(57)【要約】  波長変換部材（１，１Ａ）は、複数の蛍光体粒子（２０）と、複数の無機粒子（３１）と、を含み、蛍光体粒子の表面には、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部（３２）を有する。無機粒子及びアモルファス部は同じ金属元素を含有し、金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つである。
2020017526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の蛍光体粒子と、複数の無機粒子と、を含み、
前記蛍光体粒子の表面には、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部を有し、
前記無機粒子及び前記アモルファス部は同じ金属元素を含有し、前記金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つである、波長変換部材。
【請求項２】
前記アモルファス部は、前記蛍光体粒子の表面、及び隣接する無機粒子の間に存在する、請求項１に記載の波長変換部材。
【請求項３】
前記無機粒子は、隣接する前記蛍光体粒子を連結する、請求項１又は２に記載の波長変換部材。
【請求項４】
前記無機粒子の平均粒子径は３００ｎｍ以上３０μｍ以下である、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項５】
前記無機粒子は、酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の少なくとも一方への溶解性を有する、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項６】
前記無機粒子及び前記アモルファス部は前記金属元素の酸化物を含有する、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記金属元素の酸化物は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、並びに酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの複合体からなる群より選ばれる少なくとも一つである、請求項６に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記蛍光体粒子は、耐酸性及び耐アルカリ性の少なくとも一方を有する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項９】
前記蛍光体粒子の平均粒子径は、前記無機粒子の平均粒子径よりも大きい、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、蛍光体を含む波長変換部材と、当該蛍光体を励起するレーザー光とを組み合わせてなる発光装置が知られている。当該発光装置は、固体照明の小型化及び高出力化を可能にする装置として期待されている。このような波長変換部材としては、励起光の照射により発光する蛍光体粒子と、当該蛍光体粒子を保持するバインダーから構成される波長変換体を備えるものが知られている。具体的には、シリコーン樹脂に蛍光体を充填させた波長変換体が知られている。【０００３】
近年、発光装置の更なる高出力化が求められていることから、波長変換部材には、レーザー光などのハイパワーな励起光が照射されるようになってきている。しかし、シリコーン樹脂などの有機バインダーは、耐熱性及び放熱性に乏しい。このため、有機バインダーを含む波長変換部材にハイパワーな励起光が照射されると、バインダーを構成する有機物に変色や焦げが発生して光の透過性が低下し、波長変換部材の光出力効率が悪化してしまう。また、有機バインダーを含む波長変換部材にハイパワーな励起光が照射されると、有機物の熱伝導率が通常１Ｗ／ｍ・Ｋ未満と低いことから、波長変換部材は発熱してしまう。これにより、有機バインダーを含む波長変換部材は、蛍光体の温度消光が発生しやすいという問題がある。【０００４】
そのため、特許文献１では、無機蛍光体粒子及び易焼結性セラミック粒子を含有し、無機蛍光体粒子間に易焼結性セラミック粒子が介在しており、かつ、無機蛍光体粒子が易焼結性セラミック粒子により結着されている波長変換部材が開示されている。また、易焼結性セラミック粒子が、易焼結性アルミナ粒子であることも開示されている。そして、特許文献１では、易焼結性セラミック粒子はガラスなどと比較して熱伝導性に優れているため、無機蛍光体粒子で発生した熱を効率よく外部に放出し、蛍光体の温度消光を生じ難くすることできると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１０７０７１号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の波長変換部材では、無機蛍光体粒子が易焼結性セラミック粒子により結着されていることから、無機蛍光体粒子と易焼結性セラミック粒子は互いに点接触の状態になっている。そのため、たとえ易焼結性セラミック粒子を用いたとしても、無機蛍光体粒子と易焼結性セラミック粒子との間の接触面積が小さく、熱伝導パスが十分に形成されないことから、波長変換部材の放熱性が不十分となる場合があった。そして、このような波長変換部材にハイパワーな励起光が照射された際には、蛍光体の温度消光を十分に抑制できないという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明の目的は、ハイパワーな励起光が照射された場合でも放熱性に優れ、蛍光体の温度消光を抑制することが可能な波長変換部材を提供することにある。
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の態様に係る波長変換部材は、複数の蛍光体粒子と、複数の無機粒子と、を含み、蛍光体粒子の表面には、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部を有する。無機粒子及びアモルファス部は同じ金属元素を含有し、金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本実施形態に係る波長変換部材の一例を概略的に示す断面図である。
【図２】図２は、本実施形態に係る波長変換部材の内部を拡大して示す概略図である。
【図３】図３は、本実施形態に係る波長変換部材の他の例を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、実施例の試験サンプルの一部分を透過型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。図４（ａ）は、当該試験サンプルにおける蛍光体の表面状態を観察した結果を示す写真である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の「○」の部分を拡大して示す写真である。図４（ｃ）は、図４（ｂ）の写真をさらに拡大して示す写真である。
【図５】図５は、実施例の試験サンプルの一部分を透過型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。図５（ａ）は、図４（ｃ）の写真をさらに拡大して示す写真である。図５（ｂ）は、図５（ａ）において、蛍光体粒子と酸化亜鉛粒子との間に存在する無機化合物の電子線回折パターンを示す図である。
【図６】図６は、実施例の試験サンプルの他の部分を透過型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。図６（ａ）は、当該試験サンプルにおける蛍光体の表面状態を観察した結果を示す写真である。図６（ｂ）は、図６（ａ）の「○」の部分を拡大して示す写真である。図６（ｃ）は、図６（ｂ）の写真をさらに拡大して示す写真である。
【図７】図７は、実施例の試験サンプルの他の部分を透過型電子顕微鏡で観察した結果を示す写真である。図７（ａ）は、図６（ｃ）の写真をさらに拡大して示す写真である。図７（ｂ）は、図７（ａ）において、蛍光体粒子と酸化亜鉛粒子との間に存在する無機化合物の電子線回折パターンを示す図である。
【図８】図８は、実施例の試験サンプルに対してエネルギー分散型Ｘ線分析を行った際の、走査透過電子顕微鏡写真（ＳＴＥＭ）、並びに酸素（Ｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、イットリウム（Ｙ）及びアルミニウム（Ａｌ）のマッピングデータを示す図である。
【図９】図９は、実施例の試験サンプルの一部分に対してエネルギー分散型Ｘ線分析を行った結果を示す図である。図９（ａ）は、当該試験サンプルの明視野像（ＢＦ）、並びに酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）及び亜鉛（Ｚｎ）のマッピングデータを示す図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）において「○」で示すアモルファス部に関し、マッピングデータからスペクトルを抽出した後、簡易定量を行った結果を示すグラフである。
【図１０】図１０は、実施例の試験サンプルの他の部分に対してエネルギー分散型Ｘ線分析を行った結果を示す図である。図１０（ａ）は、当該試験サンプルの明視野像（ＢＦ）、並びに酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）及び亜鉛（Ｚｎ）のマッピングデータを示す図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）において「○」で示すアモルファス部に関し、マッピングデータからスペクトルを抽出した後、簡易定量を行った結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態に係る波長変換部材について詳細に説明する。なお、図面の寸法比率は説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１１】
［波長変換部材］
本実施形態の波長変換部材１は、図１に示すように、入射光を波長変換する部材である波長変換体１０を備えている。波長変換体１０は、入射光を波長変換する複数の蛍光体粒子２０と、蛍光体粒子２０同士を連結するバインダー層３０とを有する。波長変換体１０の内部で分散している蛍光体粒子２０は、入射光（励起光）により励起されて、入射光よりも長波長の光を放射する。そのため、波長変換体１０は、蛍光体粒子２０の作用により、入射光を波長変換する作用を発現する。
【００１２】
図１に示す波長変換体１０では、個々の蛍光体粒子２０の表面全体がバインダー層３０で被覆されている。しかしながら、本実施形態はこのような態様に限定されず、バインダー層３０は、少なくとも隣接する蛍光体粒子２０同士を連結するように形成されていればよい。このため、図１に示す波長変換体１０以外の実施形態として、個々の蛍光体粒子２０における表面の一部がバインダー層３０で被覆されずに露出していてもよい。
【００１３】
（蛍光体粒子）
波長変換部材１に含まれる蛍光体粒子２０は、この蛍光体粒子２０の励起波長域の光（励起光）を吸収して、励起光よりも長波長の光（変換光）を放射する。蛍光体粒子２０は、適宜の蛍光体から形成される粒子であればよい。
【００１４】
蛍光体が発する光に基づけば、蛍光体の例としては、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ、Ｓｒ）ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、（Ｃａ、Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋などの赤色蛍光体が挙げられる。また、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ３＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ）Ａｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などの緑色蛍光体も挙げられる。Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋、（Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋などの黄色蛍光体、（Ｂａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋などの黄緑色蛍光体も挙げられる。さらに、Ｓｒ３ＳｉＯ５：Ｅｕ２＋、Ｃａ０．７Ｓｒ０．３ＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋などの橙色蛍光体も挙げられる。
【００１５】
また、蛍光体の化合物の系統に基づけば、蛍光体の例としては、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｌｉ２ＳｒＳｉＯ４：Ｅｕ、（Ｂａ，Ｓｒ）３ＳｉＯ５：Ｅｕなどの酸化物蛍光体が挙げられる。また、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｔｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、ＢＡＭ：Ｅｕ、ＢＡＭ：Ｍｎ，Ｅｕ、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕなどの酸化物蛍光体も挙げられる。さらに、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＢａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、Ｃａ（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）２Ｓ４：Ｅｕ、Ｓｒ（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）２Ｓ４：Ｅｕ、Ｂａ（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）２Ｓ４：Ｅｕなどの硫化物蛍光体も挙げられる。Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどの酸硫化物蛍光体も挙げられる。ＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＢａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｓｒ，Ｂａ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｓｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕなどの窒化物系または酸窒化物系の蛍光体も挙げられる。
【００１６】
蛍光体粒子２０は、ガーネット（柘榴石）の結晶構造を持つ酸化物蛍光体からなることが好ましい。ガーネット化合物は、化学的に安定であり、かつ、常圧の大気中での取り扱いが容易である。さらに、ガーネット化合物の蛍光体粒子は、多面体形状を持つ単分散粒子、または多面体に近い形状を持つ単分散粒子とすることが容易である。このため、蛍光体の充填率が大きく、かつ、透光性に優れる波長変換体１０を得ることが可能となる。
【００１７】
蛍光体粒子２０の粒子径は特に制限されないが、蛍光体粒子２０の平均粒子径が大きい方が蛍光体粒子２０中の欠陥密度が小さくなって、発光時のエネルギー損失が少なくなり、発光効率が高くなる。このため、発光効率を向上させる観点からは、蛍光体粒子２０の平均粒子径は１μｍ以上１００μｍ以下であることが好ましく、１μｍ以上３０μｍ以下であれば更に好ましい。なお、本明細書において、「平均粒子径」の値としては、特に言及のない限り、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）又は透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの観察手段を用い、数〜数十視野中に観察される粒子の粒子径の平均値として算出される値を採用する。
【００１８】
（バインダー層）
波長変換部材１に含まれるバインダー層３０は、図２に示すように、隣接する蛍光体粒子２０同士を連結している。バインダー層３０は複数の無機粒子３１を含有し、さらに無機粒子３１は互いに接触していることが好ましい。これにより、無機粒子３１の間の分子間力等により蛍光体粒子２０を連結し、蛍光体粒子２０を固定することが可能となる。
【００１９】
無機粒子３１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有している。本明細書において、アルカリ土類金属は、カルシウム、ストロンチウム、バリウム及びラジウムに加えて、ベリリウム及びマグネシウムを包含する。卑金属は、アルミニウム、亜鉛、ガリウム、カドミウム、インジウム、すず、水銀、タリウム、鉛、ビスマス及びポロニウムを包含する。半金属は、ホウ素、ケイ素、ゲルマニウム、ヒ素、アンチモン及びテルルを包含する。この中でも、無機粒子３１は、亜鉛及びマグネシウムの少なくとも一方の金属元素を含有していることが好ましい。これらの金属元素を含有する無機粒子３１は、後述するように、加圧加熱法により、無機粒子３１に由来するアモルファス部３２を容易に形成することが可能となる。
【００２０】
無機粒子３１は、上記金属元素の酸化物及び窒化物の少なくとも一方を含有することが好ましく、上記金属元素の酸化物及び窒化物の少なくとも一方を主成分として含有することがより好ましい。つまり、無機粒子３１は、上記金属元素の酸化物及び窒化物の少なくとも一方を５０ｍｏｌ％以上含有することが好ましく、８０ｍｏｌ％以上含有することがより好ましい。上記金属元素の酸化物及び窒化物は熱伝導性が高いことから、これらを含む無機粒子３１を用いることで、バインダー層３０の熱伝導性を高め、波長変換部材１の放熱性を向上させることが可能となる。
【００２１】
無機粒子３１は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素を含有する結晶質の粒子であることが好ましい。また、無機粒子３１は、上記金属元素の酸化物及び窒化物の少なくとも一方を含有する結晶質の粒子であることが好ましく、上記金属元素の酸化物及び窒化物の少なくとも一方を主成分とする結晶質の粒子であることがより好ましい。
【００２２】
無機粒子３１の平均粒子径は特に限定されないが、蛍光体粒子２０の平均粒子径よりも小さいことが好ましい。また、無機粒子３１の平均粒子径は３００ｎｍ以上３０μｍ以下であることがより好ましく、３００ｎｍ以上１０μｍ以下であることがさらに好ましく、３００ｎｍ以上５μｍ以下であることが特に好ましい。無機粒子３１の平均粒子径が３００ｎｍ以上であることにより、無機粒子３１同士が接触し、熱伝導パスが形成され易くなることから、波長変換部材１の放熱性を高めることが可能となる。また、無機粒子３１の平均粒子径がこの範囲内であることにより、蛍光体粒子２０同士を強固に連結し、波長変換部材１の強度を高めることができる。
【００２３】
無機粒子３１の形状は特に限定されないが、例えば球状とすることができる。また、無機粒子３１は、ウィスカー状（針状）の粒子、又は鱗片状の粒子であってもよい。ウィスカー状粒子又は鱗片状粒子は、球状粒子と比べて他の粒子との接触性が高まり、熱伝導性が向上しやすい。そのため、無機粒子３１としてこのような形状の粒子を用いることにより、バインダー層３０の放熱性を高めることが可能となる。なお、ウィスカー状の無機粒子３１としては、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）及び酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）からなる群より選ばれる少なくとも一つを含有する粒子を用いることができる。また、鱗片状の無機粒子３１としては、例えば、窒化ホウ素（ＢＮ）を含有する粒子を用いることができる。
【００２４】
ここで、波長変換部材において、特許文献１のようにバインダー層が複数の無機粒子のみからなる場合、無機粒子と蛍光体粒子、及び無機粒子同士は、互いに点接触の状態となることから、熱伝導パスが十分に形成されない。その結果、波長変換部材の放熱性が不十分となり、蛍光体の温度消光を十分に抑制できない場合がある。そのため、本実施形態の波長変換部材１では、蛍光体粒子２０の表面に、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部３２を備えている。アモルファス部３２は無機物からなり、熱伝導性に優れる。そのため、蛍光体粒子２０の表面にアモルファス部３２を設けることにより、蛍光体粒子２０から無機粒子３１に至る熱伝導パスが増加することから、バインダー層３０の放熱性が高まり、蛍光体粒子２０の温度消光を抑制することが可能となる。
【００２５】
より詳細に説明すると、波長変換部材１において、バインダー層３０は、複数の無機粒子３１と、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部３２とを備えている。そして、図２に示すように、無機粒子３１は、隣接する蛍光体粒子２０の間に介在し、蛍光体粒子２０を連結している。無機粒子３１は互いに接触していることが好ましいが、隣接する無機粒子３１同士が接触せず、それらの間にアモルファス部３２が介在していてもよい。アモルファス部３２は、少なくとも蛍光体粒子２０の表面に接触するように存在することが好ましく、さらに蛍光体粒子２０と無機粒子３１との間、並びに隣接する無機粒子３１の間にも存在することがより好ましい。これにより、バインダー層３０において、無機粒子３１とアモルファス部３２の両方が熱伝導パスとなる。このため、高密度光での励起に伴い生じる蛍光体粒子２０からの熱が、無機粒子３１とアモルファス部３２の両方を通じて波長変換体１０の外部に効率よく放散される。その結果、波長変換体１０全体の温度上昇が生じ難くなることから、蛍光体粒子２０の温度消光が抑制され、高出力の発光を得ることが可能となる。
【００２６】
アモルファス部３２は、非晶質の無機化合物を含むことが好ましい。具体的には、アモルファス部３２は、非晶質の無機化合物のみからなる部位であってもよく、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在してなる部位であってもよい。また、アモルファス部３２は、非晶質の無機化合物の内部に結晶質の無機化合物が分散した部位であってもよい。非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在している場合、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とは、同じ化学組成を有していてもよく、互いに異なる化学組成を有していてもよい。
【００２７】
無機粒子３１及びアモルファス部３２は同じ金属元素を含有し、当該金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。つまり、無機粒子３１を構成する無機化合物と、アモルファス部３２を構成する非晶質の無機化合物は、少なくとも同じ金属元素を含有している。しかし、無機粒子３１を構成する無機化合物と、アモルファス部３２を構成する非晶質の無機化合物は化学組成が同じであってもよく、または化学組成が異なっていてもよい。具体的には、金属元素が亜鉛である場合、無機粒子３１を構成する無機化合物とアモルファス部３２を構成する非晶質の無機化合物は、両方とも酸化亜鉛（ＺｎＯ）であってもよい。または、無機粒子３１を構成する無機化合物がＺｎＯであるが、アモルファス部３２を構成する非晶質の無機化合物はＺｎＯ以外の亜鉛含有酸化物であってもよい。
【００２８】
なお、アモルファス部３２が非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在してなる部位の場合、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物は化学組成が同じであってもよく、また化学組成が互いに異なっていてもよい。
【００２９】
波長変換部材１において、無機粒子３１及びアモルファス部３２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素の酸化物を含有することが好ましい。このような金属元素の酸化物は、熱伝導性が高いことから、バインダー層３０の放熱性を高め、蛍光体粒子２０の温度消光を抑制することが可能となる。
【００３０】
無機粒子３１及びアモルファス部３２の両方に含まれる金属元素の酸化物は、酸化亜鉛、酸化マグネシウム、並びに酸化亜鉛と酸化マグネシウムとの複合体からなる群より選ばれる少なくとも一つであることが好ましい。これらの金属元素の酸化物は、熱伝導性がより高いことから、バインダー層３０の放熱性を向上させることが可能となる。また、後述するように、これらの金属元素の酸化物を用いることにより、簡易な方法でアモルファス部３２を形成することが可能となる。
【００３１】
波長変換部材１において、無機粒子３１及びアモルファス部３２は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つの金属元素の窒化物を含有していてもよい。これらの金属元素の窒化物も熱伝導性が高いことから、バインダー層３０の放熱性を向上させることが可能となる。無機粒子３１及びアモルファス部３２の両方に含まれる金属元素の窒化物としては、窒化ホウ素（ＢＮ）を挙げることができる。
【００３２】
上述のように、本実施形態において、無機粒子３１及びアモルファス部３２は同じ金属元素を含有している。しかしながら、アモルファス部３２は、無機粒子３１に含まれていない金属元素を含有していてもよい。具体的には、無機粒子３１が酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる場合、アモルファス部３２は少なくとも亜鉛の酸化物が含まれている。しかしながら、アモルファス部３２は亜鉛の酸化物以外に、ケイ素が含まれていてもよい。このケイ素の混入経路は特に限定されないが、例えば製造時に不純物として混入し、アモルファス部３２に偏析したものであってもよい。アモルファス部３２が無機粒子３１に含まれていない金属元素を含有している場合でも、アモルファス部３２は無機化合物からなり、高い熱伝導性を有していることから、バインダー層３０の放熱性を高めることが可能となる。
【００３３】
無機粒子３１が酸化亜鉛からなり、アモルファス部３２が亜鉛の酸化物及びケイ素を含む場合、当該ケイ素は酸化物として含まれていることが好ましい。また、ケイ素の酸化物は結晶質であってもよく、非晶質であってもよい。
【００３４】
上述のように、有機物は熱伝導性が低いため、バインダー層３０に有機物が含まれる場合、蛍光体の温度消光が発生してしまう可能性がある。また、有機物にハイパワーな励起光が照射されると、有機物の変色や焦げが発生し、波長変換部材の光出力効率が低下する可能性がある。そのため、アモルファス部３２は、無機化合物からなることが好ましく、有機物は可能な限り含まれていないことが好ましい。ただ、アモルファス部３２には、熱伝導性に影響を与えない不純物程度の有機物が含まれていてもよい。
【００３５】
図１に示す波長変換部材１は、波長変換体１０のみで入射光を波長変換できることから、波長変換体１０単独で発光装置に用いることができる。ただ、図３に示すように、本実施形態の波長変換部材１Ａは、波長変換体１０と、波長変換体１０を支持する基板４０とを備えることが好ましい。基板４０を用いることにより、波長変換体１０の機械的な耐久性を高めることが可能となる。また、基板４０を用いることにより、高密度光での励起に伴い生じる波長変換体１０の熱を、基板４０を通じて効率よく外部に放散できる。そのため、蛍光体粒子２０の温度消光を抑制し、高出力の発光を得ることが可能となる。
【００３６】
基板４０は、波長変換体１０を構成するバインダー層３０と固着することにより、波長変換体１０と密着することができる。そのため、図３に示すように、波長変換体１０は、基板４０の表面に直接的に設けられていてもよい。また、波長変換体１０は、基板４０の表面に間接的に設けられていてもよい。例えば、基板４０と波長変換体１０との間に、基板４０との密着性に優れるとともに波長変換体１０と固着する部材を備えたものとすることができる。このような部材としては、例えば、金属薄膜、酸化物薄膜、又はこれらの組み合わせからなる部材を用いることができる。
【００３７】
基板４０は、波長変換体１０を支持することが可能ならば特に限定されないが、例えば、透明基板、金属基板及びセラミック基板からなる群より選ばれる少なくとも一つを用いることができる。透明基板としては、ガラス基板を挙げることができる。金属基板としては、銅基板又はステンレス鋼基板を挙げることができる。セラミック基板としては、サファイア基板又は窒化アルミニウム基板を挙げることができる。基板４０が金属基板からなる場合、金属基板は一般的に熱伝導性が高いことから、波長変換体１０で発生した熱を効率よく放散することが可能となる。また、基板４０がセラミック基板からなる場合、基板４０と波長変換体１０との間の熱膨張係数の差が小さくなることから、基板４０から波長変換体１０が剥離し難くなる。なお、セラミック基板のうち、サファイア基板及び窒化アルミニウム基板は耐熱性が高いため、より好ましい。
【００３８】
波長変換部材１，１Ａにおいて、波長変換体１０の厚さは特に限定されないが、例えば４０μｍ〜４００μｍであることが好ましく、８０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。波長変換体１０の厚さが上記範囲内であると、放熱性を比較的高く維持することができる。
【００３９】
このように、本実施形態に係る波長変換部材１，１Ａは、複数の蛍光体粒子２０と、複数の無機粒子３１とを含む。蛍光体粒子２０の表面には、非晶質の無機化合物を含むアモルファス部３２を有する。無機粒子３１及びアモルファス部３２は同じ金属元素を含有し、当該金属元素はアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、卑金属及び半金属からなる群より選ばれる少なくとも一つである。無機粒子３１とアモルファス部３２は共に無機化合物を含有することから、高い熱伝導性を有する。そのため、バインダー層３０において、無機粒子３１とアモルファス部３２の両方が熱伝導パスとなることから、ハイパワーな励起光が照射された場合でも波長変換体１０の熱を効率よく外部に放散することができる。その結果、蛍光体粒子２０の温度消光が抑制され、高出力の発光を得ることが可能となる。
【００４０】
また、図２に示すように、アモルファス部３２は、蛍光体粒子２０の表面だけでなく、蛍光体粒子２０と無機粒子３１と間の空隙、及び隣接する無機粒子３１の間にある空隙を充填するように設けることができる。そのため、バインダー層３０の内部に残存して熱伝導性を低下させる空隙を低減し、バインダー層３０全体の熱伝導性を向上させることが可能となる。
【００４１】
波長変換部材１，１Ａにおいて、蛍光体粒子２０の全体積は、無機粒子３１の全体積よりも大きいことが好ましい。蛍光体粒子２０の全体積を大きくすることにより、蛍光体の充填密度が高くなる。そのため、波長変換部材１，１Ａにおいて、蛍光体粒子２０からの出力光の密度をより高めることが可能となる。
【００４２】
波長変換部材１，１Ａにおいて、無機粒子３１の全体積は、蛍光体粒子２０の全体積よりも大きいことも好ましい。無機粒子３１の全体積を高めることにより、隣接する蛍光体粒子２０同士が離間しやすくなる。蛍光体粒子２０が離間することにより、ハイパワーな励起光が照射されて蛍光体粒子２０が発熱したとしても、無機粒子３１及びアモルファス部３２が熱伝導パスとなり、波長変換体１０の外部に効率よく放熱される。そのため、バインダー層３０の放熱性が高まり、蛍光体粒子２０の温度消光を抑制することが可能となる。
【００４３】
波長変換部材１，１Ａにおいて、蛍光体粒子２０の平均粒子径は、無機粒子３１の平均粒子径よりも大きいことが好ましい。無機粒子３１の平均粒子径が蛍光体粒子２０よりも小さいことにより、無機粒子３１の間の分子間力等により蛍光体粒子２０を連結し、蛍光体粒子２０を固定することが可能となる。また、蛍光体粒子２０の平均粒子径が大きくなることにより、励起源が放つ励起光を効率的に吸収し、吸収した励起光を色調制御された蛍光に変換しやすくなる。
【００４４】
［波長変換部材の製造方法］
次に、本実施形態に係る波長変換部材１，１Ａの製造方法について説明する。なお、蛍光体粒子及び無機粒子は、上述の波長変換部材で説明したものと同じであるため、それらの説明は省略する。
【００４５】
波長変換部材１，１Ａにおける波長変換体１０は、水分を含んだ状態で蛍光体粒子及び無機粒子を加圧して加熱することにより製造することができる。このような加圧加熱法を用いることにより、無機粒子３１の一部が溶出して、蛍光体粒子２０の表面にアモルファス部３２を形成することが可能となる。
【００４６】
具体的には、まず、蛍光体粒子２０の粉末と無機粒子３１の粉末とを混合して複合粉末を調製する。蛍光体粒子２０の粉末と無機粒子３１の粉末の混合方法は特に限定されず、乾式又は湿式で行うことができる。また、蛍光体粒子２０の粉末と無機粒子３１の粉末は空気中で混合してもよく、不活性雰囲気下で混合してもよい。
【００４７】
次に、複合粉末に、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を添加する。酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を添加することにより、無機粒子３１の溶出を促進することが可能となる。酸性水溶液としては、ｐＨ１〜３の水溶液を用いることができる。アルカリ性水溶液としては、ｐＨ１０〜１４の水溶液を用いることができる。
【００４８】
無機粒子３１は、酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の少なくとも一方への溶解性を有することが好ましい。具体的には、無機粒子３１は、ｐＨ１〜３の酸性水溶液及びｐＨ１０〜１４のアルカリ性水溶液の少なくとも一方への溶解性を有することがより好ましい。酸性水溶液及びアルカリ性水溶液の少なくとも一方への溶解性を有することにより、加圧加熱工程で無機粒子３１を構成する無機化合物の一部が溶解する。溶解した無機化合物は、複合粉末における蛍光体粒子２０の表面、蛍光体粒子２０と無機粒子３１との間の空隙、及び無機粒子３１の間の空隙に浸入する。そして、この状態で複合粉末中の水分を除去することにより、蛍光体粒子２０の表面、蛍光体粒子２０と無機粒子３１との間、及び無機粒子３１の間に、無機粒子３１を構成する無機化合物を含むアモルファス部３２を形成することが可能となる。
【００４９】
蛍光体粒子２０は、耐酸性及び耐アルカリ性の少なくとも一方を有することが好ましい。具体的には、蛍光体粒子２０は、ｐＨ１〜３の酸性水溶液及びｐＨ１０〜１４のアルカリ性水溶液の少なくとも一方への溶解性を有しないことがより好ましい。耐酸性及び耐アルカリ性の少なくとも一方を有することにより、加圧加熱工程でも蛍光体粒子２０の粒子形状を維持することができるため、蛍光体粒子２０の発光効率の低下を抑制することが可能となる。
【００５０】
複合粉末に上述の酸性水溶液を添加する場合、無機粒子３１は当該酸性水溶液への溶解性を有することが好ましく、蛍光体粒子２０は耐酸性を有することが好ましい。また、複合粉末に上述のアルカリ性水溶液を添加する場合、無機粒子３１は当該アルカリ性水溶液への溶解性を有することが好ましく、蛍光体粒子２０は耐アルカリ性を有することが好ましい。
【００５１】
次いで、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を含んだ複合粉末を、金型の内部に充填する。当該複合粉末を金型に充填した後、必要に応じて金型を加熱してもよい。そして、金型の内部の複合粉末に圧力を加えることにより、金型の内部で高温高圧状態となる。この際、蛍光体粒子２０及び無機粒子３１が緻密化すると同時に、無機粒子３１同士、並びに蛍光体粒子２０と無機粒子３１とが互いに連結する。また、高温高圧状態では、無機粒子３１を構成する無機化合物が水溶液に溶解し、溶解した無機化合物は、蛍光体粒子２０の表面、蛍光体粒子２０と無機粒子３１との間の空隙、及び無機粒子３１の間の空隙に浸入する。そして、この状態で水分が除去されることにより、無機粒子３１を構成する無機化合物を含むアモルファス部３２が形成される。
【００５２】
酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を含んだ複合粉末の加熱加圧条件は、無機粒子３１の溶解が進行するような条件であれば特に限定されない。例えば、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を含んだ複合粉末を、５０〜３００℃、好ましくは８０〜２５０℃に加熱した後、１０〜６００ＭＰａ、好ましくは５０〜４００ＭＰａの圧力で加圧することが好ましい。
【００５３】
そして、金型の内部から成形体を取り出すことにより、波長変換体１０を得ることができる。波長変換体１０を基板４０に固定する方法は特に限定されず、例えば接着剤を用いて固定してもよい。また、得られた波長変換体１０と基板４０とを加圧することにより、これらを固着させてもよい。
【００５４】
このように、本実施形態の波長変換部材１，１Ａでは、加圧加熱法を用いることにより、無機粒子３１とアモルファス部３２とを備えたバインダー層３０を形成し、さらに蛍光体粒子２０の表面にアモルファス部３２を設けることができる。なお、波長変換部材１，１Ａの製造方法は、上述の加圧加熱法に限定されず、例えば温間等方圧プレス法（ＷＩＰ）も適用することができる。
【００５５】
なお、上述の製造方法では、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を含んだ複合粉末を、金型の内部に充填しているが、本実施形態はこのような態様に限定されない。つまり、複合粉末を金型の内部に充填した後、酸性水溶液又はアルカリ性水溶液を複合粉末に滴下することにより、複合粉末に水溶液を含ませてもよい。また、上述の製造方法では、金型を用いて加圧及び加熱を行っているが、本実施形態はこのような態様に限定されない。つまり、本実施形態の製造方法では、金型の代わりにオートクレーブを用いて、原料を加圧及び加熱してもよい。また、真空プレス成形機を用いて原料を加圧及び加熱してもよい。
【００５６】
ここで、非晶質の無機化合物を形成する方法としては、従来よりゾル−ゲル法が知られている。しかし、ゾル−ゲル法は原料として有機物を使用することから、得られる無機化合物には多量の有機物が残存する。このような無機化合物を用いた波長変換部材は、残存する有機物により熱伝導性が低下して温度が上昇しやすくなることから、蛍光体の温度消光が発生しやすくなり、光出力効率が悪化してしまう。また、蛍光体の発光時における温度上昇により有機物が焦げて着色することから、光出力効率が悪化してしまう。しかしながら、本実施形態の波長変換部材１，１Ａの製造方法では、無機粒子３１を加熱及び加圧することによりアモルファス部３２を形成することから、バインダー層３０は殆ど有機物を含まない。そのため、得られる波長変換部材１，１Ａは、蛍光体の温度消光を抑制し、高い光出力効率を発揮することが可能となる。
【実施例】
【００５７】
以下、実施例により本実施形態を更に詳しく説明するが、本実施形態は当該実施例に限定されるものではない。【００５８】
［試験サンプルの調製］
はじめに、蛍光体粒子として、平均粒子径Ｄ５０が約１９μｍのＹＡＧ粒子（Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ３＋）を用意した。無機粒子として、平均粒子径Ｄ５０が約１μｍの酸化亜鉛粒子（ＺｎＯ）を用意した。そして、ＹＡＧ粒子及び酸化亜鉛粒子をそれぞれ５０体積％の割合で乾式混合し、０．５２ｇの複合粉末を得た。【００５９】
次に、得られた複合粉末を、内部空間を有する円筒状の成形用金型（Φ１０）の内部に投入した。さらに、成形用金型の内部に充填した複合粉末に、１Ｍの酢酸を１００μＬ添加した。そして、当該酢酸を含んだ複合粉末に、４００ＭＰａ、８０℃の条件で１時間加圧することにより、本例の試験サンプルを得た。【００６０】
［試験サンプルの評価］
（透過型電子顕微鏡観察）
得られた試験サンプルを透過型電子顕微鏡で観察した。図４は、試験サンプルを透過型電子顕微鏡で観察した結果を示している。図４に示すように、蛍光体の表面には、蛍光体よりも粒子径が小さい酸化亜鉛粒子（ＺｎＯ粒子）が複数接触していることが分かる。さらに、蛍光体の表面、蛍光体と酸化亜鉛粒子との間、及び隣接する酸化亜鉛粒子の間には、無機化合物が存在することが分かる。【００６１】
さらに図５（ａ）では、図４（ｃ）の写真をさらに拡大した結果を示し、図５（ｂ）では、図５（ａ）における無機化合物の部分の電子線回折パターンを示している。図５（ｂ）に示すように、無機化合物における電子線回折パターンでは、結晶性を示すパターンが見られなかったことから、蛍光体の表面に存在する無機化合物はアモルファスであることが分かる。【００６２】
図６は、試験サンプルを透過型電子顕微鏡で観察し、図４とは異なる部分を拡大した結果を示している。図４と同様に、蛍光体の表面には、蛍光体よりも粒子径が小さい酸化亜鉛粒子が複数接触していることが分かる。さらに、蛍光体の表面、蛍光体と酸化亜鉛粒子との間、及び隣接する酸化亜鉛粒子の間には、無機化合物が存在することが分かる。【００６３】
さらに図７（ａ）では、図６（ｃ）の写真をさらに拡大した結果を示し、図７（ｂ）では、図７（ａ）における無機化合物の部分の電子線回折パターンを示している。図７（ｂ）に示すように、無機化合物における電子線回折パターンでは、結晶性を示すパターンが観察された。つまり、図７（ａ）における無機化合物の部分には、結晶性を示す格子が僅かに観察された。【００６４】
これらのことから、試験サンプルでは、アモルファス部として、非晶質の無機化合物のみからなる部位と、非晶質の無機化合物と結晶質の無機化合物とが混在した部位の両方が存在することが分かる。【００６５】
（エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ））
得られた試験サンプルに対して、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を行った。図８には、走査透過電子顕微鏡写真（ＳＴＥＭ）に加え、酸素（Ｏ）、亜鉛（Ｚｎ）、ケイ素（Ｓｉ）、イットリウム（Ｙ）及びアルミニウム（Ａｌ）のマッピングデータを示している。【００６６】
図８より、イットリウム及びアルミニウムは、蛍光体粒子でのみ観察されており、酸化亜鉛粒子及びアモルファス部では観察されていないことから、蛍光体粒子からイットリウム及びアルミニウムは溶出していないと推測される。また、酸化亜鉛粒子及びアモルファス部では、亜鉛と酸素の両方が観察されることから、酸化亜鉛粒子及びアモルファス部は、同じ金属元素である亜鉛が含まれることが分かる。【００６７】
なお、図８に示すＥＤＸ分析の結果、試験サンプルには不純物としてのケイ素が含まれており、さらにケイ素はアモルファス部に偏析していることが確認された。そのため、アモルファス部は、酸化亜鉛粒子から溶け出して生成した亜鉛の酸化物に加えて、ケイ素化合物が存在していてもよいことが分かる。【００６８】
図９では、試験サンプルに対してエネルギー分散型Ｘ線分析を行った結果を示す。図９（ａ）では、明視野像（ＢＦ）に加え、酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）のマッピングデータを示す。図９（ｂ）では、図９（ａ）において「○」で示すアモルファス部に関し、マッピングデータからスペクトルを抽出した後、簡易定量を行った結果を示す。図１０では、試験サンプルに対してエネルギー分散型Ｘ線分析を行った結果を示しており、図９とは異なる部位を観察した結果を示している。図１０（ａ）では、明視野像（ＢＦ）に加え、酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、亜鉛（Ｚｎ）のマッピングデータを示す。図１０（ｂ）では、図１０（ａ）において「○」で示すアモルファス部に関し、マッピングデータからスペクトルを抽出した後、簡易定量を行った結果を示す。【００６９】
図９（ｂ）より、図９（ａ）に示すアモルファス部におけるケイ素原子の数は、亜鉛原子よりも多いことが分かる。これに対して、図１０（ｂ）より、図１０（ａ）に示すアモルファス部におけるケイ素原子の数は、亜鉛原子よりも少ないことが分かる。そのため、アモルファス部において、亜鉛原子及びケイ素原子のいずれが多い場合でも、非晶質の無機化合物を形成できることが分かる。【００７０】
以上、本実施形態を説明したが、本実施形態はこれらに限定されるものではなく、本実施形態の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。【００７１】
特願２０１８−１３５８２８号（出願日：２０１８年７月１９日）の全内容は、ここに援用される。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本開示によれば、ハイパワーな励起光が照射された場合でも放熱性に優れ、蛍光体の温度消光を抑制することが可能な波長変換部材を提供することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，１Ａ  波長変換部材
２０  蛍光体粒子
３１  無機粒子
３２  アモルファス部
【図１】
2020017526.tif 000003
【図２】
2020017526.tif 000004
【図３】
2020017526.tif 000005
【図４】
2020017526.tif 000006
【図５】
2020017526.tif 000007
【図６】
2020017526.tif 000008
【図７】
2020017526.tif 000009
【図８】
2020017526.tif 000010
【図９】
2020017526.tif 000011
【図１０】
2020017526.tif 000012
【国際調査報告】
2020017526.tif 000013
2020017526.tif 000014
2020017526.tif 000015
2020017526.tif 000016