特許 6790563 波長変換部材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6790563

(24)【登録日】2020年11月9日

(45)【発行日】2020年11月25日

(54)【発明の名称】波長変換部材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20201116BHJP

   H01L 33/50 20100101ALI20201116BHJP

【ＦＩ】

   G02B5/20

   H01L33/50

【請求項の数】3

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2016-154558(P2016-154558)

(22)【出願日】2016年8月5日

(65)【公開番号】特開2018-22095(P2018-22095A)

(43)【公開日】2018年2月8日

【審査請求日】2019年2月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000232243

【氏名又は名称】日本電気硝子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001232

【氏名又は名称】特許業務法人 宮▲崎▼・目次特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清水 寛之

(72)【発明者】

【氏名】浅野 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】村田 隆

【審査官】 横川 美穂

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／０９８６０２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０１５３５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９９５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／０９１３９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−０９６６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−２１５５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１８６４８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ５／２０

Ｈ０１Ｌ ３３／５０

Ｃ０９Ｋ １１／０８

Ｇ０３Ｂ ２１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

互いに対向する第１の主面及び第２の主面を有する波長変換部材であって、
ガラスマトリックスと、
前記ガラスマトリックス中に配置されている蛍光体粒子とを備え、
前記第１の主面及び前記第２の主面における前記蛍光体粒子の濃度が、前記第１の主面及び前記第２の主面から２０μｍ内側における前記蛍光体粒子の濃度よりも低い、波長変換部材を製造する方法であって、
前記ガラスマトリックスとなるガラス粒子と、前記蛍光体粒子とを含むスラリーを調製する工程と、
前記スラリーを基材に塗布して乾燥させ、乾燥が完了するまでの間に前記蛍光体粒子を下方に沈降させることにより、下面における前記蛍光体粒子の濃度が上面における前記蛍光体粒子の濃度よりも高い、第１，第２のグリーンシートを得る工程と、
前記下面同士を重ね合わせるように、前記第１，第２のグリーンシートを積層し、一体化して焼成する工程とを備える、波長変換部材の製造方法。

【請求項2】

前記第１の主面と前記第２の主面の間の中央部における前記蛍光体粒子の濃度が高く、前記第１の主面及び前記第２の主面に向かうにつれて前記蛍光体粒子の濃度が低くなっている、請求項１に記載の波長変換部材の製造方法。

【請求項3】

前記波長変換部材の前記第１の主面及び／または前記第２の主面を研磨する工程をさらに備える、請求項１または２に記載の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、発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ＬＤ：Ｌａｓｅｒ Ｄｉｏｄｅ）等の発する光の波長を別の波長に変換する波長変換部材及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、蛍光ランプや白熱灯に変わる次世代の光源として、ＬＥＤやＬＤを用いた発光デバイス等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、青色光を出射するＬＥＤと、ＬＥＤからの光の一部を吸収して黄色光に変換する波長変換部材とを組み合わせた発光デバイスが開示されている。この発光デバイスは、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。特許文献１には、波長変換部材の一例として、ガラスマトリックス中に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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】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】

【0004】

特許文献１のような波長変換部材は、ガラスマトリックス中に蛍光体粉末が分散されてなるガラス母材を、研磨して厚みを薄くすることにより作製されている。しかしながら、このような方法で得られた波長変換部材においては、発光色の色ばらつき（色度のばらつき）が生じることがあった。そのため、所望とする色度の波長変換部材を精度良く得ることができない場合があった。

【0005】

本発明の目的は、色度を高精度に調整することができる、波長変換部材及びそ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】

【0006】

本発明に係る波長変換部材は、互いに対向する第１の主面及び第２の主面を有する波長変換部材であって、ガラスマトリックスと、ガラスマトリックス中に配置されている蛍光体粒子とを備え、第１の主面及び第２の主面における蛍光体粒子の濃度が、第１の主面及び第２の主面から２０μｍ内側における蛍光体粒子の濃度よりも低いことを特徴としている。

【0007】

第１の主面と第２の主面の間の中央部における蛍光体粒子の濃度が高く、第１の主面及び第２の主面に向かうにつれて蛍光体粒子の濃度が低くなっていることが好ましい。

【0008】

本発明に係る波長変換部材の製造方法は、本発明に従い構成された波長変換部材の製造方法であって、ガラスマトリックスとなるガラス粒子と、蛍光体粒子とを含むスラリーを調製する工程と、スラリーを基材に塗布して乾燥させ、乾燥が完了するまでの間に蛍光体粒子を下方に沈降させることにより、下面における蛍光体粒子の濃度が上面における蛍光体粒子の濃度よりも高い、第１，第２のグリーンシートを得る工程と、下面同士を重ね合わせるように、第１，第２のグリーンシートを積層し、一体化して焼成する工程とを備えることを特徴とする。

【0009】

波長変換部材の第１の主面及び／または第２の主面を研磨する工程をさらに備えることが好ましい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、色度を高精度に調整することができる、波長変換部材及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の模式的正面断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の第１の主面における蛍光体粒子の濃度を示す模式的平面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の第１の主面から２０μｍ内側の表層底面における蛍光体粒子の濃度を示す模式的平面断面図である。

【図4】（ａ）〜（ｄ）は、本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の一例を説明するための模式的正面断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態に係る波長変換部材の模式的正面断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、好ましい実施形態について説明する。但し、以下の実施形態は単なる例示であり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。また、各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照する場合がある。

【0013】

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る波長変換部材の模式的正面断面図である。図１に示すように、波長変換部材１は、ガラスマトリックス２と、ガラスマトリックス２中に配置されている蛍光体粒子３とを備える。波長変換部材１は、互いに対向する第１，第２の主面１ａ，１ｂを有する。

【0014】

本実施形態において、第１の主面１ａは、励起光を入射させる入射面である。励起光の入射により蛍光体粒子３から蛍光が出射される。第２の主面１ｂは、蛍光及び励起光を出射させる出射面である。なお、本実施形態では、第１の主面１ａと第２の主面１ｂとが対向している方向を厚み方向とする。

【0015】

ガラスマトリックス２は、無機蛍光体等の蛍光体粒子３の分散媒として用いることができるものであれば特に限定されない。例えば、ホウ珪酸塩系ガラス、リン酸塩系ガラス、スズリン酸塩系ガラス、ビスマス酸塩系ガラス等を用いることができる。ホウ珪酸塩系ガラスとしては、質量％で、ＳｉＯ_２ ３０〜８５％、Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％、Ｂ_２Ｏ_３ ０〜５０％、Ｌｉ_２Ｏ＋Ｎａ_２Ｏ＋Ｋ_２Ｏ ０〜１０％、及びＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０〜５０％を含有するものが挙げられる。スズリン酸塩系ガラスとしては、モル％で、ＳｎＯ ３０〜９０％、Ｐ_２Ｏ_５ １〜７０％を含有するものが挙げられる。ガラスマトリックス２の軟化点は、２５０℃〜１０００℃であることが好ましく、３００℃〜９５０℃であることがより好ましく、５００℃〜９００℃の範囲内であることがさらに好ましい。ガラスマトリックス２の軟化点が低すぎると、波長変換部材１の機械的強度や化学的耐久性が低下する場合がある。また、ガラスマトリックス２自体の耐熱性が低くなるため、蛍光体粒子３から発生する熱により軟化変形する場合がある。一方、ガラスマトリックス２の軟化点が高すぎると、製造時の焼成工程によって、蛍光体粒子３が劣化して、波長変換部材１の発光強度が低下する場合がある。また、ガラスマトリックス２は無アルカリガラスであることが好ましい。これにより、蛍光体粒子３の失活を抑制することができる。なお、波長変換部材１の機械的強度及び化学的耐久性を高める観点からはガラスマトリックス２の軟化点は５００℃以上であることが好ましく、６００℃以上であることがより好ましく、７００℃以上であることがさらに好ましく、８００℃以上であることがさらに好ましく、特に８５０℃以上であることが好ましい。そのようなガラスとしては、ホウ珪酸塩系ガラスが挙げられる。ただし、ガラスマトリックス２の軟化点が高くなると、焼成温度も高くなり、結果として製造コストが高くなる傾向がある。よって、波長変換部材１を安価に製造する観点からは、ガラスマトリックス２の軟化点は５５０℃以下であることが好ましく、５３０℃以下であることがより好ましく、５００℃以下であることがさらに好ましく、４８０℃以下であることがさらに好ましく、特に４６０℃以下であることが好ましい。そのようなガラスとしては、スズリン酸塩系ガラス、ビスマス酸塩系ガラスが挙げられる。

【0016】

蛍光体粒子３は、励起光の入射により蛍光を出射するものであれば、特に限定されるものではない。蛍光体粒子３の具体例としては、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及びガーネット系化合物蛍光体から選ばれた１種以上等が挙げられる。励起光として青色光を用いる場合、例えば、緑色光、黄色光または赤色光を蛍光として出射する蛍光体を用いることができる。

【0017】

蛍光体粒子３の平均粒子径は、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。蛍光体粒子３の平均粒子径が小さすぎると、発光強度が低下する場合がある。一方、蛍光体粒子３の平均粒子径が大きすぎると、発光色が不均質になる場合がある。

【0018】

ガラスマトリックス２中での蛍光体粒子３の含有量は、１〜７０体積％の範囲内であることが好ましく、１．５〜５０体積％の範囲内であることがより好ましく、２〜３０体積％の範囲内であることがさらに好ましい。蛍光体粒子３の含有量が少なすぎると、波長変換部材１の発光強度が不十分になる場合がある。一方、蛍光体粒子３の含有量が多すぎると、所望の発光色が得られない場合がある。また、波長変換部材１の機械的強度が低下する場合がある。

【0019】

波長変換部材１の厚みは、０．０１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内であることが好ましく、０．０３ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内であることがより好ましく、０．０５ｍｍ〜０．３５ｍｍの範囲内であることがさらに好ましく、０．０７５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲内であることが特に好ましく、０．１ｍｍ〜０．２５ｍｍの範囲内であることが最も好ましい。波長変換部材１の厚みが厚すぎると、波長変換部材１における光の散乱や吸収が大きくなりすぎ、蛍光の出射効率が低くなってしまう場合がある。波長変換部材１の厚みが薄すぎると、十分な発光強度が得られにくくなる場合がある。また、波長変換部材１の機械的強度が不十分になる場合がある。

【0020】

本実施形態の特徴は、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂにおける蛍光体粒子３の濃度が、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂから２０μｍ内側における蛍光体粒子３の濃度よりも低いことにある。以下、本実施形態の特徴について、図１〜図３を参照して説明する。

【0021】

図１に示すように、本実施形態では、第１の主面１ａから２０μｍ内側の面を表層底面１ｃとする。同様に、第２の主面１ｂから２０μｍ内側の面を表層底面１ｄとする。第１の主面１ａから表層底面１ｃまでの領域及び第２の主面１ｂから表層底面１ｄまでの領域が、本実施形態における表層Ｂである。また、表層底面１ｃと表層底面１ｄの間の領域が、本実施形態における中央部Ａである。

【0022】

図２は、第１の主面１ａにおける蛍光体粒子３の濃度を示す模式的平面図である。図３は、第１の主面１ａから２０μｍ内側の表層底面１ｃにおける蛍光体粒子３の濃度を示す模式的平面断面図である。図２及び図３に示すように、第１の主面１ａにおける蛍光体粒子３の面積占有率は、表層底面１ｃにおける蛍光体粒子３の面積占有率よりも小さくなっている。従って、第１の主面１ａにおける蛍光体粒子３の濃度は、第１の主面１ａから２０μｍ内側の表層底面１ｃにおける蛍光体粒子３の濃度よりも低くなっている。

【0023】

同様に、第２の主面１ｂ側においても、第２の主面１ｂにおける蛍光体粒子３の面積占有率は、表層底面１ｄにおける蛍光体粒子３の面積占有率よりも小さくなっている。従って、第２の主面１ｂにおける蛍光体粒子３の濃度は、第２の主面１ｂから２０μｍ内側の表層底面１ｄにおける蛍光体粒子３の濃度よりも低くなっている。

【0024】

第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂにおける蛍光体粒子３の面積占有率は、表層底面１ｃ及び表層底面１ｄにおける蛍光体粒子３の面積占有率の１０％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましく、特に３０％以上であることが好ましく、７０％以下であることが好ましく、６０％以下であることがより好ましく、特に５０％以下であることが好ましい。当該面積占有率が小さすぎると、研磨した際の色度変化量が小さすぎて、生産効率が低下する傾向がある。一方、当該面積占有率が大きすぎると、研磨した際の色度変化量が大きすぎて、色度調整を高精度に行うことが困難になる。

【0025】

なお、面積占有率は各主面及び各表層底面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像を二値化し、単位面積あたりに占める蛍光体粒子部分の面積比率により算出する。表層底面については、主面を研磨することにより表層底面を露出させた状態で画像を撮影する。

【0026】

本実施形態では、第１の主面１ａと第２の主面１ｂの間の中央部Ａにおける蛍光体粒子３の濃度が高く、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂに向かうにつれて蛍光体粒子３の濃度が低くなっている。本実施形態の波長変換部材１は、より詳細には、中央部Ａの中心部から、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂに向かうにつれて蛍光体粒子３の濃度が徐々に低くなる濃度勾配を有している。従って、表層Ｂも、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂに向かうにつれて蛍光体粒子３の濃度が徐々に低くなる濃度勾配を有している。なお、図１において、表層Ｂに蛍光体粒子３が図示されていないが、図２に示すように、表層Ｂにも蛍光体粒子３が含有されていてもよい。図１においては、中央部Ａにおける蛍光体粒子３の濃度が高いことを示すため、中央部Ａにのみ蛍光体粒子３を図示している。

【0027】

波長変換部材１は、入射した励起光の波長を変換して蛍光を出射する目的で用いられる。白色光の発光デバイスの場合には、例えばＬＥＤ等の光源からの励起光である青色光と、蛍光である黄色光との合成光としての白色光が波長変換部材１から出射される。波長変換部材１から出射される光の色度の調整は、一般に、波長変換部材１の第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂの少なくとも一方を研磨し、波長変換部材１の厚みを薄くすることにより調整される。波長変換部材１の厚みを薄くすることにより、波長変換部材１から出射する蛍光の割合を少なくし、波長変換部材１を透過する励起光の割合を多くすることができる。波長変換部材１の厚みの調整は、一般に表層Ｂの領域内で研磨することにより行われる。

【0028】

本実施形態においては、第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂにおける蛍光体粒子３の濃度は、表層底面１ｃ及び表層底面１ｄにおける蛍光体粒子３の濃度よりも低くなっている。そのため、第１の主面１ａまたは第２の主面１ｂを研磨することによる厚みの変化に対する色度の変化が小さい。すなわち、研磨による厚みの変化に対し、色度をわずかに変化させることができ、色度を微調整することができる。従って、本実施形態によれば、色度を高精度に調整することができる。

【0029】

以下において、波長変換部材１の製造方法の一例について説明する。

【0030】

（波長変換部材の製造方法）
図４（ａ）〜（ｄ）は、第１の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の一例を説明するための模式的正面断面図である。

【0031】

波長変換部材１の製造方法では、まず、ガラスマトリックスとなるガラス粒子と、蛍光体粒子と、バインダー樹脂や溶剤等の有機成分とを含むスラリーを調製する。次に、図４（ａ）に示すように、スラリー４を、基材であるポリエチレンテレフタレート等の樹脂フィルム６上にドクターブレード法等により塗布する。

【0032】

次に、スラリー４を乾燥させる。このとき、スラリー４の乾燥が完了するまでの間に、蛍光体粒子３を下方に沈降させる。これにより、図４（ｂ）に示す、下面５Ａｂにおける蛍光体粒子３の濃度が上面５Ａａにおける蛍光体粒子３の濃度よりも高い、第１のグリーンシート５Ａを得る。

【0033】

なお、スラリー４のガラス粒子の密度は、蛍光体粒子３の密度よりも小さい。それによって、蛍光体粒子３を好適に沈降させることができる。よって、第１のグリーンシート５Ａにおいて、より確実に上記のような蛍光体粒子３の濃度分布とすることができる。

【0034】

他方、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した工程と同様の方法により、図４（ｃ）に示す第２のグリーンシート５Ｂを得る。第２のグリーンシート５Ｂも、下面５Ｂｂにおける蛍光体粒子３の濃度は上面５Ｂａにおける蛍光体粒子３の濃度よりも高い。

【0035】

次に、図４（ｃ）に示すように、下面５Ａｂ，５Ｂｂ同士を重ね合わせるように、第１，第２のグリーンシート５Ａ，５Ｂを積層する。次に、第１，第２のグリーンシート５Ａ，５Ｂの熱圧着を行い、一体化して焼成を行う。これにより、図４（ｄ）に示す波長変換部材１を作製する。

【0036】

さらに、波長変換部材１の第１の主面１ａ及び第２の主面１ｂ、またはいずれか一方を研磨することにより、波長変換部材１の色度調整を行ってもよい。研磨の方法としては、特に限定されず、例えば、ラップ研磨や、鏡面研磨により行うことができる。ラップ研磨は鏡面研磨より研磨速度が速いという利点がある。一方、鏡面研磨はラップ研磨より研磨面精度を高めることが可能である。波長変換部材１の厚みと色度には相関関係があるので、予めこの相関関係を求めておくことにより、所望の色度を得るための波長変換部材１の目標厚みを求めることができる。厚みと色度の相関関係は、例えば目標色度より高い状態で研磨を行いながら厚みと色度を測定することにより求めることができる。この場合、色度と厚みとの相関関係を精度良く得る観点からは、最終製品の仕上げ面と同等の表面状態（表面粗さ）となる研磨方法を採用することが好ましい。例えば、最終製品の仕上げを鏡面研磨により行う場合は、色度と厚みの相関関係を求める際の研磨方法も鏡面研磨を採用することが好ましい。

【0037】

（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る波長変換部材の模式的正面断面図である。本実施形態の波長変換部材１１は、図４（ｃ）に示した第１，第２のグリーンシート５Ａ，５Ｂに加え、第１，第２のグリーンシート５Ａ，５Ｂと同様の方法により作製した第３のグリーンシートをさらに積層して製造することができる。具体的には、第３のグリーンシートにおける、蛍光体粒子３の濃度が高い下面を、第１，第２のグリーンシート５Ａ，５Ｂの積層体に積層し、一体化して焼成することにより製造することができる。

【0038】

本実施形態においても、第１の主面１１ａ及び第２の主面１１ｂにおける蛍光体粒子３の濃度は、表層底面１１ｃ及び表層底面１１ｄにおける蛍光体粒子３の濃度よりも低くなっている。そのため、第１の主面１１ａまたは第２の主面１１ｂを研磨することによる厚みの変化に対する色度の変化が小さく、色度を高精度に調整することができる。

【符号の説明】

【0039】

１…波長変換部材
１ａ，１ｂ…第１，第２の主面
１ｃ，１ｄ…表層底面
２…ガラスマトリックス
３…蛍光体粒子
４…スラリー
５Ａ…第１のグリーンシート
５Ａａ…上面
５Ａｂ…下面
５Ｂ…第２のグリーンシート
５Ｂａ…上面
５Ｂｂ…下面
６…樹脂フィルム
１１…波長変換部材
１１ａ，１１ｂ…第１，第２の主面
１１ｃ，１１ｄ…表層底面
Ａ…中央部
Ｂ…表層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】