JP5532508B2

JP5532508B2 - 波長変換部材およびその製造方法

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Publication number: JP5532508B2
Application number: JP2009281125A
Authority: JP
Inventors: 忠仁古山; 芳夫馬屋原
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: JP2011122067A

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の製造方法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、厚み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。例えば、長時間の高温環境下（１５０℃、６００時間）や長時間の高温高湿環境下（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、厚み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、励起光を受ける受光面と、無機蛍光体粉末の発光（あるいは波長変換されなかった励起光の透過光）が発せられる発光面において、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。

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、励起光や無機蛍光体粉末の発光を効率よく透過させることができ、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、ガラスマトリクス中に無機蛍光体粉末が分散された波長変換部材において、ガラスマトリクスと無機蛍光体粉末の硬度差に着目し、当該硬度差を特定の範囲に制限するとともに、特定の表面性状を有する構造とすることにより、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板状体からなり、表面に研磨加工面を有する波長変換部材であって、無機蛍光体粉末とガラスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））が３００以上であり、かつ表面粗さＲａが０．０５μｍ以下であることを特徴とする波長変換部材に関する。

一般に、発光効率の高い白色ＬＥＤを得るためには、波長変換部材の励起光を受ける受光面と、無機蛍光体粉末の発光（あるいは波長変換されなかった励起光の透過光）が発せられる発光面をともに鏡面研磨することにより効率良く励起光を入射させ、かつ無機蛍光体粉末からの発光や励起光の一部を透過させることが望ましいとされている。しかしながら、ガラスと無機蛍光体粉末という異種材料を含む複合体を研磨加工する場合、両者の硬度が相当異なる場合には、研磨速度の相違が原因となって平坦な研磨面が得られず、むしろ研磨加工により凹凸がより際立つ（表面粗さＲａが大きくなる）傾向があることがわかった。そして、そのようにして波長変換部材の表面に形成された凹凸が発光効率低下の原因となっていることを見出した。

そこで本発明では、波長変換部材における無機蛍光体粉末とガラスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））に着目し、特に当該ビッカース硬度差が３００以上と大きい場合に、表面粗さＲａを０．０５μｍ以下に制限することにより、受光面と発光面において反射や散乱による光損失を極力抑制でき、発光効率を向上させることが可能となる。

なお、本発明において表面粗さＲａはＪＩＳＢ０６０１：２００１に準じて測定された値をいう。

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を含む混合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、無機蛍光体粉末をガラスマトリクス中に均一に分散させやすくなり、色ばらつきの小さい波長変換部材とすることができる。また、所望の形状（例えば板状体）を有する波長変換部材を、精度良く容易に加工することが可能となる。

第三に、本発明の波長変換部材は、０．０５〜１ｍｍの肉厚を有することを特徴とする。

第四に、本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末が、ガーネット系、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。

第五に、本発明の波長変換部材は、ガラスが８５０℃以下の軟化点を有することを特徴とする。

第六に、本発明は、前記いずれかに記載の波長変換部材を製造する方法であって、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、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより焼結体を得る工程、および、ダイヤモンド砥粒を含む研磨スラリーを用いて焼結体の表面を研磨する工程を含む波長変換部材の製造方法に関する。

無機蛍光体粉末とガラスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））が３００以上と非常に大きい波長変換部材の表面に対して、従来一般的に用いられてきた酸化セリウム等の研磨砥粒を用いて研磨処理を施すと、無機蛍光体粉末とガラスの研磨速度差が原因となって、表面粗さＲａが０．１μｍより大きく（特に０．２μｍ以上）なる傾向がある。このようにして得られた波長変換部材を用いた白色ＬＥＤは、ＬＥＤチップからの励起光や無機蛍光体粉末からの発光が部材表面で散乱しやすく発光効率に劣る。一方、本発明の製造方法によれば、無機蛍光体粉末とガラスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））が３００以上と非常に大きい場合であっても、部材表面の研磨にダイヤモンド砥粒を含む研磨スラリーを用いるため、当該ビッカース硬度差に起因する研磨速度差を極力小さくすることができる。したがって、無機蛍光体粉末とガラスを均一に研磨することができ、０．０５μｍ以下という非常に小さい表面粗さＲａを容易に達成することができる。その結果、発光効率に優れた波長変換部材を得ることが可能となる。

本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））が３００以上と非常に大きいにもかかわらず、表面粗さＲａが０．１μｍ以下と小さいため、白色ＬＥＤに使用した場合に発光効率に優れる。表面粗さＲａが０．１μｍよりも大きいと、波長変換部材表面における光の散乱が原因で励起光の透過率が低下するとともに、無機蛍光体粉末に照射される励起光の量も低減して発光量が低下する。また、無機蛍光体粉末からの発光も波長変換部材の発光面にて散乱してロスが発生する。結果として、波長変換部材の発光効率が低下する。表面粗さＲａは好ましくは０．０５μｍ以下である。

なお本発明において、無機蛍光体粉末とガラスマトリクスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））が３５０以上、特に４００以上であれば、本発明による効果をより一層享受しやすくなる。

本発明の波長変換部材の形状は特に限定されないが、例えば板状体であれば、表面研磨が容易であることから上記表面粗さＲａを達成しやすくなる。波長変換部材が板状体である場合、肉厚は０．０５〜１ｍｍ、特に０．１〜０．８ｍｍであることが好ましい。波長変換部材の肉厚が０．０５ｍｍ未満であると、機械的強度に劣るとともに、製造および加工が困難となる。一方、波長変換部材の肉厚が１ｍｍを超えると、ＬＥＤからの励起光が透過しにくくなり、光束値が低下する傾向がある。

なお、波長変換部材が板状体の場合、両表面ともに表面粗さＲａが０．１μｍ以下であれば、高い発光効率が得られるために好ましい。

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（Ｈｖ（０．０５）＝１１００〜１７００）、酸化物（Ｈｖ（０．０５）＝８００〜１６００）、窒化物（Ｈｖ（０．０５）＝１２００〜１８００）、酸窒化物（Ｈｖ（０．０５）＝１２００〜１８００）、硫化物（Ｈｖ（０．０５）＝１００〜４００）、酸硫化物（Ｈｖ（０．０５）＝１００〜４００）、希土類硫化物（Ｈｖ（０．０５）＝１００〜４００）、アルミン酸塩化物（Ｈｖ（０．０５）＝８００〜１５００）、ハロリン酸塩化物（Ｈｖ（０．０５）＝８００〜１５００）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＋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、波長変換部材の厚みを決定することも重要である。ガラスとしては、無機蛍光体粉末と反応しにくいものであれば、組成系に特に制限はないが、８５０℃以下、さらには８００℃以下の軟化点を有するガラスからなるものを用いることが好ましい。ガラスの軟化点が高くなると焼成温度も高くなるため、焼成時に無機蛍光体粉末が劣化して、発光効率の高い波長変換部材が得られにくくなる。

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）（Ｈｖ（０．０５）＝５００〜７００）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ｒ’_２Ｏ系ガラス（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ、Ｋを示す）（Ｈｖ（０．０５）＝５００〜７００）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−Ａｌ_２Ｏ_３系ガラス（Ｈｖ（０．０５）＝５００〜７００）、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系ガラス（Ｈｖ（０．０５）＝５００〜７００）、ＺｎＯ−Ｂ_２Ｏ_３系ガラス（Ｈｖ（０．０５）＝４００〜６００）、ＳｎＯ−Ｐ_２Ｏ_５系ガラス（Ｈｖ（０．０５）＝２００〜４００）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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の製造方法は、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、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより焼結体を得る工程、および、ダイヤモンド砥粒を含む研磨スラリーを用いて焼結体の表面を研磨する工程を含むことを特徴とする。

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、３００〜９００℃、特に３００〜８５０℃の範囲であり、かつ、ガラス粉末の軟化点±５０℃以内であることが望ましい。焼成温度が９００℃またはガラス粉末の軟化点＋５０℃より高くなると、無機蛍光体粉末が劣化したり、ガラス粉末と無機蛍光体粉末が反応して発光効率が著しく低下する場合がある。また、焼成温度が３００℃またはガラス粉末の軟化点−５０℃より低くなると、波長変換部材の気孔率が増加し、光の散乱が強くなりやすく、結果として、透過する光量が低下して発光効率が低下する場合がある。

ダイヤモンド砥粒の粒径が小さすぎると、研磨速度が不十分となり生産性に劣る傾向がある。一方、ダイヤモンド砥粒の粒径が大きすぎると、所望の表面粗さＲａが得られにくくなる。ダイヤモンド砥粒の平均粒径Ｄ_５０の好ましい範囲は１〜１０μｍ、特に２〜３μｍである。

なお、研磨定盤としては、表面に繊維を織り込んだクロス材を表面にもつ定盤、錫と樹脂の複合定盤、ウレタン製パッド等を用いることができる。

研磨方法は特に限定されず、例えば波長変換部材の片面を研磨定盤上に固定させて片面毎に研磨する方法（修正輪型研磨方式）が挙げられる。また、波長変換部材を固定用のキャリアに固定させて定盤に挟み、両面を一度に研磨するバッチ式の研磨方法でもよい。

なお、ダイヤモンド砥粒による研磨を行う前に、アルミナセラミックや炭化珪素等の遊離砥粒による荒削り研磨を行うことが好ましい。遊離砥粒の番手としては、＃１２００以上、さらには＃２０００以上、平均粒径Ｄ_５０としては１０〜２０μｍであることが好ましい。荒削り研磨後の波長変換部材の表面粗さＲａは０．５μｍ以下であることが好ましい。また荒削り研磨後の波長変換部材の厚みは、目標とする最終製品の厚みに対して＋１５〜＋２０μｍであることが好ましい。荒削り研磨後の波長変換部材の表面粗さＲａまたは厚みが上記範囲を超えると、ダイヤモンド砥粒による研磨時間が大幅に増加して生産性が悪化する。

本発明の製造方法によると、板状体の波長変換部材の厚みを一定にすることが容易となり、当該波長変換部材を用いた白色ＬＥＤデバイスは均一な白色光が得られやすくなる。また、波長変換部材の厚みを変化させるだけで、励起光強度と蛍光強度のバランスを自由に変化させることができるため、所望の色度や色温度の白色光が容易に得ることができる。

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、本発明の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１〜３は本発明の実施例（Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１、１３、１５）および比較例（Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１２、１４、１６）を示している。

まず、表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４５μｍ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。

次に、ガラス粉末と無機蛍光体粉末を表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のボタン状の予備成形体を作製した。この予備成形体を表に示す焼成温度で焼成し、焼結体を得た。焼結体に対して荒削り研磨処理を施して直径８ｍｍ、厚さ０．３ｍｍに加工した。続いて、ダイヤモンド砥粒と繊維を織り込んだクロス材を表面にもつ定盤を用いて両面研磨を行い、波長変換部材を得た。なお、比較例の試料は酸化セリウム砥粒とウレタン製パッドを用いて両面研磨を行った。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ビッカース硬度と発光効率を測定した。結果を表１〜３に示す。

ビッカース硬度測定値（ＨＶ）は、同一測定サンプル表面の十点につき測定した値の平均とした。測定に用いた荷重は５０ｇとした。

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。

表から明らかなように、本発明の実施例である試料Ｎｏ．１、３、５、７、９、１１、１３、１５の波長変換部材は、ビッカース硬度が３００以上であるにも関わらず、表面粗さＲａ０．０５μｍ以下となっており、各実施例に対応する比較例（試料Ｎｏ．２、４、６、８、１０、１１、１２、１４、１６）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板状体からなり、表面に研磨加工面を有する波長変換部材であって、無機蛍光体粉末とガラスのビッカース硬度差（ΔＨｖ（０．０５））が３００以上であり、かつ表面粗さＲａが０．０５μｍ以下であ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を含む混合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。
０．０５〜１ｍｍの肉厚を有す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。
無機蛍光体粉末が、ガーネット系、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１〜３のいずれかに記載の波長変換部材。
ガラスが８５０℃以下の軟化点を有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の波長変換部材。
請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換部材を製造する方法であって、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、ガラス粉末の軟化点以上の温度で焼成することにより焼結体を得る工程、および、ダイヤモンド砥粒を含む研磨スラリーを用いて焼結体の表面を研磨する工程を含む波長変換部材の製造方法。