特開 2024-83805 波長変換部材、その製造方法、および発光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024083805

(43)【公開日】2024-06-24

(54)【発明の名称】波長変換部材、その製造方法、および発光装置

(51)【国際特許分類】

   G02B 5/20 20060101AFI20240617BHJP

   C09D 11/037 20140101ALI20240617BHJP

【ＦＩ】

G02B5/20

C09D11/037

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022197835

(22)【出願日】2022-12-12

(71)【出願人】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100114258

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 武雄

(74)【代理人】

【識別番号】100125391

【弁理士】

【氏名又は名称】白川 洋一

(74)【代理人】

【識別番号】100208605

【弁理士】

【氏名又は名称】早川 龍一

(72)【発明者】

【氏名】阿部 誉史

(72)【発明者】

【氏名】傳井 美史

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 誠浩

【テーマコード（参考）】

2H148

4J039

【Ｆターム（参考）】

2H148AA00

2H148AA07

2H148AA09

2H148AA18

4J039AA02

4J039BA19

4J039BA22

4J039BA30

4J039BA31

4J039BA32

4J039BA39

4J039BE01

4J039CA02

4J039EA23

4J039EA28

4J039GA04

4J039GA24

(57)【要約】

【課題】高エネルギー化に伴う放熱性の向上と波長変換効率に優れる波長変換部材、その製造方法、および発光装置を提供する。
【解決手段】波長変換部材１００であって、透光性を有する基材１０と、前記基材１０の一方の主面１２に設けられ、少なくとも第１の蛍光体粒子２２と、前記第１の蛍光体粒子２２同士および前記基材１０と前記第１の蛍光体粒子２２とを結合する透光性セラミックス２４と、により形成された単層の蛍光体層２０と、を備え、前記蛍光体層２０における前記第１の蛍光体粒子２２の平均粒子径Ｄ１は５μｍ以上３０μｍ以下であり、前記蛍光体層２０は、前記主面１２に垂直な前記蛍光体層２０の平均膜厚の前記基材１０側の１／３の基材側領域２６における前記第１の蛍光体粒子２２の平均粒子径Ｄ２が前記平均粒子径Ｄ１より大きい。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

波長変換部材であって、
透光性を有する基材と、
前記基材の一方の主面に設けられ、少なくとも第１の蛍光体粒子と、前記第１の蛍光体粒子同士および前記基材と前記第１の蛍光体粒子とを結合する透光性セラミックスと、により形成された単層の蛍光体層と、を備え、
前記蛍光体層における前記第１の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ１は５μｍ以上３０μｍ以下であり、
前記蛍光体層は、前記主面に垂直な前記蛍光体層の平均膜厚の前記基材側の１／３の基材側領域における前記第１の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ２が前記平均粒子径Ｄ１より大きいことを特徴とする波長変換部材。

【請求項2】

前記蛍光体層の前記主面に対向する面に設けられ、少なくとも第２の蛍光体粒子と、前記第２の蛍光体粒子同士および前記蛍光体層と前記第２の蛍光体粒子とを結合する第２の透光性セラミックスと、により形成された単層の第２の蛍光体層と、をさらに備え、
前記第２の蛍光体層における前記第２の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ３は５μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の波長変換部材。

【請求項3】

前記第２の蛍光体層は、前記主面に垂直な前記第２の蛍光体層の平均膜厚の前記蛍光体層側の１／３の蛍光体層側領域における前記第２の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ４が前記平均粒子径Ｄ３より大きいことを特徴とする請求項２に記載の波長変換部材。

【請求項4】

発光装置であって、
特定範囲の波長の光を発する発光素子と、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴とする発光装置。

【請求項5】

波長変換部材の製造方法であって、
透光性を有する基材を準備する工程と、
第１の蛍光体粒子と無機バインダとを混合した蛍光体インキの２５℃における粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満に調整する工程と、
前記基材の表面に、前記蛍光体インキを塗布する工程と、
塗布した前記蛍光体インキを５００℃以下の温度で熱処理することで蛍光体層を形成する工程と、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6】

波長変換部材の製造方法であって、
透光性を有する基材を準備する工程と、
第１の蛍光体粒子と無機バインダとを混合した第１の蛍光体インキの２５℃における粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満に調整する工程と、
前記基材の表面に、前記第１の蛍光体インキを塗布する工程と、
前記第１の蛍光体インキを乾燥する工程と、
第２の蛍光体粒子と第２の無機バインダとを混合した第２の蛍光体インキの２５℃における粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上７５ｄＰａ・ｓ以下に調整する工程と、
前記第１の蛍光体インキを塗布した層の表面に、前記第２の蛍光体インキを塗布する工程と、
塗布した前記第１の蛍光体インキおよび前記第２の蛍光体インキを５００℃以下の温度で熱処理することで蛍光体層および第２の蛍光体層を形成する工程と、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、その製造方法、および発光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

発光素子であるＬＥＤ（Light Emitting Diode）やＬＤ（Laser Diode）等の光源から照射された光を、蛍光体層により光源の波長とは異なる波長の変換光として放出する波長変換部材を用いた発光装置が知られている。近年では、エネルギー効率が高く、小型化、高出力化に対応しやすいＬＤを光源として用いたアプリケーションが増えている。

【0003】

このような波長変換部材としては、エポキシやシリコーンなどに代表される樹脂に蛍光体を分散させた構造が多く用いられているが、光源の高出力化に伴い樹脂の焼け焦げや変色が発生し、特性の低下、寿命が早まってしまう。このような課題に対し、樹脂に代えて無機バインダを使用し、無機材料のみからなる波長変換部材が考案され、高エネルギーの光源とした場合であっても耐熱性の課題が解決されてきた。

【0004】

特許文献１には、基板の上に、ＬＥＤよりなる複数の発光素子が搭載されており、発光素子の上には、発光素子との間に空間を挟んで波長変換部材が配置され、波長変換部材は、粒子状の蛍光体材料と、バインダとを含み、バインダは、加水分解あるいは酸化により酸化物となる酸化物前駆体、ケイ酸化合物、シリカ、及び、アモルファスシリカからなる群のうちの少なくとも１種を含むバインダ原料を、常温で反応させるか、又は、５００℃以下の温度で熱処理することにより得られたものである発光装置が記載されている。

【0005】

特許文献２には、基板上に励起光を発する発光素子と、蛍光体によって前記励起光を可視光に変換する波長変換器とを備え、前記可視光を出力光とする発光装置であって、前記蛍光体が、バンドギャップエネルギーが１．６ｅＶ以下の半導体からなることを特徴とする発光装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５－０３８９６０号公報

【特許文献2】特開２００５－２８５８００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載の波長変換部材は、蛍光体層を構成するバインダとして無機バインダを使用することにより、光源の高出力化に対応しやすくなった。しかしながら、作製される蛍光体層の構造や状態は、基材の表面に印刷される蛍光体インキの製造条件により異なると考えられ、輝度や色調、基材との密着性といった発光特性に影響する虞があるが、特許文献１には蛍光体インキの製造条件について記載がされていない。

【0008】

また、特許文献２に記載の波長変換層は、発光素子に密着しており、発光素子の高出力化に伴う放熱性が問題となるおそれがある。また、使用される蛍光体粒子はナノ粒子であり、大粒径の蛍光体粒子を使用した波長変換部材において発光特性を向上することは考慮されていない。また、各波長変換層ごとの粒子径についての記載はあるが、単層部分の構造については言及がない。

【0009】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、放熱性の向上と波長変換効率に優れる波長変換部材、その製造方法、および発光装置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】

【0010】

（１）上記の目的を達成するため、本発明の波長変換部材は、以下の手段を講じた。すなわち、本発明の適用例の波長変換部材は、波長変換部材であって、透光性を有する基材と、前記基材の一方の主面に設けられ、少なくとも第１の蛍光体粒子と、前記第１の蛍光体粒子同士および前記基材と前記第１の蛍光体粒子とを結合する透光性セラミックスと、により形成された単層の蛍光体層と、を備え、前記蛍光体層における前記第１の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ１は５μｍ以上３０μｍ以下であり、前記蛍光体層は、前記主面に垂直な前記蛍光体層の平均膜厚の前記基材側の１／３の基材側領域における前記第１の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ２が前記平均粒子径Ｄ１より大きいことを特徴とする。

【0011】

このように、単層の蛍光体層内で基材側領域の平均粒子径Ｄ２を大きくすることで、平均粒子径Ｄ１以上の粒子径を有する第１の蛍光体粒子が基材側に多く分布している状態とすることができ、発光効率を良くすることができる。また、蛍光体層の放熱性を良くすることができる。

【0012】

（２）また、上記（１）の適用例の波長変換部材において、前記蛍光体層の前記主面に対向する面に設けられ、少なくとも第２の蛍光体粒子と、前記第２の蛍光体粒子同士および前記蛍光体層と前記第２の蛍光体粒子とを結合する第２の透光性セラミックスと、により形成された単層の第２の蛍光体層と、をさらに備え、前記第２の蛍光体層における前記第２の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ３は５μｍ以上３０μｍ以下であることを特徴とする。

【0013】

蛍光体層の厚さは薄いほうが熱抵抗は小さいので、光源光の照射時における蛍光体層の蓄熱に起因する発光強度の低下（温度消光）を抑制することができる。しかし、（１）の適用例の波長変換部材における蛍光体層は意図的に蛍光体粒子の分布を異ならせており、蛍光体層の厚さを薄くした場合には、光源光に対する波長変換が十分に行われず局所的な色ムラの発生する虞がある。そこで、このように、蛍光体層の上に第２の蛍光体層を積層することで、蛍光体層の外周滲みやピンホールが抑制され、色ムラの発生を抑制することができる。また、第２の蛍光体層が通常の蛍光体粒子の分布を有する蛍光体層である場合、第２の蛍光体層中の空隙の分布も均一になり、局所的な色ムラの発生をより抑制することができる。

【0014】

（３）また、上記（２）の適用例の波長変換部材において、前記第２の蛍光体層は、前記主面に垂直な前記第２の蛍光体層の平均膜厚の前記蛍光体層側の１／３の蛍光体層側領域における前記第２の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ４が前記平均粒子径Ｄ３より大きいことを特徴とする。

【0015】

このように、第２の蛍光体層が蛍光体層と同様の特徴を有することにより、蛍光体層の
外周滲みやピンホールが抑制できると共に、（１）の適用例の蛍光体層と同一の蛍光体インキを使用することができるため、製造工程として簡略化することができる。

【0016】

（４）また、本発明の適用例の発光装置は、発光装置であって、特定範囲の波長の光を発する発光素子と、上記（１）から（３）のいずれかに記載の波長変換部材と、を備えることを特徴とする。

【0017】

本発明の波長変換部材は、高エネルギー化に伴う放熱性の向上と、波長変換効率に優れるので、これを用いた発光装置は、ＬＤをはじめとする発光素子の高出力に対応できる発光装置として使用することができる。

【0018】

（５）また、本発明の適用例の波長変換部材の製造方法は、波長変換部材の製造方法であって、透光性を有する基材を準備する工程と、第１の蛍光体粒子と無機バインダとを混合した蛍光体インキの２５℃における粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満に調整する工程と、前記基材の表面に、前記蛍光体インキを塗布する工程と、塗布した前記蛍光体インキを５００℃以下の温度で熱処理することで蛍光体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

【0019】

蛍光体インキの粘度を上記の範囲に調整して基材に塗布することで、蛍光体インキの流動により、比較的大きい第１の蛍光体粒子が基材側に偏る。その後、熱処理を行うことで、蛍光体層全体の平均粒子径Ｄ１以上の粒子径を有する第１の蛍光体粒子が基材側に多く分布している状態とすることができ、単層の蛍光体層内で基材側領域の平均粒子径Ｄ２を大きくすることができる。その結果、波長変換部材の発光効率を良くすることができ、蛍光体層の放熱性を良くすることができる。

【0020】

（６）また、本発明の適用例の波長変換部材の製造方法は、波長変換部材の製造方法であって、透光性を有する基材を準備する工程と、第１の蛍光体粒子と無機バインダとを混合した第１の蛍光体インキの２５℃における粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満に調整する工程と、前記基材の表面に、前記第１の蛍光体インキを塗布する工程と、前記第１の蛍光体インキを乾燥する工程と、第２の蛍光体粒子と第２の無機バインダとを混合した第２の蛍光体インキの２５℃における粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上７５ｄＰａ・ｓ以下に調整する工程と、前記第１の蛍光体インキを塗布した層の表面に、前記第２の蛍光体インキを塗布する工程と、塗布した前記第１の蛍光体インキおよび前記第２の蛍光体インキを５００℃以下の温度で熱処理することで蛍光体層および第２の蛍光体層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。

【0021】

これにより、単層の蛍光体層内で基材側領域の平均粒子径Ｄ２を大きくした蛍光体層上に単層の第２の蛍光体層が積層された波長変換部材を製造することができる。その結果、蛍光体層の外周滲みやピンホールが抑制され、色ムラの発生を抑制することができる波長変換部材とすることができる。

【発明の効果】

【0022】

本発明の波長変換部材および発光装置は、発光効率を良くすることができ、蛍光体層の放熱性を良くすることができる。また、本発明の波長変換部材の製造方法は、発光効率および蛍光体層の放熱性に優れた波長変換部材を製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施形態に係る波長変換部材の断面構造の一例を示す模式的な断面図である。

【図2】図１の波長変換部材の基材側領域を示す模式的な断面図である。

【図3】本発明の実施形態に係る波長変換部材の断面構造の変形例を示す模式的な断面図である。

【図4】図３の波長変換部材の基材側領域および蛍光体層側領域を示す模式的な断面図である。

【図5】本発明の実施形態に係る発光装置の一例の一部を示す概念図である。

【図6】本発明の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図7】本発明の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の変形例を示すフローチャートである。

【図8】実施例および比較例の波長変換部材の製造条件および各評価試験の結果を示す表である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。なお、構成図において、各構成要素の大きさは概念的に表したものであり、必ずしも実際の寸法比率を表すものではない。

【0025】

［波長変換部材の構成］
図１は、本発明の実施形態に係る波長変換部材１００の断面構造の一例を示す模式的な断面図である。本発明の実施形態に係る波長変換部材１００は、基材１０上に蛍光体層２０が形成されている。波長変換部材１００は、光源から照射された入射光を透過させつつ、入射光により励起して波長の異なる光を発生させる。例えば、青色光の入射光を透過させつつ、蛍光体層２０で変換された緑と赤や黄色の変換光を放射させて、変換光と入射光を合わせて、または、変換光のみを利用し、様々な色の光に変換できる。

【0026】

基材１０の形状は、発光装置２００に適用可能な形状であればよく、円形状、矩形状、楕円形状、多角形状など様々な形状であってよい。また、例えば、円形状の基材１０に円環状の蛍光体層２０が形成されていてもよい。

【0027】

基材１０は、透光性を有する。基材１０の材料は適宜選択される。本発明の波長変換部材１００は、発光素子からの入射光または変換光を透過させる用途で使用するため、サファイアやガラス等の透光性を有する無機材料を用いることができる。高い熱伝導率を有するサファイアを用いることが特に好ましく、蛍光体層２０の蓄熱を抑えることで温度上昇による蛍光体の特性低下を抑制できる。

【0028】

蛍光体層２０は、基材１０の主面１２上に膜として設けられ、少なくとも第１の蛍光体粒子２２および透光性セラミックス２４により単層で形成されている。透光性セラミックス２４は、第１の蛍光体粒子２２同士を結合するとともに第１の蛍光体粒子２２と基材１０とを結合している。これにより、高エネルギー密度の光の照射に対して、放熱材として機能する基材１０と接合しているため効率よく放熱でき、蛍光体の温度消光を抑制できる。蛍光体層２０は、空隙４０を含んでいてもよい。なお、単層の蛍光体層とは、蛍光体層の厚さ方向に沿った断面において、その層内に他の蛍光体層との境界が存在しない範囲の蛍光体層をいう。

【0029】

蛍光体層２０の平均膜厚は、１５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。蛍光体層２０の平均膜厚が１５μｍより薄い場合、蛍光体層２０内の様々な光路において蛍光体粒子の存在する確率が低下する部分が生じ、均一な照射光を得ることが困難となる。一方で、３００μｍより厚くすると、蛍光体層２０の蓄熱による温度消光の虞があり、特に高出力な用途で問題となる場合がある。蛍光体層２０の平均膜厚は、蛍光体層２０を形成する蛍光体粒子の平均粒子径の１．５倍より大きいことが好ましい。

【0030】

蛍光体層２０の平均膜厚は、ＳＥＭ画像の画像解析（例えば、１０００倍）によって確認することができる。基材１０の主面１２に垂直な方向における断面のＳＥＭ画像において、等間隔に１０本の垂線を引き、蛍光体層２０のトップ面から主面１２までの距離を測定し、１０本の線の長さの平均値を蛍光体層２０の平均膜厚とする。

【0031】

蛍光体層２０を形成する第１の蛍光体粒子２２は、特定の波長の変換光を発生させる１種類の蛍光体粒子を示す。蛍光体層２０には、第１の蛍光体粒子２２以外の別の種類の蛍光体粒子が含まれていてもよい。

【0032】

蛍光体層２０における第１の蛍光体粒子２２の平均粒子径Ｄ１は５μｍ以上３０μｍ以下である。第１の蛍光体粒子２２の平均粒子径Ｄ１が５μｍ以上である場合、変換光の発光強度が大きくなり、ひいては波長変換部材１００の発光強度が大きくなる。また、３０μｍ以下である場合、蛍光体層２０の厚さの調整が容易となり、第１の蛍光体粒子２２の脱粒のリスクを低減できる。また、個々の第１の蛍光体粒子２２の温度を低く維持でき、温度消光を抑制できる。

【0033】

蛍光体層２０は、主面１２に垂直な蛍光体層２０の平均膜厚の基材１０側の１／３の基材側領域２６における第１の蛍光体粒子２２の平均粒子径Ｄ２が平均粒子径Ｄ１より大きい。これにより、第１の蛍光体粒子２２の発光効率を良くすることができ、蛍光体層２０の放熱性を良くすることができる。平均粒子径Ｄ２が平均粒子径Ｄ１より大きいとは、平均粒子径Ｄ２が平均粒子径Ｄ１の１．１倍以上であることをいう。平均粒子径は、ＳＥＭ画像の画像解析によって確認することができる。本明細書において平均粒子径とは、基材１０の主面１２に垂直な方向における断面のＳＥＭ画像（例えば、１０００倍）において２値化などの画像解析を行い、画像から蛍光体粒子と認められる粒子の断面積を算出し、その累積分布から求めた断面積の平均値に対する円相当径とする。なお、ＳＥＭ画像の平面方向の端に跨っている粒子は、平均粒子径を求める際の対象とはしない。また、測定は全体的な平均粒子径となるように、無作為に複数個所の画像（例えば３枚以上）で確認することが好ましい。

【0034】

図２は、図１の波長変換部材１００の基材側領域２６を示す模式的な断面図である。図２に示されるように、蛍光体層２０の表面（蛍光体層２０の基材の主面に対向する面２８）に凹凸がある場合、基材側領域２６は以下のように定める。まず、断面において蛍光体層２０の平均膜厚を求め、平均膜厚を定める主面１２に平行な直線を引く。次に、主面１２から平均膜厚の１／３の厚さの位置に主面１２に平行な直線を引く。そして、当該直線から主面１２までの領域を基材側領域２６とする。なお、基材側領域２６の平均粒子径Ｄ２は、基材側領域２６に断面の少なくとも一部が含まれる個々の第１の蛍光体粒子２２の断面積を算出し、断面積の１／２以上が基材側領域２６に含まれている粒子（以下「１／２以上粒子」）を、基材側領域２６に存在する第１の蛍光体粒子２２として平均粒子径Ｄ２を求める蛍光体粒子の対象とする。また、平均粒子径Ｄ２を求める際に、１／２以上粒子の断面積については、「１／２以上粒子」の全体の断面積を用いる。すなわち、平均膜厚の１／３の位置の直線から基材側領域２６とは反対側にはみ出ている部分の断面積も含める。そして、基材側領域２６に存在すると判断された第１の蛍光体粒子２２の累積分布から求めた断面積の平均値に対する円相当径を平均粒子径Ｄ２とする。なお、平均粒子径Ｄ２を求める際も、ＳＥＭ画像の平面方向の端に跨っている粒子は、平均粒子径を求める際の対象とはしない。また、測定は全体的な平均粒子径となるように、無作為に複数個所の画像（例えば３枚以上）で確認することが好ましい。

【0035】

なお、蛍光体層２０に第１の蛍光体粒子２２以外の別の種類の蛍光体粒子が含まれている場合、当該蛍光体粒子の蛍光体層２０全体における平均粒子径と基材側領域２６における平均粒子径は、基材側領域２６における平均粒子径が大きくてもよいし、そのような関係が無くてもよい。これは、一部の蛍光体粒子でも上記の偏りがある場合、その蛍光体粒子については、発光効率が良く、放熱性が高くなるためである。このような構成は、第１の蛍光体粒子２２と別の種類の蛍光体粒子の平均粒子径や粒度分布を異ならせることで実現できる。

【0036】

具体的には、例えば、蛍光体層２０に第１の蛍光体粒子２２としてＹＡＧ系蛍光体粒子が、その他の蛍光体粒子としてＬＡＧ系蛍光体粒子が含まれているとする。このとき、ＹＡＧ系蛍光体粒子の基材側領域２６の平均粒子径Ｄ２が、ＹＡＧ系蛍光体粒子の全体の平均粒子径Ｄ１より大きいとの条件が満たされる場合、ＬＡＧ系蛍光体粒子の基材側領域２６の平均粒子径Ｄ２’はＬＡＧ系蛍光体粒子の全体の平均粒子径Ｄ１’より大きくても大きくなくてもよい。

【0037】

第１の蛍光体粒子２２は、例えばイットリウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）およびルテチウム・アルミニウム・ガーネット系蛍光体（ＬＡＧ系蛍光体）を用いることができる。その他、第１の蛍光体粒子２２は、発光させる色の設計に応じて以下のような材料から選択できる。例えば、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ａｇ，Ｃｌ、ＢａＡｌ_２Ｓ_４：ＥｕあるいはＣａＭｇＳｉ_２Ｏ_６：Ｅｕなどの青色系蛍光体、Ｚｎ_２ＳｉＯ_４：Ｍｎ、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｔｂ、ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｍ１）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、（Ｍ１）（Ｍ２）_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ３）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、ＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕ、（Ｍ１）Ｓｉ_２Ｏ_２Ｎ：Ｅｕあるいは（Ｂａ，Ｓｒ，Ｍｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ，Ｍｎなどの黄色または緑色系蛍光体、（Ｍ１）_３ＳｉＯ_５：Ｅｕあるいは（Ｍ１）Ｓ：Ｅｕなどの黄色、橙色または赤色系蛍光体、（Ｙ，Ｇｄ）ＢＯ_３：Ｅｕ，Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、（Ｍ１）_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、（Ｍ１）ＡｌＳｉＮ_３：ＥｕあるいはＹＰＶＯ_４：Ｅｕなどの赤色系蛍光体が挙げられる。なお、上記化学式において、Ｍ１は、Ｂａ，Ｃａ，ＳｒおよびＭｇからなる群のうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ２は、ＧａおよびＡｌのうちの少なくとも１つが含まれ、Ｍ３は、Ｙ，Ｇｄ，ＬｕおよびＴｅからなる群のうち少なくとも１つが含まれる。なお、上記の第１の蛍光体粒子２２は一例であり、波長変換部材１００に用いられる第１の蛍光体粒子２２が必ずしも上記に限られるわけではない。

【0038】

透光性セラミックス２４は、無機バインダが加水分解または酸化されて形成されたものであり、透光性を有する無機材料により構成されている。透光性セラミックス２４は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）、リン酸アルミニウムから構成される。また、透光性セラミックス２４は透光性を有するので、光源光（入射光）や変換光を透過させることができる。透光性セラミックス２４は無機材料からなるので、耐熱性が向上し、ＬＤなどの高エネルギー光を照射する用途であっても変質が起こりにくい。無機バインダとしては、例えば、エチルシリケート、リン酸アルミニウム水溶液等を用いることができる。

【0039】

透光性を有する物質とは、０．５ｍｍの対象物質に対して、可視光の波長領域（λ＝３８０～７８０ｎｍ）で光を垂直に入射したとき、反対側から抜けた光の放射束が入射光の８０％を超える特性を有する物質をいう。

【0040】

蛍光体層２０は、表面にメッシュ跡が無いことが好ましい。蛍光体層２０にメッシュ跡があると、局所的な膜厚変化によるクラックやピンホールが発生する場合がある。なお、メッシュ跡とは、スクリーン印刷の際、高粘度の蛍光体インキを使用した場合に、メッシュの格子状の模様が蛍光体層２０の表面に残ることである。本発明の蛍光体層２０は、低粘度の蛍光体インキを使用しているため、メッシュ跡をほとんど生じない。メッシュ跡は、蛍光体層２０に光をあてることで確認できる。

【0041】

図３は、本発明の実施形態に係る波長変換部材１００の断面構造の変形例を示す模式的な断面図である。図３に示されるように、本発明の実施形態に係る波長変換部材１００は、蛍光体層２０の基材の主面に対向する面２８に設けられ、少なくとも第２の蛍光体粒子３２と、第２の蛍光体粒子３２同士および蛍光体層２０と第２の蛍光体粒子３２とを結合する第２の透光性セラミックス３４と、により形成された単層の第２の蛍光体層３０と、をさらに備えることが好ましい。これにより、蛍光体層２０の外周滲みやピンホールが抑制され、色ムラの発生を抑制することができる。第２の蛍光体層の表面３８に、さらに別の蛍光体層が積層されてもよい。

【0042】

蛍光体層２０（第１の蛍光体層）および第２の蛍光体層３０を合わせた全体の平均膜厚は、１５μｍ以上３００μｍ以下であることが好ましく、５０μｍ以上２００μｍ以下であることがより好ましい。

【0043】

第１の蛍光体層２０および第２の蛍光体層３０を合わせた全体の平均膜厚、および第２の蛍光体層３０の平均膜厚は、ＳＥＭ画像の画像解析によって確認することができる。基材１０の主面１２に垂直な方向における断面のＳＥＭ画像（例えば、１０００倍）において、等間隔に１０本の垂線を引き、第２の蛍光体層３０のトップ面から主面１２までの距離を測定し、１０本の線の長さの平均値を第１の蛍光体層２０および第２の蛍光体層３０を合わせた全体の平均膜厚とする。また、同一の１０本の垂線に対して、第２の蛍光体層３０のトップ面から第１の蛍光体層２０と第２の蛍光体層３０の境界面（第１の蛍光体層２０の基材の主面に対向する面２８）までの距離を測定し、１０本の線の長さの平均値を第２の蛍光体層３０の平均膜厚とする。

【0044】

第２の蛍光体層３０を形成する第２の蛍光体粒子３２は、特定の波長の変換光を発生させる１種類の蛍光体粒子を示す。第２の蛍光体層３０には、第２の蛍光体粒子３２以外の別の種類の蛍光体粒子が含まれていてもよい。

【0045】

第２の蛍光体層３０における第２の蛍光体粒子３２の平均粒子径Ｄ３は５μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。第２の蛍光体粒子３２の平均粒子径Ｄ３が５μｍ以上である場合、変換光の発光強度が大きくなり、ひいては波長変換部材１００の発光強度が大きくなる。また、３０μｍ以下である場合、第２の蛍光体層３０の厚さの調整が容易となり、第２の蛍光体粒子３２の脱粒のリスクを低減できる。また、個々の第２の蛍光体粒子３２の温度を低く維持でき、温度消光を抑制できる。第２の蛍光体粒子３２の平均粒子径Ｄ３は、第１の蛍光体粒子２２の平均粒子径Ｄ１と同一でもよいし、異なっていてもよい。平均粒子径Ｄ３は、基材１０の主面１２に垂直な方向における断面のＳＥＭ画像（例えば、１０００倍）において２値化などの画像解析を行い、画像から第２の蛍光体層３０内の第２の蛍光体粒子３２と認められる粒子の断面積を算出し、その累積分布から求めた断面積の平均値に対する円相当径を平均粒子径Ｄ３とする。なお、平均粒子径Ｄ３を求める際も、ＳＥＭ画像の平面方向の端に跨っている粒子は、平均粒子径を求める際の対象とはしない。また、測定は全体的な平均粒子径となるように、無作為に複数個所の画像（例えば３枚以上）で確認することが好ましい。

【0046】

第２の蛍光体層３０は、主面１２に垂直な第２の蛍光体層３０の平均膜厚の蛍光体層２０側の１／３の蛍光体層側領域３６における第２の蛍光体粒子３２の平均粒子径Ｄ４が平均粒子径Ｄ３より大きいことが好ましい。平均粒子径Ｄ４が平均粒子径Ｄ３より大きいとは、平均粒子径Ｄ４が平均粒子径Ｄ３の１．１倍以上であることをいう。

【0047】

図４は、図３の波長変換部材１００の基材側領域２６、および蛍光体層側領域３６を示す模式的な断面図である。図４に示されるように、第１の蛍光体層２０の表面（第１の蛍光体層２０の基材の主面に対向する面２８）、または第２の蛍光体層の表面３８に凹凸がある場合、蛍光体層側領域３６は以下のように定める。まず、断面において第１の蛍光体層２０の平均膜厚を求め、平均膜厚を定める主面１２に平行な直線を引く。次に、断面において第２の蛍光体層３０の平均膜厚を求め、第１の蛍光体層２０の平均膜厚を定める直線を基準として、第２の蛍光体層３０の平均膜厚を定める主面１２に平行な直線を引く。次に、第１の蛍光体層２０の平均膜厚を定める直線から第２の蛍光体層３０の平均膜厚の１／３の厚さの位置に主面１２に平行な直線を引く。そして、当該直線から第１の蛍光体層２０の基材の主面に対向する面２８までの領域を蛍光体層側領域３６とする。なお、蛍光体層側領域３６の平均粒子径Ｄ４は、蛍光体層側領域３６に断面の少なくとも一部が含まれる個々の第２の蛍光体粒子３２の断面積を算出し、断面積の１／２以上が蛍光体層側領域３６に含まれている粒子（以下「１／２以上粒子」）を、蛍光体層側領域３６に存在する第２の蛍光体粒子３２として平均粒子径Ｄ４を求める蛍光体粒子の対象とする。また、平均粒子径Ｄ４を求める際に、１／２以上粒子の断面積については、「１／２以上粒子」の全体の断面積を用いる。すなわち、平均膜厚の１／３の位置の直線から蛍光体層側領域３６とは反対側にはみ出ている部分の断面積も含める。そして、蛍光体層側領域３６に存在すると判断された第２の蛍光体粒子３２の累積分布から求めた断面積の平均値に対する円相当径を平均粒子径Ｄ４とする。なお、平均粒子径Ｄ４を求める際も、ＳＥＭ画像の平面方向の端に跨っている粒子は、平均粒子径を求める際の対象とはしない。また、測定は全体的な平均粒子径となるように、無作為に複数個所の画像（例えば３枚以上）で確認することが好ましい。

【0048】

第２の蛍光体層３０は、主面１２に垂直な断面において、第２の蛍光体粒子３２の平均粒子径Ｄ３がランダムであってもよい。第２の蛍光体粒子３２の平均粒子径Ｄ３がランダムであるとは、主面１２に垂直な第２の蛍光体層３０の厚さの蛍光体層２０側の１／３の蛍光体層側領域３６における平均粒子径Ｄ４が平均粒子径Ｄ３の１．１倍未満であることをいう。このとき、平均粒子径Ｄ４は、平均粒子径Ｄ３の０．９倍以上であることが好ましい。これにより、第２の蛍光体層３０中の空隙４０の分布が均一になり、局所的な色ムラの発生をより抑制することができる。

【0049】

第２の蛍光体粒子３２は、上記の第１の蛍光体粒子２２の例で示した種々の蛍光体粒子を用いることができる。また、上記の第１の蛍光体粒子２２は一例であるため、波長変換部材１００に用いられる第２の蛍光体粒子３２も、必ずしも上記に限られるわけではない。第２の蛍光体層３０に第１の蛍光体層２０の変換光にバラツキが生じた場合の補助的な波長変換の役割を与える場合、第２の蛍光体粒子３２の種類は、第１の蛍光体粒子２２と同一であることが好ましい。なお、このような役割を考慮しない場合、第２の蛍光体粒子３２の種類は、第１の蛍光体粒子２２と同一であってもよいし、異なっていてもよい。

【0050】

第２の透光性セラミックス３４は、無機バインダが加水分解または酸化されて形成されたものであり、透光性を有する無機材料により構成されている。第２の透光性セラミックス３４は、例えば、シリカ（ＳｉＯ_２）、リン酸アルミニウムから構成される。無機バインダとしては、例えば、エチルシリケート、リン酸アルミニウム水溶液等を用いることができる。第２の透光性セラミックス３４は、透光性セラミックス２４と同一種類の材料で形成されることが好ましいが、異なる種類の材料で形成されてもよい。

【0051】

第２の蛍光体層３０は、表面にメッシュ跡が無いことが好ましい。第２の蛍光体層３０にメッシュ跡があると、局所的な膜厚変化によるクラックやピンホールが発生する場合がある。第２の蛍光体層３０を高粘度の蛍光体インキを使用して形成する場合、メッシュ跡が生じないように、蛍光体インキ塗布後から乾燥や熱処理までの時間を調整するなど注意する必要がある。メッシュ跡は、第２の蛍光体層３０に光をあてることで確認できる。

【0052】

［発光装置の構成］
図５は、本発明の実施形態に係る発光装置の一例の一部を示す概念図である。発光装置２００は、光源（発光素子）１５０と波長変換部材１００を備える。光源１５０は、特定範囲の波長の光源光を発生させる発光素子であり、例えば、ＬＥＤや、ＬＤなどを用いることができる。波長変換部材１００はハイパワーでも効率よく波長変換させることができるので、光源１５０はＬＤであることが好ましい。光源１５０は、波長変換部材１００の基材１０側に配置されてもよい。これにより、発光装置２００の構成が簡易になる。また、光源光がミラー等を介して波長変換部材１００に照射されてもよい。これにより、発光装置２００の光源１５０の配置の自由度が増大する。

【0053】

本発明の波長変換部材１００は、高エネルギー化に伴う放熱性の向上と波長変換効率に優れるので、ＬＤをはじめとする発光素子の高出力に対応できる発光装置２００として使用することができる。このような発光装置２００としては、レーザ照明、ヘッドライト、プロジェクタなどに適用することができる。

【0054】

［波長変換部材の製造方法］
波長変換部材の製造方法の一例を説明する。図６は、本発明の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の一例を示すフローチャートである。最初に、原料を加工し、所定の形状に形成された基材を準備する（ステップＳ１）。

【0055】

基材の準備とは別に、第１の蛍光体粒子と無機バインダとを混合して蛍光体インキ（蛍光体ペースト）を作製する（ステップＳ２）。蛍光体インキの作製は、まず、所定の平均粒子径を有する第１の蛍光体粒子を準備する。第１の蛍光体粒子は、波長変換部材の設計に応じて、様々な種類のものを用いることができる。第１の蛍光体粒子以外の別の種類の蛍光体粒子を１種類または２種類以上使用してもよい。

【0056】

次に、準備した第１の蛍光体粒子を秤量し、溶剤に分散させ、無機バインダと混合し、印刷用の蛍光体インキを作製する。このとき、蛍光体インキの粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満にするため、溶剤や無機バインダの添加比率を４６～６０％に調整する。混合にはボールミルやプロペラ撹拌などを用いることができる。混合時間は、８０分～１６０分間に調整する。混合時、温度変化による粘度のばらつきを抑えるため、室温は２０℃～２５℃、液温は２５℃～４０℃に調整する。溶剤は、α－テルピネオール、ブタノール、イソホロン、グリセリン等の高沸点溶剤を用いることができる。

【0057】

蛍光体インキの粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満に調整することで、蛍光体インキの流動により、比較的大きいまたは重い第１の蛍光体粒子が基材側に偏る。その後、乾燥や熱処理を行うことで、蛍光体層を構成する第１の蛍光体粒子のうち平均粒子径以上の粒子径を有する第１の蛍光体粒子を基材側に多く存在させることができる。これにより、発光効率を良くすることができ、蛍光体層の放熱性を良くすることができる。

【0058】

蛍光体インキの粘度が３５ｄＰａ・ｓ未満であると、蛍光体インクの流動により蛍光体層の端部（外周部）において滲みが起こりやすい。また、蛍光体層の厚さの確保も難しくなる場合がある。滲みが発生すると、蛍光体粒子の分布の悪化、膜厚が局所的に薄くなることによる発光特性の低下が起こる虞がある。そのため、粘度が３５ｄＰａ・ｓ未満の蛍光体インキは、所定の厚さになるまで複数回塗布することが好ましい。これにより、蛍光体層の端部における滲みを抑制し、蛍光体層の厚さを確保することができる。

【0059】

蛍光体インキの粘度が１０ｄＰａ・ｓ未満である場合、蛍光体インキの流動性が高くなりすぎ、蛍光体層の形成自体が難しくなる場合がある。また、蛍光体インキの粘度が３５ｄＰａ・ｓ以上である場合、第１の蛍光体粒子を偏らせるために必要な時間が増大し、生産効率が悪化したり、第１の蛍光体粒子の偏りが生じなかったりする。そのため、蛍光体インキの粘度は、１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満に調整する。

【0060】

蛍光体インキには、蛍光体層の硬度を向上させ、発光性（光の散乱性）等を調整する目的で無機微粒子を添加してもよい。また、無機微粒子は、蛍光体インキの粘度の調整を目的として添加することもできる。

【0061】

次に、基材準備工程（ステップＳ１）において準備された基材の表面に蛍光体インキを塗布してインキ層（ペースト層）を形成する（ステップＳ３）。蛍光体インキの塗布は、スクリーン印刷法、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、インクジェット法を用いることができる。スクリーン印刷法を用いると、厚さの均一なインキ層を安定的に形成できるので好ましい。また、インキ層の厚さは、焼成後に所定の平均膜厚になるように調整する。インキ層は、基材の形状に沿って形成されることが好ましい。

【0062】

そして、塗布した蛍光体インキを、１５０℃以上の温度で熱処理することで蛍光体層を形成する（ステップＳ４）。熱処理温度は、１５０℃以上５００℃以下であることが好ましく、特に３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。熱処理時間は、２０分以上の保持時間を設けることが好ましく、０．５時間以上２．０時間以下であることが好ましい。また、昇温速度は、２℃／ｍｉｎ以上であることが好ましく、２℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。また、熱処理前に乾燥工程を設けてもよい。乾燥温度は１００℃以上２００℃以下（蛍光体層の熱処理温度未満）が好ましく、乾燥時間は２０分以上６０分以下であることがより好ましい。

【0063】

このように、蛍光体インキの粘度を所定の範囲に調整して基材に印刷および熱処理をすることで、単層の蛍光体層内で蛍光体粒子の平均粒径の偏りを生じさせることができ、放熱性や発光特性に優れた波長変換部材を製造することができる。

【0064】

図７は、本発明の実施形態に係る波長変換部材の製造方法の変形例を示すフローチャートである。原料を加工し、基材準備工程（ステップＴ１）から第１の蛍光体インキ塗布工程（ステップＴ３）までは上記と同様であるので省略する。第１の蛍光体インキは、上記の蛍光体インキである。

【0065】

次に、第１の蛍光体インキを乾燥する（ステップＴ４）。これにより、単層の第１の蛍光体層の上に第２の蛍光体層を積層することができ、蛍光体層の外周滲みやピンホールが抑制され、色ムラの発生を抑制することができる。また、各蛍光体層に異なる特性を持たせることもできる。乾燥温度は１００℃以上２００℃以下（後の蛍光体層の熱処理温度未満）が好ましく、乾燥時間は２０分以上６０分以下であることがより好ましい。

【0066】

次に、第２の蛍光体粒子と第２の無機バインダとを混合して第２の蛍光体インキ（第２の蛍光体ペースト）を作製する（ステップＴ５）。第２の蛍光体インキの作製は、まず、所定の平均粒子径を有する第２の蛍光体粒子を準備する。第２の蛍光体粒子は、波長変換部材の設計に応じて、様々な種類のものを用いることができる。第２の蛍光体粒子の平均粒子径や種類は、第１の蛍光体粒子と同一でもよいし、異なっていてもよい。第２の無機バインダは、第１の無機バインダと同一の種類であることが好ましいが、異なる種類であってもよい。第２の蛍光体粒子以外の別の種類の蛍光体粒子を１種類または２種類以上使用してもよい。

【0067】

次に、準備した第２の蛍光体粒子を秤量し、溶剤に分散させ、第２の無機バインダと混合し、印刷用の蛍光体インキを作製する。このとき、第２の蛍光体インキの粘度を１０ｄＰａ・ｓ以上３５ｄＰａ・ｓ未満にする場合は、溶剤や第２の無機バインダの添加比率を４６～６０％に調整する。また、第２の蛍光体インキの粘度を３５ｄＰａ・ｓ以上７５ｄＰａ・ｓ以下にする場合は、溶剤や第２の無機バインダの添加比率を１５～４５％に調整する。混合にはボールミルやプロペラ撹拌などを用いることができる。混合時間は、８０分～１６０分間に調整する。混合時、温度変化による粘度のばらつきを抑えるため、室温は２０℃～２５℃、液温は２５℃～４０℃に調整する。溶剤は、α－テルピネオール、ブタノール、イソホロン、グリセリン等の高沸点溶剤を用いることができる。

【0068】

第２の蛍光体インキには、第２の蛍光体層の硬度を向上させ、発光性（光の散乱性）等を調整する目的で無機微粒子を添加してもよい。また、無機微粒子は、第２の蛍光体インキの粘度の調整を目的として添加することもできる。

【0069】

次に、乾燥工程（ステップＴ４）において作製された乾燥した第１の蛍光体インキの表面（主面と対向する面）に第２の蛍光体インキを塗布して第２のインキ層（第２のペースト層）を形成する（ステップＴ６）。第２の蛍光体インキの塗布も、スクリーン印刷法、スプレー法、ディスペンサーによる描画法、インクジェット法を用いることができる。スクリーン印刷法を用いると、厚さの均一な第２のインキ層を安定的に形成できるので好ましい。また、第２のインキ層の厚さは、焼成後に所定の平均膜厚になるように調整する。第２のインキ層は、第１のインキ層の形状に沿って形成されることが好ましい。

【0070】

なお、第２の蛍光体インキの粘度が７５．０ｄＰｓを超えると、塗布方法がスクリーン印刷であった場合、メッシュ跡が蛍光体層にそのまま痕として残り、蛍光体層の割れ・剥離の原因となる虞がある。また蛍光体インキの流動性が悪いため空隙（ピンホール）が発生する虞が増大し、均一な発光特性が得られず色ムラ発生の原因となる。

【0071】

そして、塗布した第１の蛍光体インキおよび第２の蛍光体インキを、１５０℃以上の温度で熱処理することで第１の蛍光体層および第２の蛍光体層を形成する（ステップＳ７）。熱処理温度は、１５０℃以上５００℃以下であることが好ましく、特に３００℃以上４００℃以下であることが好ましい。熱処理時間は、２０分以上の保持時間を設けることが好ましく、０．５時間以上２．０時間以下であることが好ましい。また、昇温速度は、２℃／ｍｉｎ以上であることが好ましく、２℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ以下であることがより好ましい。また、熱処理前に第２の蛍光体インキを乾燥させる工程を設けてもよい。乾燥温度は１００℃以上２００℃以下（蛍光体層の熱処理温度未満）が好ましく、乾燥時間は２０分以上６０分以下であることがより好ましい。

【0072】

このように、第１の蛍光体インキの粘度を所定の範囲に調整して基材に印刷し、乾燥させ、さらに第２の蛍光体インキを第１のインキ層上に印刷し、熱処理をすることで、蛍光体粒子の平均粒径の偏りを生じさせた単層の第１の蛍光体層上にさらに第２の蛍光体層を積層することができ、放熱性や発光特性に優れた波長変換部材を製造することができる。

【0073】

［実施例および比較例］
（波長変換部材の作製）
（実施例１－１）
基材として直径φ５０ｍｍ、厚さｔ０．５ｍｍの円板状のサファイア製の基材を準備した。また、平均粒子径１５μｍの黄色蛍光体（ＹＡＧ系蛍光体）、無機バインダとしてエチルシリケート、溶媒としてα－テルピネオールをそれぞれ秤量し、液温を２５℃～４０℃に管理しながら、それぞれプロペラ撹拌で１２０分間混合することで第１の蛍光体インキを作製した。このとき、作製した第１の蛍光体インキの粘度を粘度計（ビスコテスターＶＴ－０４Ｆ）を用いて測定し、第１の蛍光体インキの粘度が１０ｄＰａ・ｓになるように無機バインダの添加量を決定し、添加した。

【0074】

得られた第１の蛍光体インキを熱処理後の蛍光体層の平均膜厚が５０μｍとなるようにスクリーン印刷により基材上に塗布した。塗布後の基材を１００℃で３０分乾燥した後、電気炉を用いて非酸化性雰囲気で１５０℃／ｈで３５０℃まで昇温し、２０分間熱処理することにより、実施例１－１の波長変換部材を作製した。

【0075】

（実施例１－２）
第１の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が２０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例１－１と同様の条件で実施例１－２の波長変換部材を作製した。

【0076】

（実施例１－３）
第１の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が３０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例１－１と同様の条件で実施例１－３の波長変換部材を作製した。

【0077】

（実施例２－１）
実施例１－１と同様の条件で粘度１０ｄＰａ・ｓの第１の蛍光体インキおよび第２の蛍光体インキを作製した。第１の蛍光体インキを熱処理後の第１の蛍光体層の平均膜厚が５０μｍとなるようにスクリーン印刷により基材上に塗布した。塗布後の基材を１００℃で３０分乾燥して蛍光体層前駆体を形成した。その後、さらに第２の蛍光体インキを用いて、熱処理後の第２の蛍光体層の平均膜厚が５０μｍ（合計の蛍光体層の平均膜厚が１００μｍ）となるようにスクリーン印刷により蛍光体層前駆体上に塗布した。そして、塗布後の基材を１００℃で３０分乾燥することで第２の蛍光体層前駆体を形成した。これらの蛍光体層前駆体を電気炉を用いて非酸化性雰囲気で１５０℃／ｈで３５０℃まで昇温し、２０分間熱処理することにより、実施例２－１の波長変換部材を作製した。

【0078】

（実施例２－２）
第１の蛍光体インキおよび第２の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、それぞれの粘度が２０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例２－１と同様の条件で実施例２－２の波長変換部材を作製した。

【0079】

（実施例２－３）
第１の蛍光体インキおよび第２の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、それぞれの粘度が３０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例２－１と同様の条件で実施例２－３の波長変換部材を作製した。

【0080】

（実施例３－１）
第２の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が５０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例２－１と同様の条件で実施例３－１の波長変換部材を作製した。

【0081】

（実施例３－２）
第１の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が２０ｄＰａ・ｓになるように添加した点、および第２の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が６０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例２－１と同様の条件で実施例３－２の波長変換部材を作製した。

【0082】

（実施例３－３）
第１の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が３０ｄＰａ・ｓになるように添加した点、および第２の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が７０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例２－１と同様の条件で実施例３－３の波長変換部材を作製した。

【0083】

（比較例１）
第１の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が６０ｄＰａ・ｓになるように添加した点を除き、実施例１－１と同様の条件で比較例１の波長変換部材を作製した。

【0084】

（比較例２）
第１の蛍光体インキの無機バインダの添加量を、粘度が６０ｄＰａ・ｓになるように添加した点、および第１の蛍光体インキを熱処理後の蛍光体層の平均膜厚が１００μｍとなるようにスクリーン印刷により基材上に塗布した点を除き、実施例１－１と同様の条件で比較例２の波長変換部材を作製した。

【0085】

（評価方法）
（発光強度試験）
それぞれの波長変換部材について、波長４５０ｎｍの青色ＬＤ光をレーザ出力１．０Ｗのレーザ光を照射し発光強度を確認した。このとき、実施例１－２の発光強度を１００としたときの相対値とした。

【0086】

（発光均一性試験）
それぞれの波長変換部材について、波長４５０ｎｍの青色ＬＤ光をレーザ出力１．０Ｗのレーザ光を、基材側から周方向に等間隔で８点および中心点を加えた９点に照射し、放射光の照度（ｌｘ）を照度計で確認した。その平均値と各測定点の偏差を算出し、その偏差の最大値（または最小値）／平均値で発光強度の均一性（発光のバラツキ）を確認した。この値が小さいほど、発光のバラツキが小さいといえる。

【0087】

（表面温度測定）
それぞれの波長変換部材について、波長４５０ｎｍの青色ＬＤ光をレーザ出力１．０Ｗのレーザ光を、基材側から波長変換部材に１０分間照射した。蛍光体層の表面温度を赤外線サーモグラフィカメラを用いて測定する。測定は１０分間照射直後の蛍光体層の表面温度を最高温度として、レーザ光の照射を停止して１分後の蛍光体層の表面温度を確認した。

【0088】

（ＳＥＭによる断面観察）
各試料の断面ＳＥＭ画像を１０００倍の倍率で撮影し、その視野における各蛍光体層の蛍光体粒子と認められる粒子の断面積を算出し、その累積分布から平均粒子径Ｄ１またはＤ３を求めた。また、各蛍光体層の平均膜厚に対する厚さ１／３部分（基材側領域または蛍光体層側領域）の平均粒子径Ｄ２またはＤ４を求めた。そして、それらの関係について確認した。

【0089】

図８は、実施例および比較例の波長変換部材の製造条件および各評価試験の結果を示す表である。図８の蛍光体層および第２の蛍光体層の粘度（ｄＰａ・ｓ）は、蛍光体層または第２の蛍光体層を形成するための蛍光体インキの２５℃での粘度を示している。また、平均膜厚（μｍ）は、製造後のＳＥＭによる断面観察において求めた蛍光体層の平均膜厚または第２の蛍光体層の平均膜厚を示している。また、平均粒径Ｄ１（μｍ）または平均粒径Ｄ３（μｍ）は、製造後のＳＥＭによる断面観察において求めた蛍光体層の第１の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ１または第２の蛍光体層の第２の蛍光体粒子の平均粒子径Ｄ３を示している。以下では、実施例○－１から○－３をまとめて実施例○（○は、１～３）とも記載する。

【0090】

基材の表面に形成される蛍光体層の蛍光体粒子の平均粒子径に偏りを生じさせ、その上に第２の蛍光体層を形成した実施例２および実施例３では、発光強度は９８．０以上であり、発光強度に優れていると評価できる。これは、発光効率に優れる大きな粒子径の蛍光体粒子が光源照射側である基材側に多く分布していたからであると推定される。また、蛍光体層の平均膜厚が薄い実施例１が最も発光強度に優れる結果となった。一方で、蛍光体層中の蛍光体粒子の分布が比較的均一である比較例１および比較例２の発光強度は、実施例１から実施例３を若干下回る結果であった。

【0091】

波長変換光の照射面側に蛍光体粒子の分布に均一性がある蛍光体層が形成された実施例３、比較例１および２が、最も照度のバラツキが小さかった。次いで実施例２が照度のバラツキが小さかった。これは、蛍光体層の一部において存在するピンホールや滲みが積層によって緩和されたものと推定される。

【0092】

レーザ光照射直後、いずれの試験例においても蛍光体層の温度は１２０℃程度であった。その後、レーザ光の照射を停止して１分後の蛍光体層の温度は、実施例１が最も低く、比較例２が最も高い結果であった。これは、実施例１と比較して比較例２の蛍光体層は、基材側に小粒径の蛍光体が多く分布しており、粒子間でバインダを多く介在するため基材までの熱伝導性が良くなかったものと思われる。一方で実施例１の蛍光体層は大粒径の蛍光体が多く分布しているため、バインダを介することが少なく、かつ蛍光体自体の熱伝導が良いことから放熱性が良かったものと思われる。なお、ほぼ同一の平均膜厚で比較した実施例１と比較例１でも同様の関係であることが確認された。

【0093】

実施例１から実施例３の波長変換部材によれば、Ｄ２／Ｄ１の値が１．１以上であり、基材側に比較的大粒径の蛍光体粒子が存在していたことが確認された。これにより放熱性に加えて、発光効率の向上効果も期待される。実施例２は、Ｄ４／Ｄ３の値も１．１以上であった。また、実施例３は、Ｄ４／Ｄ３の値は０．９以上であった。

【0094】

以上の結果から、本発明の波長変換部材は、発光強度および放熱性に優れることがわかった。これにより、発光素子の高出力化に対して特性低下を抑制することが可能となる。また、積層構造とすることで、発光強度のバラツキを低減することができる。

【0095】

本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形および均等物に及ぶことはいうまでもない。また、各図面に示された構成要素の構造、形状、数、位置、大きさ等は説明の便宜上のものであり、適宜変更しうる。

【符号の説明】

【0096】

１０ 基材
１２ 主面
２０ 蛍光体層
２２ 第１の蛍光体粒子
２４ 透光性セラミックス
２６ 基材側領域
２８ 基材の主面に対向する面
３０ 第２の蛍光体層
３２ 第２の蛍光体粒子
３４ 第２の透光性セラミックス
３６ 蛍光体層側領域
３８ 第２の蛍光体層の表面
４０ 空隙
１００ 波長変換部材
１５０ 光源
２００ 発光装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】