DE112017003014T5

DE112017003014T5 - Leuchtstoffelement und Beleuchtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112017003014T5
Application number: DE112017003014.5T
Authority: DE
Inventors: Naotake Okada; Iwao Ohwada; Shoichiro Yamaguchi; Keiichiro Asai; Jungo Kondo
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2016-06-16
Filing date: 2017-06-15
Publication date: 2019-03-07
Also published as: JP6499381B2; JPWO2017217486A1; US11112086B2; WO2017217486A1; JP2019105846A; US20190120442A1

Abstract

Eine Leuchtstoffvorrichtung 10 beinhaltet eine Leuchtstoffschicht 1, die aus einem Leuchtstoffglas oder Leuchtstoffeinkristall besteht, einen reflektierenden Film 2, der auf der Leuchtstoffschicht 1 vorgesehen ist, eine Verzugsunterdrückungsschicht 3, die auf dem reflektierenden Film 2 vorgesehen ist, und einen Stützkörper 4, der durch direktes Bonding an die Verzugsunterdrückungsschicht gebunden ist. Das in die Leuchtstoffschicht 1 einfallende Anregungslicht „A“ wird in Fluoreszenz umgewandelt, und das Fluoreszenz- und Anregungslicht wird vom reflektierenden Film reflektiert und von der Leuchtstoffschicht abgegeben.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Leuchtstoffvorrichtung und eine Fluoreszenz aussendende Beleuchtungsvorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
Vor kurzem wurde eine intensive Studie an Scheinwerfern für ein Fahrzeug mit einer Laserlichtquelle durchgeführt, und eine davon ist eine Weißlichtquelle, die aus der Kombination von blauem Laser oder ultraviolettem Laser und Leuchtstoff besteht. Eine Leuchtdichte von Anregungslicht kann durch Kondensation von Laserlicht erhöht werden, und darüber hinaus kann eine Lichtintensität des Anregungslichts auch durch Kondensation mehrerer Laserstrahlen erhöht werden, um eine Überlappung mit dem Leuchtstoff zu erreichen. Dadurch können Lichtstrom und Helligkeit gleichzeitig erhöht werden, ohne einen Lichtaustrittsbereich zu verändern. Daher ist eine Weißlichtquelle, die Halbleiterlaser und Leuchtstoff miteinander kombiniert, als Lichtquelle, die die LED ersetzt, attraktiv. Beispielsweise werden als Leuchtstoffglas für den Fahrzeugscheinwerfer, Leuchtstoffglas „Lumiphous™“ von Nippon Electric Glass und monokristalline YAG-Leuchtstoffe vom National Institute for Materials Science, Tamura Corporation and Koha Co. Ltd. vorgeschlagen.
Gemäß Patentdokument 1 wird durch die Bereitstellung von monokristallinem YAG der Umwandlungswirkungsgrad auch bei einer Temperaturerhöhung nicht verschlechtert, um Leuchtstoffeigenschaften mit hohem Wirkungsgrad zu zeigen, so dass Anwendungen mit hohem Leistungsbedarf realisiert werden können. Durch die Eingabe von blauem Licht von 450nm als Anregungslicht kann dieses Material gelbes Licht als Komplementärfarbe emittieren, so dass weißes Licht erhalten werden kann. Es wurde daher die Entwicklung der Anwendung auf einen Projektor oder Scheinwerfer untersucht.
Als Leuchtstoff für die Beleuchtung wurde der monokristalline Leuchtstoff Ce:YAG entwickelt, bei dem Ce in Yttrium-Aluminium-Granat dotiert ist (Y₃Al₅O₁₂: YAG). Im Stand der Technik wurde der Ce-YAG-Leuchtstoff durch Synthese durch Sintern oder Dispergieren in einem Glas realisiert. Mit zunehmender Leistungsdichte des Anregungslichts wird die Wärmeabfuhr schwieriger unter Vermindern des Wirkungsgrads, was problematisch ist.
Monokristallines YAG, das mit Ce dotiert ist, hat die Eigenschaft, dass der Umwandlungswirkungsgrad trotz Wärmeentwicklung im Kristall nicht beeinträchtigt wird. Es wird daher als Lichtquelle für ein Scheinwerferlicht, einen Projektor oder dergleichen erwartet.
Gemäß den Patentdokumenten 2, 3 und 4 wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Reflexionsart Leuchtstoffvorrichtung offenbart. Gemäß dem Gerät wird auf einer Oberfläche einer Leuchtstoffschicht auf der einer einfallenden Oberfläche gegenüberliegenden Seite, auf die Anregungslicht einfällt, ein Metallfilm gebildet und der Metallfilm mit einem Wärme verteilenden Körper (Stützkörper) gebondet. Als Material der Leuchtstoffschicht ist ein Glasmaterial mit darin dispergiertem Leuchtstoff, polykristallinem Leuchtstoff oder monokristallinem Leuchtstoff aufgeführt.
Gemäß Patentdokument 5 wird eine Beleuchtungsvorrichtung mit einer Leuchtstoffvorrichtung vom Reflexionstyp offenbart. Nach diesem System wird auf einer Oberfläche der Leuchtstoffschicht auf der gegenüberliegenden Seite einer Einfallsoberfläche, auf die Anregungslicht trifft, ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film gebildet und der ferroelektrische mehrschichtige Film und Wärme verteilender Körper (Stützkörper) miteinander gebondet. Der ferroelektrische mehrschichtige Film überträgt das Anregungslicht und reflektiert die von der Leuchtstoffschicht emittierte Fluoreszenz. Der ferroelektrische mehrschichtige Film wird durch abwechselndes Laminieren von Schichten mit niedrigem Brechungsindex und Schichten mit hohem Brechungsindex gebildet.
ZITATENLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP 5620562B
Patentdokument 2: JP 5530165B
Patentdokument 3: JP 2012-129135A
Patentdokument 4: JP 2013-120713A
Patentdokument 5 WO 2015/045976 A1
Patentdokument 6 WO 2016/167071 A1

KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Darüber hinaus schlug der Anmelder einen Wellenleitertyp der Leuchtstoffvorrichtung mit einem Leuchtstoffeinkristall (Patentdokument 6) vor. Es gilt jedoch, das sich in einem Lichtwellenleiter ausbreitende Licht in Fluoreszenz umzuwandeln.
Basierend auf den Lehren der Patentdokumente 3 bis 5 versuchten die Erfinder, einen reflektierenden Film auf einer Leuchtstoffschicht zu bilden und den reflektierenden Film durch direktes Bonding mit einem separaten Stützkörper zu bonden. Tatsächlich konnte jedoch kein gleichmäßiges Bonding über die gesamte Bondinggrenzfläche von reflektierendem Film und Stützkörper erreicht werden und es können Blasen entstehen. Da Anregungslicht auf die Leuchtstoffschicht eingestrahlt wird, nachdem der reflektierende Film und Stützkörper miteinander gebondet sind, kann die Intensität der von der Leuchtstoffvorrichtung emittierten Fluoreszenz beeinträchtigt sein. Da die Abweichung in der Ebene bei diesem Phänomen in der Leuchtstoffschicht beobachtet wurde, ist nachgewiesen, dass die Farbabweichung in der emittierten Fluoreszenz auftritt.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, in einer Leuchtstoffvorrichtung mit einer Leuchtstoffschicht aus einem Leuchtstoffglas oder Leuchtstoffeinkristall, einen reflektierenden Film auf der Leuchtstoffschicht und einem Stützkörper bereitzustellen, um den Bondingzustand des reflektierenden Films und des Stützkörpers zu verbessern und die Intensität der von der Leuchtstoffvorrichtung emittierten Fluoreszenz zu verbessern.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Leuchtstoffvorrichtung bereit, umfassend:

eine Leuchtstoffschicht;
einen auf der Leuchtstoffschicht bereitgestellten reflektierenden Film;
eine auf dem reflektierenden Film bereitgestellte Verzugsunterdrückungsschicht; und
einen an die Verzugsunterdrückungsschicht durch direktes Bonding gebondeten Stützkörper,
wobei ein auf die Leuchtstoffschicht einfallendes Anregungslicht zu einer Fluoreszenz umgewandelt wird und
wobei die Fluoreszenz und das Anregungslicht durch den reflektierenden Film reflektiert und von der Leuchtstoffschicht ausgesendet werden.

Die Erfinder untersuchten die Ursache der Blasenbildung an der Bondingoberfläche des Stützkörpers und die Verminderung der Intensität der vom Gerät reflektierten Fluoreszenz, falls der reflektierende Film auf der Leuchtstoffschicht gebildet wird und der reflektierende Film durch direktes Bonding mit dem separaten Stützkörper gebondet wird. Die Erfinder fanden dann das Nachstehende.
Ist beispielsweise die Reflexionsschicht ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film, so bildet sich der ferroelektrische Film nur auf einer ersten Hauptoberfläche der Leuchtstoffschicht. Da die Temperatur während der Filmbildung erhöht wird, erfolgt die Verformung durch die Differenz von Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leuchtstoffschicht und ferroelektrischem mehrschichtigem Film, wenn die Temperatur nach der Filmbildung wieder auf Umgebungstemperatur gebracht wird. Hierdurch, für den Fall, dass die Leuchtstoffschicht und Stützkörper durch direktes Bonding gebondet werden, kann das direkte Bonding mit dem Stützkörper aufgrund der Verformung nicht ganzflächig gleichmäßig gestaltet werden. Blasen können in Bereichen entstehen, in denen das Bonding nicht hergestellt wird. Weiterhin wird festgestellt, dass der Umwandlungswirkungsgrad durch den Einfluss von Eigenspannungen in der Leuchtstoffschicht verschlechtert wird und dadurch die Intensität der Fluoreszenz gesenkt wird.
Ähnlich verhält es sich, wenn der reflektierende Film aus einem Metallfilm besteht, wird der Metallfilm nur auf der ersten Hauptoberfläche der Leuchtstoffschicht gebildet. Da die Temperatur während der Filmbildung erhöht wird, erfolgt die Verformung durch die Differenz von Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leuchtstoffschicht und Metallfilm, wenn die Temperatur nach der Filmbildung wieder auf Umgebungstemperatur gebracht wird. Die Richtung der so erzeugten Verformung war jedoch entgegengesetzt zur Richtung der Verformung bei der Bildung des ferroelektrischen mehrschichtigen Films. Wenn die Leuchtstoffschicht und Stützkörper durch direktes Bonding gebondet werden, kann hierdurch das direkte Bonding mit dem Stützkörper aufgrund der Verformung über die gesamte Oberfläche nicht ganzflächig gleichmäßig gestaltet werden. Blasen können in Bereichen entstehen, in denen die Verbindung nicht hergestellt wird. Weiterhin wird festgestellt, dass der Umwandlungswirkungsgrad durch die Wirkung von Eigenspannungen in der Leuchtstoffschicht verschlechtert wird und dadurch die Intensität der Fluoreszenz gesenkt wird.
Die Erfinder versuchten dann, einen reflektierenden Film auf der Leuchtstoffschicht und eine Verzugsunterdrückungsschicht auf dem reflektierenden Film zu bilden, so dass die Verformung der Leuchtstoffschicht vermindert wird und die Leuchtstoffschicht durch direktes Bonding mit dem Stützkörper verbunden wird. Dadurch wird festgestellt, dass die Blasenbildung an der Bondinggrenzfläche zum Stützkörper unterdrückt, die Verschlechterung der Umwandlungseffizienz durch Belastung verhindert und die Intensität der vom Gerät reflektierten Fluoreszenz verbessert werden kann. Die vorliegende Erfindung wurde somit ausgeführt.
Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Leuchtstoffvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Diagramm, das schematisch eine Leuchtstoffvorrichtung 9 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
3(a) zeigt den Zustand, dass auf einer Leuchtstoffschicht 1A ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film 2A gebildet wird, 3(b) zeigt den Zustand nach Abkühlung der Leuchtstoffschicht von 3(a) und 3(c) zeigt den Zustand, dass eine Leuchtstoffschicht 1B mit einem bereitgestellten ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2B an einen Stützkörper 4 gebunden ist.
4(a) zeigt den Zustand, dass auf einer Leuchtstoffschicht 1A ein Metallfilm 5A gebildet wird, 5(b) zeigt den Zustand nach dem Abkühlen der Leuchtstoffschicht von 4(a) und 4(c) zeigt den Zustand, dass eine Leuchtstoffschicht 1C mit einem darauf gebildeten Metallfilm 5B an den Stützkörper 4 gebondet ist.
5(a) zeigt den Zustand, dass auf der Leuchtstoffschicht 1A ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film 2A gebildet wird, 5(b) zeigt den Zustand nach dem Abkühlen der Leuchtstoffschicht von 5(a), 5(c) zeigt den Zustand, dass auf dem ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2 eine Verzugsunterdrückungsschicht 3 vorgesehen ist, und 5(d) zeigt den Zustand, dass eine Verzugsunterdrückungsschicht 4 durch direktes Bonding mit dem Stützkörper 1 gebondet ist.
6(a) zeigt den Zustand, dass auf der Leuchtstoffschicht 1A ein Metallfilm 5A gebildet wird, 6(b) zeigt den Zustand nach dem Abkühlen der Leuchtstoffschicht von 6(a), 6(c) zeigt den Zustand, dass die Verzugsunterdrückungsschicht 3 auf dem Metallfilm 5 vorgesehen ist, und 6(d) zeigt den Zustand, dass die Verzugsunterdrückungsschicht 4 durch direktes Bonding mit dem Stützkörper 1 gebondet ist.
7 ist ein Diagramm, das schematisch eine Vorrichtung 20 nach noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt, in der ein partieller Transmissionsfilm 15 auf der Leuchtstoffschicht 1 vorgesehen ist.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
1 ist ein Diagramm, das schematisch eine Leuchtstoffvorrichtung 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In der Leuchtstoffvorrichtung 10 wird ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film 2 auf einer Hauptoberfläche 1b einer Leuchtstoffschicht 1 bereitgestellt und eine Verzugsunterdrückungsschicht 3 wird auf einer Hauptoberfläche 2b des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2 bereitgestellt. Eine Hauptoberfläche 3b der Verzugsunterdrückungsschicht 3 wird an eine Hauptoberfläche 4a eines Stützkörpers 4 durch direktes Bonding gebondet. 4b stellt eine Bodenfläche des Stützkörpers 4 dar. Außerdem stellt 2a eine Hauptoberfläche des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2 dar, und 3a stellt eine Hauptoberfläche der Verzugsunterdrückungsschicht 3 dar.
Wenn ein Anregungslicht A auf die Hauptoberfläche 1a der Leuchtstoffschicht 1 einfällt, wird ein Teil des Anregungslichts zu Fluoreszenzlicht umgewandelt, das auf den ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2 durch die Hauptoberfläche 2a fällt. Das verbleibende Anregungslicht und die Fluoreszenz werden in den ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2 reflektiert, gelangen durch die Leuchtstoffschicht 1, wiederum, wie ein Pfeil B zeigt und wird von der Hauptoberfläche 1a emittiert.
2 ist ein Diagramm, das schematisch eine Leuchtstoffvorrichtung 9 nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
In der Leuchtstoffvorrichtung 9 wird ein Metallfilm 5 auf einer Hauptoberfläche 1b einer Leuchtstoffschicht 1 bereitgestellt und eine Verzugsunterdrückungsschicht 3 wird auf einer Hauptoberfläche 5b des Metallfilms 5 bereitgestellt. Die Hauptoberfläche 3b der Verzugsunterdrückungsschicht 3 wird an eine Hauptoberfläche 4a eines Stützkörpers 4 durch direktes Bonding gebondet. 4b stellt eine Bodenfläche des Stützkörpers 4 dar. 5a stellt die Hauptoberfläche des Metallfilms 5 dar und 3a stellt die Hauptoberfläche der Verzugsunterdrückungsschicht 3 dar.
Wenn ein Anregungslicht A auf die Hauptoberfläche 1a der Leuchtstoffschicht 1 trifft, wird ein Teil des Anregungslichts A in Fluoreszenz umgewandelt. Das Anregungslicht und Fluoreszenz werden von der Hauptoberfläche 5a des Metallfilms 5 reflektiert, durchlaufen wie Pfeil B erneut die Leuchtstoffschicht 1 und werden von der Hauptoberfläche 1a abgegeben.
Die Wirkung der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden näher beschrieben.
Die Erfinder versuchten, einen ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2A auf einer Leuchtstoffschicht 1A zu bilden und den ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2A mit einem separaten Stützkörper 4 durch direktes Bonding zu bonden, wie beispielsweise in 3 dargestellt. Die Erfinder untersuchten dann die Ursache, dass die Blasen an der Bondingoberfläche 4a des Stützkörpers 4 erzeugt werden und die Intensität der vom Gerät reflektierten Fluoreszenz gesenkt wird. Die folgenden Ergebnisse werden somit erzielt.
Für den Fall, dass der reflektierende Film der ferroelektrische mehrschichtige Film 2A ist, wird der ferroelektrische mehrschichtige Film 2A nur auf der ersten Hauptoberfläche 1b der Leuchtstoffschicht 1 gebildet. Auch wenn das Laminat während des Filmbildungsschrittes (bei hoher Temperatur), wie in 3(a) dargestellt, eben ist, kommt es durch die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leuchtstoffschicht 1B und des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2B nach der Abkühlung, wie in 3(b) dargestellt, zu einer Verformung. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient der Leuchtstoffschicht höher ist als der des ferroelektrischen mehrschichtigen Films, ist der Schrumpfungsgrad der Leuchtstoffschicht 1B typischerweise größer als der des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2B während des Kühlvorgangs. Das Gerät wird dadurch so verzogen, dass der ferroelektrische mehrschichtige Film 2B herausragt.
Dadurch kann es, wie in 3(c) dargestellt, im Fall, dass die Leuchtstoffschicht 1B und die Bondingoberfläche 4a des Stützkörpers 4 durch direktes Bonding gebondet werden, aufgrund des Verziehens schwierig sein, das direkte Bonding über die gesamte Oberfläche des Stützkörpers durchzuführen. Dadurch können die Blasen an der Bondingoberfläche des Stützkörpers entstehen. Für den Fall, dass das direkte Bonding abgeschlossen ist, stellt sich heraus, dass der Umwandlungswirkungsgrad verschlechtert und die Intensität der Fluoreszenz durch die Wirkung der Eigenspannungen in der Leuchtstoffschicht 4 gesenkt wird. Es ist allgemein bekannt, dass das Einfangen durch Gitterfehler den Umwandlungswirkungsgrad senkt. In jüngster Zeit hat sich gezeigt, dass beim Zermahlen des YAG-Einkristalls Defektwerte auf den Oberflächen der Teilchen durch die Verarbeitung erzeugt werden können, wobei der Umwandlungswirkungsgrad gesenkt wird. Es wird daher davon ausgegangen, dass, da die Eigenspannungen in der Leuchtstoffschicht erzeugt werden, durch die Eigenspannungen Mikrorisse entstehen können, wobei der Umwandlungswirkungsgrad gesenkt wird.
Weiterhin wird, falls der reflektierende Film der Metallfilm ist, der Metallfilm 5A nur auf der ersten Hauptoberfläche 1b der Leuchtstoffschicht 1A gebildet, wie in 4(a) dargestellt. Auch wenn das Laminat während des Filmbildungsschrittes (bei hoher Temperatur), wie in 4(a) dargestellt, eben ist, kommt es zu einer Verformung durch die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten der Leuchtstoffschicht 1C und des Metallfilms 5B nach dem Abkühlen, wie in 4(b) dargestellt. Da der Wärmeausdehnungskoeffizient der Leuchtstoffschicht niedriger als der des Metallfilms ist, ist der Schrumpfungsgrad der Leuchtstoffschicht 1C typischerweise kleiner als der des Metallfilms 5B während des Kühlschritts. Die Vorrichtung wird dadurch so verzogen, dass die Oberfläche des Metallfilms 5B vertieft wird.
Dadurch kann es, wie in 4(c) dargestellt, im Falle, dass die Leuchtstoffschicht 1C und die Bondingoberfläche 4a des Stützkörpers 4 durch direktes Bonding gebondet werden, aufgrund der Verformung schwierig sein, das direkte Bonding gleichmäßig über die gesamte Oberfläche des Stützkörpers abzuschließen. Dadurch können die Blasen an der Bondingoberfläche des Stützkörpers entstehen. Für den Fall, dass das direkte Bonding abgeschlossen ist, stellt sich heraus, dass der Umwandlungswirkungsgrad verschlechtert und die Intensität der Fluoreszenz durch die Wirkung der Eigenspannungen in der Leuchtstoffschicht 4 gesenkt wird.
Die Erfinder versuchten dann, den reflektierenden Film auf der Leuchtstoffschicht und die Verzugsunterdrückungsschicht auf der reflektierenden Folie so zu bilden, dass die Verformung der Leuchtstoffschicht vermindert wird und die Leuchtstoffschicht durch direktes Bonding mit dem Stützkörper gebondet wird. Im Ergebnis wird festgestellt, dass das Bonding zur Bondingoberfläche des Stützkörpers gleichmäßig gebildet wird, die Blasenbildung unterdrückt werden kann, die Verschlechterung des spannungsbedingten Umwandlungswirkungsgrades verhindert werden kann und die vom Gerät reflektierte Intensität der Fluoreszenz verbessert wird.
Das heißt, für den Fall, dass der reflektierende Film der ferroelektrische mehrschichtige Film ist, wie vorstehend beschrieben, trat nach dem Abkühlungsschritt die Verformung durch die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Leuchtstoffschicht 1B und ferroelektrischem mehrschichtigem Film 2B auf, wie in 5(b) dargestellt. Da die Verzugsunterdrückungsschicht 3 auf der Hauptoberfläche 2b des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2B gebildet wird, wird dann gemäß der vorliegenden Erfindung das Verziehen des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2 und der Leuchtstoffschicht 1 wie in 5(c) dargestellt so unterdrückt, dass die Ebenheit der Hauptoberfläche 3b der Verzugsunterdrückungsschicht 3 verbessert wird. Da in diesem Zustand die Verzugsunterdrückungsschicht 3 durch direktes Bonding, wie in 5(d) dargestellt, mit dem Stützkörper 4 gebondet ist, stellt sich heraus, dass die Blasen an der Bondingoberfläche des Stützkörpers unterdrückt werden können und die Intensität der vom Gerät reflektierten Fluoreszenz, wie vorstehend beschrieben, verbessert wird.
Wenn der reflektierende Film der Metallfilm ist, wie vorstehend beschrieben, trat weiterhin nach dem Abkühlungsschritt die Verformung durch die Differenz der Wärmeausdehnungskoeffizienten von Leuchtstoffschicht 1C und Metallfilm 5B auf, wie in 6(b) dargestellt. Da die Verzugsunterdrückungsschicht 3 auf der Hauptoberfläche 5b des Metallfilms 5B gebildet wird, wird dann gemäß der vorliegenden Erfindung die Verformung des Metallfilms 5 und der Leuchtstoffschicht 1 wie in 5(c) dargestellt so unterdrückt, dass die Ebenheit der Hauptoberfläche 3b der Verzugsunterdrückungsschicht 3 verbessert wird. Da in diesem Zustand die Verzugsunterdrückungsschicht 3 durch direktes Bonding mit dem Stützkörper 4 gebondet ist, wie in 5(d) dargestellt, stellt sich heraus, dass die Blasen an der Bondingoberfläche des Stützkörpers unterdrückt werden können und die Intensität der vom Gerät reflektierten Fluoreszenz verbessert wird.
Je nach bevorzugter Ausführungsform wird ein partieller Transmissionsfilm bereitgestellt, der einen Teil des Anregungslichts auf der Leuchtstoffschicht auf der gegenüberliegenden Seite des reflektierenden Films überträgt. Durch die Bereitstellung des Transmissionsfilms wird das Anregungslicht somit nach dem Durchlaufen des partiellen Transmissionsfilms in die Leuchtstoffschicht eingebracht.
Das heißt gemäß der in 7 gezeigten Vorrichtung 20 wird der ferroelektrische mehrschichtige Film 2 oder Metallfilm 5 auf der Hauptoberfläche 1b der Leuchtstoffschicht 1 bereitgestellt und die Verzugsunterdrückungsschicht 3 wird auf der Hauptoberfläche 2b (5b) des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 2 (Metallfilm 5) bereitgestellt. Ein partieller Transmissionsfilm 15 wird auf der Hauptoberfläche 1a der Leuchtstoffschicht 1 auf der gegenüberliegenden Seite zu dem ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2 bereitgestellt. Die Hauptoberfläche 3b der Verzugsunterdrückungsschicht 3 ist an die Hauptoberfläche 4a des Stützkörpers 4 durch direktes Bonding gebondet.
Das Anregungslicht A fällt auf die Hauptoberfläche 15a des partiellen Transmissionsfilms 15. Ein Teil des Anregungslichts wird am partiellen Transmissionsfilm reflektiert und der restliche Teil des Lichts fällt auf die Hauptoberfläche 1a der Leuchtstoffschicht 1. Das Anregungslicht A, das in die Leuchtstoffschicht 1 einfällt, wird vom ferroelektrischen mehrschichtigen Film 2 (Metallfilm 5) wie Pfeil C und dann an der Hauptoberfläche 15b des partiellen Transmissionsfilms 15 wie Pfeil D reflektiert. Das Anregungslicht A breitet sich in der Leuchtstoffschicht 1 aus und wird allmählich in Fluoreszenz umgewandelt, während es wiederholt Mehrfachreflexionen wie Pfeile C und D ausgesetzt ist. Die restlichen Anregungslicht und Fluoreszenzlicht durchlaufen die Leuchtstoffschicht 1 wieder wie Pfeil B, der von der Hauptoberfläche 1a der Leuchtstoffschicht emittiert wird, durch den partiellen Transmissionsfilm 15 durchgelassen und wie Pfeil B an die Außenseite des Gerätes abgegeben wird.
Der partielle Transmissionsfilm ist ein Film, durch den ein Teil des Anregungslichts durchgelassen wird und bei dem der verbleibende Teil des Anregungslichts reflektiert wird. Zwischen der einfallenden Oberfläche des Anregungslichts und der gegenüberliegenden Oberfläche der Leuchtstoffschicht tritt Mehrfachreflexion auf. Dadurch kann auch bei einer ebenen Verteilung des Umwandlungswirkungsgrades durch die Gleichmäßigkeit des die Leuchtstoffschicht bildenden Leuchtstoffes die ebene Leuchtdichteverteilung des Lichtstroms der Fluoreszenz insgesamt einheitlich gestaltet werden, so dass weißes Licht ohne Farbverteilung beleuchtungsgerecht erhalten werden kann.
Weiterhin kann der reflektierende Film auf der ersten Hauptoberfläche bereitgestellt werden und der partielle Transmissionsfilm kann auf der zweiten Hauptoberfläche der Leuchtstoffschicht bereitgestellt werden, so dass beide Belastungen teilweise aufgehoben und die Verformung der Leuchtstoffschicht vermindert werden kann. Die Verzugsunterdrückungsschicht wird so weiter geformt, dass eine einheitliche direkte Bondinggrenzfläche erreicht werden kann.
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend ausführlich beschrieben.
Obwohl der Leuchtstoff, der die Leuchtstoffschicht bildet, nicht begrenzt ist, solange er das Anregungslicht in die Fluoreszenz umwandeln kann, kann der Leuchtstoff ein Leuchtstoffglas, ein Leuchtstoffeinkristall oder ein Leuchtstoffpolykristall sein.
Das Leuchtstoffglas wird durch Diffusion von Seltenerdmetallen in einem als Basis dienenden Glas hergestellt.
Als das als Basis dienende Glas kann ein Oxidglas aufgeführt werden, das Siliziumdioxid, Boroxid, Calciumoxid, Lanthanoxid, Bariumoxid, Zinkoxid, Phosphoroxid, Aluminiumfluorid, Magnesiumfluorid, Calciumfluorid, Strontiumfluorid oder Bariumchlorid enthält.
Obwohl die im Leuchtstoffglas diffundierten Seltenerdmetalle vorzugsweise Tb, Eu, Ce und Nd sind, können die Seltenerdmetallionen La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd oder Lu sein.
Als Leuchtstoffeinkristall sind Y₃Al₅O₁₂, Ba₅Si₁₁Al₇N₂₅, und Tb₃Al₅O₁₂ bevorzugt. Ein Teil der Y (Yttrium)-Stellen von Y₃Al₅O₁₂ kann durch Lu ersetzt werden. Weiterhin kann ein im Leuchtstoffeinkristall dotierter Dotierstoff vorzugsweise ein Seltenerdion und bevorzugter Tb, Eu, Ce oder Nd sein, obwohl der Dotierstoff La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd oder Lu beinhaltet.
Als polykristalliner Leuchtstoff sind die Serien TAG (Terbium-Aluminium-Granat), Sialon-Serien, BOS (Barium-Orthosilikat)-Serien und YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) aufgeführt. Ein Teil der Y (Yttrium) Stellen der YAG kann durch Lu ersetzt werden. Ein in den polykristallinen Leuchtstoff dotiertes Dotierungsmittel kann vorzugsweise ein Seltenerdion sein und vorzugsweise Tb, Eu, Ce oder Nd sein, obwohl das Dotierungsmittel La, Pr, Sc, Sm, Er, Tm, Dy, Gd oder Lu beinhaltet.
Die Dicke der Leuchtstoffschicht kann vorzugsweise 30µm oder größer und bevorzugter 50µm oder größer sein, um das Anregungslicht mit einem ausreichend hohen Wirkungsgrad in die Fluoreszenz umzuwandeln. Weiterhin wird bei zu großer Dicke der Leuchtstoffschicht das Anregungslicht oder Fluoreszenz an der Seitenfläche des Substrats gestreut oder emittiert, was zur Dämpfung führt. Die Dicke der Leuchtstoffschicht kann daher vorzugsweise 300µm oder kleiner und bevorzugter 250µm oder kleiner sein.
Die Dicke der Leuchtstoffschicht bedeutet eine Dimension der Leuchtstoffschicht in einer Richtung senkrecht zur Bondingoberfläche des Stützkörpers.
Der reflektierende Film auf der Leuchtstoffschicht ist nicht besonders begrenzt, solange er Fluoreszenz durch die Leuchtstoffschicht reflektieren kann. Es ist nicht notwendig, dass der reflektierende Film das Anregungslicht durch Totalreflexion reflektiert und der reflektierende Film kann einen Teil des Anregungslichts übertragen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der reflektierende Film ein Metallfilm oder ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film.
Für den Fall, dass der reflektierende Film der Metallfilm ist, ist es möglich, in einem weiten Wellenlängenbereich zu reflektieren, die Abhängigkeit vom Einfallswinkel zu vermindern und die Beständigkeiten gegen Temperatur und Wetter zu verbessern. Weiterhin ist es möglich, für den Fall, dass der reflektierende Film der ferroelektrische mehrschichtige Film ist, die Absorption zu vermeiden und 100 Prozent des einfallenden Lichts zu reflektieren, um das reflektierte Licht verlustfrei zu erhalten.
Das Reflexionsvermögen des Anregungslichts durch den reflektierenden Film beträgt 90 Prozent oder mehr und kann vorzugsweise 95 Prozent oder mehr betragen. Das Anregungslicht kann einer Totalreflexion unterzogen werden.
Der ferroelektrische mehrschichtige Film wird durch abwechselndes Laminieren eines Materials mit niedrigem Brechungsindex und eines Materials mit hohem Brechungsindex gebildet. Das Material mit hohem Brechungsindex beinhaltet TiO₂, Ta₂O₅, Ta₂O₃, ZnO, Si₃N₄ und Nb₂O₅. Weiterhin beinhaltet das Material mit niedrigem Brechungsindex SiO₂, MgF₂ und CaF₂.
Die Anzahl der Schichten und die Gesamtdicke des ferroelektrischen mehrschichtigen Films wird entsprechend der Wellenlänge der zu reflektierenden Fluoreszenz ausgewählt.
Darüber hinaus kann das Material des Metallfilms vorzugsweise wie folgt sein.

(i) Ein einschichtiger Film aus Al, Ag, Au usw.
(ii) Ein mehrschichtiger Film aus Al, Ag, Au usw.

Zur Anhaftung des reflektierenden Films und Leuchtstoffsubstrats, zur Verhinderung der Trennung und zur Verhinderung der lonenwanderung kann zwischen Metallfilm und Leuchtstoffschicht eine Pufferschicht aus Cr, Ni, Ti, Pt oder dergleichen vorgesehen werden.
Obwohl die Dicke des Metallfilms nicht besonders begrenzt ist, solange sie die Fluoreszenz reflektieren kann, kann die Dicke des Metallfilms vorzugsweise 0,05µm oder größer und vorzugsweise 0,1µm oder größer sein.
Das Verfahren zur Herstellung des ferroelektrischen mehrschichtigen Films, des Metallfilms und der Verzugsunterdrückungsschicht ist nicht besonders begrenzt und beinhaltet das Dampfabscheideverfahren, das Sputterverfahren und das CVD-Verfahren. Im Fall der Dampfabscheidung kann zur Durchführung der Filmbildung lonenhilfe zugegeben werden.
Das Material des Stützkörpers kann vorzugsweise ein Material mit großer Wärmeleitfähigkeit sein, und durch das eine hohe Oberflächenebenheit leicht realisiert werden kann. Diesbezüglich kann das Material des Stützkörpers vorzugsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, Silizium oder Saphir sein.
Der partielle Transmissionsfilm ist ein Film, der einen Teil des Anregungslichts reflektiert und den restlichen Teil des Lichts durchlässt. Insbesondere kann das Reflexionsvermögen des partiellen Transmissionsfilms zum Anregungslicht vorzugsweise 9 Prozent oder höher und bevorzugter 50 Prozent oder höher betragen.
Das Material des partiellen Transmissionsfilms beinhaltet den Metallfilm oder ferroelektrischen mehrschichtigen Film für den reflektierenden Film wie vorstehend beschrieben. Weiterhin kann für die Transmission eines Teils des Anregungslichts die Dicke des Metallfilms vorzugsweise kleiner und besonders bevorzugt 0,1µm oder kleiner gehalten werden. Weiterhin kann die Anzahl der Schichten des ferroelektrischen mehrschichtigen Films vorzugsweise kleiner und besonders bevorzugt 10 oder kleiner gehalten werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials des Stützkörpers zur Unterdrückung der Absenkung des Umwandlungswirkungsgrades durch die Verformung nach dem Bonding mit dem Leuchtstoff vorzugsweise 50 bis 150 betragen, sofern 100 dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Leuchtstoffschicht zugeordnet ist. Aus der Sicht kann das Material des Stützkörpers vorzugsweise Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid oder Saphir sein.
Hinsichtlich der Wärmeabfuhr kann die Dicke des Stützkörpers vorzugsweise 200µm oder größer sein. Weiterhin kann die Dicke des Stützkörpers hinsichtlich der Größenverminderung des Gerätes vorzugsweise 1000µm oder kleiner sein.
Als Material der auf dem reflektierenden Film vorgesehenen Verzugsunterdrückungsschicht wird ein Material zur Unterdrückung der Verformung ausgewählt, nachdem der reflektierende Film auf der Leuchtstoffschicht gebildet wurde.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der reflektierende Film der ferroelektrische mehrschichtige Film und der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Verzugsunterdrückungsschicht ist größer als der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient unter den Matarialien, die den ferroelektrischen mehrschichtigen Film bilden, am größten ist.
In diesem Fall kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verzugsunterdrückungsschicht vorzugsweise 150 bis 600 und bevorzugter 250 bis 500 betragen, vorausgesetzt, dass 100 dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials mit dem maximalen Wärmeausdehnungskoeffizienten unter den Materialien, die den ferroelektrischen mehrschichtigen Film bilden, zugeordnet wird.
Weiterhin ist der reflektierende Film gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Metallfilm und der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verzugsunterdrückungsschicht ist kleiner als der des den Metallfilm bildenden Materials.
In diesem Fall kann, vorausgesetzt, dass 100 dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials des Metallfilms zugeordnet ist, der Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials der Verzugsunterdrückungsschicht vorzugsweise 25 bis 70 und bevorzugter 30 bis 50 betragen.
Der in der Beschreibung genannte Wärmeausdehnungskoeffizient ist definiert als ein linearer Wärmeausdehnungskoeffizient in Richtung der Ebene der Substratoberfläche bei 25°C.
Weiterhin kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verzugsunterdrückungsschicht kleiner als der Wärmeausdehnungskoeffizient der Leuchtstoffschicht gehalten werden, so dass der Effekt der Unterdrückung der Verformung noch deutlicher gehalten werden kann.
Weiterhin ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verzugsunterdrückungsschicht zwischen dem Wärmeausdehnungskoeffizient der Leuchtstoffschicht und dem Wärmeausdehnungskoeffizient des reflektierenden Films.
Weiterhin beträgt der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verzugsunterdrückungsschicht gemäß einer bevorzugten Ausführungsform, sofern 100 dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Leuchtstoffschicht zugeordnet ist, 50 bis 150. So ist es möglich, das Verziehen der Leuchtstoffschicht leicht zu unterdrücken. Unter der Voraussetzung, dass 100 dem Wärmeausdehnungskoeffizienten des Materials der Leuchtstoffschicht zugeordnet ist, kann der Wärmeausdehnungskoeffizient der Verzugsunterdrückungsschicht vorzugsweise 75 bis 125 betragen.

Die Wärmeausdehnungskoeffizienten der bevorzugten Materialien sind nachfolgend dargestellt. Tabelle 1

	Material	Wärmeausdehnungskoeffizient ×10^-6/K
Leuchtstoffschicht	YAG	8
Reflektierender Film (Metall)	Al	23,2
	Ag	19,0
	Au	14,2
Reflektierender Film (ferroelektrischer mehrschichtiger Film)	TiO2	2,1
	SiO2	0,7
Verzugsunterdrückungsschicht	Al2O3	7,2
	SiC	4,4
	Zr20	10,5
	AIN	4,6
	Nb	7,0
	Ta	6,3
	Mo	5,3
	W	4,5

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Stützkörper mit der Verzugsunterdrückungsschicht durch direktes Bonding gebondet.
Obwohl das direkte Bonding im Allgemeinen in Metall/kovalent-Bonding und Diffusions-Bonding unterteilt ist, zielt es auf das Metall/kovalent-Bonding ab, bei dem eine Oberflächenaktivierungsbehandlung im Hochvakuum durchgeführt wird. Weiterhin wird gemäß der vorliegenden Erfindung im Hinblick auf die Verhinderung einer Kontamination von Atomen, die sich von Atomen unterscheiden, die die kaschierte Schicht und einen Stützkörper bilden, in die Bondinggrenzfläche, das Oberflächenaktivierungs-Bonding bevorzugt.
Das Oberflächenaktivierungs-Bonding wird nachstehend beschrieben. Argon-Ionen werden auf ein Substrat mit hoher Ebenheit eingestrahlt, um Verunreinigungsatome an der Oberfläche zu entfernen, um baumelnde bzw. freie Bindungen zu hinterlassen. Der Zustand ist der gut aktivierte Oberflächenzustand, so dass es möglich ist, mit einem zu bondenden Gegenstand bei Umgebungstemperatur zu bonden. Dabei können verschiedene Arten von Materialien miteinander gebondet werden. Weiterhin kann eine amorphe Schicht entlang der Bondingfläche verbleiben.
Weiterhin bedeutet das Atomdiffusionsbonden, dass auf dem Stützkörper ein Metallfilm, wie z.B. Ti, gebildet wird und dass dann das Bonding durchgeführt wird. Als Oberflächenaktivierungs-Bonding ist es möglich, das Bonding bei einer niedrigen Temperatur von der Umgebungstemperatur und nicht höher als 400°C durchzuführen. Allerdings bleibt kristallisiertes Metalloxid zurück und es entsteht keine amorphe Schicht. Somit kann die Wärmeausdehnung an der Bondinggrenzfläche zu einer problematischen thermischen Belastung führen.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird das Verfahren zur Bestrahlung von Argonionen so modifiziert, dass es möglich ist, die Kontamination eines eine Vakuumkammer bildenden Metallmaterials in der Grenzfläche zu verhindern und die Kontamination anderer Atome als derjenigen, die die Verzugsunterdrückungsschicht und den Stützkörper bilden, in die amorphe Schicht zu verhindern. Die Wirkung der Entspannung der Belastung kann so verbessert werden.
Weiterhin wird der Zeitraum der Bestrahlung der Argonionen so gesteuert, dass es möglich ist, die Dicke der amorphen Schicht zu steuern.
Als Lichtquelle ist ein Halbleiterlaser aus einem GaN-Material mit hoher Zuverlässigkeit zur Anregung des Leuchtstoffs zur Beleuchtung vorzuziehen. Darüber hinaus kann eine Lichtquelle, wie beispielsweise eine in eindimensionaler Form angeordnete Laseranordnung, realisiert werden. Die Lichtquelle kann eine Superlumineszenzdiode oder ein optischer Halbleiterverstärker (SOA) sein. Eine LED kann weiter verwendet werden, oder Anregungslicht von einer Lichtquelle kann über eine Glasfaser auf die Leuchtstoffvorrichtung einfallen.
Ein Verfahren zur Erzeugung des weißen Lichts aus dem Halbleiterlaser und dem Leuchtstoff ist zwar nicht besonders begrenzt, aber die folgenden Verfahren sind denkbar.
Verfahren zur Erzeugung eines gelben Fluoreszenzstrahls durch blauen Laser und Leuchtstoff, wodurch weißes Licht gewonnen wird.
Verfahren zum Erzeugen von roten und grünen Fluoreszenzstrahlen durch blauen Laser und Leuchtstoff, wodurch weißes Licht gewonnen wird.
Verfahren zum Erzeugen von roten, blauen und grünen Fluoreszenzstrahlen aus blauem Laser oder ultraviolettem Laser durch Leuchtstoff, wodurch weißes Licht gewonnen wird.
Verfahren zum Erzeugen blauer und gelber Fluoreszenzstrahlen aus blauem Laser oder ultraviolettem Laser durch Leuchtstoff, wodurch weißes Licht gewonnen wird.
Darüber hinaus können die jeweiligen Endflächen des Leuchtquellenelements und der Leuchtstoffvorrichtung schräg geschnitten werden, um eine Reflexion der Endfläche zu unterdrücken. Das Bonding zwischen der Leuchtstoffvorrichtung und dem Stützkörper kann eine Haftfixierung oder eine direktes Bonding sein. Das Leuchtstoffelement kann auf dem Stützkörper durch ein Filmbildungsverfahren, wie Sputtern und CVD, gebildet werden.
BEISPIELE
(Beispiel 1: Fall, dass reflektierender Film ein mehrschichtiger Film ist)
Es wurde eine Leuchtstoffvorrichtung 10 gemäß 1 durch Verfahren wie in 5 gezeigt hergestellt.
Insbesondere wurde auf einer Leuchtstoffschicht 1A aus monokristallinem Ce-dotiertem YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) durch ein ionengestütztes Dampfabscheidesystem ein ferroelektrischer mehrschichtiger Film 2B gebildet. Der ferroelektrische mehrschichtige Film 2B besteht aus Schichten mit niedrigem Brechungsindex und Schichten mit hohem Brechungsindex, die abwechselnd laminiert sind. Die Schichten mit niedrigem Brechungsindex bestehen aus SiO₂, die mit hohem Brechungsindex aus TiO₂ und eine Gesamtzahl der Schichten mit niedrigem und hohem Brechungsindex beträgt 69. Weiterhin beträgt die Gesamtdicke der Schichten mit niedrigem Brechungsindex 3,3µm, die Gesamtdicke der Schichten mit hohem Brechungsindex 1,8µm und die Gesamtdicke des ferroelektrischen mehrschichtigen Films 5µm. Gemäß diesem ferroelektrischen mehrschichtigen Film, für den Fall, dass der Einfallswinkel des Anregungslichts 45° beträgt, war das Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge von 450nm höher als 99,5 Prozent und das Reflexionsvermögen bei einer Wellenlänge von 580nm 98 Prozent.
Im vorstehenden Fall sind die Wärmeausdehnungskoeffizienten von SiO₂ und TiO₂, die den ferroelektrischen mehrschichtigen Film bilden, 0,7 × 10^-6/K und 2,1×10^-6/K, was niedriger als der Wärmeausdehnungskoeffizient der monokristallinen YAG Leuchtstoffschicht von 8×10^-6/K ist. Auf die Leuchtstoffschicht wurde daher nach der Dampfabscheidung eine Druckspannung aufgebracht, so dass die Verformung größer als 100µm in der Leuchtstoffvorrichtung von φ 3 Inch erzeugt wurde.
Es wurde dann die Verzugsunterdrückungsschicht 3 aus Al₂O₃ durch Sputtern gebildet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Al₂O₃ ist höher als der von TiO₂, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient in den beiden Arten des ferroelektrischen Materials, das den ferroelektrischen mehrschichtigen Film bildet, höher ist. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Al₂O₃ betrug 7,2 × 10^-6/K und die Dicke wurde bei 2µm gehalten. Infolgedessen wurde die Verformung der Leuchtstoffschicht auf 10µm oder weniger vermindert.
Der Stützkörper aus Saphir und die Verzugsunterdrückungsschicht auf der Leuchtstoffschicht wurden dann durch direktes Bonding (Oberflächenaktivierungsverfahren) bei Umgebungstemperatur gebondet. Durch die Beobachtung der Bondinggrenzfläche mit einem Mikroskop waren an der Bondinggrenzfläche des direkten Bondings keine Blasen vorhanden. Anschließend wurde die so gebondete Leuchtstoffschicht einer optischen Politur mit einer Dicke von 100µm unterzogen. Die Abweichung der Dicke der Leuchtstoffschicht wurde innerhalb von ±0,25µm nachgewiesen.
Abschließend wurde der gebondete Körper mit einem Würfelsystem auf eine Größe von 5×5mm geschnitten, um die Reflexionsart der Leuchtstoffvorrichtungen zu erzeugen. Auf die so erhaltene Leuchtstoffvorrichtung wurde ein blauer Halbleiterlaser von 30mW in einer um 45° gegenüber dem Leuchtstoff geneigten Richtung projiziert. Die interne Quanteneffizienz lag zu diesem Zeitpunkt bei mehr als 90 Prozent. Weiterhin wurde keine Abweichung der Farbtöne beobachtet.
(Vergleichsbeispiel 1: Fall, dass reflektierender Film ferroelektrischer mehrschichtiger Film ist)
Es wurde die Leuchtstoffvorrichtung nach dem in 3 gezeigten Verfahren hergestellt.
Wie im Beispiel 1 wurde der ferroelektrische mehrschichtige Film 2B auf der Leuchtstoffschicht aus monokristallinem Ce-dotiertem YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) durch ein ionengestütztes Dampfabscheidesystem gebildet. Auf die Leuchtstoffschicht wurde daher nach der Dampfabscheidung eine Druckspannung aufgebracht, so dass eine Verformung größer als 100µm in der Leuchtstoffschicht von φ 3 Inch erzeugt wurde.
Der Stützkörper 4 aus Saphir und die Verzugsunterdrückungsschicht 2B wurden dann durch direktes Bonding (Oberflächenaktivierungsverfahren) bei Umgebungstemperatur gebondet. Im Ergebnis der Beobachtung der Bondinggrenzfläche mit einem Mikroskop wurden viele Blasen an der Bondinggrenzfläche des direkten Bondings beobachtet.
Anschließend wurde die so gebondete Leuchtstoffschicht einer optischen Politur mit einer Dicke von 100µm unterzogen. Die Abweichung der Dicke der Leuchtstoffschicht wurde mit ±5µm nachgewiesen.
Abschließend wurde der gebondete Körper mit einem Würfelsystem auf eine Größe von 5x5mm geschnitten, um die Reflexionsart der Leuchtstoffvorrichtungen zu erzeugen. Auf die so erhaltene Leuchtstoffvorrichtung wurde ein blauer Halbleiterlaser von 30mW in einer um 45° gegenüber der Leuchtstoffschicht geneigten Richtung projiziert. Die interne Quanteneffizienz lag zu diesem Zeitpunkt bei mehr als 80 Prozent. Es wurde weiterhin eine Abweichung der Farbtöne beobachtet.
(Beispiel 2: Fall, dass reflektierender Film ein Metallfilm ist)
Es wurde eine Leuchtstoffvorrichtung 9, gezeigt in 2, durch Verfahren wie in 6 gezeigt hergestellt.
Insbesondere wurde auf einer Leuchtstoffschicht aus monokristallinem Ce-dotiertem YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) durch ein Sputtersystem in einer Dicke von 2µm ein Metallfilm (Aluminiumfilm) 5B gebildet. Der Aluminiumfilm weist ein Reflexionsvermögen von 91 Prozent bei einer Wellenlänge von 450nm und von 91 Prozent bei einer Wellenlänge von 580nm auf. Im vorstehenden Fall waren die Wärmeausdehnungskoeffizienten der monokristallinen YAG Leuchtstoffschicht und des Aluminiumfilms 8×10^-6/K bzw. 23,2×10^-6/K. Auf die Substratvorrichtung wurde daher nach dem Sputtern eine Druckspannung aufgebracht, so dass eine Verformung größer als 100µm in der Leuchtstoffschicht von φ 3 Inch erzeugt wurde.
Es wurde dann die Verzugsunterdrückungsschicht 3 aus Al₂O₃ durch Sputtern gebildet. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Al₂O₃ ist niedriger als der des Aluminiumfilms. Der Wärmeausdehnungskoeffizient von Al₂O₃ betrug 7,2×10^-6/K und die Dicke wurde bei 2µm gehalten. Infolgedessen wurde die Verformung der Leuchtstoffschicht auf 10µm oder weniger vermindert.
Der Stützkörper 4 aus Saphir und die Verzugsunterdrückungsschicht 3 wurden dann durch direktes Bonding (Oberflächenaktivierungsverfahren) bei Umgebungstemperatur gebondet. Durch die Beobachtung der Bondinggrenzfläche mit einem Mikroskop waren an der Bondinggrenzfläche des direkten Bondings keine Blasen vorhanden. Anschließend wurde die so gebondete Leuchtstoffschicht einer optischen Politur zu einer Dicke von 100µm unterzogen. Die Abweichung der Dicke der Leuchtstoffschicht wurde innerhalb von ±0,25µm nachgewiesen.
Abschließend wurde der gebondete Körper mit einem Dicing-System auf eine Größe von 5×5mm geschnitten, um die Reflexionsart der Leuchtstoffvorrichtungen zu erzeugen. Auf die so erhaltene Leuchtstoffvorrichtung wurde ein blauer Halbleiterlaser von 30mW in einer um 45° gegenüber der Leuchtstoffschicht geneigten Richtung projiziert. Die interne Quanteneffizienz lag zu diesem Zeitpunkt bei mehr als 90 Prozent. Weiterhin wurde keine Abweichung der Farbtöne beobachtet.
(Vergleichsbeispiel 2: Fall, dass reflektierender Film Metallfilm ist)
Es wurde die Leuchtstoffvorrichtung gemäß den in 4 gezeigten Verfahren hergestellt.
Wie im Beispiel 2 wurde der Metallfilm auf der Leuchtstoffschicht aus monokristallinem Ce-dotiertem YAG (Yttrium-Aluminium-Granat) durch ein ionengestütztes Dampfabscheidungssystem gebildet. Auf die Leuchtstoffschicht wurde daher nach der Dampfabscheidung eine Druckspannung aufgebracht, so dass eine Verformung größer als 100µm im Leuchtstoffsubstrat von φ 3 Inch erzeugt wurde.
Der Körper aus Saphir und das Leuchtstoffsubstrat wurden dann durch direktes Bonding (Oberflächenaktivierungsverfahren) bei Umgebungstemperatur gebondet. Im Ergebnis der Beobachtung der Bondinggrenzfläche mit einem Mikroskop wurden viele Blasen an der Bondinggrenzfläche des direkten Bondings beobachtet. Anschließend wurde die so gebondete Leuchtstoffschicht einer optischen Politur mit einer Dicke von 100µm unterzogen. Die Abweichung der Dicke der Leuchtstoffschicht wurde mit ±5µm nachgewiesen.
Abschließend wurde der gebondete Körper mit einem Dicing-System auf eine Größe von 5×5mm geschnitten, um die Reflexionsart der Leuchtstoffvorrichtungen zu erzeugen. Auf die so erhaltene Leuchtstoffvorrichtung wurde ein blauer Halbleiterlaser von 30mW in einer um 45° gegenüber der Leuchtstoffschicht geneigten Richtung projiziert. Die interne Quanteneffizienz lag zu diesem Zeitpunkt bei mehr als 80 Prozent. Es wurde weiterhin eine Abweichung der Farbtöne beobachtet.
(Beispiel 3: Fall, dass reflektierender Film ferroelektrischer mehrschichtiger Film ist und dass ein partieller Transmissionsfilm auf der gegenüberliegenden Seite des reflektierenden Films vorhanden ist)
Es wurde eine Leuchtstoffvorrichtung 20, gezeigt in 7, durch Verfahren wie im Beispiel 1 hergestellt.
Allerdings wurde die Dicke der Leuchtstoffschicht 1 auf 50µm und die Abweichung der Dicke der Leuchtstoffschicht 1 auf ±0,25nm festgelegt. Auf einer polierten Hauptoberfläche 1a der Leuchtstoffschicht wurde ein partieller Transmissionsfilm 15 gebildet. Der partielle Transmissionsfilm wurde aus einem ferroelektrischen mehrschichtigen Film gebildet. Insbesondere werden die Schichten mit niedrigem Brechungsindex aus SiO₂, die Schichten mit hohem Brechungsindex aus TiO₂ hergestellt und die Gesamtzahl der Schichten mit niedrigem und hohem Brechungsindex war 5. Gemäß diesem ferroelektrischen mehrschichtigen Film war das Reflexionsvermögen in einem Wellenlängenbereich von 430nm bis 470nm 20 Prozent oder höher und das Reflexionsvermögen betrug 40 Prozent, wenn die Wellenlänge 450nm betrug.
Schließlich wurde der gebondete Körper durch ein Dicing-System auf eine Größe von 5×5mm geschnitten, um die Reflexionsart der Leuchtstoffvorrichtungen zu erzeugen. Auf die so erhaltene Leuchtstoffvorrichtung wurde ein blauer Halbleiterlaser von 30mW in einer um 45° gegenüber der Leuchtstoffschicht geneigten Richtung projiziert. Die interne Quanteneffizienz lag zu diesem Zeitpunkt bei mehr als 90 Prozent. Weiterhin wurde keine Abweichung der Farbtöne beobachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5620562 B [0007]
JP 5530165 B [0007]
JP 2012129135 A [0007]
JP 2013120713 A [0007]
WO 2015/045976 A1 [0007]
WO 2016/167071 A1 [0007]

Claims

Leuchtstoffvorrichtung, umfassend: eine Leuchtstoffschicht; einen auf der Leuchtstoffschicht bereitgestellten reflektierenden Film; eine auf dem reflektierenden Film bereitgestellte Verzugsunterdrückungsschicht; und einen an die Verzugsunterdrückungsschicht durch direktes Bonding gebondeten Stützkörper, wobei ein auf die Leuchtstoffschicht einfallendes Anregungslicht zu einer Fluoreszenz umgewandelt wird und wobei die Fluoreszenz und das Anregungslicht durch den reflektierenden Film reflektiert und von der Leuchtstoffschicht ausgesendet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Film einen ferroelektrischen mehrschichtigen Film umfasst, und wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials der Verzugsunterdrückungsschicht größer ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient, der der größte unter den Wärmeausdehnungskoeffizienten von Materialien ist, die den ferroelektrischen mehrschichtigen Film bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der reflektierende Film einen Metallfilm umfasst, und wobei ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials der Verzugsunterdrückungsschicht kleiner ist als ein Wärmeausdehnungskoeffizient eines Materials des Metallfilms.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Leuchtstoffschicht ein Leuchtstoffglas oder einen Leuchtstoffeinkristall umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter umfassend einen partiellen Transmissionsfilm, der das Anregungslicht teilweise durchlässt und auf der Leuchtstoffschicht auf einer dem reflektierenden Film gegenüberliegenden Seite vorgesehen ist, wobei das Anregungslicht in die Leuchtstoffschicht einfällt, nachdem das Anregungslicht den partiellen Transmissionsfilm durchlaufen hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Verzugsunterdrückungsschicht einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 50 bis 150 aufweist, vorausgesetzt, dass 100 einem Wärmeausdehnungskoeffizienten eines Materials der Leuchtstoffschicht zugeordnet ist.
Beleuchtungsvorrichtung, umfassend eine Lichtquelle, die ein Anregungslicht oszilliert und eine Leuchtstoffvorrichtung, wobei die Leuchtstoffvorrichtung die Leuchtstoffvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 umfasst.