JP2011187798A

JP2011187798A - 波長変換部材およびそれを用いた光学デバイス

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Publication number: JP2011187798A
Application number: JP2010052955A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Mayahara; 芳夫馬屋原; Shunsuke Fujita; 俊輔藤田; Katsu Iwao; 克岩尾
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-22
Also published as: WO2011111462A1; TW201140891A

Abstract

【課題】ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散された波長変換部材であって、励起光が効率良く無機蛍光体粉末に入射し、高い発光効率を得ることができる波長変換部材を提供する。
【解決手段】無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材であって、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面に、無機蛍光体粉末およびガラスの反応生成物からなる厚さ０．０１〜５μｍの中間層を有することを特徴とする波長変換部材。
【選択図】なし

Description

本発明は、白色ＬＥＤ等の構成部材として用いられる波長変換部材およびそれを用いた光学デバイスに関するものである。

近年、白色ＬＥＤの開発が盛んになっている。白色ＬＥＤは、例えば青色または紫外の励起光を発するＬＥＤと、無機蛍光体粉末が樹脂等のマトリクス中に分散されてなる波長変換部材から構成されている。無機蛍光体粉末はＬＥＤからの励起光を受けて励起光とは異なる波長の光（蛍光）を発する。一方、ＬＥＤからの励起光のうち一部は波長変換に寄与せずに波長変換部材を透過する。これらの光が混ざり合って白色光が得られる。

白色ＬＥＤは白熱灯や蛍光灯に比べ消費電力が低く寿命が長いことを特徴としており、携帯電話やデジタルカメラ等のバックライトとして使用されつつある。今後は、白熱灯や蛍光灯に替わる次世代の光源として、照明用途への応用が期待されている。

ところで、白色ＬＥＤは用途によってはますます高い輝度（ハイパワー化）が要求されている。従来のように樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させる方法では、ＬＥＤからの熱によって樹脂マトリクスが変色し、長期間使用すると輝度が低下するという問題があった。また、無機蛍光体粉末を含有する樹脂をＬＥＤ上に塗布する際、厚さにばらつきが生じやすく、配光性低下の原因にもなっていた。

これらの問題を解決するために、無機蛍光体粉末をガラスマトリクス中に分散させ、波長変換部材を完全に無機化する方法が提案されている（例えば、特許文献１および２参照）。当該方法によれば、波長変換部材の耐熱性および耐候性を向上させることが可能となる。具体的には、長時間の高温環境下（例えば、１５０℃、６００時間）や長時間の高温高湿環境下（例えば、２０００時間、温度８５℃、湿度８５％）に晒しても白色ＬＥＤの発光特性がほとんど変化せず、また太陽光の紫外線に長時間晒されても着色や劣化がほとんどない。さらには、加工性に優れることから、厚さばらつきによる配光性の低下も抑制することが可能となる。

特開２００５−１１９３３号公報特許第４１５８０１２号公報

無機蛍光体粉末をガラスマトリクスに分散させてなる波長変換部材は、従来品と比較して長期安定性に優れるものの、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面における反射や散乱による光損失が発生するため発光効率が未だ不十分である。この反射や散乱は、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの屈折率差が原因である。

したがって、本発明は、ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散された波長変換部材であって、励起光が効率良く無機蛍光体粉末に入射し、高い発光効率を得ることができる波長変換部材を提供することを課題とする。

本発明者等は鋭意検討した結果、ガラスマトリクスと無機蛍光体粉末の界面に特定の層を形成することにより、前記課題を解決できることを見出し、本発明として提案するものである。

すなわち、本発明は、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材であって、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面に、無機蛍光体粉末およびガラスの反応生成物からなる厚さ０．０１〜５μｍの中間層を有することを特徴とする波長変換部材に関する。

一般に、ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散してなる波長変換部材において、無機蛍光体粉末はガラスよりも屈折率が高い場合が多い。例えば、ホウ珪酸ガラスの屈折率は１．５〜１．６程度であるのに対し、ＹＡＧ蛍光体はホウ珪酸ガラスより０．２以上高い屈折率（１．８３程度）を有する。このように無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの屈折率差が大きいと、励起光が無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面で反射される割合が多くなる。その結果、効率よく無機蛍光体粉末中へ励起光が入射されず、発光効率の高い白色ＬＥＤが得られにくい。

本発明によると、波長変換部材における無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面に、両者の反応生成物からなる中間層を形成させることにより、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面での反射ロスを低減できる。すなわち、当該中間層は、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの中間的な屈折率を有し、ガラスマトリクス→中間層→無機蛍光体粉末と屈折率が連続的に変化するため、ガラスマトリクスと無機蛍光体粉末の界面での励起光の反射が低減し、発光効率が向上する。例えば、ホウ珪酸ガラス中にＹＡＧ蛍光体が分散してなる波長変換部材の場合、ガラスマトリクスから無機蛍光体粉末に向かって徐々に屈折率が高くなる構成となるため、界面での反射が起こりにくい。

なお中間層の厚さは小さすぎても、大きすぎても発光効率の向上は見込まれない。本発明では、中間層の厚さが０．０１〜５μｍであることにより、発光効率の高い波長変換部材とすることができる。

第二に、本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末の焼結体からなることを特徴とする。

当該構成によれば、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に均一に分散した波長変換部材を容易に作製することが可能となる。

第三に、本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末が、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物およびハロリン酸塩化物から選ばれた１種以上であることを特徴とする。

第四に、本発明は、前記いずれかの波長変換部材を用いたことを特徴とする光学デバイスに関する。

第五に、本発明は、前記いずれかの波長変換部材を製造するための方法であって、無機蛍光体粉末およびガラス粉末を含む混合粉末を、ガラス粉末の軟化点＋６５℃〜＋１００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする波長変換部材の製造方法に関する。

無機蛍光体粉末およびガラス粉末を含む混合粉末を、ガラス粉末の軟化点＋６５℃〜＋１００℃という比較的高温で焼成することにより、無機蛍光体粉末とガラス粉末が反応し、両者の界面に無機蛍光体粉末およびガラスの反応生成物からなる中間層を形成することができる。

本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末表面に無機蛍光体粉末とガラスの反応生成物からなる中間層が形成されていることを特徴とする。中間層の厚さは０．０１〜５μｍ、好ましくは０．１〜４μｍである。中間層の厚さが０．０１μｍ未満であると、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面における励起光の反射を抑制する効果が得られにくい。一方、中間層の厚さが５μｍより大きいと、無機蛍光体粉末がそれだけ消失しているということになり、発光強度の低下が低下しやすくなる。

中間層の厚さは、後述するように、波長変換部材を作製する際の熱処理温度を制御することにより調整することができる。

本発明に用いられる無機蛍光体粉末としては、紫外または可視の励起光を入射すると、該励起光の波長よりも長波長の蛍光を発するものが挙げられる。例えば、可視光線からなる励起光を入射すると該励起光の色相に対して補色の蛍光を発する無機蛍光体粉末を用いると、透過した励起光と蛍光との混色により白色光が得られるため、容易に白色ＬＥＤデバイスを製造することができる。特に、可視光線からなる励起光が中心波長４３０〜４９０ｎｍを有する光線であり、蛍光が中心波長５３０〜５９０ｎｍを有する光線であると、白色光が得られやすいため好ましい。

本発明において使用可能な無機蛍光体粉末の具体例としては、一般に市場で入手できるものであれば特に限定されない。例えば、ＹＡＧ等のガーネット系やその他の酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物、ハロリン酸塩化物などからなるものが挙げられる。

上記無機蛍光体粉末の中でも、波長３００〜５００ｎｍに励起帯を有し波長３８０〜７８０ｎｍに発光ピークを有するもの、特に青色（波長４４０〜４８０ｎｍ）、緑色（波長５００〜５４０ｎｍ）、黄色（波長５４０〜５９５ｎｍ）、赤色（波長６００〜７００ｎｍ）に発光するものを用いることが好ましい。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の発光を発する無機蛍光体粉末としては、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ^２＋、ＺｎＳ：Ａｌ^３＋，Ｃｕ^＋、ＣａＳ：Ｓｎ^２＋、ＣａＳ：Ｓｎ^２＋，Ｆ、ＣａＳＯ_４：Ｃｅ^３＋，Ｍｎ^２＋、ＬｉＡｌＯ_２：Ｍｎ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ^＋，Ｃｌ⁻、Ｃａ_３ＷＯ_６：Ｕ、Ｃａ_３ＳｉＯ_４Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_０．２Ｂａ_０．７Ｃｌ_１．１Ａｌ_２Ｏ_３．４５：Ｃｅ^３＋，Ｍｎ^２＋、Ｂａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２Ｌｉ_２Ｓｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、ＺｎＯ：Ｓ、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｃａ_２Ｂａ_３（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、ＢａＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ_２Ｏ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＢａＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ^３＋、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｕ、Ｓｒ_３ＷＯ_６：Ｕ、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、ＳｒＳＯ_４：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＺｎＳ：Ｐ、ＺｎＳ：Ｐ^３−，Ｃｌ⁻、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、Ｙ_３（Ａｌ，Ｇｄ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ^２＋、Ｂａ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｕ、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋が挙げられる。

波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＣａＳ：Ｙｂ^２＋，Ｃｌ、Ｇｄ_３Ｇａ_４Ｏ_１２：Ｃｒ^３＋、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｍｎ^２＋、Ｎａ（Ｍｇ，Ｍｎ）_２ＬｉＳｉ_４Ｏ_１０Ｆ_２：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｓｎ^２＋、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｒ^３＋、ＳｒＢ_８Ｏ_１３：Ｓｍ^２＋、ＭｇＳｒ_３Ｓｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、α−ＳｒＯ・３Ｂ_２Ｏ_３：Ｓｍ^２＋、ＺｎＳ−ＣｄＳ、ＺｎＳｅ：Ｃｕ^＋，Ｃｌ、ＺｎＧａ_２Ｓ_４：Ｍｎ^２＋、ＺｎＯ：Ｂｉ^３＋、ＢａＳ：Ａｕ，Ｋ、ＺｎＳ：Ｐｂ^２＋、ＺｎＳ：Ｓｎ^２＋，Ｌｉ^＋、ＺｎＳ：Ｐｂ，Ｃｕ、ＣａＴｉＯ_３：Ｐｒ^３＋、ＣａＴｉＯ_３：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、（Ｙ、Ｇｄ）_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、ＣａＳ：Ｐｂ^２＋，Ｍｎ^２＋、ＹＰＯ_４：Ｅｕ^３＋、Ｃａ_２ＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｙ（Ｐ、Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＳｒＡｌ_４Ｏ_７：Ｅｕ^３＋、ＣａＹＡｌＯ_４：Ｅｕ^３＋、ＬａＯ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＬｉＷ_２Ｏ_８：Ｅｕ^３＋，Ｓｍ^３＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃｌ_２：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋などが挙げられる。

波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｍｎ^２＋，Ｔｅ^２＋、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４：Ｍｎ^４＋、Ｋ_２ＳｉＦ_６：Ｍｎ^４＋、ＳｒＳ：Ｅｕ^２＋、ＣａＳ：Ｅｕ^２＋、Ｎａ_１．２３Ｋ_０．４２Ｅｕ_０．１２ＴｉＳｉ_４Ｏ_１１、Ｎａ_１．２３Ｋ_０．４２Ｅｕ_０．１２ＴｉＳｉ_５Ｏ_１３：Ｅｕ^３＋、ＣｄＳ：Ｉｎ，Ｔｅ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、ＣａＳｉＮ_３：Ｅｕ^２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ^２＋、Ｅｕ_２Ｗ_２Ｏ_７などが挙げられる。

なお、励起光や発光の波長域に合わせて、複数の無機蛍光体粉末を混合して用いてもよい。例えば、紫外域の励起光を照射して白色光を得る場合は、青色、緑色、黄色、赤色の蛍光を発する無機蛍光体粉末を混合して使用すればよい。

本発明におけるガラスマトリクスには、無機蛍光体粉末を安定に保持するための媒体としての役割がある。また、ガラスマトリクスのガラス組成によって波長変換部材の色調が異なり、また無機蛍光体粉末との反応性に差が出るため、これらの条件を考慮して使用するガラス組成を選択することが好ましい。さらに、ガラス組成に適した無機蛍光体粉末の添加量や、波長変換部材の厚さを決定することも重要である。

ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラス（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラス（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ、Ｋを示す）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスを用いることができる。これらのガラスは目的とする特性に応じて適宜選択すればよい。例えば低温で焼成したい場合は、比較的軟化点が低いＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスを選択すればよく、波長変換部材の耐候性を向上させたい場合は、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラスを選択すればよい。

ガラスとしてＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＲＯ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ_２３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３１〜３０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜３０％、ＳｒＯ０〜２０％、ＢａＯ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ５〜４５％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％の組成を含有するガラスを使用することが好ましい。

また上記成分以外にも、ガラスの溶融性を向上させたり、ガラスの軟化点を下げて低温で焼成しやすくするためにＬｉ_２Ｏ、Ｎａ_２ＯおよびＫ_２Ｏを合量で５％まで添加することができる。他にも、ガラスの溶融性を向上させるためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、ガラスの化学的耐久性を向上させるためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで添加してもよい。

ガラスとしてＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ_２３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３１〜５５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜２０％、Ｎａ_２Ｏ０〜２５％、Ｋ_２Ｏ０〜２５％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ５〜３５％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＺｎＯ０〜１０％の組成を含有するガラスを使用することが好ましい。

また上記成分以外にも、ガラスの溶融性を向上させるためにＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合量で５％まで添加することができる。他にも、ガラスの溶融性を向上させるためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、ガラスの化学的耐久性を向上させるために、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで添加してもよい。

ガラスとしてＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ_２３０〜７０％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５５％、Ａｌ_２Ｏ_３１５〜５５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％の組成を含有するガラスを使用することが好ましい。

また上記成分以外にも、ガラスの溶融性を向上させるためにＰ_２Ｏ_５を５％まで、ガラスの化学的耐久性を向上させるために、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで添加してもよい。

ガラスとしてＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ_２５〜５０％、Ｂ_２Ｏ_３１５〜５５％、ＺｎＯ３０〜８０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％の組成を含有するガラスを使用することが好ましい。

また上記成分以外にも、ガラスの化学的耐久性を向上させるためにＡｌ_２Ｏ_３を５％まで添加してもよく、ガラスの化学的耐久性を向上させるためにＴａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３をそれぞれ１５％まで添加してもよい。

ガラスとしてＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラスを用いる場合、モル％で、ＺｎＯ３０〜８０％、Ｂ_２Ｏ_３２０〜７０％、ＳｉＯ_２０〜５％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％の組成を含有するガラスを使用することが好ましい。

ガラスとしてＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｎＯ３５〜８０％、Ｐ_２Ｏ_５５〜４０％、Ｂ_２Ｏ_３０〜３０％、Ａｌ_２Ｏ_３０〜１０％、ＳｉＯ_２０〜１０％、Ｌｉ_２Ｏ０〜１０％、Ｎａ_２Ｏ０〜１０％、Ｋ_２Ｏ０〜１０％、ＭｇＯ０〜１０％、ＣａＯ０〜１０％、ＳｒＯ０〜１０％、ＢａＯ０〜１０％の組成を含有するガラスを使用することが好ましい。

また上記成分以外にも、耐候性を向上させるためにＺｎＯ、Ｔａ_２Ｏ_５、ＴｉＯ_２、Ｎｂ_２Ｏ_５、Ｇｄ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３を合量で１０％まで添加してもよい。

なお、軟化点を低下させ、かつガラスを安定化させるには、ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５（モル比）を０．９〜１６の範囲にすることが好ましい。ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５が０．９より小さくなると、軟化点が上昇して低温焼成が困難となり、無機蛍光体粉末が劣化しやすくなる。また、耐候性が著しく低下する傾向にある。一方、ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５が１６より大きくなると、ガラス中にＳｎに起因する失透ブツが析出し、ガラスの透過率が低下する傾向にあり、結果として、高い発光効率を有する波長変換部材が得にくくなる。ＳｎＯ／Ｐ_２Ｏ_５の好ましい範囲は１．５〜１０、さらには２〜５である。

本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなるものであれば特に限定されないが、無機蛍光体粉末とガラス粉末を含む混合粉末の焼結体からなるものであると、無機蛍光体粉末をガラスマトリクス中に容易かつ均一に分散させることができるため好ましい。

本発明に使用するガラス粉末の平均粒径Ｄ_５０は、０．１〜１００μｍ、特に１〜５０μｍであることが好ましい。ガラス粉末の平均粒径Ｄ_５０が小さすぎると、焼成する際に気泡の発生量が多くなる。波長変換部材中に気泡が多く含まれると光散乱の原因となり発光効率が低下する傾向がある。好ましい気孔率は２％以下、特に１％以下である。一方、平均粒径Ｄ_５０が大きすぎると、波長変換部材中に無機蛍光体粉末が均一に分散されにくくなり、結果として、波長変換部材の発光効率が低下する傾向がある。

波長変換部材の発光効率（ｌｍ／Ｗ）は、ガラスマトリクス中に分散した無機蛍光体粉末の種類や含有量、さらには発光色変換部材の肉厚によって変化する。波長変換部材の発光効率を高めたい場合、肉厚を薄くして励起光や蛍光の透過率を高めたり、無機蛍光体粉末の含有量を多くして、変換させる光量を増加させることで調整すればよい。しかしながら、無機蛍光体粉末の含有量が多くなりすぎると、緻密な構造が得られにくくなり気孔率が大きくなる傾向がある。結果として、励起光が効率良く無機蛍光体粉末に照射されにくくなったり、波長変換部材の機械的強度が低下しやすくなるなどの問題が生じる。一方、無機蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、十分な発光が得られにくくなる。したがって、波長変換部材における無機蛍光体粉末の含有量は、質量％で、０．０１〜３０％、０．０５〜２０％、特に０．０８〜１５％であることが好ましい。

本発明の波長変換部材は、例えば、無機蛍光体粉末とガラス粉末を含む混合粉末を予備成型し、所定の温度で焼成することにより焼結体とすることにより製造することができる。焼結体を得たのち、必要に応じて、研削、研磨、リプレス等を行いにより所望の形状に加工してもよい。

予備成型方法は特に制限されず、プレス成形法や、射出成形法、シート成形法、押し出し成形法等の方法を採用することができる。

ガラス粉末と無機蛍光体粉末の混合粉末を焼成する温度としては、ガラス粉末の軟化点＋６５〜＋１００℃、特に＋７０〜＋９０℃であることが好ましい。焼成温度がガラス粉末の軟化点＋６５℃より低くなると、無機蛍光体粉末とガラスの界面の中間層の厚さが０．０１μｍ未満となり、界面での反射が低減できず、結果として発光効率が低下する傾向がある。一方、焼成温度がガラス粉末の軟化点＋１００℃より高くなると、ガラスと無機蛍光体粉末の反応が進行しすぎて、無機蛍光体粉末の消失が大きくなり発光強度が低下しやすくなる。

なお、無機蛍光体粉末とガラス粉末の混合粉末に対して粉砕処理を施し、メカノケミカル効果により無機蛍光体粉末表面にガラスとの反応生成物層（中間層）を形成させることもできる。

本発明の波長変換部材は、例えばＬＥＤチップと組み合わせた白色ＬＥＤ等の光学デバイスとして用いられる。この場合、本発明の波長変換部材はＬＥＤチップ上に直接接着してもよいし、ＬＥＤチップを取り囲む函体上に接着して用いてもよい。また、板状体の波長変換部材の下側にＬＥＤチップを複数個設置することによって、発光機能と拡散機能を備えた面発光デバイスとして利用することも可能である。

以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

表１は本発明の実施例（Ｎｏ．２、５、８）および比較例（Ｎｏ．１、３、４、６、７、９）を示している。

まず、表１に示すガラス組成となるようにガラス原料を秤量して混合し、この混合物を白金坩堝中において９００〜１４００℃で１時間溶融してガラス化した。溶融ガラスをフィルム状に成形し、得られたフィルム状ガラスをボールミルで粉砕した後、３２５メッシュの篩に通して分級し、平均粒径Ｄ_５０が３０μｍのガラス粉末を得た。得られたガラス粉末について軟化点を測定した。軟化点は、マクロ型視差熱分析計を用いて測定し、得られたグラフの第四の変曲点の値を軟化点とした。平均粒径Ｄ_５０はガラス粉末を水中に分散し、レーザー散乱式粒度分布計を用いて測定した。

次に、ガラス粉末と無機蛍光体粉末を表１に示す配合比となるように混合し、金型を用いて加圧成形して直径１ｃｍの円柱状の予備成形体を作製した。この予備成形体を表１に示す焼成温度で焼成し、焼結体を得た。焼結体に対して研磨処理を施して直径８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍの円盤状に加工した。得られた波長変換部材について、ガラスマトリクスと無機蛍光体粉末の界面に形成された中間層の厚さと発光効率を測定した。結果を表１に示す。なお、試料Ｎｏ．１、４、７では中間層は確認されなかった。

反応生成層の厚さはＳＥＭ−ＥＰＭＡにより測定した。なお、当該測定により、無機蛍光体粉末とガラス粉末に含まれる元素が中間層において検出された。これにより、中間層は無機蛍光体粉末とガラス粉末の反応性生物からなることが確認された。

波長変換部材の発光特性は次のようにして評価した。青色ＬＥＤによって各サンプルを励起し、サンプル前方から発せられる光を積分球内で測定し、その発光スペクトルを得た。得られたスペクトルから発光効率を算出した。

表１から明らかなように、本発明の実施例である試料Ｎｏ．２、５、８の波長変換部材は、反応層の厚さが０．０１〜５μｍの範囲にあるため、比較例の波長変換部材（試料Ｎｏ．１、３、４、６、７、９）と比較して発光効率が良好であった。

Claims

無機蛍光体粉末がガラスマトリクス中に分散してなる波長変換部材であって、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスの界面に、無機蛍光体粉末およびガラスの反応生成物からなる厚さ０．０１〜５μｍの中間層を有することを特徴とする波長変換部材。
無機蛍光体粉末とガラス粉末の焼結体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。
無機蛍光体粉末が、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物およびハロリン酸塩化物から選ばれた１種以上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１〜３のいずれかに記載の波長変換部材を用いたことを特徴とする光学デバイス。
請求項１〜３のいずれかに記載の波長変換部材を製造するための方法であって、無機蛍光体粉末およびガラス粉末を含む混合粉末を、ガラス粉末の軟化点＋６５℃〜＋１００℃の温度範囲で焼成することを特徴とする波長変換部材の製造方法。