(57)【要約】【課題】波長変換効率に優れ、励起光照射時の発熱による破損が生じにくい、波長変換部材及び該波長変換部材を用いた発光デバイスを提供する。【解決手段】蛍光体層と、蛍光体層の励起光入射面側に設けられた放熱層と、を備える波長変換部材であって、放熱層に励起光を通過させるための貫通孔が設けられていることを特徴とする波長変換部材。【選択図】図１
2016115828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体層と、蛍光体層の励起光入射面側に設けられた放熱層と、を備える波長変換部材であって、
放熱層に励起光を通過させるための貫通孔が設けられていることを特徴とする波長変換部材。
【請求項２】
放熱層がペルチェ素子からな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】
励起光がレーザー光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】
貫通孔の直径が、レーザー光のスポット径の１．２〜３倍であ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。
【請求項５】
貫通孔の直径が、０．０５〜３ｍｍであ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。
【請求項６】
蛍光体層が、ガラスマトリクス中に蛍光体が分散されてなることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の波長変換部材と、波長変換部材に励起光を照射する光源と、を備えることを特徴とする発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザーダイオード（ＬＤ：Laser Diode）等の発する光の波長を変換する波長変換部材及びそれを用いた発光デバイスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源として、ＬＥＤやＬＤ等の励起光源を用いた発光デバイスが注目を集めている。そのような次世代光源の一例として、青色光を出射するＬＥＤと、ＬＥＤからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材とを組み合わせた発光デバイスが広く知られている。この発光デバイスは、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
【０００３】
下記の特許文献１には、上記波長変換部材の一例として、ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５８３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
波長変換部材においては、励起光が蛍光体粉末によって波長変換される際に、エネルギーの一部が熱に変換される。特許文献１のように、蛍光体粉末がガラスマトリクスに覆われている波長変換部材においては、ガラスマトリクスの放熱性が十分でないことから、波長変換される際発生する熱を、十分に外部に放出できない場合があった。そのため、発生した熱により、波長変換部材の波長変換効率が低下（温度消光）しやすいという問題があった。また、発生した熱によりガラスマトリクスが融解して、波長変換部材が破損するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、波長変換効率に優れ、励起光照射時の発熱による破損が生じにくい、波長変換部材及び該波長変換部材を用いた発光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の波長変換部材は、蛍光体層と、蛍光体層の励起光入射面側に設けられた放熱層と、を備える波長変換部材であって、放熱層に励起光を通過させるための貫通孔が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
上記構成によれば、励起光の照射により蛍光体層で発生した熱が放熱層に伝搬して外部に放出される。特に、蛍光体層は励起光入射面付近で高温となりやすいため、蛍光体層の励起光入射面側に放熱層を設けることで、効率良く放熱を行うことができる。なお、放熱層には励起光を通過させるための貫通孔が設けられているため、当該貫通孔を通じて励起光を十分に蛍光体層に照射することができる。このように、本発明の波長変換部材は、励起光を蛍光体層に十分に照射させつつ、蛍光体層に発生した熱を効率良く外部に放出できるため、蛍光体の温度消光や、熱による破損が生じにくい。
【０００９】
本発明の波長変換部材において、放熱層がペルチェ素子からなることが好ましい。
【００１０】
上記構成によれば、蛍光体層に発生した熱を効率良く外部に放出することが可能となる。なお、ペルチェ素子は通常不透明材料であるが、本発明においては、励起光を通過させるための貫通孔が設けられているため、励起光を蛍光体層に十分に照射することができる。
【００１１】
本発明の波長変換部材において、励起光がレーザー光であることが好ましい。
【００１２】
レーザー光は光強度が非常に大きいため、波長変換部材の発光強度を向上させることができる。なお、既述の通り、本発明の波長変換部材では、蛍光体層で発生した熱を効率良く外部に放出できるため、レーザー光を用いた場合であっても、波長変換部材の温度消光や、熱による破損が生じにくい。特に、レーザー光はスポット径が比較的小さいため、それに合わせて放熱層における貫通孔を小さくすることができる。それにより、蛍光体層に接する放熱層の面積を大きくできるため、放熱効果を高めることが可能となる。
【００１３】
本発明の波長変換部材において、貫通孔の直径が、レーザー光のスポット径の１．２〜３倍であることが好ましい。
【００１４】
本発明の波長変換部材において、貫通孔の直径が、０．０５〜３ｍｍであることが好ましい。
【００１５】
本発明の波長変換部材において、蛍光体層が、ガラスマトリクス中に蛍光体が分散されてなることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、蛍光体が所望の濃度で均一に分散した蛍光体層を容易に作製することができる。
【００１７】
本発明の発光デバイスは、上記の波長変換部材と、波長変換部材に励起光を照射する光源と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、波長変換効率に優れ、励起光照射時の発熱による破損が生じにくい、波長変換部材及び該波長変換部材を用いた発光デバイスを提供する
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の模式的側断面図である。（ｂ）（ａ）の波長変換部材を放熱層側から見た模式図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る波長変換部材の模式的側断面図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光デバイスの模式的側面図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光デバイスの模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の波長変換部材と発光デバイスの実施形態を、図面を用いて説明する。ただし、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。
【００２１】
（第１の実施形態に係る波長変換部材）
図１の（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の模式的側断面図を示す。図１の（ｂ）は、（ａ）の波長変換部材を放熱層側から見た模式図である。波長変換部材１１は、蛍光体層１と放熱層２を備えている。放熱層２は、蛍光体層１の励起光Ｌ０入射面側に設けられている。また、放熱層２には、励起光Ｌ０を通過させるための貫通孔Ｈが設けられている。
【００２２】
波長変換部材１１に照射された励起光Ｌ０は、放熱層２に設けられた貫通孔Ｈを通過して、蛍光体層１に入射する。励起光Ｌ０は、蛍光体層１に含まれる蛍光体により蛍光Ｌ１に波長変換され、放熱層２が設けられた面とは反対側の面から出射する。あるいは、蛍光Ｌ１と、波長変換されなかった励起光Ｌ０の合成光が出射する。ここで、励起光Ｌ０が波長変換部材１１に照射されることにより発生する熱は、放熱層２を伝搬して外部に放出される。特に、蛍光体層１は励起光Ｌ０入射面付近で高温となりやすいため、蛍光体層１の励起光Ｌ０入射面側に設けられた放熱層２から、効率良く放熱が行われる。これにより、蛍光体層１が高温となることを抑制することができ、結果として、蛍光体層１の温度消光や、熱による破損が生じにくくなる。
【００２３】
以下、各構成物について詳細に説明する。
【００２４】
蛍光体層１は、ガラスや樹脂などの透明材料からなるマトリクスと、マトリクス中に分散した蛍光体とから構成されている。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、励起光Ｌ０により励起して蛍光Ｌ１を発するものであればよい。マトリクスとして樹脂を用いる場合、樹脂は励起光Ｌ０や蛍光Ｌ１により劣化して着色する場合がある。そのため、マトリクスとしてはガラスを用いることが好ましい。ガラスマトリクスは、蛍光体の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラスなどを用いることができる。ガラスマトリクスの軟化点は、２５０℃〜１０００℃であることが好ましく、３００℃〜８５０℃であることがより好ましい。一般に、低軟化点ガラスは機械的強度が低い傾向がある。このため、ガラスマトリクスの軟化点が低すぎると、蛍光体層１の機械的強度が低下する場合がある。一方、ガラスマトリクスの軟化点が高すぎると、製造時における焼成工程で蛍光体が劣化して、蛍光体層１の発光強度が低下する場合がある。
【００２５】
蛍光体は、励起光Ｌ０の入射により蛍光Ｌ１を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体の具体例としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ガーネット系化合物蛍光体から選ばれた１種以上が挙げられる。励起光Ｌ０として青色光を用いる場合、例えば、緑色光または黄色光を蛍光Ｌ１として出射する蛍光体を用いることができる。
【００２６】
蛍光体層１の厚みは、励起光Ｌ０が確実に蛍光体に吸収されるような厚みである範囲において、薄い方が好ましい。蛍光体層１が厚すぎると、蛍光体層１における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光Ｌ１の出射効率が低くなってしまう場合があるためである。具体的には、蛍光体層１の厚みは、１ｍｍ以下であることが好ましく、０．５ｍｍ以下であることがより好ましく、０．３ｍｍ以下であることがさらに好ましい。蛍光体層１の厚みの下限値は、通常、０．０３ｍｍ程度である。
【００２７】
放熱層２は、励起光Ｌ０が蛍光体層１に照射されることにより発生する熱を外部に放出する役割を果たす。放熱層の熱伝導率は５Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることが好ましく、１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがより好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上であることがさらに好ましい。放熱層２としては、例えば、アルミニウム、銀等の金属；サファイア、スピネル、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等のセラミックス等が挙げられる。あるいは、放熱層２はペルチェ素子であってもよく、そうすることにより蛍光体層１に発生した熱を効率良く外部に放出することが可能となる。なお、ペルチェ素子は、２種類の金属の接合部に電流を流すと、片方の金属からもう片方へ熱が移動する性質（ペルチェ効果）を利用した板状の半導体素子をいう。
【００２８】
放熱層２に設けられた貫通孔Ｈの直径は、励起光Ｌ０が十分に通過できる大きさであれば特に限定されない。例えば、励起光Ｌ０がレーザー光である場合は、貫通孔Ｈの直径は、レーザー光のスポット径の１．２〜３倍、特に１．５〜２．５倍であることが好ましい。具体的には、貫通孔Ｈの直径は０．０５〜３ｍｍ、特に０．１〜２．５ｍｍであることが好ましい。貫通孔Ｈの直径が小さすぎると、励起光Ｌ０が十分に通過できないため、蛍光体層１に対する照射量が少なくなり、発光強度が低下しやすくなる。一方、貫通孔Ｈの直径が大きすぎると、蛍光体層１に接する放熱層２の面積が小さくなり、放熱効果が低下しやすくなる。
【００２９】
放熱層２の厚みは特に限定されないが、小さすぎると放熱効果が得られにくくなり、一方、大きすぎると励起光Ｌ０が蛍光体層１に到達しにくくなったり、加工が困難になる傾向がある。したがって、放熱層２の厚みは０．１〜１０ｍｍ、特に０．２〜８ｍｍであることが好ましい。
【００３０】
波長変換部材１１は、例えば以下のようにして作製することができる。
【００３１】
蛍光体層１のガラスマトリクスとなるガラス粒子と、蛍光体と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム上にドクターブレード法等により塗布し、加熱乾燥することにより、蛍光体層１用のグリーンシートを作製する。
【００３２】
得られた蛍光体層１用のグリーンシートを、貫通孔Ｈを設けた放熱層２の表面に貼り付ける。その後、グリーンシートを焼成することにより、蛍光体層１を放熱層２上に形成することができる。
【００３３】
蛍光体層１の製造方法は、上記の方法に限定されるものではなく、例えば、上記の蛍光体層１形成用スラリーを放熱層２の表面に塗布し、その後乾燥及び焼成して、蛍光体層１を形成してもよい。あるいは、蛍光体層１用のグリーンシートのみを焼成して蛍光体層１を作製したのち、蛍光体層１を放熱層２に接着剤により接着してもよい。接着剤としては、シリコーン樹脂及びポリイミド樹脂等が挙げられる。シリコーン樹脂としては、一般的なシロキサン結合を有するシリコーン樹脂を用いることができ、特に、耐熱性の高いシルセスキオキサンを好ましく用いることができる。シルセスキオキサンは、主鎖骨格がＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合からなるシロキサン系化合物であり、３官能性シランを加水分解することで得られる（ＲＳｉＯ１．５）ｎの構造を持つネットワーク型ポリマーまたは多面体クラスターである。
【００３４】
（第２の実施形態に係る波長変換部材）
図２は、本発明の第２の実施形態に係る波長変換部材の模式的側断面図である。本実施形態に係る波長変換部材１２では、蛍光体層１の放熱層２とは反対側の面に反射層３が設けられている。その他の構造は第１の実施形態に係る波長変換部材１１と同じである。
【００３５】
波長変換部材１２に照射された励起光Ｌ０は、放熱層２に設けられた貫通孔Ｈを通過して、蛍光体層１に入射する。励起光Ｌ０は、蛍光体層１に含まれる蛍光体により蛍光Ｌ１に波長変換され、反射層３により反射されて放熱層２が設けられた側の面（すなわち励起光Ｌ０入射面）から出射する。
【００３６】
本実施形態においても、励起光Ｌ０が波長変換部材１２に照射されることにより発生する熱は、放熱層２を伝搬して外部に効率良く放出される。よって、蛍光体層１が高温となることを抑制することができ、結果として、蛍光体層１の温度消光や、熱による破損が生じにくくなる。
【００３７】
反射層３としては、アルミニウム板などの金属板や、ガラス等からなる基板の表面に銀、アルミニウム、白金等の金属膜や、誘電体多層膜等の反射膜が形成された基板を用いることができる。
【００３８】
（第１の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光デバイス）
図３は、本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光デバイスの模式的側面図である。
【００３９】
発光デバイス２１は、波長変換部材１１と光源４を備えている。光源４から出射した励起光Ｌ０は放熱層２の貫通孔Ｈを通って蛍光体層１に入射する。励起光Ｌ０は蛍光体層１で波長変換されて、蛍光Ｌ１として放熱層２とは反対側の面から出射する。
【００４０】
発光デバイス２１では、上記で説明した第１の実施形態に係る波長変換部材１１を用いているため、蛍光体層１が高温となることを抑制することができ、結果として、蛍光体層１の温度消光や、熱による破損が生じにくくなる。
【００４１】
（第２の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光デバイス）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る波長変換部材を用いた発光デバイスの模式的側面図である。
【００４２】
発光デバイス２２は、波長変換部材１２、光源４及びビームスプリッタ５を備えている。光源４から出射した励起光Ｌ０は放熱層２の貫通孔Ｈを通って蛍光体層１に入射する。励起光Ｌ０は蛍光体層１で波長変換され、反射層３により反射されて放熱層２が設けられた側の面（すなわち励起光Ｌ０入射面）から出射する。蛍光Ｌ１はビームスプリッタ５により分離され、入射光Ｌ０とは異なる方向に取り出される。
【００４３】
発光デバイス２２では、上記で説明した第１の実施形態に係る波長変換部材１２を用いているため、蛍光体層１が高温となることを抑制することができ、結果として、蛍光体層１の温度消光や、熱による破損が生じにくくなる。
【符号の説明】
【００４４】
１  蛍光体層
２  放熱層
３  反射層
４  光源
５  ビームスプリッタ
１１、１２  波長変換部材
２１、２２  発光デバイス
Ｌ０  励起光
Ｌ１  蛍光
Ｈ  貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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