DE102005026948A1

DE102005026948A1 - Leuchtvorrichtung

Info

Publication number: DE102005026948A1
Application number: DE102005026948A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Kondo; Shuichi Taya; Yasuyuki Miyake
Original assignee: Stanley Electric Co Ltd
Current assignee: Stanley Electric Co Ltd
Priority date: 2004-06-11
Filing date: 2005-06-10
Publication date: 2006-03-23
Also published as: US20050276995A1; CN100452451C; JP2005353888A; CN1707822A; CN101334141A; US7728508B2; CN101334141B; JP4583076B2

Abstract

Eine Leuchtvorrichtung kann ausgestaltet werden, um eine geringe Veränderlichkeit in den Leuchteigenschaften sogar bei erhöhten Temperaturen aufzuweisen. Eine Leuchtvorrichtung kann einen Leuchtabschnitt (2) zum Ausstrahlen von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge sowie DOLLAR A ein fluoreszierendes Material (10) zum Absorbieren eines Teils des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts und Ausstrahlen des Lichts mit einer größeren Wellenlänge umfassen. Die Leuchtvorrichtung kann das Licht mit der vorbestimmten Wellenlänge von dem Leuchtabschnitt und das Licht mit der größeren Wellenlänge vom fluoreszierenden Material (10) mischen und dadurch ein gemischtes Licht ausstrahlen. Das fluoreszierende Material (10) kann einkristalline Körner umfassen, in denen Einzelkörner einen Durchmesser von 1 mum oder weniger aufweisen. Kristallfehler, wie eine Korngrenze, treten nur selten oder nie in dem einkristallinen Korn mit einem Durchmesser von 1 mum oder weniger auf. Daher ist es möglich, ein Phänomen zu beschränken, bei dem ein Kristallfehler (als Wärme) absorbierte Energie radial ausstrahlt, was dann die Lichtausbeute verringert.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Leuchtvorrichtung, welche eine Wellenlängenumwandlung unter Zuhilfenahme eines fluoreszierenden Materials durchführt.

Eine Leuchtdiode wird praktisch in industriellen Produkten als eine kompakte und leichte Lichtquelle verwendet, welche Licht mit einer hohen Effizienz bzw. Ausbeute ausstrahlt. Lichtausstrahlung von der Leuchtdiode hat jedoch eine schmale Spektralweite, und es ist daher schwierig, weißes Licht von einer einzigen Vorrichtung zu erlangen. Dementsprechend ist eine Leuchtvorrichtung zum Erlangen weißen Lichts mit einer weiten Spektralbreite durch Mischen blauen Lichts und gelben Lichts vorgeschlagen worden (beispielsweise Japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 2000-208115) und wird praktisch verwendet. Die Leuchtvorrichtung umfasst eine blaue Leuchtdiode und ein fluoreszierendes Material zum Absorbieren blauen Lichts und zum Aussenden gelben Lichts.

Das Folgende kann als fluoreszierende Material zum Ausstrahlen gelben Lichts verwendet werden: ein fluoreszierendes Material mit Yttrium-Aluminium-Granat, das durch Ce aktiviert wird (Y₃Al₅O₁₂:Ce, (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce oder dergleichen); ein fluoreszierendes Material mit Terbium-Aluminium-Granat, das durch Ce aktiviert wird (Tb₃Al₅O₁₂:Ce oder dergleichen); ein fluoreszierendes Material mit Erdalkalimetall-Orthosilicat, das durch Eu aktiviert wird ((Sr, Ca, Ba)SiO₄:Eu oder dergleichen) oder dergleichen. Diese Materialien absorbieren eine Lichtausstrahlung von der blauen Leuchtdiode und strahlen gelbliches fluoreszierendes Licht aus.

Um diese fluoreszierenden Materialien herzustellen, werden Oxidpartikel und oder Metallsalz kombiniert und gemäß dem Zusammensetzungsverhältnis eines gewünschten fluoreszierenden Materials gemischt. Eine Mischung wird mit einem Fließmittel oder dergleichen in einen aus Keramik gemachten Tiegel gegeben. Die Mischung und das Fließmittel werden einer Wärmebehandlung bei hohen Temperaturen unter atmosphärischer Atmosphäre oder einer reduzierten Atmosphäre unterzogen, um ein fluoreszierendes Material mit der gewünschten Zusammensetzung durch Backen bzw. Heizen zuzubereiten. Gemäß dieses Verfahrens wächst der Durchmesser von Kristallkörnern des fluoreszierenden Materials auf mehrere Mikrometer oder mehr durch das Backen an. Die sich ergebenden Körner des fluoreszierenden Materials werden zu Material für eine Leuchtdiode, nachdem sie gereinigt, getrocknet und durch Zertrümmern und mittels eines Siebs, welches ihre Durchmesser gleichförmig gemacht hat, auf Größe gebracht wurden. Dieses Verfahren macht es möglich, das fluoreszierende Material mengenmäßig herzustellen. Das hergestellte fluoreszierende Material wird in einem durchsichtigen Harz verteilt, und das Harz wird in ein Gehäuse eingebracht, in welchem die blaue Leuchtdiode angeordnet ist. Dadurch wird eine weiße Leuchtdiode hergestellt.

Das in der herkömmlichen weißen Leuchtdiode verwendete fluoreszierende Material hat bei Umgebungstemperatur einen extrem hohen Lichtumwandlungswirkungsgrad. Es existiert jedoch das Problem, dass der Lichtumwandlungswirkungsgrad bei hohen Temperaturen abnimmt. Falls in diesem Fall die elektrische Stromdichte der blauen Leuchtdiode erhöht wird, um die Intensität der Lichtausstrahlung zu erhöhen, nimmt die Lichtausbeute des fluoreszierenden Materials aufgrund der Wärme von der blauen Leuchtdiode ab. Daher nimmt gelbes Licht ab, so dass die Farbe des von der Diode ausgestrahlten Lichts sich von weiß zu bläulich-weiß ändert. Auf gleiche Weise ändert sich die Farbe des ausgestrahlten Lichts, wenn die Umgebungstemperatur angehoben wird. Wie oben beschrieben, ist die Reduzierung in der Lichtausbeute des fluoreszierenden Materials in einer Hochtemperaturumgebung ein Phänomen, welches "Temperaturabschreckung" genannt wird, und es existierte bisher keine effektive Methode zu seiner Lösung.

Bei der herkömmlichen weißen Leuchtdiode gab es Fälle, bei denen die Dichte des fluoreszierenden Materials, das in das Gehäuse eingefüllt wurde, in dem Harz verzerrt wurde. Dadurch traten Probleme einer Ungleichheit in der Leuchtdichte bzw. Helligkeit und von Ungleichheit in der Farbe des ausgestrahlten Lichts auf. Die Ungleichheit in der Farbe des ausgestrahlten Lichts war ein kritischer Fehler bei Verwendung der weißen Leuchtdiode als eine Hintergrundbeleuchtungsquelle für Flüssigkeitskristallanzeigen. Wenn ein Produkt eine Lichtfarbe ausstrahlte, die außerhalb eines vorbestimmten Chromatizitätsbereichs bzw. eines Bereichs eines Farbwerts lag, wurde das Produkt als fehlerhaft zurückgewiesen. Daher war eine Produktausbeute niedrig, und es wurde viel Abfall produziert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Leuchtvorrichtung bereitzustellen, welche eine geringe Veränderlichkeit in ihren Leuchtcharakteristiken hat, falls eine Temperatur erhöht wird.

Um die oben genannte Aufgabe zu erreichen, kann gemäß eines ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung ein fluoreszierendes Material einkristalline Körner umfassen, in denen zugehörige Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen. Ein Kristallfehler, wie beispielsweise eine Korngrenze, tritt in den einkristallinen Körnern mit einem Durchmesser von 1 μm oder weniger kaum auf. Es ist daher möglich, ein Phänomen zu begrenzen, in welchem ein Kristallfehler absorbierte Energie (als Wärme) nicht-radial abstrahlt, und in welchem die Lichtausbeute verringert wird.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung kann der Durchmesser von Körnern des fluoreszierenden Materials 1 μm überschreiten, solange die Körner einkristalline Körner sind, in welchen keine Korngrenze in einem Einzelkorn existiert.

Die Einzelkörner können Verbundkörner durch Schmelzen, Agglomeration oder dergleichen bilden. Das Verbundkorn kann einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen. Wenn ein fluoreszierendes Material in einem Zustand der Verbundkörner verwendet wird, wird die Handhabung des fluoreszierenden Materials einfach.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, kann, gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung, das fluoreszierende Material Feinkörner enthalten, welche durch Erhitzen einer Bestandteilslösung erzeugt wurden, welche ein Polymer enthält. Die Bestandteilslösung kann ein Polymermaterial enthalten sowie einen weiteren Bestandteil, der in einem vorbestimmten Lösungsmittel aufgelöst ist. Ein Kristallfehler tritt selten in dem mit diesem Verfahren hergestellten Feinkorn des fluoreszierenden Materials auf. Es ist daher möglich, ein Phänomen zu begrenzen, in welchem ein Kristallfehler absorbierte Energie nicht-radial abstrahlt, und in welchem eine Lichtausbeute verringert ist. Beispielsweise können einkristalline Körner, in welchen zugehörige Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen, geeignet sein. Die Einzelkörner können Verbundkörner mit einem Durchmesser von 5 μm oder mehr bilden.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt, welche umfasst: ein Substrat mit einem Paar von Elektroden; einen Leuchtabschnitt, der mit dem Paar von Elektroden verbunden ist, und der an dem Substrat aufgebracht ist, wobei der Leuchtabschnitt Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge ausstrahlt; einen Lichtumwandlungsabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er den Leuchtabschnitt umgibt, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt ein fluoreszierendes Material umfasst, wobei das fluoreszierende Material mindestens einen Teil des von dem Leuchtabschnitt ausgestrahlten Lichts absorbiert und das Licht in Licht mit einer größeren Wellenlänge umwandelt, wobei das fluoreszierende Material einkristalline Körner umfasst, bei denen zugehörige Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen.

Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine Leuchtvorrichtung bereitgestellt, welche umfassen kann: ein Substrat mit einem Paar von Elektroden; einen Leuchtabschnitt, der mit dem Paar von Elektroden verbunden ist und der an dem Substrat aufgebracht ist, wobei der Leuchtabschnitt Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge ausstrahlt; einen Lichtumwandlungsabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er den Leuchtabschnitt umgibt, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt ein fluoreszierendes Material enthält, wobei das fluoreszierende Material mindestens einen Teil des Lichts absorbiert, welches von dem Leuchtbereich ausgestrahlt wird, und das Licht in Licht mit einer längeren Wellenlänge umwandelt, wobei das fluoreszierende Material einkristalline Körner enthält, in denen keine Korngrenze in den zugehörigen Einzelkörnern existiert.

Gemäß noch eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung, ist eine Leuchtvorrichtung vorgesehen, welche umfassen kann: ein Substrat mit einem Paar von Elektroden; einen mit dem Paar von Elektroden verbundenen und an dem Substrat aufgebrachten Leuchtabschnitt, wobei der Leuchtabschnitt Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge ausstrahlt; einen Lichtumwandlungsabschnitt, der so ausgebildet ist, dass er den Leuchtabschnitt umgibt, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt ein fluoreszierendes Material enthält, wobei das fluoreszierende Material mindestens einen Teil des von dem Leuchtbereich ausgestrahlten Lichts absorbiert und das Licht in Licht mit einer längeren Wellenlänge umwandelt, wobei das fluoreszierende Material Feinkörner umfasst, welche durch Erhitzen einer Bestandteilslösung erzeugt wurden, wobei die Bestandteilslösung einen bestimmten Bestandteil und ein in einem vorbestimmten Lösungsmittel aufgelöstes Polymermaterial enthält.

Die oben genannte Leuchtvorrichtung kann weiterhin einen reflektierenden Abschnitt umfassen, welcher an dem Substrat angebracht ist, um den Leuchtabschnitt zu umgeben. Der reflektierende Abschnitt kann das von dem Leuchtabschnitt ausgestrahlte Licht sowie das Licht von dem Lichtumwandlungsabschnitt reflektieren.

In der oben genannten Leuchtvorrichtung kann das fluoreszierende Material Verbundkörner umfassen, welche durch die Einzelkörner gebildet werden und einen Durchmesser von 5 μm oder mehr haben.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Diese und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen klar, worin:
1 eine Schnittdarstellung ist, welche die Struktur einer Leuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt;
2 eine rastermikroskopische Aufnahme eines fluoreszierenden Materials ist, in welcher ein Durchmesser von Körnern mehrere Mikrometer oder mehr beträgt, welche mittels eines herkömmlichen Herstellungsverfahrens erzeugt wurden;
3 eine rastermikroskopische Aufnahme eines fluoreszierenden Materials 10 ist, welches in der Ausführungsform aus 1 verwendet werden kann;
4 ein Graph ist, welcher die Temperaturabhängigkeit der Fluoreszenzintensität des fluoreszierenden Materials zeigt, welches in der Ausführungsform aus 1 verwendet wird, sowie des fluoreszierenden Materials gemäß des herkömmlichen Verfahrens;
5 ein Graph ist, welcher ein Emissions- bzw. Ausstrahlungsspektrum der Leuchtvorrichtung gemäß der Ausführungsform aus 1 zeigt;
6 eine photographische Aufnahme ist, welche einen Leuchtzustand der Leuchtvorrichtungs-Ausführungsform aus 1 zeigt; und
7 ein Bild ist, das als ein Vergleichsbeispiel einen Leuchtzustand einer Leuchtvorrichtung zeigt, welche mittels des fluoreszierenden Materials gemäß des herkömmlichen Verfahrens hergestellt worden ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen einer gemäß der Prinzipien der Erfindung hergestellten Leuchtvorrichtung werden im folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen ausgeführt.
Bezugnehmend auf 1, kann eine Leuchtvorrichtung ein Substrat 5, eine blaue Leuchtdiode 2, ein Gehäuse 1 und einen befüllten Abschnitt 8 umfassen. Die blaue Leuchtdiode 2 kann in der Mitte des Substrats 5 angebracht sein. Das Gehäuse 1 kann an dem Substrat befestigt sein und so ausgestaltet sein, dass es die blaue Leuchtdiode 2 umgibt. Der befüllte Abschnitt 8 bezieht sich auf einen Raum innerhalb des Gehäuses 1, in welches ein Harz, wie beispielsweise ein Epoxidharz, eingefüllt werden kann.
Ein fluoreszierendes Material 10 kann in dem Harz in dem befüllten Abschnitt 8 verteilt sein. Das fluoreszierende Material 10 kann einen Teil des von der blauen Leuchtdiode 2 ausgestrahlten blauen Lichts absorbieren, und kann gelbes Licht ausstrahlen.
Die dominierende Wellenlänge des von der blauen Leuchtdiode 2 ausgestrahlten Lichts kann beispielsweise 465 nm betragen.
Das Substrat 5 kann aus einem Harz gemacht sein. Elektroden 6 und 7 können aus versilbertem Kupfer gemacht und an dem Substrat angebracht sein. Die Elektroden 6 und 7 können mit Elektrodenanschlüssen der blauen Leuchtdiode 2 durch Golddrähte 3 und 4 verbunden sein.
Das Gehäuse 1 (reflektierender Abschnitt) kann aus einem Harz mit hoher Reflektivität gemacht sein. Das Gehäuse 1 kann das von der blauen Leuchtdiode 2 ausgestrahlte blaue Licht reflektieren, als auch das von dem fluoreszierenden Material 10 ausgestrahlte gelbe Licht, so dass das blaue Licht und das gelbe Licht von der oberen Fläche des befüllten Abschnitts 8 nach außen ausgestrahlt werden. Dementsprechend kann weißes Licht, welches ein Gemisch aus dem blauen Licht und dem gelben Licht ist, von der oberen Fläche des befüllten Abschnitts 8 ausgestrahlt werden.
Beispielsweise kann (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce als das fluoreszierende Material 10 verwendet werden. Dies ist eine Zusammensetzung, in der Gd teilweise Y-Atome in einem Kristall aus Y₃Al₅O₁₂, das allgemein als YAG bekannt ist, ersetzt, und bei dem dann eine kleine Menge von Ce hinzudotiert wird. Das fluoreszierende Material 10 absorbiert das blaue Licht (beispielsweise Licht mit einer Wellenlänge von 465 nm), das von der blauen Leuchtdiode 2 ausgestrahlt wird, und strahlt das gelbe Licht (Licht mit einer Wellenlänge von beispielsweise von 500 bis 650 nm) aus. In anderen Worten wandelt das fluoreszierende Material 10 das blaue Licht in Licht mit einer größeren Wellenlänge um.
In dieser Ausführungsform kann das fluoreszierende Material 10 aus einzelkristallinen Feinkörnern, in welchen ein Kristallfehler, wie beispielsweise eine Korngrenze, in einem Einzelkorn nicht existiert, dazu verwendet werden, ein Phänomen zu begrenzen (z. B. eine Temperaturabschreckung), in welchem ein Umwandlungswirkungsgrad des fluoreszierenden Materials 10 in einer Hochtemperaturumgebung abnimmt. Ein herkömmliches fluoreszierendes Material kann durch Wärmebehandeln (wie beispielsweise Backen bzw. Brennen) eines Materials hergestellt werden. Das fluoreszierende Material wächst durch die Wärmebehandlung von Impfkristallen bzw. Kristallkeimen, welche Kerne für Kristallkörner von ungefähr mehreren Mikrometern sind (siehe 2). Durch Untersuchen eines Kristallzustands des Kristallkorns des fluoreszierenden Materials, welches auf ungefähr mehrere Mikrometer angewachsen ist, wurde gefunden, dass ein Kristallfehler, wie beispielsweise eine Korngrenze, innerhalb des Korns existieren kann. Der Kristallfehler strahlt durch das fluoreszierende Material absorbierte Energie nicht-radial (beispielsweise als Wärme) ab. Daher kann der Kristallfehler eine Verminderung des Umwandlungswirkungsgrads mit der Temperatur bewirken. Um dieses Phänomen zu bestätigen, wurden Kristallkörner eines fluoreszierenden Materials tatsächlich gemahlen. Die inneren Kristallfehler wurden durch mechanische Spannungen bewusst vermehrt bzw. vergrößert, und der Umwandlungswirkungsgrad des fluoreszierenden Materials wurde gemessen. Es wurde bestätigt, dass mehr Kristallfehler mit einer größeren Verringerungsrate des Umwandlungswirkungsgrads, abhängig von der Temperatur, korreliert.
Es wurde gefunden, dass ein Aufhalten eines Kristallwachstums, bevor ein Korn auf einen Durchmesser angewachsen ist, an welchem eine innere Korngrenze auftrat, effektiv war, um ein einkristallines Korn ohne einen Kristallfehler, wie beispielsweise eine Korngrenze, zu erzeugen. Gemäß dieser Ausführungsform kann, wie in 3 gezeigt, der Durchmesser eines Einzelkorns des fluoreszierenden Materials 10 auf 1 μm oder weniger begrenzt werden, um einen Fehler, wie beispielsweise eine innere Korngrenze, zu begrenzen und um einkristalline Körner zu erlangen. Es ist daher möglich, eine Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads mit der Temperatur zu begrenzen, welche durch einen Kristallfehler bewirkt wird. Wenn das Einzelkorn einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweist, kann jedes Feinkorn ein Einzelkorn sein. Daher können, wie in 3 gezeigt, die Feinkörner durch Sintern Verbundkörner bilden. Auf der Gegenseite können die einkristallinen Feinkörner die Verbundkörner bilden, und der Durchmesser der Verbundkörner kann 5 μm übersteigen, und zwar im Vergleich mit den Feinkörnern, welche keine Verbundkörner bilden, weil die Behandlung des fluoreszierenden Materials 10 aufgrund der Beschränkung im Auftreten von Agglomeration und statischer Elektrizität der Feinkörner einfacher werden kann. Daher kann es möglich sein, das fluoreszierende Material 10 einfach zu messen und es vor einem Aushärten in das Harz einzufüllen, und zwar während des Ablaufs des Verteilens des fluoreszierenden Materials 10 in dem Harz, das den befüllten Abschnitt 8 zusammensetzt.
Gemäß eines herkömmlichen Verfahrens zum Herstellen eines fluoreszierenden Materials unter Verwendung von Sintern ist es jedoch schwierig, ein Einkristall zu erlangen, das einen Durchmesser von 1 μm oder weniger hat. Bei dem herkömmlichen Herstellverfahren werden Oxidteilchen und Metallsalze kombiniert und gemäß dem Zusammensetzungsverhältnis eines gewünschten fluoreszierenden Materials gemischt, und ein Gemisch wird gebrannt bzw. gebac ken. Dementsprechend schreiten die Entstehung und das Kristallwachstum eines fluoreszierenden Materials mit der gewünschten Zusammensetzung während eines Backens zur gleichen Zeit fort. Falls zu dieser Zeit das Backen gestoppt wird, bevor der Durchmesser des Kristallteilchens 1 μm erreicht, kann die Entstehung des fluoreszierenden Materials unvollständig sein, und es mag daher unmöglich sein, ein fluoreszierendes Material mit einer gewünschten Zusammensetzung und einem gewünschten Kristallsystem zu erlangen. Falls ein Einkristall eines fluoreszierenden Materials mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern gemahlen wird, um das fluoreszierende Material mit der gewünschten Zusammensetzung und dem gewünschten Kristallsystem zu erlangen, kann eine mechanische Spannung einen Kristallfehler während des Mahlvorgangs mit dem Aufbringen der Spannung bewirken. Daher kann es schwierig oder unmöglich sein, ein einkristallines Feinkorn ohne einen Kristallfehler, wie beispielsweise eine Korngrenze, zu erzeugen.
In dieser Ausführungsform können einkristalline Feinkörner des fluoreszierenden Materials 10 unter Verwendung eines Herstellungsverfahrens für Feinkörner hergestellt werden, welches beispielsweise in der Japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-126544 offenbart ist. Gemäß dieses Verfahrens werden Bestandteile mit dem Zusammensetzungsverhältnis eines gewünschten Materials in einem Lösungsmittel aufgelöst, um eine Lösung herzustellen. In dieser Lösung ist ein Polymermaterial enthalten, um eine Bestandteilslösung herzustellen, welche Polymere enthält. Die Bestandteilslösung wird einer Wärmebehandlung bei einer vorbestimmten Temperatur unterworfen, um Feinkörner des gewünschten Materials aus der Bestandteilslösung, die Polymere enthält, zu erzeugen. Dieses Verfahren wird im Folgenden ein PCS-Verfahren ("polymer complex solution method"; Polymerkomplexlösungs-Verfahren) genannt. Bei dem PCS-Verfahren können die Polymere ein Polymernetz in der Bestandteilslösung bilden, und Kerne der Feinkörner können in diesem Netz bzw. Netzwerk erzeugt werden. Das Wachstum der Feinkörner schreitet in Bezug auf die Kerne voran. Während die Feinkörner bei der Wärmebehandlung wachsen, kann sich das Polymermaterial allmählich durch Pyrolyse auflösen. Demgemäß kann es sein, dass die Polymere in den fertigen Feinkörnern nicht auftreten. Da das Polymernetzwerk die Agglomeration der Feinkörner beschränkt, ist es möglich, die Größe der erzeugten Feinkörner anzugleichen. Darüber hinaus kann das Polymer als ein Heizmedium dienen, so dass es möglich ist, die Feinkörner durch Wärmebehandlung bei relativ niedrigen Temperaturen langsam wachsen zu lassen (beispielsweise bei 1000 Grad Celsius oder weniger). Daher wachsen die Kristalle langsam, während die Erzeugung eines gewünschten fluoreszierenden Materials bei einer relativ niedrigen Temperatur voranschreitet. Es ist möglich, die einkristallinen Feinkörner des fluoreszierenden Materials mit einer gewünschten Zusammensetzung und Kristallstruktur zu erlangen. Es ist auch möglich, die Größe der Feinkörner durch Justieren der Wärmeverweilzeit und der Temperatur der Wärmebehandlung zu steuern. Es ist daher möglich, die Feinkörner des fluoreszierenden Materials mengenmäßig durch Verwendung des PCS-Verfahrens herzustellen, und zwar durch richtiges Justieren bzw. Anpassen der Bedingungen der Hitzbehandlung, wie beispielsweise einer Wärmeverweilzeit und der Temperatur.
Viele Materialien sind als Polymermaterial erhältlich. Das Material sollte die Agglomeration der Feinkörner beschränken und als ein Heizmedium dienen. Beispielsweise ist dazu ein Polymer mit einem Molekulargewicht von 400 bis 4.000.000 brauchbar. Um noch genauer zu sein, sind Polyethylenglykol, Polyvinylalkohol, Polyvinylpyrrolidon, Dextran oder Pullulan erhältlich. Jedes dieser Polymermaterialien kann alleine verwendet werden. Alternativ kann eine Vielzahl dieser Polymermaterialien zusammen verwendet werden. Viele Lösungsmittel sind verfügbar. Die Bestandteile sollten hierin auflösbar sein, und beispielsweise ist Wasser geeignet. BaF₂, LiNO₃, NaCl, KCl, KF oder ein Gemisch daraus mag zu der Bestandteilslösung, die Polymere als ein Flusssalz enthält, hinzugefügt werden. Unter Verwendung des Flusssalzes und Steuern der Wärmeverweilzeit und der Temperatur macht es möglich, die Feinkörner in der Größenordnung von Submikrometern herzustellen. Wenn das Flusssalz verwendet wird, können die erzeugten Feinkörner des fluoreszierenden Materials gereinigt werden, um das Flusssalz zu entfernen.
4 zeigt die Messergebnisse der Temperaturabhängigkeit der Fluoreszenzintensität von 25 Grad Celsius bis 175 Grad Celsius an einem fluoreszierenden Material 10, das nach dem PCS-Verfahren hergestellt wurde und an einem fluoreszierenden Material, das durch das herkömmliche Verfahren durch Backen hergestellt wurde. Hier wird die Fluoreszenzintensität bei 25 Grad Celsius auf 1 gesetzt. Das fluoreszierende Material 10 kann, wie in 3 gezeigt, einkristalline Feinkörner enthalten, in welchen Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen, und Verbundkörner einen Durchmesser von 5 μm oder mehr haben. In dem durch das herkömmliche Verfahren hergestellten fluoreszierenden Material hat, wie in 2 gezeigt, ein Korn die gleiche Zusammensetzung wie andere Körner und einen Durchmesser von mehreren Mikrometern oder mehr. Wie es aus 4 klar erkennbar ist, ist das Verringerungsverhältnis der Fluoreszenzintensität des fluoreszierenden Materials 10 (PCS-Verfahren) gemäß dieser Ausführungsform mit einem Anstieg in der Temperatur geringer als dasjenige des fluoreszierenden Materials, das einen Durchmesser von mehreren Mikrometer oder mehr gemäß des herkömmlichen Verfahrens aufweist. Da das fluoreszierende Material 10 in dem Harz verteilt ist und in den befüllten Abschnitt 8 eingefüllt wurde, kann die Verringerung der Lichtausbeute des fluoreszierenden Materials in der Leuchtvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform im Vergleich mit einer herkömmlichen Leuchtvorrichtung verkleinert werden, und zwar sogar dann, falls die blaue Leuchtdiode 2 mit Energie versorgt wird und Wärme erzeugt. Mit der Leuchtvorrichtung gemäß dieser Vorrichtung ist es möglich, ein Phänomen zu beschränken, bei dem eine Wellenlänge eines ausgestrahlten weißen Lichts sich ändert.
In dem mittels des PCS-Verfahrens hergestellten fluoreszierenden Materials 10 können, wie in 3 gezeigt, die Einzelkörner mit einem Durchmesser von 1,0 μm oder weniger die Verbundkörner mit einem Durchmesser von 5,0 μm oder mehr bilden. Da die Sedimentationsgeschwindigkeit des fluoreszierenden Materials 10 langsam ist, wird das fluoreszierende Material 10 fast gleichmäßig in dem Harz verteilt und in diesem Zustand ausgehärtet. Es ist daher möglich, auf einfache Weise einen Zustand zu bilden, in welchem das fluoreszierende Material 10 fast gleichförmig in dem befüllten Abschnitt 8 verteilt ist.
Bezugnehmend auf 5 wurde ein Emissionsspektrum der Leuchtvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform gemessen. Das Emissionsspektrum hat eine große Weite und zeigt eine Ausstrahlung bzw. Emission weißen Lichts.
In der Leuchtvorrichtung gemäß dieser Ausführungsform können selbstverständlich Feinkörner eines fluoreszierenden Materials verwendet werden, welches mittels eines anderen Verfahrens als dem PCS-Verfahren hergestellt werden kann, und das fluoreszierende Material kann einkristalline Feinkörner umfassen, in welchen die Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen.
Die oben beschriebene Ausführungsform bezieht sich auf eine in 1 gezeigte Leuchtvorrichtung vom so genannten Normalchip-Typ. Die vorliegende Erfindung kann effektiv in einer Leuchtvorrichtung mit jeglicher Gehäusestruktur aufgenommen werden, wie beispielsweise einem oberflächenmontierten LED-Gehäuse und einem Durchgangsbohrungs-LED-Gehäuse. Weiterhin kann die vorliegende Erfindung auf eine Leuchtvorrichtung angewendet werden, in welcher ein fluoreszierendes Material, das in einem Harz verteilt ist, eine Wellenlänge von Licht umwandelt, das von einer Lichtquelle wie beispielsweise in einer Leuchtdiode ausgestrahlt wird. Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf eine Leuchtvorrichtung mit einer anderen Struktur, in welcher ein fluoreszierendes Material durch andere Mittel befestigt ist als durch ein Harz. Die Zusammensetzung des fluoreszierenden Materials 10 ist nicht auf die oben beschriebene Zusammensetzung beschränkt. Die vorliegende Erfindung ist anwendbar, falls ein fluoreszierendes Material andere Zusammensetzungen hat. Beispielsweise sind ein fluoreszierendes Material mit Yttrium-Aluminium-Granat, aktiviert durch Ce(Y₃Al₅O₁₂:Ce), ein fluoreszierendes Material mit Terbium-Aluminium-Granat, aktiviert durch Ce(Tb₃Al₅O₁₂:Ce oder dergleichen), ein fluoreszierendes Material mit Erdalkalimetall-Orthosilicat, aktiviert durch Eu((Sr, Ca, Ba)SiO₄:Eu oder dergleichen) oder dergleichen brauchbar zur Verwendung in Geräten, welche in Übereinstimmung mit den Prinzipien der Erfindung hergestellt worden sind.
Die Leuchtvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann in einer Anzeigenlampe, einer Informationsanzeigenvorrichtung, einer Lichtquelle für ein Flüssigkeitskristall-Hintergrundlicht, einer Lichtquelle für ein tragbares kompaktes Licht, einer Innenbeleuchtung, einer Außenbeleuchtung, einer Verkehrsbeleuchtung, einem Licht für ein Automobil oder ein anderes Fahrzeug, einem Licht zum Wachsen von Pflanzen und dergleichen verwendet werden.
[Beispiel]
Ein Beispiel einer bestimmten Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden beschrieben. Eine Leuchtvorrichtung gemäß des Beispiels kann, wie in 1 gezeigt, eine Vorrichtungsstruktur aufweisen. Ein fluoreszierendes Material 10, das aus (Y, Gd)₃Al₅O₁₂:Ce hergestellt worden ist, kann einkristalline Feinkörner umfassen, in welchen Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen, und Verbundkörner einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Das fluoreszierende Material 10 kann durch das PCS-Verfahren hergestellt werden. Ein Yttriumnitrat, ein Gadoliniumnitrat, ein Aluminiumnitrat und ein Cernitrat in dem Verhältnis, das der Zusammensetzung des fertigen fluoreszierenden Materials entspricht, können in ultrareinem Wasser aufgelöst werden, um eine Bestandteilslösung herzustellen. Die Konzentration der Bestandteilslösung kann 0,3 M bis 2,0 M entsprechen. Die Dotierungskonzentration des Cers in Bezug auf die Zusammensetzung des fertigen fluoreszierenden Materials kann auf 1,0 atm % festgesetzt werden. Polyethylenglykol (PEG, ein Molekulargewicht von 20.000) kann mit der Bestandteilslösung als ein Polymer gemischt werden, um eine Lösung, die ein Polymer enthält, zu bilden. Zu diesem Zeitpunkt kann die Konzentration des Polymers von 0,01 M bis zu 0,04 M betragen. BaF₂ kann in der Bestandteilslösung als ein Fließsalz enthalten sein, falls dies nötig oder gewünscht ist.
Die vorbereitete Bestandteilslösung kann in einen Tiegel (mit einer Kapazität von 30 ml) eingebracht und bei 1000 bis 1500 Grad Celsius mittels Verwendung einer Heizvorrichtung, wie beispielsweise einem Muffelofen (hergestellt durch Koyo Thermo Systems Co., Ltd.) aufgeheizt werden. Eine Heizrate kann 30 bis 3,6 Grad Celsius/min betragen, und eine Wärmeverweilzeit kann 0 bis 340 min betragen. Auf eine solche Weise erhält man die einkristallinen Feinkörner aus (Y, Gd)Al₅O₁₂:Ce, in welchen die Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen.
Das Polymer, welches durch die Wärmebehandlung allmählich thermisch zerfallen kann, sollte nach dem Abschluss des Heizvorgangs nicht übrig bleiben. Wenn ein Flusssalz der Bestandteilslösung hinzugefügt wurde, kann eine Ultraschallreinigung an den Feinkörnern mit ultrareinem Wasser, einer Salpetersäure oder Ethanol durchgeführt werden, um das Fließsalz daraus zu entfernen. Dann kann eine zentrifugale Trennung bei 15000 rpm unter Verwendung einer Vorrichtung wie beispielsweise einer gekühlten Mikrozentrifuge durchgeführt werden. Dieser Ablauf kann viermal wiederholt werden, und dann können die Feinkörner einmal mit Ethanol gereinigt werden. Nach Abschluss der Zentrifugaltrennung können die nassen Körner bei 50 Grad Celsius getrocknet werden.
Die Körner des fluoreszierenden Materials 10, die man so erhält, können Verbundkörner mit einem Durchmesser von 5,0 μm oder mehr aufgrund eines Sinterns von einkristallinen Feinkörnern mit einem Durchmesser von 1,0 μm oder weniger bilden (siehe 3).
Als Nächstes wird der Herstellungsprozess der in 1 gezeigten Leuchtvorrichtung beschrieben.
Elektroden 6 und 7 können im Vorfeld durch Versilbern einer Aluminiumplatte an dem Substrat 5 gebildet werden. Dann kann ein Gehäuse 1, das aus einem Harz mit einer hohen Reflektivität gemacht ist, an dem Substrat 5 angebracht werden. Eine blaue Leuchtdiode 2 (eine vorherrschende Wellenlänge der Lichtemission: 465 nm) wurde in der Mitte des Gehäuses 1 befestigt, und die blaue Leuchtdiode 2 kann mit den Elektroden 6 und 7 durch Golddrähte 3 und 4 befestigt werden.
Das durch das obige Verfahren erzeugte fluoreszierende Material 10 kann in einem durchsichtigen, wärmehärtenden Epoxidharz bei einem Gewichtsverhältnis von 7 wt% verteilt werden. Dann kann das Harz in das Gehäuse 1 eingefüllt und einer Wärmebehandlung bei 150 Grad Celsius für acht Stunden unterworfen werden, so dass das Harz ausgehärtet, und ein befüllter Abschnitt 8 gebildet werden kann.
Durch Untersuchen eines Querschnitts durch die fertiggestellte Leuchtvorrichtung kann bestätigt werden, dass das fluoreszierende Material fast gleichmäßig in dem durchsichtigen Harz verteilt ist. Als ein Vergleichsbeispiel kann auf der anderen Seite eine Leuchtvorrichtung mittels eines fluoreszierenden Materials (siehe 2) mit einem Durchmesser von mehreren Mikrometern oder mehr hergestellt werden, das durch ein herkömmliches Verfahrens hergestellt wird. Durch Untersuchen eines Querschnitts der Vorrichtung kann gezeigt werden, dass sich ein Teil oder das gesamte fluoreszierende Material am Boden des befüllten Abschnitts 8 absetzte. Wenn ein Leuchtzustand der Leuchtvorrichtung gemäß der vorher beschriebenen exemplarischen Ausführungsform der Erfindung von der oberen Fläche des befüllten Abschnitts 8, wie in 6 gezeigt, beobachtet wird, kann der Leuchtzustand extrem gleichförmig mit einer nur geringen Farbschwankung sein. Im Gegensatz dazu kann, wie in 7 gezeigt, ein Leuchtzustand der Leuchtvorrichtung gemäß des Vergleichsbeispiels ungleichmäßiger mit viel größeren Farbabweichungen sein.
Da das fluoreszierende Material 10 gemäß der obigen Ausführungsform der Erfindung stabile Temperatureigenschaften aufweisen kann, kann eine Verringerung der Lichtausbeute des fluoreszierenden Materials aufgrund der Wärme von der Diode klein sein, falls ein großer elektrischer Strom durch die blaue Leuchtdiode fließt. Es kann daher möglich sein, eine effiziente Leuchtvorrichtung mit einer geringen Farbveränderung zu realisieren. Der Durchmesser der Körner des fluoreszierenden Materials 10 kann klein sein, und das fluoreszie rende Material 10 kann fast gleichförmig in dem befüllten Abschnitt 8 verteilt sein. Dementsprechend kann es möglich sein, den Leuchtzustand mit einer geringen Helligkeitsschwankung und wenig Farbabweichung umzusetzen. Daher kann ein stabiles Produkt mit geringer Abweichung in Helligkeit und in Farbe bei geringen Kosten hergestellt werden.

Claims

Leuchtvorrichtung, umfassend: einen Leuchtabschnitt (2) zum Ausstrahlen von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge; und ein fluoreszierendes Material (10), das sich benachbart zum Leuchtabschnitt (2) befindet und das so ausgestaltet ist, dass es einen Teil des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts absorbiert und mit einer unterschiedlichen Wellenlänge ausstrahlt, wobei das fluoreszierende Material (10) einkristalline Körner umfasst, bei denen zugehörige Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen.
Leuchtvorrichtung, umfassend: einen Leuchtabschnitt (2) zum Ausstrahlen von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge; und ein fluoreszierendes Material (10), das sich benachbart zum Leuchtabschnitt (2) befindet und das so ausgestaltet ist, dass es einen Teil des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts absorbiert und mit einer unterschiedlichen Wellenlänge ausstrahlt, wobei das fluoreszierende Material (10) einkristalline Körner umfasst, bei denen in den Einzelkörnern der einkristallinen Körner keine Korngrenze vorhanden ist.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden und einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden und einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung, umfassend: einen Leuchtabschnitt (2) zum Ausstrahlen von Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge; und ein fluoreszierendes Material (10), das sich benachbart zum Leuchtabschnitt (2) befindet und das so ausgestaltet ist, dass es einen Teil des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts absorbiert und mit einer unterschiedlichen Wellenlänge ausstrahlt, wobei das fluoreszierende Material (10) Feinkörner umfasst, die durch Beheizen einer Bestandteilslösung erzeugt werden, wobei die Bestandteilslösung einen ersten in einem vorbestimmten Lösungsmittel aufgelösten Bestandteil und ein Polymermaterial umfasst.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das fluoreszierende Material (10) einkristalline Körner umfasst, in denen zugehörige Einzelkörnern einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden, und die einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 6, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden, und die einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung, umfassend: ein Substrat (5) mit einem Paar von Elektroden (6, 7); einen Leuchtabschnitt (2), der mit dem Paar von Elektroden (6, 7) verbunden und dem Substrat (5) benachbart angebracht ist, wobei der Leuchtabschnitt (2) in der Lage ist, Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge auszustrahlen; einen dem Leuchtabschnitt (2) benachbarten Lichtumwandlungsabschnitt, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt ein fluoreszierendes Material (10) umfasst, wobei das fluoreszierende Material (10) so ausgestaltet ist, dass es mindestens einen Teil des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts absorbiert und mit einer größeren Wellenlänge ausstrahlt, wobei das fluoreszierende Material (10) einkristalline Körner umfasst, in denen zugehörige Einzelkörner einen Durchmesser von 1 μm oder weniger aufweisen.
Leuchtvorrichtung, umfassend: ein Substrat (5) mit einem Paar von Elektroden (6, 7); einen Leuchtabschnitt (2), der mit dem Paar von Elektroden (6, 7) verbunden und dem Substrat (5) benachbart angebracht ist, wobei der Leuchtabschnitt (2) in der Lage ist, Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge auszustrahlen; einen dem Leuchtabschnitt (2) benachbarten Lichtumwandlungsabschnitt, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt ein fluoreszierendes Material (10) umfasst, wobei das fluoreszierende Material (10) so ausgestaltet ist, dass es mindestens einen Teil des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts absorbiert und mit einer größeren Wellenlänge ausstrahlt, wobei das fluoreszierende Material (10) einkristalline Körner umfasst, bei denen in den Einzelkörnern der einkristallinen Körner keine Korngrenze vorhanden ist.
Leuchtvorrichtung, umfassend: ein Substrat (5) mit einem Paar von Elektroden (6, 7); einen Leuchtabschnitt (2), der mit dem Paar von Elektroden (6, 7) verbunden und dem Substrat (5) benachbart angebracht ist, wobei der Leuchtabschnitt (2) in der Lage ist, Licht mit einer vorbestimmten Wellenlänge auszustrahlen; einen dem Leuchtabschnitt (2) benachbarten Lichtumwandlungsabschnitt, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt ein fluoreszierendes Material (10) umfasst, wobei das fluoreszierende Material (10) so ausgestaltet ist, dass es mindestens einen Teil des vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlten Lichts absorbiert und mit einer größerer Wellenlänge ausstrahlt, wobei das fluoreszierende Material (10) Feinkörner umfasst, die durch Beheizen einer Bestandteilslösung erzeugt werden, wobei die Bestandteilslösung einen ersten in einem vorbestimmten Lösungsmittel aufgelösten Bestandteil und ein Polymermaterialumfasst.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9, weiterhin umfassend einen reflektierenden Abschnitt (1), der dem Substrat (5) benachbart angeordnet ist, um so den Leuchtabschnitt (2) im wesentlichen zu umgeben, wobei der reflektierende Abschnitt (1) so ausgebildet ist, dass er das vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlte Licht und das Licht vom Lichtumwandlungsabschnitt reflektiert.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, weiterhin umfassend einen reflektierenden Abschnitt (1), der dem Substrat (5) benachbart angeordnet ist, um so den Leuchtabschnitt (2) im wesentlichen zu umgeben, wobei der reflektierende Abschnitt (1) so ausgebildet ist, dass er das vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlte Licht und das Licht vom Lichtumwandlungsabschnitt reflektiert.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 11, weiterhin umfassend einen reflektierenden Abschnitt (1), der dem Substrat (5) benachbart angeordnet ist, um so den Leuchtabschnitt (2) im wesentlichen zu umgeben, wobei der reflektierende Abschnitt (1) so ausgebildet ist, dass er das vom Leuchtabschnitt (2) ausgestrahlte Licht und das Licht vom Lichtumwandlungsabschnitt reflektiert.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden, und die einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden, und die einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 11, wobei das fluoreszierende Material (10) Verbundkörner umfasst, die durch die Einzelkörner gebildet werden, und die einen Durchmesser von 5 μm oder mehr aufweisen.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt den Leuchtabschnitt (2) umgibt.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt den Leuchtabschnitt (2) umgibt.
Leuchtvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Lichtumwandlungsabschnitt den Leuchtabschnitt (2) umgibt.