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JP5939463B2 - ガラスおよび当該ガラスを用いた波長変換部材 - Google Patents

ガラスおよび当該ガラスを用いた波長変換部材 Download PDF

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Description

本発明は、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）等の発光デバイスの構成部材である波長変換部材に用いられるガラスに関する。
近年、白色ＬＥＤは、白熱電球や蛍光灯に代わる次世代の光源として、照明用途への応用が進んできてきる。白色ＬＥＤは、例えばＬＥＤチップの発光面が蛍光体粉末を含む有機系バインダー樹脂によってモールドされた構成を有している。このモールド部分を、ＬＥＤチップから発せられた励起光が通過する際に、その一部が蛍光体粉末により吸収されて波長変換され、その他の励起光は波長変換されずにそのまま透過する。波長変換された光と、波長変換されなかった透過光とが合わさって、所望の白色光が発せられる。しかしながら、上記ＬＥＤ素子を構成するモールド樹脂は、青〜紫外領域の高出力の短波長の励起光によって劣化し、変色を引き起こしやすいという問題がある。
上記問題を解決するために、５００℃以上の軟化点を有する非鉛系ガラス粉末と蛍光体粉末を含む材料をガラスの軟化点以上の温度で焼結することで、ガラスマトリクス中に蛍光体粉末を分散させた波長変換部材が特許文献１で提案されている。当該波長変換部材は、蛍光体粉末が無機材料であるガラスマトリクス中に分散されているため、化学的に安定で劣化が少なく、しかも、励起光による部材の変色も生じにくいという利点を有する。しかしながら、蛍光体粉末の中には耐熱性の低いものがあり、これを５００℃以上の軟化点を有する非鉛系ガラス粉末とともに焼結すると、蛍光体粉末が熱劣化して発光効率が低下するという問題がある。
そこで、蛍光体粉末の熱劣化を抑制するため、低融点ガラスに蛍光体粉末を分散させる方法が提案されている（例えば、特許文献２および３参照）。
特開２００３−２５８３０８号公報 特開２００８−１９４２１号公報 特開２００５−１１９３３号公報
特許文献２および３に記載の波長変換部材においても、依然として、焼結時におけるガラスと蛍光体粉末の反応による変色が生じやすいという問題がある。また、ガラスの耐候性が低いため、特に湿度の高い環境下では、使用中に波長変換部材の表面が変質して透過率が低下し、発光効率が大幅に低下するという問題もある。
以上に鑑み、本発明の目的は、蛍光体粉末と反応しにくく、しかも耐候性に優れ、長期間に亘って使用しても劣化が少ない波長変換部材を得ることが可能なガラスを提供することである。
本発明は、ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ ５０〜８０％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（ただし、２５％は含まない）、ＺｒＯ２ ０．３〜３％、Ａｌ２Ｏ３ ０．１〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０．１〜１０％、ＣａＯ ０〜３％、ＳｒＯ ０〜２．５％、ＢａＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０．１〜１０％およびＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ ０．５〜１０％を含有し、ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５ ２．１〜４．８であることを特徴とするガラスに関する。
一般に、低融点ガラスであるＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスは耐候性が低く、また、蛍光体粉末と混合して焼結する際に、蛍光体粉末と反応して、発光効率が低下しやすい。一方、本発明のガラスは、ＳｎＯ−Ｐ２Ｏ５系ガラスをベースとして、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３およびＭｇＯを必須成分として所定量含有することを特徴とする。それにより、本発明のガラスは、蛍光体粉末との反応が抑制できるとともに、耐候性にも優れている。よって、本発明のガラスと蛍光体粉末を含む混合粉末を焼結してなる波長変換部材は、発光効率に優れ、かつ、長期間に亘って使用しても劣化が少ないという特徴を有する。
第二に、本発明のガラスは、実質的にＺｎＯを含有しないことが好ましい。
当該構成によれば、焼成時における失透の発生を抑制することができる。
第三に、本発明のガラスは、実質的にＳｉＯ２を含有しないことが好ましい。
当該構成によれば、分相による透過率の低下を抑制することができる。
なお、本発明において、「実質的に含有しない」とは、不可避的不純物を除き、該当する成分を意図的に含有させない（具体的には０．１モル％未満）ことを意味する。
第四に、本発明のガラスは、屈伏点が４００℃以下であることが好ましい。
当該構成によれば、本発明のガラスおよび蛍光体粉末を含む波長変換材料を低温焼結することができるため、蛍光体粉末の劣化を抑制することができる。
第五に、本発明のガラスは、示差熱分析によって得られる測定曲線において、結晶化ピーク温度が発現しないことが好ましい。
当該構成によれば、焼成時に失透が生じにくくなる。
第六に、本発明は、前記いずれかのガラスからなるガラス粉末に関する。
第七に、本発明は、前記ガラス粉末と蛍光体粉末とを含む波長変換材料に関する。
第八に、本発明は、前記波長変換材料の焼結体からなる波長変換部材に関する。
第九に、本発明は、前記いずれかの波長変換部材と、波長変換部材に対して、蛍光体粉末の励起光を照射する光源と、を備えることを特徴とする発光デバイスに関する。
本発明によれば、蛍光体粉末と反応しにくく、しかも耐候性に優れ、長期間に亘って使用しても劣化が少ない波長変換部材を得ることが可能なガラスを提供することができる。
以下に、本発明のガラスの組成を上記の通り限定した理由を説明する。なお、以下の説明において、特に断りのない限り、「％」は「モル％」を示す。
ＳｎＯはガラス骨格を形成するとともに、熱物性温度（ガラス転移点、屈伏点、軟化点等）を低下させる成分である。その含有量は５０〜８０％、好ましくは５３〜７５％、より好ましくは５６〜７２％、特に好ましくは５８〜６８％である。ＳｎＯの含有量が少なすぎると、熱物性温度が上昇する傾向にある。その結果、本発明のガラスを含む波長変換材料を低温で焼結しにくくなり、蛍光体粉末が劣化しやすくなる。一方、ＳｎＯの含有量が多すぎると、溶融時にガラス中にＳｎに起因する失透ブツ（特に４価の錫ブツ）が析出して透過率が低下する傾向にあり、結果として、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。また、溶融分離してガラス化しにくくなる。
Ｐ２Ｏ５はガラス骨格を形成する成分である。その含有量は１５〜２５％（ただし、２５％は含まない）、好ましくは１８〜２４％、より好ましくは２０〜２３％である。Ｐ２Ｏ５の含有量が少なすぎると、ガラス化しにくくなる。一方、Ｐ２Ｏ５の含有量が多すぎると、熱物性温度が上昇する傾向にある。その結果、本発明のガラスを含む波長変換材料を低温で焼結しにくくなり、蛍光体粉末が劣化しやすくなる。また、耐候性が著しく低下する傾向にある。
なお、熱物性温度を低下させ、しかもガラスを安定化させるには、ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５の値（モル比）を１．６〜４．８とする必要があり、好ましくは１．８〜３．８、より好ましくは２．３〜３．３の範囲に調整することが好ましい。ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５の値が小さすぎると、熱物性温度が上昇する傾向にある。その結果、本発明のガラスを含む波長変換材料を低温で焼結しにくくなり、蛍光体粉末が劣化しやすくなる。また、耐候性が著しく低下する傾向にある。一方、ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５の値が大きすぎると、ガラス中にＳｎに起因する失透ブツが析出し、透過率が低下する傾向にあり、結果として、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
ＺｒＯ２は耐候性を向上させる成分である。その含有量は０．３〜３％、好ましくは０．３５〜２、より好ましくは０．４〜１．５である。ＺｒＯ２の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。一方、ＺｒＯ２の含有量が多すぎると、溶融時に失透または分相して白濁し、透過率が低下しやすくなる。その結果、本発明のガラスを用いた波長変換部材の発光効率が低下する傾向がある。
Ａｌ２Ｏ３は耐候性を向上させ、ガラスを安定化させる成分である。その含有量は０．１〜１０％、好ましくは０．１〜７％、より好ましくは１〜５％である。Ａｌ２Ｏ３の含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、熱物性温度が上昇する傾向にある。その結果、本発明のガラスを含む波長変換材料を低温で焼結しにくくなり、蛍光体粉末が劣化しやすくなる。
Ｂ２Ｏ３はガラスを安定化させる成分であり、蛍光体粉末との反応を抑制する成分でもある。その含有量は０〜１０％、好ましくは０〜５％、より好ましくは０〜３％である。Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、熱物性温度が上昇する傾向にある。その結果、本発明のガラスを含む波長変換材料を低温で焼結しにくくなり、蛍光体粉末が劣化しやすくなる。
Ｌｉ２Ｏは熱物性温度を著しく低下させるとともに、波長変換部材の発光効率を向上させる成分である。その含有量は０〜１０％、好ましくは０〜７％、より好ましくは１〜５％である。Ｌｉ２Ｏの含有量が多すぎると、ガラスが著しく不安定になってガラス化しにくくなる。
Ｎａ２Ｏは熱物性温度を低下させるとともに、波長変換部材の発光効率を若干向上させる成分である。その含有量は０〜１０％、好ましくは０〜７％、より好ましくは０〜５％である。Ｎａ２Ｏの含有量が多すぎると、ガラスが不安定になってガラス化しにくくなる。
Ｋ２Ｏは熱物性温度を若干低下させるとともに、波長変換部材の発光効率を向上させる成分である。その含有量は０〜１０％、好ましくは０〜７％、より好ましくは１〜５％である。Ｋ２Ｏの含有量が多すぎると、ガラスが不安定になってガラス化しにくくなる。
なお、Ｌｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏを合量で０〜１０％、さらには０〜７％、特に１〜５％とすることが好ましい。これら成分の合量が多すぎると、ガラスが不安定になってガラス化しにくくなる。
ＭｇＯは耐候性を向上させる成分である。また、波長変換部材の発光効率を著しく向上させる効果がある。その含有量は０．１〜１０％、好ましくは０．３〜７％、より好ましくは０．５〜３％である。ＭｇＯの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。ＭｇＯの含有量が多すぎると、焼成時に失透して透過率が低下しやすくなる。その結果、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
なお、本発明において、ＺｒＯ２、ＭｇＯおよびＡｌ２Ｏ３の合量は０．５〜１１％であり、好ましくは０．５〜１０％、より好ましくは１〜５％、さらに好ましくは２〜４％である。これら成分の合量が少なすぎると、耐候性向上の効果が得られにくい。これら成分の合量が多すぎると、焼成時に失透して透過率が低下しやすくなる。その結果、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
ＣａＯは耐候性を向上させる成分である。その含有量は０〜３％、好ましくは０〜２．５％、より好ましくは０〜２％である。ＣａＯの含有量が多すぎると、焼成時に失透して透過率が低下しやすくなる。その結果、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
ＳｒＯは耐候性を向上させる成分である。その含有量は０〜２．５％、好ましくは０〜２％、より好ましくは０〜１．５％である。ＳｒＯの含有量が多すぎると、焼成時に失透して透過率が低下しやすくなる。その結果、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
ＢａＯは耐候性を向上させる成分である。その含有量は０〜２％、好ましくは０〜１．５％、より好ましくは０〜１％である。ＢａＯの含有量が多すぎると、焼成時に著しく失透して透過率が低下しやすくなる。その結果、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
なお、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＳｒＯおよびＢａＯを合量で０．１〜１０％、さらには０．１〜７％、特に１〜５％とすることが好ましい。これら成分の合量が少なすぎると、耐候性を向上させる効果が得られにくくなる。一方、これら成分の合量が多すぎると、焼成時に失透して透過率が低下しやすくなる。その結果、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
ＺｎＯは耐候性を向上させる成分であるが、本発明の組成系では少量でも含有すると、焼成時に失透する傾向がある。したがって、本発明ではＺｎＯは実質的に含有しないことが好ましい。
ＳｉＯ２は少量でも含有すると、分相して白濁化し、透過率が低下する傾向がある。したがって、本発明では、ＳｉＯ２を実質的に含有しないことが好ましい。
また、上記成分以外にも、本発明の効果を損なわない範囲で種々の成分を添加することができる。例えば、耐候性を向上させるために、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５、Ｇｄ２Ｏ３またはＬａ２Ｏ３を合量で１０％まで含有させてもよい。
ただし、Ｆｅ２Ｏ３、Ｃｒ２Ｏ３、ＣｏＯ、ＣｕＯおよびＮｉＯ等の着色成分は、内部透過率を低下させるため、これら成分は合量で０．０２％以下にすることが好ましい。
本発明のガラスは、厚さ１ｍｍ、波長５８８ｎｍにおける内部透過率が、７０％以上、さらには８０％以上、特に９０％以上であることが好ましい。内部透過率が低すぎると、高い発光効率を有する波長変換部材が得られにくくなる。
なお、高い内部透過率を有するガラスを得るためには、鉄、クロム、コバルト、銅、ニッケル等の着色不純物の少ないガラス原料を用いたり、Ｓｎに起因する失透ブツの析出による内部透過率の低下を抑制するために、還元雰囲気（Ｎ２ガスやＡｒガス等の非酸化性雰囲気）中で溶融したり、ガラス原料中に金属アルミニウム等の還元剤を少量添加して溶融することが好ましい。
本発明のガラスは、屈伏点が４００℃以下、さらには３８０℃以下であることが好ましい。屈伏点が高すぎると、本発明のガラスを含む波長変換材料を低温で焼結しにくくなり、蛍光体粉末が劣化しやすくなる。また、耐候性が著しく低下する傾向にある。
さらに、本発明のガラスは、示差熱分析によって得られる測定曲線において、結晶化ピーク温度が発現しないことが好ましい。これにより、波長変換材料の焼成時における失透が生じにくくなる。
次に、本発明のガラスを用いた波長変換部材について説明する。本発明の波長変換部材は、本発明のガラス粉末と蛍光体粉末とを含む波長変換材料の焼結体からなる。
本発明において使用可能な蛍光体粉末としては、一般に市場で入手できるものであれば特に限定されない。例えば、酸化物、窒化物、酸窒化物、硫化物、酸硫化物、希土類硫化物、アルミン酸塩化物およびハロリン酸塩化物から選ばれた少なくとも１種からなる蛍光体粉末が挙げられる。その他にも、有機物からなる蛍光体粉末を使用しても構わない。窒化物、酸窒化物、塩化物、酸塩化物、硫化物、酸硫化物、ハロゲン化物、カルコゲン化物、アルミン酸塩およびハロリン酸塩化物等の蛍光体粉末は、焼成時の加熱により、ガラス粉末と反応し、発泡や変色等の異常反応を起こしやすく、その程度は、焼成温度が高温であればあるほど著しくなる。本発明で使用するガラスは軟化点が低く、低温で焼結できる（例えば４００℃以下）ため、ガラス粉末と反応しやすい上記のような蛍光体粉末も使用することができる。
上記蛍光体粉末の中で、波長３００〜５００ｎｍに励起帯を有し、波長３８０〜７８０ｎｍに発光ピークを有するもの、特に青色（波長４４０〜４８０ｎｍ）、緑色（波長５００〜５４０ｎｍ）、黄色（波長５４０〜５９５ｎｍ）、赤色（波長６００〜７００ｎｍ）に発光するものを用いることが好ましい。
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると青色に発光する蛍光体粉末としては、（Ｓｒ，Ｂａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると緑色に発光する蛍光体粉末としては、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると緑色に発光する蛍光体粉末としては、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると黄色に発光する蛍光体粉末としては、ＺｎＳ：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると黄色に発光する蛍光体粉末としては、Ｙ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、ＳｒＢａＳｉＯ４：Ｅｕ２＋、Ｌａ３Ｓｉ６Ｎ１１：Ｃｅ３＋等が挙げられる。
波長３００〜４４０ｎｍの紫外〜近紫外の励起光を照射すると赤色に発光する蛍光体粉末としては、ＣａＳ：Ｙｂ２＋等が挙げられる。
波長４４０〜４８０ｎｍの青色の励起光を照射すると赤色に発光する蛍光体粉末としては、（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋等が挙げられる。
なお、励起光や発光の波長域に合わせて、複数の蛍光体粉末を混合して用いてもよい。例えば、紫外域の励起光を照射して白色光を得る場合は、青色、緑色、黄色、赤色の蛍光を発する蛍光体粉末を混合して使用すればよい。
波長変換部材の発光効率は、ガラスマトリクス中に分散した蛍光体粉末の種類や含有量、および、波長変換部材の厚み等によって変化する。蛍光体粉末の含有量と波長変換部材の厚みは、発光効率が最適になるように調整すればよいが、蛍光体粉末の含有量が多くなりすぎると、焼結しにくくなったり、気孔率が大きくなって、励起光が効率良く蛍光体粉末に照射されにくくなったり、波長変換部材の機械的強度が低下しやすくなる等の問題を生じる。一方、蛍光体粉末の含有量が少なすぎると、十分な発光が得られにくくなる。したがって、波長変換材料における蛍光体粉末の含有量は、質量％で、０．０１〜６０％、さらには０．０５〜５５％、特に０．０８〜５０％であることが好ましい。
本発明の波長変換材料には、本発明の効果を損なわない範囲で、シリカやアルミナ等の光拡散材を含有させても構わない。
波長変換材料の焼成は、大気中で行ってもよいが、減圧または真空雰囲気中、あるいは窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で焼成することにより、緻密な焼結体が得られやすく、また、ガラス粉末と蛍光体粉末の反応を抑制できるため好ましい。
波長変換材料の焼成温度は３００〜４００℃の範囲であることが好ましい。焼成温度が低すぎると、焼結体の気孔率が大きくなり、透過率が低下する場合がある。一方、焼成温度が高すぎると、蛍光体粉末が劣化したり、ガラス粉末と蛍光体粉末が反応し、発光効率が著しく低下する場合がある。
本発明の波長変換材料の形態は特に限定されるものではなく、例えば、粉末、加圧成型体、ペースト、グリーンシート等が挙げられる。
波長変換材料の加圧成型体は、ガラス粉末および蛍光体粉末を含む混合粉末に樹脂バインダーを０〜５質量％添加して、金型で加圧成型することにより作製することができる。この加圧成型体を例えば２５０℃以下の温度で加熱して脱バインダーを行った後、既述の焼成温度で焼成することにより、波長変換部材とすることができる。
樹脂バインダーとしては、樹脂の分解終了温度が２５０℃以下のものを用いることが好ましく、例えば、ニトロセルロース、ポリイソブチルアクリレート、ポリエチルカーボネート、脂肪族ポリプロピレンカーボネート、ポリブチルメタクリレート、ポリビニルブチラール、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート等が挙げられる。これらは単独で、または２種以上を混合して使用することができる。
ペースト形態の波長変換材料は、ガラス粉末および蛍光体粉末を含む混合粉末に対し、樹脂バインダー、溶媒等を添加して混錬することにより作製することができる。ペースト全体に占める混合粉末の割合としては、３０〜９０質量％が一般的である。
樹脂バインダーは、ペースト乾燥後の膜強度を高め、また膜に柔軟性を付与する成分である。樹脂バインダーとしては既述のものを使用することができ、その含有量は、０．１〜２０質量％程度が一般的である。
樹脂バインダーは溶媒に希釈して使用することが好ましい。溶媒の含有量は１０〜５０質量％程度が一般的である。溶媒としては、テルピネオール、酢酸イソアミル、トルエン、メチルエチルケトン、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、２，２，４−トリメチル−１，３ペンタジオールモノイソブチレート等が挙げられる。
ペースト状の波長変換材料を用いて、次のようにして波長変換部材を作製することができる。まず、ガラス粉末と同程度の熱膨張係数を有する無機材料基材を準備し、その表面にスクリーン印刷法や一括コート法等によりペースト状の波長変換材料を塗布し、所定の膜厚の塗布層を形成した後、乾燥させる。続いて、既述の焼成温度で焼成した後、無機材料基材を取り外すことにより、波長変換部材を得ることができる。
グリーンシート形態の波長変換材料は、次のようにして作製することができる。まず、ガラス粉末および蛍光体粉末を含む混合粉末に対し、樹脂バインダー、可塑剤、溶剤等を添加して混錬し、スラリーを得る。得られたスラリーをドクターブレード法によって、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等のフィルムの上にシート状に成形する。シート成形体を乾燥させることによって有機系溶剤等を除去し、グリーンシートとすることができる。グリーンシート中に占める混合粉末の割合は５０〜８０質量％程度が一般的である。
樹脂バインダーおよび溶剤としては、既述のものを使用することができる。樹脂バインダーの含有量は０．１〜３０質量％程度、溶剤の含有量は１〜４０質量％程度が一般的である。
可塑剤は、乾燥速度をコントロールするとともに、乾燥させた膜に柔軟性を与える成分であり、その含有量は０〜１０質量％程度が一般的である。可塑剤としては、フタル酸ジブチル、ブチルベンジルフタレート、ジオクチルフタレート、ジイソオクチルフタレート、ジカプリルフタレート、ジブチルフタレート等が挙げられ、これらを単独で、または混合して使用することができる。
グリーンシート状の波長変換材料を用いて、次のようにして波長変換部材を作製することができる。まず、ガラス粉末と同程度の熱膨張係数を有する無機材料基材を用意し、その表面上にグリーンシートを積層し、熱圧着する。その後、既述の焼成温度で焼成し、無機材料の基材を取り外すことにより、波長変換部材を得ることができる。
上記のようにして得られた波長変換部材と、波長変換部材に対して、蛍光体粉末の励起光を照射する光源（例えばＬＥＤやＬＤ）とを組み合わせることにより発光デバイスを得ることができる。
以下、実施例に基づき本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
表１および２は本発明の実施例（試料Ｎｏ．１〜１２およびａ〜ｌ）を示し、表３および４は比較例（試料Ｎｏ．１３〜２０およびｍ〜ｔ）を示している。
（１）ガラスの作製および評価
まず、表１および３に示すガラス組成となるように原料を調合し、均一に混合した。次いで、調合した原料をアルミナ坩堝に投入し、Ｎ２雰囲気中９５０℃で２時間溶融した後、ガラス融液の一部をカーボン板の上に流し出して板状に成形した。また、ガラス融液の残りをローラー成形機を用いてフィルム状に成形し、らいかい機で粉砕した後、３２５メッシュの篩に通して分級することによりガラス粉末を得た。
板状ガラスについては、アニール後、切断、研磨加工を行い、ガラス転移点および屈伏点の測定を行った。また、耐候性試験後の表面状態について評価した。ガラス粉末については、軟化点、結晶化温度および内部透過率の測定を行った。結果を表１および３に示す。
（２）波長変換部材の作製および評価
得られたガラス粉末に対し、蛍光体粉末を混合して混合粉末を得た。表２および４中の蛍光体粉末の欄において、「Ａ」はＹ３（Ａｌ，Ｇｄ）５Ｏ１２：Ｃｅ２＋、「Ｂ」は（Ｃａ，Ｓｒ）２Ｓｉ５Ｎ８：Ｅｕ２＋を示す。また、混合粉末中の蛍光体粉末の含有量は３質量％とした。
混合粉末を金型に投入して加圧成型し、大きさ１５ｍｍ×１５ｍｍ、厚さ５ｍｍの加圧成型体を作製した。この加圧成型体を、１００Ｐａの減圧雰囲気下、表に示す焼成温度で焼結した後、加工し、大きさ１０ｍｍ×１０ｍｍ、厚み１ｍｍの波長変換部材を得た。得られた波長変換部材について、耐候性試験前後の発光効率、および、耐候性試験後の表面状態を評価した。結果を表２および４に示す。
（３）各特性の測定および評価方法
ガラス転移点および屈伏点は、熱機械分析装置（Ｔｈｅｒｍｏ ｐｌｕｓ ＴＭＡ８３１０：株式会社リガク製）を用いて測定した。
軟化点および結晶化温度は、ＤＴＡ（示差熱分析）装置（ＴＡＳ−１００：株式会社リガク製）を用いて測定した。
内部透過率は次のようにして求めた。ガラス粉末を表１および表３に記載の焼結温度で焼成して得られた焼結体を、肉厚が１ｍｍになるように光学研磨加工を行い、試料を作製した。得られた試料について、分光光度計を用いて波長５８８ｎｍにおける透過率および反射率を測定し、当該透過率および反射率の測定値から内部透過率（透過率に試料両面での反射率を加えた値）を求めた。
耐候性の評価は、プレッシャークッカー試験機を用い、試料を気圧２気圧、湿度９５％、温度１２１℃の条件下に２４時間放置し、試験後の試料表面の白濁の有無を、目視および顕微鏡により観察することにより行った（ＰＣＴ試験）。目視および顕微鏡による観察で、微小クラックまたはガラス成分等の溶出による白濁が認められなかったものを「◎」、目視では白濁が認められなかったものの、顕微鏡で白濁が認められたものを「○」、目視および顕微鏡で白濁が認められたものを「×」として評価した。
発光効率は次のようにして求めた。まず、電流２０ｍＡで点灯した青色ＬＥＤ（波長４６５ｎｍ）上に試料を設置し、積分球内で、部材上面から発せられる光のエネルギー分布スペクトルを測定した。次に、得られたスペクトルに標準比視感度を掛け合わせて全光束を計算し、得られた全光束を光源の電力（０．０７２Ｗ）で除して発光効率を算出した。
（４）測定および評価結果の考察
表から明らかなように、実施例である試料Ｎｏ．１〜１２のガラスは熱物性温度が低く（ガラス転移点２９４〜３３３℃、屈伏点３１４〜３５４℃、軟化点３５２〜３９３℃）、３６６〜３９９℃という低温で焼結することができた。また、結晶化ピーク温度が発現しなかった。さらに、内部透過率が８３％以上と高かった。なお、試料Ｎｏ．１〜１２のガラス、および、これらのガラスを用いて作製したａ〜ｌの波長変換部材は、耐候性試験後の表面状態に変質がなかった。また、波長変換部材の発光効率が高く、かつ、耐候性試験前後における発光効率の変化もほとんど確認されなかった。
これに対して、比較例である試料Ｎｏ．１３、１５および１６のガラスは耐候性試験後に表面が白濁した。また、これらのガラスを用いて作製した波長変換部材は、耐候性試験前は１０〜１２ｌｍ／Ｗの発光効率を示していたが、耐候性試験後に発光効率は２〜３ｌｍ／Ｗに著しく低下した。Ｎｏ．１４のガラスは溶融時に溶融分離が発生し、ガラス化しなかったため評価不能であった。Ｎｏ．１７のガラスは分相したため白濁し、内部透過率が６８％と低かった。Ｎｏ．１８〜２０のガラスは結晶性が強く、焼成時に失透したため内部透過率が５５〜５９％と低かった。そのため、Ｎｏ．１７〜２０のガラスを用いて作製した波長変換部材は発光効率が４〜６ｌｍ／Ｗと低かった。

Claims (6)

  1. ガラス組成として、モル％で、ＳｎＯ ５０〜７２（ただし、７２％以上である場合を除く）％、Ｐ２Ｏ５ １５〜２５％（ただし、２５％は含まない）、ＺｒＯ２ ０．３〜３％、Ａｌ２Ｏ３ ０．１〜１０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ ０〜１０％、Ｎａ２Ｏ ０〜１０％、Ｋ２Ｏ ０〜１０％、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ ０〜１０％、ＭｇＯ ０．１〜１０％、ＣａＯ ０〜３％、ＳｒＯ ０〜２．５％、ＢａＯ ０〜２％、ＭｇＯ＋ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ ０．１〜１１％およびＺｒＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＭｇＯ ０．５〜１０％を含有し、実質的にＳｉＯ ２ を含有せず、ＳｎＯ／Ｐ２Ｏ５ １．６〜４．８であるガラスからなるガラス粉末と蛍光体粉末を含むことを特徴とする波長変換材料。
  2. ガラスが実質的にＺｎＯを含有しないことを特徴とする請求項１に記載の波長変換材料。
  3. ガラスの屈伏点が４００℃以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の波長変換材料。
  4. ガラスが、示差熱分析によって得られる測定曲線において、結晶化ピーク温度が発現しないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の波長変換材料。
  5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の波長変換材料の焼結体からなる波長変換部材。
  6. 請求項５に記載の波長変換部材と、波長変換部材に対して、蛍光体粉末の励起光を照射する光源と、を備えることを特徴とする発光デバイス。
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