(57)【要約】優れた放熱性を有する波長変換部材を提供する。本開示の波長変換部材は、蛍光体と蛍光体を囲んでいる第１のマトリクスとを有する波長変換粒子と、第１のマトリクスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、波長変換粒子を囲んでいる第２のマトリクスと、を備える。蛍光体は、例えば、量子ドットでできた蛍光体、金属錯体でできた蛍光体及び有機蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである。第１のマトリクスは、例えば、樹脂及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第２のマトリクスは、例えば、無機結晶を含む。無機結晶は、例えば、酸化亜鉛結晶である。
2019065193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体と前記蛍光体を囲んでいる第１のマトリクスとを有する波長変換粒子と、
前記第１のマトリクスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、前記波長変換粒子を囲んでいる第２のマトリクスと、
を備えた、波長変換部材。
【請求項２】
前記蛍光体は、量子ドットでできた蛍光体、金属錯体でできた蛍光体及び有機蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記第１のマトリクスは、樹脂及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記第２のマトリクスは、無機結晶を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記無機結晶は、酸化亜鉛結晶である、請求項４に記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記酸化亜鉛結晶は、ｃ軸に配向した酸化亜鉛多結晶である、請求項５に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記波長変換粒子の平均粒径が０．１μｍ以上１０μｍ以下である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記波長変換粒子は、前記第１のマトリクスを被覆している保護層をさらに有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項９】
発光素子と、
前記発光素子から放射された光の光路上に配置された請求項１〜８のいずれか１項に記載の波長変換部材と、
を備えた、光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、波長変換部材及び光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光素子及び波長変換部材を備えた光源が開発されている。波長変換部材は、マトリクスに埋め込まれた蛍光体を有する。発光素子の光が励起光として蛍光体に照射され、励起光の波長よりも長い波長の光が蛍光体から放射される。このタイプの光源において、光の輝度及び出力を高めるための試みがなされている。【０００３】
特許文献１は、量子ドットでできた蛍光体を用いた波長変換部材を開示している。特許文献２は、蛍光体として有機蛍光体を用いた発光媒体を開示している。特許文献１及び２において、蛍光体は、液体媒体又はエポキシ樹脂などの分散媒質に分散している。【０００４】
特許文献３は、ｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶によって構成されたマトリクスを開示している。【０００５】
また、溶液成長法は、例えば、特許文献４に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−６１０９８号公報
【特許文献２】特開２００８−１８２１９７号公報
【特許文献３】国際公開第２０１３／１７２０２５号
【特許文献４】特開２００４−３１５３４２号公報
【発明の概要】
【０００７】
特許文献１の波長変換部材及び特許文献２の発光媒体は、放熱性の観点から改良の余地を有する。
【０００８】
本開示は、優れた放熱性を有する波長変換部材を提供することを目的とする。
【０００９】
すなわち、本開示は、蛍光体と前記蛍光体を囲んでいる第１のマトリクスとを有する波長変換粒子と、第１のマトリクスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、波長変換粒子を囲んでいる第２のマトリクスと、を備えた、波長変換部材を提供する。
【００１０】
本開示の技術によれば、優れた放熱性を有する波長変換部材を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本開示の一実施形態にかかる波長変換部材の概略断面図である。
【図２】図２は、図１に示す波長変換粒子の断面図である。
【図３】図３は、量子ドットの断面図である。
【図４】図４は、本開示の変形例にかかる波長変換粒子の断面図である。
【図５】図５は、本開示の波長変換部材を用いた反射型光源の概略断面図である。
【図６】図６は、本開示の波長変換部材を用いた透過型光源の概略断面図である。
【図７】図７は、本開示の波長変換部材を用いた他の透過型光源の概略断面図である。
【図８】図８は、本開示の光源を用いた照明装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（本開示の基礎となった知見）
特許文献１の波長変換部材又は特許文献２の発光媒体を使用したとき、蛍光体の温度が大きく上昇することがある。蛍光体の温度が大きく上昇したとき、蛍光体の発光効率が低下する。量子ドットでできた蛍光体を用いたとき、蛍光体の温度が大きく上昇することによって、量子ドットに配位したリガンドが焼失するという問題もある。
【００１３】
酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、多くの蛍光体の屈折率に近い屈折率を有する無機材料であるとともに、優れた透光性及び高い熱伝導性を有する。そのため、酸化亜鉛をマトリクスの材料として用いたとき、蛍光体とＺｎＯマトリクスとの界面での光散乱が抑制され、高い光出力が達成されうる。酸化亜鉛を含むマトリクスは、例えば、酸化亜鉛を結晶成長させることによって形成できる。酸化亜鉛の結晶成長には、Ｚｎイオンを含む溶液を用いた溶液成長法を利用できる。しかし、蛍光体は、結晶成長用の溶液と接触することによって、失活することがある。
【００１４】
本開示の第１態様にかかる波長変換部材は、蛍光体とこの蛍光体を囲んでいる第１のマトリクスとを有する波長変換粒子と、第１のマトリクスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有し、波長変換粒子を囲んでいる第２のマトリクスと、を備えたものである。
【００１５】
第１態様によれば、第２のマトリクスは、第１のマトリクスの熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。そのため、波長変換部材は、優れた放熱性を有する。
【００１６】
本開示の第２態様において、例えば、第１態様にかかる波長変換部材の蛍光体は、量子ドットでできた蛍光体、金属錯体でできた蛍光体及び有機蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである。第２態様によれば、波長変換部材によって、単色性に優れた光、又は、演色性に優れた光が得られる。
【００１７】
本開示の第３態様において、例えば、第１又は第２態様にかかる波長変換部材の前記第１のマトリクスは、樹脂及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。第３態様によれば、蛍光体の失活が抑制される。すなわち、波長変換粒子における蛍光体の状態が安定している。そのため、蛍光体の発光特性を容易に維持できる。
【００１８】
本開示の第４態様において、例えば、第１〜第３態様のいずれか１つにかかる波長変換部材の第２のマトリクスは、無機結晶を含む。第４態様によれば、波長変換部材は、優れた放熱性を有する。
【００１９】
本開示の第５態様において、例えば、第４態様にかかる波長変換部材の無機結晶は、酸化亜鉛結晶である。第５態様によれば、波長変換部材は、優れた放熱性を有する。
【００２０】
本開示の第６態様において、例えば、第５態様にかかる波長変換部材の酸化亜鉛結晶は、ｃ軸に配向した酸化亜鉛多結晶である。第６態様によれば、波長変換部材は、優れた放熱性を有する。
【００２１】
本開示の第７態様において、例えば、第１〜第６態様のいずれか１つにかかる波長変換部材の波長変換粒子の平均粒径が０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下である。第７態様によれば、波長変換部材は、優れた放熱性を有する。
【００２２】
本開示の第８態様において、例えば、第１〜第７態様のいずれか１つにかかる波長変換部材の波長変換粒子は、第１のマトリクスを被覆している保護層をさらに有する。第８態様によれば、蛍光体の失活が抑制される。すなわち、波長変換粒子における蛍光体の状態が安定している。そのため、蛍光体の発光特性を容易に維持できる。
【００２３】
本開示の第９態様にかかる光源は、発光素子と、発光素子から放射された光の光路上に配置された第１〜第８態様のいずれか１つにかかる波長変換部材と、を備えたものである。
【００２４】
第９態様によれば、波長変換部材は、優れた放熱性を有する。そのため、目的とする光学特性を有する光源を容易に提供できる。
【００２５】
以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら説明する。本開示は、以下の実施形態に限定されない。
【００２６】
（波長変換部材の実施形態）
図１に示すように、波長変換部材１００は、基板１０及び波長変換層２０を備えている。基板１０は、波長変換層２０を支持している。波長変換層２０は、基板１０の上に配置されている。波長変換層２０は、第２のマトリクス２６及び波長変換粒子２１を有する。第２のマトリクス２６は、複数の波長変換粒子２１の間に存在している。波長変換粒子２１は、第２のマトリクス２６に埋め込まれている。言い換えれば、波長変換粒子２１は、第２のマトリクス２６に分散されている。波長変換粒子２１は、第２のマトリクス２６に囲まれている。
【００２７】
図２に示すように、波長変換粒子２１は、第１のマトリクス２５及び蛍光体３０を有する。第１のマトリクス２５は、複数の蛍光体３０の間に存在している。蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に埋め込まれている。言い換えれば、蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に分散されている。蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に囲まれている。蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に溶解していてもよい。
【００２８】
第１の波長帯域を有する励起光が波長変換部材１００に照射されたとき、波長変換部材１００は、励起光の一部を第２の波長帯域を有する光に変換して放射する。波長変換部材１００は、励起光の波長よりも長い波長の光を放射する。第２の波長帯域は、第１の波長帯域と異なる帯域である。ただし、第２の波長帯域の一部が第１の波長帯域に重なっていてもよい。波長変換部材１００から放射された光には、蛍光体３０から放射された光だけでなく、励起光そのものが含まれていてもよい。
【００２９】
基板１０は、基板本体１１及び薄膜１２を有する。基板１０の厚さは、例えば、波長変換層２０の厚さよりも大きい。基板本体１１は、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコン、アルミニウム、ガラス、石英（ＳｉＯ2）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）及び酸化亜鉛からなる群より選ばれる１つの材料で作られている。基板本体１１は、例えば、励起光及び蛍光体３０から放射された光に対して透光性を有する。この場合、波長変換部材１００は、透過型光源に好適に使用されうる。基板１０が透光性を有していない場合、波長変換部材１００は、反射型光源に使用されうる。基板本体１１は、鏡面研磨された表面を有していてもよい。
【００３０】
基板本体１１の表面は、反射防止膜、ダイクロイックミラー、金属反射膜、増反射膜、保護膜などによって被覆されていてもよい。反射防止膜は、励起光の反射を防止するための膜である。ダイクロイックミラーは、誘電体多層膜によって構成されうる。金属反射膜は、光を反射させるための膜であり、銀、アルミニウムなどの金属材料で作られている。増反射膜は、誘電体多層膜によって構成されうる。保護膜は、これらの膜を物理的又は化学的に保護するための膜でありうる。
【００３１】
薄膜１２は、波長変換層２０を形成するための下地層として機能する。波長変換層２０の第２のマトリクス２６が結晶質であるとき、薄膜１２は、第２のマトリクス２６の結晶成長過程における種結晶として機能する。つまり、薄膜１２は、単結晶薄膜又は多結晶薄膜である。第２のマトリクス２６がＺｎＯ単結晶又はＺｎＯ多結晶によって構成されているとき、薄膜１２は、ＺｎＯ単結晶薄膜又はＺｎＯ多結晶薄膜でありうる。ただし、基板本体１１が種結晶の機能を発揮できる場合、薄膜１２は省略されていてもよい。例えば、基板本体１１が結晶質のＧａＮ又は結晶質のＺｎＯによって構成されているとき、結晶質のＺｎＯによって構成された第２のマトリクス２６を基板本体１１の上に直接形成することができる。
【００３２】
波長変換層２０において、波長変換粒子２１は、第２のマトリクス２６に分散されている。図１において、波長変換粒子２１は、互いに離れている。ただし、波長変換粒子２１は、互いに接していてもよい。波長変換粒子２１は、石垣のように積まれていてもよい。
【００３３】
波長変換粒子２１において、蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に分散されている。図２において、蛍光体３０は、互いに離れている。ただし、蛍光体３０は、互いに接していてもよい。
【００３４】
蛍光体３０は、励起光を受けて蛍光を放射する。蛍光体３０は、例えば、無機蛍光体及び有機蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである。無機蛍光体は、例えば、量子ドットでできた蛍光体及び金属錯体でできた蛍光体からなる群より選ばれる少なくとも１つである。蛍光体３０は、典型的には、量子ドットでできた蛍光体である。
【００３５】
量子ドットでできた蛍光体は、例えば、１つの量子ドットから構成されている。量子ドットは、半導体結晶でできた粒子である。量子ドットは、ナノサイズの粒径（粒子直径）を有する。そのため、量子ドットは、量子サイズ効果によって蛍光の光を放射できる。
【００３６】
図３に示すとおり、量子ドット３５は、例えば、コア３６及びシェル３７を含む。シェル３７は、コア３６を被覆している。シェル３７は、コア３６の表面全体を被覆していてもよい。シェル３７は、コア３６に接している。コア３６の組成は、シェル３７の組成と異なる。コア３６の形状は、例えば、球形である。
【００３７】
コア３６及びシェル３７のそれぞれの材料は、例えば、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体及びＩＶ−ＶＩ族化合物半導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。コア３６及びシェル３７のそれぞれの材料は、Ｓｉを含んでいてもよい。
【００３８】
ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体は、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＺｎＯ、ＨｇＳ、ＨｇＳｅ、ＨｇＴｅ、ＣｄＳｅＳ、ＣｄＳｅＴｅ、ＣｄＳＴｅ、ＺｎＳｅＳ、ＺｎＳｅＴｅ、ＺｎＳＴｅ、ＨｇＳｅＳ、ＨｇＳｅＴｅ、ＨｇＳＴｅ、ＣｄＺｎＳ、ＣｄＺｎＳｅ、ＣｄＺｎＴｅ、ＣｄＨｇＳ、ＣｄＨｇＳｅ、ＣｄＨｇＴｅ、ＨｇＺｎＳ、ＨｇＺｎＳｅ、ＨｇＺｎＴｅ、ＣｄＺｎＳｅＳ、ＣｄＺｎＳｅＴｅ、ＣｄＺｎＳＴｅ、ＣｄＨｇＳｅＳ、ＣｄＨｇＳｅＴｅ、ＣｄＨｇＳＴｅ、ＨｇＺｎＳｅＳ、ＨｇＺｎＳｅＴｅ及びＨｇＺｎＳＴｅからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００３９】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体は、例えば、ＧａＮ、ＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＳｂ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＳｂ、ＩｎＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＳｂ、ＩｎＧａＮ、ＧａＮＰ、ＧａＮＡｓ、ＧａＮＳｂ、ＧａＰＡｓ、ＧａＰＳｂ、ＡｌＮＰ、ＡｌＮＡｓ、ＡｌＮＳｂ、ＡｌＰＡｓ、ＡｌＰＳｂ、ＩｎＮＰ、ＩｎＮＡｓ、ＩｎＮＳｂ、ＩｎＰＡｓ、ＩｎＰＳｂ、ＧａＡｌＮＰ、ＧａＡｌＮＡｓ、ＧａＡｌＮＳｂ、ＧａＡｌＰＡｓ、ＧａＡｌＰＳｂ、ＧａＩｎＮＰ、ＧａＩｎＮＡｓ、ＧａＩｎＮＳｂ、ＧａＩｎＰＡｓ、ＩｎＡｌＮＰ、ＩｎＡｌＮＡｓ、ＩｎＡｌＮＳｂ、ＩｎＡｌＰＡｓ及びＩｎＡｌＰＳｂからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００４０】
ＩＶ−ＶＩ族化合物半導体は、例えば、ＳｂＴｅを含む。
【００４１】
量子ドット３５のコア３６の材料は、例えば、ＩｎＰを含む。量子ドット３５のシェル３７の材料は、例えば、ＺｎＳを含む。
【００４２】
量子ドット３５には、リガンドが配位していてもよい。リガンドは、例えば、シェル３７の表面に配位している。量子ドット３５にリガンドが配位しているとき、量子ドット３５は、高い分散性を有する。リガンドは、例えば、炭化水素化合物を含む。炭化水素化合物は、官能基を有する。炭化水素化合物は、例えば、直鎖状又は分岐鎖状の脂肪族基を含む。炭化水素化合物の炭素数は、２〜３０の範囲にあってもよく、４〜２０の範囲にあってもよい。官能基は、例えば、カルボキシル基、アミノ基、アミド基、ニトリル基、水酸基、エーテル基、カルボニル基、スルホニル基及びホスホニル基からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。炭化水素化合物は、ハロゲン基、ハロゲン化アルキル基、芳香族基及びアルケニル基からなる群より選ばれる少なくとも１つをさらに含んでいてもよい。
【００４３】
炭化水素化合物は、例えば、トリオクチルホスフィンオキサイド（tri-n-octylphosphine oxide：ＴＯＰＯ）及びトリオクチルホスフィン（tri-n-octylphosphine：ＴＯＰ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００４４】
量子ドット３５の平均粒径は、波長変換粒子２１の平均粒径よりも小さい。量子ドット３５の平均粒径は、１〜１０００ｎｍの範囲にあってもよく、２〜１００ｎｍの範囲にあってもよい。量子ドット３５の平均粒径は、２０ｎｍ以下であってもよい。量子ドット３５の平均粒径は、例えば、次の方法によって特定することができる。まず、波長変換粒子２１の断面を透過電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定の量子ドット３５の面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定の量子ドット３５の粒径（粒子の直径）とみなす。任意の個数（例えば５０個）の量子ドット３５の粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値を量子ドット３５の平均粒径とみなす。波長変換粒子２１の断面は、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）などの方法で露出させることができる。本開示において、量子ドット３５の形状は、限定されない。量子ドット３５の形状は、例えば、球状である。本開示において、平均粒径の測定方法は上記の方法に限定されない。
【００４５】
量子ドット３５の材料、量子ドット３５の平均粒径及び量子ドット３５に含まれるコア３６の粒径は、波長変換部材１００から放射されるべき光の色度に応じて選択される。例えば、量子ドット３５のコア３６がＩｎＰでできており、シェル３７がＺｎＳでできており、かつ、コア３６の粒径（粒子直径）が１〜２０ｎｍの範囲にあるとき、量子ドット３５から赤色又は緑色の光が放射されうる。詳細には、コア３６の粒径が６〜１０ｎｍの範囲にあるとき、量子ドット３５から赤色の光が放射されうる。コア３６の粒径が４〜８ｎｍの範囲にあるとき、量子ドット３５から緑色の光が放射されうる。量子ドット３５から放射された光は、優れた単色性を有する。蛍光体３０が量子ドット３５でできた蛍光体であるとき、波長変換部材１００によって演色性に優れた光を得ることもできる。
【００４６】
金属錯体でできた蛍光体は、例えば、１つの金属錯体から構成されている。金属錯体は、金属原子及びリガンドを含む。リガンドは、金属原子に配位している。金属原子は、発光中心として機能するものであれば特に限定されない。金属原子は、例えば、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ及びＡｕからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属原子は、希土類を含んでいてもよい。希土類は、例えば、Ｇｄ、Ｙｂ、Ｙ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｎｄ、Ｅｒ、Ｓｍ、Ｄｙ及びＣｅからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属原子が希土類を含むとき、金属錯体に吸収された光の波長と、金属錯体から放射された光の波長との差が大きい。そのため、金属錯体から放射された光は、他の金属錯体に容易に吸収されない。これにより、波長変換部材１００において、高い量子効率を達成できる。金属錯体において、金属原子は、イオン化されていてもよい。
【００４７】
金属錯体のリガンドとしては、量子ドット３５のリガンドとして例示したものが挙げられる。すなわち、金属錯体のリガンドは、炭化水素化合物を含んでいてもよい。金属錯体のリガンドにおいて、炭化水素化合物は、複素環を含んでいてもよい。複素環は、例えば、フェナントロリン環及びチオフェン環からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。炭化水素化合物は、例えば、１，１０−フェナントロリン及び４，４，４−トリフルオロ−１−（２−チエニル）−１，３−ブタンジオンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。金属錯体は、例えば、(１，１０-フェナントロリン)トリス［４，４，４−トリフルオロ−１−（２−チエニル）−１，３−ブタンジオナト］ユウロピウム（ＩＩＩ）（Ｅｕ（ＴＴＡ）3ｐｈｅｎ）である。
【００４８】
無機蛍光体は、量子ドット３５でできた蛍光体及び金属錯体でできた蛍光体とは異なる他の蛍光体であってもよい。無機蛍光体は、無機粒子でできた蛍光体であってもよい。無機粒子でできた蛍光体は、例えば、１つの無機粒子から構成されている。無機粒子の材料は、例えば、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（ＹＡＧ）、Ｙ3（Ａｌ，Ｇａ）5Ｏ12：Ｃｅ（ＧＹＡＧ）、Ｌｕ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ（ＬｕＡＧ）、（Ｓｉ，Ａｌ）6（Ｏ，Ｎ）8：Ｅｕ（β−ＳｉＡｌＯＮ）、（Ｌａ，Ｙ）3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ（ＬＹＳＮ）、Ｌａ3Ｓｉ6Ｎ11：Ｃｅ（ＬＳＮ）、Ｌｕ2ＣａＭｇ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ（ＬＣＭＳ）、Ｓｒ2ＳｉＯ4：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）Ｓｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12：Ｃｅ、ＣａＳｉ2Ｏ2Ｎ2：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（ＣＡＳＮ）及び（Ｃａ，Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ（ＳＣＡＳＮ）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００４９】
無機粒子の平均粒径は、例えば、１０〜５００ｎｍの範囲にある。無機粒子の平均粒径は、量子ドット３５の平均粒径と同じ方法によって測定されうる。無機粒子の形状は、球状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。無機粒子の平均粒径が可視光の波長よりも小さいとき、可視光の散乱が抑制される。そのため、透明な波長変換部材１００を提供することができる。
【００５０】
有機蛍光体は、例えば、縮合環化合物及び縮合環化合物の誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。縮合環化合物は、例えば、アントラセン、フェナントレン、ペンタセン、テトラセン、ピレン、ペリレン、ベンツピレン及びコロネンからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。有機蛍光体は、例えば、テトラセンである。
【００５１】
有機蛍光体は、ローダミン誘導体、クマリン誘導体、キナクリドン誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、アリールアミン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、カルバゾール誘導体、シロール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ナフタルイミド誘導体、トリフラニルアミン誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ヒドラゾン誘導体、ピリジン誘導体、フルオレン誘導体、ベンゾオキサジノン誘導体、フェナントロリン誘導体、キナゾリノン誘導体、キノフタロン誘導体、ペリノン誘導体、ルブレン誘導体、スチリル誘導体、チオフェン誘導体、アゾール誘導体、ピラゾール誘導体及びピロール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。スチリル誘導体は、例えば、ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体及びスチルベン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。チオフェン誘導体は、例えば、オリゴチオフェン誘導体を含む。アゾール誘導体は、例えば、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体及びベンゾアザトリアゾール誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。ピラゾール誘導体は、例えば、ピラゾリン誘導体を含む。ピロール誘導体は、例えば、ポルフィリン誘導体及びフタロシアニン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。有機蛍光体は、スピロ化合物、フェニレン化合物及びジエン化合物からなる群より選ばれる少なくとも１つを含んでいてもよい。ジエン化合物は、例えば、シクロペンタジエン誘導体及びテトラフェニルブタジエン誘導体からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。
【００５２】
有機蛍光体の発光特性は、有機蛍光体の分子構造を変化させることによって容易に調節できる。波長変換部材１００において、分子構造が互いに異なる複数の有機蛍光体が存在するとき、波長変換部材１００によって演色性に優れた光が得られる。
【００５３】
第１のマトリクス２５の材料は、特に限定されない。第１のマトリクス２５は、例えば、樹脂及びガラスからなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。このとき、蛍光体３０の失活が抑制される。すなわち、波長変換粒子２１における蛍光体３０の状態が安定する。樹脂は、透明であれば特に限定されない。樹脂は、例えば、シリコーン樹脂及びアクリル樹脂からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。シリコーン樹脂は、例えば、ポリシルセスキオキサンを含む。アクリル樹脂は、例えば、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）を含む。第１のマトリクス２５は、樹脂又はガラスを主成分として含んでいてもよい。「主成分」とは、第１のマトリクス２５に重量比で最も多く含まれた成分を意味する。第１のマトリクス２５は、実質的に樹脂又はガラスからなっていてもよい。「実質的に〜からなる」は、言及された材料の本質的特徴を変更する他の成分を排除することを意味する。ただし、第１のマトリクス２５は、樹脂又はガラスの他に不純物を含んでいてもよい。
【００５４】
第１のマトリクス２５の熱伝導率は、第２のマトリクス２６の熱伝導率よりも低い。第１のマトリクス２５の熱伝導率は、例えば、０．１〜２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にある。第１のマトリクス２５の熱伝導率は、第１のマトリクス２５の組成と同じ組成を有する試験片を用いて測定されうる。熱伝導率は、日本工業規格（ＪＩＳ）  Ｒ１６１１（２０１０）に規定された方法によって測定されうる。熱伝導率は、２５℃での値である。
【００５５】
波長変換粒子２１の平均粒径は、例えば、０．０１〜５０μｍの範囲にある。波長変換粒子２１の平均粒径は、０．０１μｍ以上かつ１０μｍ以下であってもよく、０．１μｍ以上かつ１０μｍ以下であってもよい。波長変換粒子２１の平均粒径は、例えば、次の方法によって特定することができる。まず、波長変換部材１００の断面を走査電子顕微鏡で観察する。得られた電子顕微鏡像において、特定の波長変換粒子２１の面積を画像処理によって算出する。算出された面積と同じ面積を有する円の直径をその特定の波長変換粒子２１の粒径（粒子の直径）とみなす。任意の個数（例えば５０個）の波長変換粒子２１の粒径をそれぞれ算出し、算出値の平均値を波長変換粒子２１の平均粒径とみなす。本開示において、波長変換粒子２１の形状は限定されない。波長変換粒子２１の形状は、球状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。
【００５６】
第２のマトリクス２６は、例えば、無機材料によって構成されている。無機材料は、例えば、Ａｌ2Ｏ3、ＺｎＯ及びＳｉＯ2からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。無機材料は、結晶質であってもよい。すなわち、第２のマトリクス２６は、無機結晶を含んでいてもよい。第２のマトリクス２６は、励起光及び蛍光体３０から放射された光に対して透光性を有することが望ましい。透明性及び熱伝導性の観点から、第２のマトリクス２６の材料として、ＺｎＯが適している。ＺｎＯが第２のマトリクス２６の材料として使用されているとき、波長変換層２０の熱を外部（主に基板１０）に容易に逃がすことができる。第２のマトリクス２６は、ＺｎＯを主成分として含んでいてもよい。第２のマトリクス２６は、実質的にＺｎＯからなっていてもよい。ただし、第２のマトリクス２６は、ＺｎＯの他に不純物を含んでいてもよい。
【００５７】
第２のマトリクス２６に含まれる無機結晶は、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）結晶である。無機結晶は、詳細には、ＺｎＯの単結晶又はＺｎＯの多結晶である。ＺｎＯは、ウルツ鉱型の結晶構造を有する。結晶成長によって第２のマトリクス２６を形成したとき、第２のマトリクス２６は、例えば、薄膜１２の結晶構造に応じた結晶構造を有する。すなわち、薄膜１２として、ｃ軸に配向したＺｎＯの多結晶を用いたとき、第２のマトリクス２６は、ｃ軸に配向したＺｎＯの多結晶を有する。「ｃ軸に配向したＺｎＯ」とは、基板１０の主面（最も広い面積を有する面）に平行な面がｃ面であることを意味する。第２のマトリクス２６がｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶を含むとき、波長変換層２０の内部において光散乱が抑制され、高い光出力を達成できる。
【００５８】
ｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶は、ｃ軸に配向した複数の柱状の結晶粒を含む。ｃ軸に配向したＺｎＯ多結晶において、ｃ軸方向の結晶粒界が少ない。「柱状の結晶粒がｃ軸に配向している」とは、ｃ軸方向のＺｎＯの成長がａ軸方向のＺｎＯの成長よりも速く、基板１０の上に縦長のＺｎＯ結晶粒が形成されていることを意味する。ＺｎＯ結晶粒のｃ軸は、基板１０の法線方向に平行である。ＺｎＯがｃ軸配向の結晶であるかどうかは、ＸＲＤ測定（２θ／ωスキャン）によって確認できる。ＸＲＤ測定結果から得られたＺｎＯの回折ピークにおいて、ＺｎＯのｃ面に起因する回折ピークが、ＺｎＯのｃ面以外に起因する回折ピークよりも大きい強度を有する場合、ＺｎＯがｃ軸配向の結晶であると判断できる。
【００５９】
第２のマトリクス２６の熱伝導率は、第１のマトリクス２５の熱伝導率よりも高い。第２のマトリクス２６の熱伝導率は、例えば、５．０〜５０Ｗ／（ｍ・Ｋ）の範囲にある。第２のマトリクス２６の熱伝導率は、第１のマトリクス２５の熱伝導率と同じ方法によって測定されうる。
【００６０】
波長変換層２０は、フィラー粒子をさらに有していてもよい。波長変換層２０において、フィラー粒子は、第２のマトリクス２６に分散されている。フィラー粒子に励起光が照射されたとき、フィラー粒子は、蛍光の光を放射しないか、無視できる強度の蛍光の光のみを放射する。フィラー粒子の材料、形状及び添加量は、必要とする色度に応じて適宜調節される。
【００６１】
フィラー粒子は、例えば、金属酸化物を含む。フィラー粒子は、実質的に金属酸化物からなっていてもよい。金属酸化物の多くは、化学的に安定であり、蛍光を殆ど放射しないので、フィラー粒子の材料として適している。一例において、フィラー粒子は、Ａｌ2Ｏ3粒子、ＳｉＯ2粒子及びＴｉＯ2粒子から選ばれる少なくとも１つを含む。
【００６２】
フィラー粒子の平均粒径は、例えば、０．１〜２０μｍの範囲にある。フィラー粒子の平均粒径は、例えば、波長変換粒子２１の平均粒径よりも小さい。波長変換粒子２１の平均粒径Ｄ１に対するフィラー粒子の平均粒径Ｄ２の比率（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば、０．０１〜０．９０の範囲にある。フィラー粒子の平均粒径は、波長変換粒子２１の平均粒径と同じ方法によって測定されうる。フィラー粒子の形状は、球状であってもよく、鱗片状であってもよく、繊維状であってもよい。波長変換粒子２１の体積をＶ１と定義する。フィラー粒子の体積をＶ２と定義する。このとき、Ｖ２／（Ｖ１＋Ｖ２）の値は、例えば、０．１〜０．９の範囲にある。
【００６３】
次に、波長変換部材１００の製造方法を説明する。
【００６４】
まず、波長変換粒子２１を準備する。波長変換粒子２１は、市販されているものを用いてもよい。第１のマトリクス２５が樹脂を含む場合、次の方法によって、波長変換粒子２１を作製できる。まず、樹脂及び蛍光体３０を含む分散液を調製する。分散液に含まれる溶媒を除去することによって固形物が得られる。固形物を粉砕することによって、波長変換粒子２１が得られる。
【００６５】
第１のマトリクス２５がガラスを含む場合、次の方法によって、波長変換粒子２１を作製できる。まず、シリコンアルコキシドなどの前駆体を含むゾルを調製する。蛍光体３０をゾルに分散させる。ゾルをゲル化させ、焼成する。得られた固形物を粉砕することによって、波長変換粒子２１が得られる。
【００６６】
次に、基板１０を準備する。例えば、基板本体１１の上に薄膜１２として結晶性のＺｎＯ薄膜を形成する。ＺｎＯ薄膜を形成する方法としては、蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性プラズマ蒸着法、イオンアシスト蒸着法、スパッタリング法、パルスレーザ堆積法などの気相成膜法が用いられる。薄膜１２は、次の方法によって形成してもよい。まず、亜鉛アルコキシドなどの前駆体を含むゾルを調製する。印刷法によって、ゾルを基板本体１１に塗布し、塗膜を形成する。次に、塗膜を加熱処理することによって薄膜１２が得られる。薄膜１２は、ＺｎＯ単結晶薄膜又はＺｎＯ多結晶薄膜でありうる。
【００６７】
次に、基板１０の上（薄膜１２の上）に波長変換粒子２１を含む層を形成する。例えば、波長変換粒子２１を含む分散液を調製する。基板１０を分散液中に配置し、電気泳動法を用いて波長変換粒子２１を基板１０の上に堆積させる。これにより、波長変換粒子２１を含む層を基板１０の上に形成することができる。基板１０を分散液中に配置し、波長変換粒子２１を沈降させることによって基板１０の上に波長変換粒子２１を含む層を形成することもできる。波長変換粒子２１を含む塗布液を用い、印刷法などの薄膜形成方法によって波長変換粒子２１を含む層を基板１０の上に形成することもできる。
【００６８】
次に、複数の波長変換粒子２１の間に第２のマトリクス２６を形成する。第２のマトリクス２６を形成する方法としては、Ｚｎイオンを含有する溶液を使用した溶液成長法を利用できる。溶液成長法には、大気圧下で行われる化学溶液析出法（chemical bath deposition）、大気圧以上の圧力下で行う水熱合成法（hydrothermal synthesis）、電圧又は電流を印加する電解析出法（electrochemical deposition）などが用いられる。結晶成長用の溶液として、例えば、ヘキサメチレンテトラミンを含有する硝酸亜鉛の水溶液が用いられる。結晶質の第２のマトリクス２６は、薄膜１２の上にエピタキシャル成長する。これによって、波長変換層２０が得られる。
【００６９】
結晶成長用の溶液は、典型的には、酸性を示す。そのため、蛍光体３０が結晶成長用の溶液に接触したとき、蛍光体３０が酸化されることによって失活することがある。蛍光体３０が量子ドット３５でできた蛍光体であるとき、蛍光体３０が結晶成長用の溶液に接触することによって、量子ドット３５が凝集することがある。本実施形態の製造方法では、蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に囲まれている。そのため、蛍光体３０は、結晶成長用の溶液に直接接触しない。これにより、蛍光体３０の失活、及び、量子ドット３５の凝集が抑制される。すなわち、目的とする光学特性を有する波長変換部材１００を容易に提供できる。
【００７０】
波長変換部材１００において、第２のマトリクス２６は、第１のマトリクス２５の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有する。そのため、波長変換部材１００は、優れた放熱性を有する。波長変換部材１００によれば、蛍光体３０の温度が大きく上昇することを抑制できる。これにより、蛍光体３０の発光効率を維持することができる。蛍光体３０が量子ドット３５でできた蛍光体であるとき、量子ドット３５に配位したリガンドの焼失が抑制される。これにより、量子ドット３５の分散性を容易に維持できる。
【００７１】
（波長変換粒子の変形例）
図４に示すように、変形例にかかる波長変換粒子２２は、保護層４０をさらに有している。波長変換粒子２２において、蛍光体３０は、１つの量子ドット３５から構成されている。保護層４０を有していること、及び、蛍光体３０が１つの量子ドット３５から構成されていることを除き、波長変換粒子２２の構造は、波長変換粒子２１の構造と同じである。
【００７２】
保護層４０は、第１のマトリクス２５を被覆している。詳細には、保護層４０は、第１のマトリクス２５の表面全体を被覆している。保護層４０は、第１のマトリクス２５の表面を部分的に被覆しているだけでもよい。保護層４０は、例えば、樹脂を含む。樹脂としては、上述したものを使用できる。保護層４０は、例えば、ポリシルセスキオキサンを含む。保護層４０は、樹脂を主成分として含んでいてもよい。保護層４０は、実質的に樹脂からなっていてもよい。保護層４０の組成は、第１のマトリクス２５の組成と異なる。
【００７３】
保護層４０の平均厚さは、例えば、１０〜５００ｎｍの範囲にある。保護層４０の厚さは、保護層４０の表面から第１のマトリクス２５の表面までの厚さを意味する。保護層４０の平均厚さは、例えば、波長変換粒子２２の断面の電子顕微鏡観察像及びＥＤＸ測定から特定することができる。例えば、特定の粒子のＥＤＸ像を用い、保護層４０の厚さを任意の複数の点（例えば５点）において測定する。得られた値の平均値をその特定の粒子の保護層４０の厚さとみなすことができる。さらに、同じ測定を複数の粒子（例えば１０個）について実施する。得られた厚さの合計値を粒子の個数（１０個）で除することによって、保護層４０の平均厚さが算出されうる。波長変換粒子２２の断面は、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）などの方法で露出させることができる。
【００７４】
波長変換粒子２２は、次の方法によって作製できる。まず、前駆体粒子を準備する。前駆体粒子において、蛍光体３０は、第１のマトリクス２５に囲まれている。前駆体粒子は、波長変換粒子２１を作製する方法と同じ方法によって作製できる。次に、樹脂を含む分散液を調製する。分散液に前駆体粒子を加え、分散液を撹拌する。分散液から前駆体粒子を取り出す。前駆体粒子を乾燥することによって、前駆体粒子の表面に保護層４０が形成される。これにより、波長変換粒子２２が得られる。
【００７５】
蛍光体３０は、酸素、腐食性ガス、水蒸気などの気体と接触することによって失活することがある。本実施形態において、波長変換粒子２２は、保護層４０を有する。そのため、気体は、第１のマトリクス２５を容易に透過できない。すなわち、保護層４０によれば、蛍光体３０の失活を抑制できる。蛍光体３０の失活が抑制されるため、蛍光体３０の発光特性を容易に維持できる。
【００７６】
（光源の実施形態）
図５に示すように、本実施形態の光源２００は、波長変換部材１００及び発光素子５１を備えている。発光素子５１は、励起光を放射する。波長変換部材１００は、発光素子５１から放射された励起光の光路上に配置されている。発光素子５１と波長変換部材１００の基板１０との間に波長変換部材１００の波長変換層２０が位置している。光源２００は、反射型光源である。
【００７７】
発光素子５１は、典型的には、半導体発光素子である。半導体発光素子は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）又はレーザーダイオード（ＬＤ）である。
【００７８】
発光素子５１は、１つのＬＤによって構成されていてもよく、複数のＬＤによって構成されていてもよい。複数のＬＤは、光学的に結合されていてもよい。発光素子５１は、例えば、青紫光を放射する。本開示において、青紫光は、３８０〜４２０ｎｍの範囲のピーク波長を有する光である。
【００７９】
光源２００は、光学系５０をさらに備えている。発光素子５１から放射された励起光の光路上に光学系５０が位置していてもよい。光学系５０は、レンズ、ミラー、光ファイバーなどの光学部品を含む。
【００８０】
図６に示すように、本実施形態の光源２１０は、波長変換部材１００及び発光素子５１を備えている。発光素子５１は、波長変換部材１００の基板１０に向かい合っている。発光素子５１の光が基板１０を透過して波長変換層２０に到達する。光源２１０は、透過型光源である。
【００８１】
図７に示すように、本実施形態の光源２２０は、波長変換部材１００、発光素子５１、筐体５２、ボンディングワイヤ５３及び端子５４を備える。波長変換部材１００は、筐体５２に取り付けられている。光源２２０において、発光素子５１は、ＬＥＤである。発光素子５１は、筐体５２の内部に配置されている。発光素子５１は、波長変換部材１００の基板１０に向かい合っている。発光素子５１の光が基板１０を透過して波長変換層２０に到達する。光源２２０は、透過型光源である。
【００８２】
端子５４の一部は、筐体５２に埋め込まれている。端子５４は、電源（図示せず）と電気的に接続している。ボンディングワイヤ５３は、発光素子５１と端子５４とを電気的に接続している。光源２２０は、液晶ディスプレイ装置のバックライトに適している。
【００８３】
（照明装置の実施形態）
図８に示すように、本実施形態の照明装置３００は、光源２００及び光学部品５５を備えている。光源２００に代えて、図６を参照して説明した光源２１０も使用可能である。光学部品５５は、光源２００から放射された光を前方に導くための部品であり、具体的には、リフレクタである。光学部品５５は、例えば、Ａｌ、Ａｇなどの金属膜又は表面に保護膜が形成されたＡｌ膜を有する。光源２００の前方には、フィルタ５６が設けられていてもよい。フィルタ５６は、光源２００の発光素子からのコヒーレントな青色光が直接外部に出ないように、青色光を吸収又は散乱させる。照明装置３００は、いわゆるリフレクタータイプであってもよく、プロジェクタータイプであってもよい。照明装置３００は、例えば、車両用ヘッドランプである。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本開示の波長変換部材は、例えば、シーリングライトなどの一般照明装置に利用することができる。また、本開示の波長変換部材は、例えば、スポットライト、スタジアム用照明、スタジオ用照明などの特殊照明装置の光源に利用することができる。また、本開示の波長変換部材は、例えば、ヘッドランプなどの車両用照明装置の光源に利用することができる。また、本開示の波長変換部材は、例えば、プロジェクタ、ヘッドアップディスプレイなどの投影装置の光源に利用することができる。また、本開示の波長変換部材は、例えば、医療用又は工業用の内視鏡用ライト；デジタルカメラ、携帯電話機、スマートフォンなどの撮像装置の光源に利用することができる。また、本開示の波長変換部材は、例えば、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用モニター、ノート型パーソナルコンピュータ、テレビ、携帯情報端末（ＰＤＸ）、スマートフォン、タブレットＰＣ、携帯電話などの液晶ディスプレイ装置などにおける光源に利用することができる。このように、本開示の波長変換部材及び光源は、産業上有用である。
【符号の説明】
【００８５】
１０    基板
１１    基板本体
１２    薄膜
２０    波長変換層
２１，２２    波長変換粒子
２５    第１のマトリクス
２６    第２のマトリクス
３０    蛍光体
３５    量子ドット
３６    コア
３７    シェル
４０    保護層
５１    発光素子
５５    光学部品
１００    波長変換部材
２００，２１０，２２０    光源
３００    照明装置
【図１】
2019065193.tif 000003
【図２】
2019065193.tif 000004
【図３】
2019065193.tif 000005
【図４】
2019065193.tif 000006
【図５】
2019065193.tif 000007
【図６】
2019065193.tif 000008
【図７】
2019065193.tif 000009
【図８】
2019065193.tif 000010
【国際調査報告】
2019065193.tif 000011
2019065193.tif 000012
2019065193.tif 000013
2019065193.tif 000014