 열화되지 않았다. 또한, 형광체층이, 통상의 소결형 세라믹스로는 가공이 곤란한 100㎛ 이하의 두께인 30㎛로 형성되고, 또한 직접 금속과 접하고 있다. 이로 인해, 형광체의 여기에 의해 발생하는 스토크스 손실에 의한 발열을 효율적으로 방열할 수 있어, 온도 상승에 의한 형광체의 색 변환 효율의 저하가 억제된다.
또한, 형광체층의 표면은 무기 형광체의 입자의 입경에 기인하는 요철이 형성되고, 무기 성형체의 내부에는 적절하게 공극이 형성된다. 또한, ALD법에 의해 치밀한 막이 형성된다.
[피복층 형성 공정]
실시예 1의 ALD법에 의한 피복층 형성 공정에 대해서, 더욱 상세하게 설명한다.
또한, 본 실시예에서의 ALD 장치의 반응 용기의 내경은 φ300mm이며, 시료의 두께는 6mm이다.
(프리베이크 공정)
우선, 반사층을 갖는 기판상에 무기 형광체의 입자층이 형성된 시료를 오븐에 넣고, 120℃에서 2시간 가열하여 시료 중의 수분을 증발시킨다.
(시료 설치 공정)
이어서, ALD 장치의 반응 용기 내에 시료를 설치하고, 반응 용기의 덮개를 닫는다.
(성막 전 보관 공정)
이어서, 로터리 펌프를 사용하여, 반응 용기 내를 저압 상태로 한다. 반응 용기 내의 압력 설정은, 10torr(13332Pa)로 한다. 또한, 반응 용기 내에 질소 가스류를 도입한다. 질소 가스의 유량은 20sccm(33×10-3Pa·m3/s)으로 하고, 안정화 및 최종적인 수분 제거를 위해서 이 상태를 약 60분간 유지한다.
또한, 반응 용기의 온도는 150℃로 하고, 이후의 성막 중에는 이 온도를 유지한다.
(제1 원료 공급 공정)
반응 용기 내에, 제1 원료로서 H2O를 0.015초간 도입한다.
시료와 H2O를 반응시키기 위해서, 반응 용기와 진공 라인을 접속하는 밸브인 스톱 밸브를 폐쇄하고, 시료를 H2O에 15초간 폭로시킨다.
(제1 배기 공정)
스톱 밸브를 열어, 질소 가스류로 반응 용기 내로부터 미반응된 H2O 및 부생성물을 60초간 배기한다.
(제2 원료 공급 공정)
반응 용기 내에, 제2 원료로서 TMA를 0.015초간 도입한다.
시료와 TMA를 반응시키기 위해서, 반응 용기의 스톱 밸브를 폐쇄하고, 시료를 TMA에 15초간 폭로시킨다.
(제2 배기 공정)
스톱 밸브를 열어, 질소 가스류로 반응 용기 내로부터 미반응된 TMA 및 부생성물을 60초간 배기한다.
상기한 제1 원료 공급 공정부터 제2 배기 공정까지를 1 사이클로 하고, 원하는 두께의 Al2O3막이 되도록 이 사이클을 반복한다. 본 실시예에서는, 6000 사이클로 두께 약 1㎛의 Al2O3막이 형성된다.
성막 완료 후에 스톱 밸브를 폐쇄하여, 질소 가스류를 유량 100sccm(169×10-3Pa·m3/s)으로 하고, 반응 용기 내의 압력을 상압으로 하고나서 시료를 취출한다.
이상의 수순에 의해, 피복층으로서 Al2O3막이 형성된다.
<실시예 2>
실시예 2로서, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)의 제작 예에 대하여 설명한다. 또한, 본 실시예는, 도 24의 (a)에 나타낸 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)의 실시예이기도 하다.
기판으로서 LAG 형광체를 함유한 세라믹스 소결판을 사용한다. 이 기판은, LAG 형광체를 고압 성형하여 벌크체로 한 후, HIP(핫·아이소스태틱·프레스; 열간 등방압 프레스)로 고온 고압 소결시킨 벌크 소결체를, 슬라이스, 절삭, 연마한 약 100㎛의 두께의 기판이다.
(도전체층 형성 공정)
이 기판의 편면에 도전성을 갖게 하기 위해서, 스퍼터링법에 의해 약 0.1㎛의 두께의 Al층을 형성한다.
(형광체층 형성 공정)
그 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 무기 형광체로서 CASN 형광체를 사용하여, CASN 형광체의 입자층을, 도전체층인 Al층을 개재해서 기판상에 적층한다.
(도전체층 투명화 공정)
세정, 건조 후, Al층을 90℃의 열수로 처리하여, 도전체층인 Al층을 산화하여 Al2O3층으로 함으로써, 도전체층을 투명화한다.
(피복층 형성 공정)
건조 후, ALD법에 의해, 피복층으로서 약 3㎛의 두께의 SiO2층을 형성한다.
또한, ALD법에 의한 성막의 제1 원료로서 TTBS(Tris(tert-Buthoxy)Silanol)를 사용하고, 제2 원료로서 TMA를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지의 수순으로 SiO2층을 형성한다.
이상의 수순에 의해, 피복층으로서 SiO2층으로 피복된 CASN 형광체의 입자층이 적층된 LAG 형광체판이라는 구성의 색 변환 무기 성형체를 얻을 수 있다. 본 실시예의 무기 성형체는, LAG 형광체판측 및 CASN 형광체측의 어느 면으로부터도 LED/LD에 장착해서 색 변환용 성형 부재로서 사용할 수 있다. 또한, 프로세스 중의 최고 온도는 150℃ 이하이기 때문에, 무기 형광체로서 CASN과 같이 열에 약한 질화물 형광체도 이용할 수 있다.
<실시예 3>
실시예 3으로서, 도 12에 나타낸 제4 실시 형태에 따른 무기 성형체(1D)의 다른 제조예에 대해 설명한다.
기판으로서 고방열성의 AlN판을 사용한다. 이 기판의 편면에 ITO를 포함하는 도전체층을 형성한다. 이 기판에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 불화물 형광체의 입자층을 적층한다. 세정, 건조 후, ALD법에 의해, 약 1㎛의 두께의 Al2O3층을 형성한다.
본 실시예에서의 도전체층은 투광성을 갖기 때문에, 도전체층 투명화 공정을 행하지 않고, 투과형의 색 변환용 성형 부재로서 사용하는 무기 성형체를 제작할 수 있다.
<실시예 4>
실시예 4로서, YAG계의 무기 형광체를 사용하고, 피복층으로서 ALD법에 의해 Al2O3층을 형성함으로써 제작한 무기 성형체에 대해, 형광체층의 단면을 촬영한 사진 화상으로부터, 화상 해석 방법에 의해 형광체층의 공극률을 측정하였다. 이하, 공극률을 측정하는 수순에 대하여 설명한다.
또한, 본 실시예에서 사용한 무기 형광체의 평균 입경은, F.S.S.S.No법에 의한 측정으로 3.6㎛이었다. 또한, 코울터 카운터를 사용하여 측정한 입도 분포로부터 구한 체적 분포에 의한 중심 입경은 6.2㎛이었다.
우선, 도 21에 도시한 바와 같이, 제작한 무기 성형체를 분할하여, 형광체층의 단면을 주사형 전자 현미경으로 촬영한다. 도 21에서, 입상의 덩어리의 얇은 회색 부분이 무기 형광체(31)이며, 입상의 덩어리의 외측 테두리부의 짙은 회색 부분이 피복층(32)이다.
또한, 도 21의 우측 하부에 표시되어 있는 눈금은, 1 눈금이 1㎛를 나타내고, 피복층(32)의 막 두께는 약 300nm이다.
이어서, 도 21에 나타낸 사진 화상으로부터 측정 대상으로 하는 영역 A를 잘라내어, 도 22에 도시한 바와 같이, 피복층(32)의 부분을 검게 칠한다.
이어서, 입자 해석 소프트를 사용하여, 검게 칠한 피복층(32)에 둘러싸인 영역을, 도 23에 도시한 바와 같이 검게 칠하고, 이 검게 칠한 영역을, 피복층(32)을 포함하는 무기 형광체의 영역(31+32)으로 한다. 여기서, 검게 칠한 영역 이외를 공극(33)으로 한다. 그리고, 검게 칠한 영역의 면적(화소수)을 영역 A의 면적(화소수)으로 나눔으로써, 피복층(32)을 포함하는 무기 형광체(31+32)의 함유율이 구해지고, 그 잔여 부분으로서 공극률이 구해진다.
본 실시예에서는, 무기 형광체의 함유율이 75.4%이었다. 따라서, 공극률은 24.6%이었다.
<실시예 5>
실시예 5로서, 도 8에 나타낸 제3 실시 형태에 따른 무기 성형체(1C)의 제작 예에 대하여 설명한다.
Cu제의 판 형상의 기판을 경면 가공하고, 그 위에 Ag를 도금하여 반사층을 형성한다. 또한, 기판인 Cu와 반사층인 Ag의 사이에는, 이것들의 금속간의 밀착성을 향상시키기 위한 밀착층으로서 Ni 도금을 실시하였다. 이어서, 스퍼터링법에 의해, SiO2층과 Nb2O5층을 교대로 적층한 유전체 다층막을 성막한다. 이어서, 전기 침착법의 전극이 되는 도전체층으로서 Al막을 성막한다.
그 후, 실시예 1과 마찬가지로, 전기 침착법에 의해, 도전체층을 개재하여 SCASN 형광체를 주체로 하는 무기 입자층을 형성한다. 그 후, 열수 처리를 실시하여, 도전체층인 Al막을 투명화한다. 그리고, ALD법에 의해 피복층을 형성한다.
이상의 공정에 의해, 기판상에, Ag를 포함하는 반사층과, 층수 40층이고 층 두께 3.5㎛인 무기 재료를 포함하는 유전체층과, 막 두께 40㎛인 무기 형광체층을 갖는 반사형의 무기 성형체를 얻는다.
제작된 무기 성형체는, Ag의 반사층에 의한 반사율의 향상뿐만 아니라, 유전체층에 의한 광 취출 효율 및 반사율이 향상하기 때문에, 유전체층이 없는 구성의 무기 성형체와 비교하여, 광의 이용 효율을 5% 높게 하는 것이 가능하게 된다.
<실시예 6>
실시예 6으로서, 도 24의 (a)에 나타낸 제10 실시 형태에 따른 무기 성형체(1F)의 다른 제조예에 대하여 설명한다.
기판으로서, 무기 형광체 Y3Al5O12:Ce를 80질량% 함유한 소결체를 사용한다.
이 소결체는, 이하의 방법으로 제조할 수 있다. 우선, 평균 입자 직경 10㎛인 무기 형광체 YAG의 입자 240g과 평균 입자 직경 2㎛인 알루미나 입자 60g을 균일하게 혼합하여, 고압 프레스기로 원기둥 형상의 벌크 성형체로 한다. 이 성형체를 방전 플라즈마 소결 로에서 진공 분위기하에서 1400℃~2000℃에서 1~60분 소성함으로써 벌크 소결체를 얻는다. 그 후 얻어진 벌크 소결체를, 어닐, 슬라이스, 절삭, 연마하여, 약 100㎛의 두께의 기판으로 한다.
이 기판의 편면에 ITO를 포함하는 도전체층을 형성한다. 이 기판에, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로, 미리 내수 처리된 평균 입자 직경 약 20㎛의 불화물 형광체 Li2SiF6:Mn의 입자층을 적층한다. 세정, 건조 후, ALD법에 의해 약 1㎛의 두께의 Al2O3층을 형성한다.
본 실시예에서의 도전체층은 투광성을 갖기 때문에, 도전체층 투명화 공정을 행하지 않고, 투과형의 색 변환용 성형 부재로서 사용하는 무기 성형체를 제작할 수 있다.
<실시예 7>
실시예 7은, 기판으로서, LAG 형광체를 함유한 유리 기판을 사용한다. 당해 유리 기판은, BaO, CaO, ZnO, SiO2, B203 및 Al203을 성분으로 하는 유리를 주성분으로 하고, 평균 입경이 10㎛ 정도인 LAG 형광체를 10~30wt% 함유하고 있다. 이 유리 기판의 제조 방법은 이하와 같다. LAG 형광체와 유리의 분말 입자를 혼합 성형하여, 진공 중에서 소결시켜서, 평판 형상의 LAG 형광체 함유 유리를 제작한 후, 연마하여, 두께 100㎛의 유리 기판을 얻는다. 이 유리 기판상에, 실시예 2와 마찬가지의 방법을 사용하여, SCASN 형광체의 입자층을 형성하고, 그 후, CVD법에 의해 투명 SiO2를 포함하는 피복층을 형성하여, 색 변환용 무기 성형체로 한다.
도통 배선한 세라믹스 기판상에 플립 칩 실장한 GaN계 발광 소자의 사파이어면 상에 무기 입자층측을 위로 하고, LAG 형광체 함유 유리측을 아래로 하고, 상기 색 변환용 무기 성형체를, 디메틸실리콘계 수지 접착제를 사용해서 실장하여, 엄버 색의 발광 장치인 LED를 얻는다.
비교예로서, LAG 형광체와 SCASN 형광체의 2종류의 형광체를, 상기 실시예 7과 동등한 함유량으로 혼합해서 소결하여, 형광체 함유 유리 기판을 제작한다. 그 후, 무기 입자층을 형성하지 않고, 상기와 마찬가지의 방법을 사용하여, 2종류의 형광체 함유 유리 기판을 실장한 엄버 색의 발광 장치인 LED를 얻는다.
본 발명의 색 변환용 무기 성형체를 갖는 엄버 색 LED는, 비교의 형광체 함유 유리 기판을 갖는 엄버 색 LED보다, 약 10~20% 발광 출력이 높은 것이었다. 이것은, 본 발명의 엄버 색 LED가 공극을 갖는 것, SCASN 형광체가 열에 의한 열화를 받지 않는 것 등이 요인으로서 생각된다.
<실시예 8>
이어서, 실시예 8로서, 도 27에 나타낸 제15 실시 형태에 따른 발광 장치(10E)의 제작 예에 대하여 설명한다.
(반도체 발광 소자 제조 공정 및 배열 공정)
상기 제1 제조 방법에서 설명한 방법에 의해, 도 26의 (a)에 나타내는 구조의 반도체 발광 소자를 제조한다. 이 반도체 발광 소자를, 평판 형상의 지그에 소정의 간격을 두고 배열한다.
(도전체층 형성 공정)
이 반도체 발광 소자의 표면에 도전성을 갖게 하기 위해서, 스퍼터링법에 의해 약 0.1㎛의 두께의 Al층을 형성한다.
(형광체층 형성 공정)
이어서, 무기 형광체로서 F.S.S.S.No법에 의한 평균 입경이 7㎛인 CASN의 입자를 분산시킨 약 25℃의 전착조에 대향 전극과 함께 침지시키고, 전기 영동법에 의해 무기 형광체를 반도체 발광 소자의 노출부에 전착시킨다. 전착조에는 무기 결착재로서 Mg 이온이 첨가되어 있으며, 이것이 수산화마그네슘 및/또는 탄산마그네슘으로서 석출됨으로써 결착력이 얻어진다. 또한, 무기 형광체의 입자층의 두께는, 전극간에 통전하는 쿨롬량을 제어함으로써 30㎛의 두께로 제어한다.
세정·건조 후, 무기 형광체의 입자층이 적층된 반도체 발광 소자를 얻는다.
(도전체층 투명화 공정)
세정, 건조 후, Al층을 90℃의 열수로 처리하여, 도전체층인 Al층을 산화해서 Al2O3층으로 함으로써, 도전체층을 투명화한다.
(피복층 형성 공정)
이어서, 반도체 발광 소자의 표면에 적층된 무기 형광체의 입자층을 피복하는 피복층으로서, ALD법에 의해 실시예 1과 마찬가지로 하여, 약 1㎛의 두께의 Al2O3층을 형성한다.
(최종 개편화 공정)
이어서, 피복층이 형성된 반도체 발광 소자를 개편화하는 지그(50) 상의 피복층(32)을 형성한 반도체 발광 소자(8)가 적재되어 있지 않은 부위를 다이싱 및 연마에 의해 제거하고, 반도체 발광 소자를 지그로부터 박리한다.
<실시예 9>
실시예 9로서, 도 27에 나타낸 실시 형태에 따른 발광 장치(10E)의 다른 제조예에 대하여 설명한다.
반도체 발광 소자의 표면이 ITO를 포함하는 도전체층을, 마스킹을 하여 형성 부위를 한정해서 형성한다. 마스킹을 제거한 후의 반도체 발광 소자에, 실시예 8과 마찬가지의 방법으로, 불화물 형광체의 입자층을 적층한다. 세정, 건조 후, ALD법에 의해 약 1㎛의 두께의 Al2O3층을 형성한다.
본 실시예에서의 도전체층은 투광성을 갖기 때문에, 도전체층 투명화 공정을 행하지 않고, 투과형의 발광 장치를 제작할 수 있다.
1, 1A1, 1A2, 1A3, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G, 1H : 무기 성형체(파장 변환용 무기 성형체)
2, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H : 기판(기체)
3 : 형광체층(무기 입자층)
31 : 무기 형광체(파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질))
32 : 피복층 33 : 공극
34 : 입자층(응집체) 35 : 필러 입자
4 : 반사층 5 : 투광성층
6 : 도전체층 7 : 유전체층
8, 8a, 8b : 반도체 발광 소자(기체, 광원)
9 : 보호층
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G : 발광 장치
11 : 광원
12, 12AR, 12AG, 12B, 12CR, 12CG : 색 변환용 성형 부재(파장 변환용 무기 성형체)
13, 13C : 컬러 휠 13a, 13Ca : 회전축
14B : 반사 부재 15 : 서브 마운트
15a : 오목부 16B : 투광 부재
20 : 마스킹 부재
2, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H : 기판(기체)
3 : 형광체층(무기 입자층)
31 : 무기 형광체(파장 변환 부재(무기 파장 변환 물질))
32 : 피복층 33 : 공극
34 : 입자층(응집체) 35 : 필러 입자
4 : 반사층 5 : 투광성층
6 : 도전체층 7 : 유전체층
8, 8a, 8b : 반도체 발광 소자(기체, 광원)
9 : 보호층
10, 10A, 10B, 10C, 10D, 10E, 10F, 10G : 발광 장치
11 : 광원
12, 12AR, 12AG, 12B, 12CR, 12CG : 색 변환용 성형 부재(파장 변환용 무기 성형체)
13, 13C : 컬러 휠 13a, 13Ca : 회전축
14B : 반사 부재 15 : 서브 마운트
15a : 오목부 16B : 투광 부재
20 : 마스킹 부재
Claims (15)
- 기체(基體)와,
상기 기체 상에 배치된, 제1 파장의 광을 흡수하여, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 발광하는 무기 파장 변환 물질을 포함하는 입자를 갖는 무기 입자층을 갖고,
상기 무기 입자층은,
상기 입자가, 당해 입자끼리 또는 상기 기체와 접촉함으로써 연속적으로 연결된 응집체와,
상기 기체의 표면 및 상기 입자의 표면을 연속적으로 피복하는 무기 재료를 포함하는 피복층과,
상기 피복층에서 피복된 상기 입자, 또는 상기 피복층에서 피복된 상기 입자 및 상기 피복층에서 피복된 상기 기체에 의해 둘러싸인 공극
을 갖는 것을 특징으로 하는 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항에 있어서,
상기 기체는, 투광성을 갖는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항에 있어서,
상기 기체와 상기 무기 입자층의 계면에서, 상기 제1 파장의 광 및 상기 제2 파장의 광을 반사하는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항에 있어서,
상기 기체는, 상기 제1 파장의 광을 흡수하여, 상기 제1 파장 및 상기 제2 파장과는 다른 제3 파장의 광을 발광하는 무기 파장 변환 물질을 함유하는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 입자층에서의 상기 공극은, 공극률이 1~50%인 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 파장 변환 물질의 입자의 평균 입경은 0.1~100㎛이며,
상기 피복층의 평균 두께가 10nm~50㎛인 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 입자층의 표면은, 상기 무기 파장 변환 물질의 입자의 입경에 기인하는 요철 형상이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복층은, 원자층 퇴적법에 의해 형성된 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피복층은, Al2O3, SiO2, ZrO2, HfO2, TiO2, ZnO, Ta2O5, Nb2O5, In2O3, SnO2, TiN 및 AlN으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 파장 변환 물질은, 황화물계 형광체, 할로겐 규산염계 형광체, 질화물 형광체 및 산질화물 형광체로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 1종의 화합물을 함유하는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 무기 파장 변환 물질의 입자는, 당해 입자끼리 및 상기 기체와 무기 결착재에 의해 결착되어 있는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체. - 광원과,
상기 광원이 발광하는 제1 파장의 광을 흡수하여, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 발광하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 파장 변환용 무기 성형체를 구비하고,
상기 제2 파장의 광을 포함하는 광을 출력하는 것을 특징으로 하는 발광 장치. - 제12항에 있어서,
상기 기체는, 반도체 발광 소자이며, 상기 광원을 겸하는 것을 특징으로 하는, 발광 장치. - 기체 상에, 제1 파장의 광을 흡수하여, 상기 제1 파장과는 다른 제2 파장의 광을 발광하는 무기 파장 변환 물질의 입자를 가지는 응집체를 형성하는 무기 입자층 형성 공정과,
상기 기체의 표면 및 상기 입자의 표면을 연속적으로 피복하는 무기 재료를 포함하는 피복층을 형성하는 피복층 형성 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하는 파장 변환용 무기 성형체의 제조 방법. - 제14항에 있어서,
상기 피복층 형성 공정에 있어서, 상기 피복층을 원자층 퇴적법에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는, 파장 변환용 무기 성형체의 제조 방법.
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