WO2011013505A1 - 蛍光体分散ガラス及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a phosphor-dispersed glass used for converting light of an LED light-emitting element into light of another color and a method for manufacturing the same.
- a light emitting diode light source including an LED light emitting element that emits light of a predetermined color and a glass in which a phosphor that converts a color emitted from the LED light emitting element into light of a desired color is dispersed is known.
- a light emitting diode light source that emits white light by mixing the blue and yellow light can be produced.
- phosphor light-emitting glass in which the phosphor is uniformly dispersed in a transparent resin (glass) is used, and light is emitted from the LED light emitting element in this glass body. It is important to uniformly mix blue and yellow emitted from the phosphor to uniformly emit white light, which is mixed color, outside the glass body.
- the glass used for the blue LED light-emitting element can obtain a long-life white illumination light source that does not deteriorate due to blue light. Glass is preferred.
- glass powder having a predetermined particle diameter and phosphor powder are mixed and sintered to synthesize blue light emitted from a blue light source and yellow converted by the phosphor to obtain white light and strong energy.
- a luminescent color conversion member that improves reliability by using stable glass that does not change color with respect to blue light and has a small temperature rise (see, for example, Patent Document 1).
- the LED light-emitting element in order for the LED light-emitting element to have a long life and exhibit a light emission color with a predetermined luminance, a method of manufacturing an LED light-emitting element that has weather resistance and does not deteriorate the LED is preferable, and a glass material that exhibits weather resistance is used. At the same time, it is important to lower the firing temperature of the glass so as not to adversely affect the LED thermally.
- the luminescent color conversion member and the conventional phosphor composite member described in Patent Documents 1 and 3 corresponding to the phosphor-dispersed glass of the present invention are produced, for example, by the following production method.
- a predetermined glass raw material is prepared, mixed uniformly, and then melted to produce a plate-like glass.
- the plate-like glass is pulverized and classified to obtain a glass powder having a predetermined particle diameter.
- the glass powder and the phosphor powder are mixed in the mixing step, and a resin binder is added thereto to produce a mixed material in which the glass powder and the phosphor powder are uniformly mixed.
- a preform is produced by pressure molding using a mold having a predetermined shape. Then, it is fired at a predetermined temperature in a sintering process to produce a phosphor-dispersed glass that is a homogeneous scatterer.
- generating a mixed material is removed by this sintering process.
- the luminescent color conversion member (corresponding to the phosphor-dispersed glass) described in Patent Document 1 is a phosphor-dispersed glass that has a high reliability and can provide a long-life white illumination light source.
- glass having a temperature higher than 500 ° C. is used, the mold temperature at the time of firing becomes higher than that, the surface composition of the mold tends to change, and the mold life is shortened. Arise.
- the glass described in Patent Documents 2 and 3 because it contains a coloring tends components such as SnO and TeO 2 and Bi 2 O 3, the transmittance of the glass becomes too bad, 100% in the visible range It is difficult to obtain a glass having an internal transmittance close to. Therefore, there arises a problem that the transmission of the excitation light and the converted light emitted by the excitation light is deteriorated. In addition, since heat is generated due to light absorption, it is necessary to take measures against heat dissipation of the light-emitting diode light source. Further, when the luminescent color conversion member is sealed with a silicone resin or the like, there is also a problem that the sealing material is deteriorated due to heat generated by the luminescent color conversion member.
- the present invention provides a glass that can be fired at a relatively low temperature and does not deteriorate the life of the mold and maintains a high transmittance, and a predetermined phosphor powder is dispersed and blended in the glass to uniformly produce a desired color light.
- An object of the present invention is to provide a phosphor-dispersed glass that can be released into a glass.
- a phosphor-dispersed glass that converts primary light emitted by an LED light-emitting element into secondary light of another color by a phosphor dispersed in glass, and generates light in which the primary light and the secondary light are mixed.
- the glass is a P 2 O 5 —BaO-based glass substantially free of SnO, Bi 2 O 3 , TeO 2 and R 2 O (R is at least one selected from Li, Na, and K).
- R is at least one selected from Li, Na, and K.
- a phosphor-dispersed glass characterized by having a softening point of 300 to 500 ° C.
- the glass is, by weight, P 2 O 5 : 30 to 58%, BaO: 1 to 41%, Li 2 O: 0 to 17%, Na 2 O: 0 to 18%, K 2 O: 0 to 20%, provided that (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 1 to 25%, Furthermore, Al 2 O 3 : 0 to 10%, B 2 O 3 : 0 to 20%, MgO 0 to 20%, CaO 0 to 20%, SrO 0 to 20%, ZnO 0 to 35%, La 2 O 3 : 0 to 10%, Y 2 O 3 : 0 to 10%, Gd 2 O 3 : 0 to 12%, ZrO 2 : 0 to 3%, Ta 2 O 5 : 0 to 12%, SiO 2 : 0 to 4%, GeO 2 : 0 to 4%, Nb 2 O 5 : 0 to 24%, TiO 2 : 0 to 8%, WO 3 : 0 to 10%, Sb 2 O 3
- a phosphor-dispersed glass that converts primary light emitted by an LED light-emitting element into secondary light of another color by a phosphor dispersed in glass, and generates light in which the primary light and the secondary light are mixed.
- the glass is a B 2 O 3 —La 2 O 3 glass substantially free of SnO, Bi 2 O 3 , TeO 2 , and R 2 O (R is selected from Li, Na, K).
- R′O is at least one kind selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Zn
- the glass is, by weight, B 2 O 3 : 20 to 47%, La 2 O 3 : 3 to 35%, Li 2 O: 6-20%, Na 2 O: 0-5%, K 2 O: 0-5%, provided that (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 8-20%, MgO: 0 to 10%, CaO: 0 to 25%, SrO: 0 to 10%, BaO: 0 to 20%, ZnO: 0 to 31%, provided that (MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) is 5 to 32%, Further, Gd 2 O 3 : 0 to 30%, SiO 2 : 0 to 25%, Al 2 O 3 : 0 to 4%, Y 2 O 3 : 0 to 15%, ZrO 2 : 0 to 8%, Ta 2 O 5 : 0 to 8%, Nb 2 O 5 : 0 to 8%, TiO 2 : 0 to 3%, WO 3 : 0 to 4%, Sb
- a phosphor-dispersed glass that converts primary light emitted by an LED light-emitting element into secondary light of another color by a phosphor dispersed in glass, and generates light in which the primary light and the secondary light are mixed.
- the glass is SiO 2 —B 2 O 3 based glass substantially free of SnO, Bi 2 O 3 , TeO 2 , and R 2 O (R is at least one selected from Li, Na, and K). ) And Al 2 O 3 , and has a softening point of 300 to 500 ° C.
- the glass is, by weight, SiO 2 : 20 to 50%, B 2 O 3 : 15 to 40%, Li 2 O: 7-22%, Na 2 O: 0-15%, K 2 O: 0-10%, provided that (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 12-27%, Al 2 O 3 : 5 to 20%, MgO: 0 to 10%, CaO: 0 to 25%, SrO: 0 to 10%, BaO: 0 to 25%, ZnO: 0 to 15%, La 2 O 3 : 0 to 3%, Y 2 O 3 : 0 to 3%, Gd 2 O 3 : 0 to 3%, ZrO 2 : 0 to 3%, Ta 2 O 5 : 0 to 3%, Nb 2 O 5 : 0 to 3%, TiO 2 : 0 to 3%, WO 3 : 0 to 3%, Sb 2 O 3 : 0 to 1%,
- a method for producing a phosphor-dispersed glass which is a production method in which a doubled glass powder and a phosphor powder are mixed and sintered.
- the present invention it is possible to obtain a glass that can be fired at a relatively low temperature and does not deteriorate the life of the mold without containing components that easily cause the glass to be colored. Can be blended to obtain a phosphor-dispersed glass capable of uniformly emitting desired colored light.
- the phosphor-dispersed glass according to the present embodiment disperses a predetermined phosphor in the glass, and the phosphor converts the primary light emitted from the LED light emitting element into secondary light of another color, and the primary light and the A phosphor-dispersed glass that generates light mixed with secondary light, which is substantially free of SnO, Bi 2 O 3 , and TeO 2 , and contains P 2 O 5 —BaO-based glass with R 2 O (R is P 2 O 5 —BaO—R 2 O based glass to which at least one selected from Li, Na, and K) is added, or B 2 O 3 —La 2 O 3 based glass to R 2 O (R is Li , Na, K) and R′O (R ′ is at least one selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Zn) and B 2 O 3 —La 2 O 3 —R 2 O-R'O glass of, or the SiO 2 -B 2 O 3 -based glass (The R Li, Na
- the blending amount of R 2 O is set within a predetermined range, and the softening point of the glass is set to 300 to 500 ° C. Therefore, the glass can be fired at a relatively low temperature without deteriorating the life of the mold. Since the firing temperature is low, reactions (discoloration, etc.) with phosphors such as sulfides, aluminates and halophosphates having low heat resistance can be suppressed. Further, since the viscosity of the glass is low at the time of firing, the softened glass easily enters the gap between the phosphor, the adhesion between the glass and the phosphor is improved, and the pores in the phosphor-dispersed glass can be reduced.
- the dispersion glass becomes a scatterer (phosphor dispersion glass) capable of uniformly emitting desired color light.
- the phosphor-dispersed glass is obtained by mixing a glass powder having a predetermined particle diameter and a predetermined amount of phosphor powder, and heating and press-molding the mixed powder produced in the mixing step to obtain a phosphor-dispersed glass. It can manufacture using a manufacturing method provided with a heat press molding process.
- the glass powder to be mixed preferably has a maximum particle size of 5 to 200 ⁇ m and a median diameter d50 of 0.1 to 15 times the particle size of the phosphor used.
- the median diameter d50 is the particle diameter (cumulative average diameter) at which the cumulative curve becomes 50% when the cumulative curve is obtained with the total volume of one group of particles as 100%, and the maximum particle diameter is This is the particle size at which the cumulative curve becomes 100%.
- These parameters are generally used as one of parameters for evaluating the particle size distribution.
- the median diameter d50 and the maximum particle diameter can be measured using a general laser diffraction / scattering particle size measuring device.
- HELOS manufactured by JEOL
- Microtrac HRA manufactured by Nikkiso
- SALD series manufactured by Shimadzu Corporation
- SALD series manufactured by Shimadzu Corporation
- the maximum particle diameter exceeds 200 ⁇ m, transparent glass portions are scattered on the scatterer, making it difficult to obtain a uniform scatterer.
- the maximum particle diameter is less than 5 ⁇ m, the surface area of the glass in contact with the phosphor increases, and therefore, when a phosphor highly reactive with glass is dispersed, the phosphor is easily deactivated.
- the radian diameter d50 exceeds 15 times the particle diameter of the phosphor, the phosphor is unevenly distributed in the glass powder and it becomes difficult to uniformly disperse.
- the radian diameter d50 is less than 0.1 times the particle diameter of the phosphor, the incident blue light is excessively scattered and the transmitted light is reduced. More preferably, the particle diameter of the glass is close to the particle diameter of the phosphor.
- the phosphor is preferably an inorganic phosphor. Further, it is desirable to emit light that is excited by light in the visible range (360 nm to 830 nm). Accordingly, oxides, nitrides, oxynitrides, sialon phosphors, YAG phosphors, silicate phosphors, and the like are preferable.
- oxides or compounds that easily become oxides at high temperatures are used, and these are sufficiently mixed in a stoichiometric ratio to obtain raw materials.
- a mixed raw material for example, as raw materials for Y, Gd, Ce, Sm, Al, La, and Ga.
- fluoride such as ammonium fluoride
- a flux is mixed with this as a flux and packed in a crucible and fired in air at a temperature range of 1350 to 1450 ° C. for 2 to 5 hours to obtain a fired product.
- the fired product is ball milled in water, washed, separated and dried, and finally passed through a sieve to obtain a desired phosphor.
- Y 2 O 3, Gd 2 O 3, CeO 2, Al 2 O 3 were appropriate amount prepared
- a raw material mixture in which these are sufficiently mixed is filled in an aluminum crucible, and an appropriate amount of fluoride such as ammonium fluoride is mixed as a flux into the aluminum crucible, and 1350 to 1450 in a reducing atmosphere while flowing hydrogen-containing nitrogen gas.
- Firing is performed for 2 to 5 hours in a temperature range of 0 ° C. to obtain a fired product.
- the obtained baked product is pulverized, washed, separated, and dried to obtain a desired phosphor.
- the composition of the obtained phosphor was examined to confirm that it was a desired phosphor, and the emission wavelength in the excitation light of 465 nm was examined. As a result, it was confirmed that the peak wavelength was approximately 570 nm. That is, it was possible to obtain a phosphor that emits yellow light when irradiated with blue light.
- the content of the inorganic phosphor is preferably about 0.02 to 12% by volume. If the phosphor content is less than 0.02%, the amount of fluorescent light is too small, and if it exceeds 12%, the phosphor itself shields the light. A more preferable range is 0.05 to 5%.
- the glass can be used as long as it does not precipitate crystals or does not precipitate in large quantities during firing. If a large amount of crystals are precipitated in the glass, the light transmittance may be lowered.
- the atmosphere for firing glass may be in the air. Further, in order to reduce the reaction between the phosphor and the glass, it may be fired in a vacuum or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. Moreover, the form of the glass to produce is not specifically limited. The phosphor and glass powder can be pressure-molded into a desired shape. Moreover, the form of a green sheet may be sufficient.
- a resin binder is added to a composite material made of phosphor powder and glass powder and subjected to pressure molding to produce a preform having a desired shape. Thereafter, the preform is fired to remove the resin binder and sinter to produce a phosphor-dispersed glass.
- the phosphor-dispersed glass can be fixed to the LED substrate by the following method.
- the phosphor-dispersed glass produced in a plate shape is set in parallel so as to cover the upper surface of the LED light emitting element, and is fixed by heating.
- the glass can be melted at a relatively low temperature, and a uniform state can be maintained without deteriorating the degree of dispersion of the phosphor in the glass. If the adhesion of the glass is insufficient, it may be further pressurized and fixed.
- a phosphor-dispersed glass having a shape covering the upper surface of the LED light-emitting element may be produced, and the phosphor-dispersed glass may be set on the LED light-emitting element, heated, and pressurized and fixed as necessary.
- an adhesive may be applied and fixed to the surface of the phosphor-dispersed glass that does not contact the LED.
- Example 1 Glass powder used in Example 1, P 2 O 5 (the R Li, Na, at least one selected from K) R 2 O in -BaO based glass P 2 O 5 -BaO-R 2 O system plus It is a glass powder made of glass.
- the predetermined range the amount of the R 2 O, the softening point of the glass is set to 500 ° C. or less.
- This glass is in mass%, P 2 O 5 : 30 to 58%, BaO: 1 to 41%, Li 2 O: 0 to 17%, Na 2 O: 0 to 18%, K 2 O: 0 to 20% However, (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 1 to 25%, and Al 2 O 3 : 0 to 10%, B 2 O 3 : 0 to 20%, MgO 0 to 20%, CaO: 0 to 20%, SrO: 0 to 20%, ZnO: 0 to 35%, La 2 O 3 : 0 to 10%, Y 2 O 3 : 0 to 10%, Gd 2 O 3 : 0 to 12% ZrO 2 : 0 to 3%, Ta 2 O 5 : 0 to 12%, SiO 2 : 0 to 4%, GeO 2 : 0 to 4%, Nb 2 O 5 : 0 to 24%, TiO 2 : 0 to It has a composition of 8%, WO 3 : 0 to 10%,
- P 2 O 5 is essential as a glass forming component. If it is less than 30%, the glass tends to devitrify, and if it exceeds 58%, the weather resistance deteriorates. A preferred range is 32 to 58%. BaO has an effect of stabilizing the glass. If it is less than 1%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 50%, it becomes difficult to make the softening point 500 ° C. or less. A preferred range is from 2 to 41%.
- Li 2 O, Na 2 O, and K 2 O have an effect of lowering the softening point, but weather resistance is significantly deteriorated when the content exceeds 17%, 18%, and 20%, respectively.
- a preferable range of Li 2 O is 0 to 16%
- a preferable range of Na 2 O is 0 to 10%
- a preferable range of K 2 O is 0 to 10%.
- it becomes easy to a softening point 500 ° C. or less by the total amount of R 2 O Li 2 O + Na 2 O + K 2 O and 1% or more.
- the preferable range of R 2 O is 1 to 25%, more preferably 1.5 to 22%.
- Al 2 O 3 has the effect of increasing the weather resistance of the glass, but if it exceeds 10%, the glass tends to devitrify.
- the preferred range is 0-5%.
- Al 2 O 3 is more preferable to contain Al 2 O 3 in the range of 2% to 5%.
- B 2 O 3 has the effect of stabilizing the glass. If it exceeds 20%, the weather resistance deteriorates. A preferred range is 0 to 15%. MgO has the effect of increasing the weather resistance, but if it exceeds 20%, the glass tends to devitrify. A preferred range is 0 to 14%. CaO also has an effect of improving weather resistance, but if it exceeds 20%, the glass tends to devitrify. A preferred range is 0 to 17%. SrO has the effect of stabilizing the glass, and may be substituted for BaO or the like, but if it exceeds 20%, it becomes difficult to make the softening point 500 ° C. or less. A preferred range is 0 to 16%. ZnO has the effect of lowering the softening point, but if it exceeds 35%, the glass tends to devitrify.
- La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Gd 2 O 3 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 have an effect of improving the weather resistance, but when La 2 O 3 exceeds 10%, the glass tends to devitrify.
- a preferable range is 6% or less.
- Y 2 O 3 also tends to devitrify glass exceeding 10%.
- a preferred range is 5% or less.
- Gd 2 O 3 exceeds 12%, it tends to devitrify.
- a preferred range is 11% or less.
- ZrO 2 exceeds 3%, it tends to devitrify.
- Ta 2 O 5 exceeds 12%, it tends to devitrify.
- a preferred range is 10% or less.
- SiO 2 and GeO 2 can also be expected to have an effect of improving the weather resistance, but if they exceed 4% and 8%, respectively, they tend to remain as undissolved materials at the time of melting. In order to obtain a glass having a high transmittance at a softening point of 500 ° C. or lower, it is preferable to use only the above components.
- Nb 2 O 5 , TiO 2 , and WO 3 also have an effect of improving the weather resistance, but since all of them are components that are easily colored, it should be limited to limited use. If it exceeds 25%, 8% and 10%, respectively, the glass tends to be colored.
- Nb 2 O 5, 5 % or less for TiO 2 , and 8% or less for WO 3 are 21% or less for Nb 2 O 5, 5 % or less for TiO 2 , and 8% or less for WO 3 .
- Nb 2 O 5, TiO 2 , WO 3 an amount of 0.5% or less of Sb 2 O 3 component when using the component may be used in the decoloring purposes.
- the glass raw materials are prepared so that the target compositions shown in A1 to A17 in Tables 1 to 3 are obtained.
- a blended raw material This was put into a melting furnace heated to 700 to 1200 ° C., melted, vitrified, and then poured into water to obtain a rough snow-like cullet. This cullet was classified by passing through a standard sieve of 420 ⁇ m, and a glass powder having a maximum particle diameter of 200 ⁇ m or less and a median diameter d50 of 15 times or less of the phosphor particle diameter was prepared.
- These powders were mixed with a predetermined proportion of phosphor powder shown in the table to obtain a mixed powder.
- a small amount of binder was added to and mixed with the mixed powder, and then pressure-molded with a mold to prepare a preform of about 23 mm square.
- the firing atmosphere was set to the atmosphere, vacuum, N 2 filling, or Ar filling at the firing temperature shown in the table, and the preform was fired to produce a 20 mm square phosphor-dispersed glass.
- the phosphor a cerium-added YAG phosphor having a particle size of 6.5 to 9.5 ⁇ m was used.
- the softening point was measured by DTA by crushing a glass powder sample with a mortar to prepare a sample having a maximum particle size of about 35 ⁇ m.
- the internal transmittance of the glass is mirror-polished so that the glass plate has a thickness of 2 mm, and the transmittance and reflectance at a wavelength of 588 nm are measured using a spectrophotometer. (The value obtained by adding the reflectance at). Further, processing and measurement were performed under the same conditions at a wavelength of 400 nm.
- the weather resistance after baking at the baking temperature shown in the table, one surface of a 20 mm ⁇ 20 mm, 5 mm thick sample was mirror-polished. After holding this sample in a constant temperature and humidity chamber at 60 ° C. and 95% for 168 hours, the sample was taken out and the surface was observed with an optical microscope (40 times magnification). did.
- Tables 1 to 3 show data of the phosphor dispersed glasses A1 to A17 using the obtained P 2 O 5 —BaO—R 2 O glass.
- Table 4 shows data of comparative samples A18 to A22.
- the glass used for the phosphor-dispersed glasses A1 to A17 has a softening point of all the glasses of 500 ° C. or less. Moreover, it became clear that the internal transmittances of the glass having a thickness of 2 mm at wavelengths of 588 nm and 400 nm are all 99% or more. For this reason, the P 2 O 5 —BaO—R 2 O glass according to the present embodiment is a glass that can be fired at a relatively low temperature without deteriorating the mold life and maintains a high transmittance. It has been found that by dispersing a predetermined phosphor, it is possible to produce a phosphor-dispersed glass capable of uniformly emitting desired colored light.
- the blending ratio of R 2 O is 1.5% for phosphor-dispersed glass A14 and 22% for phosphor-dispersed glass A15. Is clearly 1.5-22%. However, even in this range, the internal transmitted light of the glass is 99, 9%, and there is a margin, so the mixing ratio of R 2 O (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) should be 1-25% by mass%. In this case, a sufficiently usable phosphor-dispersed glass is obtained.
- A18 is an example which does not contain Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, which are components that lower the softening point.
- Glass A18 has a softening point of 520 ° C., and the mold temperature during firing becomes higher than that, which may shorten the mold life.
- Glasses A19 and A20 are examples in which Bi 2 O 3 which is a component that is easily colored contains more than 1%.
- Glass A19 has an internal transmittance of 86% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required.
- the glass A20 has an internal transmittance of 97% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where a high transmittance close to 100% is required.
- A21 is an example in which SnO, which is an easily colored component, contains more than 1%.
- Glass A21 has an internal transmittance of 96% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required.
- Glass A22 is an example in which TeO 2 which is an easily colored component contains more than 1%.
- Glass A22 has an internal transmittance of 97% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required. Further, in the glasses A19 to A21, since light is absorbed, a problem of heat generation occurs.
- Example 2 The glass powder used in Example 2 is substantially free of SnO, Bi 2 O 3 , and TeO 2 , and R 2 O (R is selected from Li, Na, and K) in the B 2 O 3 —La 2 O 3 system glass.
- R′O R ′ is at least one selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Zn
- It is a glass powder made of glass.
- the amount of the R 2 O as a predetermined range corresponding to the glass of this composition, the softening point of the glass is set to 500 ° C. or less.
- This glass is in mass%, B 2 O 3 : 20 to 47%, La 2 O 3 : 3 to 35%, Li 2 O: 6 to 20%, Na 2 O: 0 to 5%, K 2 O: 0 -5%, provided that (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 8-20%, MgO: 0-10%, CaO: 0-25%, SrO: 0-10%, BaO: 0-20 %, ZnO: 0 to 31%, (MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) is 5 to 32%, Gd 2 O 3 : 0 to 30%, SiO 2 : 0 to 25%, Al 2 O 3 : 0 to 4 %, Y 2 O 3 : 0 to 15%, ZrO 2 : 0 to 8%, Ta 2 O 5 : 0 to 8%, Nb 2 O 5 : 0 to 8%, TiO 2 : 0 to 3%, WO 3 : 0 to 4%,
- B 2 O 3 is a component constituting a glass skeleton, and when the content is less than 20%, the glass tends to devitrify. If it exceeds 47%, the weather resistance deteriorates. A preferred range is 22-45%. SiO 2 is B 2 O 3 and it becomes easy to obtain a component a and B 2 O 3 at the same time the inclusion devitrified hardly stable glass constituting the glass network similar, the softening point exceeds 25% 500 ° C. It will be difficult to: A preferred range is 5 to 23%.
- Li 2 O is an effective component for lowering the softening point. If it is less than 6%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 20%, the weather resistance deteriorates.
- the preferred range is 7-18%.
- Na 2 O and K 2 O have the effect of lowering the softening point, but if each exceeds 5%, the glass tends to devitrify significantly.
- the preferred range is 10-18%.
- La 2 O 3 has a good compatibility with B 2 O 3 , can provide a stable glass that is not easily devitrified, and is effective in improving weather resistance. If it is less than 3%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 35%, it becomes difficult to make the softening point 500 ° C. or less. A preferred range is 3 to 31%.
- the glass is more difficult to devitrify and can be stabilized.
- Y 2 O 3 is used in the same manner as La 2 O 3 , the glass is stabilized, but when it exceeds 15%, it tends to devitrify.
- a preferred range is 0-12%.
- MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO components have the effect of lowering the softening point of the glass, but the weather resistance of the glass deteriorates.
- a preferred range is 6 to 31%.
- Al 2 O 3 has the effect of increasing the weather resistance of the glass, but if it exceeds 4%, the glass tends to devitrify.
- Ta 2 O 5 and ZrO 2 have the effect of improving the weather resistance of the glass, but are also components that raise the softening point, so 8% or less is preferable.
- the preferred ranges are each 4% or less.
- the Nb 2 O 5 component has an effect of improving weather resistance, but it is preferably 8% or less because the glass is easily colored.
- a preferred range is 3% or less.
- WO 3 and TiO 2 have the effect of preventing devitrification, but the glass tends to be colored, so 4% and 3% are preferable, respectively.
- Preferable ranges are 2% or less and 1% or less, respectively.
- Sb 2 O 3 may be used as a defoaming agent, but its effect is sufficient at 1% or less.
- the phosphor-dispersed glasses B1 to B12 using the B 2 O 3 —La 2 O 3 —R 2 O—R′O glass have softening points of all the glasses. Is 500 ° C. or lower. Moreover, it became clear that the internal transmittance
- R 2 O Li 2 O + Na 2 O + K 2 O
- the mixing ratio of R 2 O is 7.9% for the phosphor-dispersed glass B11 and 19% for the phosphor-dispersed glass B2
- R 2 O it is preferable to use R 2 O. It is clear that the mass% is 8-20%.
- R 2 O Li The mixing ratio of 2 O + Na 2 O + K 2 O
- the phosphor dispersion glass B2 is 6.6%
- the internal transmittance is 99.9%
- the phosphor dispersion glass B11 is 30.1%. Since the internal transmittance is 99.4% (wavelength 400 nm) as a blending ratio, if the blending ratio of R′O (MgO + CaO + SrO + BaO + ZnO) is 5 to 32%, the internal transmittance may be maintained at about 99%. .
- B13 is an example in which the content of Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, which is a component that lowers the softening point, is low.
- Glass B13 has a softening point of 520 ° C., and the mold temperature during firing becomes higher than that, which may shorten the mold life.
- Glass B14 is an example which contains SnO which is a component which is easy to color exceeding 1%.
- Glass B14 has an internal transmittance of 63% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required.
- Glass B15 is an example containing more than 1% of TeO2, which is an easily colored component.
- Glass B15 has an internal transmittance of 97% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required.
- B16 is an example containing more than 1% of Bi 2 O 3 which is an easily colored component.
- Glass B16 has an internal transmittance of 97% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required. Further, since the glass B14 to B16 absorb light, a problem of heat generation occurs.
- Example 3 The glass powder used in Example 3 is substantially free of SnO, Bi 2 O 3 , and TeO 2 , and is SiO 2 —B 2 O 3 based glass with R 2 O (R is selected from Li, Na, K) This is a glass powder made of SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O—Al 2 O 3 based glass to which 1 type) and Al 2 O 3 are added. Also the amount of the R 2 O as a predetermined range corresponding to the glass of this system, the softening point of the glass is set to 500 ° C. or less.
- This glass is by mass, SiO 2 : 20 to 50%, B 2 O 3 : 15 to 40%, Li 2 O: 7 to 22%, Na 2 O: 0 to 15%, K 2 O: 0 to 10 %, Where (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is 12 to 27%, Al 2 O 3 : 5 to 20%, MgO: 0 to 10%, CaO: 0 to 25%, SrO: 0 to 10%, BaO: 0 to 25%, ZnO: 0 to 15%, La 2 O 3 : 0 to 3%, Y 2 O 3 : 0 to 3%, Gd 2 O 3 : 0 to 3%, ZrO 2 : 0 to 3%, Ta 2 O 5 : 0 to 3%, Nb 2 O 5 : 0 to 3%, TiO 2 : 0 to 3%, WO 3 : 0 to 3%, Sb 2 O 3 : 0 to 1%
- the glass having this composition has a high transmittance because it does not contain a component that makes the glass easily colored. Moreover, the softening point of glass becomes 500 degrees C or less, and the lifetime of a type
- SiO 2 is a component that forms a glass skeleton, and if its amount is less than 20%, it is difficult to vitrify, and if it exceeds 50%, the glass tends to devitrify.
- B 2 O 3 is a component that forms a glass skeleton as well as SiO 2 . When used simultaneously with SiO 2 , the glass is hardly devitrified and the glass is stabilized. If it is less than 15%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 40%, the weather resistance is remarkably deteriorated. A preferred range is 15 to 34%.
- Al 2 O 3 is effective in improving the weather resistance. If it is less than 5%, the effect is not sufficient, and if it exceeds 20%, the glass tends to devitrify. A preferred range is 5 to 13%.
- MgO, CaO, SrO, BaO and ZnO components have the effect of lowering the softening point of the glass. However, if it exceeds 10%, 25%, 10%, 20% and 15%, the glass tends to devitrify. Preferred ranges are MgO 6% or less, CaO 17% or less, SrO 6% or less, BaO 18% or less, and ZnO 13% or less.
- La 2 O 3 , Y 2 O 3 , Gd 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 , Nb 2 O 5 are effective in improving weather resistance, but La 2 O 3 , Y 2 O 3 , If Gd 2 O 3 , ZrO 2 , and Ta 2 O 5 exceed 3%, the glass tends to devitrify. If Nb 2 O 5 exceeds 3%, the glass tends to be colored.
- WO 3 and TiO 2 have an effect of suppressing devitrification of the glass, but since both are easily colored components, each of them is preferably used at 3% or less.
- Example 1 phosphor-dispersed glasses C1 to C8 using glasses having the compositions shown in Tables 8 and 9 were produced.
- the obtained SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O—Al 2 O 3 series phosphor-dispersed glasses C1 to C8 were evaluated in the same manner as in Example 1, and are also shown in Tables 8 and 9.
- Table 10 shows the data of comparative samples C9 to C12.
- the phosphor-dispersed glasses C1 to C8 using the SiO 2 —B 2 O 3 —R 2 O—Al 2 O 3 glass have softening points of all the glasses. It is 500 degrees C or less. Moreover, it became clear that the internal transmittance
- the blending ratio of R 2 O (Li 2 O + Na 2 O + K 2 O) is preferably 12% to 27%, and more preferably 15% to 27%.
- This is a blending ratio of phosphor dispersion glass C7 of 15.0%, softening point is 478 ° C., internal transmittance is 99.4%, phosphor dispersion glass C1 is blending ratio of 26.3%, This is reasonable because the softening point is 469 ° C. and the internal transmittance is 99.8%.
- the preferable range of Al 2 O 3 is 5 to 13% means that the phosphor dispersion glass C5 has an internal transmittance of 99.4% in the case where the blending ratio of the phosphor dispersion glass C7 is 5.1% and the phosphor dispersion glass C5. In the example where the blending ratio of C6 is 12.0%, the internal transmittance is 99.8% or more.
- C9 is an example in which the content of Li 2 O, Na 2 O, K 2 O, which is a component that lowers the softening point, is low.
- Glass C9 has a softening point of 560 ° C., and the mold temperature during firing becomes higher than that, which may shorten the mold life.
- Glass C10 is an example containing more than 1% of Bi2O3, which is a component that is easily colored.
- Glass C10 has an internal transmittance of 96% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where a high transmittance close to 100% is required.
- Glass C11 is an example which contains SnO which is a component which is easy to color exceeding 1%.
- Glass C11 has an internal transmittance of 92% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is limited to use in fields where high transmittance close to 100% is required.
- C12 is an example containing more than 1% of TeO2, which is an easily colored component.
- Glass C12 has an internal transmittance of 97% at a wavelength of 400 nm, which is 99% or less, and is restricted to use in fields where a high transmittance close to 100% is required. Further, in the glasses C10 to C12, light absorption occurs, which causes a problem of heat generation.
- Table 11 shows glasses D1 to D4 of comparative examples.
- the glass D1 is a glass corresponding to Example H described in Patent Document 1 described above.
- the glass D2 is a glass corresponding to Example B1 described in Patent Document 2 described above
- the glass D3 is a glass corresponding to Example 1 described in Patent Document 3 described above.
- the data described in Table 11 are numerical values described in each patent document.
- the glass D4 is an example actually produced experimentally, and is an example in which a glass material that lowers the softening point is not blended.
- % display of each composition component is converted into mass% and displayed.
- the value 90% of the internal transmittance of the glass D3 at a wavelength of 588 nm is obtained by converting 95% described in the glass thickness of 1 mm to the value of the glass thickness of 2 mm in the same manner as the others.
- Glass D1 has a softening point of 600 ° C., and the mold temperature during firing becomes higher than that, which may shorten the mold life.
- Glass D2 has an internal transmittance of 97% and 99% or less at a wavelength of 400 nm, and is limited to use in fields where a high transmittance close to 100% is required.
- Glass D3 also has a softening point as low as 350 ° C., but has an internal transmittance of 90% at a wavelength of 588 nm, and cannot be used in fields where high transmittance is required.
- the glass D4 which is a P2O5-BaO-based glass but does not contain R 2 O (R is at least one selected from Li, Na, K) has a softening point of 572 ° C., and similarly to the glass D1, There is a risk that the life of the mold will be shortened.
- the phosphor dispersed glass according to the present invention does not include SnO is a component that glass tends to develop color, the Bi 2 O 3, TeO 2 substantially, R to P 2 O 5 -BaO-based glass P 2 O 5 —BaO—R 2 O based glass added with 2 O (R is at least one selected from Li, Na, K), or B 2 O 3 —La 2 O 3 based glass with R 2 B 2 O 3 —La 2 to which O (R is at least one selected from Li, Na, K) and R′O (R ′ is at least one selected from Mg, Ca, Sr, Ba, Zn) is added.
- R 3 O (R is at least one selected from Li, Na and K) and Al 2 O 3 are added to an O 3 —R 2 O—R′O glass or a SiO 2 —B 2 O 3 glass.
- SiO 2 -B 2 O 3 -R 2 O-Al 2 O 3 was added Because of the use of glass, as well as a possible firing at a relatively low temperature without deteriorating the mold life, the phosphor dispersed glass using glass to maintain a high transmittance. Therefore, a phosphor-dispersed glass that includes a predetermined phosphor and can uniformly emit a desired color light can be obtained.
- the internal transmittance of the glass is 99% or more at both the plate thickness of 2 mm and the wavelengths of 400 nm and 588 nm, the primary light and the excited secondary light are well transmitted.
- a phosphor-dispersed glass that emits light that is a mixture of secondary light and secondary light can be obtained.
- the LED light-emitting element is a blue light-emitting element and the phosphor is a yellow phosphor
- a phosphor-dispersed glass that emits white light with a uniform color tone can be obtained as light.
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Abstract
P2O5-BaO系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を加えたP2O5-BaO-R2O系のガラス、または、B2O3-La2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR'O(R'はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を加えたB2O3-La2O3-R2O-R'O系のガラス、もしくは、SiO2-B2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を加えたSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスを用いた蛍光体分散ガラス及びその製造方法。
Description
本発明は、LED発光素子の光を他色の光に変換する際に用いる蛍光体分散ガラス及びその製造方法に関する。
従来、所定の色で発光するLED発光素子と、LED発光素子から発光される色を所望の色合いの光に変換する蛍光体を分散したガラスを備えた発光ダイオード光源が知られている。
例えば、青色で発光するLED発光素子と、この青色を黄色に変換する蛍光体を用いて、この青色と黄色を混色して白色の光で発光する発光ダイオード光源を作製することができる。
この際に、色調が一様な白色発光を得るためには、透明樹脂(ガラス)中に蛍光体を均一に分散した蛍光体分散ガラスを用いて、このガラス体中でLED発光素子から発光される青色と蛍光体が発する黄色とを均一に混色してガラス体の外に混色光である白色光を一様に放出することが肝要である。
また、エネルギーが強い青色光によって樹脂やガラスが劣化して透明性が悪化するので、青色LED発光素子に用いるガラスは、青色光によって劣化しない長寿命の白色照明光源を得ることができる蛍光体分散ガラスであることが好ましい。
そのために、所定の粒子径のガラス粉末と蛍光体粉末とを混合し焼結して、青色光源が発光する青色と蛍光体が変換する黄色とを合成して白色光を得ると共に、エネルギーが強い青色光に対して変色せず温度上昇も少ない安定したガラスを用いて信頼性を向上させるとした発光色変換部材が既に提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、LED発光素子が長寿命を保ち所定の輝度の発光色を発揮するためには、耐候性を有すると共にLEDが劣化しないLED発光素子の製造方法が好ましく、耐候性を発揮するガラス素材を用いると共にガラスの焼成温度を低くして、LEDに熱的な悪影響を与えないことが肝要である。
そのために、低融点ガラスであるSnO-P2O5系、または、B2O3-Bi2O3系、あるいは、Te2O3-ZnO系のガラスを用いて封止するとした発光ダイオード素子(例えば、特許文献2参照)や、低温で焼成でき、且つ耐候性に優れるSnO-P2O5-B2O3系のガラス粉末を用いるとした蛍光体複合部材(例えば、特許文献3参照)などが既に提案されている。
本発明の蛍光体分散ガラスに相当する特許文献1および3に記載された発光色変換部材や従来の蛍光体複合部材は、例えば、次のような製造方法により製造されている。
先ず、所定のガラス原料を調合して均一に混合した後で溶融して板状のガラスを製造し、この板状のガラスを粉砕して分級して、所定粒子径のガラス粉末を得る。それから、混合工程にてガラス粉末と蛍光体粉末を混合し、これに樹脂バインダーを添加して、ガラス粉末と蛍光体粉末とが一様に混合した混合材料を生成する。次に、所定形状の型を利用して加圧成型して予備成形体を生成する。それから、焼結工程にて所定温度で焼成して、均質な散乱体である蛍光体分散ガラスを製造している。また、この焼結工程で、混合材料を生成する際に添加した樹脂バインダーを除去している。
上記の特許文献1に記載された発光色変換部材(蛍光体分散ガラスに相当)は、高信頼性を有し長寿命の白色照明光源を得ることができる蛍光体分散ガラスとなるが、軟化点が500℃より高いガラスを用いているために、焼成時の型温度が、それよりもさらに高温となって、型の表面組成の変化が生じやすく、型の寿命が短くなってしまうという問題を生じる。
また、特許文献2および3に記載されたガラスは、SnOやTeO2やBi2O3などの着色しやすい成分を含んでいるので、ガラスの透過率が悪くなってしまい、可視域で100%に近い内部透過率のガラスを得ることが困難となる。そのために、励起光および励起光によって発せられる変換光の透過が悪化してしまうという問題を生じる。また、光の吸収による発熱が生じるため、発光ダイオード光源の放熱対策が必要となる。さらに、発光色変換部材をシリコーン樹脂等で封止する場合には、発光色変換部材の発熱により封止材料が変質するという問題も生じる。
そこで本発明は、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能で高い透過率を維持するガラスを提供し、このガラスに所定の蛍光体粉末を分散配合して、所望の発色光を一様に放出可能な蛍光体分散ガラスを提供することを目的とする。
1.LED発光素子が発光する一次光を、ガラス中に分散された蛍光体により他色の二次光に変換し、該一次光と該二次光とが混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、該ガラスは、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、P2O5-BaO系ガラスでR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を含有し、かつ、軟化点が300~500℃であることを特徴とする蛍光体分散ガラス。
2.前記ガラスが、質量%で、
P2O5:30~58%、BaO:1~41%、
Li2O:0~17%、Na2O:0~18%、K2O:0~20%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が1~25%であって、
さらに、Al2O3:0~10%、B2O3:0~20%、MgO:0~20%、CaO:0~20%、SrO:0~20%、ZnO:0~35%、La2O3:0~10%、Y2O3:0~10%、Gd2O3:0~12%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~12%、SiO2:0~4%、GeO2:0~4%、Nb2O5:0~24%、TiO2:0~8%、WO3:0~10%、Sb2O3:0~0.5%、
の組成を有することを特徴とする前記1に記載の蛍光体分散ガラス。
P2O5:30~58%、BaO:1~41%、
Li2O:0~17%、Na2O:0~18%、K2O:0~20%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が1~25%であって、
さらに、Al2O3:0~10%、B2O3:0~20%、MgO:0~20%、CaO:0~20%、SrO:0~20%、ZnO:0~35%、La2O3:0~10%、Y2O3:0~10%、Gd2O3:0~12%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~12%、SiO2:0~4%、GeO2:0~4%、Nb2O5:0~24%、TiO2:0~8%、WO3:0~10%、Sb2O3:0~0.5%、
の組成を有することを特徴とする前記1に記載の蛍光体分散ガラス。
3.前記(Li2O+Na2O+K2O)が1.5~22%であることを特徴とする前記2に記載の蛍光体分散ガラス。
4.LED発光素子が発光する一次光を、ガラス中に分散された蛍光体により他色の二次光に変換し、該一次光と該二次光とが混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、該ガラスは、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、B2O3-La2O3系ガラスで、R2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR′O(R′はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を含有し、かつ、軟化点が300~500℃であることを特徴とする蛍光体分散ガラス。
5.前記ガラスが、質量%で、
B2O3:20~47%、La2O3:3~35%、
Li2O:6~20%、Na2O:0~5%、K2O:0~5%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が8~20%であって、
MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~20%、ZnO:0~31%、ただし、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)が5~32%であり、
さらに、Gd2O3:0~30%、SiO2:0~25%、Al2O3:0~4%、Y2O3:0~15%、ZrO2:0~8%、Ta2O5:0~8%、Nb2O5:0~8%、TiO2:0~3%、WO3:0~4%、Sb2O3:0~1%、
の組成を有することを特徴とする前記4に記載の蛍光体分散ガラス。
B2O3:20~47%、La2O3:3~35%、
Li2O:6~20%、Na2O:0~5%、K2O:0~5%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が8~20%であって、
MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~20%、ZnO:0~31%、ただし、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)が5~32%であり、
さらに、Gd2O3:0~30%、SiO2:0~25%、Al2O3:0~4%、Y2O3:0~15%、ZrO2:0~8%、Ta2O5:0~8%、Nb2O5:0~8%、TiO2:0~3%、WO3:0~4%、Sb2O3:0~1%、
の組成を有することを特徴とする前記4に記載の蛍光体分散ガラス。
6.前記(Li2O+Na2O+K2O)が10~18%であることを特徴とする前記5に記載の蛍光体分散ガラス。
7.LED発光素子が発光する一次光を、ガラス中に分散された蛍光体により他色の二次光に変換し、該一次光と該二次光とが混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、該ガラスは、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、SiO2-B2O3系ガラスでR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を含有し、かつ、軟化点が300~500℃であることを特徴とする蛍光体分散ガラス。
8.前記ガラスが、質量%で、
SiO2:20~50%、B2O3:15~40%、
Li2O:7~22%、Na2O:0~15%、K2O:0~10%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が12~27%であって、
Al2O3:5~20%、MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~25%、ZnO:0~15%、La2O3:0~3%、Y2O3:0~3%、Gd2O3:0~3%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~3%、Nb2O5:0~3%、
TiO2:0~3%、WO3:0~3%、Sb2O3:0~1%、
の組成を有することを特徴とする前記7に記載の蛍光体分散ガラス。
SiO2:20~50%、B2O3:15~40%、
Li2O:7~22%、Na2O:0~15%、K2O:0~10%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が12~27%であって、
Al2O3:5~20%、MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~25%、ZnO:0~15%、La2O3:0~3%、Y2O3:0~3%、Gd2O3:0~3%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~3%、Nb2O5:0~3%、
TiO2:0~3%、WO3:0~3%、Sb2O3:0~1%、
の組成を有することを特徴とする前記7に記載の蛍光体分散ガラス。
9.前記(Li2O+Na2O+K2O)が15~27%であることを特徴とする前記8に記載の蛍光体分散ガラス。
10.前記ガラスの内部透過率が、板厚が2mmで波長が400nmと588nmにおいて、共に99%以上であることを特徴とする前記1~9のいずれか1項に記載の蛍光体分散ガラス。
11.前記1~10のいずれか1項に記載の蛍光体分散ガラスの製造方法が、最大粒子径が5~200μmであって、かつ、メジアン径d50が蛍光体粉末の粒子径の0.1~15倍のガラス粉末と、蛍光体粉末とを混合して焼結する製造方法であることを特徴とする蛍光体分散ガラスの製造方法。
12.前記蛍光体粉末の量が、体積比で、0.02~12%であることを特徴とする前記11に記載の蛍光体分散ガラスの製造方法。
13.前記LED発光素子が青色発光素子で、前記蛍光体が黄色蛍光体であって、前記一次光と二次光とが混色した光が白色であることを特徴とする前記1~10のいずれか1項に記載の蛍光体分散ガラス。
本発明によれば、ガラスが着色しやすくなる成分を含まず高い透過率を維持し、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能なガラスを得ることができ、このガラスに所定の蛍光体を配合して、所望の発色光を一様に放出可能な蛍光体分散ガラスを得ることができる。
以下に本発明の実施形態を説明する。
本実施形態に係る蛍光体分散ガラスは、ガラス中に所定の蛍光体を分散し、LED発光素子が発光する一次光を前記蛍光体が他色の二次光に変換し、前記一次光と前記二次光とを混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、P2O5-BaO系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を加えたP2O5-BaO-R2O系のガラス、または、B2O3-La2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR′O(R′はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を加えたB2O3-La2O3-R2O-R′O系のガラス、もしくは、SiO2-B2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を加えたSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスを用いたものである。本発明において、実質的に含まないとは、蛍光体分散ガラスの全質量に対して、その含有量が1質量%以下であることを言うが、好ましくは0.5質量%以下であり、最も好ましくは0.03質量%以下である。
また、それぞれの系のガラスにおいて前記R2Oの配合量をそれぞれ所定範囲として、ガラスの軟化点を300~500℃としている。そのために、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能なガラスとなる。焼成温度が低いため、耐熱性の低い硫化物、アルミン酸塩、ハロリン酸塩などの蛍光体との反応(変色など)を抑制できる。また、焼成時に、ガラスの粘度が低いため、軟化したガラスが蛍光体との隙間に入り込みやすく、ガラスと蛍光体の密着が良くなり、蛍光体分散ガラス中の気孔を少なくできる。また、ガラスが着色しやすくなる易着色性成分であるSnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まないので、高い透過率を維持し、このガラスに所定の蛍光体を分散した蛍光体分散ガラスは、所望の発色光を一様に放出可能な散乱体(蛍光体分散ガラス)となる。
この蛍光体分散ガラスは、所定の粒子径のガラス粉末と所定量の蛍光体粉末とを混合する混合工程と、該混合工程で作製した混合粉末を加熱加圧成型して蛍光体分散ガラスを得る加熱加圧成型工程とを備える製造方法を用いて製造することができる。
この際に、混合するガラス粉末の粒度は、最大粒子径が5~200μmで、且つ、メジアン径d50が使用する蛍光体の粒径の0.1~15倍であることが好ましい。このメジアン径d50とは、粒子体の一つの集団の全体積を100%として累積曲線を求めた時、累積曲線が50%となる点の粒子径(累積平均径)であり、最大粒子径は累積曲線が100%となる点の粒子径である。これらのパラメータは、粒度分布を評価するパラメータの一つとして、一般的に利用されている。なお、メジアン径d50、最大粒子径は、一般的なレーザー回折・散乱式粒径測定装置を用いて測定可能であり、具体的には、HELOS(JEOL社製)、Microtrac HRA(日機装社製)、SALDシリーズ(島津製作所社製)などが挙げられる。特に好ましくは、SALDシリーズ(島津製作所社製)である。
最大粒子径が200μmを超えると、散乱体に透明ガラス部分が点在し、均一な散乱体にするのが困難となる。最大粒子径が5μmを下回ると蛍光体に接するガラスの表面積が大きくなるため、ガラスとの反応性の高い蛍光体を分散させた場合、蛍光体が失活し易くなる。また、ラジアン径d50が蛍光体の粒子径の15倍を超えると、ガラス紛体中で蛍光体が偏在し、均一に分散するのが困難となる。ラジアン径d50が蛍光体の粒子径の0.1倍を下回ると、入射する青色光が散乱し過ぎ、透過光が低下する。ガラスの粒子径と蛍光体の粒子径が近似しているのがより好ましい。
蛍光体は無機蛍光体が望ましい。また、可視域(360nm~830nm)の光により励起され発光するものが望ましい。よって、酸化物、窒化物、酸窒化物、サイアロン系蛍光体、YAG系蛍光体、シリケート系蛍光体などが好ましい。
例えば、Y、Gd、Ce、Sm、Al、La及びGaの原料として酸化物、又は高温で容易に酸化物になる化合物を使用し、それらを化学量論比で十分に混合して原料を得る。又は、Y、Gd、Ce、Smの希土類元素を化学量論比で酸に溶解した溶解液を蓚酸で共沈したものを焼成して得られる共沈酸化物と、酸化アルミニウム、酸化ガリウムとを混合して混合原料を得る。これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して坩堝に詰め、空気中1350~1450℃の温度範囲で2~5時間焼成して焼成品を得る。次に、この焼成品を水中でボールミルして、洗浄、分離、乾燥して、最後に篩を通すことで所望の蛍光体を得ることができる。
さらに、青色の光に励起されて黄色の発光を示すセリウム添加YAG蛍光体を得る際には、原料として、Y2O3、Gd2O3、CeO2、Al2O3をそれぞれ適量用意して、これらを十分に混合した原料混合物をアルミ坩堝に充填し、これにフラックスとしてフッ化アンモニウム等のフッ化物を適量混合して、水素含有窒素ガスを通気しながら還元雰囲気中において、1350~1450℃の温度範囲で2~5時間焼成して焼成品を得る。得られた焼成品を粉砕、洗浄、分離、乾燥することで所望の蛍光体を得る。また、得られた蛍光体の組成を調べ、所望の蛍光体であることを確認し、465nmの励起光における発光波長を調べたところ、おおよそ570nmにピーク波長を有していることを確認した。つまり、青色の光を照射すると黄色の発光を示す蛍光体を得ることができた。
無機蛍光体の含有量は体積比で、0.02~12%程度が好ましい。蛍光体の含有量が0.02%未満では、蛍光される光が少なくなりすぎ、12%を超えると蛍光体自身が光を遮蔽してしまう。より好ましい範囲は、0.05~5%である。ガラスは、焼成時に、結晶の析出がないか、大量に析出しないものであれば使用できる。ガラス中に結晶が多量に析出すると、光透過率が低下する虞が生じる。
ガラスを焼成する雰囲気は大気中でよい。また、蛍光体とガラスの反応を軽減するために、真空中や窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で焼成してもよい。また、作製するガラスの形態は特に限定しない。蛍光体とガラスの粉末を所望の形状に加圧成型することができる。また、グリーンシートの形態であってもよい。
加圧成型して蛍光体分散ガラスを作製する場合には、蛍光体粉末およびガラス粉末からなる複合材料に樹脂バインダーを添加して加圧成型し、所望の形状の予備成形体を作製する。その後で、この予備成形体を焼成し樹脂バインダーを除去して焼結させ、蛍光体分散ガラスを作製する。また、樹脂バインダーを用いずに、蛍光体粉末とガラス粉末からなる複合材料を所望の形状の型に入れ、加熱後加圧し焼結させて蛍光体分散ガラスを作製することも可能である。
蛍光体分散ガラスは次のような方法でLED基板に固定することができる。例えば、板状に作製した蛍光体分散ガラスをLED発光素子の上面を覆うように平行にセットし、加熱して固定する。この際に、低融点ガラスを用いているので、比較的低温でガラスを溶解させることができ、ガラス内の蛍光体の分散度合いを悪化せずに均一な状態を維持することができる。ガラスの密着度が不足している場合は、さらに加圧して固定してもよい。
また、LED発光素子の上面を覆う形状の蛍光体分散ガラスを作製し、この蛍光体分散ガラスをLED発光素子の上にセットし加熱し、必要により加圧し固定してもよい。また、加熱によりLED発光素子の損傷が懸念される場合は、この蛍光体分散ガラスのLEDと接触しない面に接着剤を塗布して固定してもよい。
以下実施例により本発明を説明するが本発明はこれにより限定されるものではない。
実施例1
実施例1で用いるガラス粉末は、P2O5-BaO系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を加えたP2O5-BaO-R2O系のガラスからなるガラス粉末である。また前記R2Oの配合量を所定範囲として、前記ガラスの軟化点を500℃以下としている。
実施例1で用いるガラス粉末は、P2O5-BaO系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を加えたP2O5-BaO-R2O系のガラスからなるガラス粉末である。また前記R2Oの配合量を所定範囲として、前記ガラスの軟化点を500℃以下としている。
このガラスは質量%で、P2O5:30~58%、BaO:1~41%、Li2O:0~17%、Na2O:0~18%、K2O:0~20%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が1~25%であって、さらに、Al2O3:0~10%、B2O3:0~20%、MgO:0~20%、CaO:0~20%、SrO:0~20%、ZnO:0~35%、La2O3:0~10%、Y2O3:0~10%、Gd2O3:0~12%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~12%、SiO2:0~4%、GeO2:0~4%、Nb2O5:0~24%、TiO2:0~8%、WO3:0~10%、Sb2O3:0~0.5%、の組成を有している。
ここでP2O5は、ガラス形成成分として必須であり、30%未満ではガラスが失透しやすくなり、58%を超えると耐候性が悪化する。好ましい範囲は、32~58%である。BaOはガラスを安定化させる効果があり、1%未満ではその効果が十分でなく50%を超えると軟化点を500℃以下にするのが困難となる。好ましい範囲は2~41%の範囲である。
Li2O、Na2O、K2Oは軟化点を下げる効果があるが、それぞれ17%、18%、20%を超えると耐候性が著しく悪化する。Li2Oの好ましい範囲は0~16%であり、Na2Oの好ましい範囲は0~10%であり、K2Oの好ましい範囲は0~10%である。また、R2O=Li2O+Na2O+K2Oの合計量を1%以上とすることで軟化点を500℃以下にするのが容易となる。しかし、合計量が25%を超えるとガラスが失透しやすくなる。そのために、このR2Oの好ましい範囲は1~25%、さらに好ましくは、1.5~22%である。
Al2O3はガラスの耐候性を高める効果があるが、10%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は0~5%である。P2O5成分を39%以上使用する場合、または、R2O成分を合計で10%以上使用する場合は、Al2O3を2%~5%の範囲で含有させるのがより好ましい。
B2O3はガラスを安定化させる効果がある。20%を超えると耐候性が悪化する。好ましい範囲は0~15%である。MgOは耐候性を高める作用があるが、20%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は0~14%である。CaOも耐候性を高める効果があるが20%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は0~17%である。SrOはガラスを安定化する作用があり、BaOなどと置換して含有させてもよいが20%を超えると軟化点を500℃以下にするのが困難となる。好ましい範囲は0~16%である。ZnOは軟化点を下げる効果があるが、35%を越えるとガラスが失透しやすくなる。
La2O3、Y2O3、Gd2O3、ZrO2、Ta2O5は耐候性を高める効果があるが、La2O3は10%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は6%以下である。Y2O3も10%を超えるガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は5%以下である。Gd2O3は12%を超えると失透しやすくなる。好ましい範囲は11%以下である。ZrO2は3%を超えると失透しやすくなる。Ta2O5は12%を超えると失透しやすくなる。好ましい範囲は10%以下である。
SiO2とGeO2も耐候性を高める効果を期待できるが、それぞれ4%、8%を超えると熔融時に未溶物として残りやすくなる。軟化点500℃以下で高い透過率のガラスを得るためには上記成分のみで構成することが好ましい。Nb2O5、TiO2、WO3も耐候性を高める効果があるが、いずれも着色しやすい成分であるため限定的な使用に止めるのがよい。それぞれ、25%、8%、10%を超えるとガラスが着色しやすくなる。好ましい範囲はNb2O5が21%以下、TiO2が5%以下、WO3が8%以下である。なお、Nb2O5、TiO2、WO3成分を使用するときはSb2O3成分を0.5%以下の量を消色目的で使用してもよい。
燐酸塩原料、水酸化物原料、炭酸塩、硝酸塩など一般的なガラス原料を用いて、表1~3のA1~A17に示す目標組成となるように、ガラスの原料を調合し、粉末で十分に混合して調合原料とした。これを700~1200℃に加熱された熔融炉に投入して熔融し、ガラス化した後、水中に投入し、ザラメ雪状のカレットを得た。このカレットを標準ふるい420μmを通過させ分級し、最大粒子径200μm以下、メジアン径d50は蛍光体粒子径の15倍以下のガラス粉末を用意した。
これらの粉末に表に示す所定割合の蛍光体粉末を添加し混合粉末とした。混合粉末に少量のバインダーを添加、混合した後、金型で加圧成型し約23mm角の予備成形体を作製した。次に表に示す焼成温度で焼成雰囲気を、大気、または真空、またはN2充填、またはAr充填、に設定し、予備成形体を焼成し20mm角の蛍光体分散ガラスを作製した。また、蛍光体には粒子径6.5~9.5μmのセリウム添加YAG蛍光体を用いた。
軟化点は、ガラス粉末試料を乳鉢で粉砕し、最大粒子径35μm程度の粒度の試料を作製し、DTAにより測定した。ガラスの内部透過率は、ガラス板を厚さ2mmになるように鏡面研磨を行い、分光光度計を用いて波長588nmでの透過率と反射率を測定し、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。また、波長400nmで同条件で加工、測定を行った。耐候性については、表に示す焼成温度で焼成した後、20mm×20mm、厚さ5mmの試料の一面を鏡面研磨したものを準備した。この試料を、60℃、95%の恒温恒湿槽に168時間保持した後、取り出して表面を光学顕微鏡(倍率40倍)で観察し、変化がないものを○とし、変化したものを×とした。
また、透過光の色調調査は、表に示す厚さの蛍光体分散ガラスを作製し、この散乱体の背後からLEDの青色光を照射し、その時の透過光の色調を目視にて評価した。その結果、表1~表3に示すように、蛍光体分散ガラスA1~A17の全てが、一様な白の透過光を発光することが判った。
得られたP2O5-BaO-R2O系のガラスを用いた蛍光体分散ガラスA1~A17の各データを、表1~表3に示す。また、比較の試料A18~22の各データを、表4に示す。
表1~表3に示すように、蛍光体分散ガラスA1~A17に用いているガラスは、その全てのガラスの軟化点が500℃以下である。また、波長588nmと400nmにおける厚み2mmのガラスの内部透過率が全て99%以上であることが明らかとなった。そのために、本実施形態に係るP2O5-BaO-R2O系のガラスは、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能であると共に高い透過率を維持するガラスとなり、このガラスに所定の蛍光体を分散することで、所望の発色光を一様に放出可能な蛍光体分散ガラスを生成可能であることが判った。
また、R2O(Li2O+Na2O+K2O)の配合割合は、蛍光体分散ガラスA14が1.5%であり、蛍光体分散ガラスA15が22%であるので、R2Oの好適な質量%は1.5~22%であることは明らかである。しかし、この範囲でも、ガラスの内部透過光は99、9%であって余裕があるので、R2O(Li2O+Na2O+K2O)の配合割合は、質量%で1~25%であれば十分使用可能な蛍光体分散ガラスとなる。
表4において、A18は軟化点を下げる成分であるLi2O,Na2O,K2Oを含んでいない例である。ガラスA18は軟化点が520℃であり、焼成時の型温が、それよりもさらに高温となって、型の寿命が短くなってしまう虞が生じる。ガラスA19およびA20は着色しやすい成分であるBi2O3が1%を超えて含んでいる例である。
ガラスA19は波長400nmでの内部透過率が86%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。ガラスA20は波長400nmでの内部透過率が97%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。A21は着色しやすい成分であるSnOが1%を超えて含んでいる例である。ガラスA21は波長400nmでの内部透過率が96%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。ガラスA22は着色しやすい成分であるTeO2が1%を超えて含んでいる例である。ガラスA22は波長400nmでの内部透過率が97%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。また、ガラスA19~A21では、光の吸収が生じるため、発熱の問題を生じる。
実施例2
実施例2で用いるガラス粉末は、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まず、B2O3-La2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR′O(R′はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を加えたB2O3-La2O3-R2O-R′O系のガラスからなるガラス粉末である。また前記R2Oの配合量をこの組成のガラスに応じた所定範囲として、前記ガラスの軟化点を500℃以下としている。
実施例2で用いるガラス粉末は、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まず、B2O3-La2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR′O(R′はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を加えたB2O3-La2O3-R2O-R′O系のガラスからなるガラス粉末である。また前記R2Oの配合量をこの組成のガラスに応じた所定範囲として、前記ガラスの軟化点を500℃以下としている。
このガラスは質量%で、B2O3:20~47%、La2O3:3~35%、Li2O:6~20%、Na2O:0~5%、K2O:0~5%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が8~20%であって、MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~20%、ZnO:0~31%、ただし、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)が5~32%であり、さらに、Gd2O3:0~30%、SiO2:0~25%、Al2O3:0~4%、Y2O3:0~15%、ZrO2:0~8%、Ta2O5:0~8%、Nb2O5:0~8%、TiO2:0~3%、WO3:0~4%、Sb2O3:0~1%、の組成を有している。
B2O3はガラス骨格を構成する成分であり、含有量が20%未満であるとガラスが失透しやすくなる。47%を超えると耐候性が悪化する。好ましい範囲は22~45%である。SiO2はB2O3と同様にガラス骨格を構成する成分でありB2O3と同時に含有させると失透しにくい安定なガラスを得やすくなるが、25%を超えると軟化点を500℃以下にするのが困難になる。好ましい範囲は5~23%である。
Li2Oは軟化点を下げるに有効な成分である。6%未満ではその効果が十分でなく、20%を超えると耐候性が悪化する。好ましい範囲は7~18%である。Na2OとK2Oは軟化点を下げる効果があるが、それぞれ5%を超えるとガラスが顕著に失透しやすくなる。好ましい範囲はそれぞれ1%以下である。R2O=Li2O+Na2O+K2Oの合計が8%以下であると軟化点を下げる効果が十分でなく、20%を超えると耐候性が悪化する。好ましい範囲は10~18%である。
La2O3はB2O3との相性がよく、失透しにくい安定したガラスを得ることができ、また、耐候性の向上に効果がある。3%未満ではその効果が十分でなく、35%を超えると軟化点を500℃以下にするのが困難となる。好ましい範囲は3~31%である。
Gd2O3成分はLa2O3成分と同時に使用するとガラスがより失透しにくくなり安定化できるが30%を超えると軟化点を500℃以下にするのが困難となる。Y2O3もLa2O3と同様に使用するとガラスが安定化するが15%を超えると逆に失透しやすくなる。好ましい範囲は0~12%である。
MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO成分はガラスの軟化点を低下させる効果があるが、ガラスの耐候性が悪化する。それぞれ10%、25%、10%、20%、31%の範囲がよい。R′O=MgO+CaO+SrO+BaO+ZnOの合計量で5%以上含有させておくとガラスが失透しにくくなり安定化する。32%を超えると失透しやすくなる。好ましい範囲は6~31%である。
Al2O3はガラスの耐候性を高める効果があるが、4%を超えるとガラスが失透しやすくなる。Ta2O5とZrO2はガラスの耐候性を向上させる効果があるが、軟化点を上げる成分でもあるのでそれぞれ8%以下がよい。好ましい範囲はそれぞれ4%以下である。Nb2O5成分は耐候性を向上させる効果があるが、ガラスが着色しやすくなるので8%以下がよい。好ましい範囲は3%以下である。WO3とTiO2は失透を防止する効果があるが、ガラスが着色しやすくなるので、それぞれ4%、3%がよい。好ましい範囲はそれぞれ2%以下、1%以下である。Sb2O3は脱泡剤として使用してもよいが1%以下でその効果は十分である。
実施例1と同様に、表5及び6に示す組成のガラスを用いた蛍光体分散ガラスB1~B12を作製した。得られたB2O3-La2O3-R2O-R′O系の蛍光体分散ガラスB1~B12の評価は実施例1と同様な方法で行い、併せて表5及び6に示す。また、比較の試料B13~16の各データを、表7に示す。
この表5、表6に示すように、B2O3-La2O3-R2O-R′O系のガラスを用いた蛍光体分散ガラスB1~B12は、その全てのガラスの軟化点が500℃以下である。また、厚み2mmのガラスの内部透過率が全て99%以上であることが明らかとなった。そのために、本実施形態に係るB2O3-La2O3-R2O-R′O系のガラスは、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能で高い透過率を維持するガラスとなり、所定の蛍光体を配合することで、所望の発色光を一様に放出可能な蛍光体分散ガラスとなることが判った。
また、R2O(Li2O+Na2O+K2O)の配合割合は、蛍光体分散ガラスB11が7.9%であり、蛍光体分散ガラスB2が19%であるので、R2Oの好適な質量%は8~20%であることは明らかである。しかし、蛍光体分散ガラスB11の波長400nmでの内部透過率が99.4%であり、配合割合が10%の蛍光体分散ガラスB9では99.9%であるので、より好ましいR2O(Li2O+Na2O+K2O)の配合割合は、質量%で10~18%程度であると思われる。
また、R′O(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)の配合割合に関しては、蛍光体分散ガラスB2が6.6%の配合割合で内部透過率が99.9%であり、蛍光体分散ガラスB11が30.1%の配合割合で内部透過率が99.4%(波長400nm)であるので、R′O(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)の配合割合が5~32%であれば、内部透過率を99%程度に維持可能と思われる。
表7において、B13は軟化点を下げる成分であるLi2O,Na2O,K2Oの含有量が少ない例である。ガラスB13は軟化点が520℃であり、焼成時の型温が、それよりもさらに高温となって、型の寿命が短くなってしまう虞が生じる。ガラスB14は着色しやすい成分であるSnOを1%を超えて含んでいる例である。ガラスB14は波長400nmでの内部透過率が63%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。ガラスB15は着色しやすい成分であるTeO2を1%を超えて含んでいる例である。ガラスB15は波長400nmでの内部透過率が97%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。B16は着色しやすい成分であるBi2O3を1%を超えて含んでいる例である。ガラスB16は波長400nmでの内部透過率が97%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。また、ガラスB14~B16では、光の吸収が生じるため、発熱の問題を生じる。
実施例3
実施例3で用いるガラス粉末は、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まず、SiO2-B2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を加えたSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスからなるガラス粉末である。また前記R2Oの配合量をこの系のガラスに応じた所定範囲として、前記ガラスの軟化点を500℃以下としている。
実施例3で用いるガラス粉末は、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まず、SiO2-B2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を加えたSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスからなるガラス粉末である。また前記R2Oの配合量をこの系のガラスに応じた所定範囲として、前記ガラスの軟化点を500℃以下としている。
このガラスは質量%で、SiO2:20~50%、B2O3:15~40%、Li2O:7~22%、Na2O:0~15%、K2O:0~10%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が12~27%であって、Al2O3:5~20%、MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~25%、ZnO:0~15%、La2O3:0~3%、Y2O3:0~3%、Gd2O3:0~3%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~3%、Nb2O5:0~3%、TiO2:0~3%、WO3:0~3%、Sb2O3:0~1%、の組成を有する。
この組成のガラスは、ガラスが着色しやすくなる成分を含んでいないので、高い透過率を有する。また、ガラスの軟化点が500℃以下となって、型の寿命を長くすることができる。
SiO2はガラスの骨格を形成する成分であり、その量が20%未満ではガラス化するのが困難であり、50%を越えるとガラスが失透しやすくなる。B2O3もSiO2と同様にガラスの骨格を形成する成分である。SiO2と同時に使用するとガラスが失透しにくくなりガラスが安定化する。15%未満ではその効果が十分でなく、40%を超えると耐候性が著しく悪化する。好ましい範囲は15~34%である。
Li2Oは軟化点を下げるに有効な成分である。7%未満ではその効果が十分でなく、22%を超えると耐候性が著しく悪化する。好ましい範囲は8~20%である。Na2OとK2Oも軟化点を下げる効果があるが、Na2Oは15%を超えると耐候性が悪化しやすくなる。K2Oは10%を超えると耐候性が悪化しやすくなる。R2O=Li2O+Na2O+K2Oの合計を12%以上とすることで、軟化点を500℃以下にするのが容易となる。しかし、27%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は15~27%である。
Al2O3は、耐候性の向上に効果がある。5%未満ではその効果が十分でなく、20%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は5~13%である。
MgO、CaO、SrO、BaO、ZnO成分はガラスの軟化点を低下させる効果があるが、それぞれ10%、25%、10%、20%、15%を超えるとガラスが失透しやすくなる。好ましい範囲は、MgOが6%以下、CaOが17%以下、SrOが6%以下、BaOが18%以下、ZnOが13%以下である。
La2O3、Y2O3、Gd2O3、ZrO2、Ta2O5、Nb2O5の成分は耐候性の向上に効果があるが、La2O3、Y2O3、Gd2O3、ZrO2、Ta2O5、はそれぞれ3%を超えるとガラスが失透しやすくなる。Nb2O5は3%を超えるとガラスが着色しやすくなる。WO3、TiO2はガラスの失透を抑制する効果があるが、いずれも着色しやすい成分であるため、それぞれ3%以下の使用がよい。
実施例1と同様に、表8及び9に示す組成のガラスを用いた蛍光体分散ガラスC1~C8を作製した。得られたSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系の蛍光体分散ガラスC1~C8の評価は実施例1と同様な方法で行い、併せて表8及び9に示す。また、比較の試料C9~12の各データを、表10に示す。
この表8、表9に示すように、SiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスを用いた蛍光体分散ガラスC1~C8は、その全てのガラスの軟化点が500℃以下である。また、厚み2mmのガラスの内部透過率が全て99%以上であることが明らかとなった。そのために、本実施形態に係るSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスは、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能で高い透過率を維持するガラスとなり、所定の蛍光体を配合することで、所望の発色光を一様に放出可能な蛍光体分散ガラスを生成可能となることが判った。
また、R2O(Li2O+Na2O+K2O)の配合割合は、12%~27%が好ましく、15%~27%がさらに好ましい。これは、蛍光体分散ガラスC7が15.0%の配合割合で、軟化点が478℃で内部透過率が99.4%であり、蛍光体分散ガラスC1が26.3%の配合割合で、軟化点が469℃で内部透過率が99.8%であることから妥当である。
また、Al2O3の好ましい範囲が5~13%であることは、蛍光体分散ガラスC7の配合割合が5.1%の例で内部透過率が99.4%で、蛍光体分散ガラスC5、C6の配合割合が12.0%の例で内部透過率が99.8%以上であることから適当であると思われる。
表10において、C9は軟化点を下げる成分であるLi2O,Na2O,K2Oの含有量が少ない例である。ガラスC9は軟化点が560℃であり、焼成時の型温が、それよりもさらに高温となって、型の寿命が短くなってしまう虞が生じる。ガラスC10は着色しやすい成分であるBi2O3を1%を超えて含んでいる例である。ガラスC10は波長400nmでの内部透過率が96%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。ガラスC11は着色しやすい成分であるSnOを1%を超えて含んでいる例である。ガラスC11は波長400nmでの内部透過率が92%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。C12は着色しやすい成分であるTeO2を1%を超えて含んでいる例である。ガラスC12は波長400nmでの内部透過率が97%と、99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。また、ガラスC10~C12では、光の吸収が生じるため、発熱の問題を生じる。
比較例
比較例のガラスD1~D4を表11に示す。ガラスD1は、前述した特許文献1に記載された実施例Hに相当するガラスである。ガラスD2は、前述した特許文献2に記載された実施例B1に相当するガラスであり、ガラスD3は、前述した特許文献3に記載された実施例1に相当するガラスである。表11に記載のデータはそれぞれの特許文献記載の数値である。また、ガラスD4は、実際に実験的に作製したものであって、軟化点を下げるガラス素材を配合していない例である。また、各組成成分の%表示は質量%に換算して表示している。さらに、ガラスD3の波長588nmの内部透過率の値90%はガラス厚み1mmで記載されていた95%を他と同様にガラス厚み2mmの値に換算したものである。
比較例のガラスD1~D4を表11に示す。ガラスD1は、前述した特許文献1に記載された実施例Hに相当するガラスである。ガラスD2は、前述した特許文献2に記載された実施例B1に相当するガラスであり、ガラスD3は、前述した特許文献3に記載された実施例1に相当するガラスである。表11に記載のデータはそれぞれの特許文献記載の数値である。また、ガラスD4は、実際に実験的に作製したものであって、軟化点を下げるガラス素材を配合していない例である。また、各組成成分の%表示は質量%に換算して表示している。さらに、ガラスD3の波長588nmの内部透過率の値90%はガラス厚み1mmで記載されていた95%を他と同様にガラス厚み2mmの値に換算したものである。
ガラスD1は軟化点が600℃であり、焼成時の型温度が、それよりもさらに高温となって、型の寿命が短くなってしまう虞が生じる。ガラスD2は波長400nmでの内部透過率が97%と99%以下となっていて、100%に近い高い透過率が求められる分野に用いることが制限される。ガラスD3も軟化点は350℃と低い温度であるが、波長588nmでの内部透過率が90%であり、高い透過率が求められる分野に用いることができない。
また、P2O5-BaO系ガラスではあるが、R2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を含まないガラスD4は、軟化点が572℃であり、ガラスD1と同様に、型の寿命が短くなってしまう虞が生じる。
上記したように、本発明に係る蛍光体分散ガラスは、ガラスが着色しやすくなる成分であるSnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、P2O5-BaO系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を加えたP2O5-BaO-R2O系のガラス、または、B2O3-La2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR′O(R′はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を加えたB2O3-La2O3-R2O-R′O系のガラス、もしくは、SiO2-B2O3系ガラスにR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を加えたSiO2-B2O3-R2O-Al2O3系のガラスを用いているので、型の寿命を悪化しない比較的低温で焼成可能であると共に、高い透過率を維持するガラスを用いた蛍光体分散ガラスとなる。そのために、所定の蛍光体を備えて所望の発色光を一様に放出可能な蛍光体分散ガラスを得ることができる。
また、ガラスの内部透過率が、板厚が2mmで波長が400nmと588nmにおいて、共に99%以上であるので、一次光の透過と励起された二次光の透過が良好となって、一次光と二次光とを混色した光を良好に発光する蛍光体分散ガラスを得ることができる。さらに、LED発光素子を青色発光素子とし、蛍光体を黄色蛍光体とすると、光として、一様な色調の白色光で発光する蛍光体分散ガラスを得ることができる。
Claims (13)
- LED発光素子が発光する一次光を、ガラス中に分散された蛍光体により他色の二次光に変換し、該一次光と該二次光とが混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、該ガラスは、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、P2O5-BaO系ガラスでR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)を含有し、かつ、軟化点が300~500℃であることを特徴とする蛍光体分散ガラス。
- 前記ガラスが、質量%で、
P2O5:30~58%、BaO:1~41%、
Li2O:0~17%、Na2O:0~18%、K2O:0~20%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が1~25%であって、
さらに、Al2O3:0~10%、B2O3:0~20%、MgO:0~20%、CaO:0~20%、SrO:0~20%、ZnO:0~35%、La2O3:0~10%、Y2O3:0~10%、Gd2O3:0~12%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~12%、SiO2:0~4%、GeO2:0~4%、Nb2O5:0~24%、TiO2:0~8%、WO3:0~10%、Sb2O3:0~0.5%、
の組成を有することを特徴とする請求項1に記載の蛍光体分散ガラス。 - 前記(Li2O+Na2O+K2O)が1.5~22%であることを特徴とする請求項2に記載の蛍光体分散ガラス。
- LED発光素子が発光する一次光を、ガラス中に分散された蛍光体により他色の二次光に変換し、該一次光と該二次光とが混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、該ガラスは、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、B2O3-La2O3系ガラスで、R2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びR′O(R′はMg、Ca、Sr、Ba、Znから選ばれる少なくとも1種)を含有し、かつ、軟化点が300~500℃であることを特徴とする蛍光体分散ガラス。
- 前記ガラスが、質量%で、
B2O3:20~47%、La2O3:3~35%、
Li2O:6~20%、Na2O:0~5%、K2O:0~5%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が8~20%であって、
MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~20%、ZnO:0~31%、ただし、(MgO+CaO+SrO+BaO+ZnO)が5~32%であり、
さらに、Gd2O3:0~30%、SiO2:0~25%、Al2O3:0~4%、Y2O3:0~15%、ZrO2:0~8%、Ta2O5:0~8%、Nb2O5:0~8%、TiO2:0~3%、WO3:0~4%、Sb2O3:0~1%、
の組成を有することを特徴とする請求項4に記載の蛍光体分散ガラス。 - 前記(Li2O+Na2O+K2O)が10~18%であることを特徴とする請求項5に記載の蛍光体分散ガラス。
- LED発光素子が発光する一次光を、ガラス中に分散された蛍光体により他色の二次光に変換し、該一次光と該二次光とが混色した光を生成する蛍光体分散ガラスであって、該ガラスは、SnO、Bi2O3、TeO2を実質的に含まない、SiO2-B2O3系ガラスでR2O(RはLi、Na、Kから選ばれる少なくとも1種)及びAl2O3を含有し、かつ、軟化点が300~500℃であることを特徴とする蛍光体分散ガラス。
- 前記ガラスが、質量%で、
SiO2:20~50%、B2O3:15~40%、
Li2O:7~22%、Na2O:0~15%、K2O:0~10%、ただし、(Li2O+Na2O+K2O)が12~27%であって、
Al2O3:5~20%、MgO:0~10%、CaO:0~25%、SrO:0~10%、BaO:0~25%、ZnO:0~15%、La2O3:0~3%、Y2O3:0~3%、Gd2O3:0~3%、ZrO2:0~3%、Ta2O5:0~3%、Nb2O5:0~3%、
TiO2:0~3%、WO3:0~3%、Sb2O3:0~1%、
の組成を有することを特徴とする請求項7に記載の蛍光体分散ガラス。 - 前記(Li2O+Na2O+K2O)が15~27%であることを特徴とする請求項8に記載の蛍光体分散ガラス。
- 前記ガラスの内部透過率が、板厚が2mmで波長が400nmと588nmにおいて、共に99%以上であることを特徴とする請求項1~9のいずれか1項に記載の蛍光体分散ガラス。
- 請求項1~10のいずれか1項に記載の蛍光体分散ガラスの製造方法が、最大粒子径が5~200μmであって、かつ、メジアン径d50が蛍光体粉末の粒子径の0.1~15倍のガラス粉末と、蛍光体粉末とを混合して焼結する製造方法であることを特徴とする蛍光体分散ガラスの製造方法。
- 前記蛍光体粉末の量が、体積比で、0.02~12%であることを特徴とする請求項11に記載の蛍光体分散ガラスの製造方法。
- 前記LED発光素子が青色発光素子で、前記蛍光体が黄色蛍光体であって、前記一次光と二次光とが混色した光が白色であることを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の蛍光体分散ガラス。
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