(57)【要約】  大粒径の蛍光体粒子による光の変換効率を低下させることなく、空隙を減少させて、光源光の透過を抑制することができる波長変換部材および発光装置を提供する。特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する波長変換部材１００であって、無機材料からなる基材１１０と、基材１１０に接合され、吸収光に対し変換光を発する蛍光体粒子１２２と蛍光体粒子１２２同士を結合する透光性セラミックス１２１とからなる蛍光体層１２０と、を備え、蛍光体粒子１２２は、所定の粒子径の分布を有する２種類の粒子を含み、２種類の粒子のうち、平均粒子径の大きい大粒子の平均粒子径と平均粒子径の小さい小粒子の平均粒子径との比が２〜４であり、大粒子の体積と小粒子の体積との比が５．７以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する波長変換部材であって、
無機材料からなる基材と、
前記基材に接合され、吸収光に対し変換光を発する蛍光体粒子と前記蛍光体粒子同士を結合する透光性セラミックスとからなる蛍光体層と、を備え、
前記蛍光体粒子は、所定の粒子径の分布を有する２種類の粒子を含み、
前記２種類の粒子のうち、平均粒子径の大きい大粒子の平均粒子径と平均粒子径の小さい小粒子の平均粒子径との比が２〜４であり、
前記大粒子の体積と前記小粒子の体積との比が５．７以下であることを特徴とする波長変換部材。
【請求項２】
前記大粒子の体積と前記小粒子の体積との比は、４以下であることを特徴とする請求項１記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記大粒子の体積と前記小粒子の体積との比は、１．５以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記大粒子の平均粒子径は、１０〜２０μｍであり、
前記小粒子の平均粒子径は、２．５〜１０μｍであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長変換部材。
【請求項５】
特定範囲の波長の光源光を発生させる光源と、
前記光源光を吸収し、他の波長の光に変換し発光する請求項１から請求項４のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴とする発光装置。
【請求項６】
特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する波長変換部材の製造方法であって、
平均粒子径の異なる蛍光体粒子を準備し、前記蛍光体粒子のそれぞれを所定の割合で含むペーストを作製する工程と、
前記ペーストを基材に塗布する工程と、
前記ペーストが塗布された基材を熱処理する工程と、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する波長変換部材、その製造方法および発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子として、例えば青色ＬＥＤ素子に接触するようにエポキシやシリコーンなどに代表される樹脂に蛍光体粒子を分散させた波長変換部材を配置したものが知られている。そして、近年では、ＬＥＤに代えて、エネルギー効率が高く、小型化、高出力化に対応しやすい、レーザダイオード（ＬＤ）が用いられたアプリケーションが増えてきている。【０００３】
レーザは局所的に高いエネルギーの光を照射するため、集中的にレーザ光が照射された樹脂は、その照射箇所が焼け焦げる。これに対し、波長変換部材を構成する樹脂に代えて無機バインダを使用し、無機材料のみで形成された波長変換部材を用いることが知られている（特許文献１〜６）。【０００４】
一方、構造用材料について、充填の均一性および充填率を高めるために２粒度のセラミックス粒子を組み合わせる技術も開示されている（特許文献７）。特許文献７には、金属−セラミックス複合材料のプリフォームを、微粒の平均粒径の比を６〜２０に調整した２粒度のセラミックス粒子で構成するのが好ましいことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−９０８８７号公報
【特許文献２】特開２０１５−３８９６０号公報
【特許文献３】特開２０１５−６５４２５号公報
【特許文献４】特開２０１４−２４１４３１号公報
【特許文献５】特開２０１５−１１９１７２号公報
【特許文献６】特開２０１５−１３８８３９号公報
【特許文献７】特開２０１１−１３７１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような波長変換部材を用いた発光装置として、レーザダイオード（ＬＤ）を用いたアプリケーションが増えてきている。このような無機材料のみで形成された波長変換部材について、蛍光体層が大粒径の蛍光体粒子で形成されている場合、波長の変換効率は向上する。しかし、発熱を抑えるために粒子径に対する膜厚の比を小さくすると粒子間の空隙部分が多く、励起光の透過が生じやすい。特に蛍光のみを多く取出す用途については光源光の透過を抑制する必要がある。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、大粒径の蛍光体粒子による光の変換効率を低下させることなく、空隙を減少させて、光源光の透過を抑制することができる波長変換部材、その製造方法および発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）上記の目的を達成するため、本発明の波長変換部材は、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する波長変換部材であって、無機材料からなる基材と、前記基材に接合され、吸収光に対し変換光を発する蛍光体粒子と前記蛍光体粒子同士を結合する透光性セラミックスとからなる蛍光体層と、を備え、前記蛍光体粒子は、所定の粒子径の分布を有する２種類の粒子を含み、前記２種類の粒子のうち、平均粒子径の大きい大粒子の平均粒子径と平均粒子径の小さい小粒子の平均粒子径との比が２〜４であり、前記大粒子の体積と前記小粒子の体積との比が５．７以下であることを特徴としている。【０００９】
これにより、大粒子による光の変換効率を低下させることなく、空隙を減少させて、光源光の透過を抑制することができる。また、光源光のレーザパワー密度が大きくても蓄熱による急激な消光を抑制できる。【００１０】
（２）また、本発明の波長変換部材は、前記大粒子の体積と前記小粒子の体積との比は、４以下であることを特徴としている。これにより、さらに効率よく光源光の透過を抑制できる。【００１１】
（３）また、本発明の波長変換部材は、前記大粒子の体積と前記小粒子の体積との比は、１．５以上であることを特徴としている。これにより、大粒径の蛍光強度を維持させることができ、さらに粒子間の界面を減少させて熱抵抗を小さくし、消光を抑制できる。【００１２】
（４）また、本発明の波長変換部材は、前記大粒子の平均粒子径は、１０〜２０μｍであり、前記小粒子の平均粒子径は、２．５〜１０μｍであることを特徴としている。これにより、発光装置用に適した波長変換部材を構成できる。【００１３】
（５）また、本発明の発光装置は、特定範囲の波長の光源光を発生させる光源と、前記光源光を吸収し、他の波長の光に変換し発光する（１）から（４）のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴としている。これにより、光源光の透過を防止して蛍光を多く取出し、さらにレーザパワー密度が大きくても蓄熱による急激な消光が生じ難い発光装置を実現できる。【００１４】
（６）また、本発明の波長変換部材の製造方法は、特定範囲の波長の光を他の波長の光に変換する波長変換部材の製造方法であって、平均粒子径の異なる蛍光体粒子を準備し、前記蛍光体粒子のそれぞれを所定の割合で含むペーストを作製する工程と、前記ペーストを基材に塗布する工程と、前記ペーストが塗布された基材を熱処理する工程と、を含むことを特徴としている。これにより、大粒径の蛍光体粒子による光の変換効率を低下させることなく、空隙を減少させて、光源光の透過を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、大粒径の蛍光体粒子による光の変換効率を低下させることなく、空隙を減少させて、光源光の透過を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】（ａ）、（ｂ）それぞれ本発明の透過型および反射型の発光装置を示す模式図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）それぞれ本発明の波長変換部材の作製工程を示す説明図である。
【図３】波長変換部材に対する透過型の評価システムを示す説明図である。
【図４】レーザパワー密度に対する透過した光源光の発光強度を示すグラフである。
【図５】（ａ）〜（ｃ）それぞれ波長変換部材の部分的な断面を示すＳＥＭ写真である。
【図６】（ａ）、（ｂ）それぞれレーザパワー密度４０Ｗ／ｍｍ２のときの波長に対する発光強度を示すグラフおよびその拡大したグラフである。
【図７】レーザパワー密度に対する蛍光の発光強度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。
【００１８】
［透過型の発光装置の構成］
図１（ａ）は、透過型の発光装置を示す模式図である。図１に示すように、発光装置１０は、光源５０および波長変換部材１００を備え、波長変換部材１００を透過した光源光および波長変換部材１００内で光源光による励起で発生した光を合わせて照射光を放射している。照射光は例えば白色光とすることができる。
【００１９】
光源５０には、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）またはＬＤ（Laser Diode）のチップを用いることができる。ＬＥＤは、発光装置１０の設計に応じて特定範囲の波長を有する光源光（励起光）を発生させる。例えば、ＬＥＤは、青色光を発生させる。また、ＬＤを用いた場合には波長や位相のばらつきの少ないコヒーレント光を発生できる。なお、光源５０は、これらに限られず、可視光以外を発生させるものであってもよいが、紫外光、紫色光、青色光、または緑色光を発生させるものが好ましい。このような発光装置１０は、例えば工場、球場や美術館等の高所から広範囲を照らす公共施設の照明、または自動車のヘッドランプ等の長距離を照らす照明に応用すると高い効果が見込める。
【００２０】
［透過型の波長変換部材の構成］
波長変換部材１００は、基材１１０および蛍光体層１２０を備え、板状に形成され、光源光を透過させつつ、光源光により励起して波長の異なる光を発生させる。例えば、青色光の光源光を透過させつつ、蛍光体層で変換された緑と赤や黄色の蛍光を透過させて放射できる。基材１１０は、板状に形成され、例えば、光源光を透過させるガラスやサファイア等の無機材料で構成できる。基材１１０は、高い熱伝導性を有するサファイアからなることが好ましい。
【００２１】
（蛍光体層）
蛍光体層１２０は、基材１１０上に膜として設けられ、蛍光体粒子１２２と透光性セラミックス１２１とで形成されている。透光性セラミックス１２１は、蛍光体粒子１２２同士を結合するとともに基材１１０と蛍光体粒子１２２とを結合している。これにより、高エネルギー密度の光の照射に対して、照射側の熱が発生しやすい部分が、放熱材として機能する基材１１０と接合しているため効率よく放熱でき、蛍光体の温度消光を抑制できる。透過型において、蛍光体層１２０の膜厚は、２〜４００μｍであればよく、３０〜８０μｍであることが好ましい。
【００２２】
基材１１０との界面およびその近傍で透光性セラミックス成分が蛍光体粒子間の隙間を埋める構造となっている。これにより、基材１１０への放熱経路が確保され、放熱機能が高くなる。
【００２３】
透光性セラミックス１２１は、蛍光体粒子１２２を保持するための無機バインダであり、例えばシリカ（ＳｉＯ２）、リン酸アルミニウムで構成される。蛍光体粒子１２２には、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）およびルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ系蛍光体）を用いることができる。
【００２４】
その他、蛍光体粒子１２２は、発光させる色の設計に応じて以下のような材料から選択できる。例えば、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＢａＡｌ２Ｓ４：ＥｕあるいはＣａＭｇＳｉ２Ｏ６：Ｅｕなどの青色系蛍光体、Ｚｎ２ＳｉＯ４：Ｍｎ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｍ１）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｍ１）（Ｍ２）２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ３）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｍ１）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ：Ｅｕあるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ，Ｍｎなどの黄色または緑色系蛍光体、（Ｍ１）３ＳｉＯ５：Ｅｕあるいは（Ｍ１）Ｓ：Ｅｕなどの黄色、橙色または赤色系蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ３：Ｅｕ，Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ１）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、（Ｍ１）ＡｌＳｉＮ３：ＥｕあるいはＹＰＶＯ４：Ｅｕなどの赤色系蛍光体が挙げられる。なお、上記化学式において、Ｍ１は、Ｂａ，Ｃａ，ＳｒおよびＭｇからなる群のうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ２は、ＧａおよびＡｌのうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ３は、Ｙ、Ｇｄ、ＬｕおよびＴｅからなる群のうち少なくとも１つが含まれる。なお、上記の蛍光体粒子１２２は一例であり、波長変換部材１００に用いられる蛍光体粒子１２２が必ずしも上記に限られるわけではない。
【００２５】
蛍光体粒子１２２は、所定の粒子径の分布を有する２種類の粒子を含んでいる。つまり、粒子径の分布が各々で異なる蛍光体粒子を２種類含んでいる。所定の粒子径の分布とは、例えば正規分布、ガウス分布のように一つのピークを有する分布である。２種類の粒子には、平均粒子径の大きい大粒子および平均粒子径の小さい小粒子が含まれ、これら２粒度の粒子により全体の７０体積％以上が占められている。
【００２６】
そして、大粒子の平均粒子径と小粒子の平均粒子径との比が２〜４であり、大粒子の体積と小粒子の体積との比が５．７以下である。このように大粒子に対し、小粒子が８．５：１．５の割合以上になるように混合されることで、大粒子による光の変換効率を低下させることなく、空隙を減少させて、光源光の透過を抑制することができる。また、レーザパワー密度の大きい光源光を入射させても蓄熱による急激な消光を抑制できる。
【００２７】
具体的には、大粒子の平均粒子径は、１０〜２０μｍであり、小粒子の平均粒子径は、２．５〜１０μｍであることが好ましい。これにより、発光装置１０用に適した波長変換部材１００を構成できる。平均粒子径は、研磨断面のＳＥＭ像より全粒子の粒子径を計測し、粒度分布の度数データを作成して算出できる。２粒度に分かれている場合でもピーク２点の粒子径を各平均粒子径として得ることができ、ピークが重なり合う場合でも、ピークの肩から概算の平均粒子径を算出できる。
【００２８】
大粒子の体積と小粒子の体積との比は、５．７以下であることが好ましい。すなわち、大粒子に対し、小粒子が体積比で８．５：１．５の割合以上になるように混合されることで空隙を減らし、さらに効率よく光源光の透過を抑制できる。
【００２９】
一方、あまり小粒子が多くなり過ぎると粒子間の界面が多くなり熱抵抗が高くなる。そして、低パワー密度のレーザ照射でも蓄熱が生じる。そのため、大粒子の体積と小粒子の体積との比は、１．５以上であることが好ましい。すなわち、大粒子に対し、小粒子が体積比で６：４の割合以下になるように混合されることで、粒子間の界面を減少させて熱抵抗を小さくし、消光を抑制できる。
【００３０】
平均粒子径の粒度分布のデータを使って、その粒度分布が対称な正規分布、かつ粒子が真球であると仮定し、その最頻値（平均値または中央値であってもよい）の度数比を割り出す。さらに平均粒子径を各粒子の直径として、その粒子１つの体積を計算し、その体積に各々の度数比を掛け合わせることで体積比を算出できる。
【００３１】
このように２つの粒子径の分布を有する蛍光体粒子を一定の割合で混合し、大粒子の粒子間の空隙に小粒子を入り込ませることで、光源光の透過を抑制し、かつ、蛍光体層の空隙部分を減らし、放熱経路を確保することができる。
【００３２】
［反射型の発光装置の構成］
図１（ｂ）は、反射型の発光装置２０を示す模式図である。図１（ｂ）に示すように、発光装置２０は、光源５０および波長変換部材２００を備え、例えば波長変換部材２００で反射した光源光および波長変換部材１００内で光源光の波長を変換した光を合わせて白色光のような照射光を放射させることができる。
【００３３】
波長変換部材２００は、基材２１０および蛍光体層１２０を備え、板状に形成され、光源光を基材２１０で反射させつつ、光源光に励起して波長の異なる光を発生させる。基材２１０は、板状に形成され、例えば、光源光を反射させる無機材料で構成できる。基材２１０は、アルミニウムからなることが好ましい。高い熱伝導性を有する基材２１０を採用することで、蛍光体層１２０の蓄熱を抑え、蛍光体粒子の温度上昇を抑制でき、温度消光を防止できる。このように発光装置２０であっても同様に高出力で発光させ続けても蛍光性能の低下を防止できる。反射率をより高めるために、基材の表面にはＡｇ膜が形成されていることが好ましい。反射型において、蛍光体層１２０の膜厚は、２〜４００μｍであればよく、２０〜８０μｍであることが好ましい。
【００３４】
［波長変換部材の作製方法］
図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ本発明の波長変換部材の作製工程を示す説明図である。まず、蛍光体粒子、無機バインダ、分散媒を準備する。蛍光体粒子には、例えばＹＡＧ、ＬＡＧ等の粒子を用いることができる。光源光に対して得ようとする照射光に応じて蛍光体粒子の種類や量を調整する。例えば、青色光に対して白色光を得ようとする場合には、青色光による励起で緑色光および赤色光または黄色光を放射する蛍光体粒子をそれぞれ適量選択する。
【００３５】
好ましい無機バインダとして、例えばエタノールにシリコンの前駆体を溶かして得られたエチルシリケートを用いることができる。その他、無機バインダは、加水分解あるいは酸化により酸化ケイ素となる酸化ケイ素前駆体、ケイ酸化合物、シリカ、およびアモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含む原料を、常温で反応させるか、または、５００℃以下の温度で熱処理することにより得られたものであってもよい。酸化ケイ素前駆体としては、例えば、ペルヒドロポリシラザン、エチルシリケート、メチルシリケートを主成分としたものが挙げられる。また、分散媒としては、ブタノール、イソホロン、テルピネオール、グリセリン等の高沸点溶剤を用いることができる。
【００３６】
図２（ａ）に示すように、これらの無機バインダ、分散媒、大小２種の蛍光体粒子を混合してペースト（インク）４１０を作製する。混合にはボールミル等を用いることができる。一方で、無機材料の基材を準備する。基材には、ガラス、サファイアを用いることができる。基材は板状であることが好ましい。
【００３７】
次に、図２（ｂ）に示すように、スクリーン印刷法を用いて、得られたペースト４１０を平均粒子径に対して上記の膜厚になるように基材１１０に塗布する。スクリーン印刷は、ペースト４１０をインキスキージ５１０で、枠に張られたシルクスクリーン５２０に押しつけて行なうことができる。スクリーン印刷法以外に、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、インクジェット法が挙げられるが、薄い厚みの蛍光体層を安定的に形成するためにはスクリーン印刷法が好ましい。
【００３８】
そして、図２（ｃ）に示すように、印刷されたペースト４１０を乾燥させて、炉６００内で熱処理することで分散媒を飛ばすとともに無機バインダの有機分を飛ばして無機バインダ中の主金属を酸化（主金属がＳｉの場合はＳｉＯ２化）させ、その際に蛍光体層１２０と基材１１０とを接着する。このようにして光源光の透過を抑制できる波長変換部材１００を製造できる。そして、得られた波長変換部材をＬＥＤ等の光源に対して適宜配置して作製することができる。
【００３９】
［実施例］
（１．光源光の透過抑制の評価）
（１−１）試料の作製方法
実施例１〜４、比較例１〜４の波長変換部材を作製した。まず、２種類の粒子径（平均粒子径６μｍ、１８μｍ）の蛍光体粒子（ＹＡＧ、以下同様）について、それぞれ無機バインダと分散媒としてエチルシリケートとテルピネオールを混合して２種類のペーストを作製し、２種類の粒子が下表に示す混合比（体積比）で構成されるよう２種類のペーストを混合した。作製されたペーストを、スクリーン印刷法を用いて４０μｍの厚みになるよう基材となるサファイア板に塗布し、熱処理して波長変換部材の試料を得た。なお、本蛍光体粒子の粒径は、熱処理によって、粒子が分割したり、または粒子同士が結合したりしないので、波長変換部材における蛍光体粒子の平均粒子径は、原料における蛍光体粒子の平均粒子径と同等の数値となる。
【００４０】
また、蛍光体の平均粒子径は、レーザ回折／散乱式粒子径分布測定装置「ＨＯＲＩＢＡ（堀場製作所）ＬＡ−９６０」を用いて測定した。また、体積比は、各粒子径の蛍光体の重量から密度を除すこことで体積比を算出した。
【表１】
2017188191.tif 000003
【００４１】
（１−２）評価方法
上記のようにして得られた比較例１〜４、実施例１〜４に対して光源光の発光強度の評価を行なった。具体的には試料にレーザを照射し、レーザ入力値に対する透過した光源光の発光強度を調べた。なお、蛍光の発光強度とは、上記の評価システムを用いた場合に輝度計に示される数字を無次元化した相対強度である。
【００４２】
図３は、波長変換部材に対する透過型の評価システムを示す説明図である。図３に示すように、透過型の評価システム７００は、光源７１０、平凸レンズ７２０、両凸レンズ７３０、バンドパスフィルタ７３５、パワーメータ７４０で構成されている。波長変換部材Ｓからの透過光を集光して測定できるように各要素が配置されている。
【００４３】
バンドパスフィルタ７３５は、波長４８０ｎｍを閾値として光をカットするフィルタであり、透過した光源光を測定する際には波長の大きい側をカットするフィルタが用いられる。また、蛍光の発光強度を測定する際には波長の小さい側をカットするフィルタが用いられる。このように、透過した光源光（励起光）を蛍光と切り分けるために、両凸レンズとパワーメータの間に設置される。
【００４４】
このように構成されたシステムにおいて、平凸レンズ７２０に入った光源光は、波長変換部材の試料Ｓ上の焦点へ集光される。そして、試料Ｓから生じた放射光を両凸レンズ７３０で集光し、その集光された光についてバンドパスフィルタ７３５でカットした光の強度をパワーメータ７４０で測定する。この測定値を蛍光の発光強度とする。レーザ光をレンズで集光し、照射面積を絞ることで、低出力のレーザでも単位面積あたりのエネルギー密度が上げられる。このエネルギー密度をレーザパワー密度とする。
【００４５】
図４は、レーザパワー密度に対する透過した光源光の発光強度を示すグラフである。図４に示すように、比較例１と比較例４を比べると、大粒子のみの試料のほうが小粒子よりも透過する光源光の強度が高いことが確認された。
【００４６】
小粒子を含む波長変換部材は基材上に密に蛍光体粒子が配置されており、光源光が透過されにくいが、大粒子のみの波長変換部材は、蛍光体粒子間に空隙が多く存在しているので、光源光が透過していると考えられる。
【００４７】
比較例２、実施例１〜４については、小粒子の割合を増やすほど励起光の強度が低下している傾向を確認できた。実施例２、３については透過した励起光の強度が同程度であった。蛍光体の小粒子と大粒子を混合して波長変換部材を作製することで、大粒子同士の隙間を小粒子が埋める構造となり、励起光の透過を抑制していると考えられる。
【００４８】
以上の結果を踏まえ、比較例１、４、実施例２の試料を切断し、断面をＳＥＭにより観察した。図５（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ波長変換部材の部分的な断面を示すＳＥＭ写真である。図５（ａ）に示すように、比較例１の試料では、大粒径の蛍光体粒子の間に空隙があることを確認できた。また、図５（ｂ）に示すように、比較例４の試料では、小粒径の蛍光体粒子が充填されていることを確認できた。図５（ｃ）に示すように、実施例２の試料については２粒度のうち大粒径の蛍光体粒子の隙間に小粒径の蛍光体粒子が充填されていることを確認できた。
【００４９】
（２．スペクトル評価）
図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれレーザパワー密度４０Ｗ／ｍｍ２のときの発光スペクトルを示すグラフおよびその拡大したグラフである。図６（ａ）、（ｂ）に示すように、比較例１では、青色光に当たる波長の範囲で強度が大きくなっており、実施例１〜４では、比較例１の蛍光の強度を維持したまま、青色光に当たる波長の範囲について光源光の透過を抑制していることが確認された。
【００５０】
（３．蓄熱抑制の評価）
上記の実施例１〜３、比較例１、２、４の試料に対し、透過型のレーザ照射試験を行ない、レーザパワー密度に対して蛍光の発光強度を確認した。図７は、それぞれレーザパワー密度に対する蛍光の発光強度を示すグラフである。
【００５１】
比較例１と比較例４を比べると、大粒子のみの比較例１の試料の方が小粒子のみの比較例４の試料よりも、測定された蛍光の発光強度が高いことが確認された。大粒径の蛍光体粒子の方が、小粒径の蛍光体粒子よりも蛍光への変換効率が高いことによるものと考えられる。一方、実施例１〜３については、大粒子に１．５〜３割（１５％〜３０％）の小粒子を混合しても、大粒子の変換効率が優性であり発光強度を低下させることがないことを確認できた。
【００５２】
また、大粒子のみの比較例１の試料では、蓄熱による蛍光消光が、４１Ｗ／ｍｍ２のレーザパワー密度以上で急激に発生しているのに対し、小粒子のみの比較例４の試料では、高レーザパワー密度でも蓄熱による蛍光消光は非常に緩やかであった。
【００５３】
小粒子は、粒子が小さいことで基材上に密に配置されるため、蛍光体粒子間の空隙が少ない構造となっており、蛍光体層にて発熱した熱を放熱する経路を確保しやすく、蓄熱による蛍光の消光が緩やかになっていると考えられる。
【００５４】
一方で、大粒子の集合には空隙部が多く存在するため、空隙部の空気による蓄熱が起こり高パワー密度のレーザを照射されると急激に蛍光消光してしまうと考えられる。なお、実施例１〜３については、小粒子の割合を増やすほど蓄熱による蛍光消光のタイミングが高エネルギー側にシフトし、蛍光の発光強度の低下傾向が緩やかになっていた。
【００５５】
小粒子を１割混合した比較例２では５６Ｗ／ｍｍ２で蛍光消光が確認されたが、１．５〜３割（１５％〜３０％）混合した実施例１〜３では消光は緩やかであり、蛍光体層への蓄熱の抑制効果が確認できた。
【００５６】
（４．粒子径の比別評価）
（４−１）試料の作製方法
平均粒子径１８μｍの大粒子の蛍光体と、平均粒子径１８、９、６、４．５、３．５、３μｍの６種類の小粒子の蛍光体について、各々無機バインダと分散媒としてエチルシリケートとテルピネオールを混合してペーストを作製し、大粒子と小粒子の混合比（体積比）が８：２になるよう２種類のペーストを混合した。作製されたペーストを、スクリーン印刷法を用いて４０μｍの厚みになるよう基材となるサファイア板に塗布し、熱処理して波長変換部材の試料を得た。
【００５７】
（４−２）評価方法
上記方法で作製した試料について、透過型のレーザ照射試験を行ない、５０Ｗ／ｍｍ２のレーザパワーにおける、蛍光の発光強度と透過した光源光の強度を確認した。また、粒子径比１．０のときの蛍光と光源光の発光強度を１００％とした場合、各粒子径比における相対発光強度を求めた。
【００５８】
（４−３）結果
結果は下表の通りであった。大粒子と小粒子の粒子径比が２．０〜４．０のとき、大粒径のみの蛍光強度を９０％以上維持したまま、光源光の透過を７０％未満に減少させることができた。なお、上記の実施例では、蛍光体粒子の材料としてＹＡＧを用いているが、ＬＡＧ等の他の材料であっても同様の効果が見込まれる。
【表２】
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【符号の説明】
【００５９】
１０、２０  発光装置
５０  光源
１００  波長変換部材
１１０、２１０  基材
１２０  蛍光体層
１２１  透光性セラミックス
１２２  蛍光体粒子
４１０  ペースト
５１０  インキスキージ
５２０  シルクスクリーン
６００  炉
７００  評価システム
７１０  光源
７２０  平凸レンズ
７３０  両凸レンズ
７３５  バンドパスフィルタ
７４０  パワーメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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