波長変換部材の製造方法、波長変換部材及び光源
【課題】高強度の波長変換部材を容易に製造することができる波長変換部材の製造方法の提供。
【解決手段】無機蛍光体とガラス粉末を含み、バインダーを含まない成形体を形成し、成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、焼結体プリフォーム３０を形成することが好ましい。この場合、焼結体プリフォーム３０内の空隙を少なくすることができる。従って、さらに高強度の波長変換部材を製造することができる。波長変換部材の形状は、特に限定されない。また、波長変換部材は、例えば、板状または棒状であってもよい。具体的には、例えば、波長変換部材は、長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状であってもよい。
【解決手段】無機蛍光体とガラス粉末を含み、バインダーを含まない成形体を形成し、成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、焼結体プリフォーム３０を形成することが好ましい。この場合、焼結体プリフォーム３０内の空隙を少なくすることができる。従って、さらに高強度の波長変換部材を製造することができる。波長変換部材の形状は、特に限定されない。また、波長変換部材は、例えば、板状または棒状であってもよい。具体的には、例えば、波長変換部材は、長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状であってもよい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材の製造方法、その方法により製造された波長変換部材及びそれを備える光源に関する。特に、本発明は、ガラス母材中に無機蛍光体粉末が分散している波長変換部材を製造する方法、その方法により製造された波長変換部材及びそれを備える光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、液晶ディスプレイのバックライトなどの用途に用いられる白色光源の開発が盛んに行われている。そのような白色光源の一例として、例えば下記の特許文献１には、青色光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の光出射側にＬＥＤからの光の一部を吸収し、黄色の光を出射する波長変換部材を配置した光源が開示されている。この光源は、青色光と黄色光の合成により白色光を発することができる。
【０００３】
この波長変換部材としては、従来、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させたものが使用されていた。しかしながら、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材では、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、白色光源の輝度が経時的に低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤからの光が、青色光などの波長の短く、エネルギーが強い光である場合は、樹脂が劣化しやすい。
【０００４】
このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献２，３には、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材が提案されている。特許文献２，３に記載の波長変換部材は、樹脂を含まず、無機固体のみから構成されるため、優れた耐熱性及び耐候性を有している。従って、この波長変換部材を用いることにより輝度が低下しにくい白色光源を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−１１９３３号公報
【特許文献３】特許第４１５８０１２号公報
【特許文献４】特開２００７−１８２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ガラスを分散媒として用いた波長変換部材は、樹脂を分散媒として用いた波長変換部材と比べて、成形が困難であるという問題がある。特に、ガラスを分散媒として用いた波長変換部材を板状に成形することは、困難である。
【０００７】
例えば、上記特許文献４には、ガラス粉末と無機蛍光体粉末を含むペーストによりグリーンシートを作製し、そのグリーンシートを焼成することにより、板状の波長変換部材を製造する方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献４に記載の波長変換部材の製造方法では、高強度の波長変換部材を容易に製造することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度の波長変換部材を容易に製造することができる波長変換部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームを加熱延伸することにより焼結体の強度を高めることができることを見出し、その結果、本発明を成すに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る波長変換部材の製造方法では、無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームを加熱延伸することにより波長変換部材を成形する。このため、高強度の波長変換部材を容易に製造することができる。
【００１２】
本発明において、焼結体プリフォームの加熱延伸を、ガラス粉末の軟化点以上であって、ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行うことが好ましい。この場合、焼結体プリフォームの加熱延伸を好適に行うことができる。また、より高強度の波長変換部材を製造することができる。なお、焼結体プリフォーム中の無機蛍光体の含有量が多い場合、例えば、５質量％以上、特に８質量％以上である場合は、ガラス粉末の軟化点よりも１００℃以上、特に１５０℃以上高い温度で加熱延伸を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明において、無機蛍光体とガラス粉末を含み、バインダーを含まない成形体を形成し、成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、焼結体プリフォームを形成することが好ましい。この場合、焼結体プリフォーム内の空隙を少なくすることができる。従って、さらに高強度の波長変換部材を製造することができる。
【００１４】
本発明に係る波長変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームが加熱延伸成形されてなる。上述の通り、焼結体プリフォームを加熱延伸成形することにより、焼結体の強度を高めることができる。従って、本発明に係る波長変換部材は、高い強度を有する。
【００１５】
本発明に係る波長変換部材の形状は、特に限定されない。本発明に係る波長変換部材は、例えば、板状または棒状であってもよい。具体的には、例えば、本発明に係る波長変換部材は、長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状であってもよい。
【００１６】
なお、本発明において、「板状」には、「シート状」や「フィルム状」が含まれるものとする。
【００１７】
本発明の波長変換部材では、波長変換部材の表面において、長さ３０μｍ以上かつ深さ０．０５μｍ以上の線状溝の０．２５ｍｍ２あたりの平均存在数が１００本以下であることが好ましく、５０本以下であることがより好ましく、２０本以下であることがさらに好ましく、１０本以下であることがなお好ましく、実質的に存在しないことが特に好ましい。この場合、外部からの圧力により波長変換部材の表面に線状溝に起因するクラックが生じにくくなり、割れや強度低下の問題がより生じにくくなる。また、線状溝に起因する光散乱ロスが小さくなる。このため、波長変換部材の表面での損失が小さくなり、外部への光の取り出し効率が高くなる。その結果、高い発光強度を有し、かつ、色再現性や発光強度のばらつきが非常に小さい波長変換部材を得ることができる。
【００１８】
線状溝の長さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて波長変換部材表面の画像を観察することにより測定することができる。また、線状溝の深さは、例えば触針式表面粗さ計を用いて測定することができる。ここで、線状溝の深さは、部材表面形状の測定曲線において平均線から線状溝先端までの距離を指す。
【００１９】
本発明において、無機蛍光体粉末は、要求される励起光や変換光などに応じて適宜選択することができる。無機蛍光体粉末は、例えば、酸化物無機蛍光体、窒化物無機蛍光体、酸窒化物無機蛍光体、硫化物無機蛍光体、酸硫化物無機蛍光体、希土類硫化物無機蛍光体、アルミン酸塩化物無機蛍光体及びハロリン酸塩化物無機蛍光体から選ばれた１種以上により構成することができる。
【００２０】
本発明に係る光源は、上記本発明に係る波長変換部材と、波長変換部材に対して、波長変換部材の励起光を出射する発光素子とを備えている。上述の通り、本発明に係る波長変換部材は、高い強度を有する。従って、本発明に係る光源は、高い機械的耐久性を有する。
【００２１】
本発明において、発光素子は、特に限定されず、例えば、ＬＥＤにより構成することができる。ＬＥＤを用いることにより、長い製品寿命、低消費電力を実現することができる。
【００２２】
本発明に係る光源は、どのような色調の光を出射するものであってもよい。本発明に係る光源は、例えば、青色光を出射する発光素子と、そのＬＥＤからの青色光を吸収し、黄色光を発する波長変換部材とを備え、青色光と黄色光の合成により白色光を出射するものであってもよい。
【００２３】
また、本発明に係る光源は、発光素子を複数備えていてもよい。
【００２４】
なお、本発明において、「青色光」とは、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域の光をいう。「白色光」とは、色度ｘが０．２５〜０．４５、色度ｙが０．２５〜０．４５の光をいう。特にその中でも黒体輻射の軌跡に近い光が好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高強度の波長変換部材を容易に製造することができる波長変換部材の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源の模式的側面図である。
【図２】焼結体プリフォームの模式的斜視図である。
【図３】加熱延伸工程を説明するための模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す光源１を例に挙げて説明する。但し、光源１は、単なる例示である。本発明に係る光源及び波長変換部材は、光源１及び光源１に含まれる波長変換部材１０に何ら限定されない。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る光源の模式的側面図である。図１に示すように、光源１は、波長変換部材１０と、複数の発光素子２０とを備えている。光源１では、発光素子２０から出射された励起光２０ａの一部が波長変換部材１０により吸収され、それに伴い波長変換部材１０から蛍光１０ａが出射する。一方、励起光２０ａの一部は波長変換部材１０に吸収されずにそのまま透過し、透過した励起光２０ａと蛍光１０ａの合成光２（例えば白色光）が出射される。
【００２９】
発光素子２０は、特に限定されず、例えば、ＬＥＤやプラズマ発光素子、エレクトロルミネッセンス発光素子などにより構成することができる。
【００３０】
本実施形態において、波長変換部材１０は、無機蛍光体粉末がガラス中に分散されてなる。
【００３１】
無機蛍光体粉末は、光源１から出射させようとする合成光２の波長や発光素子２０から出射される励起光２０ａの波長などに応じて適宜選択することができる。無機蛍光体粉末は、例えば、酸化物無機蛍光体、窒化物無機蛍光体、酸窒化物無機蛍光体、硫化物無機蛍光体、酸硫化物無機蛍光体、希土類硫化物無機蛍光体、アルミン酸塩化物無機蛍光体及びハロリン酸塩化物無機蛍光体から選ばれた１種以上からなるものとすることができる。
【００３２】
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、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３３】
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（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ２＋、ＺｎＳ：Ａｌ３＋，Ｃｕ＋、ＣａＳ：Ｓｎ２＋、ＣａＳ：Ｓｎ２＋，Ｆ、ＣａＳＯ４：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋、ＬｉＡｌＯ２：Ｍｎ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ＋，Ｃｌ−、Ｃａ３ＷＯ６：Ｕ、Ｃａ３ＳｉＯ４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｓｒ０．２Ｂａ０．７Ｃｌ１．１Ａｌ２Ｏ３．４５：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋、Ｂａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ２Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、ＺｎＯ：Ｓ、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｃａ２Ｂａ３（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３４】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３５】
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（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｕ、Ｓｒ３ＷＯ６：Ｕ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳＯ４：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｐ、ＺｎＳ：Ｐ３−，Ｃｌ−、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００３６】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｕ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋が挙げられる。
【００３７】
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（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＣａＳ：Ｙｂ２＋，Ｃｌ、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋、Ｎａ（Ｍｇ，Ｍｎ）２ＬｉＳｉ４Ｏ１０Ｆ２：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｓｎ２＋、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＳｒＢ８Ｏ１３：Ｓｍ２＋、ＭｇＳｒ３Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、α−ＳｒＯ・３Ｂ２Ｏ３：Ｓｍ２＋、ＺｎＳ−ＣｄＳ、ＺｎＳｅ：Ｃｕ＋，Ｃｌ、ＺｎＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋、ＺｎＯ：Ｂｉ３＋、ＢａＳ：Ａｕ，Ｋ、ＺｎＳ：Ｐｂ２＋、ＺｎＳ：Ｓｎ２＋，Ｌｉ＋、ＺｎＳ：Ｐｂ，Ｃｕ、ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ３＋、ＣａＴｉＯ３：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、（Ｙ、Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、ＣａＳ：Ｐｂ２＋，Ｍｎ２＋、ＹＰＯ４：Ｅｕ３＋、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｙ（Ｐ、Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＳｒＡｌ４Ｏ７：Ｅｕ３＋、ＣａＹＡｌＯ４：Ｅｕ３＋、ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＬｉＷ２Ｏ８：Ｅｕ３＋，Ｓｍ３＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００３８】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋，Ｔｅ２＋、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｎａ１．２３Ｋ０．４２Ｅｕ０．１２ＴｉＳｉ４Ｏ１１、Ｎａ１．２３Ｋ０．４２Ｅｕ０．１２ＴｉＳｉ５Ｏ１３：Ｅｕ３＋、ＣｄＳ：Ｉｎ，Ｔｅ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｅｕ２Ｗ２Ｏ７などが挙げられる。
【００３９】
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、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。
【００４０】
発光素子２０として青色光を出射するＬＥＤを用い、青色光を吸収し、黄色光を発光する波長変換部材１０を用いることにより、例えば、液晶ディスプレイの光源として有用な白色光光源１を実現することができる。
【００４１】
分散媒としてのガラスは、無機蛍光体粉末を安定して保持できるものである限りにおいて特に限定されない。分散媒として用いることのできるガラスの具体例としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの少なくとも一種）などの硼珪酸塩系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスなどのリン酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどが挙げられる。なかでも、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスやＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが好ましく用いられる。
【００４２】
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスは、例えば、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜３０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ５〜４５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％及びＺｎＯ ０〜１０％の組成を含有するガラスであってもよい。
【００４３】
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスは、上記の成分以外にも、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物等のガラスの軟化点を低下させ、低温での焼成を可能にする成分、Ｐ２Ｏ５などのガラスの溶融性を向上させる成分、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３などのガラスの化学的耐久性を向上させる成分などをさらに含有するものであってもよい。
【００４４】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、例えば、モル％で、ＳｎＯ ３５〜８０％、Ｐ２Ｏ５ ５〜４０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＳｉＯ２ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％及びＢａＯ ０〜１０％の組成を含有するガラスであってもよい。
【００４５】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、上記の成分以外にも、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３などの耐候性を向上させる成分や、ＺｎＯなどのガラスを安定化させる成分などをさらに含有するものであってもよい。
【００４６】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの軟化点を低下させ、かつガラスを安定化させる観点から、ＳｎＯとＰ２Ｏ５のモル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）は、０．９〜１６の範囲内であることが好ましく、１．５〜１０の範囲内であることがより好ましく、２〜５の範囲内であることがさらに好ましい。モル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）が小さすぎると、低温での焼成が困難になり、無機蛍光体粉末が焼成時に劣化しやすくなる場合がある。また、モル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）が小さすぎると、耐候性が低くなりすぎる場合がある。一方、モル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）が大きすぎると、ガラスが失透しやすくなり、ガラスの透過率が低くなりすぎる場合がある。
【００４７】
波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量は、特に限定されないが、例えば、０．０１質量％〜３０質量％であることが好ましく、０．１質量％〜２５質量％であることがより好ましく、１質量％〜２０質量％であることが特に好ましい。
【００４８】
波長変換部材１０の形状は特に限定されない。波長変換部材１０は、例えば、板状または棒状であってもよい。本実施形態では、波長変換部材１０が、長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状である例について説明する。
【００４９】
次に、図２及び図３を主として参照しながら、本実施形態の波長変換部材１０の製造方法について説明する。
【００５０】
まず、無機蛍光体粉末と、ガラス粉末とを含み、バインダーを含まない所謂バインダーフリーの成形体を作製する。具体的には、成形体は、例えば、無機蛍光体粉末とガラス粉末の混合粉末を金型を用いてプレス成型することにより作製することができる。
【００５１】
なお、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、５μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が小さすぎると、発光強度が低下する傾向がある。一方、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、発光色の均一性が低下する傾向がある。
【００５２】
また、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０は、０．１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が小さすぎると、焼成時に気泡が発生しやすくなる。このため、得られる波長変換部材１０の強度が低下する場合がある。また、波長変換部材１０において光散乱が低くなり、発光効率が低下する場合がある。一方、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、無機蛍光体粉末が均一に分散されにくくなり、その結果、得られる波長変換部材１０の発光効率が低くなる場合がある。
【００５３】
なお、本明細書において、平均粒子径Ｄ５０は、島津製作所製ＳＡＬＤ２００Ｊを用いて、ＪＩＳ−Ｒ１６２９に準拠して測定した値である。
【００５４】
次に、作製した成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、図２に示す焼結体プリフォーム３０を形成する。焼成工程における雰囲気の圧力は、例えば、１気圧未満であると、焼結体プリフォーム中に気泡が残存しにくいため好ましい。焼成最高温度は、例えば、ガラス粉末の軟化点〜軟化点＋１００℃程度とすることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、波長変換部材１０が板状であるため、焼結体プリフォーム３０も板状、または直方体状や立方体状であることが好ましい。
【００５６】
次に、得られた焼結体プリフォーム３０を加熱延伸することにより、波長変換部材１０を形成する。具体的には、図３に示すように、焼結体プリフォーム３０を、ヒーター３１により加熱して軟化させた状態で、焼結体プリフォーム３０の端部をローラー３２により引っ張る。これにより、軟化した焼結体プリフォーム３０が延伸され、波長変換部材１０が形成される。
【００５７】
この焼結体プリフォーム３０の加熱延伸は、ガラス粉末の軟化点以上であって、ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行うことが好ましい。
【００５８】
延伸前の焼結体プリフォーム３０の厚みｔ０に対する延伸後の厚みｔ１の比（ｔ１／ｔ０）は、特に限定されないが、例えば、５〜５０程度とすることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態では、焼結体プリフォーム３０を加熱延伸することにより波長変換部材１０を成形する。このため、高強度の波長変換部材１０を容易に製造することができる。なお、加熱延伸により高強度の波長変換部材１０が容易に得られる理由は以下の理由１〜３によるものと考えられる。
【００６０】
理由１：加熱延伸により、波長変換部材１０の表層に圧縮応力層（例えば、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の圧縮応力を有する層）が形成されている。
【００６１】
理由２：無機蛍光体粉末の表層とガラスとの反応が進行し、無機蛍光体粉末とガラスの密着強度が高くなる。
【００６２】
理由３：焼結体プリフォーム３０の表層が軟化することにより、表層の傷が修復される。従って、製造される波長変換部材１０では、波長変換部材１０の表面において、長さ３０μｍ以上かつ深さ０．０５μｍ以上の線状溝の０．２５ｍｍ２あたりの平均存在数が１００本以下であることが好ましく、５０本以下であることがより好ましく、２０本以下であることがさらに好ましく、１０本以下であることがなお好ましく、実質的に存在しないことが特に好ましい。
【００６３】
また、本実施形態では、焼結体プリフォーム３０の加熱延伸を、ガラス粉末の軟化点以上であって、ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行う。このため、より高強度の波長変換部材１０を製造することができる。焼結体プリフォーム３０の加熱延伸温度が低すぎると、加熱延伸を好適に行うことができず、得られる波長変換部材１０の強度が低くなる場合がある。一方、焼結体プリフォーム３０の加熱延伸温度が高すぎると、所望の形状の波長変換部材１０が得られなくなる場合がある。
【００６４】
また、本実施形態では、バインダーフリーの成形体を減圧雰囲気中において焼成する。このため、焼結体プリフォーム３０、ひいては波長変換部材１０の気孔率を低くすることができる。従って、さらに高強度であり、かつ発光効率が高い波長変換部材１０を製造することができる。なお、焼結体プリフォーム３０及び波長変換部材１０における気孔率は、２体積％以下であることが好ましく、１体積％以下であることがより好ましい。
【００６５】
なお、本実施形態では、板状の焼結体プリフォーム３０を加熱延伸することにより板状の波長変換部材１０を製造する例について説明した。但し、焼結体プリフォーム３０及び波長変換部材１０のそれぞれの形状は、板状に限定されない。例えば、棒状の焼結体プリフォームを加熱延伸することにより、棒状の波長変換部材を製造してもよい。
【００６６】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００６７】
（実施例）
下記のガラス粉末と、無機蛍光体粉末とを、質量比（ガラス粉末：無機蛍光体粉末）が９：１となるように、混合し、金型を用いてプレス成型することにより、成形体を作製した。その後、その成形体を、下記の条件で焼成することにより、焼結体プリフォームを作製した。
【００６８】
ガラス粉末の組成（質量比）：ＳｉＯ２ ５０％、ＢａＯ ２５％、ＣａＯ １０％、Ｂ２Ｏ３ ５％、Ａｌ２Ｏ３ ５％、ＺｎＯ ５％
ガラス粉末の平均粒子径（Ｄ５０）：３μｍ
ガラス粉末の軟化点：８５０℃
無機蛍光体粉末の組成：Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋
無機蛍光体粉末の平均粒子径（Ｄ５０）：２０μｍ
焼成最高温度：８５０℃
焼成時の雰囲気：空気
焼成時の雰囲気の圧力：１００Ｐａ
【００６９】
次に、得られた焼結体を、幅１５ｍｍ、厚み４．５ｍｍ、長さ１００ｍｍの直方体状に切断し、母材を作製した。次に、この母材を延伸成型機にセットし、１０２０℃（軟化点＋１７０℃）に保持された成型炉へ１ｍｍ／分の送り速度で搬入し、成型炉出口より２２５ｍｍ／分の速度で引き出した。引き出した成型体を自動切断機で切断することにより、幅１ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、長さ３００ｍｍの矩形長尺状の波長変換部材を作製した。この波長変換部材に、青色ＬＥＤ（発光波長：４６０ｎｍ）の光を照射したところ、白色の発光が確認された。
【００７０】
本実施例において得られた波長変換部材の三点曲げ強度を、島津製作所製オートグラフＡＧ−１０ｋＮＩＳを用いて、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠して測定したところ、２５０ＭＰａであった。
【００７１】
（比較例）
上記実施例において用いたガラス粉末と、無機蛍光体粉末とを、質量比９：１で含有するガラスペーストを作製した。そのガラスペーストを、ＰＥＴフィルム上に塗布することにより、グリーンシートを作製した。その後、そのグリーンシートを、上記実施例と同様の焼成条件で焼成することにより、上記実施例と同様の寸法を有する波長変換部材を作製した。
【００７２】
得られた波長変換部材の三点曲げ強度を、上記実施例と同様の方法で測定したところ、１３０ＭＰａであった。
【００７３】
以上の結果から、焼結体プリフォームの加熱延伸により高強度な波長変換部材を作製できることが分かる。
【符号の説明】
【００７４】
１…光源
２…合成光
１０…波長変換部材
１０ａ…蛍光
２０…発光素子
２０ａ…励起光
３０…焼結体プリフォーム
３１…ヒーター
３２…ローラー
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材の製造方法、その方法により製造された波長変換部材及びそれを備える光源に関する。特に、本発明は、ガラス母材中に無機蛍光体粉末が分散している波長変換部材を製造する方法、その方法により製造された波長変換部材及びそれを備える光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば、液晶ディスプレイのバックライトなどの用途に用いられる白色光源の開発が盛んに行われている。そのような白色光源の一例として、例えば下記の特許文献１には、青色光を出射するＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の光出射側にＬＥＤからの光の一部を吸収し、黄色の光を出射する波長変換部材を配置した光源が開示されている。この光源は、青色光と黄色光の合成により白色光を発することができる。
【０００３】
この波長変換部材としては、従来、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させたものが使用されていた。しかしながら、樹脂マトリクス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材では、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、白色光源の輝度が経時的に低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤからの光が、青色光などの波長の短く、エネルギーが強い光である場合は、樹脂が劣化しやすい。
【０００４】
このような問題に鑑み、例えば、下記の特許文献２，３には、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材が提案されている。特許文献２，３に記載の波長変換部材は、樹脂を含まず、無機固体のみから構成されるため、優れた耐熱性及び耐候性を有している。従って、この波長変換部材を用いることにより輝度が低下しにくい白色光源を実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５２８５号公報
【特許文献２】特開２００５−１１９３３号公報
【特許文献３】特許第４１５８０１２号公報
【特許文献４】特開２００７−１８２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ガラスを分散媒として用いた波長変換部材は、樹脂を分散媒として用いた波長変換部材と比べて、成形が困難であるという問題がある。特に、ガラスを分散媒として用いた波長変換部材を板状に成形することは、困難である。
【０００７】
例えば、上記特許文献４には、ガラス粉末と無機蛍光体粉末を含むペーストによりグリーンシートを作製し、そのグリーンシートを焼成することにより、板状の波長変換部材を製造する方法が提案されている。
【０００８】
しかしながら、特許文献４に記載の波長変換部材の製造方法では、高強度の波長変換部材を容易に製造することが困難であるという問題がある。
【０００９】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高強度の波長変換部材を容易に製造することができる波長変換部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、鋭意研究の結果、無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームを加熱延伸することにより焼結体の強度を高めることができることを見出し、その結果、本発明を成すに至った。
【００１１】
すなわち、本発明に係る波長変換部材の製造方法では、無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームを加熱延伸することにより波長変換部材を成形する。このため、高強度の波長変換部材を容易に製造することができる。
【００１２】
本発明において、焼結体プリフォームの加熱延伸を、ガラス粉末の軟化点以上であって、ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行うことが好ましい。この場合、焼結体プリフォームの加熱延伸を好適に行うことができる。また、より高強度の波長変換部材を製造することができる。なお、焼結体プリフォーム中の無機蛍光体の含有量が多い場合、例えば、５質量％以上、特に８質量％以上である場合は、ガラス粉末の軟化点よりも１００℃以上、特に１５０℃以上高い温度で加熱延伸を行うことが好ましい。
【００１３】
本発明において、無機蛍光体とガラス粉末を含み、バインダーを含まない成形体を形成し、成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、焼結体プリフォームを形成することが好ましい。この場合、焼結体プリフォーム内の空隙を少なくすることができる。従って、さらに高強度の波長変換部材を製造することができる。
【００１４】
本発明に係る波長変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームが加熱延伸成形されてなる。上述の通り、焼結体プリフォームを加熱延伸成形することにより、焼結体の強度を高めることができる。従って、本発明に係る波長変換部材は、高い強度を有する。
【００１５】
本発明に係る波長変換部材の形状は、特に限定されない。本発明に係る波長変換部材は、例えば、板状または棒状であってもよい。具体的には、例えば、本発明に係る波長変換部材は、長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状であってもよい。
【００１６】
なお、本発明において、「板状」には、「シート状」や「フィルム状」が含まれるものとする。
【００１７】
本発明の波長変換部材では、波長変換部材の表面において、長さ３０μｍ以上かつ深さ０．０５μｍ以上の線状溝の０．２５ｍｍ２あたりの平均存在数が１００本以下であることが好ましく、５０本以下であることがより好ましく、２０本以下であることがさらに好ましく、１０本以下であることがなお好ましく、実質的に存在しないことが特に好ましい。この場合、外部からの圧力により波長変換部材の表面に線状溝に起因するクラックが生じにくくなり、割れや強度低下の問題がより生じにくくなる。また、線状溝に起因する光散乱ロスが小さくなる。このため、波長変換部材の表面での損失が小さくなり、外部への光の取り出し効率が高くなる。その結果、高い発光強度を有し、かつ、色再現性や発光強度のばらつきが非常に小さい波長変換部材を得ることができる。
【００１８】
線状溝の長さは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて波長変換部材表面の画像を観察することにより測定することができる。また、線状溝の深さは、例えば触針式表面粗さ計を用いて測定することができる。ここで、線状溝の深さは、部材表面形状の測定曲線において平均線から線状溝先端までの距離を指す。
【００１９】
本発明において、無機蛍光体粉末は、要求される励起光や変換光などに応じて適宜選択することができる。無機蛍光体粉末は、例えば、酸化物無機蛍光体、窒化物無機蛍光体、酸窒化物無機蛍光体、硫化物無機蛍光体、酸硫化物無機蛍光体、希土類硫化物無機蛍光体、アルミン酸塩化物無機蛍光体及びハロリン酸塩化物無機蛍光体から選ばれた１種以上により構成することができる。
【００２０】
本発明に係る光源は、上記本発明に係る波長変換部材と、波長変換部材に対して、波長変換部材の励起光を出射する発光素子とを備えている。上述の通り、本発明に係る波長変換部材は、高い強度を有する。従って、本発明に係る光源は、高い機械的耐久性を有する。
【００２１】
本発明において、発光素子は、特に限定されず、例えば、ＬＥＤにより構成することができる。ＬＥＤを用いることにより、長い製品寿命、低消費電力を実現することができる。
【００２２】
本発明に係る光源は、どのような色調の光を出射するものであってもよい。本発明に係る光源は、例えば、青色光を出射する発光素子と、そのＬＥＤからの青色光を吸収し、黄色光を発する波長変換部材とを備え、青色光と黄色光の合成により白色光を出射するものであってもよい。
【００２３】
また、本発明に係る光源は、発光素子を複数備えていてもよい。
【００２４】
なお、本発明において、「青色光」とは、４４０ｎｍ〜４８０ｎｍの波長域の光をいう。「白色光」とは、色度ｘが０．２５〜０．４５、色度ｙが０．２５〜０．４５の光をいう。特にその中でも黒体輻射の軌跡に近い光が好ましい。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、高強度の波長変換部材を容易に製造することができる波長変換部材の製造方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施形態に係る光源の模式的側面図である。
【図２】焼結体プリフォームの模式的斜視図である。
【図３】加熱延伸工程を説明するための模式的側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す光源１を例に挙げて説明する。但し、光源１は、単なる例示である。本発明に係る光源及び波長変換部材は、光源１及び光源１に含まれる波長変換部材１０に何ら限定されない。
【００２８】
図１は、本実施形態に係る光源の模式的側面図である。図１に示すように、光源１は、波長変換部材１０と、複数の発光素子２０とを備えている。光源１では、発光素子２０から出射された励起光２０ａの一部が波長変換部材１０により吸収され、それに伴い波長変換部材１０から蛍光１０ａが出射する。一方、励起光２０ａの一部は波長変換部材１０に吸収されずにそのまま透過し、透過した励起光２０ａと蛍光１０ａの合成光２（例えば白色光）が出射される。
【００２９】
発光素子２０は、特に限定されず、例えば、ＬＥＤやプラズマ発光素子、エレクトロルミネッセンス発光素子などにより構成することができる。
【００３０】
本実施形態において、波長変換部材１０は、無機蛍光体粉末がガラス中に分散されてなる。
【００３１】
無機蛍光体粉末は、光源１から出射させようとする合成光２の波長や発光素子２０から出射される励起光２０ａの波長などに応じて適宜選択することができる。無機蛍光体粉末は、例えば、酸化物無機蛍光体、窒化物無機蛍光体、酸窒化物無機蛍光体、硫化物無機蛍光体、酸硫化物無機蛍光体、希土類硫化物無機蛍光体、アルミン酸塩化物無機蛍光体及びハロリン酸塩化物無機蛍光体から選ばれた１種以上からなるものとすることができる。
【００３２】
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、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３３】
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（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ２＋、ＺｎＳ：Ａｌ３＋，Ｃｕ＋、ＣａＳ：Ｓｎ２＋、ＣａＳ：Ｓｎ２＋，Ｆ、ＣａＳＯ４：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋、ＬｉＡｌＯ２：Ｍｎ２＋、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｃｕ＋，Ｃｌ−、Ｃａ３ＷＯ６：Ｕ、Ｃａ３ＳｉＯ４Ｃｌ２：Ｅｕ２＋、Ｓｒ０．２Ｂａ０．７Ｃｌ１．１Ａｌ２Ｏ３．４５：Ｃｅ３＋，Ｍｎ２＋、Ｂａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、Ｂａ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｂａ２Ｌｉ２Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋、ＺｎＯ：Ｓ、ＺｎＯ：Ｚｎ、Ｃａ２Ｂａ３（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、ＢａＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３４】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色の蛍光（波長が５００ｎｍ〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、ＣｄＳ：Ｉｎ、ＣａＳ：Ｃｅ３＋、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ３＋、ＳｒＳｉＯｎ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００３５】
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（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｕ、Ｓｒ３ＷＯ６：Ｕ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＳＯ４：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、ＺｎＳ：Ｐ、ＺｎＳ：Ｐ３−，Ｃｌ−、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００３６】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色の蛍光（波長が５４０ｎｍ〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、Ｂａ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｕ、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋、Ｓｒ２ＳｉＯ４：Ｅｕ２＋が挙げられる。
【００３７】
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（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＣａＳ：Ｙｂ２＋，Ｃｌ、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋、Ｎａ（Ｍｇ，Ｍｎ）２ＬｉＳｉ４Ｏ１０Ｆ２：Ｍｎ、ＺｎＳ：Ｓｎ２＋、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＳｒＢ８Ｏ１３：Ｓｍ２＋、ＭｇＳｒ３Ｓｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、α−ＳｒＯ・３Ｂ２Ｏ３：Ｓｍ２＋、ＺｎＳ−ＣｄＳ、ＺｎＳｅ：Ｃｕ＋，Ｃｌ、ＺｎＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋、ＺｎＯ：Ｂｉ３＋、ＢａＳ：Ａｕ，Ｋ、ＺｎＳ：Ｐｂ２＋、ＺｎＳ：Ｓｎ２＋，Ｌｉ＋、ＺｎＳ：Ｐｂ，Ｃｕ、ＣａＴｉＯ３：Ｐｒ３＋、ＣａＴｉＯ３：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ３：Ｅｕ３＋、（Ｙ、Ｇｄ）２Ｏ３：Ｅｕ３＋、ＣａＳ：Ｐｂ２＋，Ｍｎ２＋、ＹＰＯ４：Ｅｕ３＋、Ｃａ２ＭｇＳｉ２Ｏ７：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｙ（Ｐ、Ｖ）Ｏ４：Ｅｕ３＋、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＳｒＡｌ４Ｏ７：Ｅｕ３＋、ＣａＹＡｌＯ４：Ｅｕ３＋、ＬａＯ２Ｓ：Ｅｕ３＋、ＬｉＷ２Ｏ８：Ｅｕ３＋，Ｓｍ３＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ，Ｍｇ）１０（ＰＯ４）６Ｃｌ２：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋，Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００３８】
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色の蛍光（波長が６００ｎｍ〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｍｎ２＋，Ｔｅ２＋、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋、ＳｒＳ：Ｅｕ２＋、ＣａＳ：Ｅｕ２＋、Ｎａ１．２３Ｋ０．４２Ｅｕ０．１２ＴｉＳｉ４Ｏ１１、Ｎａ１．２３Ｋ０．４２Ｅｕ０．１２ＴｉＳｉ５Ｏ１３：Ｅｕ３＋、ＣｄＳ：Ｉｎ，Ｔｅ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、ＣａＳｉＮ３：Ｅｕ２＋、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋、Ｅｕ２Ｗ２Ｏ７などが挙げられる。
【００３９】
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、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。
【００４０】
発光素子２０として青色光を出射するＬＥＤを用い、青色光を吸収し、黄色光を発光する波長変換部材１０を用いることにより、例えば、液晶ディスプレイの光源として有用な白色光光源１を実現することができる。
【００４１】
分散媒としてのガラスは、無機蛍光体粉末を安定して保持できるものである限りにおいて特に限定されない。分散媒として用いることのできるガラスの具体例としては、例えば、珪酸塩系ガラス、硼酸塩系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス（Ｒは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ及びＢａの少なくとも一種）などの硼珪酸塩系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスなどのリン酸塩系ガラス、硼リン酸塩系ガラスなどが挙げられる。なかでも、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスやＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスが好ましく用いられる。
【００４２】
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスは、例えば、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜３０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜４０％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ５〜４５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％及びＺｎＯ ０〜１０％の組成を含有するガラスであってもよい。
【００４３】
ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスは、上記の成分以外にも、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏなどのアルカリ金属酸化物等のガラスの軟化点を低下させ、低温での焼成を可能にする成分、Ｐ２Ｏ５などのガラスの溶融性を向上させる成分、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３などのガラスの化学的耐久性を向上させる成分などをさらに含有するものであってもよい。
【００４４】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、例えば、モル％で、ＳｎＯ ３５〜８０％、Ｐ２Ｏ５ ５〜４０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜３０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＳｉＯ２ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％及びＢａＯ ０〜１０％の組成を含有するガラスであってもよい。
【００４５】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは、上記の成分以外にも、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３などの耐候性を向上させる成分や、ＺｎＯなどのガラスを安定化させる成分などをさらに含有するものであってもよい。
【００４６】
ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスの軟化点を低下させ、かつガラスを安定化させる観点から、ＳｎＯとＰ２Ｏ５のモル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）は、０．９〜１６の範囲内であることが好ましく、１．５〜１０の範囲内であることがより好ましく、２〜５の範囲内であることがさらに好ましい。モル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）が小さすぎると、低温での焼成が困難になり、無機蛍光体粉末が焼成時に劣化しやすくなる場合がある。また、モル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）が小さすぎると、耐候性が低くなりすぎる場合がある。一方、モル比（ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５）が大きすぎると、ガラスが失透しやすくなり、ガラスの透過率が低くなりすぎる場合がある。
【００４７】
波長変換部材１０における無機蛍光体粉末の含有量は、特に限定されないが、例えば、０．０１質量％〜３０質量％であることが好ましく、０．１質量％〜２５質量％であることがより好ましく、１質量％〜２０質量％であることが特に好ましい。
【００４８】
波長変換部材１０の形状は特に限定されない。波長変換部材１０は、例えば、板状または棒状であってもよい。本実施形態では、波長変換部材１０が、長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状である例について説明する。
【００４９】
次に、図２及び図３を主として参照しながら、本実施形態の波長変換部材１０の製造方法について説明する。
【００５０】
まず、無機蛍光体粉末と、ガラス粉末とを含み、バインダーを含まない所謂バインダーフリーの成形体を作製する。具体的には、成形体は、例えば、無機蛍光体粉末とガラス粉末の混合粉末を金型を用いてプレス成型することにより作製することができる。
【００５１】
なお、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は、１μｍ〜５０μｍであることが好ましく、５μｍ〜２５μｍであることがより好ましい。無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が小さすぎると、発光強度が低下する傾向がある。一方、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、発光色の均一性が低下する傾向がある。
【００５２】
また、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０は、０．１μｍ〜１００μｍであることが好ましく、１μｍ〜５０μｍであることがより好ましい。ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が小さすぎると、焼成時に気泡が発生しやすくなる。このため、得られる波長変換部材１０の強度が低下する場合がある。また、波長変換部材１０において光散乱が低くなり、発光効率が低下する場合がある。一方、ガラス粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、無機蛍光体粉末が均一に分散されにくくなり、その結果、得られる波長変換部材１０の発光効率が低くなる場合がある。
【００５３】
なお、本明細書において、平均粒子径Ｄ５０は、島津製作所製ＳＡＬＤ２００Ｊを用いて、ＪＩＳ−Ｒ１６２９に準拠して測定した値である。
【００５４】
次に、作製した成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、図２に示す焼結体プリフォーム３０を形成する。焼成工程における雰囲気の圧力は、例えば、１気圧未満であると、焼結体プリフォーム中に気泡が残存しにくいため好ましい。焼成最高温度は、例えば、ガラス粉末の軟化点〜軟化点＋１００℃程度とすることができる。
【００５５】
なお、本実施形態では、波長変換部材１０が板状であるため、焼結体プリフォーム３０も板状、または直方体状や立方体状であることが好ましい。
【００５６】
次に、得られた焼結体プリフォーム３０を加熱延伸することにより、波長変換部材１０を形成する。具体的には、図３に示すように、焼結体プリフォーム３０を、ヒーター３１により加熱して軟化させた状態で、焼結体プリフォーム３０の端部をローラー３２により引っ張る。これにより、軟化した焼結体プリフォーム３０が延伸され、波長変換部材１０が形成される。
【００５７】
この焼結体プリフォーム３０の加熱延伸は、ガラス粉末の軟化点以上であって、ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行うことが好ましい。
【００５８】
延伸前の焼結体プリフォーム３０の厚みｔ０に対する延伸後の厚みｔ１の比（ｔ１／ｔ０）は、特に限定されないが、例えば、５〜５０程度とすることができる。
【００５９】
以上説明したように、本実施形態では、焼結体プリフォーム３０を加熱延伸することにより波長変換部材１０を成形する。このため、高強度の波長変換部材１０を容易に製造することができる。なお、加熱延伸により高強度の波長変換部材１０が容易に得られる理由は以下の理由１〜３によるものと考えられる。
【００６０】
理由１：加熱延伸により、波長変換部材１０の表層に圧縮応力層（例えば、０．１ＭＰａ〜１０ＭＰａ程度の圧縮応力を有する層）が形成されている。
【００６１】
理由２：無機蛍光体粉末の表層とガラスとの反応が進行し、無機蛍光体粉末とガラスの密着強度が高くなる。
【００６２】
理由３：焼結体プリフォーム３０の表層が軟化することにより、表層の傷が修復される。従って、製造される波長変換部材１０では、波長変換部材１０の表面において、長さ３０μｍ以上かつ深さ０．０５μｍ以上の線状溝の０．２５ｍｍ２あたりの平均存在数が１００本以下であることが好ましく、５０本以下であることがより好ましく、２０本以下であることがさらに好ましく、１０本以下であることがなお好ましく、実質的に存在しないことが特に好ましい。
【００６３】
また、本実施形態では、焼結体プリフォーム３０の加熱延伸を、ガラス粉末の軟化点以上であって、ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行う。このため、より高強度の波長変換部材１０を製造することができる。焼結体プリフォーム３０の加熱延伸温度が低すぎると、加熱延伸を好適に行うことができず、得られる波長変換部材１０の強度が低くなる場合がある。一方、焼結体プリフォーム３０の加熱延伸温度が高すぎると、所望の形状の波長変換部材１０が得られなくなる場合がある。
【００６４】
また、本実施形態では、バインダーフリーの成形体を減圧雰囲気中において焼成する。このため、焼結体プリフォーム３０、ひいては波長変換部材１０の気孔率を低くすることができる。従って、さらに高強度であり、かつ発光効率が高い波長変換部材１０を製造することができる。なお、焼結体プリフォーム３０及び波長変換部材１０における気孔率は、２体積％以下であることが好ましく、１体積％以下であることがより好ましい。
【００６５】
なお、本実施形態では、板状の焼結体プリフォーム３０を加熱延伸することにより板状の波長変換部材１０を製造する例について説明した。但し、焼結体プリフォーム３０及び波長変換部材１０のそれぞれの形状は、板状に限定されない。例えば、棒状の焼結体プリフォームを加熱延伸することにより、棒状の波長変換部材を製造してもよい。
【００６６】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００６７】
（実施例）
下記のガラス粉末と、無機蛍光体粉末とを、質量比（ガラス粉末：無機蛍光体粉末）が９：１となるように、混合し、金型を用いてプレス成型することにより、成形体を作製した。その後、その成形体を、下記の条件で焼成することにより、焼結体プリフォームを作製した。
【００６８】
ガラス粉末の組成（質量比）：ＳｉＯ２ ５０％、ＢａＯ ２５％、ＣａＯ １０％、Ｂ２Ｏ３ ５％、Ａｌ２Ｏ３ ５％、ＺｎＯ ５％
ガラス粉末の平均粒子径（Ｄ５０）：３μｍ
ガラス粉末の軟化点：８５０℃
無機蛍光体粉末の組成：Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋
無機蛍光体粉末の平均粒子径（Ｄ５０）：２０μｍ
焼成最高温度：８５０℃
焼成時の雰囲気：空気
焼成時の雰囲気の圧力：１００Ｐａ
【００６９】
次に、得られた焼結体を、幅１５ｍｍ、厚み４．５ｍｍ、長さ１００ｍｍの直方体状に切断し、母材を作製した。次に、この母材を延伸成型機にセットし、１０２０℃（軟化点＋１７０℃）に保持された成型炉へ１ｍｍ／分の送り速度で搬入し、成型炉出口より２２５ｍｍ／分の速度で引き出した。引き出した成型体を自動切断機で切断することにより、幅１ｍｍ、厚み０．３ｍｍ、長さ３００ｍｍの矩形長尺状の波長変換部材を作製した。この波長変換部材に、青色ＬＥＤ（発光波長：４６０ｎｍ）の光を照射したところ、白色の発光が確認された。
【００７０】
本実施例において得られた波長変換部材の三点曲げ強度を、島津製作所製オートグラフＡＧ−１０ｋＮＩＳを用いて、ＪＩＳ−Ｒ１６０１に準拠して測定したところ、２５０ＭＰａであった。
【００７１】
（比較例）
上記実施例において用いたガラス粉末と、無機蛍光体粉末とを、質量比９：１で含有するガラスペーストを作製した。そのガラスペーストを、ＰＥＴフィルム上に塗布することにより、グリーンシートを作製した。その後、そのグリーンシートを、上記実施例と同様の焼成条件で焼成することにより、上記実施例と同様の寸法を有する波長変換部材を作製した。
【００７２】
得られた波長変換部材の三点曲げ強度を、上記実施例と同様の方法で測定したところ、１３０ＭＰａであった。
【００７３】
以上の結果から、焼結体プリフォームの加熱延伸により高強度な波長変換部材を作製できることが分かる。
【符号の説明】
【００７４】
１…光源
２…合成光
１０…波長変換部材
１０ａ…蛍光
２０…発光素子
２０ａ…励起光
３０…焼結体プリフォーム
３１…ヒーター
３２…ローラー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームを加熱延伸することにより波長変換部材を成形する、波長変換部材の製造方法。
【請求項２】
前記焼結体プリフォームの加熱延伸を、前記ガラス粉末の軟化点以上であって、前記ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行う、請求項１に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項３】
前記無機蛍光体と前記ガラス粉末とを含み、バインダーを含まない成形体を形成し、前記成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、前記焼結体プリフォームを形成する、請求項１または２に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項４】
無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームが加熱延伸成形されてなる、波長変換部材。
【請求項５】
板状または棒状である、請求項４に記載の波長変換部材。
【請求項６】
長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状である、請求項５に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記無機蛍光体粉末は、酸化物無機蛍光体、窒化物無機蛍光体、酸窒化物無機蛍光体、硫化物無機蛍光体、酸硫化物無機蛍光体、希土類硫化物無機蛍光体、アルミン酸塩化物無機蛍光体及びハロリン酸塩化物無機蛍光体から選ばれた１種以上からなる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記波長変換部材の表面において、長さ３０μｍ以上かつ深さ０．０５μｍ以上の線状溝の０．２５ｍｍ２あたりの平均存在数が１００本以下である、請求項４〜７のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
前記波長変換部材に対して、前記波長変換部材の励起光を出射する発光素子と、
を備える光源。
【請求項１０】
前記発光素子は、ＬＥＤである、請求項９に記載の光源。
【請求項１１】
前記発光素子は、青色光を出射し、
前記波長変換部材は、前記青色光の一部を吸収して黄色光を発し、前記青色光と前記黄色光との合成により白色光を発する、請求項９または１０に記載の光源。
【請求項１２】
前記発光素子を複数備える、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光源。
【請求項１】
無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームを加熱延伸することにより波長変換部材を成形する、波長変換部材の製造方法。
【請求項２】
前記焼結体プリフォームの加熱延伸を、前記ガラス粉末の軟化点以上であって、前記ガラス粉末の軟化点よりも２００℃高い温度以下の温度で行う、請求項１に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項３】
前記無機蛍光体と前記ガラス粉末とを含み、バインダーを含まない成形体を形成し、前記成形体を減圧雰囲気中で焼成することにより、前記焼結体プリフォームを形成する、請求項１または２に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項４】
無機蛍光体粉末とガラス粉末との焼結体プリフォームが加熱延伸成形されてなる、波長変換部材。
【請求項５】
板状または棒状である、請求項４に記載の波長変換部材。
【請求項６】
長さ寸法と厚み寸法との比が１００：１以上の板状である、請求項５に記載の波長変換部材。
【請求項７】
前記無機蛍光体粉末は、酸化物無機蛍光体、窒化物無機蛍光体、酸窒化物無機蛍光体、硫化物無機蛍光体、酸硫化物無機蛍光体、希土類硫化物無機蛍光体、アルミン酸塩化物無機蛍光体及びハロリン酸塩化物無機蛍光体から選ばれた１種以上からなる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項８】
前記波長変換部材の表面において、長さ３０μｍ以上かつ深さ０．０５μｍ以上の線状溝の０．２５ｍｍ２あたりの平均存在数が１００本以下である、請求項４〜７のいずれか一項に記載の波長変換部材。
【請求項９】
請求項４〜８のいずれか一項に記載の波長変換部材と、
前記波長変換部材に対して、前記波長変換部材の励起光を出射する発光素子と、
を備える光源。
【請求項１０】
前記発光素子は、ＬＥＤである、請求項９に記載の光源。
【請求項１１】
前記発光素子は、青色光を出射し、
前記波長変換部材は、前記青色光の一部を吸収して黄色光を発し、前記青色光と前記黄色光との合成により白色光を発する、請求項９または１０に記載の光源。
【請求項１２】
前記発光素子を複数備える、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の光源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−３１３２８（Ｐ２０１２−３１３２８Ａ）
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７３４５１（Ｐ２０１０−１７３４５１）
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月１６日（２０１２．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月２日（２０１０．８．２）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]