(57)【要約】【課題】耐熱性を向上させることができ、かつ、小型化することができる発光装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】基板１１の上に、ＬＥＤよりなる複数の発光素子１２が搭載されており、発光素子１２の上には、発光素子１２に接して波長変換部材１４が配置されている。波長変換部材１４は、形成基材１４Ａの一面に、蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成されたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、この発光素子に接して配置された波長変換部材とを備え、
前記波長変換部材は、形成基材と、この形成基材の少なくとも一面に形成され、粒子状の蛍光体材料とバインダとを含む蛍光体膜とを有し、
前記蛍光体膜は、前記形成基材の少なくとも一面に、前記蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成された
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記蛍光体材料の一次粒子の平均粒径は、１μｍ以上２０μｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記蛍光体膜の膜厚分布は、±１０％以内であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の発光装置。
【請求項４】
前記蛍光体膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａで１０μｍ以下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１に記載の発光装置。
【請求項５】
前記形成基材は、ガラス、石英、サファイア又は多結晶アルミナにより構成されたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１に記載の発光装置。
【請求項６】
前記形成基材の厚みは、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１に記載の発光装置。
【請求項７】
発光素子と、この発光素子に接して配置された波長変換部材とを備え、この波長変換部材は、形成基材と、この形成基材の少なくとも一面に形成され、粒子状の蛍光体材料とバインダとを含む蛍光体膜とを有する発光装置の製造方法であって、
前記蛍光体膜は、前記形成基材の少なくとも一面に、前記蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を印刷法により塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成する
ことを特徴とする発光装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光体材料を用いた発光装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体を用いた発光装置としては、例えば、蛍光体をエポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に分散させて配置したものが知られている（例えば、特許文献１または特許文献２参照）。しかし、この発光装置では、ＬＥＤの高出力化やＬＥＤの発熱に伴い、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂が劣化したり、変形、剥離したりして、高出力化を図ることが難しいという問題があった。その解決策として、エポキシ樹脂またはシリコーン樹脂に代えて、例えば、ガラスに蛍光体を分散させた発光装置が開発されている（例えば、特許文献３から特許文献５参照）。この発光装置によれば、分散媒に無機材料を用いることにより構造的な耐熱性を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３３６４２２９号公報
【特許文献２】特許第３８２４９１７号公報
【特許文献３】特開２００９−９１５４６号公報
【特許文献４】特開２００８−１４３９７８号公報
【特許文献５】特開２００８−１１５２２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一般的な低融点ガラスは、実質５００℃以上で加熱しなければ蛍光体を分散させることができる程度に軟化させることは難しい（引用文献４実施例参照）。例えば、鉛などの重金属を加えることで低融点化することはできるものの、それらの元素が許容される用途は環境や人体への影響の観点から現在では極めて少ない。そのため、蛍光体によっては、熱の影響により性能が劣化してしまう場合があるという問題があった。
【０００５】
また、ガラスに蛍光体を分散させる場合には、母材となるガラスの強度を維持するために蛍光体の充填率を高くすることができず、ＬＥＤの高輝度化に伴い、必要以上に励起光が透過してしまうという問題が生じていた。この透過を抑制するには、蛍光体を分散させたガラスの厚みを厚くしなければならない。その結果、発光装置の薄型化を図ることができず、また、ガラスの厚みが増すことで光透過性が低下してしまい、更に、放熱が阻害されてしまうなどの問題もあった。
【０００６】
本発明は、このような問題に基づきなされたものであり、耐熱性を向上させることができ、かつ、小型化することができる発光装置及びその製造方法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】
【０００７】
本発明の発光装置は、発光素子と、この発光素子に接して配置された波長変換部材とを備え、波長変換部材は、形成基材と、この形成基材の少なくとも一面に形成され、粒子状の蛍光体材料とバインダとを含む蛍光体膜とを有し、蛍光体膜は、形成基材の少なくとも一面に、蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成されたものである。
【０００８】
本発明の発光装置の製造方法は、発光素子と、この発光素子に接して配置された波長変換部材とを備え、この波長変換部材は、形成基材と、この形成基材の少なくとも一面に形成され、粒子状の蛍光体材料とバインダとを含む蛍光体膜とを有する発光装置を製造するものであって、蛍光体膜は、形成基材の少なくとも一面に、蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を印刷法により塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の発光装置によれば、波長変換部材に、主として無機材料よりなるバインダを用いるようにしたので、発光素子から発生する熱に対する耐熱性を向上させることができ、高出力化及び高輝度化を図ることができる。また、波長変換部材は、形成基材の少なくとも一面に、蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を塗布して形成するようにしたので、蛍光体膜における蛍光体材料の充填率を高くすることができ、蛍光体膜の厚みを薄くすることができる。よって、小型化することができると共に、放熱効率も向上させることができ、設計の自由度を高くすることができる。更に、蛍光体膜は、常温で反応又は５００℃以下の温度で熱処理することにより得られるので、低温で形成することができ、蛍光体材料の特性劣化を抑制することができる。
【００１０】
また、形成基材の厚みを０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下とするようにすれば、形状を保持しつつ、より小型化することができる。
【００１１】
加えて、蛍光体材料の一次粒子の平均粒径を１μｍ以上２０μｍ以下とするようにすれば、又は、蛍光体膜の表面粗さを算術平均粗さＲａで１０μｍ以下とするようにすれば、又は、蛍光体膜の膜厚分布を±１０％以内とするようにすれば、色むらを抑制し、均一化して、性能を安定化させることができる。
【００１２】
本発明の発光装置の製造方法によれば、形成基材の少なくとも一面に、原料混合物を印刷法により塗布するようにしたので、蛍光体膜の面内の膜厚分布の均一性を高くすることができる。よって、色むらを抑制し、均一化して、性能を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る発光装置の構成を表す図である。
【図２】８５℃、８５％ＲＨの高温高湿度環境下の曝露試験における輝度の経時変化を表す特性図である。
【図３】１５０℃の乾燥高温環境下の曝露試験における輝度の経時変化を表す特性図である。
【図４】２００℃の乾燥高温環境下の曝露試験における輝度の経時変化を表す特性図である。
【図５】乾燥高温環境下の曝露試験における曝露温度と２４時間後の発光輝度との関係を表す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る発光装置１０の構成を表わすものである。この発光装置１０は、例えば、基板１１の上に、ＬＥＤよりなる複数の発光素子１２が搭載されている。発光素子１２には、例えば、励起光として紫外光、青色光、又は緑色光を発するものが用いられ、中でも、青色光を発するものが好ましい。容易に白色を得ることができると共に、紫外光は周囲の部材を劣化させる等の影響があるのに対して、青色光はそのような影響が小さいからである。発光素子１２は、例えば、図示しないが、基板１１の上に形成された配線とバンプ等により電気的に接続されている。発光素子１２の周りには、例えば、全体を囲むように、リフレクタ枠１３が形成されている。
【００１６】
発光素子１２の上には、例えば、発光素子１２に接して波長変換部材１４が配置されている。波長変換部材１４は、例えば、形成基材１４Ａと、この形成基材１４Ａの少なくとも一面に形成された蛍光体膜１４Ｂとを有している。各ＬＥＤの間、すなわち、基板１１と波長変換部材１４との間には、図示しないが、接着剤又は封止部材を配置し、空間を埋めるようにしてもよい。この接着剤又は封止部材としては、無機材料よりなり、耐熱性の高いものが好ましく、例えば、後述する蛍光体膜１４Ｂで用いるバインダと同様のものを用いることができる。なお、図１では、例えば、蛍光体膜１４Ｂを発光素子１２の側として波長変換部材１４を配置した場合について示したが、形成基材１４Ａを発光素子１２の側として配置するようにしてもよい。
【００１７】
形成基材１４Ａは、例えば、ガラスや石英、又は、サファイアなどの透光性を有するものにより構成することが好ましく、特に、サファイアにより構成するようにすれば、ガラスと同様に光学的に透明であり、かつ、ガラスと比較しても大幅に放熱性を向上させることができ、蛍光体材料の劣化を抑制することができるのでより好ましい。また、形成基材１４Ａは、高純度の多結晶アルミナにより構成するようにしてもよい。サファイアと比較して低コストであり、光吸収も少なく、更に熱伝導率はサファイアと同等であるからである。形成基材１４Ａの特性としては、例えば、４００ｎｍから８００ｎｍの波長域において光透過率が９０％以上有していることが好ましい。また、形成基材１４Ａは、例えば、ガラス又はサファイアを用いた場合には、光を散乱させるためにすりガラス状に表面を荒らすようにしてもよい。多結晶アルミナを用いた場合には、内部の粒界により光が散乱されるため、特に表面に処理を施すこと無く散乱光を得ることが可能である。
【００１８】
形成基材１４Ａの厚みは、例えば、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることが好ましい。３ｍｍ以下とすることにより小型化することができ、かつ、３ｍｍよりも厚いと必要以上に厚みが厚くなり、放熱性、光透過性も低下してしまうからである。また、０．０５ｍｍよりも薄いと、自己形状保持が難しくなり、印刷時に用いる固定治具の影響などにより平面度が維持できない可能性があるからである。形成基材１４Ａは、蛍光体膜１４Ｂを形成する際に、このような厚みのものを用いて波長変換部材１４を形成するようにしてもよいが、これよりも厚いものを用いて蛍光体膜１４Ｂを形成したのち、研磨などにより形成基材１４Ａの厚みを薄くするようにしてもよい。但し、波長変換部材１４の形状が大きく、形成基材１４Ａ自体が構造保持のための役割を担う場合には、形成基材１４Ａの厚みは３ｍｍより厚くてもよい。なお、形成基材１４Ａは、どのような形でもよく、円形板状でも、四角板状でもよい。また、図１では平面状の場合を示したが、凹面状、凸面状、又は、電球形状でもよい。
【００１９】
蛍光体膜１４Ｂは、例えば、粒子状の蛍光体材料と、この蛍光体材料を接着するバインダとを含んでおり、必要に応じて、フィラーを含んでいてもよい。蛍光体膜１４Ｂの厚みは、例えば、３０μｍ以上１ｍｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上５００μｍ以下であればより好ましい。薄すぎると蛍光体材料の量が少なくなり、色の調整が難しくなってしまい、厚すぎると光の散乱が増えすぎて光の吸収が顕著となり、外部に光が取り出しにくくなってしまうからである。蛍光体膜１４Ｂの表面粗さ、すなわち、蛍光体膜１４Ｂの形成基材１４Ａと反対側の表面の表面粗さは、算術平均粗さＲａで１０μｍ以下とすることが好ましく、また、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布は、±１０％以内とすることが好ましい。色むらを抑制し、均一化して、性能を安定化させることができるからである。蛍光体膜１４Ｂの表面粗さ、又は、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布は、例えば、蛍光体膜１４Ｂを形成したのち、表面を研磨又は研削することにより調整することができる。
【００２０】
蛍光体材料は、例えば、蛍光体粒子を含んでおり、蛍光体粒子の表面に被覆層が形成されていてもよい。蛍光体粒子としては、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。
【００２１】
中でも、波長変換部材１４の耐熱性を考慮すると、蛍光体粒子は、(Ｍ３)３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｍ１)Ｓｉ２Ｏ２Ｎ：Ｅｕ、（Ｍ１）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、あるいは（Ｍ１）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕにより構成されることが好ましい。Ｍ１およびＭ３は上述した通りである。蛍光体粒子は、発光素子１２の種類等に応じて選択される。蛍光体材料には、１種または２種以上の蛍光体粒子が用いられ、複数種を用いる場合には、混合して用いてもよく、また、複数層に分けて積層するようにしてもよい。
【００２２】
蛍光体粒子の被覆層は、例えば、希土類酸化物，酸化ジルコニウム，酸化チタン，酸化亜鉛，酸化アルミニウム，イットリウム・アルミニウム・ガーネットなどのイットリウムとアルミニウムの複合酸化物，酸化マグネシウム，およびＭｇＡｌ２Ｏ４などのアルミニウムとマグネシウムの複合酸化物からなる群のうちの少なくとも１種の金属酸化物を主成分として含んでいることが好ましい。耐水性および耐紫外光などの特性を向上させることができるからである。中でも、希土類酸化物又は酸化ジルコニウムが好ましい。希土類酸化物としては、イットリウム，ガドリニウム，セリウムおよびランタンからなる群のうちの少なくとも１種の元素を含むものより好ましく、また、酸化ジルコニウムを用いれば更に好ましい。より高い効果を得ることができ、また、コストを抑制することができるからである。
【００２３】
蛍光体材料の一次粒子の平均粒径は、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下とすることが好ましい。平均粒径を小さくすることにより、色むらを抑制して、均一化することができるからである。但し、小さくし過ぎると、蛍光体材料自体の光学特性が低下してしまう場合が多く、また、１μｍよりも小さい粒子は二次凝集し、微小化の効果が失われてしまうことが多いため、１μｍ以上とすることが好ましい。
【００２４】
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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料を、常温で反応させるか、又は、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る。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好ましく挙げられる。これらの酸化ケイ素前駆体は、常温あるいは熱処理における加水分解あるいは酸化により容易に二酸化ケイ素などの酸化ケイ素となり、バインダとして機能させることができるからである。なお、バインダとしては、酸化ケイ素前駆体が反応して完全に酸化ケイ素となっている必要はなく、未反応部分や不完全反応部分を含んでいてもよい。
【００２５】
また、ケイ酸化合物としては、例えば、ケイ酸ナトリウムが好ましく挙げられる。ケイ酸化合物は、脱水状態のものを用いても、水和物を用いてもよい。シリカ又はアモルファスシリカとしては、例えば、ナノサイズの超微粒子粉末を用い、例えば、一次粒子径としての平均粒子径が５ｎｍ以上１００ｎｍ以下の超微粒子粉末を用いることが好ましく、５ｎｍ以上５０ｎｍ以下の超微粒子粉末を用いればより好ましい。これらケイ酸化合物、シリカ、又は、アモルファスシリカは、溶媒に溶解又は分散させて熱処理、乾燥させることにより固形化し、バインダとして機能させることができる。
【００２６】
バインダ原料の熱処理温度は、形成基材１４Ａ及び蛍光体材料への熱的影響を小さくするために５００℃以下とすることが好ましく、熱的影響をより小さくする必要がある場合には３００℃以下とすればより好ましく、２００℃以下とすれば更に好ましい。また、バインダ原料を常温で反応させるようにすれば、熱的影響がないのでより好ましい。用いる形成基材１４Ａ及び蛍光体材料の耐熱特性に応じて、バインダ原料の種類を選択し、それによりバインダ原料を常温で反応させるのか、又は、何度で熱処理するのかを調節することが好ましい。また、熱処理の際の雰囲気は、蛍光体材料が熱により酸化して劣化しやすい場合には、窒素雰囲気などの非酸化雰囲気とすることが好ましい。
【００２７】
フィラーは、例えば、蛍光体材料の充填率を調整するためのものであり、透光性を有する無機材料よりなるものが好ましく、酸化ケイ素粒子、酸化アルミニウム粒子、または、酸化ジルコニウム粒子などが挙げられる。より好ましくは酸化ケイ素粒子が好ましく、その形態は、結晶でもガラスでもよい。フィラーの平均粒子径は、例えば、蛍光体材料と同じ１μｍから２０μｍ程度が好ましい。
【００２８】
波長変換部材１４は、形成基材１４Ａの少なくとも一面に、蛍光体材料と、バインダ原料とを含む原料混合物を塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成されたものである。塗布の方法としては、例えば、印刷法、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、又はインクジェット法が挙げられる。中でも、印刷法又はスプレー法によれば蛍光体膜１４Ｂの面内の膜厚分布の均一性を高くすることができるので好ましく、最も好ましいのは印刷法である。塗布は、必要な膜厚となるまで繰り返し行ってもよい。
【００２９】
例えば、印刷法を用いる場合であれば、１種又は２種以上の蛍光体材料と、バインダ原料と、希釈溶媒と、必要に応じてフィラーとを混合してペースト状の原料混合物とし、形成基材１４Ａの少なくとも一面に印刷法、例えば、スクリーン印刷により塗布する。印刷法、例えば、スクリーン印刷は、蛍光体膜１４Ｂの面内の膜厚分布の均一性を高くすることができるので好ましい。また、例えば、スプレー法を用いる場合であれば、１種又は２種以上の蛍光体材料と、バインダ原料と、希釈溶媒と、必要に応じてフィラーとを混合してスラリー状の原料混合物とし、形成基材１４Ａの少なくとも一面にスプレーガンを用いて噴霧ガスと共に塗布する。スプレーの噴霧径、およびスプレーガンを一定の速度でトラバースさせながら均一に移動させることが好ましい。
【００３０】
形成基材１４Ａに原料混合物を塗布した後、例えば、塗布した原料混合物を乾燥させて希釈溶媒を除去する。その際、必要に応じて５００℃以下、より好ましくは３００℃以下、更には２００℃以下の範囲で加熱してもよい。これにより、バインダ原料が常温あるいは熱処理により反応し、又は、熱処理により固形化する。
【００３１】
なお、蛍光体膜１４Ｂの面積が非常に小さい場合には、同一の形成基材１４Ａの面上に複数の蛍光体膜１４Ｂを形成したのち、ダイシングなどにより切断するようにしてもよい。蛍光体膜１４Ｂは、形成基材１４Ａの全面に形成してもよく、パターニングしてもよい。このように複数の波長変換部材１４について一括で処理するようにすれば、低コスト化、短時間化、及び、効率化を図ることができるので好ましい。また、一部において蛍光体膜１４Ｂの厚みにばらつきが生じても、ダイシングにより選別することができるので、品質の安定化を図ることができるので好ましい。更に、微細なパターンが必要な場合には、スクリーン印刷であれば、一枚の形成基材１４Ａに一度に大量のパターンを印刷することができるので好ましい。
【００３２】
このように本実施の形態によれば、波長変換部材１４に、主として無機材料よりなるバインダを用いるようにしたので、発光素子１２から発生する熱に対する耐熱性を向上させることができ、高出力化及び高輝度化を図ることができる。また、波長変換部材１４は、形成基材１４Ａの少なくとも一面に、蛍光体材料と、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、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料とを含む原料混合物を塗布して形成するようにしたので、蛍光体膜１４Ｂにおける蛍光体材料の充填率を高くすることができ、蛍光体膜１４Ｂの厚みを薄くすることができる。よって、小型化することができると共に、放熱効率も向上させることができ、設計の自由度を高くすることができる。更に、蛍光体膜１４Ｂは、常温で反応又は５００℃以下の温度で熱処理することにより得られるので、低温で形成することができ、蛍光体材料の特性劣化を抑制することができる。
【００３３】
また、形成基材１４Ａの厚みを０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下とするようにすれば、形状を保持しつつ、より小型化することができる。
【００３４】
更に、形成基材１４Ａをサファイア又は多結晶アルミナにより構成するようにすれば、ガラスよりも熱伝導率が高いため放熱性を向上させることができ、耐熱温度も飛躍的に向上するため、劣化を抑制することができる。
【００３５】
加えて、蛍光体材料の一次粒子の平均粒径を１μｍ以上２０μｍ以下とするようにすれば、又は、蛍光体膜１４Ｂの表面粗さを算術平均粗さＲａで１０μｍ以下とするようにすれば、又は、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布を±１０％以内とするようにすれば、色むらを抑制し、均一化して、性能を安定化させることができる。
【００３６】
更にまた、形成基材１４Ａの少なくとも一面に、原料混合物を印刷法により塗布するようにすれば、蛍光体膜１４Ｂの面内の膜厚分布の均一性を高くすることができる。よって、色むらを抑制し、均一化して、性能を安定化させることができる。
【実施例】
【００３７】
（実施例１−１〜１−４）
まず、蛍光体材料と、バインダ原料と、フィラーと、希釈溶媒とを混合し、原料混合物を作製した。蛍光体材料としては、一次粒子の平均粒子径がそれぞれ１５μｍ程度のＹ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅよりなる蛍光体粒子とＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕよりなる蛍光体粒子とを用いた。バインダ原料としては、実施例１−１ではエチルシリケート、実施例１−２ではペルヒドロポリシラザン、実施例１−３ではケイ酸ナトリウムの水和物、又は、実施例１−４ではシリカあるいはアモルファスシリカの超微粒子粉末を溶剤で懸濁化したものをそれぞれ用いた。フィラーとしては、平均粒子径が１５μｍ程度の二酸化ケイ素粒子を用いた。希釈溶媒としては、テルピネオールを用いた。
【００３８】
次いで、厚みが１ｍｍの透明なガラス板よりなる形成基材１４Ａの一面に、作製した原料混合物を印刷し、必要な厚みとなるように塗布した。そののち、１５０℃で乾燥させることにより、希釈溶媒を除去した。これにより、各実施例について、形成基材１４Ａの一面に、厚みが約８０μｍの蛍光体膜１４Ｂが形成された波長変換部材１４を得た。得られた蛍光体膜１４Ｂの表面粗さを測定したところ、算術平均粗さＲａは１０μｍ以下であった。蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布についても測定したところ、±１０％以内であった。得られた各波長変換部材１４を用い、図１に示したような発光装置１０をそれぞれ作製した。発光素子１２には、青色ＬＥＤを用い、白色を発光する発光装置１０とした。
【００３９】
各実施例の発光装置１０について、通電を行い、発光試験を行った結果、いずれについても良好な白色の発光が得られた。すなわち、蛍光体膜１４Ｂの厚みを薄くしても、良好な白色を得ることができ、小型化できることが分かった。
【００４０】
（実施例２−１〜２−４）
まず、実施例１−１〜１−４と同様にして、蛍光体材料と、バインダ原料と、フィラーと、希釈溶媒とを混合し、原料混合物を作製した。バインダ原料としては、実施例２−１ではエチルシリケート、実施例２−２ではペルヒドロポリシラザン、実施例２−３ではケイ酸ナトリウムの水和物、又は、実施例２−４ではシリカあるいはアモルファスシリカの超微粒子粉末を溶剤で懸濁化したものをそれぞれ用いた。次いで、厚みが１ｍｍの透明なガラス板よりなる、複数の波長変換部材１４を形成することができる大きさの形成基材１４Ａを用意した。
【００４１】
続いて、この形成基材１４Ａの一面に、作製した原料混合物を印刷し、必要な厚みとなるように塗布して、１５０℃で乾燥させることにより希釈溶媒を除去し、厚みが約８０μｍの複数分の蛍光体膜１４Ｂを形成した。そののち、蛍光体膜１４Ｂを形成した形成基材１４Ａをダイシングなどにより複数に切断し、各波長変換部材１４を得た。得られた各波長変換部材１４を用い、図１に示したような発光装置１０をそれぞれ作製した。発光素子１２には、青色ＬＥＤを用い、白色を発光する発光装置１０とした。各実施例の発光装置１０について、通電を行い、発光試験を行った結果、いずれについても良好な白色の発光が得られた。
【００４２】
（実施例３−１〜３−３３，比較例３−１〜３−４）
まず、蛍光体材料と、バインダ原料と、場合により希釈溶媒と、場合によりフィラーとを混合し、原料混合物を作製した。各実施例及び各比較例における蛍光体材料の蛍光体粒子の材質・蛍光体粒子の平均粒子径（粒径）・添加量、フィラーの材質・平均粒子径（粒径）・添加量、バインダ原料の材質・添加量を表１〜４に示す。なお、蛍光体材料としては、蛍光体材料Ａと蛍光体材料Ｂの両方、又は、どちらか一方を用いた。希釈溶媒としてはα-テルピネオールを用いた。
【００４３】
次に、１００ｍｍ角のガラス板よりなる形成基材１４Ａの一面に、作製した原料混合物を塗布し、熱処理又は室温で処理し、所定の厚さの蛍光体膜１４Ｂを形成した波長変換部材１４を得た。得られた波長変換部材１４を用い、図１に示したような発光装置１０をそれぞれ作成した。各実施例及び各比較例における原料混合物の塗布法、熱処理温度、蛍光体膜１４Ｂの平均膜厚、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布、及び、蛍光体膜１４Ｂの算術平均粗さＲａを表２，４に示す。
【００４４】
なお、蛍光体膜１４Ｂの膜厚の測定は、事前に形成基材１４Ａの厚みを測定しておき、蛍光体膜１４Ｂを形成した後の波長変換部材１４の厚みを測定して、その差を膜厚とした。平均膜厚は、１００ｍｍ角の形成基材１４Ａについて、縦５列、横５行の計２５点を測定し、その膜厚の平均値を平均膜厚とした。また、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布は次の計算式により算出した。なお、最大膜厚は測定した２５点の膜厚のうちの最大値であり、最小膜厚は測定した２５点の膜厚のうちの最小値である。
膜厚分布（％）＝｛（最大膜厚−最小膜厚）／（最大膜厚＋最小膜厚）｝×１００
蛍光体膜１４Ｂの算術平均粗さＲａは、触針式表面粗さ測定器により測定した。
【００４５】
表１，２に示したように、蛍光体粒子及びフィラーの平均粒子径を２０μｍ以下とした実施例３−１〜３−３３によれば、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布を±１０％以内、算術平均粗さＲａを１０μｍ以下とすることができた。
【００４６】
【表１】
2015065425.tif 000003
【００４７】
【表２】
2015065425.tif 000004
【００４８】
【表３】
2015065425.tif 000005
【００４９】
【表４】
2015065425.tif 000006
【００５０】
各実施例及び各比較例で作製した波長変換部材１４について、初期特性として初期の発光輝度を調べた。また、高温高湿試験として、８５℃、８５％ＲＨの高温高湿度環境下における曝露試験を行い、２０００時間経過後の発光輝度の低下率を調べた。更に、乾燥高温試験として、１５０℃又は２００℃の乾燥高温環境下における暴露試験を行い、２０００時間経過後の発光輝度の低下率を調べた。得られた結果を表５，６に示す。表５，６において、初期特性の発光輝度は実施例３−２７の発光輝度を１００とした場合の相対発光輝度である。高温高湿試験及び乾燥高温試験における発光輝度の低下率は、各実施例及び各比較例における初期特性の発光輝度からの低下率である。
【００５１】
また、得られた結果のうち実施例３−１及び比較例３−１の結果を図２〜４に示す。図２は、８５℃、８５％ＲＨの高温高湿度環境下における曝露試験の結果であり、図３は、１５０℃の乾燥高温環境下における暴露試験の結果、図４は、２００℃の乾燥高温環境下における暴露試験の結果である。図３から図５において縦軸は、それぞれの初期輝度を１００とした場合の相対的な輝度値である。
【００５２】
更に、実施例３−１〜３−４及び比較例３−１の波長変換部材１４を大気オーブンで加熱し、１００℃から５００℃までの乾燥高温環境曝露試験を行い、輝度の経時変化を調べた。また、２００℃を超える高温領域では波長変換部材１４が破壊するなどの可能性があるため、目視での外観確認も同時に行った。各温度の曝露時間は２４時間とした。得られた結果のうち実施例３−１及び比較例３−１の結果を図５に示す。図５において縦軸は、それぞれの初期輝度を１００とした場合の相対的な輝度値である。なお、図示しないが、実施例３−２〜３−４についても、実施例３−１と同様の結果が得られた。
【００５３】
【表５】
2015065425.tif 000007
【００５４】
【表６】
2015065425.tif 000008
【００５５】
表５，６に示したように、本実施例によれば、初期特性としての相対発光輝度は８０％以上であったが、５５０℃以上で熱処理した比較例３−２〜３−４では、７０％以下と低かった。
【００５６】
また、表５，６及び図２〜４に示したように、シリコーン樹脂を用いた比較例３−１では、高温高湿試験における発光輝度低下率が１５％、１５０℃の高温乾燥試験における発光輝度低下率が１２％、２００℃の乾燥高温試験では１２００時間後には波長変換部材が剥離し、１０００時間後における発光輝度低下率が３３％であった。これに対して、本実施例によれば、高温高湿試験、１５０℃の高温乾燥試験、及び、２００℃の乾燥高温試験のいずれにおいても、発光輝度低下率は７％以下と大幅に改善することができた。
【００５７】
更に、図５に示したように、シリコーン樹脂を用いた比較例３−１では、温度が高くなるにつれ輝度維持率が低下し、３００℃以上では熱による化学変化により蛍光体膜が粉々に剥離した。これに対して、実施例３−１〜３−４では、外観上の変化は無く、輝度維持率の低下も見られなかった。
【００５８】
加えて、表１，２，５に示したように、蛍光体粒子の平均粒子径が２０μｍよりも大きく、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布が±１０％よりも大きく、算術平均粗さＲａが１０μｍよりも大きかった実施例３−３４〜３−３６に比べて、蛍光体粒子及びフィラーの平均粒子径を２０μｍ以下とし、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布を±１０％以内、算術平均粗さＲａを１０μｍ以下とした実施例３−１〜３−３３によれば、初期特性としての相対発光輝度を高くすることができた。
【００５９】
（実施例４−１，４−２）
まず、蛍光体材料と、バインダ原料と、フィラーと、希釈溶媒とを混合し、原料混合物を作製した。各実施例における蛍光体材料の蛍光体粒子の材質・蛍光体粒子の平均粒子径（粒径）・添加量、フィラーの材質・平均粒子径（粒径）・添加量、バインダ原料の材質・添加量を表７，８に示す。希釈溶媒としてはα-テルピネオールを用いた。次に、１００ｍｍ角のガラス板よりなる形成基材１４Ａの一面に、作製した原料混合物をスプレー法又はハケにより塗布し、熱処理又は室温で処理し、所定の厚さの蛍光体膜１４Ｂを形成した波長変換部材１４を得た。得られた波長変換部材１４を用い、図１に示したような発光装置１０をそれぞれ作成した。各実施例における原料混合物の塗布法、熱処理温度、蛍光体膜１４Ｂの平均膜厚、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布、及び、蛍光体膜１４Ｂの算術平均粗さＲａを表８に示す。なお、表７，８には、実施例３−１の値も合わせて示した。
【００６０】
【表７】
2015065425.tif 000009
【００６１】
【表８】
2015065425.tif 000010
【００６２】
表７，８に示したように、印刷法により塗布した実施例３−１に比べて、スプレー法又はハケで塗布した実施例４−１，４−２では、蛍光体膜１４Ｂの膜厚分布及び算術平均粗さＲａが大きくなり、初期特性としての相対発光輝度が低下した。すなわち、蛍光体膜１４Ｂを印刷法により塗布するようにすれば、好ましいことが分かった。
【００６３】
以上、実施の形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態では、発光装置１０の構造について具体的に説明したが、他の構造を有するように構成してもよい。また、上記実施の形態では、波長変換部材１４について具体的に説明したが、さらに他の構成要素を備えていてもよい。
【００６４】
更に、上記第１の実施の形態では、形成基材１４Ａの少なくとも一面に、１種又は２種以上の蛍光体材料を含む蛍光体膜１４Ｂを形成した波長変換部材１４について説明したが、２種の蛍光体材料を混合して用いるのではなく、形成基材１４Ａの少なくとも一面に、異なる蛍光体材料を含む蛍光体膜１４Ｂを積層して形成するようにしてもよく、また、形成基材１４Ａの両面に、異なる蛍光体材料を含む蛍光体膜１４Ｂを形成するようにしてもよい。
【００６５】
加えて、上記実施の形態では、発光素子１２として、ＬＥＤを用いる場合について説明したが、レーザー発光ダイオードなどの他の半導体発光素子を用いるようにしてもよい。特に、本発明によれば、高出力化を図ることができるので、高出力を必要とする用途、例えば、レーザープロジェクタ、ＬＥＤヘッドライト、又は、レーザーヘッドライトに好ましく用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
ＬＥＤやレーザー発光ダイオードなどの半導体発光素子を用いた発光装置に用いることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…発光装置、１１…基板、１２…蛍光素子、１３…リフレクタ枠、１４…波長変換部材、１４Ａ…形成基材、１４Ｂ…蛍光体膜
【図１】
2015065425.tif 000011
【図２】
2015065425.tif 000012
【図３】
2015065425.tif 000013
【図４】
2015065425.tif 000014
【図５】
2015065425.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成26年12月17日(2014.12.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子と、この発光素子に接して配置された波長変換部材とを備え、
前記波長変換部材は、形成基材と、この形成基材の少なくとも一面に形成され、粒子状の蛍光体材料とバインダとを含む蛍光体膜とを有し、
前記蛍光体膜は、前記形成基材の少なくとも一面に、前記蛍光体材料と、エチルシリケート及びメチルシリケートのうちの少なくとも一方を含むバインダ原料とを含む原料混合物を塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成され、
前記蛍光体材料の一次粒子の平均粒径は、１μｍ以上２０μｍ以下であり、
前記蛍光体膜の膜厚分布は、±１０％以内であり、
前記蛍光体膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａで１０μｍ以下である
ことを特徴とする発光装置。
【請求項２】
前記形成基材は、ガラス、石英、サファイア又は多結晶アルミナにより構成されたことを特徴とする請求項１記載の発光装置。
【請求項３】
前記形成基材の厚みは、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の発光装置。
【請求項４】
発光素子と、この発光素子に接して配置された波長変換部材とを備え、この波長変換部材は、形成基材と、この形成基材の少なくとも一面に形成され、粒子状の蛍光体材料とバインダとを含む蛍光体膜とを有する発光装置の製造方法であって、
前記蛍光体膜は、前記形成基材の少なくとも一面に、前記蛍光体材料と、エチルシリケート及びメチルシリケートのうちの少なくとも一方を含むバインダ原料とを含む原料混合物をスクリーン印刷により塗布し、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより形成し、
前記蛍光体材料の一次粒子の平均粒径は、１μｍ以上２０μｍ以下とし、
前記蛍光体膜の膜厚分布は、±１０％以内とし、
前記蛍光体膜の表面粗さは、算術平均粗さＲａで１０μｍ以下とする
ことを特徴とする発光装置の製造方法。