蛍光物質成形体及びその製造方法、発光装置
【課題】 新規な蛍光物質成形体の製造方法を提供すること、また、ガラス粉末に対する蛍光体粉末の配合比を高くした蛍光物質成形体を提供することを目的とする。
【解決手段】 蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融させ、その後、冷却する蛍光物質成形体の製造方法に関する。また、この蛍光物質成形体の製造方法により得られる蛍光物質成形体であって、蛍光体の濃度は５重量％以上である蛍光物質成形体に関する。
【解決手段】 蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融させ、その後、冷却する蛍光物質成形体の製造方法に関する。また、この蛍光物質成形体の製造方法により得られる蛍光物質成形体であって、蛍光体の濃度は５重量％以上である蛍光物質成形体に関する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光物質成形体、蛍光物質成形体の製造方法、及び蛍光物質成形体を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体を用いた発光装置として、青色の発光を行うＬＥＤチップと、青色光を黄色に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体と、を組み合わせた白色に発光する発光装置が知られている。ＹＡＧ蛍光体は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂に分散させてＬＥＤチップの周囲に配置している。しかし、ＬＥＤチップの高出力化やＬＥＤチップの発熱に伴い、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂が劣化されやすくなっている。このため、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂に代えて、耐熱性、耐光性に優れたガラスを用いた発光装置が知られている（例えば、特許文献１乃至６参照）。
【０００３】
従来の半導体発光装置として、基体と、基体に固着された半導体発光素子と、半導体発光素子を被覆するコーティング材と、を備え、コーティング材は光透過性を有するポリメタロキサン又はセラミックである半導体発光装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。コーティング材は、蛍光物質を含有しており、ポリメタロキサン結合を主体として形成されたガラスである旨が記載されている。コーティング材を構成するコーティング材形成溶液は、通常は液体であるが、空気中又は酸素雰囲気中で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により金属酸化物のメタロキサン結合を主体とする透明なコーティング材を生成する。これらのコーティング材形成溶液に蛍光物質の粉末を混合して半導体発光素子の周囲に塗布すれば、光変換作用を発揮する蛍光物質を含有するコーティング材を形成することができる。このコーティング材の形成方法は、コーティング材を基体の凹部内に注入して、約１５０℃〜２００℃の温度で焼成し、蛍光物質を含有するコーティング材を固化形成して、半導体発光素子を封止する。コーティング材の焼成温度は半導体発光素子の融点よりも十分に低い。このように、ポリメタロキサン結合を主体として形成されたガラスは融点が低く、半導体発光素子を封止する際、ガラスは液状となっている。この液状のガラスを固化する際に、各部材の膨張係数が異なるため、ワイヤが切断されたり、半導体発光素子が基体から剥離されたりすることがある。
【０００４】
また、従来の発光装置として、セラミックスで形成されたケースの凹部にＬＥＤチップがマウントされ、低融点ガラスをバインダーとする蛍光体がＬＥＤチップの周囲に塗布されている発光装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。この低融点ガラスをＬＥＤチップの周囲に塗布され、加熱、溶融が行われて固化される。そのため、低融点ガラスを固化する際に、各部材の膨張係数が異なるため、ワイヤが切断されたり、ＬＥＤチップがケースから剥離されたりすることがある。また、低融点ガラスは光の取り出し効率が悪い。これは、低融点ガラスが着色されているため、ＬＥＤチップから出射された光が低融点ガラスの着色部分で一部吸収されるからである。さらに、低融点ガラスであるため、熱や湿度に弱く、化学的安定性も悪いという欠点もある。
【０００５】
また、従来の発光装置として、青色光源と発光色変換部材とを有し、青色光源から発せられる青色光の一部を黄色に変換し、残部の青色光と合成して白色光を得る発光装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。発光色変換部材は、軟化点が５００℃より高いガラス中にＹ３Ａｌ５Ｏ１２系の無機蛍光体が分散されている。発光色変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末を混合し、発光色変換部材用材料を得る。この発光色変換部材用材料に樹脂バインダーを添加して加圧成型し、円盤状の予備成型体を製作する。この予備成型体を焼成して樹脂バインダーを除去して焼結させ、発光色変換部材を得る。この予備成型体の焼結温度は４００℃〜８５０℃である。実施例においてガラス中に含有されている無機蛍光体の密度は０．０５体積％〜１０．０体積％である。この発光色変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを樹脂バインダーを除去して焼結させていることから、無機蛍光体を高濃度に充填することはできない。無機蛍光体を高濃度に充填すると非常に脆い発光色変換部材となるからである。
【０００６】
さらに、従来の発光装置として、紫外線ＬＥＤ素子と発光色変換部材とを有し、紫外線ＬＥＤ素子から発せられる紫外線を可視光に変換する発光装置が知られている（特許文献６参照）。発光色変換部材は、酸化物ガラス粉末と蛍光体粉末とを９０対１０、９５対５の配合比で調合し、少量の樹脂バインダーを添加して混合した後、金型で加圧成型してボタン状予備成型体を作製する。この予備成型体を酸化物ガラスの軟化点プラスマイナス１５０℃の温度範囲で焼結させ円盤状発光色変換部材を得ている。酸化ガラスの軟化点−１５０℃より低い温度ではガラスが流動し難く、緻密な焼結体を得ることが難しくなる。軟化点＋１５０℃より高い温度では蛍光体がガラスに溶け出し、発光が弱くなったりガラスが変色したりするおそれがある。また、酸化ガラス粉末に対する蛍光体粉末の配合比を高くした場合、非常に脆い焼結体となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４９３４０号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９３４７号公報
【特許文献３】特開２００１−８５７４７号公報
【特許文献４】特開２００４−２００５３１号公報
【特許文献５】特開２００３−２５８３０８号公報
【特許文献６】特開２００６−２０２７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来の発光装置に使用される、蛍光体粉末とガラス粉末とを用いた発光色変換部材は上述のような問題を有している。このことから、本発明は、ガラス粉末に対する蛍光体粉末の配合比を高くした蛍光物質成形体を提供することを目的とする。また、蛍光物質成形体の新規な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題点を解決すべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。
【００１０】
本発明は、蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融させ、その後、冷却する蛍光物質成形体の製造方法に関する。これにより極めて短時間に蛍光物質成形体を製造することができる。また、蛍光体粉末と無機部材粉末とを強固に複合化することができる。
【００１１】
放電プラズマ焼結法（Spark Plasma Sintering Method）とは、圧粉体粒子間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放電により瞬時に発生する高温プラズマ（放電プラズマ）の高エネルギーを熱拡散、電界拡散などへ効果的に応用することで、低温度から２０００℃以上の超高温領域において従来法に比べ低い温度域、短時間で焼結あるいは焼結接合を可能とする材料合成加工技術をいう。
【００１２】
前記放電プラズマ焼結法は、前記混合物に１５ｋＮ以上の圧力を加えることが好ましい。特に３０ｋＮ以上３ＭＮ以下の圧力を加えることがより好ましい。これにより短時間で緻密な成形体を得ることができる。
【００１３】
また、前記放電プラズマ焼結の工程後、アニール処理を施すことが好ましい。これにより、所望とする光拡散効力を備えた蛍光物質成形体を得ることができる。
【００１４】
本発明は、蛍光体粉末と無機部材粉末とが混合され、溶融後に得られる蛍光物質成形体であって、前記蛍光体の濃度は５重量％以上、好ましくは１０重量％以上である蛍光物質成形体に関する。これにより、強固かつ薄型の蛍光物質成形体を提供することができる。
【００１５】
蛍光物質成形体の焼結密度は、真密度に対して９５％以上であることが好ましい。これにより、さらに強固かつ薄型で、光取り出し効率の高い蛍光物質成形体を提供することができる。
【００１６】
前記無機部材は、２００℃以上のガラス転移点を持つガラスを用いることができる。また４８０℃以下のガラス転移点を持つガラスが好ましい。これにより耐熱性に優れた発光装置を提供することができる。また比較的ガラス転移点の低い物質を使用することができる。
【００１７】
前記無機部材は、前記蛍光体の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のいずれか１つを有することが好ましい。これにより、放電プラズマ焼結過程における蛍光体と無機部材との溶融拡散もしくは熱拡散により蛍光体の変換効率が低下することを抑制することができる。また、蛍光体と無機部材との界面を、組成的、結晶的にほぼ連続とすることができることから、蛍光体と無機部材との接合界面における光の損失を低減させることができる。
【００１８】
さらに、前記無機部材と前記蛍光体の屈折率差は、１．０以下であることが好ましい。これにより、蛍光体にて変換された光を効率よく外部へ取り出すことができる。
【００１９】
前記蛍光体は、平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下のものを用いることができる。放電プラズマ焼結法は、ナノサイズの蛍光体粒子と無機部材とを均一に混合できるため、均一な発光を得ることができる。また、放電プラズマ焼結法では、蛍光体粒子が粒子成長することを抑制しながら焼結することができる。このため、小さいサイズの蛍光体粒子を分散したまま焼結することができ、光拡散に優れた蛍光物質成形体を得ることができる。
また、平均粒径が５０μｍ以上の蛍光体を用いる場合は、蛍光体の変換効率、取り出し効率が良くなるため、発光強度の高い蛍光体成形体を得られ易い。但し、蛍光体の平均粒径は、大きくすぎると無機部材との均一性が得られにくいことから、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明は、発光素子と、前記発光素子の周囲に配置される前記製造方法により製造された蛍光物質成形体、又は前記蛍光物質成形体と、を有する発光装置に関する。これにより発光素子から出射される光の少なくとも一部は蛍光物質成形体に照射され、蛍光物質成形体に含有されている蛍光体が波長変換され、発光素子と異なる波長の光を放出する。この蛍光体からの光と、蛍光物質成形体を透過する発光素子からの光と、が混合し、白色光などの混色光を放出する発光装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上説明したように構成されているので、極めて短時間に蛍光物質成形体を製造することができる製造方法を提供することができる。また、強固、かつ、薄型の蛍光物質成形体を提供することができる。さらに、白色光などの混色光を放出する発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る蛍光物質成形体及びその製造方法、発光装置について、実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。図１は、実施の形態に係る蛍光物質成形体を示す概略斜視図である。図２は、実施の形態に係る放電プラズマ焼結装置を示す概略説明図である。
【００２３】
＜蛍光物質成形体＞
実施の形態に係る蛍光物質成形体１０は、蛍光体粉末２０と無機部材粉末３０との混合物に放電プラズマ焼結法を用いて溶融後に冷却することによって得られる。蛍光物質成形体１０の形状は特に限定されないが、平板状や円柱状、直方体等の形状を採ることができる。蛍光物質成形体１０の厚みは特に限定されないが、発光素子から出射された光が透過する厚さとすることができる。例えば、蛍光物質成形体１０の厚さを０．５ｍｍ〜５．０ｍｍとすることができる。また、発光素子から出射された光の大部分を遮断するが、蛍光物質成形体１０からの光を高出力に放出することができる、蛍光体２０の密度の高い薄型の蛍光物質成形体１０とすることもできる。蛍光物質成形体１０の大きさは特に限定されない。蛍光物質成形体１０は放電プラズマ焼結法により得られたそのままでも使用できるが、所定の大きさとするため、蛍光物質成形体１０の側面を切断機で切断したり、若しくは蛍光物質成形体１０の一部に傷を付け、この傷に沿って応力を加え、分割したりしてもよい。さらに、この切断若しくは分割後、蛍光物質成形体１０の側面を研磨してもよい。また、蛍光物質成形体１０の表面を研磨しなくても使用できる場合があるが、蛍光物質成形体１０の表面を研磨して凹凸を小さくしたものも使用できる。蛍光物質成形体１０における蛍光体２０の濃度は１０重量％以上であることが好ましいが、５重量％以上のものも使用できる。
【００２４】
蛍光物質成形体１０の原料となる蛍光体粉末２０、無機部材粉末３０等について詳述する。
【００２５】
（蛍光体、蛍光体粉末）
蛍光物質成形体１０は蛍光体（蛍光体粉末）２０を含有する。明細書において「蛍光体粉末」は蛍光物質成形体として複合化される前の原料として使用される状態を意味し、「蛍光体」は蛍光物質成形体として複合化された後の状態を意味する。蛍光体２０は発光素子から出射された光を吸収して波長変換を行い、発光素子と異なる波長の光を発するものであればよい。蛍光体粉末２０の大きさは特に限定されず、数ｎｍから数十μｍ程度のものを使用することができる。蛍光体粉末２０は扱いやすさの観点から３μｍ〜１０μｍ程度が好ましい。
【００２６】
ここで、本明細書において、粒径値とはＦｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ‘ｓ Ｎｏ（フィッシャー、サブ、シーブ、サイザーズ、ナンバー）と呼ばれる空気透過法を用いた平均粒径の値を示す。
【００２７】
原料に用いる蛍光体粉末２０の具体例としては、以下に示すものを挙げることができる。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体・サイアロン系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、チオケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
【００２８】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕのほかＭＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、Ｍ１．８Ｓｉ５Ｏ０．２Ｎ８：Ｅｕ、Ｍ０．９Ｓｉ７Ｏ０．１Ｎ１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。
【００２９】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００３０】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活されるサイアロン系蛍光体は、Ｍｐ／２Ｓｉ１２−ｐ−ｑＡｌｐ＋ｑＯｑＮ１６−ｐ：Ｃｅ、Ｍ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。ｑは０〜２．５、ｐは１．５〜３である。）などがある。
【００３１】
Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ５（ＰＯ４）３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれかである。）などがある。
【００３２】
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ２Ｂ５Ｏ９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれかである。）などがある。
【００３３】
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｒ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｒ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれかである。）などがある。
【００３４】
アルカリ土類金属ケイ酸塩蛍光体には、Ｍ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００３５】
アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどがある。
【００３６】
Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅなどもある。
【００３７】
その他の蛍光体には、ＭＳ：Ｅｕ、Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ、０．５ＭｇＦ２・３．５ＭｇＯ・ＧｅＯ２、ＭＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００３８】
上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。
【００３９】
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
【００４０】
これらの蛍光体は発光素子からの励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有するものを使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有するものも使用することができる。これらの蛍光体を種々組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。
【００４１】
例えば、青色に発光するＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系化合物半導体発光素子を用いて、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ若しくは（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅの蛍光体に照射し、波長変換を行う。発光素子からの光と、蛍光体からの光との混合色により白色に発光する発光装置を提供することができる。
【００４２】
例えば、緑色から黄色に発光するＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ又はＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕと、蛍光体である青色に発光する（Ｓｒ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、赤色に発光するＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ又はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、からなる蛍光体を使用することによって、演色性に優れた白色に発光する発光装置を提供することができる。これは、色の三源色である赤・青・緑を使用しているため、蛍光体の配合比を変えることのみで、所望の白色光を実現することができる。
【００４３】
（無機部材、無機部材粉末）
蛍光物質成形体１０は無機部材粉末３０を含有する。明細書において「無機部材粉末」は蛍光物質成形体として複合化される前の原料として使用される状態を意味し、「無機部材」は蛍光物質成形体として複合化された後の状態を意味する。無機部材粉末３０は蛍光体粉末２０を保持するために用いられる。また、発光素子から出射された光の一部又は蛍光体２０から放出された光の一部が透過するものであれば特に限定されない。具体的には、無機部材粉末３０はガラス、セラミックスなどである。特に、無機部材粉末３０は、軟化点が比較的低く、安価であることからガラスが好ましい。
【００４４】
無機部材粉末３０として、一般的な透明誘電体無機材料を用いることができる。具体的には、ホウケイ酸ガラス、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムなどがあげられるが、放熱性および光取り出し効率を考慮すると、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。また、無機部材粉末３０は、混合する蛍光体２０の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のうち、少なくとも１つを有していることが好ましい。これにより、放電プラズマ焼結過程における蛍光体と無機部材との溶融拡散もしくは熱拡散により蛍光体の変換効率が低下することを抑制することができる。また、蛍光体と無機部材との界面を、組成的、結晶的にほぼ連続とすることができることから、蛍光体と無機部材との接合界面における光の損失を低減させることができる。
【００４５】
（ガラス）
無機部材粉末３０としてガラス粉末３１を用いることができる。ガラス粉末３１は蛍光物質成形体１０に変態したとき、発光素子からの光を透過するとともに、蛍光体２０を保持するものであれば良い。ガラス粉末３１の大きさは特に限定されず数nｍ〜数ｍｍのものを使用することができる。
【００４６】
鉛フリーのガラス３１は２００℃以上７００℃以下のガラス転移温度を持つことが好ましい。また、鉛フリーのガラス３１の融点は２２０℃以上であり８００℃以下であることが好ましい。一方、鉛入りのガラス３１は３００℃以上７００℃以下のガラス転移温度を持つことが好ましい。また、鉛入りのガラス３１の融点は４００℃以上であり、８００℃以下であることが好ましい。ガラス粉末３１は放電プラズマ焼結法を用いて溶融するため、比較的高いガラス転移点を持つガラス粉末３１を使用することができる。ガラス転移温度以上融点よりも低い温度にガラス粉末３１を加熱して軟化状態にすることにより蛍光物質成形体１０を成型することができる。特に、ガラス３１は４３０℃以上６００℃以下のガラス転移温度を有していることが好ましい。但し、この軟化状態は融点以上に液状化されたものではない。ガラス粉末３１が融点以上に加熱されて液状化すると蛍光体粉末２０とガラス粉末３１との熱膨張係数差によりクラックが生じやすくなるからである。
【００４７】
ガラス３１の材質は、Ｂ２Ｏ３―ＳｉＯ２、ＢａＯ―Ｂ２Ｏ３―ＳｉＯ２、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３―ＳｉＯ２等が挙げられる。ＳｉＯ２（シリカ）、Ｂ２Ｏ３（三酸化二ホウ素）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＴｉＯ２（酸化チタン（ＩＶ））、の他に、ＰｂＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＣｄＯ、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＴａＯ５、Ｌｉ２Ｏ、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＹＦ３、ＬａＦ３、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２等のフッ化物を含有することもできる。これにより融点、ガラス転移温度、屈折率等を所定の値に調節することもできる。屈折率を所定の値に調節することにより発光素子からの光の取り出し効率を高めることができる。また、Ｐｂを含有することにより光沢を増し、透明性を向上することもできる。また、Ｐｂを含有することにより製造工程における蛍光物質成形体１０の装置からの取り出しを容易に行うことができる。ガラス３１は鉛の含有量が１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、実質的に含有されていないことが特に好ましい。環境保護の観点からである。
【００４８】
（その他）
蛍光物質成形体１０には、蛍光体粉末２０、無機部材粉末３０と共に光拡散部材を含有させてもよい。具体的な光拡散部材としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、アルミン酸バリウム等が好適に用いられる。光拡散部材の大きさは特に限定されず、中心粒径が１ｎｍ以上３００μｍ以下、好ましくは中心粒径が１ｎｍ以上１００μｍ以下のものを使用することができる。
【００４９】
（放電プラズマ焼結法）
放電プラズマ焼結法に用いる放電プラズマ焼結装置１００は、蛍光体粉末２０と無機部材粉末３０との粉体混合物に対して低電圧でパルス状大電流を投入し、火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギーにより無機部材粉末を溶融させるものである。放電プラズマ焼結装置１００は、カーボン製の上部パンチ１１０と下部パンチ１２０と焼結ダイ１３０とによって粉体混合物を挟み込んでいる。焼結ダイ１３０は筒状を成しており、筒状の内部に粉体混合物が配置される。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０の少なくとも一方は焼結ダイ１３０の筒状内部を上下に移動可能である。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０は、上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０との間に挟まれている。上部パンチ電極１４０は上部パンチ１１０と連結されており、また、下部パンチ電極１５０は下部パンチ１２０と連結されている。上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０は上部パンチ１１０と下部パンチ１２０を伝って、粉体混合物を圧縮する方向に圧力を加えることができる。粉体混合物及び上部パンチ１１０と下部パンチ１２０、焼結ダイ１３０は、真空チャンバー１６０内に配置されている。上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０とは電源１７０に電気的に接続されている。
【００５０】
＜蛍光物質成形体の製造方法＞
蛍光物質成形体１０は、蛍光体粉末２０と無機部材粉末３０との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融し、その後、冷却することにより製造することができる。ここでは無機部材粉末３０としてガラス粉末３１を例にとって説明する。
【００５１】
（１）計測された蛍光体粉末２０と計測されたガラス粉末３１との混合物を上部パンチ１１０と下部パンチ１２０と焼結ダイ１３０とによって挟み込まれる空間内に配置する。
【００５２】
（２）上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０を用いて電源１７０から所定の電圧をかけ、所定の電流を流す。上部パンチ電極１４０に接続された上部パンチ１１０と、下部パンチ電極１５０に接続された下部パンチ１２０と、は発熱する。電流はマイクロ秒間隔のパルス状で流す。電圧は１０ボルト前後、電流は数百アンペア以上であるが、混合物の量、種類により適宜変更する。また、投入時間は混合物の量、種類により適宜変更するが、１分〜１５分程度と極めて短時間である。昇温速度は混合物の量、種類に応じて適宜変更でき、例えば電流１００Ａ／分〜３００Ａ／分とすることができる。電流を流すとともに、上部パンチ１１０と下部パンチ１２０とに上下方向の圧力を加える。加える圧力は適宜変更するが、１５ＫＮ以上、好ましくは３０ＫＮ〜３ＭＮである。単位面積（パンチ）当たりの圧力に相当する。真空チャンバー内の温度は２０００℃以下であることが好ましい。真空チャンバーとしているが、大気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気なども使用することができる。このように、電流をマイクロ秒間隔のパルス状で流すため混合物相互の接触部に放電プラズマが発生する。この放電プラズマにより瞬時に発生する高温プラズマの高エネルギーを熱拡散・電界拡散などへ効果的に応用することで低温から２０００℃以上の超高温領域において昇温・保持を含め３分〜２０分程度の短時間で「焼結」「焼結結合」を行うことができる。以上を放電プラズマ焼結法とする。
【００５３】
（３）これにより無機部材が溶融された蛍光物質成形体１０を得る。
【００５４】
蛍光物質成形体１０の焼結密度は、光取り出し効率および機械的強度を考慮すると、真密度に対して９０％以上、より好ましくは９５％以上、更により好ましくは９８％以上であることが好ましい。
【００５５】
しかしながら、蛍光物質成形体１０は、焼結密度を高く形成すると、色度・輝度ムラが生じやすい。そこで、蛍光物質成形体１０の焼結密度を高くする場合、放電プラズマ焼結法の冷却工程後、アニール処理を施すことが好ましい。アニール処理は、蛍光体成形体の種類により選択された温度下と雰囲気下にて行われる。例えば、大気中、窒素中、水素／窒素混合ガス中などにて行われる。アニール処理は、成形体が焼結された直後に施しても良く、成形体に切断加工を施した後に施しても良い。これにより、蛍光物質成形体１０に光拡散効果をもたらすことができる。アニール工程により光拡散効果が増す理由としては、焼結過程において失活した蛍光体粉末の粒界近傍の付活剤が再活性化され、無機部材との屈折率差が顕著になるためであると考えられる。このようにして得られた蛍光物質成形体１０が組み込まれた発光装置は、照射先に発光素子のダイスパターンが映し出されず、均一な発光を得ることができる。
【００５６】
ここで、本明細書において、焼結密度とは、蛍光体と無機部材の組成、結晶系により計算される理論密度と、アルキメデス法で測定された成形体密度との割合（％）で表す。理論密度の代わりに、真密度も用いることもできる。真密度は、例えば、島津製作所製アキュピックを用いて測定される。焼結・成形前の蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を所定の容器Ａに投入して計量する。その後、容器ＡにＨｅガス充填し一定圧力にした後、容積既知の容器ＢにＨｅガスを開放する。最後に、連結された容器ＡとＢの平行圧力を測定することで、総体積と圧力変化とを利用し粉体混合物の粉末の体積を測定することができる。重量と得られた粉末体積により、目的となる真密度を計算することができる。成形体密度は、あらかじめ重量を測定した蛍光体成形体を水などの液体を満たした容器に入れ、溢れ出た水の体積により成形体の重量を割ることで測定するアルキメデス法を用いる。
【００５７】
＜発光装置＞
発光装置は、光源と蛍光物質成形体１０とを少なくとも有する。光源は、蛍光物質成形体１０に含有される蛍光体２０を励起するものであれば限定されないが、小型で長寿命であることから半導体発光素子が好ましい。光源から出射された光は蛍光物質成形体１０に照射され、蛍光物質成形体１０は光源と異なる波長の光を放出する。この光源からの光の一部と、蛍光物質成形体１０からの光の一部と、が混合して所定の発光色を実現することができる。また、紫外線領域に発光する光源を用い、蛍光物質成形体１０から放出される光を発光色とする発光装置とすることもできる。
【００５８】
（発光素子）
発光素子は、紫外線領域に発光する発光素子や、青紫色系、青色系、青緑色系、緑色系等に発光する発光素子を使用することができる。発光素子の発光ピーク波長は、３６０〜５５０ｎｍに発光ピーク波長を有しているものが好ましい。発光素子は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）やレーザ素子（ＬＤ）などを含む。青色系に発光する発光素子は、ＩＩＩ族窒化物系化合物発光素子であることが好ましい。発光素子は、例えばサファイア基板上にＧａＮバッファ層を介して、Ｓｉがアンドープのｎ型ＧａＮ層、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層、アンドープＧａＮ層、多重量子井戸構造の発光層（ＧａＮ障壁層／ＩｎＧａＮ井戸層の量子井戸構造）、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ＧａＮからなるｐクラッド層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層が順次積層された積層構造を有するものを使用することができる。
【００５９】
（被膜）
蛍光物質成形体１０の表面に被膜を形成することもできる。被膜は蛍光物質成形体１０の白濁を抑制することができる。蛍光物質成形体１０の白濁はガラスが結晶化することに起因する。また水分の透過を抑制することもできる。被膜は光拡散部材、紫外線吸収材などを含有させたものを使用することができる。例えば所定の波長の光（３５０ｎｍ以下の波長及び５５０ｎｍ以上の波長の光）を吸収する被膜を用いることにより、特定の波長の光（３５０ｎｍから５５０ｎｍまでの波長の光）を取り出すことができる発蛍光物質成形体１０を提供することができる。被膜は一層だけでなく、多層構造とすることもできる。多層構造とすることにより透過率を上げることもできる。
【００６０】
（パッケージ）
パッケージは発光素子及び蛍光物質成形体１０を配置する。パッケージに発光素子が載置され、発光素子からの光が直接または間接に外部に放出される位置に蛍光物質成形体１０を配置する。パッケージの形状は特に限定されず、カップ状、平板状、アレイ状などを採ることができる。例えば、カップ状のパッケージを使用して、カップ内に発光素子を配置して、カップの開口部分を蛍光物質成形体１０で封止することもできる。また、平板状の台座と一部に開口部があるキャップとを有するパッケージを使用して、台座に発光素子を配置して、キャップの開口部に蛍光物質成形体１０を配置することもできる。さらに、複数の開口部を有するアレイを使用し、開口部内に発光素子を配置して、開口部に蛍光物質成形体１０を配置することもできる。パッケージは、ポリフタルアミドや液晶高分子などの樹脂、ガラスエポキシ基板、セラミックスなどの材料を用いることができる。
【００６１】
［実施例１乃至３］
以下、実施例１乃至３に係る蛍光物質成形体について説明する。図１は、実施の形態に係る蛍光物質成形体を示す概略斜視図である。図３は、積分球を用いた測定方法を示す概略説明図である。図４は、実施例２に係る蛍光物質成形体の光束と励起光出力との測定結果を示す図である。図５は、実施例２に係る蛍光物質成形体の光出力と励起光出力との測定結果を示す図である。図６は、実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。図７は、実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。
【００６２】
実施例１乃至３に係る蛍光物質成形体１０は、原料に蛍光体粉末２０とガラス粉末３１とを用い、放電プラズマ焼結法により製造される。
【００６３】
蛍光体粉末２０は、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の２種類を用いる。Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体とＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体の平均粒径は約５μｍである。
【００６４】
ガラス粉末３１は、ホウケイ酸ガラスを用いる。ホウケイ酸ガラスはガラス転移点が５００℃、屈伏点５５０℃、比重２．３９ｇ／ｃｃである。ホウケイ酸ガラスの平均粒径は約１２０μｍである。
【００６５】
Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体とＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体とを用いる蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体）：（ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体）：（ホウケイ酸ガラス）＝１４．８８：０．６２：８４．５０である。
【００６６】
放電プラズマ焼結装置１００は、ＳＰＳシンテックス株式会社製（装置形式：ＳＰＳ−９．４０ＭＫ−ＶＩＩ）を用いる。蛍光物質成形体１０の大きさが直径約３４ｍｍの円柱状となる焼結ダイ１３０を用いる。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０、焼結ダイ１３０は、グラファイト製を用いる。真空チャンバーは約１０Ｐａ以下に保持し、冷却水を流している。昇温速度は電流を約２００Ａ／分で流す。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約２８ＫＮとする。
【００６７】
実施例１では、蛍光体粉末２０と無機物粉末３１との混合原料の仕込み量を４．０ｇ使用する。ホウケイ酸ガラスのガラス転移点以上の温度５２０℃で約３分間電流を流し続ける。その結果、ガラスの直径が約３４ｍｍ、厚さが１．３〜１．９ｍｍの円柱状の蛍光物質成形体１０を得る。
【００６８】
実施例２では、蛍光体粉末２０と無機物粉末３１との混合原料の仕込み量を４．０ｇ使用する。ホウケイ酸ガラスのガラス転移点以上の温度５４０℃で約５分間電流を流し続ける。その結果、ガラスの直径が約３４ｍｍ、厚さが１．５〜１．７ｍｍの円柱状の蛍光物質成形体１０を得る。
【００６９】
実施例３では、蛍光体粉末２０と無機物粉末３１との混合原料の仕込み量を４．０ｇ使用する。ホウケイ酸ガラスのガラス転移点以上の温度５３０℃で約５分間電流を流し続ける。その結果、ガラスの直径が約３４ｍｍ、厚さが１．５〜１．７ｍｍの円柱状の蛍光物質成形体１０を得る。
【００７０】
（測定）
実施例２で製造された蛍光物質成形体１０を積分球２２０を用いて測定する。測定系は、光源に４４５ｎｍに発光ピークを持つレーザ光を発するレーザ素子２００と、レーザ素子２００に接続された光ファイバ２１０と、を用い、光ファイバの先端に蛍光物質成形体１０を設ける。レーザ素子２００から出射された光は光ファイバ２１０を伝って蛍光物質成形体１０に照射される。蛍光物質成形体１０から放出された光は積分球２２０に全て入光され光束が測定される。
【００７１】
この結果、レーザ素子２００からの光と、蛍光物質成形体１０からの光と、の混色光は白色を示した。この白色光は黄色から赤色成分までを有するため演色性が良い。また、蛍光物質成形体１０は従来の樹脂に比べて化学的・熱的に安定である。また、従来のホットプレスと異なり、放電プラズマ焼結法は小さな熱履歴でガラス形成ができるため、耐熱性に弱い蛍光体粉末２０であっても成形することができる。
【００７２】
［実施例４］
蛍光体粉末２０に、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を用いる。蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）：（ホウケイ酸ガラス）＝１５．５：８４．５である以外は実施例２と同じである。
発光ピーク波長が４５５ｎｍである光を発するＬＥＤを用いて蛍光物質成形体に照射すると黄色の発光を示す。
【００７３】
［実施例５］
蛍光体粉末２０に、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の３種類を用いる。Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体とを用いる蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ）：（Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）：（ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体）：（ホウケイ酸ガラス）＝５．５：９．３：９．３８：０．６２：８４．５ある以外は実施例２と同じである。
発光ピーク波長が４５５ｎｍである光を発するＬＥＤを用いて蛍光物質成形体に照射すると橙色の発光をしめす。
【００７４】
［実施例６］
蛍光体粉末２０を、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、の２種類を用い、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、とを用いる蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）：（Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）：（ホウケイ酸ガラス）＝５．７：９．８：８４．５である以外は実施例２と同じである。
発光ピーク波長が４０５ｎｍである光を発するＬＥＤを用いて蛍光物質成形体に照射すると白色の発光を示す。
【００７５】
［実施例７および８］
実施例７では、平均粒径が５．７μｍである（Ｙ０．９５Ｇｄ０．０５）２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末２０と平均粒径が約０．５μｍである酸化アルミニウム３１とを有し、前記蛍光体粉末２０の濃度が約１０重量％である混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３８ｇ仕込み、昇温速度約５０℃／分にて約１３０４℃まで昇温し、約５分間保持する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９７．７％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７６】
実施例８では、蛍光体粉末２０の濃度が約２０重量％である混合原料を用いる以外は、実施例７と同様にして蛍光物質成形体１０を形成する。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９９．３％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７７】
［実施例９］
蛍光体粉末２０として、（Ｙ０．９Ｇｄ０．１）２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末とＹ２．８２．８５Ｃｅ０．２Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末を約８：１の重量比で混合した平均粒径が１０．７μｍである蛍光体粉末２０を用いる以外は実施例８と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３８ｇ仕込み、昇温速度約４７℃／分にて約１３１５℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９９．３％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７８】
［実施例１０乃至１２］
実施例１０では、蛍光体粉末２０として、平均粒径が４．４μｍであるＹ２．９３５Ｃｅ０．０６５Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末２０を用いる以外は実施例８と同様にして混合してなる混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３５ｇ仕込み、昇温速度約４３℃／分にて約１３００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９８．５％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７９】
実施例１１では、蛍光体粉末２０の濃度を４０重量％とする以外は、実施例１０と同様にして混合して蛍光物質成形体を形成する。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９８．６％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８０】
実施例１２では、蛍光体粉末２０の濃度を６０重量％とする以外は、実施例１０と同様にして混合して蛍光物質成形体を形成する。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９９．４％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８１】
［実施例１３］
無機部材粉末３１として、平均粒径が１．１μｍであるＹ２Ｏ３粉末２０を用いる以外は、実施例８と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約４６ｇ仕込み、昇温速度約３８℃／分にて約１３００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９６．８％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８２】
［実施例１４］
無機部材粉末３１として、平均粒径が２．０μｍであるＭｇＦ２粉末２０を用いる以外は、実施例８と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３２．１ｇ仕込み、昇温速度約５０℃／分にて約９００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９７．２％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８３】
［実施例１５］
無機部材粉末３１として、平均粒径が４．３μｍであるＹ３Ａｌ５Ｏ１２粉末２０を用いる以外は、実施例１０と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約４４ｇ仕込み、昇温速度約４０℃／分にて約１３００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９８．１％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８４】
(測定)
実施例７乃至１５で得られた蛍光物質成形体１０を、分光蛍光光度計（日立社製：Ｆ−４５００）を用いて測定する。測定系は、光源にＸｅランプを用い、Ｘｅランプから出射された光が蛍光物質成形体に照射し、蛍光物質成形体から放出された光がフォトマルチプライヤ（浜松ホトニクス社製：Ｒ９２８）に入光するように蛍光物質成形体を設ける。Ｘｅランプから出射された光は励起側分光器を通ることで４６０ｎｍの光に分光され、蛍光物質成形体に照射される。蛍光物質成形体から放出された光がフォトマルチプライヤに入光され輝度が測定される。測定した輝度は使用した蛍光体の粉末状態での輝度に対する相対値として表示される。その結果、実施例７乃至１５で得られた蛍光物質成形体の輝度は、それぞれ、７３．３％、７４．４％、７２．０％、９８．４％、７７．３％、７４．０％、７２．２％、８０．０％、７１．３％である。
【００８５】
［実施例１６乃至２２］
実施例７乃至１５において、それぞれ焼結工程後に大気中にて１４００℃のアニールを２時間施す。この結果、色鮮やかで光拡散状態の優れた蛍光物質成形体が得られる。アニールの雰囲気は、大気中以外、Ｎ２雰囲気やＨ２／Ｎ２などの還元雰囲気で行うこともできる。
【００８６】
［実施例２３乃至２９］
発光ピーク波長が４６０ｎｍの光を発する発光ダイオードの周囲に、それぞれ実施例７乃至１３にて得られた蛍光物質成形体を配置されてなる発光装置を形成する。その結果、発光装置の色度は、それぞれ、（ｘ／ｙ）＝（０．４５４３／０.５２９６）、（ｘ／ｙ）＝（０．４７９８／０.５０９３）、（ｘ／ｙ）＝（０．４５６８／０.５２９）、（ｘ／ｙ）＝（０．４４４７／０.５３８１）、（ｘ／ｙ）＝（０．４４８８／０.５３５８）、（ｘ／ｙ）＝（０．４５１３／０.５３３５）、（ｘ／ｙ）＝（０．４５５７／０.５２７４）、（ｘ／ｙ）＝（０．４６５３／０.５１９９）、（ｘ／ｙ）＝（０．４４４１／０.５３８２）である。実施例７乃至１５において得られる発光色は、全て黄色系の発光であるが、成形体の厚みや、透明誘電体の無機部材の選定、蛍光体と無機部材との配合比を調整することにより、白色光を得ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の蛍光物質成形体の製造方法は、ガラス粉末などの無機部材粉末に蛍光体粉末を分散させて固定することに利用することができる。この蛍光物質成形体は耐熱性、耐光性に優れているため、高出力の光源を用いた発光装置に利用することができる。その発光装置はヘッドライトなどの車載、照明、バックライトなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施の形態に係る蛍光物質成形体を示す概略斜視図である。
【図２】実施の形態に係る放電プラズマ焼結装置を示す概略説明図である。
【図３】積分球を用いた測定方法を示す概略説明図である。
【図４】実施例２に係る蛍光物質成形体の光束と励起光出力との測定結果を示す図である。
【図５】実施例２に係る蛍光物質成形体の光出力と励起光出力との測定結果を示す図である。
【図６】実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。
【図７】実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 蛍光物質成形体
２０ 蛍光体粉末（蛍光体）
３０ 無機部材粉末（無機部材）
３１ ガラス粉末（ガラス）
１００ 放電プラズマ焼結装置
１１０ 上部パンチ
１２０ 下部パンチ
１３０ 焼結ダイ
１４０ 上部パンチ電極
１５０ 下部パンチ電極
１６０ 真空チャンバー
１７０ 電源
２００ レーザ素子
２１０ 光ファイバ
２２０ 積分球
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蛍光物質成形体、蛍光物質成形体の製造方法、及び蛍光物質成形体を用いた発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
蛍光体を用いた発光装置として、青色の発光を行うＬＥＤチップと、青色光を黄色に変換するＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）蛍光体と、を組み合わせた白色に発光する発光装置が知られている。ＹＡＧ蛍光体は、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂に分散させてＬＥＤチップの周囲に配置している。しかし、ＬＥＤチップの高出力化やＬＥＤチップの発熱に伴い、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂が劣化されやすくなっている。このため、エポキシ樹脂やシリコーン樹脂に代えて、耐熱性、耐光性に優れたガラスを用いた発光装置が知られている（例えば、特許文献１乃至６参照）。
【０００３】
従来の半導体発光装置として、基体と、基体に固着された半導体発光素子と、半導体発光素子を被覆するコーティング材と、を備え、コーティング材は光透過性を有するポリメタロキサン又はセラミックである半導体発光装置が知られている（例えば、特許文献１乃至３参照）。コーティング材は、蛍光物質を含有しており、ポリメタロキサン結合を主体として形成されたガラスである旨が記載されている。コーティング材を構成するコーティング材形成溶液は、通常は液体であるが、空気中又は酸素雰囲気中で加熱すると成分の分解又は酸素の吸収により金属酸化物のメタロキサン結合を主体とする透明なコーティング材を生成する。これらのコーティング材形成溶液に蛍光物質の粉末を混合して半導体発光素子の周囲に塗布すれば、光変換作用を発揮する蛍光物質を含有するコーティング材を形成することができる。このコーティング材の形成方法は、コーティング材を基体の凹部内に注入して、約１５０℃〜２００℃の温度で焼成し、蛍光物質を含有するコーティング材を固化形成して、半導体発光素子を封止する。コーティング材の焼成温度は半導体発光素子の融点よりも十分に低い。このように、ポリメタロキサン結合を主体として形成されたガラスは融点が低く、半導体発光素子を封止する際、ガラスは液状となっている。この液状のガラスを固化する際に、各部材の膨張係数が異なるため、ワイヤが切断されたり、半導体発光素子が基体から剥離されたりすることがある。
【０００４】
また、従来の発光装置として、セラミックスで形成されたケースの凹部にＬＥＤチップがマウントされ、低融点ガラスをバインダーとする蛍光体がＬＥＤチップの周囲に塗布されている発光装置が知られている（例えば、特許文献４参照）。この低融点ガラスをＬＥＤチップの周囲に塗布され、加熱、溶融が行われて固化される。そのため、低融点ガラスを固化する際に、各部材の膨張係数が異なるため、ワイヤが切断されたり、ＬＥＤチップがケースから剥離されたりすることがある。また、低融点ガラスは光の取り出し効率が悪い。これは、低融点ガラスが着色されているため、ＬＥＤチップから出射された光が低融点ガラスの着色部分で一部吸収されるからである。さらに、低融点ガラスであるため、熱や湿度に弱く、化学的安定性も悪いという欠点もある。
【０００５】
また、従来の発光装置として、青色光源と発光色変換部材とを有し、青色光源から発せられる青色光の一部を黄色に変換し、残部の青色光と合成して白色光を得る発光装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。発光色変換部材は、軟化点が５００℃より高いガラス中にＹ３Ａｌ５Ｏ１２系の無機蛍光体が分散されている。発光色変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末を混合し、発光色変換部材用材料を得る。この発光色変換部材用材料に樹脂バインダーを添加して加圧成型し、円盤状の予備成型体を製作する。この予備成型体を焼成して樹脂バインダーを除去して焼結させ、発光色変換部材を得る。この予備成型体の焼結温度は４００℃〜８５０℃である。実施例においてガラス中に含有されている無機蛍光体の密度は０．０５体積％〜１０．０体積％である。この発光色変換部材は、無機蛍光体粉末とガラス粉末とを樹脂バインダーを除去して焼結させていることから、無機蛍光体を高濃度に充填することはできない。無機蛍光体を高濃度に充填すると非常に脆い発光色変換部材となるからである。
【０００６】
さらに、従来の発光装置として、紫外線ＬＥＤ素子と発光色変換部材とを有し、紫外線ＬＥＤ素子から発せられる紫外線を可視光に変換する発光装置が知られている（特許文献６参照）。発光色変換部材は、酸化物ガラス粉末と蛍光体粉末とを９０対１０、９５対５の配合比で調合し、少量の樹脂バインダーを添加して混合した後、金型で加圧成型してボタン状予備成型体を作製する。この予備成型体を酸化物ガラスの軟化点プラスマイナス１５０℃の温度範囲で焼結させ円盤状発光色変換部材を得ている。酸化ガラスの軟化点−１５０℃より低い温度ではガラスが流動し難く、緻密な焼結体を得ることが難しくなる。軟化点＋１５０℃より高い温度では蛍光体がガラスに溶け出し、発光が弱くなったりガラスが変色したりするおそれがある。また、酸化ガラス粉末に対する蛍光体粉末の配合比を高くした場合、非常に脆い焼結体となる。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４９３４０号公報
【特許文献２】特開２０００−３４９３４７号公報
【特許文献３】特開２００１−８５７４７号公報
【特許文献４】特開２００４−２００５３１号公報
【特許文献５】特開２００３−２５８３０８号公報
【特許文献６】特開２００６−２０２７２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上のように、従来の発光装置に使用される、蛍光体粉末とガラス粉末とを用いた発光色変換部材は上述のような問題を有している。このことから、本発明は、ガラス粉末に対する蛍光体粉末の配合比を高くした蛍光物質成形体を提供することを目的とする。また、蛍光物質成形体の新規な製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の問題点を解決すべく、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、本発明を完成するに到った。
【００１０】
本発明は、蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融させ、その後、冷却する蛍光物質成形体の製造方法に関する。これにより極めて短時間に蛍光物質成形体を製造することができる。また、蛍光体粉末と無機部材粉末とを強固に複合化することができる。
【００１１】
放電プラズマ焼結法（Spark Plasma Sintering Method）とは、圧粉体粒子間隙に直接パルス状の電気エネルギーを投入し、火花放電により瞬時に発生する高温プラズマ（放電プラズマ）の高エネルギーを熱拡散、電界拡散などへ効果的に応用することで、低温度から２０００℃以上の超高温領域において従来法に比べ低い温度域、短時間で焼結あるいは焼結接合を可能とする材料合成加工技術をいう。
【００１２】
前記放電プラズマ焼結法は、前記混合物に１５ｋＮ以上の圧力を加えることが好ましい。特に３０ｋＮ以上３ＭＮ以下の圧力を加えることがより好ましい。これにより短時間で緻密な成形体を得ることができる。
【００１３】
また、前記放電プラズマ焼結の工程後、アニール処理を施すことが好ましい。これにより、所望とする光拡散効力を備えた蛍光物質成形体を得ることができる。
【００１４】
本発明は、蛍光体粉末と無機部材粉末とが混合され、溶融後に得られる蛍光物質成形体であって、前記蛍光体の濃度は５重量％以上、好ましくは１０重量％以上である蛍光物質成形体に関する。これにより、強固かつ薄型の蛍光物質成形体を提供することができる。
【００１５】
蛍光物質成形体の焼結密度は、真密度に対して９５％以上であることが好ましい。これにより、さらに強固かつ薄型で、光取り出し効率の高い蛍光物質成形体を提供することができる。
【００１６】
前記無機部材は、２００℃以上のガラス転移点を持つガラスを用いることができる。また４８０℃以下のガラス転移点を持つガラスが好ましい。これにより耐熱性に優れた発光装置を提供することができる。また比較的ガラス転移点の低い物質を使用することができる。
【００１７】
前記無機部材は、前記蛍光体の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のいずれか１つを有することが好ましい。これにより、放電プラズマ焼結過程における蛍光体と無機部材との溶融拡散もしくは熱拡散により蛍光体の変換効率が低下することを抑制することができる。また、蛍光体と無機部材との界面を、組成的、結晶的にほぼ連続とすることができることから、蛍光体と無機部材との接合界面における光の損失を低減させることができる。
【００１８】
さらに、前記無機部材と前記蛍光体の屈折率差は、１．０以下であることが好ましい。これにより、蛍光体にて変換された光を効率よく外部へ取り出すことができる。
【００１９】
前記蛍光体は、平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下のものを用いることができる。放電プラズマ焼結法は、ナノサイズの蛍光体粒子と無機部材とを均一に混合できるため、均一な発光を得ることができる。また、放電プラズマ焼結法では、蛍光体粒子が粒子成長することを抑制しながら焼結することができる。このため、小さいサイズの蛍光体粒子を分散したまま焼結することができ、光拡散に優れた蛍光物質成形体を得ることができる。
また、平均粒径が５０μｍ以上の蛍光体を用いる場合は、蛍光体の変換効率、取り出し効率が良くなるため、発光強度の高い蛍光体成形体を得られ易い。但し、蛍光体の平均粒径は、大きくすぎると無機部材との均一性が得られにくいことから、１００μｍ以下であることが好ましい。
【００２０】
本発明は、発光素子と、前記発光素子の周囲に配置される前記製造方法により製造された蛍光物質成形体、又は前記蛍光物質成形体と、を有する発光装置に関する。これにより発光素子から出射される光の少なくとも一部は蛍光物質成形体に照射され、蛍光物質成形体に含有されている蛍光体が波長変換され、発光素子と異なる波長の光を放出する。この蛍光体からの光と、蛍光物質成形体を透過する発光素子からの光と、が混合し、白色光などの混色光を放出する発光装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上説明したように構成されているので、極めて短時間に蛍光物質成形体を製造することができる製造方法を提供することができる。また、強固、かつ、薄型の蛍光物質成形体を提供することができる。さらに、白色光などの混色光を放出する発光装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明に係る蛍光物質成形体及びその製造方法、発光装置について、実施の形態及び実施例を用いて説明する。だたし、本発明は、この実施の形態及び実施例に限定されない。図１は、実施の形態に係る蛍光物質成形体を示す概略斜視図である。図２は、実施の形態に係る放電プラズマ焼結装置を示す概略説明図である。
【００２３】
＜蛍光物質成形体＞
実施の形態に係る蛍光物質成形体１０は、蛍光体粉末２０と無機部材粉末３０との混合物に放電プラズマ焼結法を用いて溶融後に冷却することによって得られる。蛍光物質成形体１０の形状は特に限定されないが、平板状や円柱状、直方体等の形状を採ることができる。蛍光物質成形体１０の厚みは特に限定されないが、発光素子から出射された光が透過する厚さとすることができる。例えば、蛍光物質成形体１０の厚さを０．５ｍｍ〜５．０ｍｍとすることができる。また、発光素子から出射された光の大部分を遮断するが、蛍光物質成形体１０からの光を高出力に放出することができる、蛍光体２０の密度の高い薄型の蛍光物質成形体１０とすることもできる。蛍光物質成形体１０の大きさは特に限定されない。蛍光物質成形体１０は放電プラズマ焼結法により得られたそのままでも使用できるが、所定の大きさとするため、蛍光物質成形体１０の側面を切断機で切断したり、若しくは蛍光物質成形体１０の一部に傷を付け、この傷に沿って応力を加え、分割したりしてもよい。さらに、この切断若しくは分割後、蛍光物質成形体１０の側面を研磨してもよい。また、蛍光物質成形体１０の表面を研磨しなくても使用できる場合があるが、蛍光物質成形体１０の表面を研磨して凹凸を小さくしたものも使用できる。蛍光物質成形体１０における蛍光体２０の濃度は１０重量％以上であることが好ましいが、５重量％以上のものも使用できる。
【００２４】
蛍光物質成形体１０の原料となる蛍光体粉末２０、無機部材粉末３０等について詳述する。
【００２５】
（蛍光体、蛍光体粉末）
蛍光物質成形体１０は蛍光体（蛍光体粉末）２０を含有する。明細書において「蛍光体粉末」は蛍光物質成形体として複合化される前の原料として使用される状態を意味し、「蛍光体」は蛍光物質成形体として複合化された後の状態を意味する。蛍光体２０は発光素子から出射された光を吸収して波長変換を行い、発光素子と異なる波長の光を発するものであればよい。蛍光体粉末２０の大きさは特に限定されず、数ｎｍから数十μｍ程度のものを使用することができる。蛍光体粉末２０は扱いやすさの観点から３μｍ〜１０μｍ程度が好ましい。
【００２６】
ここで、本明細書において、粒径値とはＦｉｓｈｅｒ Ｓｕｂ Ｓｉｅｖｅ Ｓｉｚｅｒ‘ｓ Ｎｏ（フィッシャー、サブ、シーブ、サイザーズ、ナンバー）と呼ばれる空気透過法を用いた平均粒径の値を示す。
【００２７】
原料に用いる蛍光体粉末２０の具体例としては、以下に示すものを挙げることができる。例えば、Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体・酸窒化物系蛍光体・サイアロン系蛍光体、Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体、アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体、アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体、アルカリ土類ケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類硫化物蛍光体、アルカリ土類チオガレート蛍光体、チオケイ酸塩蛍光体、アルカリ土類窒化ケイ素蛍光体、ゲルマン酸塩蛍光体、又は、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に付活される希土類アルミン酸塩蛍光体、希土類ケイ酸塩蛍光体等から選ばれる少なくともいずれか１以上であることが好ましい。具体例として、下記の蛍光体を使用することができるが、これに限定されない。
【００２８】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される窒化物系蛍光体は、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ、ＭＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。また、Ｍ２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕのほかＭＳｉ７Ｎ１０：Ｅｕ、Ｍ１．８Ｓｉ５Ｏ０．２Ｎ８：Ｅｕ、Ｍ０．９Ｓｉ７Ｏ０．１Ｎ１０：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などもある。
【００２９】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される酸窒化物系蛍光体は、ＭＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００３０】
Ｅｕ、Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活されるサイアロン系蛍光体は、Ｍｐ／２Ｓｉ１２−ｐ−ｑＡｌｐ＋ｑＯｑＮ１６−ｐ：Ｃｅ、Ｍ−Ａｌ−Ｓｉ−Ｏ−Ｎ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。ｑは０〜２．５、ｐは１．５〜３である。）などがある。
【００３１】
Ｅｕ等のランタノイド系、Ｍｎ等の遷移金属系の元素により主に付活されるアルカリ土類ハロゲンアパタイト蛍光体には、Ｍ５（ＰＯ４）３Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれかである。）などがある。
【００３２】
アルカリ土類金属ホウ酸ハロゲン蛍光体には、Ｍ２Ｂ５Ｏ９Ｘ：Ｒ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｘは、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選ばれる少なくとも１種以上である。Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれかである。）などがある。
【００３３】
アルカリ土類金属アルミン酸塩蛍光体には、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｒ、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｒ、ＣａＡｌ２Ｏ４：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ２７：Ｒ、ＢａＭｇ２Ａｌ１６Ｏ１２：Ｒ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｒ（Ｒは、Ｅｕ、Ｍｎ、ＥｕとＭｎ、のいずれかである。）などがある。
【００３４】
アルカリ土類金属ケイ酸塩蛍光体には、Ｍ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍ＝Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００３５】
アルカリ土類硫化物蛍光体には、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｙ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、Ｇｄ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕなどがある。
【００３６】
Ｃｅ等のランタノイド系元素で主に賦活される希土類アルミン酸塩蛍光体には、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｙ３（Ａｌ０．８Ｇａ０．２）５Ｏ１２：Ｃｅ、（Ｙ，Ｇｄ）３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２の組成式で表されるＹＡＧ系蛍光体などがある。また、Ｙの一部若しくは全部をＴｂ、Ｌｕ等で置換したＴｂ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅなどもある。
【００３７】
その他の蛍光体には、ＭＳ：Ｅｕ、Ｚｎ２ＧｅＯ４：Ｍｎ、０．５ＭｇＦ２・３．５ＭｇＯ・ＧｅＯ２、ＭＧａ２Ｓ４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ、Ｍｇ、Ｚｎから選ばれる少なくとも１種以上である。）などがある。
【００３８】
上述の蛍光体は、所望に応じてＥｕに代えて、又は、Ｅｕに加えてＴｂ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｔｉから選択される１種以上を含有させることもできる。
【００３９】
また、上記蛍光体以外の蛍光体であって、同様の性能、効果を有する蛍光体も使用することができる。
【００４０】
これらの蛍光体は発光素子からの励起光により、黄色、赤色、緑色、青色に発光スペクトルを有するものを使用することができるほか、これらの中間色である黄色、青緑色、橙色などに発光スペクトルを有するものも使用することができる。これらの蛍光体を種々組み合わせて使用することにより、種々の発光色を有する発光装置を製造することができる。
【００４１】
例えば、青色に発光するＧａＮ系、ＩｎＧａＮ系化合物半導体発光素子を用いて、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ若しくは（Ｙ０．８Ｇｄ０．２）３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅの蛍光体に照射し、波長変換を行う。発光素子からの光と、蛍光体からの光との混合色により白色に発光する発光装置を提供することができる。
【００４２】
例えば、緑色から黄色に発光するＣａＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ又はＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕと、蛍光体である青色に発光する（Ｓｒ，Ｃａ）５（ＰＯ４）３Ｃｌ：Ｅｕ、赤色に発光するＣａ２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ又はＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕと、からなる蛍光体を使用することによって、演色性に優れた白色に発光する発光装置を提供することができる。これは、色の三源色である赤・青・緑を使用しているため、蛍光体の配合比を変えることのみで、所望の白色光を実現することができる。
【００４３】
（無機部材、無機部材粉末）
蛍光物質成形体１０は無機部材粉末３０を含有する。明細書において「無機部材粉末」は蛍光物質成形体として複合化される前の原料として使用される状態を意味し、「無機部材」は蛍光物質成形体として複合化された後の状態を意味する。無機部材粉末３０は蛍光体粉末２０を保持するために用いられる。また、発光素子から出射された光の一部又は蛍光体２０から放出された光の一部が透過するものであれば特に限定されない。具体的には、無機部材粉末３０はガラス、セラミックスなどである。特に、無機部材粉末３０は、軟化点が比較的低く、安価であることからガラスが好ましい。
【００４４】
無機部材粉末３０として、一般的な透明誘電体無機材料を用いることができる。具体的には、ホウケイ酸ガラス、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ニオビウム、酸化ジルコニウム、酸化イットリウム、酸化ケイ素、フッ化マグネシウムなどがあげられるが、放熱性および光取り出し効率を考慮すると、酸化アルミニウムを用いることが好ましい。また、無機部材粉末３０は、混合する蛍光体２０の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のうち、少なくとも１つを有していることが好ましい。これにより、放電プラズマ焼結過程における蛍光体と無機部材との溶融拡散もしくは熱拡散により蛍光体の変換効率が低下することを抑制することができる。また、蛍光体と無機部材との界面を、組成的、結晶的にほぼ連続とすることができることから、蛍光体と無機部材との接合界面における光の損失を低減させることができる。
【００４５】
（ガラス）
無機部材粉末３０としてガラス粉末３１を用いることができる。ガラス粉末３１は蛍光物質成形体１０に変態したとき、発光素子からの光を透過するとともに、蛍光体２０を保持するものであれば良い。ガラス粉末３１の大きさは特に限定されず数nｍ〜数ｍｍのものを使用することができる。
【００４６】
鉛フリーのガラス３１は２００℃以上７００℃以下のガラス転移温度を持つことが好ましい。また、鉛フリーのガラス３１の融点は２２０℃以上であり８００℃以下であることが好ましい。一方、鉛入りのガラス３１は３００℃以上７００℃以下のガラス転移温度を持つことが好ましい。また、鉛入りのガラス３１の融点は４００℃以上であり、８００℃以下であることが好ましい。ガラス粉末３１は放電プラズマ焼結法を用いて溶融するため、比較的高いガラス転移点を持つガラス粉末３１を使用することができる。ガラス転移温度以上融点よりも低い温度にガラス粉末３１を加熱して軟化状態にすることにより蛍光物質成形体１０を成型することができる。特に、ガラス３１は４３０℃以上６００℃以下のガラス転移温度を有していることが好ましい。但し、この軟化状態は融点以上に液状化されたものではない。ガラス粉末３１が融点以上に加熱されて液状化すると蛍光体粉末２０とガラス粉末３１との熱膨張係数差によりクラックが生じやすくなるからである。
【００４７】
ガラス３１の材質は、Ｂ２Ｏ３―ＳｉＯ２、ＢａＯ―Ｂ２Ｏ３―ＳｉＯ２、ＺｎＯ−Ｂ２Ｏ３―ＳｉＯ２等が挙げられる。ＳｉＯ２（シリカ）、Ｂ２Ｏ３（三酸化二ホウ素）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＴｉＯ２（酸化チタン（ＩＶ））、の他に、ＰｂＯ、Ｇａ２Ｏ３、ＣｄＯ、ＢａＯ、Ａｌ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、ＴａＯ５、Ｌｉ２Ｏ、ＺｒＯ２、ＷＯ３、Ｎｂ２Ｏ５、Ｐ２Ｏ５、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＣａＯ、ＢａＯ、ＢａＯ、ＭｇＯ、ＭｎＯ、等の酸化物、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ、ＡｌＦ３、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＹＦ３、ＬａＦ３、ＳｎＦ２、ＺｎＦ２等のフッ化物を含有することもできる。これにより融点、ガラス転移温度、屈折率等を所定の値に調節することもできる。屈折率を所定の値に調節することにより発光素子からの光の取り出し効率を高めることができる。また、Ｐｂを含有することにより光沢を増し、透明性を向上することもできる。また、Ｐｂを含有することにより製造工程における蛍光物質成形体１０の装置からの取り出しを容易に行うことができる。ガラス３１は鉛の含有量が１００ｐｐｍ以下であることが好ましく、実質的に含有されていないことが特に好ましい。環境保護の観点からである。
【００４８】
（その他）
蛍光物質成形体１０には、蛍光体粉末２０、無機部材粉末３０と共に光拡散部材を含有させてもよい。具体的な光拡散部材としては、チタン酸バリウム、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化珪素、アルミン酸バリウム等が好適に用いられる。光拡散部材の大きさは特に限定されず、中心粒径が１ｎｍ以上３００μｍ以下、好ましくは中心粒径が１ｎｍ以上１００μｍ以下のものを使用することができる。
【００４９】
（放電プラズマ焼結法）
放電プラズマ焼結法に用いる放電プラズマ焼結装置１００は、蛍光体粉末２０と無機部材粉末３０との粉体混合物に対して低電圧でパルス状大電流を投入し、火花放電現象により瞬時に発生する放電プラズマの高エネルギーにより無機部材粉末を溶融させるものである。放電プラズマ焼結装置１００は、カーボン製の上部パンチ１１０と下部パンチ１２０と焼結ダイ１３０とによって粉体混合物を挟み込んでいる。焼結ダイ１３０は筒状を成しており、筒状の内部に粉体混合物が配置される。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０の少なくとも一方は焼結ダイ１３０の筒状内部を上下に移動可能である。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０は、上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０との間に挟まれている。上部パンチ電極１４０は上部パンチ１１０と連結されており、また、下部パンチ電極１５０は下部パンチ１２０と連結されている。上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０は上部パンチ１１０と下部パンチ１２０を伝って、粉体混合物を圧縮する方向に圧力を加えることができる。粉体混合物及び上部パンチ１１０と下部パンチ１２０、焼結ダイ１３０は、真空チャンバー１６０内に配置されている。上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０とは電源１７０に電気的に接続されている。
【００５０】
＜蛍光物質成形体の製造方法＞
蛍光物質成形体１０は、蛍光体粉末２０と無機部材粉末３０との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融し、その後、冷却することにより製造することができる。ここでは無機部材粉末３０としてガラス粉末３１を例にとって説明する。
【００５１】
（１）計測された蛍光体粉末２０と計測されたガラス粉末３１との混合物を上部パンチ１１０と下部パンチ１２０と焼結ダイ１３０とによって挟み込まれる空間内に配置する。
【００５２】
（２）上部パンチ電極１４０と下部パンチ電極１５０を用いて電源１７０から所定の電圧をかけ、所定の電流を流す。上部パンチ電極１４０に接続された上部パンチ１１０と、下部パンチ電極１５０に接続された下部パンチ１２０と、は発熱する。電流はマイクロ秒間隔のパルス状で流す。電圧は１０ボルト前後、電流は数百アンペア以上であるが、混合物の量、種類により適宜変更する。また、投入時間は混合物の量、種類により適宜変更するが、１分〜１５分程度と極めて短時間である。昇温速度は混合物の量、種類に応じて適宜変更でき、例えば電流１００Ａ／分〜３００Ａ／分とすることができる。電流を流すとともに、上部パンチ１１０と下部パンチ１２０とに上下方向の圧力を加える。加える圧力は適宜変更するが、１５ＫＮ以上、好ましくは３０ＫＮ〜３ＭＮである。単位面積（パンチ）当たりの圧力に相当する。真空チャンバー内の温度は２０００℃以下であることが好ましい。真空チャンバーとしているが、大気、アルゴン雰囲気、窒素雰囲気なども使用することができる。このように、電流をマイクロ秒間隔のパルス状で流すため混合物相互の接触部に放電プラズマが発生する。この放電プラズマにより瞬時に発生する高温プラズマの高エネルギーを熱拡散・電界拡散などへ効果的に応用することで低温から２０００℃以上の超高温領域において昇温・保持を含め３分〜２０分程度の短時間で「焼結」「焼結結合」を行うことができる。以上を放電プラズマ焼結法とする。
【００５３】
（３）これにより無機部材が溶融された蛍光物質成形体１０を得る。
【００５４】
蛍光物質成形体１０の焼結密度は、光取り出し効率および機械的強度を考慮すると、真密度に対して９０％以上、より好ましくは９５％以上、更により好ましくは９８％以上であることが好ましい。
【００５５】
しかしながら、蛍光物質成形体１０は、焼結密度を高く形成すると、色度・輝度ムラが生じやすい。そこで、蛍光物質成形体１０の焼結密度を高くする場合、放電プラズマ焼結法の冷却工程後、アニール処理を施すことが好ましい。アニール処理は、蛍光体成形体の種類により選択された温度下と雰囲気下にて行われる。例えば、大気中、窒素中、水素／窒素混合ガス中などにて行われる。アニール処理は、成形体が焼結された直後に施しても良く、成形体に切断加工を施した後に施しても良い。これにより、蛍光物質成形体１０に光拡散効果をもたらすことができる。アニール工程により光拡散効果が増す理由としては、焼結過程において失活した蛍光体粉末の粒界近傍の付活剤が再活性化され、無機部材との屈折率差が顕著になるためであると考えられる。このようにして得られた蛍光物質成形体１０が組み込まれた発光装置は、照射先に発光素子のダイスパターンが映し出されず、均一な発光を得ることができる。
【００５６】
ここで、本明細書において、焼結密度とは、蛍光体と無機部材の組成、結晶系により計算される理論密度と、アルキメデス法で測定された成形体密度との割合（％）で表す。理論密度の代わりに、真密度も用いることもできる。真密度は、例えば、島津製作所製アキュピックを用いて測定される。焼結・成形前の蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を所定の容器Ａに投入して計量する。その後、容器ＡにＨｅガス充填し一定圧力にした後、容積既知の容器ＢにＨｅガスを開放する。最後に、連結された容器ＡとＢの平行圧力を測定することで、総体積と圧力変化とを利用し粉体混合物の粉末の体積を測定することができる。重量と得られた粉末体積により、目的となる真密度を計算することができる。成形体密度は、あらかじめ重量を測定した蛍光体成形体を水などの液体を満たした容器に入れ、溢れ出た水の体積により成形体の重量を割ることで測定するアルキメデス法を用いる。
【００５７】
＜発光装置＞
発光装置は、光源と蛍光物質成形体１０とを少なくとも有する。光源は、蛍光物質成形体１０に含有される蛍光体２０を励起するものであれば限定されないが、小型で長寿命であることから半導体発光素子が好ましい。光源から出射された光は蛍光物質成形体１０に照射され、蛍光物質成形体１０は光源と異なる波長の光を放出する。この光源からの光の一部と、蛍光物質成形体１０からの光の一部と、が混合して所定の発光色を実現することができる。また、紫外線領域に発光する光源を用い、蛍光物質成形体１０から放出される光を発光色とする発光装置とすることもできる。
【００５８】
（発光素子）
発光素子は、紫外線領域に発光する発光素子や、青紫色系、青色系、青緑色系、緑色系等に発光する発光素子を使用することができる。発光素子の発光ピーク波長は、３６０〜５５０ｎｍに発光ピーク波長を有しているものが好ましい。発光素子は、発光ダイオード素子（ＬＥＤ）やレーザ素子（ＬＤ）などを含む。青色系に発光する発光素子は、ＩＩＩ族窒化物系化合物発光素子であることが好ましい。発光素子は、例えばサファイア基板上にＧａＮバッファ層を介して、Ｓｉがアンドープのｎ型ＧａＮ層、Ｓｉがドープされたｎ型ＧａＮからなるｎ型コンタクト層、アンドープＧａＮ層、多重量子井戸構造の発光層（ＧａＮ障壁層／ＩｎＧａＮ井戸層の量子井戸構造）、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型ＧａＮからなるｐクラッド層、Ｍｇがドープされたｐ型ＧａＮからなるｐ型コンタクト層が順次積層された積層構造を有するものを使用することができる。
【００５９】
（被膜）
蛍光物質成形体１０の表面に被膜を形成することもできる。被膜は蛍光物質成形体１０の白濁を抑制することができる。蛍光物質成形体１０の白濁はガラスが結晶化することに起因する。また水分の透過を抑制することもできる。被膜は光拡散部材、紫外線吸収材などを含有させたものを使用することができる。例えば所定の波長の光（３５０ｎｍ以下の波長及び５５０ｎｍ以上の波長の光）を吸収する被膜を用いることにより、特定の波長の光（３５０ｎｍから５５０ｎｍまでの波長の光）を取り出すことができる発蛍光物質成形体１０を提供することができる。被膜は一層だけでなく、多層構造とすることもできる。多層構造とすることにより透過率を上げることもできる。
【００６０】
（パッケージ）
パッケージは発光素子及び蛍光物質成形体１０を配置する。パッケージに発光素子が載置され、発光素子からの光が直接または間接に外部に放出される位置に蛍光物質成形体１０を配置する。パッケージの形状は特に限定されず、カップ状、平板状、アレイ状などを採ることができる。例えば、カップ状のパッケージを使用して、カップ内に発光素子を配置して、カップの開口部分を蛍光物質成形体１０で封止することもできる。また、平板状の台座と一部に開口部があるキャップとを有するパッケージを使用して、台座に発光素子を配置して、キャップの開口部に蛍光物質成形体１０を配置することもできる。さらに、複数の開口部を有するアレイを使用し、開口部内に発光素子を配置して、開口部に蛍光物質成形体１０を配置することもできる。パッケージは、ポリフタルアミドや液晶高分子などの樹脂、ガラスエポキシ基板、セラミックスなどの材料を用いることができる。
【００６１】
［実施例１乃至３］
以下、実施例１乃至３に係る蛍光物質成形体について説明する。図１は、実施の形態に係る蛍光物質成形体を示す概略斜視図である。図３は、積分球を用いた測定方法を示す概略説明図である。図４は、実施例２に係る蛍光物質成形体の光束と励起光出力との測定結果を示す図である。図５は、実施例２に係る蛍光物質成形体の光出力と励起光出力との測定結果を示す図である。図６は、実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。図７は、実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。
【００６２】
実施例１乃至３に係る蛍光物質成形体１０は、原料に蛍光体粉末２０とガラス粉末３１とを用い、放電プラズマ焼結法により製造される。
【００６３】
蛍光体粉末２０は、Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の２種類を用いる。Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体とＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体の平均粒径は約５μｍである。
【００６４】
ガラス粉末３１は、ホウケイ酸ガラスを用いる。ホウケイ酸ガラスはガラス転移点が５００℃、屈伏点５５０℃、比重２．３９ｇ／ｃｃである。ホウケイ酸ガラスの平均粒径は約１２０μｍである。
【００６５】
Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体とＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体とを用いる蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（Ｌｕ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体）：（ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体）：（ホウケイ酸ガラス）＝１４．８８：０．６２：８４．５０である。
【００６６】
放電プラズマ焼結装置１００は、ＳＰＳシンテックス株式会社製（装置形式：ＳＰＳ−９．４０ＭＫ−ＶＩＩ）を用いる。蛍光物質成形体１０の大きさが直径約３４ｍｍの円柱状となる焼結ダイ１３０を用いる。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０、焼結ダイ１３０は、グラファイト製を用いる。真空チャンバーは約１０Ｐａ以下に保持し、冷却水を流している。昇温速度は電流を約２００Ａ／分で流す。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約２８ＫＮとする。
【００６７】
実施例１では、蛍光体粉末２０と無機物粉末３１との混合原料の仕込み量を４．０ｇ使用する。ホウケイ酸ガラスのガラス転移点以上の温度５２０℃で約３分間電流を流し続ける。その結果、ガラスの直径が約３４ｍｍ、厚さが１．３〜１．９ｍｍの円柱状の蛍光物質成形体１０を得る。
【００６８】
実施例２では、蛍光体粉末２０と無機物粉末３１との混合原料の仕込み量を４．０ｇ使用する。ホウケイ酸ガラスのガラス転移点以上の温度５４０℃で約５分間電流を流し続ける。その結果、ガラスの直径が約３４ｍｍ、厚さが１．５〜１．７ｍｍの円柱状の蛍光物質成形体１０を得る。
【００６９】
実施例３では、蛍光体粉末２０と無機物粉末３１との混合原料の仕込み量を４．０ｇ使用する。ホウケイ酸ガラスのガラス転移点以上の温度５３０℃で約５分間電流を流し続ける。その結果、ガラスの直径が約３４ｍｍ、厚さが１．５〜１．７ｍｍの円柱状の蛍光物質成形体１０を得る。
【００７０】
（測定）
実施例２で製造された蛍光物質成形体１０を積分球２２０を用いて測定する。測定系は、光源に４４５ｎｍに発光ピークを持つレーザ光を発するレーザ素子２００と、レーザ素子２００に接続された光ファイバ２１０と、を用い、光ファイバの先端に蛍光物質成形体１０を設ける。レーザ素子２００から出射された光は光ファイバ２１０を伝って蛍光物質成形体１０に照射される。蛍光物質成形体１０から放出された光は積分球２２０に全て入光され光束が測定される。
【００７１】
この結果、レーザ素子２００からの光と、蛍光物質成形体１０からの光と、の混色光は白色を示した。この白色光は黄色から赤色成分までを有するため演色性が良い。また、蛍光物質成形体１０は従来の樹脂に比べて化学的・熱的に安定である。また、従来のホットプレスと異なり、放電プラズマ焼結法は小さな熱履歴でガラス形成ができるため、耐熱性に弱い蛍光体粉末２０であっても成形することができる。
【００７２】
［実施例４］
蛍光体粉末２０に、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体を用いる。蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）：（ホウケイ酸ガラス）＝１５．５：８４．５である以外は実施例２と同じである。
発光ピーク波長が４５５ｎｍである光を発するＬＥＤを用いて蛍光物質成形体に照射すると黄色の発光を示す。
【００７３】
［実施例５］
蛍光体粉末２０に、Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体と、の３種類を用いる。Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体とを用いる蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（Ｓｒ４Ａｌ１４Ｏ２５：Ｅｕ）：（Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）：（ＣａＳｉＡｌＮ３：Ｅｕ蛍光体）：（ホウケイ酸ガラス）＝５．５：９．３：９．３８：０．６２：８４．５ある以外は実施例２と同じである。
発光ピーク波長が４５５ｎｍである光を発するＬＥＤを用いて蛍光物質成形体に照射すると橙色の発光をしめす。
【００７４】
［実施例６］
蛍光体粉末２０を、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、の２種類を用い、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ蛍光体と、Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ蛍光体と、とを用いる蛍光体粉末２０と、ホウケイ酸ガラスを用いるガラス粉末３１と、の原料混合比（ｇ）は、（ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ）：（Ｙ３（Ａｌ，Ｇａ）５Ｏ１２：Ｃｅ）：（ホウケイ酸ガラス）＝５．７：９．８：８４．５である以外は実施例２と同じである。
発光ピーク波長が４０５ｎｍである光を発するＬＥＤを用いて蛍光物質成形体に照射すると白色の発光を示す。
【００７５】
［実施例７および８］
実施例７では、平均粒径が５．７μｍである（Ｙ０．９５Ｇｄ０．０５）２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末２０と平均粒径が約０．５μｍである酸化アルミニウム３１とを有し、前記蛍光体粉末２０の濃度が約１０重量％である混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３８ｇ仕込み、昇温速度約５０℃／分にて約１３０４℃まで昇温し、約５分間保持する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９７．７％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７６】
実施例８では、蛍光体粉末２０の濃度が約２０重量％である混合原料を用いる以外は、実施例７と同様にして蛍光物質成形体１０を形成する。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９９．３％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７７】
［実施例９］
蛍光体粉末２０として、（Ｙ０．９Ｇｄ０．１）２．８５Ｃｅ０．１５Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末とＹ２．８２．８５Ｃｅ０．２Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末を約８：１の重量比で混合した平均粒径が１０．７μｍである蛍光体粉末２０を用いる以外は実施例８と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３８ｇ仕込み、昇温速度約４７℃／分にて約１３１５℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９９．３％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７８】
［実施例１０乃至１２］
実施例１０では、蛍光体粉末２０として、平均粒径が４．４μｍであるＹ２．９３５Ｃｅ０．０６５Ａｌ５Ｏ１２蛍光体粉末２０を用いる以外は実施例８と同様にして混合してなる混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３５ｇ仕込み、昇温速度約４３℃／分にて約１３００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９８．５％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００７９】
実施例１１では、蛍光体粉末２０の濃度を４０重量％とする以外は、実施例１０と同様にして混合して蛍光物質成形体を形成する。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９８．６％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８０】
実施例１２では、蛍光体粉末２０の濃度を６０重量％とする以外は、実施例１０と同様にして混合して蛍光物質成形体を形成する。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９９．４％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８１】
［実施例１３］
無機部材粉末３１として、平均粒径が１．１μｍであるＹ２Ｏ３粉末２０を用いる以外は、実施例８と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約４６ｇ仕込み、昇温速度約３８℃／分にて約１３００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９６．８％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８２】
［実施例１４］
無機部材粉末３１として、平均粒径が２．０μｍであるＭｇＦ２粉末２０を用いる以外は、実施例８と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約３２．１ｇ仕込み、昇温速度約５０℃／分にて約９００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９７．２％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８３】
［実施例１５］
無機部材粉末３１として、平均粒径が４．３μｍであるＹ３Ａｌ５Ｏ１２粉末２０を用いる以外は、実施例１０と同様の混合原料を用いる。放電プラズマ焼結装置１００は、実施例１と同様の装置を用いる。焼結ダイ１３０に前記混合原料を約４４ｇ仕込み、昇温速度約４０℃／分にて約１３００℃まで昇温する。上部パンチ１１０と下部パンチ１２０との上下方向のプレスは約４６ｋＮとする。この結果、直径が約３４ｍｍ、厚さが約１０ｍｍ、焼結密度が真空密度に対して９８．１％である円柱状の蛍光物質成形体１０が得られる。
【００８４】
(測定)
実施例７乃至１５で得られた蛍光物質成形体１０を、分光蛍光光度計（日立社製：Ｆ−４５００）を用いて測定する。測定系は、光源にＸｅランプを用い、Ｘｅランプから出射された光が蛍光物質成形体に照射し、蛍光物質成形体から放出された光がフォトマルチプライヤ（浜松ホトニクス社製：Ｒ９２８）に入光するように蛍光物質成形体を設ける。Ｘｅランプから出射された光は励起側分光器を通ることで４６０ｎｍの光に分光され、蛍光物質成形体に照射される。蛍光物質成形体から放出された光がフォトマルチプライヤに入光され輝度が測定される。測定した輝度は使用した蛍光体の粉末状態での輝度に対する相対値として表示される。その結果、実施例７乃至１５で得られた蛍光物質成形体の輝度は、それぞれ、７３．３％、７４．４％、７２．０％、９８．４％、７７．３％、７４．０％、７２．２％、８０．０％、７１．３％である。
【００８５】
［実施例１６乃至２２］
実施例７乃至１５において、それぞれ焼結工程後に大気中にて１４００℃のアニールを２時間施す。この結果、色鮮やかで光拡散状態の優れた蛍光物質成形体が得られる。アニールの雰囲気は、大気中以外、Ｎ２雰囲気やＨ２／Ｎ２などの還元雰囲気で行うこともできる。
【００８６】
［実施例２３乃至２９］
発光ピーク波長が４６０ｎｍの光を発する発光ダイオードの周囲に、それぞれ実施例７乃至１３にて得られた蛍光物質成形体を配置されてなる発光装置を形成する。その結果、発光装置の色度は、それぞれ、（ｘ／ｙ）＝（０．４５４３／０.５２９６）、（ｘ／ｙ）＝（０．４７９８／０.５０９３）、（ｘ／ｙ）＝（０．４５６８／０.５２９）、（ｘ／ｙ）＝（０．４４４７／０.５３８１）、（ｘ／ｙ）＝（０．４４８８／０.５３５８）、（ｘ／ｙ）＝（０．４５１３／０.５３３５）、（ｘ／ｙ）＝（０．４５５７／０.５２７４）、（ｘ／ｙ）＝（０．４６５３／０.５１９９）、（ｘ／ｙ）＝（０．４４４１／０.５３８２）である。実施例７乃至１５において得られる発光色は、全て黄色系の発光であるが、成形体の厚みや、透明誘電体の無機部材の選定、蛍光体と無機部材との配合比を調整することにより、白色光を得ることもできる。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明の蛍光物質成形体の製造方法は、ガラス粉末などの無機部材粉末に蛍光体粉末を分散させて固定することに利用することができる。この蛍光物質成形体は耐熱性、耐光性に優れているため、高出力の光源を用いた発光装置に利用することができる。その発光装置はヘッドライトなどの車載、照明、バックライトなどに利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】実施の形態に係る蛍光物質成形体を示す概略斜視図である。
【図２】実施の形態に係る放電プラズマ焼結装置を示す概略説明図である。
【図３】積分球を用いた測定方法を示す概略説明図である。
【図４】実施例２に係る蛍光物質成形体の光束と励起光出力との測定結果を示す図である。
【図５】実施例２に係る蛍光物質成形体の光出力と励起光出力との測定結果を示す図である。
【図６】実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。
【図７】実施例２に係る蛍光物質成形体の発光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０ 蛍光物質成形体
２０ 蛍光体粉末（蛍光体）
３０ 無機部材粉末（無機部材）
３１ ガラス粉末（ガラス）
１００ 放電プラズマ焼結装置
１１０ 上部パンチ
１２０ 下部パンチ
１３０ 焼結ダイ
１４０ 上部パンチ電極
１５０ 下部パンチ電極
１６０ 真空チャンバー
１７０ 電源
２００ レーザ素子
２１０ 光ファイバ
２２０ 積分球
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融させ、その後、冷却することを特徴とする蛍光物質成形体の製造方法。
【請求項２】
前記放電プラズマ焼結法は、前記混合物に１５ｋＮ以上の圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の蛍光物質成形体の製造方法。
【請求項３】
前記放電プラズマ焼結の工程後、アニール処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の蛍光物質成形体の製造方法。
【請求項４】
蛍光体粉末と無機部材粉末とが混合され、前記無機部材粉末が溶融された後に得られる蛍光物質成形体であって、前記蛍光体の濃度は５重量％以上であることを特徴とする蛍光物質成形体。
【請求項５】
焼結密度は、真密度に対して９０％以上であることを特徴とする請求項４に記載の蛍光物質成形体。
【請求項６】
前記無機部材は、２００℃以上のガラス転移点を持つガラスであることを特徴とする請求項４に記載の蛍光物質成形体。
【請求項７】
前記無機部材は、前記蛍光体の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のうち、少なくとも１つを有していることを特徴とする請求項４記載の蛍光物質成形体。
【請求項８】
前記無機部材と前記蛍光体の屈折率差は、１．０以下であることを特徴とする請求項７に記載の蛍光物質成形体。
【請求項９】
前記蛍光体は、平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の蛍光物質成形体。
【請求項１０】
発光素子と、前記発光素子の周囲に配置される請求項１若しくは２に記載の製造方法により製造された蛍光物質成形体、又は請求項４乃至８のいずれかに記載の蛍光物質成形体と、を有することを特徴とする発光装置。
【請求項１】
蛍光体粉末と無機部材粉末との混合物を、放電プラズマ焼結法を用いて無機部材粉末を溶融させ、その後、冷却することを特徴とする蛍光物質成形体の製造方法。
【請求項２】
前記放電プラズマ焼結法は、前記混合物に１５ｋＮ以上の圧力を加えることを特徴とする請求項１に記載の蛍光物質成形体の製造方法。
【請求項３】
前記放電プラズマ焼結の工程後、アニール処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の蛍光物質成形体の製造方法。
【請求項４】
蛍光体粉末と無機部材粉末とが混合され、前記無機部材粉末が溶融された後に得られる蛍光物質成形体であって、前記蛍光体の濃度は５重量％以上であることを特徴とする蛍光物質成形体。
【請求項５】
焼結密度は、真密度に対して９０％以上であることを特徴とする請求項４に記載の蛍光物質成形体。
【請求項６】
前記無機部材は、２００℃以上のガラス転移点を持つガラスであることを特徴とする請求項４に記載の蛍光物質成形体。
【請求項７】
前記無機部材は、前記蛍光体の少なくとも１種の蛍光体組成、前記蛍光体の結晶系とほぼ同一の組成、または前記蛍光体の結晶系のうち、少なくとも１つを有していることを特徴とする請求項４記載の蛍光物質成形体。
【請求項８】
前記無機部材と前記蛍光体の屈折率差は、１．０以下であることを特徴とする請求項７に記載の蛍光物質成形体。
【請求項９】
前記蛍光体は、平均粒径が１０ｎｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項４に記載の蛍光物質成形体。
【請求項１０】
発光素子と、前記発光素子の周囲に配置される請求項１若しくは２に記載の製造方法により製造された蛍光物質成形体、又は請求項４乃至８のいずれかに記載の蛍光物質成形体と、を有することを特徴とする発光装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００９−９１５４６（Ｐ２００９−９１５４６Ａ）
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１８２４５９（Ｐ２００８−１８２４５９）
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月３０日（２００９．４．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１４日（２００８．７．１４）
【出願人】（０００２２６０５７）日亜化学工業株式会社 (993)
【Ｆターム（参考）】
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