セラミックス複合体
【課題】色度バラツキがなく、安定的に発光する白色又は有色ＬＥＤを得るために、青色光を均一に波長変換することができ、発光分布のバラツキが抑制されたセラミックス複合体を提供する。
【解決手段】セラミックス複合体を、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相２と、前記マトリックス相２内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相３と、前記マトリックス相２及び前記主蛍光体相３中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相４とを備えた構成とする。
【解決手段】セラミックス複合体を、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相２と、前記マトリックス相２内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相３と、前記マトリックス相２及び前記主蛍光体相３中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相４とを備えた構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色又は有色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等に使用される波長変換用のセラミックス複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、省電力、長寿命、小サイズ等の特性により、携帯電話や各種表示装置等に適用されており、発光効率の向上に伴い、照明用途においても急激に普及しつつある。
現在、白色ＬＥＤ照明においては、青色ＬＥＤと青色の補色である黄色に発光する蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法が主流となっている。前記蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）系のセラミックスが多用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、Ｃｅを含有するＹＡＧからなる蛍光体相と、Ａｌ2Ｏ3とＡｌＮの少なくとも一方からなるマトリックス相とを有するセラミックス複合体が記載されている。このように蛍光体をセラミックス複合体としたものは、簡単な構成でありながら、優れた発光強度を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなセラミックス複合体は、製造の際の焼成時に、Ｃｅが揮発しやすく、部位や製造ロットによって発光分布にバラツキを生じ、青色光の照射の際、波長変換が不均一となるため、色度バラツキを生じることがあった。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、色度バラツキがなく、安定的に発光する白色又は有色ＬＥＤを得るために、青色光を均一に波長変換することができ、発光分布のバラツキが抑制されたセラミックス複合体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係るセラミックス複合体は、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記マトリックス相及び前記主蛍光体相中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相とを備えていることを特徴とする。
このような構成にすることにより、青色光の照射時の波長変換を均一に行うことができ、発光分布のバラツキを抑制することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係るセラミックス複合体は、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記主蛍光体相のみに混在し、かつ、前記主蛍光体相の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在し、前記セラミックス複合体全体積中に０．１〜５．０ｖｏｌ％含有されているＣｅＡｌ11Ｏ18相を備えていることを特徴とする。
このような構成にすることにより、微量のＣｅＡｌ11Ｏ18相により主蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキが効果的に抑制される。
【０００９】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相の被覆厚さは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
このような構成にすることにより、蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るセラミックス複合体は、青色光が照射された際、蛍光体相によって均一に波長変換することができ、発光分布のバラツキを抑制することができる。
したがって、本発明に係るセラミックス複合体は、青色ＬＥＤとの併用によって、色度バラツキがなく、安定して発光する白色等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るセラミックス複合体による蛍光体の一例を示した斜視図である。
【図２】図１に示す蛍光体の本発明の第１の態様に係るＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す蛍光体の本発明の第２の態様に係るＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るセラミックス複合体を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るセラミックス複合体による蛍光体の一例の外観を示したものであり、そのＡ−Ａ断面図であって、第１の態様に係るものを図２に、第２の態様に係るものを図３に示す。
図２に示すように、本発明の第１の態様に係るセラミックス複合体１は、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相２と、マトリックス相２内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相３と、マトリックス相２及び主蛍光体相３中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相４とを備えている。
【００１３】
前記セラミックス複合体１のマトリックス相２は、Ａｌ2Ｏ3により構成される。
Ａｌ2Ｏ3セラミックスは、耐熱性、耐候性、放熱性に優れ、また、透光性にも優れているため、前記主蛍光体相３をマトリックス相２中に好適に混在させ、かつ、前記主蛍光体相からの発光を透過させることができ、さらに、耐久性の観点からも好適な材質である。
【００１４】
主蛍光体相３は、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される。
【００１５】
本発明に係るセラミックス複合体１は、このように、付活剤としてＣｅが用いられる主蛍光体相３を有しており、製造する際の焼成時にＣｅが揮発しやすく、これにより、該セラミックス複合体の部位や製造ロットによって、色度バラツキを生じる。
上記課題を解決するために、本発明に係るセラミックス複合体においては、例えば、図２に示すような態様で、マトリックス相２及び主蛍光体相３中にＣｅＡｌ11Ｏ18相４を混在させている。
このような構成とすることにより、主蛍光体相中のＣｅの揮発分をＣｅＡｌ11Ｏ18相の混在によりＣｅを補うことができるため、主蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキが抑制されると考えられる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様に係るセラミックス複合体１は、マトリックス相２及び主蛍光体相３は第１の態様に係るセラミックス複合体と同様の構成であるが、図３に示すように、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が、主蛍光体相３のみに混在し、かつ、主蛍光体相３の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在しているものである。
このように、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が、主蛍光体相３の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在していることにより、微量のＣｅＡｌ11Ｏ18相４により、主蛍光体相３におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキを抑制することができる。
【００１７】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相４は、セラミックス複合体全体積中に０．１〜５．０ｖｏｌ％含有されていることが好ましい。
前記体積が０．１ｖｏｌ％未満の場合、焼成時に揮発したＣｅを補給されない部分が多く生じ、色度バラツキが十分に抑制されない。
一方、前記体積が５．０ｖｏｌ％を超える場合は、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が蛍光を吸収してしまい、発光効率が低下することとなる。
なお、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４の体積は、セラミックス複合体の任意の断面を電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により組成分析し、面内のＣｅ、Ａｌ及びＡ（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種）、Ｂ（Ａｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種）の濃度分布を算出し、さらに、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４の割合を算出することにより求められる。
【００１８】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相４の厚さは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
このような厚さであれば、微量のＣｅＡｌ11Ｏ18相によって、より効果的にＣｅを補填することができ、主蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、高い効率を保ち、かつ、発光分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。
前記厚さが０．１μｍ未満の場合、主蛍光体相３の外周部に、高密度で存在しない部分が生じるおそれがある。
一方、前記厚さが１０μｍを超える場合は、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が蛍光を吸収してしまい、発光効率が低下するおそれがある。
なお、前記厚さは、ＥＰＭＡにより組成分析し、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４を特定して算出することにより求められる。
【００１９】
なお、前記主蛍光体相３に対する付活剤であるＣｅの含有量比は、一般式一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表されるＡに対して原子比で０．００１〜０．０５であることが好ましい。
Ｃｅの含有量比を上記範囲内の値とすることにより、青色光の照射により好適な波長で蛍光を生じ、実用的な白色等の発光色を得ることができる。
Ｃｅの含有量比が０．００１未満の場合、十分なＣｅＡｌ11Ｏ18相を形成することができず、発光分布にバラツキが生じるおそれがある。
一方、Ｃｅの含有量比が０．０５を超えると、ＣｅＡｌ11Ｏ18相が過度に形成され、発光強度が低下するおそれがある。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
（第１の態様に係るセラミックス複合体の作製）
原料として、ＣｅＯ2粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）、Ｙ2Ｏ3粉末（平均粒径０．９μｍ、純度９９．９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）を用いた。
まず、ＣｅＯ2粉末とＹ2Ｏ3粉末を所定の割合で混合し、エタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径２０μｍの造粒粉を作製した。
次に、Ａｌ2Ｏ3粉末のみにエタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径５０μｍの造粒粉を作製した。
作製した２種類の造粒粉を乾式混合した後、１０ＭＰａで一軸金型成形、次いで、１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、成形体とした。得られた成形体を、大気中６００℃で脱脂後、真空雰囲気下で焼成し、セラミックス複合体を作製した。
作製したセラミックス複合体について、以下に示すような各種評価を行った。
【００２１】
（セラミックス複合体の物性及び光学特性評価）
（１）体積組成
セラミックス複合体を粉末Ｘ線回折により結晶相を調べた後、断面を研磨し、ＥＰＭＡにより組成分析した。
これらの測定結果から、セラミックス複合体に占める主蛍光体相であるＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの体積比率、マトリックス相であるＡｌ2Ｏ3の体積比率、ＣｅＡｌ11Ｏ18相の体積比率を算出した結果、主蛍光体相は２５％であり、ＣｅＡｌ11Ｏ18相は０．５％であった。また、ＣｅＡｌ11Ｏ18相が、マトリックス相及び主蛍光体相中に混在していることが確認された。
【００２２】
また、上記（１）と同様の条件の試料について、下記（２）〜（５）に示す評価を行った。
（２）発光強度
７．５ｍｍ×７．５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍに加工した試料について、ピーク波長４７３ｎｍの青色ＬＥＤを励起光としたときの発光を積分球にて集光後、分光器（オーシャンオプティクス社製ＵＳＢ４０００ファイバマルチチャンネル分光器）にて測定したスペクトルから、吸収量で規格化した発光強度を求めた。
その結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて（基準値１００）、１１０（相対値）と発光強度が高いことが認められた。
【００２３】
（３）色ムラ
１ｍｍ×１ｍｍ×０．０８ｍｍ加工した試料を、青色ＬＥＤ素子（発光領域：１ｍｍ×１ｍｍ、発光波長：４６０ｎｍ）上にシリコーン樹脂で固定することにより、青色ＬＥＤに実装し、ＬＥＤ素子の側方からの発光の色ムラを観察した。
その結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて、色ムラが少ないことが認められた。
【００２４】
（４）色度バラツキ
６０ｍｍ×６０ｍｍ×厚さ０．０８ｍｍに加工した試料について、試料下部より直径１ｍｍの青色光を照射し、上部に照度計（コニカミノルタ製Ｔ−１０Ｍ）を設置した。試料中央５０ｍｍ×５０ｍｍ領域を５ｍｍ間隔（計１２１点）の色度を測定し、色度バラツキを評価した。ΔＣＩＥxは０．００１５であり、バラツキが小さいことが認められた。
【００２５】
（５）熱伝導率
直径１０ｍｍ×厚さ２ｍｍに加工した試料について、レーザフラッシュ法により熱伝導率を測定した。放熱効果の観点から、１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を目標として評価した結果、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高熱伝導率であることが認められた。
【００２６】
［実施例２］
（第２の態様に係るセラミックス複合体の作製）
原料として、ＣｅＯ2粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）、Ｙ2Ｏ3粉末（平均粒径０．９μｍ、純度９９．９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）を用いた。
まず、各原料粉末を所定の割合で混合し、エタノールを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径２０μｍの造粒粉を作製した。
作製した造粒粉を大気中１７００℃で焼成し、ＣｅＡｌ11Ｏ18を含有するＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ粉末を得た。
得られたＣｅＡｌ11Ｏ18含有Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ粉末及びＡｌ2Ｏ3粉末にエタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径５０μｍの造粒粉を作製した。
この造粒粉を１０ＭＰａで一軸金型成形、次いで、１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、成形体とした。得られた成形体を、大気中６００℃で脱脂後、真空雰囲気下で焼成し、セラミックス複合体を作製した。
作製したセラミックス複合体について、実施例１と同様にして各種評価を行った。
【００２７】
（セラミックス複合体の物性及び光学特性評価）
（１）体積組成
セラミックス複合体に占める主蛍光体相であるＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの体積比率は２５％であり、ＣｅＡｌ11Ｏ18相の体積比率は０．２％であった。
（２）ＣｅＡｌ11Ｏ18相の厚さ
セラミックス複合体断面をＥＰＭＡにより組成分析した後、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12:Ｃｅ周囲の任意の８点のＣｅＡｌ11Ｏ18相の厚さを測定し、平均値を算出したところ、厚さは０．７μｍであった。
【００２８】
また、上記（１），（２）と同様の条件における試料について、下記（３）〜（６）に示す評価を行った。
（３）発光強度
市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて（基準値１００）、１１１（相対値）と発光強度が高いことが認められた。
【００２９】
（４）色ムラ
ＬＥＤ素子の側方からの色ムラを観察した結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて、色ムラが少ないことが認められた。
【００３０】
（５）色度バラツキ
ΔＣＩＥxは０．００１１であり、バラツキが小さいことが認められた。
【００３１】
（６）熱伝導率
１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を目標として評価した結果、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高熱伝導率であることが認められた。
【００３２】
［比較例１］
（ＣｅＡｌ11Ｏ18相を含有しないセラミックス複合体の作製）
原料として、ＣｅＯ2粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）、Ｙ2Ｏ3粉末（平均粒径０．９μｍ、純度９９．９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）を用い、エタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径２０μｍの造粒粉を作製した。
この造粒粉を１０ＭＰａで一軸金型成形、次いで、１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、成形体とした。
得られた成形体を、大気中６００℃で脱脂後、真空雰囲気下で焼成し、セラミックス複合体を作製した。
作製したセラミックス複合体について、実施例１と同様にして各種評価を行った。
【００３３】
（セラミックス複合体の物性及び光学特性評価）
（１）体積組成
セラミックス複合体に占める蛍光体相であるＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの体積比率は２５％であり、ＣｅＡｌ11Ｏ18相は確認されなかった。
【００３４】
次に、上記（１）と同様の条件における試料について、下記（２）〜（５）に示す評価を行った。
（２）発光強度
市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて（基準値１００）、１１１（相対値）と発光強度が高いことが認められた。
【００３５】
（３）色ムラ
ＬＥＤ素子の側方からの色ムラを観察した結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて、色ムラが少ないことが認められた。
【００３６】
（４）色度バラツキ
ΔＣＩＥxは０．０１５であり、実施例１，２よりもバラツキが大きかった。
【００３７】
（５）熱伝導率
１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を目標として評価した結果、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高熱伝導率であることが認められた。
【００３８】
上記評価結果から、本発明に係るセラミックス複合体は、ＣｅＡｌ11Ｏ18相によって色度バラツキが抑制され、要求される黄色蛍光の発光強度が高く、熱伝導率も高く、白色ＬＥＤにおいて青色ＬＥＤとともに用いられる蛍光体として好適であることが認められた。
【符号の説明】
【００３９】
１ セラミックス複合体
２ マトリックス相
３ 主蛍光体相
４ ＣｅＡｌ11Ｏ18相
【技術分野】
【０００１】
本発明は、白色又は有色発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）等に使用される波長変換用のセラミックス複合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤは、省電力、長寿命、小サイズ等の特性により、携帯電話や各種表示装置等に適用されており、発光効率の向上に伴い、照明用途においても急激に普及しつつある。
現在、白色ＬＥＤ照明においては、青色ＬＥＤと青色の補色である黄色に発光する蛍光体とを組み合わせて白色光を得る方法が主流となっている。前記蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウムアルミニウムガーネット）系のセラミックスが多用されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、Ｃｅを含有するＹＡＧからなる蛍光体相と、Ａｌ2Ｏ3とＡｌＮの少なくとも一方からなるマトリックス相とを有するセラミックス複合体が記載されている。このように蛍光体をセラミックス複合体としたものは、簡単な構成でありながら、優れた発光強度を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１２２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載されたようなセラミックス複合体は、製造の際の焼成時に、Ｃｅが揮発しやすく、部位や製造ロットによって発光分布にバラツキを生じ、青色光の照射の際、波長変換が不均一となるため、色度バラツキを生じることがあった。
【０００６】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、色度バラツキがなく、安定的に発光する白色又は有色ＬＥＤを得るために、青色光を均一に波長変換することができ、発光分布のバラツキが抑制されたセラミックス複合体を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様に係るセラミックス複合体は、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記マトリックス相及び前記主蛍光体相中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相とを備えていることを特徴とする。
このような構成にすることにより、青色光の照射時の波長変換を均一に行うことができ、発光分布のバラツキを抑制することができる。
【０００８】
また、本発明の第２の態様に係るセラミックス複合体は、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記主蛍光体相のみに混在し、かつ、前記主蛍光体相の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在し、前記セラミックス複合体全体積中に０．１〜５．０ｖｏｌ％含有されているＣｅＡｌ11Ｏ18相を備えていることを特徴とする。
このような構成にすることにより、微量のＣｅＡｌ11Ｏ18相により主蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキが効果的に抑制される。
【０００９】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相の被覆厚さは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
このような構成にすることにより、蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係るセラミックス複合体は、青色光が照射された際、蛍光体相によって均一に波長変換することができ、発光分布のバラツキを抑制することができる。
したがって、本発明に係るセラミックス複合体は、青色ＬＥＤとの併用によって、色度バラツキがなく、安定して発光する白色等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係るセラミックス複合体による蛍光体の一例を示した斜視図である。
【図２】図１に示す蛍光体の本発明の第１の態様に係るＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１に示す蛍光体の本発明の第２の態様に係るＡ−Ａ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明に係るセラミックス複合体を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るセラミックス複合体による蛍光体の一例の外観を示したものであり、そのＡ−Ａ断面図であって、第１の態様に係るものを図２に、第２の態様に係るものを図３に示す。
図２に示すように、本発明の第１の態様に係るセラミックス複合体１は、Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相２と、マトリックス相２内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相３と、マトリックス相２及び主蛍光体相３中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相４とを備えている。
【００１３】
前記セラミックス複合体１のマトリックス相２は、Ａｌ2Ｏ3により構成される。
Ａｌ2Ｏ3セラミックスは、耐熱性、耐候性、放熱性に優れ、また、透光性にも優れているため、前記主蛍光体相３をマトリックス相２中に好適に混在させ、かつ、前記主蛍光体相からの発光を透過させることができ、さらに、耐久性の観点からも好適な材質である。
【００１４】
主蛍光体相３は、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される。
【００１５】
本発明に係るセラミックス複合体１は、このように、付活剤としてＣｅが用いられる主蛍光体相３を有しており、製造する際の焼成時にＣｅが揮発しやすく、これにより、該セラミックス複合体の部位や製造ロットによって、色度バラツキを生じる。
上記課題を解決するために、本発明に係るセラミックス複合体においては、例えば、図２に示すような態様で、マトリックス相２及び主蛍光体相３中にＣｅＡｌ11Ｏ18相４を混在させている。
このような構成とすることにより、主蛍光体相中のＣｅの揮発分をＣｅＡｌ11Ｏ18相の混在によりＣｅを補うことができるため、主蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキが抑制されると考えられる。
【００１６】
また、本発明の第２の態様に係るセラミックス複合体１は、マトリックス相２及び主蛍光体相３は第１の態様に係るセラミックス複合体と同様の構成であるが、図３に示すように、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が、主蛍光体相３のみに混在し、かつ、主蛍光体相３の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在しているものである。
このように、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が、主蛍光体相３の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在していることにより、微量のＣｅＡｌ11Ｏ18相４により、主蛍光体相３におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、発光分布のバラツキを抑制することができる。
【００１７】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相４は、セラミックス複合体全体積中に０．１〜５．０ｖｏｌ％含有されていることが好ましい。
前記体積が０．１ｖｏｌ％未満の場合、焼成時に揮発したＣｅを補給されない部分が多く生じ、色度バラツキが十分に抑制されない。
一方、前記体積が５．０ｖｏｌ％を超える場合は、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が蛍光を吸収してしまい、発光効率が低下することとなる。
なお、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４の体積は、セラミックス複合体の任意の断面を電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）により組成分析し、面内のＣｅ、Ａｌ及びＡ（Ｙ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種）、Ｂ（Ａｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種）の濃度分布を算出し、さらに、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４の割合を算出することにより求められる。
【００１８】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相４の厚さは、０．１〜１０μｍであることが好ましい。
このような厚さであれば、微量のＣｅＡｌ11Ｏ18相によって、より効果的にＣｅを補填することができ、主蛍光体相におけるＣｅの濃度分布を均質に保持することができ、高い効率を保ち、かつ、発光分布のバラツキをより効果的に抑制することができる。
前記厚さが０．１μｍ未満の場合、主蛍光体相３の外周部に、高密度で存在しない部分が生じるおそれがある。
一方、前記厚さが１０μｍを超える場合は、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４が蛍光を吸収してしまい、発光効率が低下するおそれがある。
なお、前記厚さは、ＥＰＭＡにより組成分析し、ＣｅＡｌ11Ｏ18相４を特定して算出することにより求められる。
【００１９】
なお、前記主蛍光体相３に対する付活剤であるＣｅの含有量比は、一般式一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表されるＡに対して原子比で０．００１〜０．０５であることが好ましい。
Ｃｅの含有量比を上記範囲内の値とすることにより、青色光の照射により好適な波長で蛍光を生じ、実用的な白色等の発光色を得ることができる。
Ｃｅの含有量比が０．００１未満の場合、十分なＣｅＡｌ11Ｏ18相を形成することができず、発光分布にバラツキが生じるおそれがある。
一方、Ｃｅの含有量比が０．０５を超えると、ＣｅＡｌ11Ｏ18相が過度に形成され、発光強度が低下するおそれがある。
【実施例】
【００２０】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
［実施例１］
（第１の態様に係るセラミックス複合体の作製）
原料として、ＣｅＯ2粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）、Ｙ2Ｏ3粉末（平均粒径０．９μｍ、純度９９．９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）を用いた。
まず、ＣｅＯ2粉末とＹ2Ｏ3粉末を所定の割合で混合し、エタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径２０μｍの造粒粉を作製した。
次に、Ａｌ2Ｏ3粉末のみにエタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径５０μｍの造粒粉を作製した。
作製した２種類の造粒粉を乾式混合した後、１０ＭＰａで一軸金型成形、次いで、１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、成形体とした。得られた成形体を、大気中６００℃で脱脂後、真空雰囲気下で焼成し、セラミックス複合体を作製した。
作製したセラミックス複合体について、以下に示すような各種評価を行った。
【００２１】
（セラミックス複合体の物性及び光学特性評価）
（１）体積組成
セラミックス複合体を粉末Ｘ線回折により結晶相を調べた後、断面を研磨し、ＥＰＭＡにより組成分析した。
これらの測定結果から、セラミックス複合体に占める主蛍光体相であるＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの体積比率、マトリックス相であるＡｌ2Ｏ3の体積比率、ＣｅＡｌ11Ｏ18相の体積比率を算出した結果、主蛍光体相は２５％であり、ＣｅＡｌ11Ｏ18相は０．５％であった。また、ＣｅＡｌ11Ｏ18相が、マトリックス相及び主蛍光体相中に混在していることが確認された。
【００２２】
また、上記（１）と同様の条件の試料について、下記（２）〜（５）に示す評価を行った。
（２）発光強度
７．５ｍｍ×７．５ｍｍ×厚さ０．１ｍｍに加工した試料について、ピーク波長４７３ｎｍの青色ＬＥＤを励起光としたときの発光を積分球にて集光後、分光器（オーシャンオプティクス社製ＵＳＢ４０００ファイバマルチチャンネル分光器）にて測定したスペクトルから、吸収量で規格化した発光強度を求めた。
その結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて（基準値１００）、１１０（相対値）と発光強度が高いことが認められた。
【００２３】
（３）色ムラ
１ｍｍ×１ｍｍ×０．０８ｍｍ加工した試料を、青色ＬＥＤ素子（発光領域：１ｍｍ×１ｍｍ、発光波長：４６０ｎｍ）上にシリコーン樹脂で固定することにより、青色ＬＥＤに実装し、ＬＥＤ素子の側方からの発光の色ムラを観察した。
その結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて、色ムラが少ないことが認められた。
【００２４】
（４）色度バラツキ
６０ｍｍ×６０ｍｍ×厚さ０．０８ｍｍに加工した試料について、試料下部より直径１ｍｍの青色光を照射し、上部に照度計（コニカミノルタ製Ｔ−１０Ｍ）を設置した。試料中央５０ｍｍ×５０ｍｍ領域を５ｍｍ間隔（計１２１点）の色度を測定し、色度バラツキを評価した。ΔＣＩＥxは０．００１５であり、バラツキが小さいことが認められた。
【００２５】
（５）熱伝導率
直径１０ｍｍ×厚さ２ｍｍに加工した試料について、レーザフラッシュ法により熱伝導率を測定した。放熱効果の観点から、１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を目標として評価した結果、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高熱伝導率であることが認められた。
【００２６】
［実施例２］
（第２の態様に係るセラミックス複合体の作製）
原料として、ＣｅＯ2粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）、Ｙ2Ｏ3粉末（平均粒径０．９μｍ、純度９９．９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）を用いた。
まず、各原料粉末を所定の割合で混合し、エタノールを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径２０μｍの造粒粉を作製した。
作製した造粒粉を大気中１７００℃で焼成し、ＣｅＡｌ11Ｏ18を含有するＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ粉末を得た。
得られたＣｅＡｌ11Ｏ18含有Ｙ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅ粉末及びＡｌ2Ｏ3粉末にエタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径５０μｍの造粒粉を作製した。
この造粒粉を１０ＭＰａで一軸金型成形、次いで、１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、成形体とした。得られた成形体を、大気中６００℃で脱脂後、真空雰囲気下で焼成し、セラミックス複合体を作製した。
作製したセラミックス複合体について、実施例１と同様にして各種評価を行った。
【００２７】
（セラミックス複合体の物性及び光学特性評価）
（１）体積組成
セラミックス複合体に占める主蛍光体相であるＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの体積比率は２５％であり、ＣｅＡｌ11Ｏ18相の体積比率は０．２％であった。
（２）ＣｅＡｌ11Ｏ18相の厚さ
セラミックス複合体断面をＥＰＭＡにより組成分析した後、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12:Ｃｅ周囲の任意の８点のＣｅＡｌ11Ｏ18相の厚さを測定し、平均値を算出したところ、厚さは０．７μｍであった。
【００２８】
また、上記（１），（２）と同様の条件における試料について、下記（３）〜（６）に示す評価を行った。
（３）発光強度
市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて（基準値１００）、１１１（相対値）と発光強度が高いことが認められた。
【００２９】
（４）色ムラ
ＬＥＤ素子の側方からの色ムラを観察した結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて、色ムラが少ないことが認められた。
【００３０】
（５）色度バラツキ
ΔＣＩＥxは０．００１１であり、バラツキが小さいことが認められた。
【００３１】
（６）熱伝導率
１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を目標として評価した結果、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高熱伝導率であることが認められた。
【００３２】
［比較例１］
（ＣｅＡｌ11Ｏ18相を含有しないセラミックス複合体の作製）
原料として、ＣｅＯ2粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）、Ｙ2Ｏ3粉末（平均粒径０．９μｍ、純度９９．９％）、Ａｌ2Ｏ3粉末（平均粒径０．３μｍ、純度９９．９％）を用い、エタノールとアクリル系バインダを添加し、ボールミルにてアルミナボールを用いて２０時間混合し、スラリーを調製した。このスラリーから、スプレードライヤを用いて、平均粒径２０μｍの造粒粉を作製した。
この造粒粉を１０ＭＰａで一軸金型成形、次いで、１００ＭＰａで冷間静水圧成形（ＣＩＰ）を行い、成形体とした。
得られた成形体を、大気中６００℃で脱脂後、真空雰囲気下で焼成し、セラミックス複合体を作製した。
作製したセラミックス複合体について、実施例１と同様にして各種評価を行った。
【００３３】
（セラミックス複合体の物性及び光学特性評価）
（１）体積組成
セラミックス複合体に占める蛍光体相であるＹ3Ａｌ5Ｏ12：Ｃｅの体積比率は２５％であり、ＣｅＡｌ11Ｏ18相は確認されなかった。
【００３４】
次に、上記（１）と同様の条件における試料について、下記（２）〜（５）に示す評価を行った。
（２）発光強度
市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて（基準値１００）、１１１（相対値）と発光強度が高いことが認められた。
【００３５】
（３）色ムラ
ＬＥＤ素子の側方からの色ムラを観察した結果、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（化成オプトロニクス製Ｐ４６−Ｙ３）に比べて、色ムラが少ないことが認められた。
【００３６】
（４）色度バラツキ
ΔＣＩＥxは０．０１５であり、実施例１，２よりもバラツキが大きかった。
【００３７】
（５）熱伝導率
１８Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上を目標として評価した結果、２４Ｗ／（ｍ・Ｋ）と高熱伝導率であることが認められた。
【００３８】
上記評価結果から、本発明に係るセラミックス複合体は、ＣｅＡｌ11Ｏ18相によって色度バラツキが抑制され、要求される黄色蛍光の発光強度が高く、熱伝導率も高く、白色ＬＥＤにおいて青色ＬＥＤとともに用いられる蛍光体として好適であることが認められた。
【符号の説明】
【００３９】
１ セラミックス複合体
２ マトリックス相
３ 主蛍光体相
４ ＣｅＡｌ11Ｏ18相
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記マトリックス相及び前記主蛍光体相中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相とを備えていることを特徴とするセラミックス複合体。
【請求項２】
Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記主蛍光体相のみに混在し、かつ、前記主蛍光体相の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在し、前記セラミックス複合体全体積中に０．１〜５．０ｖｏｌ％含有されているＣｅＡｌ11Ｏ18相を備えていることを特徴とするセラミックス複合体。
【請求項３】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相の厚さは、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項２記載のセラミックス複合体。
【請求項１】
Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記マトリックス相及び前記主蛍光体相中に混在しているＣｅＡｌ11Ｏ18相とを備えていることを特徴とするセラミックス複合体。
【請求項２】
Ａｌ2Ｏ3で構成されるマトリックス相と、前記マトリックス相内に形成され、一般式Ａ3Ｂ5Ｏ12：Ｃｅ（ＡはＹ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｙｂ及びＬｕのうちから選ばれる少なくとも１種であり、ＢはＡｌ、Ｇａ及びＳｃのうちから選ばれる少なくとも１種である。）で表される物質で構成される主蛍光体相と、前記主蛍光体相のみに混在し、かつ、前記主蛍光体相の内側部よりも外周部に所定厚さで高密度で存在し、前記セラミックス複合体全体積中に０．１〜５．０ｖｏｌ％含有されているＣｅＡｌ11Ｏ18相を備えていることを特徴とするセラミックス複合体。
【請求項３】
前記ＣｅＡｌ11Ｏ18相の厚さは、０．１〜１０μｍであることを特徴とする請求項２記載のセラミックス複合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−５６９９９（Ｐ２０１３−５６９９９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６０８４（Ｐ２０１１−１９６０８４）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（５０７１８２８０７）コバレントマテリアル株式会社 (506)
【Ｆターム（参考）】
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