JP7519372B2 - 蛍光体プレート、発光装置および蛍光体プレートの製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、蛍光体プレート、発光装置および蛍光体プレートの製造方法に関する。より具体的には、蛍光体プレート、その蛍光体プレートを備える発光装置、および、その蛍光体プレートの製造方法に関する。
これまで蛍光体プレートにおいて様々な開発がなされてきた。この種の技術として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１には、ＳｉＯ２系ガラスに無機蛍光体が分散されたプレート状の発光色変換部材が記載されている（特許文献１の図４、請求項１）。
特開２０１０－１３２９２３号公報
本発明者らの知見によれば、特許文献１に記載のようなＳｉＯ２系ガラスに無機蛍光体が分散されたプレート状の発光色変換部材には、発光効率の点で改善の余地があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものである。
本発明の目的の１つは、発光効率が優れた蛍光体プレート、およびそれを用いた発光装置を提供することである。
本発明者らは、以下に提供される発明を完成させ、上記課題を解決した。
本発明によれば、
α型サイアロン蛍光体と、一般式Ｍ２ｘＡｌ４－４ｘＯ６－４ｘ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれかであり、０．２＜ｘ＜０．６である）で表されるスピネルを含む焼結体と、を含む複合体からなる蛍光体プレート
が提供される。
また、本発明によれば、
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた上記蛍光体プレートと、
を備える、発光装置
が提供される。
また、本発明によれば、
上記の蛍光体プレートの製造方法であって、
α型サイアロン蛍光体と、スピネル原料粉末と、を含む混合物を加熱する焼成工程を含み、
前記スピネル原料粉末は、（ｉ）前記一般式で表されるスピネルを含む粉末、および／または、（ｉｉ）一般式ＭＯ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれか）で表される金属酸化物の粉末とＡｌ２Ｏ３の粉末との混合物であり、
前記スピネル原料粉末のＢＥＴ比表面積は０．１ｍ２／ｇ以上１０．０ｍ２／ｇ以下である、蛍光体プレートの製造方法
が提供される。
本発明によれば、発光効率が優れた蛍光体プレート、およびそれを用いた発光装置が提供される。
蛍光体プレートの構成の一例を示す模式図である。 （ａ）はフリップチップ型の発光装置の構成を模式的に示す断面図であり、（ｂ）はワイヤボンディング型の発光素子の構成を模式的に示す断面図である。 蛍光体プレートの発光効率を測定するための装置の概略図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ、詳細に説明する。
すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
煩雑さを避けるため、（ｉ）同一図面内に同一の構成要素が複数ある場合には、その１つのみに符号を付し、全てには符号を付さない場合や、（ｉｉ）特に図２以降において、図１と同様の構成要素に改めては符号を付さない場合がある。
すべての図面はあくまで説明用のものである。図面中の各部材の形状や寸法比などは、必ずしも現実の物品と対応しない。
＜蛍光体プレート＞
本実施形態の蛍光体プレートは、α型サイアロン蛍光体と、一般式Ｍ２ｘＡｌ４－４ｘＯ６－４ｘ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれかであり、０．２＜ｘ＜０．６である）で表されるスピネルを含む焼結体と、を含む複合体からなる。
本実施形態の蛍光体プレートは、照射された青色光を橙色光に変換して発光する波長変換体として用いることができる。
本発明者らの知見として、本実施形態の蛍光体プレートの発光効率は優れる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のような理由が推定される。
（ｉ）上記一般式で表されるスピネルを含む焼結体は比較的透明である。よって、蛍光体プレート内での光の過剰散乱が抑制される。
（ｉｉ）スピネルの屈折率は約１．７であって酸窒化物蛍光体の屈折率（約２．０）に近い。よって、蛍光体からの光取り出し効率が高い。
本実施形態の蛍光体プレートに波長４５５ｎｍの青色光が照射された場合、蛍光体プレートから発せられる波長変換光のピーク波長は、例えば５８５ｎｍ以上６０５ｎｍ以下である。青色光を発光する発光素子に本実施形態の蛍光体プレートを組み合わせることで、輝度が高い橙色を発光する発光装置を得ることができる。
以下、本実施形態の蛍光体プレートに関するより具体的な説明を続ける。
蛍光体プレートを構成する複合体中には、α型サイアロン蛍光体とスピネルとが混在している。混在とは、母材（マトリックス相）となるスピネル中にα型サイアロン蛍光体が分散された状態を意味する。すなわち、複合体は、母材が構成する（多）結晶体の結晶粒間および／または結晶粒内にα型サイアロン蛍光体粒子が分散された構造を有してもよい。α型サイアロン蛍光体粒子は、母材（スピネルを含む焼結体）中に均一に分散されていてもよい。
（α型サイアロン蛍光体）
α型サイアロン蛍光体は、好ましくは、下記一般式（１）で表されるＥｕ元素を含有するα型サイアロン蛍光体を含む。
（Ｍ）ｍ（１－ｘ）／ｐ（Ｅｕ）ｍｘ／２（Ｓｉ）１２－（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６－ｎ ・・一般式（１）
一般式（１）中、
ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる１種以上の元素を表し、
ｐはＭ元素の価数を表し、
０＜ｘ＜０．５、１．５≦ｍ≦４．０、０≦ｎ≦２．０である。
ｎは、例えば、２．０以下でもよく、１．０以下でもよく、０．８以下でもよい。
α型サイアロンの固溶組成は、α型窒化ケイ素の単位胞（Ｓｉ１２Ｎ１６）のｍ個のＳｉ－Ｎ結合をＡｌ－Ｎ結合に、ｎ個のＳｉ－Ｎ結合をＡｌ－Ｏ結合に置換し、電気的中性を保つために、ｍ／ｐ個のカチオン（Ｍ、Ｅｕ）が結晶格子内に侵入固溶し、上記一般式のように表される。特にＭとして、Ｃａを使用すると、幅広い組成範囲でα型サイアロンが安定化し、その一部を発光中心となるＥｕで置換することにより、紫外から青色の幅広い波長域の光で励起され、黄から橙色の可視発光を示す蛍光体が得られる。
一般に、α型サイアロンは、α型サイアロンとは異なる第二結晶相や不可避的に存在する非晶質相のため、組成分析等により固溶組成を厳密に規定することができない。α型サイアロンの結晶相としては、α型サイアロン単相が好ましく、他の結晶相としてβ型サイアロン、窒化アルミニウム又はそのポリタイポイド、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８、ＣａＡｌＳｉＮ３等を含んでいてもよい。
α型サイアロン蛍光体の製造方法としては、窒化ケイ素、窒化アルミニウム及び侵入固溶元素の化合物からなる混合粉末を高温の窒素雰囲気中で加熱して反応させる方法がある。加熱工程で構成成分の一部が液相を形成し、この液相に物質が移動することにより、α型サイアロン固溶体が生成する。
α型サイアロン蛍光体のメジアン径Ｄ５０の下限は、２μｍ以上が好ましく、５μｍ以上がより好ましく、１０μｍ以上がさらに好ましい。また、α型サイアロン蛍光体のＤ５０の上限は、３０μｍ以下が好ましく、２０μｍ以下がより好ましい。α型サイアロン蛍光体のＤ５０を５μｍ以上とすることにより、複合体の透明性をより高めることができる。一方、α型サイアロン蛍光体のＤ５０を３０μｍ以下とすることにより、ダイサー等で蛍光体プレートを切断加工する際に、チッピングが生じることを抑制することができる。
α型サイアロン蛍光体のＤ５０としては、レーザー回析散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布において、小粒径側からの通過分積算（積算通過分率）５０％の粒子径を採用することができる。すなわち、本明細書におけるＤ５０は、体積基準の値である。
レーザー回析散乱式粒度分布測定法は、公知の装置、例えば、ベックマンコールター社製、ＬＳ１３－３２０などにより行うことができる。
α型サイアロン蛍光体の含有量の下限値は、複合体全体に対して、体積換算で、例えば５Ｖｏｌ％以上、好ましくは１０Ｖｏｌ％以上、より好ましくは１５Ｖｏｌ％以上である。これにより、薄層の蛍光体プレートにおける発光強度を高めることができる。また、蛍光体プレートの光変換効率を向上できる。
α型サイアロン蛍光体の含有量の上限値は、複合体全体に対して、体積換算で、例えば５０Ｖｏｌ％以下、好ましくは４５Ｖｏｌ％以下、より好ましくは４０Ｖｏｌ％以下である。α型サイアロン蛍光体の含有量が多すぎないことで、蛍光体プレートの熱伝導性の低下を抑制できる。また、十分な量のスピネルを用いることができるため、スピネルに由来する効果を十分に得ることができる。
（スピネルを含む焼結体）
本実施形態において、スピネルは、一般式Ｍ２ｘＡｌ４－４ｘＯ６－４ｘ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれかであり、０．２＜ｘ＜０．６である）で表される。
スピネルを含む焼結体は、通常、一般式ＭＯ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれか）で表される金属酸化物の粉末と、Ａｌ２Ｏ３の粉末とを混合し、焼結することで得られる。
化学量論的には、スピネルはｘ＝０．５（すなわち、一般式ＭＡｌ２Ｏ４）で表される組成である。ただし、原料のＭＯの量とＡｌ２Ｏ３の量の比によっては、スピネルは、ＭＯまたはＡｌ２Ｏ３が過剰に固溶した非化学量論組成の化合物となる。
透明性の観点で、上記一般式におけるＭは、Ｍｇであることが好ましい。
（α型サイアロン蛍光体とスピネルを含む焼結体の含有量の合計値）
蛍光体プレート中の、α型サイアロン蛍光体およびスピネルを含む焼結体の含有量の下限値は、複合体全体に対して、例えば９５Ｖｏｌ％以上、好ましくは９８Ｖｏｌ％以上、より好ましくは９９Ｖｏｌ％以上である。つまり、蛍光体プレートを構成する複合体は、α型サイアロン蛍光体およびスピネルを含む焼結体を主成分として含むことを意味する。これにより、耐熱性や耐久性を高められる上に、安定的な発光効率を実現できる。
α型サイアロン蛍光体およびスピネルを含む焼結体の含有量の上限値は特に限定されないが、例えば、複合体全体に対して、体積換算で、１００Ｖｏｌ％以下としてもよい。
（蛍光体プレートの表面粗さ）
蛍光体プレートの主面および／または裏面における表面粗さＲａは、例えば、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下、好ましくは０．０３μｍ以上１．５μｍ以下である。Ｒａは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠した測定により求められる。
表面粗さを２．０μｍ以下とすることで、光の取り出し効率や、面内方向における光強度のバラツキを抑制できる。表面粗さを０．０１μｍ以上とすることで、被着体との密着性を高められることが期待される。
蛍光体プレートの少なくとも主面、または主面および裏面の両面における表面は、表面処理されていてもよい。表面処理としては、例えば、ダイアモンド砥石等を用いた研削、ラッピング、ポリッシング等の研磨などが挙げられる。表面処理によりＲａを調整することができる。
（蛍光体プレートの色）
蛍光体プレートの色は、大まかには、α型サイアロン蛍光体の色に由来する黄色、橙色等である。ただし、製法や、スピネルの原料である金属酸化物の性状などによっても、蛍光体プレートの色目は変わる。そして、蛍光体プレートの色目を適切に設計することで、非発光吸収を低減することができ、発光効率を一層高めることができると考えられる。
具体的には、ＪＩＳ Ｚ ８７８１－４に準拠して測定される蛍光体プレートの主面（蛍光を発する面）のＬ＊ａ＊ｂ＊色座標は、以下のとおりである。
Ｌ＊値：通常７２．０以上９５．０以下、好ましくは８２．０以上９０．０以下、より好ましくは８４．０以上９０．０以下
ａ＊値：通常１．５以上６．５以下、好ましくは３．０以上６．０以下、より好ましくは３．５以上５．５以下
ｂ＊値：通常１０．０以上１６．０以下、好ましくは１１．５以上１５．０以下、より好ましくは１２．５以上１５．０以下
本発明者らの知見として、特に、ａ＊値とｂ＊値の和が適切な値である蛍光体プレートは、良好な発光効率を示す。具体的には、ａ＊値とｂ＊値の和は、好ましくは１１．０以上２０．０以下、より好ましくは１７．０以上１９．５以下、さらに好ましくは１７．５以上１９．０以下である。詳細なメカニズムは定かではないが、ａ＊値とｂ＊値の和を適切な範囲に制御することにより、α型サイアロン蛍光体およびスピネルを含む蛍光体プレートの、発光領域での非発光吸収を低減できるため、発光効率の低下が抑制できると考えられる。
蛍光体プレートの色（Ｌ＊ａ＊ｂ＊色座標）は、例えば、後述の蛍光体プレートの製造方法において、原料である２価の金属酸化物の粉末および／またはＡｌ２Ｏ３の粉末として、適切な比表面積のものを用いることで調整することができる。
（蛍光体プレートの厚み、形状など）
本実施形態の蛍光体プレートの厚みや形状は、特に限定されない。発光色変換部材として使用可能な限り、厚みや形状は特に限定されない。
蛍光体プレートの厚みは、例えば０．０１ｍｍ以上１．００ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下である。
＜蛍光体プレートの製造方法＞
本実施形態の蛍光体プレートは、例えば、α型サイアロン蛍光体と、スピネル原料粉末と、を含む混合物を加熱する焼成工程を含む工程により、製造することができる。
ここで、「スピネル原料粉末」は、例えば、（ｉ）前述の一般式Ｍ２ｘＡｌ４－４ｘＯ６－４ｘで表されるスピネルを含む粉末、および／または、（ｉｉ）一般式ＭＯ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれか）で表される金属酸化物の粉末とＡｌ２Ｏ３の粉末との混合物である。
原料は、できるだけ高純度であることが好ましい。具体的には、所望する構成元素以外の元素の不純物は０．１％以下であることが好ましい。
また、蛍光体プレートの製造に際しては、焼結により緻密化が進行するため、微粉末のスピネル原料粉末を使用することが好ましい。具体的には、原料のスピネル原料粉末の平均粒子径は１μｍ以下であることが好ましい。
本発明者らの知見として、比較的小さなＢＥＴ比表面積を有するスピネル原料粉末を用いることで、最終的に得られる蛍光体プレートの発光効率を一層高めることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、比表面積の比較的小さいスピネル原料粉を使用することで、比表面積の大きいスピネル原料を用いた場合と比べて焼結が穏やかになり、黒色化が抑制されるためと考えられる。
具体的な数値として、スピネル原料粉末のＢＥＴ比表面積は、例えば０．１ｍ２／ｇ以上２０．０ｍ２／ｇ以下、好ましくは０．１ｍ２／ｇ以上１０．０ｍ２／ｇ以下である。
ここで、スピネル原料粉末が、上記（ｉｉ）の、一般式ＭＯで表される金属酸化物の粉末とＡｌ２Ｏ３の粉末との混合物である場合には、混合物全体としての比表面積、すなわち、Σ（各粉末の比表面積×スピネル原料粉末中の各粉末の質量比率）を、スピネル原料粉末の比表面積として採用する。
焼成のための混合物を得る混合方法としては、乾式、湿式の種々の方法を適用できる。原料として用いるα型サイアロン蛍光体粒子が極力粉砕されず、また混合時に装置からの不純物が極力混入しない方法が好ましい。
焼成の温度は、例えば１３００℃以上１７００℃以下である。複合体を緻密化するためには、焼成温度は高い方が好ましい。ただし、焼成温度が高いほど、α型サイアロン蛍光体の蛍光特性が低下する。よって、適切な温度での焼成が好ましい。
焼成方法は常圧焼結でも加圧焼結でもよい。α型サイアロン蛍光体の特性低下を抑制し、且つ緻密な複合体を得るために、常圧焼結よりも緻密化させやすい加圧焼結が好ましい。加圧焼結方法としては、ホットプレス焼結や放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、熱間等方加圧焼結（ＨＩＰ）などが挙げられる。ホットプレス焼結やＳＰＳ焼結の場合、圧力は１０ＭＰａ以上、好ましくは３０ＭＰａ以上が好ましく、１００ＭＰａ以下が好ましい。
焼成雰囲気は、α型サイアロンの酸化を防ぐため、窒素やアルゴンなどの非酸化性の不活性ガス、もしくは真空雰囲気下が好ましい。
＜発光装置＞
本実施形態の発光装置は、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子（発光素子２０）と、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた上記の蛍光体プレート１０と、を備える。
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子は、例えば、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ系材料などのＩＩＩ族窒化物半導体で構成される、ｎ層、発光層、およびｐ層を備える。ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子として、青色光を発光する青色ＬＥＤを用いることができる。
蛍光体プレート１０は、発光素子２０の一面上に直接配置されてもよいが、光透過性部材またはスペーサーを介して配置されてもよい。
発光素子２０の上に配置される蛍光体プレート１０は、図１に示す円板形状の蛍光体プレート１００（蛍光体ウェハ）を用いてもよいが、蛍光体プレート１００を個片化したものを用いることもできる。
図１は、蛍光体プレートの構成の一例を示す模式図である。図１に示す蛍光体プレート１００の厚みは、例えば１００μｍ以上１ｍｍ以下である。蛍光体プレート１００の厚みは、上記の製造工程（焼成など）の後、研削などにより調整されてもよい。
ちなみに、円板形状の蛍光体プレート１００は、四角形状の場合と比べて、角部における欠けや割れの発生が抑制されるため、耐久性や搬送性に優れる。
発光装置の一例を、図２（ａ）、（ｂ）に示す。図２（ａ）はフリップチップ型の発光装置１１０の構成を模式的に示す断面図であり、図２（ｂ）はワイヤボンディング型の発光装置１２０の構成を模式的に示す断面図である。
図２（ａ）の発光装置１１０は、基板３０と、半田４０（ダイボンド材）を介して基板３０と電気的に接続された発光素子２０と、発光素子２０の発光面上に設けられた蛍光体プレート１０と、を備える。フリップチップ型の発光装置１１０は、フェイスアップ型およびフェイスダウン型のいずれの構造でもよい。
また、図２（ｂ）の発光装置１２０は、基板３０と、ボンディングワイヤ６０および電極５０を介して基板３０と電気的に接続された発光素子２０と、発光素子２０の発光面上に設けられた蛍光体プレート１０と、を備える。
図２中、発光素子２０と蛍光体プレート１０とは、公知の方法で貼り付けられており、例えば、シリコーン系接着剤や熱融着等の方法で貼り合わされてもよい。
発光装置１１０、発光装置１２０は、全体を透明封止材で封止されていてもよい。
基板３０に実装された発光素子２０に対し、個片化された蛍光体プレート１０を貼り付けてもよい。大面積の蛍光体プレート１００に複数の発光素子２０を貼り付けてから、ダイシングにより、蛍光体プレート１０付き発光素子２０ごとに個片化してもよい。また、複数の発光素子２０が表面に形成された半導体ウェハに、大面積の蛍光体プレート１００を貼り付け、その後、半導体ウェハと蛍光体プレート１００を一括して個片化してもよい。
以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することができる。また、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
以下、参考形態の例を付記する。
１．
α型サイアロン蛍光体と、一般式Ｍ ２ｘ Ａｌ ４－４ｘ Ｏ ６－４ｘ （ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれかであり、０．２＜ｘ＜０．６である）で表されるスピネルを含む焼結体と、を含む複合体からなる蛍光体プレート。
２．
１．に記載の蛍光体プレートであって、
前記α型サイアロン蛍光体の含有量は、前記複合体全体に対して、５Ｖｏｌ％以上５０Ｖｏｌ％以下である、蛍光体プレート。
３．
１．または２．に記載の蛍光体プレートであって、
前記α型サイアロン蛍光体および前記スピネルを含む焼結体の含有量の合計値は、前記複合体全体に対して、９５Ｖｏｌ％以上１００Ｖｏｌ％以下である、蛍光体プレート。
４．
１．～３．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートであって、
前記α型サイアロン蛍光体は、下記一般式（１）で表されるＥｕ元素を含有するα型サイアロン蛍光体を含む、蛍光体プレート。
（Ｍ） ｍ（１－ｘ）／ｐ （Ｅｕ） ｍｘ／２ （Ｓｉ） １２－（ｍ＋ｎ） （Ａｌ） ｍ＋ｎ （Ｏ） ｎ （Ｎ） １６－ｎ ・・・一般式（１）
一般式（１）中、
ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる１種以上の元素を表し
ｐはＭ元素の価数を表し、
０＜ｘ＜０．５、１．５≦ｍ≦４．０、０≦ｎ≦２．０である。
５．
１．～４．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートであって、
前記複合体中のα型サイアロン蛍光体の、体積基準でのメジアン径Ｄ ５０ は、２μｍ以上３０μｍ以下である、蛍光体プレート。
６．
１．～５．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートであって、
当該蛍光体プレートの主面における表面粗さＲａが、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下である、蛍光体プレート。
７．
１．～６．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートであって、
ＪＩＳ Ｚ ８７８１－４に準拠して測定される、当該蛍光体プレートの主面の、Ｌ ＊ ａ ＊ ｂ ＊ 色座標におけるａ ＊ 値とｂ ＊ 値の和が１７．０以上１９．５以下である、蛍光体プレート。
８．
１．～７．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートであって、
照射された青色光を橙色光に変換して発光する波長変換体として用いられる、蛍光体プレート。
９．
ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と、
前記ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた１．～８．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートと、
を備える、発光装置。
１０．
１．～８．のいずれか一つに記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
α型サイアロン蛍光体と、スピネル原料粉末と、を含む混合物を加熱する焼成工程を含み、
前記スピネル原料粉末は、（ｉ）前記一般式で表されるスピネルを含む粉末、および／または、（ｉｉ）一般式ＭＯ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれか）で表される金属酸化物の粉末とＡｌ ２ Ｏ ３ の粉末との混合物であり、
前記スピネル原料粉末のＢＥＴ比表面積は０．１ｍ ２ ／ｇ以上１０．０ｍ ２ ／ｇ以下である、蛍光体プレートの製造方法。
本発明の実施態様を、実施例および比較例に基づき詳細に説明する。念のため述べておくと、本発明は実施例のみに限定されない。
（蛍光体プレートの製造）
以下手順により蛍光体プレートを製造した。
（１）後掲の表１に記載のα型サイアロン蛍光体と、スピネル原料粉（ＭｇＯおよびＡｌ２Ｏ３）とを、ポリエチレン製のポットとアルミナ製のボールを用いて、エタノール溶媒中において３０分間湿式混合し、得られたスラリーを吸引濾過して溶媒を除去した後、乾燥した。そして、混合後の原料を、目開き７５μｍのナイロン製メッシュ篩を通して凝集を解き、原料混合粉末を得た。
αサイアロン蛍光体の量は、原料混合粉末中３０体積％となるように調整した（残部の７０体積％は、ＭｇＯおよびＡｌ２Ｏ３である）。
スピネル原料粉中のＭｇＯとＡｌ２Ｏ３の比率は、質量比で、ＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３＝２８：７２（モル量において、Ｍｇ：Ａｌ＝１：２）となるようにした。
（２）原料混合粉末をホットプレス治具内に充填した。具体的には、約１０ｇの原料混合粉末を、カーボン製下パンチをセットした内径３０ｍｍのカーボン製ダイスに充填した。その後、カーボン製上パンチをセットし、原料粉末を挟み込んだ。
原料混合粉末とカーボン治具の間には、固着防止のために、厚み０．１２７ｍｍのカーボンシート（ＧｒａＴｅｃｈ社製、ＧＲＡＦＯＩＬ）をセットした。
（３）原料混合粉末を充填したホットプレス治具を、カーボンヒーターを備える多目的高温炉（富士電波工業株式会社製、ハイマルチ５０００）にセットした。炉内を０．１Ｐａ以下まで真空排気し、減圧状態を保ったまま、上下パンチを５５ＭＰａのプレス圧で加圧した。加圧状態を維持したまま、毎分５℃の速さで１６００℃まで昇温した。１６００℃に到達後、加熱を止め、室温まで徐冷し、除圧した。その後、外径３０ｍｍの焼成物を回収し、平面研削盤と円筒研削盤を用いて、外周部を研削した。これにより、直径２５ｍｍの円板状の蛍光体プレートを得た（厚みは表に記載）。
得られたサンプルに対してＸ線回折装置（株式会社リガク製ＵｌｔｉｍａＩＶ）を用い、ＣｕＫα線を用いたＸＲＤ測定を行った。得られたＸ線回折パターンから主相としてα型サイアロンとスピネルが存在することを確認した。
また、ＳＥＭ観察用に、得られた蛍光体プレートを研磨して、その研磨面をＳＥＭで観察した。その結果、実施例１～１０の蛍光体プレートにおいては、スピネルを含むマトリックス相の間にα型サイアロン蛍光体粒子が分散した状態が観察された。
さらに、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に準拠し、表面粗さ測定器（ミツトヨ製、ＳＪ－４００）を用いて、各蛍光体プレートの主面の表面粗さＲａを測定した。
加えて、得られた蛍光体プレートのＬ＊ａ＊ｂ＊色座標を、日本分光社製紫外可視分光光度計（Ｖ－５５０）に積分球装置（ＩＳＶ－４６９）を取り付けた装置で測定した。
具体的には、まず、標準白板（Ｌａｂｓｐｈｅｒｅ社製、スペクトラロン）でベース補正を行った。その後、積分球装置と標準白板の間に挟むように蛍光体プレートをセットし、３００～８５０ｎｍの波長範囲で測定を行った。そして、ＪＩＳ Ｚ ８７８１－４：２０１３に準拠し、Ｌ＊値、ａ＊値およびｂ＊値を算出した。
表１に記載の原料の詳細は以下のとおりである。
（α型サイアロン蛍光体）
蛍光体１：Ｃａ－αサイアロン蛍光体（アロンブライトＹＬ－６００Ｂ、デンカ株式会社製、メジアン径１５μｍ）
（ＭｇＯ）
ＭｇＯ－１：富士フイルム和光純薬社製の酸化マグネシウム、平均粒径０．２μｍ、純度９９．９％、ＢＥＴ比表面積２．３ｍ２／ｇ
ＭｇＯ－２：岩谷化学社製の酸化マグネシウム、品番「ＭＪ－３０」、ＢＥＴ比表面積２０．６ｍ２／ｇ
（Ａｌ２Ｏ３）
Ａｌ２Ｏ３－１：ＴＭ－ＤＡＲ（大明化学社製）、ＢＥＴ比表面積１４．５ｍ２／ｇ
Ａｌ２Ｏ３－２：ＡＫＰ－５３（住友化学社）、ＢＥＴ比表面積１１．７ｍ２／ｇ
Ａｌ２Ｏ３－３：ＡＫＰ－２０（住友化学社製）、ＢＥＴ比表面積４．３ｍ２／ｇ
Ａｌ２Ｏ３－４：ＡＫＰ－３０００（住友化学社製）、ＢＥＴ比表面積４．５ｍ２／ｇ
Ａｌ２Ｏ３－５：ＡＡ－０３（住友化学社製）、ＢＥＴ比表面積５．２ｍ２／ｇ
（ＳｉＯ２：比較例用）
ＳｉＯ２－１：ＳＦＰ－３０Ｍ（デンカ社製）、ＢＥＴ比表面積６．２ｍ２／ｇ
ＳｉＯ２－２：ＦＢ－９ＳＤＣ（デンカ社製）、ＢＥＴ比表面積１．４ｍ２／ｇ
上記の各素材のＢＥＴ比表面積は、比表面積／細孔分布測定装置ＢＥＬＳＯＲＰ－ｍｉｎｉ（マイクロトラック・ベル社製）を用いて、ＪＩＳ Ｚ ８８３０：２０１３に準じて測定された値である。
表１において「ＢＥＴ比表面積」は、「ＭｇＯのＢＥＴ比表面積×スピネル原料粉中のＭｇＯの質量比率（２８／１００）＋Ａｌ２Ｏ３のＢＥＴ比表面積×スピネル原料粉中のＡｌ２Ｏ３の質量比率（７２／１００）」の値である。すなわち、表１のＢＥＴ比表面積は、ＭｇＯを２８質量％、Ａｌ２Ｏ３を７２質量％含むスピネル原料粉「全体として」の比表面積を表す。
Figure 0007519372000001
＜発光効率の評価＞
蛍光体プレートの発光効率を、チップオンボード型（ＣＯＢ型）のＬＥＤパッケージ１３０を用いて評価した。図３は、蛍光体プレート１００の発光スペクトルを測定するための装置（ＬＥＤパッケージ１３０）の概略図である。
まず、凹部７０が形成されたアルミ基板（基板３０）を用意した。凹部７０の底面の径φは１３．５ｍｍ、凹部７０の開口部の径φは１６ｍｍであった。この基板３０の凹部７０の内部に、青色発光光源として青色ＬＥＤ（発光素子２０）を実装した。
その後、基板３０の凹部７０の開口部を塞ぐように、青色ＬＥＤの上部に円形状の蛍光体プレート１００を設置し、図３に示す装置（チップオンボード型（ＣＯＢ型）のＬＥＤパッケージ１３０）を作製した。
全光束測定システム（ＨａｌｆＭｏｏｎ／φ１０００ｍｍ積分球システム、大塚電子株式会社製）を用いて、作製したＬＥＤパッケージ１３０の青色ＬＥＤを点灯したときの、蛍光体プレート１００の表面における発光スペクトルを測定した。
得られた発光スペクトルにおいて、波長が５８５ｎｍ以上６０５ｎｍである橙色光（Ｏｒａｎｇｅ）の発光強度（蛍光強度）の最大値（Ｗ／ｎｍ）を求めた。表２には、蛍光強度の最大値について、実施例１を１００％として規格化ときの、他の実施例・比較例の相対値（％）を示す。
Figure 0007519372000002
表２より、実施例１～１０の蛍光体プレートの発光強度（蛍光強度）は、比較例１および２の蛍光体プレートの発光強度よりも大きかった。つまり、α型サイアロン蛍光体と、スピネルを含む焼結体とを含む複合体からなる蛍光体プレートは、優れた発光効率を有することが示された。
実施例１～１０をより詳細に分析すると、スピネル原料粉のＢＥＴ比表面積が０．１ｍ２／ｇ以上１０．０ｍ２／ｇ以下である、かつ／または、ａ＊値とｂ＊値の和が１７．０以上１９．５以下である実施例５～１０の蛍光体プレートが、より優れた発光効率を示した。
この出願は、２０１９年１０月２３日に出願された日本出願特願２０１９－１９２９４９号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１０ 蛍光体プレート
２０ 発光素子
３０ 基板
４０ 半田
５０ 電極
６０ ボンディングワイヤ
７０ 凹部
１００ 蛍光体プレート
１００ 発光装置
１２０ 発光装置
１３０ ＬＥＤパッケージ

Claims (8)

  1. α型サイアロン蛍光体と、一般式Ｍ２ｘＡｌ４－４ｘＯ６－４ｘ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれかであり、０．２＜ｘ＜０．６である）で表されるスピネルを含む焼結体と、を含む複合体からなる蛍光体プレートであって、
    前記α型サイアロン蛍光体の含有量は、前記複合体全体に対して、１０Ｖｏｌ％以上４５Ｖｏｌ％以下であり、
    前記α型サイアロン蛍光体および前記スピネルを含む焼結体の含有量の合計値は、前記複合体全体に対して、９８Ｖｏｌ％以上１００Ｖｏｌ％以下である、蛍光体プレート。
  2. 請求項１に記載の蛍光体プレートであって、
    前記α型サイアロン蛍光体は、下記一般式（１）で表されるＥｕ元素を含有するα型サイアロン蛍光体を含む、蛍光体プレート。
    （Ｍ）ｍ（１－ｘ）／ｐ（Ｅｕ）ｍｘ／２（Ｓｉ）１２－（ｍ＋ｎ）（Ａｌ）ｍ＋ｎ（Ｏ）ｎ（Ｎ）１６－ｎ ・・・一般式（１）
    一般式（１）中、
    ＭはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ及びランタニド元素（ＬａとＣｅを除く）からなる群から選ばれる１種以上の元素を表し
    ｐはＭ元素の価数を表し、
    ０＜ｘ＜０．５、１．５≦ｍ≦４．０、０≦ｎ≦２．０である。
  3. 請求項１または２に記載の蛍光体プレートであって、
    前記複合体中のα型サイアロン蛍光体の、体積基準でのメジアン径Ｄ５０は、２μｍ以上３０μｍ以下である、蛍光体プレート。
  4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
    当該蛍光体プレートの主面における表面粗さＲａが、０．０１μｍ以上２．０μｍ以下である、蛍光体プレート。
  5. 請求項１～４のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
    ＪＩＳ Ｚ ８７８１－４に準拠して測定される、当該蛍光体プレートの主面の、Ｌ＊ａ＊ｂ＊色座標におけるａ＊値とｂ＊値の和が１７．０以上１９．５以下である、蛍光体プレート。
  6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の蛍光体プレートであって、
    照射された青色光を橙色光に変換して発光する波長変換体として用いられる、蛍光体プレート。
  7. ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子と、
    前記ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の一面上に設けられた請求項１～６のいずれか一項に記載の蛍光体プレートと、
    を備える、発光装置。
  8. 請求項１～６のいずれか一項に記載の蛍光体プレートの製造方法であって、
    α型サイアロン蛍光体と、スピネル原料粉末と、を含む混合物を加熱する焼成工程を含み、
    前記スピネル原料粉末は、（ｉ）前記一般式で表されるスピネルを含む粉末、および／または、（ｉｉ）一般式ＭＯ（ＭはＭｇ、Ｍｎ、Ｚｎの少なくともいずれか）で表される金属酸化物の粉末とＡｌ２Ｏ３の粉末との混合物であり、
    前記スピネル原料粉末のＢＥＴ比表面積は０．１ｍ２／ｇ以上１０．０ｍ２／ｇ以下である、蛍光体プレートの製造方法。
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