JP2013219123A

JP2013219123A - 波長変換部材およびその製造方法

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Publication number: JP2013219123A
Application number: JP2012086968A
Authority: JP
Inventors: Katsu Iwao; 克岩尾
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2012-04-06
Filing date: 2012-04-06
Publication date: 2013-10-24

Abstract

【課題】ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散された波長変換部材であって、励起光や無機蛍光体粉末の発光を効率よく透過させることができ、高い発光効率を得ることができる波長変換部材を提供する。
【解決手段】無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材であって、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面より突出していることを特徴とする波長変換部材。無機蛍光体粉末が、ガラスマトリクス表面から０．５μｍ以上突出していることが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、白色ＬＥＤ等の構成部材として用いられる波長変換部材およびその製造方法に関するものである。

近年、白色ＬＥＤの開発が盛んになっている。白色ＬＥＤは、例えば青色または紫外の励起光を発するＬＥＤと、無機蛍光体粉末が樹脂等のマトリクス中に分散されてなる波長変換部材から構成されている。無機蛍光体粉末はＬＥＤからの励起光を受けて励起光とは異なる波長の光（蛍光）を発する。一方、ＬＥＤからの励起光のうち一部は波長変換に寄与せずに波長変換部材を透過する。これらの光が混ざり合って白色光が得られる。

白色ＬＥＤは白熱灯や蛍光灯に比べ消費電力が低く、長寿命であることを特徴としており、携帯電話やデジタルカメラ等のバックライトとして使用されつつある。今後は、白熱灯や蛍光灯に替わる次世代の光源として、照明用途への応用が期待されている。

ところで、白色ＬＥＤは、用途によってはますます高い輝度（ハイパワー化）が要求されている。そのため、従来のように樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させる方法では、ＬＥＤからの熱によって樹脂マトリクスが変色し、長期間使用すると輝度が低下するという問題があった。また、無機蛍光体粉末を含有する樹脂をＬＥＤ上に塗布する際、厚みにばらつきが生じやすく、配光性低下の原因にもなっていた。

これらの問題を解決するために、無機蛍光体粉末をガラス中に分散させ、波長変換部材を完全に無機化する方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。当該方法によれば、波長変換部材の耐熱性および耐候性を向上させることが可能となる。例えば、長時間の高温環境下（例えば、１５０℃、６００時間）や長時間の高温高湿環境下（例えば、８５℃、湿度８５％、２０００時間）に晒しても白色ＬＥＤの発光特性がほとんど変化せず、また太陽光の紫外線に長時間晒されても着色や劣化がほとんどない。さらには、加工性に優れることから、厚みばらつきによる配光性の低下も抑制することが可能となる。

特開２００５−１１９３３号公報特許第４１５８０１２号公報

無機蛍光体粉末をガラスマトリクスに分散させてなる波長変換部材は、従来品と比較して長期安定性に優れるものの、励起光が入射する面（受光面）と、無機蛍光体粉末の発光（または、波長変換されなかった励起光の透過光）が出射される面（発光面）において、反射や散乱による光損失が発生しやすいため、発光効率が未だ不十分である。

したがって、本発明は、ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散された波長変換部材であって、励起光や無機蛍光体粉末の発光を効率よく透過させることができ、高い発光効率を得ることができる波長変換部材を提供することを課題とする。

本発明は、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材であって、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面より突出していることを特徴とする波長変換部材に関する。

一般に、部材への光の入射効率または部材からの光の取り出し効率を高めるため、部材表面に凹凸形状を形成する技術が知られている。そこで、発光効率の高い白色ＬＥＤを得るため、波長変換部材においても、受光面または発光面に凹凸形状を形成することも考えらえる。しかしながら、本発明者の検討によると、凹凸形状として、例えば、波長変換部材の表面に単に研磨加工による研磨傷を形成しただけでは、かえって発光効率低下の原因となることがわかった。これは、波長変換部材表面に形成された研磨傷において、光の散乱損失が発生するためであると考えられる。

そこで、本発明者が鋭意検討した結果、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材について、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面より突出している構造とすることにより、波長変換部材の受光面や発光面における反射や散乱による光損失を極力抑制しつつ、励起光の入射効率、または、無機蛍光体粉末からの蛍光（あるいは励起光の透過光）の出射効率を改善し、発光効率を大幅に向上できることを見出した。

第二に、本発明の波長変換部材において、無機蛍光体粉末が、ガラスマトリクス表面から０．５μｍ以上突出していることが好ましい。

第三に、本発明の波長変換部材は、表面粗さＲａが０．４μｍ以上であることが好ましい。

当該構成によれば、本発明の効果をより一層享受しやすくなる。なお、本発明において表面粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１：２００１に準じて測定された値をいう。

第四に、本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末を含む混合粉末の焼結体からなることが好ましい。

当該構成によれば、無機蛍光体粉末をガラスマトリクス中に均一に分散させやすくなり、色ばらつきの小さい波長変換部材とすることができる。また、所望の形状（例えば板状体）を有する波長変換部材を、精度良く容易に加工することが可能となる。

第五に、本発明の波長変換部材は、０．０５〜１ｍｍの肉厚を有することが好ましい。

第六に、本発明の波長変換部材において、無機蛍光体粉末が、ガーネット系、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物およびハロリン酸塩化物から選ばれた１種以上であることが好ましい。

第七に、本発明は、前記いずれかの波長変換部材、および、波長変換部材に励起光を照射する光源を備えてなることを特徴とする発光デバイスに関する。

第八に、本発明は、ガラス粉末と無機蛍光体粉末を含む混合粉末を予備成形し、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより焼結体を得る工程、および、薬液を用いて焼結体表面をエッチングする工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法に関する。

ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散してなる波長変換部材の表面に対して、酸化セリウムやダイヤモンド砥粒等の研磨砥粒を用いた、従来一般的に利用されてきた研磨処理を施すと、波長変換部材表面におけるガラスマトリクス部分と無機蛍光体粉末部分の両者が均質に研磨されてしまう。その結果、波長変換部材の表面は平坦面となり、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面から突出しているという本発明の構造が得られにくい（図４参照）。

一方、本発明の製造方法では、ガラスマトリクスと無機蛍光体粉末の化学的耐久性の違いに着目し、波長変換部材表面に対し、薬液を用いたエッチング処理を施すことを特徴としている。一般に、波長変換部材に用いられるガラスは無機蛍光体粉末より化学的耐久性に劣るため、本発明の製造方法によれば、ガラスマトリスクが薬液により優先的に浸食され、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面から突出した構造を得ることができる（図３参照）。

本発明によれば、ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散された波長変換部材であって、励起光や無機蛍光体粉末の発光を効率よく透過させることができ、高い発光効率を得ることができる波長変換部材を提供することができる。

本発明の波長変換部材の一実施形態を示す模式的斜視図である。図１の波長変換部材の表面付近における模式的断面図である。本発明の波長変換部材の製造方法を説明するための、波長変換部材の表面付近における模式的断面図である。従来の波長変換部材の製造方法を説明するための、波長変換部材の表面付近における模式的断面図である。

以下に、本発明の波長変換部材の実施形態について、図１および図２を用いて説明する。

図１は本発明の波長変換部材の一実施形態を示す模式的斜視図である。本実施形態では、波長変換部材１は円盤状を有している。波長変換部材１の形状は、円盤状に限定されず、矩形板状、球状、半球状、ドーム状、円錐台形状等であってもよい。

図２は、波長変換部材１の表面付近における模式的断面図である。図２に示すように、波長変換部材１は、ガラスマトリクス２中に無機蛍光体粉末３が分散しており、かつ、無機蛍光体粉末３がガラスマトリクス２表面から突出している構造を有している。

ここで、無機蛍光体粉末３のガラスマトリクス２表面からの突出高さＨは０．５μｍ以上であることが好ましく、１μｍ以上であることがより好ましい。ただし、無機蛍光体粉末３の突出高さＨが大きすぎると、取り扱い時の外力によって無機蛍光体粉末がガラスマトリクスから抜け落ちるおそれがある。そのため、突出高さＨは２０μｍ以下であることが好ましい。

波長変換部材１は表面粗さＲａは０．４μｍ以上であることが好ましく、０．５μｍ以上であることがより好ましい。波長変換部材１の表面粗さＲａが小さすぎると、波長変換部材１表面における光の反射や散乱が原因で励起光の透過率が低下するとともに、無機蛍光体粉末３に照射される励起光の量も低減して発光量が低下する傾向がある。また、無機蛍光体粉末３から発せられる蛍光も、波長変換部材１の発光面で反射や散乱して光損失が発生する傾向がある。結果として、波長変換部材１の発光効率が低下しやすくなる。なお、上限は特に限定されないが、波長変換部材１の表面粗さＲａが大きすぎると、かえって波長変換部材１表面における光損失が大きくなって、発光効率が低下する傾向がある。したがって、波長変換部材１の表面粗さＲａは１０μｍ以下であることが好ましく、９μｍ以下であることがより好ましい。

波長変換部材１が板状である場合、肉厚は０．０５〜１ｍｍであることが好ましく、０．１〜０．８ｍｍであることがより好ましい。波長変換部材１の肉厚が小さすぎると、機械的強度に劣るとともに、製造および加工が困難となる傾向がある。一方、波長変換部材１の肉厚が大きすぎると、励起光が透過しにくくなり、光束値が低下する傾向がある。

ガラスマトリクス２には、無機蛍光体粉末３を安定に保持するための媒体としての役割がある。また、ガラスマトリクス２の組成によって波長変換部材１の色調が異なり、また無機蛍光体粉末３との反応性に差が出るため、これらの条件を考慮してガラスマトリクス２の組成を選択することが好ましい。特に、ガラスマトリクス２としては、８５０℃以下、さらには８００℃以下の軟化点を有するガラスからなることが好ましい。ガラスマトリクス２の軟化点が高すぎると、波長変換部材１を製造する際の焼成温度も高くなるため、焼成時に無機蛍光体粉末３が劣化して、発光効率の高い波長変換部材１が得られにくくなる。

ガラスマトリクス２として使用可能なガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラス（ＲはＭｇ、Ｃａ、ＳｒまたはＢａを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラス（Ｒ’はＬｉ、ＮａまたはＫを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス等が挙げられる。これらのガラスは目的とする特性に応じて適宜選択すればよい。例えば低温で焼成したい場合は、軟化点が比較的低いＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスまたはＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスを選択すればよく、波長変換部材１の耐候性を向上させたい場合は、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラスまたはＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラスを選択すればよい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラスとしては、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ_２３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３１〜３０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜３０％、ＳｒＯ０〜２０％、ＢａＯ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ５〜４５％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％を含有するガラスを使用することが好ましい。

上記成分以外にも、溶融性を向上させたり、軟化点を低下させて低温焼成しやすくするために、Ｌｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯまたはＫ_２Ｏを合量で５％まで含有させてもよい。他にも、溶融性向上のためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、化学的耐久性向上のためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラスとしては、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ_２３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３１〜５５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜２０％、Ｎａ_２Ｏ０〜２５％、Ｋ_２Ｏ０〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ５〜３５％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％を含有するガラスを使用することが好ましい。

上記成分以外にも、溶融性を向上させるためにＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯまたはＢａＯを合量で５％まで含有させてもよい。他にも、溶融性向上のためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、化学的耐久性を向上させるためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラスとしては、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ_２３０〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜５５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％を含有するガラスを使用することが好ましい。

上記成分以外にも、溶融性を向上させるためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、化学的耐久性を向上させるためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラスとしては、ガラス組成として、モル％で、ＳｉＯ_２５〜５０％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５５％、ＺｎＯ３０〜８０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％を含有するガラスを使用することが好ましい。

上記成分以外にも、化学的耐久性を向上させるためにＡｌ_２Ｏ_３を５％まで、化学的耐久性を向上させるためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで含有させてもよい。

ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスとしては、ガラス組成として、モル％で、ＺｎＯ３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３２０〜７０％、ＳｉＯ_２０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％を含有するガラスを使用することが好ましい。

ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスとしては、ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ３５〜８０％、Ｐ_２Ｏ_５５〜４０％、Ｂ_２Ｏ_３０〜３０％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＳｉＯ_２０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％を含有するガラスを使用することが好ましい。

上記成分以外にも、耐候性を向上させるためにＺｒＯ_２、ＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３またはＬａ_２Ｏ_３を合量で１０％まで含有させてもよい。

なおＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスにおいて、軟化点を低下させ、かつ、ガラスを安定化させるためには、ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５（モル比）を０．９〜１６、さらには１．５〜１０、特に２〜５の範囲にすることが好ましい。ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５が小さすぎると、軟化点が上昇して低温焼成が困難となり、製造時に無機蛍光体粉末３が劣化しやすくなる。また、耐候性が著しく低下する傾向にある。一方、ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５が大きすぎると、ガラス中にＳｎに起因する失透ブツが析出し、透過率が低下する傾向にあり、結果として、高い発光効率を有する波長変換部材１が得られにくくなる。

無機蛍光体粉末３としては、紫外または可視の励起光を入射すると、該励起光の波長よりも長波長の蛍光を発するものが挙げられる。例えば、無機蛍光体粉末３として、可視光線からなる励起光を入射すると該励起光の色相に対して補色の蛍光を発するものを用いると、透過した励起光と、無機蛍光体粉末３から発せられた蛍光との混色により白色光が得られるため、容易に白色ＬＥＤデバイスを製造することができる。特に、可励起光が中心波長４３０〜４９０ｎｍを有する光線であり、無機蛍光体粉末３から発せられる蛍光が中心波長５３０〜５９０ｎｍを有する光線であると、白色光が得られやすいため好ましい。

無機蛍光体粉末３の具体例としては、一般に市場で入手できるものであれば特に限定されない。例えば、ＹＡＧ等のガーネット系、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物またはハロリン酸塩化物等からなるものが挙げられる。

上記無機蛍光体粉末の中でも、波長３００〜５００ｎｍに励起帯を有し波長３８０〜７８０ｎｍに発光ピークを有するもの、特に青色（波長４４０〜４８０ｎｍ）、緑色（波長５００〜５４０ｎｍ）、黄色（波長５４０〜５９５ｎｍ）、赤色（波長６００〜７００ｎｍ）に発光するものを用いることが好ましい。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体粉末としては、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｌａ_３Ｓｉ_６Ｎ_１１：Ｃｅ等が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＣａＳ：Ｙｂ^２＋，Ｃｌ等が挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋，Ｔｅ^２＋等が挙げられる。

なお、励起光や発光の波長域に合わせて、複数の無機蛍光体粉末を混合して用いてもよい。例えば、紫外域の励起光を照射して白色光を得る場合は、青色、緑色、黄色、赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末を混合して使用すればよい。

無機蛍光体粉末３の平均粒子径Ｄ５０は０．６〜５０μｍであることが好ましく、０．８〜４０μｍであることがより好ましく、１〜３０μｍであることがさらに好ましい。無機蛍光体粉末３の平均粒子径Ｄ５０が小さすぎると、ガラスマトリクス２表面から所望の高さを突出させることが困難になる。また、焼成時にガラス粉末と反応しやすくなり、発光強度が低下するおそれがある。一方、無機蛍光体粉末３の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、波長変換部材１中における無機蛍光体粉末３の分散状態に劣り、波長変換部材１を用いた発光デバイスにおいて、輝度ムラおよび色度ムラが発生しやすくなる。

波長変換部材１は、ガラスマトリクス２中に無機蛍光体粉末３が分散してなるものであれば特に限定されないが、ガラスマトリクス２の原料となるガラス粉末と、無機蛍光体粉末３とを含む混合粉末の焼結体からなるものであると、無機蛍光体粉末３をガラスマトリクス２中に容易かつ均一に分散させることができるため好ましい。

ガラスマトリクス２の原料となるガラス粉末の平均粒子径Ｄ_５０は０．１〜１００μｍであることが好ましく、１〜５０μｍであることがより好ましい。ガラス粉末の平均粒子径Ｄ_５０が小さすぎると、焼成する際に気泡の発生量が多くなる傾向がある。波長変換部材１中に気泡が多く含まれると、光散乱の原因となり、発光効率が低下する傾向がある。好ましい気孔率は２％以下、特に１％以下である。一方、平均粒子径Ｄ_５０が大きすぎると、ガラスマトリクス２中に無機蛍光体粉末３が均一に分散されにくくなり、結果として、波長変換部材１の発光効率が低下する傾向がある。

波長変換部材１の発光効率（ｌｍ／Ｗ）は、ガラスマトリクス２中に分散した無機蛍光体粉末３の種類や含有量、さらには波長変換部材１の肉厚によって変化する。波長変換部材１の発光効率を高めたい場合、肉厚を薄くして励起光や蛍光の透過率を高めたり、無機蛍光体粉末３の含有量を多くして、変換させる光量を増大させることで調整すればよい。しかしながら、無機蛍光体粉末３の含有量が多くなりすぎると、緻密な構造が得られにくくなり、気孔率が大きくなる傾向がある。結果として、励起光が無機蛍光体粉末３に照射されにくくなったり、波長変換部材１の機械的強度が低下する等の問題が生じやすくなる。一方、無機蛍光体粉末３の含有量が少なすぎると、十分な発光が得られにくくなる。したがって、波長変換部材１における無機蛍光体粉末３の含有量は、質量％で、０．０１〜３０％であることが好ましく、０．０５〜２０％であることがより好ましく、０．０８〜１５％であることがさらに好ましい。

次に、本発明の波長変換部材の製造方法について説明する。

本発明の波長変換部材は、例えば、ガラスマトリクスの原料となるガラス粉末と、無機蛍光体粉末とを含む混合粉末を予備成形し、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより焼結体を得る工程、および、薬液を用いて焼結体表面をエッチングする工程、を含む方法により製造することができる。なお、必要に応じて、焼結体に対して切削または研磨処理を施してから、エッチング処理を施してもよい。

本発明の製造方法によると、図３に示すように、波長変換部材１の表面において、化学的耐久性の比較的低いガラスマトリクス２が、エッチング処理により優先的に浸食され、化学的耐久性の比較的高い無機蛍光体粉末３がガラスマトリクス２表面から突出した構造を得ることができる。

ガラス粉末と無機蛍光体粉末の予備成形方法は特に制限されず、プレス成形法、射出成形法、シート成形法または押出成形法等を採用することができる。

ガラス粉末と無機蛍光体粉末の予備成形体の焼成温度は、３００〜９００℃、特に３００〜８５０℃の範囲であり、かつ、ガラス粉末の軟化点±５０℃以内であることが好ましい。焼成温度が高すぎると、無機蛍光体粉末が劣化したり、ガラス粉末と無機蛍光体粉末が反応して発光効率が著しく低下する場合がある。また、焼成温度が低すぎると、波長変換部材の気孔率が大きくなって光の散乱が強くなりやすく、結果として、透過する光量が少なくなって発光効率が低下する傾向がある。

エッチングに用いる薬液は、無機蛍光体粉末よりもガラスマトリクスのエッチング速度が大きくなる薬液（または、ガラスマトリクスのみをエッチングする薬液）であれば特に限定されず、ガラスマトリクスをエッチングする作用があるものであれば使用することができる。具体例としては、硫酸、フッ酸、塩酸、硝酸、リン酸等の酸性水溶液；水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ性水溶液；純水等が挙げられる。

波長変換部材を、波長変換部材に励起光を照射する光源（例えばＬＥＤチップ）と組み合わせることにより、発光デバイスとして使用することができる。波長変換部材は光源上に直接接着してもよいし、光源を取り囲む函体上に接着して用いてもよい。また、波長変換部材の下側に光源を複数個設置することによって、面状の発光デバイスとして利用することも可能である。

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１〜３は本発明の実施例（Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７）および比較例（Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２、１４、１６、１８）を示している。

まず、表に示すガラス組成となるようにガラス原料を秤量して混合し、得られた混合物を白金坩堝中において９００〜１４００℃で１時間溶融してガラス化した。得られた溶融ガラスをフィルム状に成形し、さらにボールミルで粉砕した後、３２５メッシュの篩に通して分級し、平均粒子径Ｄ_５０が３０μｍのガラス粉末を得た。得られたガラス粉末について軟化点を測定した。ガラス粉末の軟化点はマクロ型示差熱分析計を用いて測定し、得られたグラフの第四の変曲点の値を軟化点とした。

次に、ガラス粉末に対し、表に示す無機蛍光体粉末を所定量混合し、金型を用いて加圧成形して直径１ｃｍのボタン状の予備成形体を作製した。得られた予備成形体を表に示す焼成温度で焼成し、焼結体を得た。

焼結体に対して荒削り研磨処理を施して直径８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍとなるよう加工した。続いて、ダイヤモンド砥粒と繊維を織り込んだクロス材を表面にもつ定盤を用いて、両面研磨を行った。研磨後、アルコールに浸漬し超音波洗浄を行い、５％塩酸水溶液に６０秒浸漬し、エッチングをおこなった。エッチング後は水に浸漬し超音波洗浄機で洗浄し、１２０℃で１時間以上乾燥させて波長変換部材を得た。なお、比較例の試料としては、エッチング処理前の試料を用いた。

得られた波長変換部材について、表面における無機蛍光体粉末の突出高さ、表面粗さＲａ、および、発光効率を測定した。結果を表１〜３に示す。

波長変換部材の表面における無機蛍光体粉末の突出高さは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡ＨＩＴＡＣＨＩＳ−３４００Ｎ）を用いて測定した。具体的には、波長変換部材表面の任意の１０点において断面図のＳＥＭ画像を撮影し、当該ＳＥＭ画像に基づき、無機蛍光体粉末の突出高さを測定した後、それらの平均値を採用した。

波長変換部材の表面粗さＲａは、触針式表面粗さ計（株式会社東京精密製サーフコム７５６Ａ）を用い、ＪＩＳＢ０６０１：２００１に準じて測定した。

波長変換部材の発光特性は次のようにして測定した。４６０ｎｍにピーク波長を有する青色ＬＥＤ（投入電力：５Ｗ）を波長変換部材に照射し、波長変換部材の出射光側から発せられる光を積分球内で測定し、その発光スペクトルを得た。得られたスペクトルから光束値（ｌｍ）を算出し、発光効率（ｌｍ／Ｗ）を算出した。

本発明の実施例である試料Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１、１３、１５、１７の波長変換部材は、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面より１μｍ以上突出しているのに対し、比較例である試料Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２、１４、１６の波長変換部材は、ガラスマトリクス表面における無機蛍光体粉末の突出は確認できなかった。そのため、実施例の波長変換部材は、それぞれに対応する比較例の波長変換部材と比較して発光効率が良好であった。

１波長変換部材
２ガラスマトリクス
３無機蛍光体粉末

Claims

無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材であって、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス表面より突出していることを特徴とする波長変換部材。
無機蛍光体粉末が、ガラスマトリクス面から０．５μｍ以上突出していることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
表面粗さＲａが０．４μｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換部材。
無機蛍光体粉末とガラス粉末を含む混合粉末の焼結体からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
０．０５〜１ｍｍの肉厚を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換部材。
無機蛍光体粉末が、ガーネット系、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物およびハロリン酸塩化物から選ばれた１種以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換部材。
請求項１〜６のいずれかに記載の波長変換部材、および、波長変換部材に励起光を照射する光源を備えてなることを特徴とする発光デバイス。
ガラス粉末と無機蛍光体粉末を含む混合粉末を予備成形し、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより焼結体を得る工程、および、薬液を用いて焼結体表面をエッチングする工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。