(57)【要約】【課題】機械的強度に優れた波長変換部材を提供する。【解決手段】励起光を受けて蛍光を発する蛍光体膜（１４）を、基板（１３）上に備えた波長変換部材（１０）において、蛍光体膜（１４）は、複数の蛍光体粒子（１１）が相互に接触することによって形成された、蛍光体粒子（１１）の集合体と、当該集合体における蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材（１２）とを含む、蛍光体膜（１４）におけるガラス材（１２）の体積と蛍光体粒子（１１）の体積とを合計した体積は、蛍光体膜（１４）における蛍光体粒子（１１）の集合体の包絡体積以下である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
励起光を受けて蛍光を発する蛍光体膜を、基板上に備えた波長変換部材であって、
上記蛍光体膜は、複数の蛍光体粒子が相互に接触することによって形成された、上記蛍光体粒子の集合体と、当該集合体における上記蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材とを含み、
上記蛍光体膜における上記ガラス材の体積と上記蛍光体粒子の体積とを合計した体積は、当該蛍光体膜における上記集合体の包絡体積以下であることを特徴とする波長変換部材。
【請求項２】
上記蛍光体膜の膜厚は、６０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
上記蛍光体粒子の粒径は、１μｍ以上かつ５０μｍ以下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。
【請求項４】
上記蛍光体粒子の粒径は、５μｍ以上かつ２５μｍ以下であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
上記蛍光体粒子は、酸窒化物蛍光体または窒化物蛍光体から成ることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項６】
上記ガラス材は、シリカガラスであることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項７】
上記蛍光体膜の膜厚を、上記蛍光体粒子の粒径によって除算した値は、３以下であることを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載の波長変換部材。
【請求項８】
請求項７に記載の波長変換部材と、
上記励起光を上記波長変換部材に照射する励起光源と、を備えていることを特徴とする発光装置。
【請求項９】
上記励起光は、上記基板側の方向から、上記波長変換部材に照射されることを特徴とする請求項８に記載の発光装置。
【請求項１０】
励起光を受けて蛍光を発する蛍光体膜を、基板上に備えた波長変換部材の製造方法であって、
上記蛍光体膜は、複数の蛍光体粒子が相互に接触することによって形成された、上記蛍光体粒子の集合体と、当該集合体における上記蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材とを含み、
上記集合体を、上記基板上に堆積させる工程と、
上記空隙に、上記ガラス材の前駆体を充填する工程と、
上記前駆体に加熱処理を施し、上記ガラス材を形成する工程と、含んでおり、
上記蛍光体膜における上記ガラス材の体積と上記蛍光体粒子の体積とを合計した体積は、当該蛍光体膜における上記集合体の包絡体積以下であるように形成される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、波長変換部材、および波長変換部材を備えた発光装置に関する。また、本発明は、波長変換部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode，ＬＥＤ）等の半導体発光素子と、波長変換部材（例えば蛍光体）とを組み合わせた発光装置が開発されている。これらの発光装置は、小型であり、かつ、消費電力が白熱電球よりも少ないという利点を有しているため、各種表示装置または照明装置の光源として実用化されている。
【０００３】
特許文献１には、擬似白色光を出力する発光装置が開示されている。当該発光装置は、（ｉ）青色ＬＥＤと、（ｉｉ）青色ＬＥＤからの青色光によって励起され、青色光の波長を変換した結果として黄色光を発する蛍光体と、を組み合わせることにより実現されている。特許文献１には、蛍光体の粒子を分散する材料として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、および水ガラスの３種類の材料が開示されている。
【０００４】
近年、上述の発光装置について、青色ＬＥＤ等に比べて光密度がより高い半導体レーザ等を、励起光源としての半導体発光素子に用いることが検討されている。また、青色光よりも短波長の光を、励起光として用いることが検討されている。この場合、蛍光体を分散する材料である樹脂が、熱または光によって劣化することが問題となる。このため、発光装置の高信頼性化および長寿命化のために、様々な技術が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、白色照明光源が開示されている。当該白色照明光源は、（ｉ）青色ＬＥＤと、（ｉｉ）青色ＬＥＤからの光によって励起され、黄色の蛍光を発するＹ３Ａｌ５Ｏ１２系（ガーネット系）蛍光体が、５００℃以上の軟化点を有するガラスに分散されることによって製作された波長変換部材と、を組み合わせることにより実現されている。
【０００６】
また、特許文献３および非特許文献１には、発光特性、ならびに、熱的安定性および化学的安定性に優れた波長変換部材を形成する方法が開示されている。特許文献３および非特許文献１の方法では、電気泳動法を用いて、蛍光体粒子の集合体を含む蛍光体膜をガラス基板の上に形成した後に、ガラスから成る透光性物質を、当該蛍光体粒子の集合体の空隙に形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１６３５３５号公報（１９９８年６月１９日公開）
【特許文献２】特開２００３−２５８３０８号公報（２００３年９月１２日公開）
【特許文献３】特開２０１１−１６８６２７号公報（２０１１年９月１日公開）
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】Takuya Kitabatake, Tetsuo Uchikoshi, Fumio Munakata, Yoshio Sakka, Naoto Hirosaki, “Optical and adhesive properties of composite silica-impregnated Ca-α-SiAlON:Eu2+ phosphor films prepared on silica glass substrates”, Journal of the European Ceramic Society 32 (2012), pp. 365-1369.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述の先行技術文献のいずれにも、蛍光体粒子の集合体を基板に密着させるための構成については、開示も示唆もされていない。従って、蛍光体膜が基板から容易に剥離し得るため、十分な機械的強度を有する波長変換部材を実現することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、機械的強度を向上させた波長変換部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る波長変換部材は、励起光を受けて蛍光を発する蛍光体膜を、基板上に備えた波長変換部材であって、上記蛍光体膜は、複数の蛍光体粒子が相互に接触することによって形成された、上記蛍光体粒子の集合体と、当該集合体における上記蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材とを含み、上記蛍光体膜における上記ガラス材の体積と上記蛍光体粒子の体積とを合計した体積は、当該蛍光体膜における上記集合体の包絡体積以下である。
【００１２】
また、上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る波長変換部材の製造方法は、励起光を受けて蛍光を発する蛍光体膜を、基板上に備えた波長変換部材の製造方法であって、上記蛍光体膜は、複数の蛍光体粒子が相互に接触することによって形成された、上記蛍光体粒子の集合体と、当該集合体における上記蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材とを含み、上記集合体を、上記基板上に堆積させる工程と、上記空隙に、上記ガラス材の前駆体を充填する工程と、上記前駆体に加熱処理を施し、上記ガラス材を形成する工程と、含んでおり、上記蛍光体膜における上記ガラス材の体積と上記蛍光体粒子の体積とを合計した体積は、当該蛍光体膜における上記集合体の包絡体積以下であるように形成される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の一態様に係る波長変換部材によれば、機械的強度に優れた波長変換部材を提供することができるという効果を奏する。また、本発明の一態様に係る波長変換部材の製造方法によれば、本発明の一態様に係る波長変換部材を製造することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態１に係る波長変換部材の概略的な構造を例示する断面図である。
【図２】本発明の実施形態１において、基板上に蛍光体粒子を堆積させるための製造例を示す図である。
【図３】（ａ）は、本発明の一実施例における蛍光体膜の表面のＳＥＭ像を例示する図であり、（ｂ）は、断面ＥＤＸによって、蛍光体部とガラス部とを区別した結果を例示する図である。
【図４】本発明の実施形態１において、基板上に蛍光体粒子を堆積させるための別の製造例を示す図である。
【図５】（ａ）は、本発明の一比較例における蛍光体膜の表面のＳＥＭ像を例示する図であり、（ｂ）は、断面ＥＤＸによって、蛍光体部とガラス部とを区別した結果を例示する図である。
【図６】（ａ）は、本発明の各比較例において、基板にゾルゲル溶液を滴下する工程を表す図であり、（ｂ）は、基板にゾルゲル溶液を乾燥させ、ガラス材の前駆体を形成する工程を表す図であり、（ｃ）は、ガラス材の前駆体を焼成し、ガラス材を形成する工程を表す図である。
【図７】（ａ）は、本発明の各実施例において、基板にゾルゲル溶液を滴下する工程を表す図であり、（ｂ）は、基板にゾルゲル溶液を乾燥させ、ガラス材の前駆体を形成する工程を表す図であり、（ｃ）は、ガラス材の前駆体を焼成し、ガラス材を形成する工程を表す図である。
【図８】本発明の実施形態１において、各実施例における波長変換部材の製造条件および評価結果を一覧として示す図である。
【図９】本発明の実施形態１に係る波長変換部材を評価するための試験装置の構成を例示する図である。
【図１０】（ａ）は、本発明の実施例１における蛍光の発光スペクトルを表す図であり、（ｂ）は、励起光５５の発光スペクトルを表す図である。
【図１１】（ａ）は、本発明の実施形態１において、蛍光体膜の膜厚に対する、波長変換部材の励起光変換効率の依存性を表す図であり、（ｂ）は、蛍光体膜の膜厚を、蛍光体粒子の粒径によって除算した値に対する、波長変換部材の励起光変換効率の依存性を表す図である。
【図１２】本発明の実施形態２に係る発光装置の断面図である。
【図１３】本発明の実施形態３に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。
【図１４】本発明の実施形態４に係る発光装置の発光スペクトルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
〔実施形態１〕
本発明の実施形態１について、図１〜図１１に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００１６】
本願の発明者らは、波長変換部材の機械的強度の向上を目的として、波長変換部材の試作および評価を繰り返した。そして、発明者らは、基板上に蛍光体粒子を極めて高密度に堆積させて波長変換部材を製作することによって、機械的強度に優れた波長変換部材が得られることを、新たに見出した。
【００１７】
本発明に係る波長変換部材の構造は、後述するように、従来の技術常識から著しく逸脱したものであると言える。従って、本発明に係る波長変換部材の構造については、上述の先行技術文献に基づいて、容易に想到できるものではないと言える。
【００１８】
（波長変換部材１０の構成）
図１は、本実施形態における波長変換部材１０の概略的な構造を例示する断面図である。波長変換部材１０は、蛍光体粒子１１、ガラス材１２、および基板１３を備えている。蛍光体粒子１１およびガラス材１２は、基板１３の上に配置されている。そして、蛍光体粒子１１およびガラス材１２から成る蛍光体膜１４が、基板１３の上に形成されている。
【００１９】
波長変換部材１０において、蛍光体粒子１１は、励起光を照射されることによって励起される。そして、励起された蛍光体粒子１１からは、励起光よりも波長が長い蛍光が発せられる。すなわち、波長変換部材１０は、励起光を蛍光に変換する機能を有する部材である。
【００２０】
蛍光体粒子１１は、例えば、酸窒化物蛍光体または窒化物蛍光体等の材料から形成された粒子である。蛍光体粒子１１の詳細（材料および製造方法等）については、後述する。また、蛍光体粒子１１は、少なくとも１つの蛍光体粒子層を含む集合体を形成している。
【００２１】
本実施形態において、蛍光体粒子１１の集合体とは、個々の蛍光体粒子１１同士が相互に接触することによって自己組織化的に形成された、蛍光体粒子１１の凝集物を意味する。ここで、「蛍光体粒子１１同士が相互に接触する」とは、（ｉ）蛍光体粒子１１同士が直接的に接触する場合、および（ｉｉ）蛍光体粒子１１が被覆材によって被覆されており、当該被覆材を介して間接的に蛍光体粒子１１同士が接触する場合を含んでいる。そのため、蛍光体粒子１１の集合体は、複数の蛍光体粒子１１が堆積（すなわち、複数の蛍光体粒子１１が層を成す）ことによって自己組織化的に形成された、蛍光体粒子１１の凝集物を指すものと理解されてもよい。
【００２２】
後述するように、蛍光体粒子１１の集合体の空隙は、ガラス材１２によって充填されている。当該空隙がガラス材１２によって充填されることに先立ち、蛍光体粒子１１のそれぞれは、互いにバインダにより接着されていることが好ましい。バインダは、樹脂等の有機材料であってもよいが、無機物であることがより好ましい。
【００２３】
蛍光体粒子１１の集合体の強度を確保するためには、バインダは、ガラス材１２と同一の物質であることが好ましい。他方、波長変換部材１０の光取り出し効率を確保するためには、バインダは、蛍光体粒子１１の屈折率とガラス材１２の屈折率との間の屈折率を有する物質であることが好ましい。
【００２４】
ガラス材１２は、蛍光体粒子の集合体の空隙を充填する透光性のガラス材料である。ガラス材１２は、酸化物ガラスであることが好ましい。なお、ガラス材１２は、透光性物質と称されてもよい。
【００２５】
また、ガラス材１２は、シリカガラスであることが特に好ましい。ガラス材１２としてシリカガラスを用いることにより、高い透明度、高い熱的安定性、および高い化学的安定性がもたらされるためである。
【００２６】
そして、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２は、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されている。
【００２７】
従って、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積は、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積以下である。なお、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積とは、蛍光体膜１４中に存在する全ての蛍光体粒子１１を内包する、仮想的な直方体の体積の最小値として、定義される量である。
【００２８】
なお、上述のバインダが、ガラス材１２とは異なる物質である場合には、ガラス材１２の包絡体積が蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていればよい。
【００２９】
この場合、ガラス材１２の包絡体積は、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積以下である。なお、ガラス材１２の包絡体積とは、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されている全てのガラス材１２を内包する、仮想的な直方体の体積の最小値として、定義される量である。
【００３０】
基板１３は、蛍光体粒子１１およびガラス材１２を支持するために設けられている。基板１３の材料は特に限定されないが、光の吸収量が少なく、かつ、放熱性が高い材料であることが好ましい。
【００３１】
より具体的には、基板１３において励起光を反射する発光装置が構成される場合には、基板１３の材料としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｓｉ等の金属が好適である。他方、励起光が基板１３を透過する発光装置が構成される場合は、基板１３の材料としては、シリカガラス、パイレックス（登録商標）ガラス、サファイア、ＧａＮ等が好適である。
【００３２】
蛍光体膜１４は、蛍光体粒子１１を高密度に含有している。具体的には、蛍光体膜１４は、約３０〜７０体積％の体積密度で蛍光体粒子１１を含有している。本実施形態の波長変換部材１０は、ガラス材に蛍光体を均一に低密度に分散させた従来の一般的な波長変換部材の構成と比較して、極めて高密度に蛍光体を含有している構成であると言える。
【００３３】
ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることにより、ガラス材１２が過剰に存在することが妨げられている。このため、過剰なガラス材１２が存在することに起因して、蛍光体粒子１１が基板１３から剥離することが抑制される。このため、蛍光体粒子１１と基板１３との密着性が、従来の波長変換部材に比べて、より高くなる。
【００３４】
波長変換部材１０の構成は、（ｉ）膜状の蛍光体粒子１１の集合体を、液体中において基板１３上に形成し、その後、（ｉｉ）蛍光体粒子１１同士の間に存在する空隙を、ガラス材１２の前駆体を含むゾルゲル溶液で充填することによって実現される。波長変換部材１０の製造方法については、後に詳細に説明する。
【００３５】
また、ガラス材１２の充填量が過剰である場合には、蛍光体膜１４が基板１３から剥離しやすくなるという傾向は、蛍光体膜１４の膜厚が薄くなり、かつ、蛍光体粒子１１の粒径が大きくなる場合に、さらに顕著となる。換言すれば、より数が少なく、かつ、より粒径が大きい蛍光体粒子１１が基板１３上に堆積した場合には、蛍光体膜１４が基板１３から剥離しやすくなるという傾向が、さらに顕著になる。
【００３６】
これは、大きい蛍光体粒子１１が、少ない数だけ基板１３上に堆積した場合には、ガラス材１２の前駆体が、蛍光体粒子１１と基板１３との界面に、より容易に浸透することが可能となるためであると考えられる。
【００３７】
すなわち、ガラス材１２の充填量が過剰である場合には、蛍光体粒子１１の集合体と基板１３との間に、ガラス材１２の前駆体の膜が形成されるために、蛍光体膜１４が基板１３から剥離しやすくなると考えられる。
【００３８】
（波長変換部材１０の製造方法）
本実施形態の波長変換部材１０の製造工程は、
第１工程：スラリー（泥漿）を調製する工程
第２工程：蛍光体粒子１１を、基板１３上に堆積させる工程
第３工程：蛍光体粒子１１の集合体の空隙を、ガラス材１２によって充填する工程
の３つに大別される。以下、各工程について説明する。
【００３９】
（第１工程：スラリーを調製する工程）
はじめに、エタノールまたはメタノール等の有機溶剤に、蛍光体粒子１１を混入し、０．０５〜３体積％の体積密度にて、有機溶剤中に蛍光体粒子１１を分布させる。この時、蛍光体粒子１１とともに、オルトケイ酸テトラエチル（Tetraethyl Orthosilicate，ＴＥＯＳ）またはオルトケイ酸テトラメチル（Tetramethyl Orthosilicate，ＴＭＯＳ）等の金属アルコキシドを、有機溶剤に添加または溶解させることが好ましい。
【００４０】
金属アルコキシドを有機溶剤に溶解させる場合には、触媒としての酸または塩基を、金属アルコキシドと共に有機溶剤に溶解させる。有機溶剤に金属アルコキシドと触媒とを添加することにより、金属アルコキシドが反応し、加水分解および重合の結果、蛍光体粒子１１の表面が金属酸化物の前駆体によってコーティングされる。
【００４１】
ここで、金属酸化物の前駆体とは、金属アルコキシドが加水分解および縮重合した物質を指す。上述のように、金属アルコキシドとしてＴＥＯＳまたはＴＭＯＳ等のシリコン金属アルコキシドを用いる場合には、金属酸化物はシリカである。
【００４２】
なお、金属アルコキシドとしてチタン金属アルコキシドを用いる場合には、金属酸化物はチタニアである。また、金属アルコキシドとしてアルミ金属アルコキシドを用いる場合には、金属酸化物はアルミナである。このように、金属酸化物は、金属アルコキシド内に含まれる金属元素によって適宜決定される。
【００４３】
第１工程によって、蛍光体粒子１１が分散したスラリーが調製される。なお、金属アルコキシドの反応時間は、金属アルコキシドおよび触媒の種類に応じて、適宜決定されてよい。また、金属アルコキシドの量、および触媒の量は、蛍光体粒子１１の量に応じて適宜決定されてよい。
【００４４】
なお、金属アルコキシドの加水分解を促進させるために、有機溶剤に水を添加してもよい。また、金属アルコキシドの量が微量である場合には、有機溶剤内での反応中に、有機溶剤に溶解する大気中の水分を利用してもよい。
【００４５】
（第２工程：蛍光体粒子１１を、基板１３上に堆積させる工程）
はじめに、第１工程において調製されたスラリー中に、基板１３を浸漬させる。そして、蛍光体粒子１１を、基板１３上に堆積させることによって、蛍光体粒子１１の集合体が、基板１３上に膜状に形成される。第２工程が完了した時点においては、蛍光体粒子１１の集合体には、空隙が存在している状態である。
【００４６】
なお、蛍光体粒子１１の表面が金属酸化物の前駆体によってコーティングされている場合には、金属酸化物の前駆体が、蛍光体粒子１１同士を接着するバインダとなる。このため、蛍光体粒子１１が互いに接着される。
【００４７】
なお、スラリー中に蛍光体粒子が大量に分散している場合には、重力によって、基板１３上に蛍光体粒子１１が自然に堆積する。他方、電気泳動法を用いて、スラリー内に電界を印加することによって、蛍光体粒子１１を基板１３上に堆積させてもよい。
【００４８】
特に、蛍光体粒子１１の粒径が小さい場合には、蛍光体粒子１１を高密度に堆積させるために、電気泳動法を用いて蛍光体粒子１１を基板１３上に堆積させることが好ましい。なお、基板１３の導電性が低い場合には、電気泳動法を用いるために、基板１３を導電性物質によってコーティングする必要がある。
【００４９】
また、蛍光体粒子１１を基板１３上に堆積させた後に、１５０℃以上かつ１０００℃以下の温度によって、蛍光体粒子１１および基板１３を、一度加熱することが好ましい。蛍光体粒子１１の表面が金属酸化物の前駆体によってコーティングされている場合には、蛍光体粒子１１および基板１３が加熱されることにより、蛍光体粒子１１が互いに接着される。
【００５０】
また、基板１３がポリピロール等の有機物から成る導電性物質によってコーティングされている場合には、蛍光体粒子１１の集合体の空隙をガラス材１２によって充填する工程（すなわち第３工程）に先立ち、有機系の導電性物質を取り除く必要がある。このため、蛍光体粒子１１および基板１３を、４００℃以上の温度によって加熱することが好ましい。
【００５１】
（第３工程：蛍光体粒子１１の集合体の空隙を、ガラス材１２によって充填する工程）
第２工程が完了した時点では、蛍光体粒子１１の集合体には空隙が存在している。また、蛍光体粒子１１と基板１３との密着性も、十分ではない。このため、第３工程では、波長変換部材１０の強度を高めるために、蛍光体粒子１１の集合体の空隙を、ガラス材１２によって充填する。
【００５２】
はじめに、ＴＥＯＳまたはＴＭＯＳ等の金属アルコキシドを、エタノールまたはメタノール等の有機溶剤に溶解させる。続いて、酸または塩基等の触媒と、加水分解を促進させるための水とを、有機溶剤に加えることにより、ゾルゲル溶液を調製する。
【００５３】
なお、第３工程において、金属アルコキシドおよび触媒の有機溶剤に対する濃度は、上述の第１工程における金属アルコキシドおよび触媒の有機溶剤に対する濃度よりも高くなるように調製される。
【００５４】
そして、上述のゾルゲル溶液を、基板１３上に滴下することによって、蛍光体粒子１１の集合体の空隙にゾルゲル溶液を浸透させ、当該空隙にガラス材１２の前駆体を充填する。ここで、ガラス材１２の前駆体とは、金属アルコキシドに含まれるアルキル基の全てまたは一部が、ヒドロキシル基によって置換されたものが、縮重合した物質を指す。
【００５５】
この時、ゾルゲル溶液の滴下量を、マイクロピペット等により精密に制御することにより、最終的に形成されるガラス材１２の体積を調整することが必要である。すなわち、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように調整することが必要である。
【００５６】
また、ゾルゲル溶液を基板１３上に滴下した後に、基板１３を真空雰囲気中に静置することによって、蛍光体粒子１１の集合体の空隙へのゾルゲル溶液の浸透を促進させてもよい。
【００５７】
続いて、ゾルゲル溶液をガラス化させることによってガラス材１２を形成するために、ゾルゲル溶液が滴下された基板１３を、２００℃以上かつ１０００℃以下の温度によって加熱する。なお、ガラス材１２の前駆体は、加熱によって収縮する。従って、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、収縮後のガラス材１２が形成されていればよい。
【００５８】
（蛍光体粒子１１の材料）
蛍光体粒子１１は、１種類もしくは２種類以上の蛍光体から成る。蛍光体としては、例えば、
１：Ｃｅ腑活Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２等のアルミネート系蛍光体、
２：Ｅｕ腑活（Ｂａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４等のシリケート系蛍光体、
３：Ｅｕ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｅｕ腑活βＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｃｅ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｃｅ腑活βＳｉＡｌＯＮ蛍光体、Ｃｅ腑活ＪＥＭ蛍光体、Ｃｅ腑活ＣＡＬＳＯＮ蛍光体等の酸窒化物系蛍光体、
４：Ｅｕ腑活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体、Ｅｕ腑活Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８蛍光体（Ｍ＝Ｃａ，Ｂａ，Ｓｒ）、Ｃｅ腑活Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１蛍光体等の窒化物系蛍光体
等の公知の材料を例示することができる。
【００５９】
蛍光体粒子１１の集合体において、ガラス材１２は、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されるように形成される。そして、ガラス材１２の形成のためには、２００℃以上の高温プロセスが必要とされる。
【００６０】
従って、蛍光体粒子１１の材料としては、シリコン等の樹脂材料に蛍光体粒子を分散させる従来の場合に比べて、より安定な蛍光体を用いることが好ましい。さらに、上述の蛍光体の中でも、耐熱性に優れる酸窒化物系蛍光体または窒化物系蛍光体を用いることが、特に好ましい。
【００６１】
蛍光体粒子１１の粒径は、１μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい。当該粒径の範囲においては、蛍光体粒子１１の発光効率が高く、かつ、蛍光体粒子１１のハンドリングが容易となるためである。
【００６２】
さらに、蛍光体粒子１１の粒径を５μｍ以上とすることにより、蛍光体粒子１１の結晶性が特に良好となり、蛍光体粒子１１の発光効率をより向上させることが可能となる。また、蛍光体粒子１１の粒径を２５μｍ以下とすることにより、蛍光体膜１４を形成する工程において、蛍光体粒子１１のハンドリングが特に容易となり、より均一な蛍光体膜１４を形成することが可能となる。
【００６３】
従って、蛍光体粒子１１の粒径は、５μｍ以上かつ２５μｍ以下であることが、特に好ましい。当該粒径の範囲においては、波長変換部材１０の励起光利用効率が特に高くなり、それゆえ、発光効率が高い発光装置を実現することが可能となる。
【００６４】
（蛍光体粒子１１の製造方法）
以下、蛍光体粒子１１の製造方法について、２つの例を説明する。
【００６５】
（製造例１−１：Ｅｕ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体）
製造例１−１は、組成式（Ｃａｘ、Ｅｕｙ）（Ｓｉ１２−（ｍ＋ｎ）Ａｌｍ＋ｎ）（ＯｎＮ１６−ｎ）において、ｘ＝１．８、ｙ＝０．０７５、ｍ＝３．７５、ｎ＝０．０５のＥｕ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体を製造することを目的としている。
【００６６】
はじめに、α型窒化ケイ素粉末５９．８質量％、窒化アルミニウム粉末２４．３質量％、窒化カルシウム粉末１３．９質量％、酸化ユーロピウム粉末０．９質量％、窒化ユーロピウム粉末１．１質量％の組成となるように、原料粉末を秤量する。
【００６７】
続いて、窒化ケイ素焼結体から成る乳鉢と乳棒とを用い、原料粉末を１０分以上混合することによって、粉体の凝集体を得る。なお、窒化ユーロピウムは、金属ユーロピウムをアンモニア中において窒化することによって合成したものを用いている。
【００６８】
続いて、粉体の凝集体を、目開き２５０μｍの篩を通過させる。そして、粉体の凝集体を、直径２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさの窒化ホウ素から成る坩堝に充填する。
【００６９】
なお、粉体の秤量、混合、および成形の各工程のいずれも、水分１ｐｐｍ以下、酸素１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気を保持することが可能なグローブボックス内において行われている。
【００７０】
続いて、坩堝を、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットする。加圧電気炉において、純度が９９．９９９体積％の窒素を導入し、圧力を１ＭＰａとし、５００℃／時の温度上昇率によって１８００℃まで昇温する。さらに、加圧電気炉において、１８００℃の温度を２時間保持することによって坩堝の加熱処理を行い、蛍光体試料を得る。
【００７１】
続いて、蛍光体試料をメノウから成る乳鉢において粉砕し、５０％フッ化水素酸と７０％硝酸との１：１混酸中において、６０℃の温度によって処理した。そして、純水を用いて蛍光体試料を洗浄した後に、目開き１０μｍの篩によって粒径の小さい粒子を取り除くことにより、蛍光体粉末として蛍光体粒子１１が得られる。
【００７２】
蛍光体粒子１１に対して、ＣｕのＫα線を用いて、ＸＲＤ（X-ray diffraction，Ｘ線回折）による測定を行った結果、蛍光体粒子１１は、αＳｉＡｌＯＮ結晶の構造を有することが確認された。
【００７３】
また、蛍光体粒子１１に、ランプから発せられた波長３６５ｎｍの光を照射した時、蛍光体粒子１１が橙色に発光することが確認された。さらに、レーザ回折法による測定の結果、蛍光体粒子１１の粒径は、１９μｍであることが確認された。以下、蛍光体粒子１１の粒径を、ｄとして表す。
（製造例１−２：粒径がより小さいＥｕ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体）
製造例１−２では、上述の製造例１−１において得られた、目開き１０μｍの篩を通過した蛍光体粒子（すなわち、粒径がより小さい蛍光体粒子）を、ビーカ中において２００ｍｌの純水に分散させる。そして、ビーカを１時間放置した後に、上澄み液１００ｍｌを除去する。
【００７４】
続いて、ビーカに純水１００ｍｌを加え、再度２００ｍｌの純水に蛍光体粒子を分散させる。そして、ビーカを１時間放置した後に、上澄み液１００ｍｌを除去する。このように、２００ｍｌの純水に蛍光体粒子を分散させ、続いて上澄み液１００ｍｌを除去する、という工程を、さらに１０回繰り返す。
【００７５】
そして、上述の１０回の工程の繰り返しの後に、ビーカを乾燥させることによって、上澄み液に含まれる粒径が小さな粒子を除去する。結果として、粒径が調整された蛍光体粉末として、蛍光体粒子１１が得られる。
【００７６】
蛍光体粒子１１に対して、ＣｕのＫα線を用いて、ＸＲＤによる測定を行った結果、蛍光体粒子１１は、αＳｉＡｌＯＮ結晶の構造を有することが確認された。
【００７７】
また、蛍光体粒子１１に、ランプから発せられた波長３６５ｎｍの光を照射した時、蛍光体粒子１１が橙色に発光することが確認された。さらに、レーザ回折法による測定の結果、蛍光体粒子１１の粒径ｄは、６μｍであることが確認された。
【００７８】
（波長変換部材１０の製造方法）
以下、波長変換部材１０の製造方法について、実施例１〜１４において説明する。
【００７９】
〔実施例１〕
上述の製造例１−１において得られた０．５ｇの蛍光体粒子１１、９３μｌのＴＥＯＳ、および３０μｌの塩酸を、１００ｍｌのエタノールに加える。そして、エタノール溶液を２４時間攪拌することによって、蛍光体分散溶液３５を調製する。この時、ＴＥＯＳの加水分解により、蛍光体粒子１１の表面が、シリカの前駆体によってコーティングされる。
【００８０】
図２は、本実施例において、基板１３上に蛍光体粒子１１を堆積させるための構成を示す図である。蛍光体分散溶液３５に基板１３を浸漬した後に、基板１３上に蛍光体粒子１１を堆積させるための具体的な構成および方法は、以下の通りである。
【００８１】
蛍光体分散溶液３５は、容量１００ｍｌのビーカ３４に入れられている。そして、ビーカ３４には、長さ４０ｍｍの支持棒３３に垂直に取り付けられた、大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍの板３１および３２を有する治具が入れられている。板３２の上面には、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍのパイレックス（登録商標）ガラス製の基板１３が配置されている。
【００８２】
ビーカ３４を１分間放置した後に、支持棒３３をゆっくりと引き上げることによって、蛍光体粒子１１の集合体が所望の厚さに堆積した基板１３が得られる。なお、基板１３、板３１および３２、支持棒３３、およびビーカ３４の寸法は、上述のものに限定されず、製造条件等に応じて適宜変更されてよい。
【００８３】
基板１３上に堆積した蛍光体粒子１１の集合体の厚さは、主にエタノールに対する蛍光体の濃度によって決定される。さらに、当該厚さは、ビーカ３４を放置する時間、および、板３１と３２との間の距離によっても決定される。実施例１では、ビーカ３４を放置する時間を１分、板３１と３２との間の距離を２０ｍｍとしている。
【００８４】
そして、蛍光体粒子１１の集合体が堆積した基板１３上を、大気中において、５００℃の温度によって、２時間の加熱処理を施すことにより、蛍光体粒子１１同士を接着させる。
【００８５】
次に、ビーカ３４とは異なる、別のビーカにおいて、４ｍｌのエタノールと６ｍｌのＴＥＯＳとを混合した溶液に、３ｍｌの純水と１ｍｌの塩酸とをゆっくりと加え、ゾルゲル溶液を調製する。
【００８６】
続いて、マイクロピペットを用いて、４μｌのゾルゲル溶液を基板１３上に滴下する。その後、ロータリーポンプを用いて、排気した真空チャンバ内において、当該ビーカを真空乾燥させる。
【００８７】
ゾルゲル溶液を滴下した基板１３を真空状態に置くことにより、ゾルゲル溶液を乾燥させるとともに、蛍光体粒子１１の集合体の空隙へのゾルゲル溶液の浸透を促進させることができる。
【００８８】
最後に、ゾルゲル溶液を乾燥させた基板１３を、再び大気中において、５００℃の温度によって２時間の加熱処理を施すことにより、基板１３の上に蛍光体膜１４が形成される。このようにして、上述の波長変換部材１０が得られる。
【００８９】
本実施例において、レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製）を用いた測定の結果、蛍光体膜１４の膜厚は、４４μｍであることが確認された。以下、蛍光体膜１４の膜厚を、Ｄとして表す。
【００９０】
ここで、蛍光体膜１４の膜厚Ｄを、蛍光体粒子１１の粒径ｄによって除算した値、すなわち、Ｄ：ｄの比の値について着目する。以下、Ｄ：ｄの比の値を、Ｒ＝Ｄ／ｄとして表す。Ｒの値は、基板１３上に積層される蛍光体粒子１１の数を示す指標として、用いることができる。
【００９１】
上述の製造例１−１に示されているように、本実施例では、ｄ＝１９μｍである。
【００９２】
従って、本実施例において、Ｒの値は、
Ｒ＝４４μｍ／１９μｍ＝２．３
であった。
【００９３】
さらに、蛍光体膜１４と基板１３との密着性を評価するために、テープ試験を実施した。具体的には、蛍光体膜１４の表面に、粘着力３．９Ｎ／１０ｍｍの粘着テープを貼り付け、その後に当該粘着テープを剥がした時点における、蛍光体膜１４の基板１３から剥離しているか否かを確認した。
【００９４】
本実施例では、テープ試験における蛍光体膜１４の基板１３からの剥離は確認されなかった。このため、蛍光体膜１４と基板１３とは、十分な密着性を有することが検証された。
【００９５】
図３の（ａ）は、本実施例における蛍光体膜１４の表面を、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）装置（株式会社キーエンス製）によって撮影することによって得られたＳＥＭ像である。図３の（ａ）により、本実施例において製造された波長変換部材１０には、蛍光体粒子１１が高密度で含まれていることが確認された。
【００９６】
図３の（ｂ）は、断面ＥＤＸ（Energy Dispersive X-ray spectrometer）測定の結果として得られた、本実施例の波長変換部材１０の断面において、蛍光体部（すなわち、蛍光体粒子１１）とガラス部（すなわち、ガラス材１２）とを区別した結果を示す図である。
【００９７】
なお、図３の（ｂ）に示された波長変換部材１０の断面は、波長変換部材１０をエポキシ樹脂中に埋め込んだ後に、断面加工装置（日本電子株式会社製）を用いて、Ａｒイオンビームによって、エポキシ樹脂に埋め込まれた波長変換部材１０を切断するプロセスにより得られる。また、断面ＥＤＸは、ＳＥＭ装置に付属しているＥＤＸ検出器（アメテック株式会社製）によって測定した。
【００９８】
図３の（ｂ）に示された断面ＥＤＸ測定において、（ｉ）Ｃａが多く検出された箇所を蛍光体部として、（ｉｉ）Ｏが多く検出された箇所をガラス部として、蛍光体部とガラス部とを区別した。また、Ｎａが多く検出された箇所を、基板部として区別した。
【００９９】
図３の（ｂ）により、本実施例の波長変換部材１０において、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、シリカガラスからなるガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０１００】
〔実施例２〕
実施例２は、以下の２点についてのみ、実施例１と異なる。
【０１０１】
（ｉ）１００ｍｌのエタノールに加える蛍光体粒子１１の質量を、１ｇとする。
【０１０２】
（ｉｉ）マイクロピペットを用いて、基板１３上に滴下するゾルゲル溶液の量を、８μｌとする。
【０１０３】
従って、上記の２点以外は、実施例１と同様の製造条件によって、波長変換部材を製作している。すなわち、蛍光体粒子１１は、実施例１と同様に、上述の製造例１−１において得られたものを用いている。
【０１０４】
本実施例において、レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製）を用いた測定の結果、蛍光体膜１４の膜厚Ｄは、８８μｍであることが確認された。なお、蛍光体粒子１１の粒径ｄは、実施例１と同一の値（すなわち１９μｍ）である。
【０１０５】
従って、本実施例において、Ｒの値は、
Ｒ＝８８μｍ／１９μｍ＝４．６
であった。
【０１０６】
さらに、実施例１と同様にテープ試験を実施した結果、蛍光体膜１４の基板１３からの剥離は確認されなかった。また、実施例１と同様に、断面ＥＤＸ測定の結果、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０１０７】
〔実施例３〕
実施例３では、上述の実施例１および２と異なり、実施例１−２において得られた蛍光体粒子１１を用いている。
【０１０８】
本実施例では、上述の実施例１−２において得られた０．５ｇの蛍光体粒子１１、９３μｌのＴＥＯＳ、および３０μｌの塩酸を、１００ｍｌのエタノールに加える。そして、エタノール溶液を２４時間攪拌することによって、蛍光体分散溶液３５を調製する。この時、ＴＥＯＳの加水分解により、蛍光体粒子１１の表面が、シリカの前駆体によってコーティングされる。
【０１０９】
そして、上述の図２と同様に、蛍光体分散溶液３５に基板１３を浸漬した後に、基板１３上に蛍光体粒子１１を沈降させる。本実施形態では、実施例１とは異なり、板３１と３２との間に電界を印加する。蛍光体粒子１１を電界によって加速することにより、実施例１に比べてより速やかに基板１３上に堆積させることが可能となる。
【０１１０】
本実施例の場合、蛍光体粒子１１はシリカの前駆体によってコーティングされており、また、エタノールは塩酸の滴下により酸性を示す。このため、蛍光体粒子１１の表面は、正に帯電している。従って、板３１から板３２へ向かう方向に電界を印加することによって、蛍光体粒子１１が加速され、蛍光体粒子１１をより速やかに沈降させることが可能である。
【０１１１】
図４は、本実施例において、基板１３上に蛍光体粒子１１を堆積させるための構成を示す図である。以下に詳述するように、図４に示された構成は、図２に示された構成に、金属電極３６、導電性有機膜３７、および導線３８を付加したものである。
【０１１２】
本実施形態では、板３１の下部に、例えばチタンから成る板状の金属電極３６が設置されている。そして、基板１３の表面に、例えばポリピロールから成る導電性有機膜３７が塗布されている。
【０１１３】
なお、基板１３は、１０ｍｍ×１０ｍｍのガラス基板である。また、導電性有機膜３７は、特許文献３と同様の方法により、基板１３の表面に塗布されている。具体的には、蒸留水にペルオキソ二硫酸アンモニウムおよび２，６ナフタレンジスルホン酸ジナトリウム塩を添加することによって調製した溶液に、基板１３を浸漬させる。続いて、基板１３にピロールを滴下し、２４時間放置した。そして、溶液から取り出した基板１３を、蒸留水で洗浄した後に乾燥させた。この工程によって、基板１３の表面に導電性有機膜３７が付与される。
【０１１４】
金属電極３６および導電性有機膜３７のそれぞれは、導線３８を介して外部の定電圧源（不図示）に接続されている。定電圧源から印加される電圧は、例えば１００Ｖである。
【０１１５】
本実施形態では、金属電極３６は定電圧源の陽極側に、導電性有機膜３７は定電圧源の陰極側に、導線３８を介してそれぞれ接続されている。従って、金属電極３６と導電性有機膜３７との間に１００Ｖの電圧が印加されることにより、板３１から板３２へ向かう方向へ、電界が印加される。
【０１１６】
板３１から板３２へ向かう方向へ電界が印加されている状態を１分間持続させた後に、支持棒３３をゆっくりと引き上げることにより、蛍光体粒子１１の集合体を、所望の厚さで基板１３上に堆積させる。
【０１１７】
そして、蛍光体粒子１１の集合体が堆積した基板１３を、大気中において、５００℃の温度によって２時間の加熱処理を施すことにより、蛍光体粒子１１同士を接着させるとともに、導電性有機膜３７を除去する。
【０１１８】
次に、ビーカ３４とは異なる、別のビーカにおいて、４ｍｌのエタノールと６ｍｌのＴＥＯＳとを混合した溶液に、３ｍｌの純水と１ｍｌの塩酸とをゆっくりと加えることにより、ゾルゲル溶液を調製する。
【０１１９】
そして、マイクロピペットを用いて、２μｌのゾルゲル溶液を基板１３上に滴下する。続いて、ロータリーポンプによって真空チャンバを排気し、当該真空チャンバ内において、基板１３を真空乾燥させる。ゾルゲル溶液を滴下した基板１３を真空状態に置くことにより、ゾルゲル溶液を乾燥させるとともに、蛍光体粒子１１の集合体の空隙へのゾルゲル溶液の浸透を促進させることができる。
【０１２０】
最後に、ゾルゲル溶液を乾燥させた基板１３を、大気中において、５００℃の温度によって２時間の加熱処理を再び施すことにより、上述の波長変換部材１０が得られる。
【０１２１】
本実施例において、レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製）を用いた測定の結果、蛍光体膜１４の膜厚Ｄは、２６μｍであることが確認された。なお、上述の製造例１−２に示されているように、本実施例では、ｄ＝６μｍである。
【０１２２】
従って、本実施例において、Ｒの値は、
Ｒ＝２６μｍ／６μｍ＝４．３
であった。
【０１２３】
さらに、実施例１と同様にテープ試験を実施した結果、蛍光体膜１４の基板１３からの剥離は確認されなかった。また、実施例１と同様に、断面ＥＤＸ測定の結果、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０１２４】
〔比較例１〕
比較例１は、上述の実施例１に対する比較例である。比較例１は、マイクロピペットを用いて基板１３上に滴下するゾルゲル溶液の量を、２０μｌとする点においてのみ、実施例１と異なる。従って、その他の点については、実施例１と同様の製造条件によって、波長変換部材１０を製作している。
【０１２５】
比較例１において得られた蛍光体粒子１１の集合体は、光学測定時のハンドリングが困難であるほどに、容易に剥離するものであった。また、実施例１と同様のテープ試験を実施した結果、蛍光体膜１４の面積の８０％以上が、基板１３から剥離した。
【０１２６】
剥離した蛍光体膜１４の膜厚をレーザ顕微鏡で測定した結果、膜厚が不均一であり、値のばらつきが大きいことが確認された。具体的には、蛍光体膜１４の膜厚は、膜厚が厚い箇所においては約９０μｍ、薄い箇所においては約５０μｍであった。
【０１２７】
さらに、剥離した蛍光体膜１４に対して、実施例１と同様に、表面ＳＥＭ観察および断面ＥＤＸ測定を行った。
【０１２８】
図５の（ａ）は、本比較例における蛍光体膜１４の表面のＳＥＭ像である。図５の（ａ）により、本比較例の波長変換部材１０においては、蛍光体粒子１１の表面が厚い被服膜によって覆われており、当該被覆膜には亀裂が見られることが確認された。
【０１２９】
図５の（ｂ）は、断面ＥＤＸ測定の結果として得られた、本比較例の波長変換部材１０の断面において、蛍光体部とガラス部とを区別した結果を示す図である。図５の（ｂ）により、蛍光体部（すなわち、蛍光体粒子１１の集合体）を覆うように、ガラス部（すなわち、ガラス材１２）が、蛍光体部の表面に突起を形成していることが確認された。
【０１３０】
すなわち、比較例１では、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えるように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０１３１】
〔比較例２〕
比較例２は、上述の実施例３に対する比較例である。比較例２は、マイクロピペットを用いて基板１３上に滴下するゾルゲル溶液の量を、２０μｌとする点においてのみ、実施例３と異なる。従って、その他の点については、実施例３と同様の製造条件によって、波長変換部材１０を製作している。
【０１３２】
比較例２において得られた蛍光体粒子１１の集合体は、比較例１と同様に、光学測定時のハンドリングが困難であるほどに、容易に剥離するものであった。また、実施例１と同様のテープ試験を実施した結果、蛍光体膜１４の面積の９０％以上が、基板１３から剥離した。
【０１３３】
剥離した蛍光体膜１４の膜厚をレーザ顕微鏡で測定した結果、膜厚が不均一であり、値のばらつきが大きいことが確認された。具体的には、蛍光体膜１４の膜厚は、膜厚が厚い箇所においては約４０μｍ、薄い箇所においては約２０μｍであった。
【０１３４】
さらに、剥離した蛍光体膜１４に対して、比較例１と同様に、表面ＳＥＭ観察および断面ＥＤＸ測定を行った。結果として、比較例３においても、比較例１と同様に、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えるように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０１３５】
ここで、図６および図７を参照し、上述の比較例と実施例との間において、蛍光体膜１４と基板１３との密着性の差異（すなわち、テープ試験結果の差異）が生じる理由について説明する。
【０１３６】
図６の（ａ）〜（ｃ）は、各比較例における、ゾルゲル溶液滴下から焼成までの製造工程を模式的に示す図である。図６の（ａ）は、基板１３にゾルゲル溶液１５を滴下する工程を表す図である。図６の（ｂ）は、基板１３にゾルゲル溶液１５を乾燥させ、ガラス材１２の前駆体１６を形成する工程を表す図である。図６の（ｃ）は、ガラス材１２の前駆体１６を焼成し、ガラス材１２を形成する工程を表す図である。
【０１３７】
各比較例では、図６の（ａ）に示されるように、各実施例に比べて過剰な量のゾルゲル溶液１５が、基板１３に滴下されている。このため、図６の（ｂ）に示されるように、ゾルゲル溶液１５が乾燥した後には、蛍光体粒子１１の集合体の表面に、過剰な量のガラス材１２の前駆体１６が形成される。
【０１３８】
従って、ガラス材１２の前駆体１６を焼成した結果、前駆体１６自身の収縮、および、基板１３と前駆体１６との間の熱収縮率の違い等の理由によって、図６の（ｃ）に示されるように、最終的に形成されたガラス材１２には、多数の亀裂が生じる。また、この場合には、蛍光体粒子１１は、基板１３と密着していない。
【０１３９】
それゆえ、各比較例においては、蛍光体膜１４は、基板１３とは密着していない剥離膜として形成される。従って、蛍光体膜１４と基板１３との界面において、剥離が容易に生じる。
【０１４０】
図７の（ａ）〜（ｃ）は、各実施例における、ゾルゲル溶液滴下から焼成までの製造工程を模式的に示す図である。図７の（ａ）は、基板１３にゾルゲル溶液１５を滴下する工程を表す図である。図７の（ｂ）は、基板１３にゾルゲル溶液１５を乾燥させ、ガラス材１２の前駆体１６を形成する工程を表す図である。図７の（ｃ）は、ガラス材１２の前駆体１６を焼成し、ガラス材１２を形成する工程を表す図である。
【０１４１】
各実施例では、図７の（ａ）に示されるように、各比較例とは異なり、適切な量のゾルゲル溶液１５が、基板１３に滴下される。このため、図７の（ｂ）に示されるように、ゾルゲル溶液１５が乾燥した後には、蛍光体粒子１１の集合体の表面に、過剰な量のガラス材１２の前駆体１６が形成されていない。
【０１４２】
従って、図７の（ｃ）に示されるように、最終的に形成されたガラス材１２には、亀裂が生じていない。そして、蛍光体粒子１１が基板１３と密着することにより、蛍光体膜１４は、基板１３とは密着した膜として形成される。従って、蛍光体膜１４と基板１３とは、十分な密着性を有している。
【０１４３】
各実施例では、ガラス材１２の前駆体１６が、基板１３と蛍光体粒子１１の集合体との間において、接着剤としての役割を果たしている。従って、各実施例では、基板１３と強固に密着した蛍光体膜１４が得られる。
【０１４４】
〔実施例４〜９〕
実施例４および５における製造条件は、実施例１と同一である。他方、実施例６〜９における製造条件は、（ｉ）１００ｍｌのエタノールに加える蛍光体粒子１１の質量、および、（ｉｉ）マイクロピペットを用いて基板１３上に滴下するゾルゲル溶液の量の２点についてのみ、実施例１と異なる。
【０１４５】
実施例４〜９のそれぞれにおける、蛍光体粒子１１の質量およびゾルゲル溶液の量は、後述の図８に示されている。図８は、実施例１〜１４のそれぞれにおける製造条件および評価結果を一覧として示す表である。
【０１４６】
なお、実施例６〜９においても、蛍光体粒子１１の質量およびゾルゲル溶液の量以外については、実施例１と同様の製造条件によって、波長変換部材１０を製作している。従って、実施例４〜９において、蛍光体粒子１１の粒径ｄは、実施例１と同様の値（すなわち１９μｍ）である。
【０１４７】
実施例４〜９においても、実施例１と同様に、ゾルゲル溶液の滴下量を適切に調整し、波長変換部材１０を製作している。このため、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２は、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されている。従って、実施例４〜９においても、基板１３と強固に密着した蛍光体膜１４が得られる。
【０１４８】
〔実施例１０〜１４〕
実施例１０および１１における製造条件は、実施例３と同一である。他方、実施例１２〜１４における製造条件は、（ｉ）１００ｍｌのエタノールに加える蛍光体粒子１１の質量、および、（ｉｉ）マイクロピペットを用いて基板１３上に滴下するゾルゲル溶液の量の２点についてのみ、実施例３と異なる。
【０１４９】
実施例１０〜１４のそれぞれにおける、蛍光体粒子１１の質量およびゾルゲル溶液の量についても、実施例４〜９と同様に、図８に示されている。なお、実施例１２〜１４においても、蛍光体粒子１１の質量およびゾルゲル溶液の量以外については、実施例３と同様の製造条件によって、波長変換部材１０を製作している。従って、実施例１０〜１４において、蛍光体粒子１１の粒径ｄは、実施例３と同様の値（すなわち６μｍ）である。
【０１５０】
実施例１０〜１４においても、実施例３と同様に、ゾルゲル溶液の滴下量を適切に調整し、波長変換部材１０を製作している。このため、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２は、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されている。従って、実施例１０〜１４においても、基板１３と強固に密着した蛍光体膜１４が得られる。
【０１５１】
（実施例１〜１４における波長変換部材１０の評価）
上述の実施例１〜１４のそれぞれにおいて製作された波長変換部材１０について、励起光変換効率の評価を行った。具体的には、図９に示された試験装置５０（発光装置）を用いて、波長変換部材１０を励起することによって、励起光変換効率を評価した。
【０１５２】
図９は、試験装置５０の構成を例示する図である。試験装置５０は、波長変換部材１０の評価用の発光装置である。試験装置５０は、励起光５５を発光する青色ＬＥＤチップ５１（励起光源）を備えている。青色ＬＥＤチップ５１は、アルミニウム板５２、および白色基材５３によって保持されている。また、青色ＬＥＤチップ５１には、電極５４が設けられている。
【０１５３】
白色基材５３は、白色のプラスティック材料から成る。また、アルミニウム板５２には、励起光５５を通過させるための貫通孔が設けられている。そして、アルミニウム板５２の貫通孔の上には、波長変換部材１０が配置されている。
【０１５４】
青色ＬＥＤチップ５１に、電極５４を介して電力を供給することによって、青色ＬＥＤチップ５１を駆動することができる。青色ＬＥＤチップ５１から発せられた励起光５５は、波長変換部材１０に到達する。
【０１５５】
励起光５５の一部は、波長変換部材１０において、その波長が変換される。その結果、波長変換部材１０からは、蛍光５６が発せられる。また、励起光５５のうち、波長変換部材１０において波長の変換が施されない残りの部分は、波長変換部材１０を透過する。以下、励起光変換効率を評価する各プロセスについて説明する。
【０１５６】
なお、試験装置５０は、波長変換部材１０の基板１３側の方向から、励起光５５が波長変換部材１０に照射されるように構成されている。
【０１５７】
これは、波長変換部材１０が励起光５５を受光した時に発生する熱を、基板１３の熱伝導性を利用して、より効果的に放熱するためである。当該構成により、波長変換部材１０が熱によって劣化することを防止することができる。
【０１５８】
但し、励起光５５が波長変換部材１０に照射される方向は、必ずしも基板１３の側に限定されなくともよい。例えば、基板１３とは反対側から、励起光５５が波長変換部材１０に照射されてもよい。
【０１５９】
（第１プロセス：蛍光５６の発光スペクトルの測定）
分光光度計（大塚電子株式会社製：ＭＣＰＤ−２０００）を接続した内径３０ｃｍφの積分球の中に、試験装置５０を設置した。そして、駆動電流２０ｍＡ、駆動電圧３．２Ｖによって、青色ＬＥＤチップ５１を駆動し、波長変換部材１０から発せられる蛍光５６の発光スペクトルＤ（λ）を測定した。
【０１６０】
図１０の（ａ）は、実施例１における蛍光５６の発光スペクトルＤ（λ）を表すグラフである。グラフの横軸は、蛍光５６の波長λ（ｎｍ）を示している。また、グラフの縦軸は、蛍光５６の光パワーとしての強度（ｍＷ）を示している。
【０１６１】
（第２プロセス：励起光５５の発光スペクトルの測定）
試験装置５０において、波長変換部材１０を取り外した。そして、波長変換部材１０が設けられていた位置に、蛍光体膜が付与されていないガラス基板を配置した。
【０１６２】
続いて、上述の積分球の中に試験装置５０を設置した後に、第１プロセスと同様の条件によって青色ＬＥＤチップ５１を駆動し、青色ＬＥＤチップ５１から発せられる励起光５５の発光スペクトルＥ（λ）を測定した。
【０１６３】
図１０の（ｂ）は、励起光５５の発光スペクトルＥ（λ）を表すグラフである。グラフの横軸は、励起光５５の波長λ（ｎｍ）を示している。また、グラフの縦軸は、励起光５５の光パワーとしての強度（ｍＷ）を示している。なお、励起光５５の発光スペクトルＥ（λ）は、実施例１〜１４において、全て同一である。
【０１６４】
（第３プロセス：励起光変換効率の算出）
第１プロセスにおいて得られた発光スペクトルＤ（λ）について、４７０ｎｍ≦λ≦８００ｎｍの波長範囲における発光スペクトルを、ＰＨ（λ）と呼称する。他方、発光スペクトルＤ（λ）について、λ＜４７０ｎｍの波長範囲における発光スペクトルを、ＴＥ（λ）と呼称する。
【０１６５】
発光スペクトルＰＨ（λ）は、波長変換部材１０が励起光５５に対する波長変換を行うことが可能な波長範囲に、特に着目したものと言える。また、発光スペクトルＴＥ（λ）は、波長変換部材１０が励起光５５に対しる波長変換を行わない波長範囲、すなわち、励起光５５が波長変換部材１０を透過する波長範囲に、特に着目したものと言える。
【０１６６】
続いて、発光スペクトルＰＨ（λ）およびＴＥ（λ）について、グラフの縦軸に示されている光パワーの強度を、フォトン数に換算する。同様に、第２プロセスにおいて得られた発光スペクトルＥ（λ）についても、グラフの縦軸に示されている光パワーの強度を、フォトン数に換算する。
【０１６７】
波長変換部材１０の励起光変換効率ＱＥは、以下の式（１）によって算出される。図９には、実施例１〜１４のそれぞれにおける励起光変換効率ＱＥの値が示されている。
【０１６８】
【数１】
2015142046.tif 000003
【０１６９】
図１１の（ａ）は、蛍光体膜１４の膜厚Ｄに対する、波長変換部材１０の励起光変換効率ＱＥの依存性を表すグラフである。グラフの横軸は膜厚Ｄ（μｍ）を、グラフの縦軸は励起光変換効率ＱＥ（％）を、それぞれ示している。
【０１７０】
図１１の（ｂ）は、Ｒ＝Ｄ／ｄ（すなわち、蛍光体膜１４の膜厚Ｄを、蛍光体粒子１１の粒径ｄによって除算した値）に対する、波長変換部材１０の励起光変換効率ＱＥの依存性を表すグラフである。グラフの横軸はＲの値を、グラフの縦軸は励起光変換効率ＱＥ（％）を、それぞれ示している。
【０１７１】
図１１の（ａ）によれば、膜厚Ｄの値が小さい場合に、高い値の励起光変換効率ＱＥが得られる傾向が確認された。また、図１１の（ｂ）によれば、Ｒの値が小さい場合（すなわち、基板１３上に積層される蛍光体粒子１１の数が少ない場合）に、高い値の励起光変換効率ＱＥが得られる傾向が確認された。
【０１７２】
従って、図１１の（ａ）および（ｂ）によれば、具体的な数値として、膜厚Ｄが６０μｍ以下、かつ、Ｒの値が３以下であれば、約３５％以上の特に高い励起光変換効率ＱＥが得られることが確認された。
【０１７３】
シリコン等の樹脂材料に蛍光体粒子を分散させる従来の波長変換部材の場合には、蛍光体が分散される樹脂層の膜厚は、１ｍｍ程度である。従って、蛍光体粒子の粒径を、概ね１０μｍ以上かつ２０μｍ以下として想定すれば、蛍光体が分散される樹脂層の膜厚を、蛍光体粒子の粒径によって除算した値は、概ね５０以上１００以下となる。
【０１７４】
これは、本発明におけるＲの値に比べて、極端に大きな値と言える。すなわち、本発明において見出された、膜厚Ｄの好適な値（６０μｍ以下）、およびＲの好適な値（３以下）は、従来の技術常識から著しく逸脱した範囲にあるものと言える。
【０１７５】
換言すれば、本発明における膜厚Ｄ、およびＲの好適な値は、基板１３上に蛍光体粒子１１を極端な高密度によって堆積させるという、本発明に特有の波長変換部材１０の構造に起因している。さらに、本発明における膜厚Ｄ、およびＲの好適な値は、発明者らが波長変換部材１０の試作および評価を繰り返すことによって、新たに見出したものである。
【０１７６】
なお、試験装置５０において、基板１３側の方向から、励起光５５が波長変換部材１０に照射することが好ましいと考えられる。
【０１７７】
この理由は、基板１３側の方向から、励起光５５が波長変換部材１０に照射された場合には、基板１３とは反対側から、励起光５５が波長変換部材１０に照射された場合に比べて、蛍光体粒子１１による過剰な光の散乱が抑制され、結果としてより高い励起光変換効率が得られると期待されるためである。
【０１７８】
（波長変換部材１０の効果）
本実施形態の波長変換部材１０は、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されることによって構成されている。
【０１７９】
波長変換部材１０が当該構成を備えることにより、蛍光体粒子１１を基板１３と密着させることができる。このため、蛍光体膜１４と基板１３上とを強固に密着させることが可能となり、機械的強度に優れた波長変換部材１０が実現される。
【０１８０】
また、波長変換部材１０が当該構成を備えることにより、波長変換部材１０において、励起光５５（または励起光２４）が蛍光体粒子１１の集合体を透過する時に、高い励起光変換効率ＱＥが得られる。
【０１８１】
さらに、発明者らは、波長変換部材１０の試作および検討により、大きな粒径を有する蛍光体粒子１１を、より少ない数だけ、基板１３上に堆積させた場合に、高い励起光変換効率ＱＥが得られることを見出した。
【０１８２】
特に、上述のＲの値（蛍光体膜１４の膜厚Ｄを、蛍光体粒子１１の粒径ｄによって除算した値）が３以下であるように、波長変換部材１０を製作することにより、高い励起光変換効率ＱＥを得ることができる。
【０１８３】
〔実施形態２〕
本発明の実施形態２について、図１２に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１８４】
（発光装置２０）
図１２は、発光装置２０の断面図である。以下、上述の波長変換部材１０を適用した発光装置２０について説明する。発光装置２０は、波長変換部材１０、レーザ素子２１（励起光源）、レンズ２２、および支持部２３を備えている。
【０１８５】
レーザ素子２１は、励起光２４を発する励起光源である。そして、レーザ素子２１の内部には、ＩｎＧａＡｌＮ系結晶から成る窒化物レーザチップが封入されており、当該レーザチップは、外部の定電圧源（不図示）と、電気的に接続されている。
【０１８６】
レンズ２２は、レーザ素子２１の光出射面に配置されている。レンズ２２を設けることにより、レーザ素子２１からの励起光２４が照射される空間的な範囲が調製されている。また、支持部２３は、波長変換部材１０およびレーザ素子２１を支持するために設けられた、金属製の部材である。なお、レーザ素子２１は、支持部２３に接着されている。
【０１８７】
発光装置２０において、レーザ素子２１からの励起光２４が、波長変換部材１０に入射する。続いて、励起光２４は、波長変換部材１０の内部に分散された蛍光体粒子１１を励起する。これにより、励起光２４は、波長変換部材１０において、より波長が長い蛍光２５に変換される。そして、蛍光２５は、発光装置２０の外部へ出力される。
【０１８８】
ＩｎＧａＡｌＮ系結晶から成る窒化物レーザチップは、発光層等の構成材料の組成を変更することにより、３００ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下の範囲において、発光ピーク波長を変化させることができる。
【０１８９】
発光ピーク波長は、３５０ｎｍ以上かつ４７０ｎｍ以下の範囲に設定することが、特に好ましい。これは、当該波長は、酸窒化物蛍光体または窒化物蛍光体の励起スペクトルのピーク値が得られる波長（すなわち、波長変換効率の最大値が得られる励起光の波長）範囲に概ね一致するためである。
【０１９０】
従って、発光ピーク波長を、３５０ｎｍ以上かつ４７０ｎｍ以下の範囲に設定することにより、波長変換部材１０において高い波長変換効率が得られる。それゆえ、発光装置２０の発光効率を向上させることができる。本実施形態では、励起光２４として、発光ピーク波長が４４０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下である青色レーザを用いた。
【０１９１】
また、蛍光体粒子１１の混合比を変更することにより、発光装置２０から発せらせる光の色を調整することができる。例えば、蛍光体粒子１１のそれぞれから発せられる発光色を合成して、発光装置２０から白色光を出力させることができる。これらの発光装置２０は、照明器具またはディスプレイ等の用途に、特に好適である。なお、これらの発光装置２０の例については、後述の実施形態３および４において説明する。
【０１９２】
従来では、窒化物レーザチップ等の、強度が高い短波長の励起光を発する半導体発光素子を発光装置に適用した場合には、波長変換部材中における、蛍光体粒子を分散している樹脂の劣化が問題となっていた。
【０１９３】
他方、本実施形態の発光装置２０では、波長変換部材１０の基板は、化学的に安定なガラスによって形成されている。従って、発光装置２０は、従来の発光装置に比べて、より長寿命となる。
【０１９４】
具体的には、発光装置２０において、３０００時間以上動作させた後の光度の変動を評価した結果、３％以内という微小な割合であることが確認された。従って、発光装置２０は、従来の発光装置に比べて、非常に長寿命な発光装置であると言える。
【０１９５】
（発光装置２０の効果）
上述のように、波長変換部材１０を適用して発光装置２０を製作することにより、発光効率が高く、かつ、長寿命な発光装置を実現することができる。
【０１９６】
〔実施形態３〕
本発明の実施形態３について、図１３に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０１９７】
上述の実施形態１は、蛍光体粒子１１の材料として、Ｅｕ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体を用いた場合を例示したものである。本実施形態では、蛍光体粒子１１の材料として、実施形態１とは異なる材料を用いる場合について説明する。
【０１９８】
（製造例２：Ｅｕ腑活βＳｉＡｌＯＮ蛍光体）
製造例２は、組成式Ｓｉ６−ｚ’Ａｌｚ’Ｏｚ’Ｎ８−ｚ’において、ｚ’＝０．０６のものに、０．１０ａｔ％の比率においてＥｕが付加された、Ｅｕ腑活βＳｉＡｌＯＮ蛍光体を製造することを目的としている。
【０１９９】
はじめに、４５μｍの篩を通すことによって、金属Ｓｉ粉末９３．５９質量％、窒化アルミニウム粉末５．０２質量％、窒化ユーロピウム粉末１．３９質量％の組成となるように、原料粉末を秤量する。
【０２００】
続いて、窒化ケイ素焼結体から成る乳鉢と乳棒とを用い、原料粉末を１０分以上混合することによって、粉体の凝集体を得る。そして、粉体の凝集体を自然落下させることによって、直径２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさの窒化ホウ素から成る坩堝に、粉体の凝集体を充填する。
【０２０１】
続いて、坩堝を、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットする。加圧電気炉において、拡散ポンプを用いて真空の焼成雰囲気を得た後に、５００℃／時の温度上昇率によって、室温から８００℃まで昇温する。
【０２０２】
そして、加圧電気炉に、８００℃の温度を有する純度９９．９９９体積％の窒素を導入し、圧力を０．５ＭＰａとする。続いて、５００℃／時の温度上昇率によって、加圧電気炉を１３００℃まで昇温する。そして、１℃／分の温度上昇率によって、加圧電気炉を１６００℃まで昇温し、１６００℃の温度を８時間保持した。
【０２０３】
上述の加熱処理によって、坩堝の中に合成試料が生成される。そして、合成試料をメノウから成る乳鉢において粉砕し、粉末試料を得る。
【０２０４】
さらに、粉末試料に再度の加熱処理を施す。そして、１６００℃の温度によって焼成した粉末試料を、窒化ケイ素から成る乳鉢と乳棒とを用いて粉砕する。続いて、粉末試料を自然落下させることによって、直径２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさの窒化ホウ素から成る坩堝に充填する。
【０２０５】
続いて、坩堝を、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットする。加圧電気炉において、拡散ポンプを用いて真空の焼成雰囲気を得た後に、５００℃／時の温度上昇率によって、室温から８００℃まで昇温する。
【０２０６】
そして、加圧電気炉に、８００℃の温度を有する純度９９．９９９体積％の窒素を導入し、圧力を１ＭＰａとする。続いて、５００℃／時の温度上昇率によって、加圧電気炉を１９００℃まで昇温し、１９００℃の温度を８時間保持した。
【０２０７】
上述の加熱処理によって、坩堝の中に蛍光体試料が生成される。続いて、蛍光体試料をメノウから成る乳鉢において粉砕し、５０％フッ化水素酸と７０％硝酸との１：１混酸中において、６０℃の温度によって処理した。そして、純水を用いて蛍光体試料を洗浄した後に、目開き１０μｍの篩によって粒径の小さい粒子を取り除くことにより、蛍光体粉末として蛍光体粒子１１が得られる。
【０２０８】
蛍光体粒子１１に対して、ＸＲＤによる測定を行った結果、蛍光体粒子１１は、β型ＳｉＡｌＯＮ結晶の構造を有することが確認された。
【０２０９】
また、蛍光体粒子１１に、ランプから発せられた波長３６５ｎｍの光を照射した時、蛍光体粒子１１が緑色に発光することが確認された。さらに、レーザ回折法による測定の結果、蛍光体粒子１１の粒径ｄは、１６μｍであることが確認された。
【０２１０】
（本実施形態の波長変換部材１０の製造方法）
以下、本実施形態の波長変換部材１０の製造方法について、実施例１５において説明する。
【０２１１】
〔実施例１５〕
本実施例では、実施形態１の製造例１−１において得られたＥｕ腑活αＳｉＡｌＯＮ蛍光体と、本実施形態の製造例２において得られたＥｕ腑活βＳｉＡｌＯＮ蛍光体とを、５０：５０の質量比率によって混合することによって、混合蛍光体としての蛍光体粒子１１を得ている。
【０２１２】
レーザ回折法による測定の結果、混合蛍光体としての蛍光体粒子１１の粒径ｄは、１８μｍであることが確認された。そして、１００ｍｌのエタノールに加える蛍光体粒子１１を、上記混合蛍光体とする以外は、上述の実施例１と同様の製造条件にとして、波長変換部材１０を作製した。
【０２１３】
本実施例において、レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製）を用いた測定の結果、蛍光体膜１４の膜厚Ｄは、４２μｍであることが確認された。
【０２１４】
従って、本実施例において、Ｒの値は、
Ｒ＝４２μｍ／１８μｍ＝２．３
であった。
【０２１５】
さらに、実施例１と同様にテープ試験を実施した結果、蛍光体膜１４の基板１３からの剥離は確認されなかった。また、実施例１と同様に、断面ＥＤＸ測定の結果、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０２１６】
（本実施形態の発光装置２０）
本実施形態では、実施例１５において製造された波長変換部材１０を用いて、実施形態１と同様の発光装置２０を製作した。なお、本実施形態では、レーザ素子２１からの励起光の発光ピーク波長を４４０ｎｍとした。また、レーザ素子２１からの励起光の光パワーを１Ｗとして駆動した。
【０２１７】
図１３は、本実施形態の発光装置２０の発光スペクトルを示すグラフである。本実施形態の発光装置２０からは、光束１２５ｌｍ、色温度３，５００Ｋの白色光が出力されている。本実施形態の発光装置２０は、ヘッドライトおよび屋外用照明等の、高輝度が要求される照明用途に好適である。
【０２１８】
なお、本実施形態の発光装置２０において、波長変換部材１０の励起光変換効率ＱＥの値を評価した結果、ＱＥ＝４０．３％であることが確認された。それゆえ、本実施形態の波長変換部材１０においても、実施形態１と同様に、Ｒの値を３以下とすることにより、３５％以上の高い励起光変換効率が得られている。
【０２１９】
〔実施形態４〕
本発明の実施形態４について、図１４に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【０２２０】
本実施形態では、蛍光体粒子１１の材料として、実施形態１および３とは異なる材料を用いる場合について説明する。
【０２２１】
（製造例３：Ｅｕ腑活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体）
製造例３は、組成式Ｃａ０．９９２Ｅｕ０．００８ＳｉＡｌＮ３として表される、Ｅｕ腑活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体を製造することを目的としている。
【０２２２】
はじめに、α型窒化ケイ素粉末３３．９質量％、窒化アルミニウム粉末２９．７質量％、窒化カルシウム粉末３５．６質量％、酸化ユーロピウム粉末０．８質量％の組成となるように、原料粉末を秤量する。
【０２２３】
続いて、窒化ケイ素焼結体から成る乳鉢と乳棒とを用い、原料粉末を１０分以上混合することによって、粉体の凝集体を得る。なお、窒化ユーロピウムは、金属ユーロピウムをアンモニア中において窒化することによって合成したものを用いている。
【０２２４】
そして、粉体の凝集体を自然落下させることによって、直径２０ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさの窒化ホウ素から成る坩堝に、粉体の凝集体を充填する。なお、粉体の秤量、混合、および成形の各工程のいずれも、水分１ｐｐｍ以下、酸素１ｐｐｍ以下の窒素雰囲気を保持することが可能なグローブボックス内において行われている。
【０２２５】
続いて、坩堝を、黒鉛抵抗加熱方式の加圧電気炉にセットする。加圧電気炉に、８００℃の温度を有する純度９９．９９９体積％の窒素を導入し、圧力を１ＭＰａとする。そして、５００℃／時の温度上昇率によって、加圧電気炉を１８００℃まで昇温し、１８００℃の温度を２時間保持した。
【０２２６】
上述の加熱処理によって、坩堝の中に蛍光体試料が生成される。続いて、蛍光体試料をメノウから成る乳鉢において粉砕し、５０％フッ化水素酸と１０倍に希釈した基底濃度３６Ｎ硫酸との１：３混酸を、純水により１０倍に希釈した溶液を調製する。続いて、当該溶液に粉砕した試料を投入し、６０℃の温度によって処理した。
【０２２７】
そして、純水を用いて蛍光体試料を洗浄した後に、目開き１０μｍの篩によって粒径の小さい粒子を取り除くことにより、蛍光体粉末として蛍光体粒子１１が得られる。
【０２２８】
蛍光体粒子１１に対して、ＣｕのＫα線を用いてＸＲＤによる測定を行った結果、蛍光体粒子１１は、ＣａＡｌＳｉＮ３結晶の構造を有することが確認された。
【０２２９】
また、蛍光体粒子１１に、ランプから発せられた波長３６５ｎｍの光を照射した時、蛍光体粒子１１が赤色に発光することが確認された。さらに、レーザ回折法による測定の結果、蛍光体粒子１１の粒径ｄは、１５μｍであることが確認された。
【０２３０】
（本実施形態の波長変換部材１０の製造方法）
以下、本実施形態の波長変換部材１０の製造方法について、実施例１６において説明する。
【０２３１】
〔実施例１６〕
本実施例では、実施形態２の製造例２において得られたＥｕ腑活βＳｉＡｌＯＮ蛍光体と、本実施形態の製造例３において得られたＥｕ腑活ＣａＡｌＳｉＮ３蛍光体蛍光体とを、８０：２０の質量比率によって混合することによって、混合蛍光体としての蛍光体粒子１１を得ている。
【０２３２】
レーザ回折法による測定の結果、混合蛍光体としての蛍光体粒子１１の粒径ｄは、１６μｍであることが確認された。そして、１００ｍｌのエタノールに加える蛍光体粒子１１を上記混合蛍光体とし、蛍光体粒子１１の質量を０．５ｇ、滴下するゾルゲル溶液の量を３．５μｌとする以外は、上述の実施例１と同様の製造条件にとして、波長変換部材１０を作製した。
【０２３３】
本実施例において、レーザ顕微鏡（株式会社キーエンス製）を用いた測定の結果、蛍光体膜１４の膜厚Ｄは、４０μｍであることが確認された。
【０２３４】
従って、本実施例において、Ｒの値は、
Ｒ＝４０μｍ／１６μｍ＝２．５
であった。
【０２３５】
さらに、実施例１と同様にテープ試験を実施した結果、蛍光体膜１４の基板１３からの剥離は確認されなかった。また、実施例１と同様に、断面ＥＤＸ測定の結果、ガラス材１２の体積と蛍光体粒子１１の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子１１の集合体の包絡体積を超えないように、ガラス材１２が、蛍光体粒子１１の集合体の空隙に充填されていることが確認された。
【０２３６】
（本実施形態の発光装置２０）
本実施形態では、実施例１６において製造された波長変換部材１０を用いて、実施形態１と同様の発光装置２０を製作した。なお、本実施形態では、レーザ素子２１からの励起光の発光ピーク波長を４４０ｎｍとした。また、レーザ素子２１からの励起光の光パワーを１Ｗとして駆動した。
【０２３７】
図１４は、本実施形態の発光装置２０の発光スペクトルを示すグラフである。本実施形態の発光装置２０からは、光束５２ｌｍ、色温度７，０００Ｋの白色光が出力されている。本実施形態の発光装置２０は、プロジェクタおよび液晶バックライト等の、ディスプレイ用途に好適である。
【０２３８】
なお、本実施形態の発光装置２０において、波長変換部材１０の励起光変換効率ＱＥの値を評価した結果、ＱＥ＝４３．２％であることが確認された。それゆえ、本実施形態の波長変換部材１０においても、実施形態１と同様に、Ｒの値を３以下とすることにより、３５％以上の高い励起光変換効率が得られている。
【０２３９】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係る波長変換部材（１０）は、励起光（２４，５５）を受けて蛍光（２５，５６）を発する蛍光体膜（１４）を、基板（１３）上に備えた波長変換部材であって、上記蛍光体膜は、複数の蛍光体粒子が相互に接触することによって形成された、上記蛍光体粒子（１１）の集合体と、当該集合体における上記蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材（１２）とを含み、上記蛍光体膜における上記ガラス材の体積と上記蛍光体粒子の体積とを合計した体積は、当該蛍光体膜における上記集合体の包絡体積以下である。
【０２４０】
上記の構成によれば、波長変換部材において、ガラス材の体積と蛍光体粒子の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子の集合体の包絡体積以下であるように、ガラス材は、蛍光体粒子の集合体の空隙に充填されている。このため、蛍光体粒子の集合体の表面に、過剰な量のガラス材が存在することが抑制される。
【０２４１】
この結果、上述の図７の（ｃ）に示されるように、蛍光体粒子は、基板と密着するように配置される。このため、蛍光体膜は、基板と密着した膜として形成される。
【０２４２】
従って、ガラス材の体積と蛍光体粒子の体積とを合計した体積が、蛍光体粒子の集合体の包絡体積を超えるように、ガラス材が蛍光体粒子の集合体の空隙に充填されている場合に比べて、蛍光体膜は、基板と十分な密着性を有するように形成される。
【０２４３】
すなわち、本発明の一態様によれば、機械的強度に優れた波長変換部材を提供することができるという効果を奏する。
【０２４４】
また、本発明の態様２に係る波長変換部材は、上記態様１において、上記蛍光体膜の膜厚（Ｄ）が、６０μｍ以下であることが好ましい。
【０２４５】
上記の構成によれば、蛍光体膜の膜厚を６０μｍ以下とすることにより、上述の図１１の（ａ）に示されているように、波長変換部材において、高い励起光変換効率（ＱＥ）を得ることができるという効果を奏する。
【０２４６】
なお、従来の波長変換部材の場合には、蛍光体が分散される樹脂層の膜厚は、１ｍｍ程度である。従って、本発明の一態様に係る蛍光体膜の膜厚の値は、従来の技術常識から著しく逸脱した範囲にあるものと言える。
【０２４７】
また、本発明の態様３に係る波長変換部材は、上記態様１または２において、上記蛍光体粒子の粒径（ｄ）が、１μｍ以上かつ５０μｍ以下であることが好ましい。
【０２４８】
上記の構成によれば、波長変換部材において、蛍光体粒子の発光効率が高くなり、かつ、蛍光体粒子のハンドリングが容易化されるという効果を奏する。
【０２４９】
また、本発明の態様４に係る波長変換部材は、上記態様１から３のいずれか１つにおいて、上記蛍光体粒子の粒径は、５μｍ以上かつ２５μｍ以下であることが好ましい。
【０２５０】
上記の構成によれば、波長変換部材において、蛍光体粒子の発光効率がさらに高くなり、かつ、蛍光体粒子のハンドリングがさらに容易になるという効果を奏する。
【０２５１】
より具体的には、蛍光体粒子の粒径を５μｍ以上とすることにより、蛍光体粒子の結晶性が特に良好となり、蛍光体粒子の発光効率をより向上させることが可能となる。また、蛍光体粒子の粒径を２５μｍ以下とすることにより、蛍光体粒子１１のハンドリングが特に容易となり、より均一な蛍光体膜を形成することが可能となる。
【０２５２】
また、本発明の態様５に係る波長変換部材は、上記態様１から４のいずれか１つにおいて、上記蛍光体粒子は、酸窒化物蛍光体または窒化物蛍光体から成ることが好ましい。
【０２５３】
上述のように、ガラス材は、蛍光体粒子の集合体の空隙に充填される。そして、ガラスの形成のためには、２００℃以上の高温プロセスが必要とされる。
【０２５４】
上記の構成によれば、耐熱性に優れる酸窒化物系蛍光体または窒化物系蛍光体を蛍光体粒子として用いることにより、波長変換部材を製作するための高温プロセスを好適に行うことができるという効果を奏する。
【０２５５】
また、本発明の態様６に係る波長変換部材は、上記態様１から５のいずれか１つにおいて、上記ガラス材は、シリカガラスであることが好ましい。
【０２５６】
上記の構成によれば、熱的安定性および化学的安定性に優れたシリカガラスをガラス材として用いることにより、波長変換部材の熱的安定性および化学的安定性を向上させることができるという効果を奏する。
【０２５７】
また、本発明の態様７に係る波長変換部材は、上記態様２から６のいずれか１つにおいて、上記蛍光体膜の膜厚を、上記蛍光体粒子の粒径によって除算した値（Ｒ＝Ｄ／ｄ）は、３以下であることが好ましい。
【０２５８】
上記の構成によれば、蛍光体膜の膜厚を６０μｍ以下とし、かつ、蛍光体膜の膜厚を、上記蛍光体粒子の粒径によって除算した値（すなわち、Ｒの値）を３以下とすることにより、波長変換部材において、高い励起光変換効率を得ることができるという効果を奏する。
【０２５９】
なお、従来の波長変換部材の場合には、蛍光体が分散される樹脂層の膜厚を、蛍光体粒子の粒径によって除算した値は、概ね５０以上１００以下となる。従って、本発明の一態様に係るＲの値は、従来の技術常識から著しく逸脱した範囲にあるものと言える。
【０２６０】
換言すれば、本発明の一態様に係る膜厚Ｄ、およびＲの好適な値は、基板上に蛍光体粒子を極端な高密度によって堆積させるという、本発明の一態様に係る波長変換部材の構造に起因している。そして、本発明の一態様に係る膜厚Ｄ、およびＲの値は、発明者らが波長変換部材の試作および評価を繰り返すことによって、新たに見出したものである。
【０２６１】
また、本発明の態様８に係る発光装置（発光装置２０、または試験装置５０）は、上記態様７に記載の波長変換部材と、上記励起光を上記波長変換部材に照射する励起光源（レーザ素子２１、または青色ＬＥＤチップ５１）と、を備えていることが好ましい。
【０２６２】
上記の構成によれば、励起光変換効率が高い波長変換部材を適用して発光装置を製作することができるため、発光効率が高く、かつ、長寿命な発光装置を提供することができるという効果を奏する。
【０２６３】
また、本発明の態様９に係る発光装置は、上記励起光が、上記基板側の方向から、上記波長変換部材に照射されることが好ましい。
【０２６４】
上記の構成によれば、基板とは反対側から、励起光が波長変換部材に照射された場合に比べて、波長変換部材が励起光を受光した時に発生する熱を、基板の熱伝導性を利用して、効果的に放熱することができる。
【０２６５】
また、上記の構成によれば、基板とは反対側から、励起光が波長変換部材に照射された場合に比べて、蛍光体粒子による過剰な光の散乱が抑制され、結果としてより高い励起光変換効率が得られることが期待される。
【０２６６】
また、本発明の態様１０に係る波長変換部材の製造方法は、励起光を受けて蛍光を発する蛍光体膜を、基板上に備えた波長変換部材の製造方法であって、上記蛍光体膜は、複数の蛍光体粒子が相互に接触することによって形成された、上記蛍光体粒子の集合体と、当該集合体における上記蛍光体粒子間の空隙を満たすガラス材とを含み、上記集合体を、上記基板上に堆積させる工程と、上記空隙に、上記ガラス材の前駆体（１６）を充填する工程と、上記前駆体に加熱処理を施し、上記ガラス材を形成する工程と、含んでおり、上記蛍光体膜における上記ガラス材の体積と上記蛍光体粒子の体積とを合計した体積は、当該蛍光体膜における上記集合体の包絡体積以下であるように形成される。
【０２６７】
上記の構成によれば、上述の態様１に係る波長変換部材を製造することができるという効果を奏する。
【０２６８】
〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【０２６９】
なお、本発明は、以下のようにも表現できる。
【０２７０】
すなわち、本発明の一態様に係る波長変換部材は、基板と、蛍光体粒子および透光性物質からなる蛍光体膜と、を少なくとも含み、上記蛍光体粒子は集合体を形成しており、透光性物質は蛍光体粒子の集合体の空隙を充填するガラスであり、透光性物質の包絡体積は、蛍光体粒子の集合体の包絡体積を超えない範囲で充填されている。
【０２７１】
また、本発明の一態様に係る波長変換部材において、上記蛍光体粒子の粒径は、１〜５０μｍである。
【０２７２】
また、本発明の一態様に係る波長変換部材において、上記蛍光体粒子の粒径は、５〜２５μｍである。
【０２７３】
また、本発明の一態様に係る波長変換部材において、上記蛍光体粒子の集合体の膜厚は、６０μｍ以下である。
【０２７４】
また、本発明の一態様に係る波長変換部材において、上記蛍光体は、酸窒化物蛍光体または窒化物蛍光体である。
【０２７５】
また、本発明の一態様に係る波長変換部材において、上記ガラスは、シリカガラスである。
【０２７６】
また、本発明の一態様に係る発光装置は、上記波長変換部材に半導体発光素子より出射される励起光を基板側から当て、照明光を蛍光体粒子の集合体から取り出す構成であって、蛍光体膜の膜厚を蛍光体粒子の粒径によって除算した値は３以下である。
【産業上の利用可能性】
【０２７７】
本発明は、波長変換部材、および波長変換部材を備えた発光装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０２７８】
１０  波長変換部材
１１  蛍光体粒子
１２  ガラス材
１３  基板
１４  蛍光体膜
１６  ガラス材の前駆体
２０  発光装置
２１  レーザ素子（励起光源）
２４，５５  励起光
２５，５６  蛍光
５０  試験装置（発光装置）
５１  青色ＬＥＤチップ（励起光源）
Ｄ：蛍光体膜１４の膜厚
ｄ：蛍光体粒子１１の粒径
Ｒ：蛍光体膜１４の膜厚Ｄを、蛍光体粒子１１の粒径ｄによって除算した値
ＱＥ：励起光変換効率
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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