波長変換部材の製造方法およびそれにより作製された波長変換部材、ならびに波長変換素子
【課題】ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図る。
【解決手段】（１）無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ未満の雰囲気中で焼成する工程、（２）ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲において、成形型を用いて混合粉末をプレスし、焼結体を得る工程、（３）１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら焼結体を冷却する工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。
【解決手段】（１）無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ未満の雰囲気中で焼成する工程、（２）ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲において、成形型を用いて混合粉末をプレスし、焼結体を得る工程、（３）１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら焼結体を冷却する工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。
【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およびそれにより作製された波長変換部材、ならびに当該波長変換部材を用いた波長変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いた光源などの、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、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が配置された光源が開示されている。この光源は、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
【０００３】
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用いられている。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を用いた場合、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、光源の輝度が低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤからの光が、青色光などの波長が短く、エネルギーが強い光である場合は、このような問題が生じやすい。
【０００４】
上記問題に鑑み、例えば、下記の特許文献２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２０００−２０８８１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材を用いた光源を高輝度化するためには、励起光の強度を高めればよいが、それだけでは、無機蛍光体粉末から発生する蛍光に対して、透過する励起光の色合いが強くなり、所望の白色光が得られにくい。そのため、励起光の強度を高めると同時に、波長変換部材における無機蛍光体粉末の含有量を多くして、蛍光強度も高める必要がある。
【０００７】
しかしながら、波長変換部材における無機蛍光体粉末の含有量を多くすると、緻密な焼結体が得られにくくなり、波長変換部材中に気孔が発生しやすくなる。波長変換部材中に気孔が多く存在すると、光が散乱しやすくなり、発光強度が低下しやすくなる。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、（１）無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ未満の雰囲気中で焼成する工程、（２）ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲において、成形型を用いて混合粉末をプレスし、焼結体を得る工程、（３）１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら焼結体を冷却する工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法に関する。
【００１０】
以下に、本発明の製造方法において、各工程により得られる効果を説明する。
【００１１】
まず、工程（１）において、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ（１気圧）より低い雰囲気中で焼成することにより、無機蛍光体粉末およびガラス粉末の各粒子間に存在するガスを効果的に排出することができ、波長変換部材における気孔の発生を抑制することができる。
【００１２】
次に、工程（２）において、ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲（ガラス粉末の軟化点−１５０℃〜ガラス粉末の軟化点＋１５０℃）において、成形型を用いて混合粉末をプレスすることにより、無機蛍光体粉末およびガラス粉末が互いに押し付けられると同時に、軟化流動したガラス粉末がバインダーの役割をして、緻密な焼結体を得ることができる。
【００１３】
さらに、工程（３）において、１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら冷却することにより、焼結体内部において閉じ込められた気泡が膨張したり、新たな気孔が発生することを抑制できる。
【００１４】
以上により、本発明の製造方法によると、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む波長変換部材において、部材中の無機蛍光体粉末の含有量が多い場合であっても、緻密に焼結固化することができ、単位体積あたりに存在する無機蛍光体粉末の比率を高めることができる。結果として、当該波長変換部材を用いた光源の高輝度化を達成することが可能となる。
【００１５】
第二に、本発明の波長変換部材の製造方法は、工程（２）または（３）において、プレスを２×１０６Ｐａ以上の圧力で行うことが好ましい。
【００１６】
第三に、本発明の波長変換部材の製造方法は、工程（３）において、冷却を不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
【００１７】
当該構成によれば、無機蛍光体粉末やガラス粉末が酸化により性状変化することを抑制できる。具体的には、無機蛍光体粉末の蛍光強度が低下したり、ガラス粉末が変色したりすることを抑制できる。
【００１８】
第四に、本発明の波長変換部材の製造方法は、ガラス粉末の軟化点が９００℃以下であることが好ましい。
【００１９】
当該構成によれば、焼結時に無機蛍光体粉末の劣化を抑制することが可能となる。
【００２０】
第五に、本発明の波長変換部材の製造方法は、無機蛍光体粉末が、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなることが好ましい。
【００２１】
第六に、本発明の波長変換部材の製造方法は、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
当該構成によれば、無機蛍光体粉末の各粒子間の隙間を小さくして、気孔の少ない緻密な波長変換部材を得ることができる。
【００２３】
第七に、本発明は、前記いずれかの製造方法により作製されたことを特徴とする波長変換部材に関する。
【００２４】
第八に、本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末を３０〜９９．９質量％含有することが好ましい。
【００２５】
当該構成によれば、波長変換部材の単位体積における無機蛍光体粉末の含有量を多くすることができ、当該波長変換部材を用いた光源の高輝度化を達成することが可能となる。
【００２６】
第九に、本発明の波長変換部材は、気孔率が３５％以下であることが好ましい。
【００２７】
当該構成によれば、波長変換部材内での光の散乱が抑制され、当該波長変換部材を用いた光源の高輝度化を達成することが可能となる。
【００２８】
第十に、本発明は、ガラス粉末と平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下である無機蛍光体粉末とを含む混合粉末の焼結体からなり、無機蛍光体粉末の含有量が３０〜９９．９質量％であることを特徴とする波長変換部材に関する。
【００２９】
第十一に、本発明は、前記いずれかの波長変換部材を熱伝導性部材に接合してなることを特徴とする波長変換素子に関する。
【００３０】
波長変換部材は、励起光を照射されることにより発熱し、輝度低下する傾向がある。これは、無機蛍光体粉末の温度消光が原因と考えられる。特に、励起光の強度が高い場合は、輝度低下の程度が大きくなる。そこで、波長変換部材を熱伝導性部材に接合してなる波長変換素子であれば、波長変換部材において発生した熱が効率的に熱伝導性部材に伝導し、放熱される。このため、波長変換部材の温度上昇を抑制することができ、波長変換部材の温度上昇にともなう輝度低下を抑制することができる。
【００３１】
第十二に、本発明の波長変換素子は、波長変換部材と熱伝導性部材との間に反射層を有することが好ましい。
【００３２】
波長変換素子としては、一般に、励起光と蛍光体から発生する蛍光との合成光を、励起光と反対側から取り出す「透過型」と、当該合成光を励起光と同じ側から取り出す「反射型」が挙げられる。本発明では、波長変換部材と熱伝導性部材との間に反射層を設けることにより、「反射型」波長変換素子とすることができる。
【００３３】
特に、波長変換部材中における無機蛍光体粉末の含有量が多い場合は、「透過型」波長変換素子では、励起光が波長変換部材内部で散乱して透過しにくくなる。結果として、所望の色合いを有する光が得られにくくなる。一方、「反射型」波長変換素子であれば、波長変換部材中における無機蛍光体粉末の含有量が多い場合であっても、所望の色合いを有する光が得られやすい。これは、波長変換部材中で励起光が散乱しても、各散乱光が反射層により反射されて励起光側に効率よく取り出すことができるためである。
【００３４】
第十三に、本発明は、前記いずれかの波長変換素子と発光素子を備えていることを特徴とする光源に関する。
【００３５】
第十四に、本発明の光源は、プロジェクター用であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の製造方法の実施の形態１を説明する模式的斜視図である。
【図２】本発明の製造方法の実施の形態２を説明する模式的斜視図である。
【図３】本発明の波長変換素子の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を用いて本発明の製造方法の実施の形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００３８】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の製造方法の実施の形態１を説明する模式的斜視図を示す。
【００３９】
まず、工程（１）において、無機蛍光体粉末とガラス粉末を含む混合粉末２を、上パンチ１ａ、ダイス１ｂ、下パンチ１ｃから構成される成形型１に投入し、焼成を行う。
【００４０】
工程（１）における雰囲気中の圧力は、１．０１３×１０５Ｐａ未満、１×１０４Ｐａ以下、１×１０２Ｐａ以下、特に１Ｐａ以下であることが好ましい。当該圧力が大きすぎると、波長変換部材中に気孔が発生して光が散乱しやすくなり、当該波長変換部材を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。
【００４１】
なお、本実施の形態では、混合粉末２を成形せず、そのまま焼成を行っているが、混合粉末２を上パンチ１ａを用いて加圧して予備成形体とした後に焼成を行ってもよい。また、上パンチ１ａにて混合粉末２をプレスした状態で焼成を行ってもよい。
【００４２】
次に、工程（２）において、ガラス粉末の軟化点付近で、上パンチ１ａにより混合粉末２をプレスしながら、さらに焼成を行い、焼結体３を得る。
【００４３】
工程（２）において、混合粉末２をプレスする際の温度は、ガラス粉末の軟化点±１５０℃、ガラス粉末の軟化点±１２０℃、ガラス粉末の軟化点±１００℃、ガラス粉末の軟化点±８０℃、特にガラス粉末の軟化点±５０℃の範囲内であることが好ましい。プレス温度が当該範囲より高い場合は、ガラス粉末が変質し、その結果、得られる波長変換部材を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。一方、混合粉末２のプレス温度が当該範囲より低い場合は、ガラス粉末の軟化流動しにくく、緻密な焼結体３が得られにくくなる。結果として、得られる波長変換部材中の気孔が多くなって機械的強度が低下したり、当該波長変換部材を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。
【００４４】
なお、混合粉末２をプレスする際の温度は、上記の通りガラス粉末の軟化点に応じて決まるが、具体的には、３００〜１０００℃、特に３００〜９００℃の範囲を満たすことが好ましい。プレス温度は、混合粉末２の焼成最高温度と一致させることが好ましい。
【００４５】
プレス圧力は２×１０６Ｐａ以上、５×１０６Ｐａ以上、１×１０７Ｐａ以上、特に２×１０７Ｐａ以上であることが好ましい。当該圧力が小さすぎると、波長変換部材内部に気孔が発生しやすくなる。なお、上限については特に限定されないが、現実的には１×１０１０以下、特に１×１０９以下である。
【００４６】
プレス時間は、混合粉末２が十分に焼結すれば特に限定されないが、例えば、０．１〜５時間、特に０．５〜２時間の間で適宜選択される。
【００４７】
成形型１の材質としては、黒鉛、タングステン、セラミックなどが挙げられる。成形型の表面にＢＮ等の離型用粉末を塗布しておけば、焼結体の成形型への融着を抑制することができる。
【００４８】
なお、工程（２）における雰囲気は特に限定されないが、ガラス粉末や無機蛍光体粉末の酸化を抑制する観点から、工程（１）と同様に減圧雰囲気とするか、あるいは、後述する工程（３）と同様に不活性雰囲気とすることが好ましい。
【００４９】
さらに、工程（３）において、１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら焼結体３を冷却し、波長変換部材４を得る。
【００５０】
工程（３）における雰囲気中の圧力は、１．０１３×１０５Ｐａ以上、２×１０５Ｐａ以上、５×１０５Ｐａ以上、特に１×１０６Ｐａ以上であることが好ましい。当該圧力が小さすぎる場合は、焼結体３内部において閉じ込められた気泡が膨張したり、新たな気孔が発生する傾向がある。なお、上限は特に限定されないが、現実的には１×１０７以下、特に５×１０６以下である。
【００５１】
なお、冷却中の雰囲気はアルゴン、ネオン等の希ガス元素や窒素等の不活性雰囲気であることが好ましい。冷却中の雰囲気を不活性雰囲気とすることで、無機蛍光体粉末やガラス粉末が酸化により性状変化することを抑制できる。具体的には、無機蛍光体粉末の蛍光強度が低下したり、ガラス粉末が変色したりすることを抑制できる。
【００５２】
無機蛍光体粉末としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなるものが挙げられる。
【００５３】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の蛍光（波長が４４０〜４８０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５４】
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５００〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５５】
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５００〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５６】
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５４０〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体の具体例としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５７】
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５４０〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋などが挙げられる。
【００５８】
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６００〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００５９】
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６００〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋などが挙げられる。
【００６０】
なお、励起光の波長域や発光させたい色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、白色光を得たい場合は、青色、緑色、赤色（さらに黄色）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。
【００６１】
無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は５０μｍ以下、特に２５μｍ以下であることが好ましい。無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、緻密な焼結体が得られにくくなる。また、発光色が不均一になる場合がある。一方、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場合がある。よって、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は１μｍ以上、特に５μｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
波長変換部材４における無機蛍光体粉末の含有量は３０〜９９．９質量％、３５〜９９質量％、５０〜９５質量％、特に７０〜９０質量％であることが好ましい。無機蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、波長変換部材４を用いた光源の輝度が低くなる傾向がある。一方、無機蛍光体粉末の含有量が多すぎると、相対的にガラス粉末の含有量が少なくなって、緻密な焼結体が得られにくくなる。
【００６３】
本発明の製造方法において使用するガラス粉末には、無機蛍光体粉末を互いに結着させるバインダーとしての役割と、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、使用するガラスの組成系によって、波長変換部材の色調が異なり、無機蛍光体粉末との反応性に差が出るため、種々の条件を考慮して使用するガラスの組成を選択する必要がある。
【００６４】
ガラス粉末としては、９００℃以下、特に８５０℃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、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。
【００６５】
ガラス粉末の具体例としては、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのいずれか１種以上を表す）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ、Ｋのいずれか１種以上を表す）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス等が挙げられる。低温で焼成したい場合、比較的容易に軟化点を低下させることが可能なＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスまたはＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５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、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスまたはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラスを選択すればよい。
【００６６】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜３０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜４０％、ＲＯ ５〜４５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００６７】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜５５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２５％、Ｒ２Ｏ ５〜３５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００６８】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜７０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５５％、Ａｌ２Ｏ３ １５〜５５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００６９】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ５〜５０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５５％、ＺｎＯ ３０〜８０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００７０】
ガラス粉末としてＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスを用いる場合、モル％で、ＺｎＯ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ２０〜７０％、ＳｉＯ２ ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００７１】
ガラス粉末としてＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを用いる場合、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％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００７２】
なお、混合粉末２（あるいは波長変換部材４）には、無機蛍光体粉末およびガラス粉末以外にも、例えばアルミナ粉末やシリカ粉末等の光拡散材が含まれていてもよい。
【００７３】
＜実施の形態２＞
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、工程（１）および（２）については同様であり、工程（３）のみ異なっている。具体的は、本実施の形態では、工程（３）において、成形型１を用いて焼結体３をプレスしながら冷却を行うことにより、波長変換部材４を作製している。
【００７４】
工程（３）におけるプレス圧力は２×１０６Ｐａ以上、５×１０６Ｐａ以上、１×１０７Ｐａ以上、特に２×１０７Ｐａ以上であることが好ましい。当該圧力が小さすぎると、焼結体３内部において閉じ込められた気泡が膨張したり、新たな気孔が発生する傾向がある。なお、上限については特に限定されないが、現実的には１×１０１０Ｐａ以下、特に１×１０９Ｐａ以下である。
【００７５】
なお、工程（３）において、実施の形態１と同様に、雰囲気の圧力を１．０１３×１０５Ｐａ以上としても構わない。
【００７６】
波長変換部材４の気孔率は３５％、２０％、１０％以下、５％以下、特に２％以下であることが好ましい。気孔率が高すぎると、波長変換部材４の単位体積あたりに存在する無機蛍光体粉末が少なくなるとともに、波長変換部材４中において光が散乱しやすくなり、当該波長変換部材４を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。また、波長変換部材４の機械的強度が低下する傾向がある。
【００７７】
波長変換部材４には、研磨、切断等の後加工を施しても構わない。
【００７８】
波長変換部材４はそのまま使用することもできるが、図３に示すように、波長変換部材４に熱伝導性部材５を接合してなる波長変換素子６として使用しても構わない。これにより、既述の通り、波長変換部材４において発生した熱が効率的に熱伝導性部材５に伝導し、放熱されるため、波長変換部材４の温度上昇を抑制することができ、波長変換部材４の温度上昇にともなう輝度低下を抑制することができる。
【００７９】
熱伝導性部材５の材質としては、Ｃｕ、Ａｌ等の金属や、それらのうち１種以上を含む合金、またはその他の物質との複合体（例えば、ＡｌとＳｉＣを混合焼結してなる複合体等）などが挙げられる。
【００８０】
また、波長変換部材４と熱伝導性部材５の間に反射層（図示せず）を設けることにより、反射型の波長変換素子とすることも可能である。
【００８１】
反射層としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、ＰｄおよびＴｉ等の金属、またはそれらのうち１種以上を含む合金などが挙げられる。
【００８２】
波長変換素子６は、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子と組み合わせることにより、例えばプロジェクター用光源として使用することができる。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８４】
表１〜１０は本発明の実施例１〜１２および比較例１〜１２を示している。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
【表４】
【００８９】
【表５】
【００９０】
【表６】
【００９１】
【表７】
【００９２】
【表８】
【００９３】
【表９】
【００９４】
【表１０】
【００９５】
（ａ）ガラス粉末の作製
まず、表に示す組成となるように、各原料粉末を秤量して混合し、原料バッチを調整した。原料バッチを白金坩堝に投入し、９００〜１４００℃で１時間溶融してガラス化し、その後、フィルム状に成形した。フィルム状ガラスをボールミルで粉砕した後、１６５メッシュの篩に通して分級し、平均粒径が４５μｍのガラス粉末を得た。
【００９６】
得られたガラス粉末について、軟化点を測定した。ガラス粉末の軟化点は、マクロ型示差熱分析計を用いて測定を行い、得られたグラフの第四の変曲点の値により評価した。
【００９７】
（ｂ）波長変換部材の作製
上記により得られたガラス粉末に対し、無機蛍光体粉末を表に示す配合比となるように混合した。得られた混合粉末を図１に示すような成形型に投入し、プレス成形することにより予備成形体を作製した。その後、表に示す条件にて焼成を行った。
【００９８】
まず、工程（１）において、表に記載の雰囲気にて、焼成温度となるまで焼成（昇温）した。
【００９９】
次に、工程（２）において、表に記載の焼成温度およびプレス圧にて、成形型を用いてプレスを行った。比較例についてはプレスは行わなかった。なお、工程（２）では、工程（１）の雰囲気を保持していた。
【０１００】
さらに、工程（３）において、表に記載の雰囲気にて、冷却を行った。なお、一部の実施例については、表に記載のプレス圧にて、成形型を用いてプレスを行った。
【０１０１】
以上のようにして、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の焼結体（波長変換部材）を得た。
【０１０２】
（ｃ）波長変換部材の特性評価
得られた焼結体について、気孔率および発光強度を測定した。結果を表に示す。
【０１０３】
気孔率は、アルキメデス法を用いて焼結体のかさ密度を測定し、次に、焼成体を粉砕してウルトラピクノメーターにより焼成体の真密度を測定し、（１−かさ密度／真密度）×１００（％）の式により求めた。
【０１０４】
発光強度は次のようにして測定した。まず、厚み０．６ｍｍ、外形２５ｍｍの正方形に切断加工したＣｕ板表面に、高熱伝導性グリスを用いて波長変換部材を固定し、図３に示すような波長変換素子を作製した。次に、電流２Ａ、励起波長４４０ｎｍのレーザー光を波長変換素子の波長変換部材側に垂直に入射させ、ダイクロイックミラーで反射光に含まれる励起光を取り除き、ＮＤフィルターで光の強度を減衰させた後、得られた蛍光ピーク強度を測定した。なお、発光強度は、各表において、蛍光ピーク強度の値が最も小さい例の発光強度を１００（％）とし、当該発光強度に対する相対値で示した。
【０１０５】
表から明らかなように、実施例１〜１２の製造方法によって作製された波長変換部材は、気孔率が９％以下と小さく、発光強度も良好であることがわかる。
【０１０６】
一方、比較例１、３および５〜１２では、工程（１）において、１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気下で焼成を行っており、工程（２）において、プレス成形を行わなかった。また、比較例２および４では、工程（２）において、プレス成形を行わず、工程（３）において、１．０１３×１０５Ｐａより低い雰囲気下（プレス成形なし）で冷却を行った。そのため、比較例１〜１２の製造方法によって作製された波長変換部材は、気孔率が３８％以上と大きくなり、発光強度にも劣っていた。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 成形型
１ａ 上パンチ
１ｂ ダイス
１ｃ 下パンチ
２ 混合粉末
３ 焼結体
４ 波長変換部材
５ 熱伝導性部材
６ 波長変換素子
Ｐ 加圧方向
【技術分野】
【０００１】
本発明は、波長変換部材の製造方法およびそれにより作製された波長変換部材、ならびに当該波長変換部材を用いた波長変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）を用いた光源などの、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源に対する注目が高まってきている。そのような次世代光源の一例として、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が配置された光源が開示されている。この光源は、ＬＥＤから出射された青色光と、波長変換部材から出射された黄色光との合成光である白色光を発する。
【０００３】
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用いられている。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を用いた場合、ＬＥＤからの光により樹脂が劣化し、光源の輝度が低くなりやすいという問題がある。特に、ＬＥＤからの光が、青色光などの波長が短く、エネルギーが強い光である場合は、このような問題が生じやすい。
【０００４】
上記問題に鑑み、例えば、下記の特許文献２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２０００−２０８８１５号公報
【特許文献２】特開２００３−２５８３０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材を用いた光源を高輝度化するためには、励起光の強度を高めればよいが、それだけでは、無機蛍光体粉末から発生する蛍光に対して、透過する励起光の色合いが強くなり、所望の白色光が得られにくい。そのため、励起光の強度を高めると同時に、波長変換部材における無機蛍光体粉末の含有量を多くして、蛍光強度も高める必要がある。
【０００７】
しかしながら、波長変換部材における無機蛍光体粉末の含有量を多くすると、緻密な焼結体が得られにくくなり、波長変換部材中に気孔が発生しやすくなる。波長変換部材中に気孔が多く存在すると、光が散乱しやすくなり、発光強度が低下しやすくなる。
【０００８】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ガラス中に無機蛍光体粉末を分散させた波長変換部材を用いた光源の高輝度化を図ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、（１）無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ未満の雰囲気中で焼成する工程、（２）ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲において、成形型を用いて混合粉末をプレスし、焼結体を得る工程、（３）１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら焼結体を冷却する工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法に関する。
【００１０】
以下に、本発明の製造方法において、各工程により得られる効果を説明する。
【００１１】
まず、工程（１）において、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ（１気圧）より低い雰囲気中で焼成することにより、無機蛍光体粉末およびガラス粉末の各粒子間に存在するガスを効果的に排出することができ、波長変換部材における気孔の発生を抑制することができる。
【００１２】
次に、工程（２）において、ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲（ガラス粉末の軟化点−１５０℃〜ガラス粉末の軟化点＋１５０℃）において、成形型を用いて混合粉末をプレスすることにより、無機蛍光体粉末およびガラス粉末が互いに押し付けられると同時に、軟化流動したガラス粉末がバインダーの役割をして、緻密な焼結体を得ることができる。
【００１３】
さらに、工程（３）において、１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら冷却することにより、焼結体内部において閉じ込められた気泡が膨張したり、新たな気孔が発生することを抑制できる。
【００１４】
以上により、本発明の製造方法によると、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む波長変換部材において、部材中の無機蛍光体粉末の含有量が多い場合であっても、緻密に焼結固化することができ、単位体積あたりに存在する無機蛍光体粉末の比率を高めることができる。結果として、当該波長変換部材を用いた光源の高輝度化を達成することが可能となる。
【００１５】
第二に、本発明の波長変換部材の製造方法は、工程（２）または（３）において、プレスを２×１０６Ｐａ以上の圧力で行うことが好ましい。
【００１６】
第三に、本発明の波長変換部材の製造方法は、工程（３）において、冷却を不活性雰囲気中で行うことが好ましい。
【００１７】
当該構成によれば、無機蛍光体粉末やガラス粉末が酸化により性状変化することを抑制できる。具体的には、無機蛍光体粉末の蛍光強度が低下したり、ガラス粉末が変色したりすることを抑制できる。
【００１８】
第四に、本発明の波長変換部材の製造方法は、ガラス粉末の軟化点が９００℃以下であることが好ましい。
【００１９】
当該構成によれば、焼結時に無機蛍光体粉末の劣化を抑制することが可能となる。
【００２０】
第五に、本発明の波長変換部材の製造方法は、無機蛍光体粉末が、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなることが好ましい。
【００２１】
第六に、本発明の波長変換部材の製造方法は、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下であることが好ましい。
【００２２】
当該構成によれば、無機蛍光体粉末の各粒子間の隙間を小さくして、気孔の少ない緻密な波長変換部材を得ることができる。
【００２３】
第七に、本発明は、前記いずれかの製造方法により作製されたことを特徴とする波長変換部材に関する。
【００２４】
第八に、本発明の波長変換部材は、無機蛍光体粉末を３０〜９９．９質量％含有することが好ましい。
【００２５】
当該構成によれば、波長変換部材の単位体積における無機蛍光体粉末の含有量を多くすることができ、当該波長変換部材を用いた光源の高輝度化を達成することが可能となる。
【００２６】
第九に、本発明の波長変換部材は、気孔率が３５％以下であることが好ましい。
【００２７】
当該構成によれば、波長変換部材内での光の散乱が抑制され、当該波長変換部材を用いた光源の高輝度化を達成することが可能となる。
【００２８】
第十に、本発明は、ガラス粉末と平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下である無機蛍光体粉末とを含む混合粉末の焼結体からなり、無機蛍光体粉末の含有量が３０〜９９．９質量％であることを特徴とする波長変換部材に関する。
【００２９】
第十一に、本発明は、前記いずれかの波長変換部材を熱伝導性部材に接合してなることを特徴とする波長変換素子に関する。
【００３０】
波長変換部材は、励起光を照射されることにより発熱し、輝度低下する傾向がある。これは、無機蛍光体粉末の温度消光が原因と考えられる。特に、励起光の強度が高い場合は、輝度低下の程度が大きくなる。そこで、波長変換部材を熱伝導性部材に接合してなる波長変換素子であれば、波長変換部材において発生した熱が効率的に熱伝導性部材に伝導し、放熱される。このため、波長変換部材の温度上昇を抑制することができ、波長変換部材の温度上昇にともなう輝度低下を抑制することができる。
【００３１】
第十二に、本発明の波長変換素子は、波長変換部材と熱伝導性部材との間に反射層を有することが好ましい。
【００３２】
波長変換素子としては、一般に、励起光と蛍光体から発生する蛍光との合成光を、励起光と反対側から取り出す「透過型」と、当該合成光を励起光と同じ側から取り出す「反射型」が挙げられる。本発明では、波長変換部材と熱伝導性部材との間に反射層を設けることにより、「反射型」波長変換素子とすることができる。
【００３３】
特に、波長変換部材中における無機蛍光体粉末の含有量が多い場合は、「透過型」波長変換素子では、励起光が波長変換部材内部で散乱して透過しにくくなる。結果として、所望の色合いを有する光が得られにくくなる。一方、「反射型」波長変換素子であれば、波長変換部材中における無機蛍光体粉末の含有量が多い場合であっても、所望の色合いを有する光が得られやすい。これは、波長変換部材中で励起光が散乱しても、各散乱光が反射層により反射されて励起光側に効率よく取り出すことができるためである。
【００３４】
第十三に、本発明は、前記いずれかの波長変換素子と発光素子を備えていることを特徴とする光源に関する。
【００３５】
第十四に、本発明の光源は、プロジェクター用であることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の製造方法の実施の形態１を説明する模式的斜視図である。
【図２】本発明の製造方法の実施の形態２を説明する模式的斜視図である。
【図３】本発明の波長変換素子の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、図面を用いて本発明の製造方法の実施の形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００３８】
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の製造方法の実施の形態１を説明する模式的斜視図を示す。
【００３９】
まず、工程（１）において、無機蛍光体粉末とガラス粉末を含む混合粉末２を、上パンチ１ａ、ダイス１ｂ、下パンチ１ｃから構成される成形型１に投入し、焼成を行う。
【００４０】
工程（１）における雰囲気中の圧力は、１．０１３×１０５Ｐａ未満、１×１０４Ｐａ以下、１×１０２Ｐａ以下、特に１Ｐａ以下であることが好ましい。当該圧力が大きすぎると、波長変換部材中に気孔が発生して光が散乱しやすくなり、当該波長変換部材を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。
【００４１】
なお、本実施の形態では、混合粉末２を成形せず、そのまま焼成を行っているが、混合粉末２を上パンチ１ａを用いて加圧して予備成形体とした後に焼成を行ってもよい。また、上パンチ１ａにて混合粉末２をプレスした状態で焼成を行ってもよい。
【００４２】
次に、工程（２）において、ガラス粉末の軟化点付近で、上パンチ１ａにより混合粉末２をプレスしながら、さらに焼成を行い、焼結体３を得る。
【００４３】
工程（２）において、混合粉末２をプレスする際の温度は、ガラス粉末の軟化点±１５０℃、ガラス粉末の軟化点±１２０℃、ガラス粉末の軟化点±１００℃、ガラス粉末の軟化点±８０℃、特にガラス粉末の軟化点±５０℃の範囲内であることが好ましい。プレス温度が当該範囲より高い場合は、ガラス粉末が変質し、その結果、得られる波長変換部材を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。一方、混合粉末２のプレス温度が当該範囲より低い場合は、ガラス粉末の軟化流動しにくく、緻密な焼結体３が得られにくくなる。結果として、得られる波長変換部材中の気孔が多くなって機械的強度が低下したり、当該波長変換部材を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。
【００４４】
なお、混合粉末２をプレスする際の温度は、上記の通りガラス粉末の軟化点に応じて決まるが、具体的には、３００〜１０００℃、特に３００〜９００℃の範囲を満たすことが好ましい。プレス温度は、混合粉末２の焼成最高温度と一致させることが好ましい。
【００４５】
プレス圧力は２×１０６Ｐａ以上、５×１０６Ｐａ以上、１×１０７Ｐａ以上、特に２×１０７Ｐａ以上であることが好ましい。当該圧力が小さすぎると、波長変換部材内部に気孔が発生しやすくなる。なお、上限については特に限定されないが、現実的には１×１０１０以下、特に１×１０９以下である。
【００４６】
プレス時間は、混合粉末２が十分に焼結すれば特に限定されないが、例えば、０．１〜５時間、特に０．５〜２時間の間で適宜選択される。
【００４７】
成形型１の材質としては、黒鉛、タングステン、セラミックなどが挙げられる。成形型の表面にＢＮ等の離型用粉末を塗布しておけば、焼結体の成形型への融着を抑制することができる。
【００４８】
なお、工程（２）における雰囲気は特に限定されないが、ガラス粉末や無機蛍光体粉末の酸化を抑制する観点から、工程（１）と同様に減圧雰囲気とするか、あるいは、後述する工程（３）と同様に不活性雰囲気とすることが好ましい。
【００４９】
さらに、工程（３）において、１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら焼結体３を冷却し、波長変換部材４を得る。
【００５０】
工程（３）における雰囲気中の圧力は、１．０１３×１０５Ｐａ以上、２×１０５Ｐａ以上、５×１０５Ｐａ以上、特に１×１０６Ｐａ以上であることが好ましい。当該圧力が小さすぎる場合は、焼結体３内部において閉じ込められた気泡が膨張したり、新たな気孔が発生する傾向がある。なお、上限は特に限定されないが、現実的には１×１０７以下、特に５×１０６以下である。
【００５１】
なお、冷却中の雰囲気はアルゴン、ネオン等の希ガス元素や窒素等の不活性雰囲気であることが好ましい。冷却中の雰囲気を不活性雰囲気とすることで、無機蛍光体粉末やガラス粉末が酸化により性状変化することを抑制できる。具体的には、無機蛍光体粉末の蛍光強度が低下したり、ガラス粉末が変色したりすることを抑制できる。
【００５２】
無機蛍光体粉末としては、例えば、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からなるものが挙げられる。
【００５３】
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色の蛍光（波長が４４０〜４８０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｓｒ５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ２＋、（Ｓｒ，Ｂａ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５４】
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５００〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５５】
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５００〜５４０ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５６】
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５４０〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無蛍光体の具体例としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋などが挙げられる。
【００５７】
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５４０〜５９５ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋などが挙げられる。
【００５８】
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６００〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｇｄ３Ｇａ４Ｏ１２：Ｃｒ３＋、ＣａＧａ２Ｓ４：Ｍｎ２＋などが挙げられる。
【００５９】
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６００〜７００ｎｍの蛍光）を発する無機蛍光体の具体例としては、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、Ｋ２ＳｉＦ６：Ｍｎ４＋などが挙げられる。
【００６０】
なお、励起光の波長域や発光させたい色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、白色光を得たい場合は、青色、緑色、赤色（さらに黄色）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。
【００６１】
無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は５０μｍ以下、特に２５μｍ以下であることが好ましい。無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が大きすぎると、緻密な焼結体が得られにくくなる。また、発光色が不均一になる場合がある。一方、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場合がある。よって、無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０は１μｍ以上、特に５μｍ以上であることが好ましい。
【００６２】
波長変換部材４における無機蛍光体粉末の含有量は３０〜９９．９質量％、３５〜９９質量％、５０〜９５質量％、特に７０〜９０質量％であることが好ましい。無機蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、波長変換部材４を用いた光源の輝度が低くなる傾向がある。一方、無機蛍光体粉末の含有量が多すぎると、相対的にガラス粉末の含有量が少なくなって、緻密な焼結体が得られにくくなる。
【００６３】
本発明の製造方法において使用するガラス粉末には、無機蛍光体粉末を互いに結着させるバインダーとしての役割と、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、使用するガラスの組成系によって、波長変換部材の色調が異なり、無機蛍光体粉末との反応性に差が出るため、種々の条件を考慮して使用するガラスの組成を選択する必要がある。
【００６４】
ガラス粉末としては、９００℃以下、特に８５０℃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、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。
【００６５】
ガラス粉末の具体例としては、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ（ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのいずれか１種以上を表す）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ（Ｒ’はＬｉ、Ｎａ、Ｋのいずれか１種以上を表す）系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラス、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラス、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラス等が挙げられる。低温で焼成したい場合、比較的容易に軟化点を低下させることが可能なＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスまたはＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５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、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ系ガラス、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスまたはＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラスを選択すればよい。
【００６６】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＲＯ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜３０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜３０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜４０％、ＲＯ ５〜４５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００６７】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ｒ’２Ｏ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ １〜５５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２５％、Ｋ２Ｏ ０〜２５％、Ｒ２Ｏ ５〜３５％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜１０％、ＺｎＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００６８】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−Ａｌ２Ｏ３系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ３０〜７０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５５％、Ａｌ２Ｏ３ １５〜５５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００６９】
ガラス粉末としてＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＺｎＯ系ガラスを用いる場合、モル％で、ＳｉＯ２ ５〜５０％、Ｂ２Ｏ３ １５〜５５％、ＺｎＯ ３０〜８０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００７０】
ガラス粉末としてＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３系ガラスを用いる場合、モル％で、ＺｎＯ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ２０〜７０％、ＳｉＯ２ ０〜５％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０〜１０％、ＣａＯ ０〜１０％、ＳｒＯ ０〜１０％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００７１】
ガラス粉末としてＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスを用いる場合、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％、ＢａＯ ０〜１０％を含有するものを使用することが好ましい。
【００７２】
なお、混合粉末２（あるいは波長変換部材４）には、無機蛍光体粉末およびガラス粉末以外にも、例えばアルミナ粉末やシリカ粉末等の光拡散材が含まれていてもよい。
【００７３】
＜実施の形態２＞
本実施の形態は、実施の形態１と比較して、工程（１）および（２）については同様であり、工程（３）のみ異なっている。具体的は、本実施の形態では、工程（３）において、成形型１を用いて焼結体３をプレスしながら冷却を行うことにより、波長変換部材４を作製している。
【００７４】
工程（３）におけるプレス圧力は２×１０６Ｐａ以上、５×１０６Ｐａ以上、１×１０７Ｐａ以上、特に２×１０７Ｐａ以上であることが好ましい。当該圧力が小さすぎると、焼結体３内部において閉じ込められた気泡が膨張したり、新たな気孔が発生する傾向がある。なお、上限については特に限定されないが、現実的には１×１０１０Ｐａ以下、特に１×１０９Ｐａ以下である。
【００７５】
なお、工程（３）において、実施の形態１と同様に、雰囲気の圧力を１．０１３×１０５Ｐａ以上としても構わない。
【００７６】
波長変換部材４の気孔率は３５％、２０％、１０％以下、５％以下、特に２％以下であることが好ましい。気孔率が高すぎると、波長変換部材４の単位体積あたりに存在する無機蛍光体粉末が少なくなるとともに、波長変換部材４中において光が散乱しやすくなり、当該波長変換部材４を用いた光源の発光強度が低下する傾向がある。また、波長変換部材４の機械的強度が低下する傾向がある。
【００７７】
波長変換部材４には、研磨、切断等の後加工を施しても構わない。
【００７８】
波長変換部材４はそのまま使用することもできるが、図３に示すように、波長変換部材４に熱伝導性部材５を接合してなる波長変換素子６として使用しても構わない。これにより、既述の通り、波長変換部材４において発生した熱が効率的に熱伝導性部材５に伝導し、放熱されるため、波長変換部材４の温度上昇を抑制することができ、波長変換部材４の温度上昇にともなう輝度低下を抑制することができる。
【００７９】
熱伝導性部材５の材質としては、Ｃｕ、Ａｌ等の金属や、それらのうち１種以上を含む合金、またはその他の物質との複合体（例えば、ＡｌとＳｉＣを混合焼結してなる複合体等）などが挙げられる。
【００８０】
また、波長変換部材４と熱伝導性部材５の間に反射層（図示せず）を設けることにより、反射型の波長変換素子とすることも可能である。
【００８１】
反射層としては、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、ＰｄおよびＴｉ等の金属、またはそれらのうち１種以上を含む合金などが挙げられる。
【００８２】
波長変換素子６は、ＬＥＤやＬＤ等の発光素子と組み合わせることにより、例えばプロジェクター用光源として使用することができる。
【実施例】
【００８３】
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００８４】
表１〜１０は本発明の実施例１〜１２および比較例１〜１２を示している。
【００８５】
【表１】
【００８６】
【表２】
【００８７】
【表３】
【００８８】
【表４】
【００８９】
【表５】
【００９０】
【表６】
【００９１】
【表７】
【００９２】
【表８】
【００９３】
【表９】
【００９４】
【表１０】
【００９５】
（ａ）ガラス粉末の作製
まず、表に示す組成となるように、各原料粉末を秤量して混合し、原料バッチを調整した。原料バッチを白金坩堝に投入し、９００〜１４００℃で１時間溶融してガラス化し、その後、フィルム状に成形した。フィルム状ガラスをボールミルで粉砕した後、１６５メッシュの篩に通して分級し、平均粒径が４５μｍのガラス粉末を得た。
【００９６】
得られたガラス粉末について、軟化点を測定した。ガラス粉末の軟化点は、マクロ型示差熱分析計を用いて測定を行い、得られたグラフの第四の変曲点の値により評価した。
【００９７】
（ｂ）波長変換部材の作製
上記により得られたガラス粉末に対し、無機蛍光体粉末を表に示す配合比となるように混合した。得られた混合粉末を図１に示すような成形型に投入し、プレス成形することにより予備成形体を作製した。その後、表に示す条件にて焼成を行った。
【００９８】
まず、工程（１）において、表に記載の雰囲気にて、焼成温度となるまで焼成（昇温）した。
【００９９】
次に、工程（２）において、表に記載の焼成温度およびプレス圧にて、成形型を用いてプレスを行った。比較例についてはプレスは行わなかった。なお、工程（２）では、工程（１）の雰囲気を保持していた。
【０１００】
さらに、工程（３）において、表に記載の雰囲気にて、冷却を行った。なお、一部の実施例については、表に記載のプレス圧にて、成形型を用いてプレスを行った。
【０１０１】
以上のようにして、直径２０ｍｍ、厚さ１ｍｍの円盤状の焼結体（波長変換部材）を得た。
【０１０２】
（ｃ）波長変換部材の特性評価
得られた焼結体について、気孔率および発光強度を測定した。結果を表に示す。
【０１０３】
気孔率は、アルキメデス法を用いて焼結体のかさ密度を測定し、次に、焼成体を粉砕してウルトラピクノメーターにより焼成体の真密度を測定し、（１−かさ密度／真密度）×１００（％）の式により求めた。
【０１０４】
発光強度は次のようにして測定した。まず、厚み０．６ｍｍ、外形２５ｍｍの正方形に切断加工したＣｕ板表面に、高熱伝導性グリスを用いて波長変換部材を固定し、図３に示すような波長変換素子を作製した。次に、電流２Ａ、励起波長４４０ｎｍのレーザー光を波長変換素子の波長変換部材側に垂直に入射させ、ダイクロイックミラーで反射光に含まれる励起光を取り除き、ＮＤフィルターで光の強度を減衰させた後、得られた蛍光ピーク強度を測定した。なお、発光強度は、各表において、蛍光ピーク強度の値が最も小さい例の発光強度を１００（％）とし、当該発光強度に対する相対値で示した。
【０１０５】
表から明らかなように、実施例１〜１２の製造方法によって作製された波長変換部材は、気孔率が９％以下と小さく、発光強度も良好であることがわかる。
【０１０６】
一方、比較例１、３および５〜１２では、工程（１）において、１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気下で焼成を行っており、工程（２）において、プレス成形を行わなかった。また、比較例２および４では、工程（２）において、プレス成形を行わず、工程（３）において、１．０１３×１０５Ｐａより低い雰囲気下（プレス成形なし）で冷却を行った。そのため、比較例１〜１２の製造方法によって作製された波長変換部材は、気孔率が３８％以上と大きくなり、発光強度にも劣っていた。
【符号の説明】
【０１０７】
１ 成形型
１ａ 上パンチ
１ｂ ダイス
１ｃ 下パンチ
２ 混合粉末
３ 焼結体
４ 波長変換部材
５ 熱伝導性部材
６ 波長変換素子
Ｐ 加圧方向
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ未満の雰囲気中で焼成する工程、（２）ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲において、成形型を用いて混合粉末をプレスし、焼結体を得る工程、（３）１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら焼結体を冷却する工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。
【請求項２】
工程（２）または（３）において、プレスを２×１０６Ｐａ以上の圧力で行うことを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項３】
工程（３）において、冷却を不活性雰囲気中で行う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の製造方法。
【請求項４】
ガラス粉末の軟化点が９００℃以下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の製造方法。
【請求項５】
無機蛍光体粉末が、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からな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の製造方法。
【請求項６】
無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により作製されたことを特徴とする波長変換部材。
【請求項８】
無機蛍光体粉末を３０〜９９．９質量％含有することを特徴とする請求項７に記載の波長変換部材。
【請求項９】
気孔率が３５％以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の波長変換部材。
【請求項１０】
ガラス粉末と平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下である無機蛍光体粉末とを含む混合粉末の焼結体からなり、無機蛍光体粉末の含有量が３０〜９９．９質量％であることを特徴とする波長変換部材。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載の波長変換部材を熱伝導性部材に接合してなることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１２】
波長変換部材と熱伝導性部材との間に反射層を有することを特徴とする請求項１１に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の波長変換素子と発光素子を備えていることを特徴とする光源。
【請求項１４】
プロジェクター用であることを特徴とする請求項１３に記載の光源
【請求項１】
（１）無機蛍光体粉末とガラス粉末とを含む混合粉末を、１．０１３×１０５Ｐａ未満の雰囲気中で焼成する工程、（２）ガラス粉末の軟化点±１５０℃の温度範囲において、成形型を用いて混合粉末をプレスし、焼結体を得る工程、（３）１．０１３×１０５Ｐａ以上の雰囲気で加圧しながら、および／または、成形型を用いてプレスしながら焼結体を冷却する工程、を含むことを特徴とする波長変換部材の製造方法。
【請求項２】
工程（２）または（３）において、プレスを２×１０６Ｐａ以上の圧力で行うことを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項３】
工程（３）において、冷却を不活性雰囲気中で行う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の製造方法。
【請求項４】
ガラス粉末の軟化点が９００℃以下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の製造方法。
【請求項５】
無機蛍光体粉末が、酸化物蛍光体、窒化物蛍光体、酸窒化物蛍光体、塩化物蛍光体、酸塩化物蛍光体、硫化物蛍光体、酸硫化物蛍光体、ハロゲン化物蛍光体、カルコゲン化物蛍光体、アルミン酸塩蛍光体、ハロリン酸塩化物蛍光体、ＹＡＧ系化合物蛍光体から選ばれた１種以上からな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の製造方法。
【請求項６】
無機蛍光体粉末の平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の波長変換部材の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により作製されたことを特徴とする波長変換部材。
【請求項８】
無機蛍光体粉末を３０〜９９．９質量％含有することを特徴とする請求項７に記載の波長変換部材。
【請求項９】
気孔率が３５％以下であることを特徴とする請求項７または８に記載の波長変換部材。
【請求項１０】
ガラス粉末と平均粒子径Ｄ５０が５０μｍ以下である無機蛍光体粉末とを含む混合粉末の焼結体からなり、無機蛍光体粉末の含有量が３０〜９９．９質量％であることを特徴とする波長変換部材。
【請求項１１】
請求項７〜１０のいずれかに記載の波長変換部材を熱伝導性部材に接合してなることを特徴とする波長変換素子。
【請求項１２】
波長変換部材と熱伝導性部材との間に反射層を有することを特徴とする請求項１１に記載の波長変換素子。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の波長変換素子と発光素子を備えていることを特徴とする光源。
【請求項１４】
プロジェクター用であることを特徴とする請求項１３に記載の光源
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１８０４８８（Ｐ２０１２−１８０４８８Ａ）
【公開日】平成２４年９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４５９２１（Ｐ２０１１−４５９２１）
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【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９月２０日（２０１２．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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