DE112018001029B4 - Wellenlängenumwandlungselement - Google Patents

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Abstract

Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B), umfassend:ein Substrat (10);einen Wellenlängenwandler (30, 30B), der Leuchtstoffteilchen (40), die durch Anregungslicht angeregt werden, und eine Bindemittelschicht (50, 50B), welche die angrenzenden Leuchtstoffteilchen (40) miteinander fixiert oder verbindet, umfasst, wobei der Wellenlängenwandler (30, 30B) auf einer vorderen Oberflächenseite des Substrats (10) bereitgestellt ist; undeinen lichtreflektierenden Film (20), der Fluoreszenzlicht reflektiert, das durch die Leuchtstoffteilchen (40) abgestrahlt wird, wobei der lichtreflektierende Film (20) auf mindestens einem Teil einer Grenzfläche zwischen dem Substrat (10) unddem Wellenlängenwandler (30, 30B) bereitgestellt ist,wobei der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen (40) größer ist als der Brechungsindex der Bindemittelschicht (50, 50B),wobei die Bindemittelschicht (50, 50B) aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, der Nanoteilchen (51) und eine Fixierunterstützungssubstanz (55) umfasst, welche die Nanoteilchen (51) bedeckt und eine Mehrzahl der Nanoteilchen (51) bindet, während sie jeden Spalt zwischen den angrenzenden Nanoteilchen (51) durchdringt,die Fixierunterstützungssubstanz (55) Nanospalte (58) umfasst, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, undbei dem die Bindemittelschicht (50, 50B) Nanoteilchen (51) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 nm oder weniger umfasst.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Wellenlängenumwandlungselement, bei dem eine Photolumineszenz eingesetzt wird.
  • STAND DER TECHNIK
  • Bisher ist als Wellenlängenwandler, bei dem eine Photolumineszenz genutzt wird, ein Wellenlängenwandler bekannt, der zusammengesetzt ist aus: Einer Mehrzahl von Leuchtstoffteilchen, die Licht emittieren, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt werden; und einer Bindemittelschicht, welche die Mehrzahl von Leuchtstoffteilchen hält. Darüber hinaus war es in den letzten Jahren erwünscht, dass der Wellenlängenwandler mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird, um die Lichtabgabe zu verbessern. Beispielsweise wurde als Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte ein Laserstrahl oder dergleichen verwendet. Insbesondere ist ein Modus bekannt, bei dem ein lichtreflektierender Film auf einer Grenzfläche zwischen einem Wellenlängenwandler und einem Substrat bereitgestellt ist, und bewirkt wird, dass ein Teil von Fluoreszenzlicht und Anregungslicht, die in dem Wellenlängenwandler erzeugt werden, reflektiert wird, wodurch die Lichtabgabeeffizienz von dem Wellenlängenwandler verbessert wird.
  • Beispielsweise offenbart PTL 1 ein Verfahren des Bereitstellens einer reflektierenden Schicht zwischen einem Substrat und einem Wellenlängenwandler, der aus einer Leuchtstoffplatte zusammengesetzt ist. Darüber hinaus offenbart PTL 2 ein Verfahren des Haltens von Leuchtstoffteilchen auf Siliziumoxid unter Verwendung einer Oxidvorstufe. Zudem beschriebt PTL 3 einen Wellenlängenumwandler, der Leuchtstoffteilchen enthält.
  • DOKUMENTENLISTE
  • PATENTDOKUMENT
    • PTL 1: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2015- 119 046 A
    • PTL 2: Japanische ungeprüfte Patentanmeldung mit der Veröffentlichungsnummer JP 2015- 38 960 A
    • PTL 3: US 2017/0023199 A1
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • TECHNISCHES PROBLEM
  • Da jedoch der Wellenlängenwandler, der in PTL 1 offenbart ist, einen Leuchtstoff wie z.B. YAG nutzt, weist der Brechungsindex des Wellenlängenwandlers einen großen Wert wie z.B. etwa 1,8 auf. Darüber hinaus weist in dem Wellenlängenwandler, der in PTL 2 offenbart ist, der Brechungsindex einer Bindemittelschicht, die aus Siliziumoxid oder dergleichen hergestellt ist, einen großen Wert von etwa 1,45 bis 1,50 auf. Dabei tritt dann, wenn der Brechungsindex des Wellenlängenwandlers oder der Bindemittelschicht, die den Leuchtstoff bedeckt, groß ist, wie in dem Wellenlängenwandler, der in PTL 1 oder PTL 2 offenbart ist, ein Problem dahingehend auf, dass in der Ebene geleitetes Licht zunimmt und ein Ausgabelichtfleckdurchmesser zunimmt, was zu einer Verminderung der Umwandlungseffizienz des Wellenlängenwandlers führt. Das in der Ebene geleitete Licht wird unter Bezugnahme auf die 2 beschrieben. Die 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines herkömmlichen Wellenlängenumwandlungselements 100, in dem der Brechungsindex einer Bindemittelschicht 150 groß ist. Es sollte beachtet werden, dass Teile des Anregungslichts 60A und 60B, die in der 2 gezeigt sind, aus Gründen der Zweckmäßigkeit gezeigt sind und es üblicherweise häufig so ist, dass nur eines des Anregungslichts 60A und des Anregungslichts 60B in den Wellenlängenwandler 130 fällt.
  • Wie es in der 2 gezeigt ist, werden ein Teil des Anregungslichts 60, das in das Innere des Wellenlängenwandlers 130 eingetreten ist, und ein Teil des Fluoreszenzlichts 70, das von Leuchtstoffteilchen 140 emittiert wird, in der Ebene geleitetes Licht 82, das einer Leitung in der Ebene unterliegt, während es zwischen einem lichtreflektierenden Film 20 und einer Luftgrenzfläche in der Bindemittelschicht 150 einer Totalreflexion unterliegt. Dabei ist der lichtreflektierende Film 20 ein lichtreflektierender Film, der zur Verbesserung einer Abgabe- und Umwandlungseffizienz des Wellenlängenwandlers 130 auf einer Oberfläche eines Substrats 10 zwischen Oberflächen davon bereitgestellt ist, wobei die Oberfläche näher an dem Wellenlängenwandler 130 vorliegt.
  • Als lichtreflektierender Film 20 werden verwendet: Ein Metallfilm, der aus Aluminium, Silber oder dergleichen hergestellt ist; ein dielektrischer Mehrschichtfilm, wie z.B. ein dichroitischer Spiegel; und eine bekannte lichtreflektierende Substanz. Der Metallfilm weist eine Eigenschaft zum Absorbieren eines Teils von Licht und zum Umwandeln des Lichts in Wärme auf. Der dielektrische Mehrschichtfilm weist einen Reflexionsgrad auf, der von einem Einfallswinkel oder einer Wellenlänge abhängt, und weist demgemäß die Eigenschaft auf, einen Teil des Lichts nicht zu reflektieren, sondern den Teil des Lichts durch diesen durchzulassen. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit werden diese Eigenschaften in der vorliegenden Anmeldung zusammen als Lichtverlust in dem lichtreflektierenden Film bezeichnet. Wie es in der 2 gezeigt ist, wird die Intensität des in der Ebene geleiteten Lichts 82, wenn es der Leitung in der Ebene unterzogen wird, gedämpft, da Ausgabelicht 81 emittiert wird und ein Lichtverlust 83 in dem lichtreflektierenden Film 20 stattfindet. In der 2 ist der Durchmesser von Ausgabelicht, das aus der Gesamtheit des Ausgabelichts 81 zusammengesetzt ist, schematisch als Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90B gezeigt.
  • Es sollte beachtet werden, dass das in der Ebene geleitete Licht 82 von Komponenten, die das Anregungslicht 60 und das Fluoreszenzlicht 70 bilden, aus einer Komponente zusammengesetzt ist, die größer ist als ein kritischer Winkel, der durch eine Brechungsindexstufe zwischen der Bindemittelschicht 50 und der Luftgrenzfläche und das Snell'sche Gesetz bestimmt wird. Daher wird üblicherweise mit größerem Brechungsindex der Bindemittelschicht 150 das Verhältnis, in dem das Ausgabelicht 81 von dem Fluoreszenzlicht 70 und dergleichen erzeugt wird, kleiner, und das Verhältnis, in dem das in der Ebene geleitete Licht 82 erzeugt wird, wird größer.
  • Aus der 2 ist ersichtlich, dass in dem Wellenlängenumwandlungselement 100, in dem das Verhältnis von in der Ebene geleitetem Licht 82 größer ist als dasjenige des Ausgabelichts 81, die Häufigkeit des Lichtverlusts 83 in dem lichtreflektierenden Film 20 hoch ist und demgemäß die Intensität des Ausgabelichts 81 abnimmt, so dass die Umwandlungseffizienz von Licht vermindert wird, und als Ergebnis nimmt die Lichtabgabeeffizienz ab. Darüber hinaus ist gemäß der 2 in dem Wellenlängenumwandlungselement 100, bei dem das Verhältnis des in der Ebene geleiteten Lichts 82 größer ist als dasjenige des Ausgabelichts 81, die Anzahl, mit der das in der Ebene geleitete Licht 82 in der Bindemittelschicht 150 reflektiert wird, erhöht, und der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90B wird größer. Daher ist ersichtlich, dass die Leistungsdichte des Ausgabelichts in dem Wellenlängenumwandlungselement 100 niedrig ist, in dem das Verhältnis des in der Ebene geleiteten Lichts 82 größer ist als dasjenige des Ausgabelichts 81. Somit ist ersichtlich, dass sowohl die Lichtabgabeeffizienz als auch die Leistungsdichte des Ausgabelichts in dem Wellenlängenumwandlungselement 100, niedrig ist, in dem das Verhältnis des in der Ebene geleiteten Lichts größer ist als dasjenige des Ausgabelichts.
  • Ferner war es in den letzten Jahren erwünscht, dass der Wellenlängenwandler und das Wellenlängenumwandlungselement Lichtquellen sind, die jeweils eine hohe Leistungsdichte des Ausgabelichts aufweisen, und es wurde eine Lichtquelle entwickelt, in der die Leistungsdichte eines Ausgabelichts hoch ist, wobei die Lichtquelle ein Anregungslicht, wie z.B. einen Laserstrahl, mit einer hohen Leistung und einem kleinen Fleckdurchmesser nutzt. Bei dem Wellenlängenumwandlungselement, das den in PTL 2 offenbarten Wellenlängenwandler umfasst, ist jedoch der Brechungsindex der Bindemittelschicht groß und das Verhältnis des in der Ebene geleiteten Lichts in der Bindemittelschicht ist groß. Daher wies das Wellenlängenumwandlungselement, das den in PTL 2 offenbarten Wellenlängenwandler nutzt, ein Problem dahingehend auf, dass sowohl die Lichtabgabeeffizienz als auch die Leistungsdichte des Ausgabelichts niedrig sind.
  • Darüber hinaus wiesen die in PTL 1 und PTL 2 offenbarten Wellenlängenwandler jeweils ein Problem dahingehend auf, dass die Leistungsdichte des Ausgabelichts niedrig ist, da der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser größer wird, so dass die Umwandlungseffizienz des Wellenlängenwandlers vermindert wird, wie es vorstehend beschrieben worden ist.
  • Die vorliegende Erfindung wurde unter Berücksichtigung der vorstehend beschriebenen Probleme gemacht. Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellenlängenumwandlungselement bereitzustellen, bei dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte von Ausgabelicht selbst dann hoch sind, wenn es mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird.
  • [Lösung des Problems]
  • Zum Lösen des vorstehend beschriebenen Problems umfasst ein Wellenlängenumwandlungselement gemäß eines Aspekts der vorliegenden Erfindung: Ein Substrat; einen Wellenlängenwandler, der Leuchtstoffteilchen, die durch Anregungslicht angeregt werden, und eine Bindemittelschicht, welche die angrenzenden Leuchtstoffteilchen miteinander verbindet oder fixiert, umfasst, wobei der Wellenlängenwandler auf einer vorderen Oberflächenseite des Substrats bereitgestellt ist; und einen lichtreflektierenden Film, der Fluoreszenzlicht reflektiert, das durch die Leuchtstoffteilchen abgestrahlt wird, wobei der lichtreflektierende Film auf mindestens einem Teil einer Grenzfläche zwischen dem Substrat und dem Wellenlängenwandler bereitgestellt ist, wobei der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen größer ist als der Brechungsindex der Bindemittelschicht, wobei die Bindemittelschicht aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, der Nanoteilchen und eine Fixierunterstützungssubstanz umfasst, welche die Nanoteilchen bedeckt und eine Mehrzahl der Nanoteilchen bindet, während sie jeden Spalt zwischen den angrenzenden Nanoteilchen durchdringt, die Fixierunterstützungssubstanz Nanospalte umfasst, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, und bei dem die Bindemittelschicht Nanoteilchen mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 nm oder weniger umfasst.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht von Wellenlängenumwandlungselementen 1A und 1B gemäß einer ersten und einer zweiten Ausführungsform, wobei in jedem davon der Brechungsindex einer Bindemittelschicht klein ist.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht eines herkömmlichen Wellenlängenumwandlungselements 100, in dem der Brechungsindex einer Bindemittelschicht groß ist.
    • 3 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch einen Wellenlängenwandler 30 (30A und 30B) zeigt, der in der 1 gezeigt ist.
    • 4 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch einen Abschnitt A in dem Wellenlängenwandler 30A des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die in der 3 gezeigt ist.
    • 5 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch einen Abschnitt A in dem Wellenlängenwandler 30B des Wellenlängenumwandlungselements 1 B gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, die in der 3 gezeigt ist.
    • 6 ist ein Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Bild, das eine Bruchoberfläche des Wellenlängenwandlers 30B zeigt, der ein Wellenlängenumwandlungselement gemäß Beispiel 3 bildet.
    • 7 ist ein SEM-Bild, das einen Abschnitt B von 6 vergrößert zeigt.
    • 8 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einem Spaltdurchmesser und log der differentiellen Porenvolumenverteilung in Nanospalten in Beispielen und einem Referenzbeispiel zeigt.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Wellenlängenumwandlungselemente gemäß Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß einer ersten Ausführungsform nicht erfindungsgemäß ist.
  • [Wellenlängenumwandlungselement]
  • (Erste Ausführungsform)
  • Die 1 ist eine schematische Querschnittsansicht von Wellenlängenumwandlungselementen 1A und 1B gemäß der ersten und einer zweiten Ausführungsform, wobei in jedem davon der Brechungsindex einer Bindemittelschicht klein ist. Es sollte beachtet werden, dass das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform von dem Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform bezüglich einer mikroskopischen Struktur in einer Bindemittelschicht 50 (50A, 50B) verschieden ist. Andere Strukturen sind zwischen den Wellenlängenumwandlungselementen 1A und 1B identisch. Daher zeigt die 1 auch das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform zusammen mit dem Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Es sollte beachtet werden, dass ein Überblick über einen solchen mikroskopischen Strukturunterschied zwischen der Bindemittelschicht 50A, die das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform bildet, und der Bindemittelschicht 50B, die das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform bildet, wie folgt ist. D.h., die Bindemittelschicht 50A, die das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform bildet, ist aus einem fixierten Körper zusammengesetzt, der durch Fixieren eines Bindemittels ausgebildet wird. Die Bindemittelschicht 50A fixiert angrenzende Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander. Insbesondere ist, wie es in der 4 gezeigt ist, die Bindemittelschicht 50A aus einem fixierten Körper von Nanoteilchen 51 zusammengesetzt. Dabei bedeutet, wie es später beschrieben wird, das Fixieren, dass Feststoffe, wie z.B. Nanoteilchen, durch eine intermolekulare Kraft aneinander fixiert werden.
  • Ferner ist die Bindemittelschicht 50B, die das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform bildet, aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt, der durch die Haftung des Bindemittels ausgebildet wird. Die Bindemittelschicht 50B lässt die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander anhaften. Dabei bedeutet, wie es später beschrieben wird, das Haften, dass Feststoffe, wie z.B. Nanoteilchen, durch eine Kraft, die von der intermolekularen Kraft verschieden ist, beispielsweise ein chemisches Binden, wie z.B. ein kovalentes Binden, ein lonenbinden und ein Wasserstoffbrückenbinden, aneinander fixiert werden. Insbesondere ist, wie es in der 5 gezeigt ist, die Bindemittelschicht 50B eine Schicht, die aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, der Nanoteilchen 51 und eine Fixierunterstützungssubstanz 55 umfasst, die angrenzende Nanoteilchen 51 und 51 miteinander verbindet.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, unterscheiden sich die Bindemittelschicht 50A, die das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform bildet, und die Bindemittelschicht 50B, die das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform bildet, derart voneinander, dass die Bindemittelschicht 50A aus dem fixierten Körper, in dem das Bindemittel fixiert ist, zusammengesetzt ist, und die Bindemittelschicht 50B aus dem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, in dem das Bindemittel anhaftet. Der mikroskopische Strukturunterschied zwischen der Bindemittelschicht 50A und der Bindemittelschicht 50B ist jedoch in der 1 nicht ersichtlich, und demgemäß zeigt die 1 zusammen das Wellenlängenumwandlungselement 1A und das Wellenlängenumwandlungselement 1B. Es sollte beachtet werden, dass die Bindemittelschicht 50 ein Konzept ist, das die Bindemittelschicht 50A und die Bindemittelschicht 50B umfasst. Daher kann gesagt werden, dass die Bindemittelschicht 50 eine Bindemittelschicht 50 ist, welche die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander fixiert oder anhaften lässt. Das Wellenlängenumwandlungselement 1 B gemäß der zweiten Ausführungsform wird später beschrieben.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform ein Substrat 10, einen Wellenlängenwandler 30A (30) und einen lichtreflektierenden Film 20. Das Wellenlängenumwandlungselement 1A ist ein Element, in dem der Wellenlängenwandler 30A Fluoreszenzlicht durch Anregungslicht abstrahlt, das durch ein lichtemittierendes Element (nicht gezeigt) abgestrahlt wird. Als lichtemittierendes Element kann ein bekanntes lichtemittierendes Element verwendet werden, wie z.B. ein lichtemittierendes Element, das einen Laserstrahl abstrahlt. Vorzugsweise ist das lichtemittierende Element ein Element, das einen Laserstrahl als Anregungslicht abstrahlt. Ein Grund dafür besteht darin, dass, da ein Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte auf das Wellenlängenumwandlungselement 1A angewandt werden kann, das Wellenlängenumwandlungselement 1A mit einer hohen Lichtabgabeeffizienz und mit einer hohen Leistungsdichte des Ausgabelichts einfach erhalten werden kann.
  • Der lichtreflektierende Film 20 ist ein Film, der auf mindestens einem Teil einer Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und dem Wellenlängenwandler 30A bereitgestellt ist und einen Teil des Fluoreszenzlichts 70 reflektiert, das durch die Leuchtstoffteilchen 40, die in den Wellenlängenwandler 30A einbezogen sind, abgestrahlt wird, und einen Teil des Anregungslichts 60 reflektiert. Dabei steht „mindestens einem Teil einer Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und dem Wellenlängenwandler 30A“ für „eine Grenzfläche, die mindestens eine Teilfläche einer Gesamtfläche der Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und dem Wellenlängenwandler 30A aufweist“. D.h., der lichtreflektierende Film 20 kann in einem Bereich ausgebildet sein, welcher der Gesamtfläche der Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und dem Wellenlängenwandler 30A entspricht, oder er kann in einem Bereich ausgebildet sein, der einem Teil der Fläche der Grenzfläche entspricht.
  • (Substrat)
  • Das Substrat 10 verstärkt den Wellenlängenwandler 30A, der auf einer Oberfläche davon ausgebildet ist, und verleiht darüber hinaus dem Wellenlängenwandler 30A durch Auswählen eines Materials und einer Dicke davon gute optische Eigenschaften und thermische Eigenschaften. Der lichtreflektierende Film 20 ist auf mindestens einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und dem Wellenlängenwandler 30A bereitgestellt.
  • Als Substrat 10 werden beispielsweise ein lichtdurchlässiges Substrat, wie z.B. Glas und Saphir, und ein lichtundurchlässiges Substrat, wie z.B. ein Metallsubstrat, verwendet. Als Metallsubstrat wird beispielsweise ein Metallsubstrat, das aus Aluminium, Kupfer oder dergleichen hergestellt ist, verwendet.
  • Wenn das Substrat 10 lichtdurchlässig ist, kann Licht über das Substrat 10 auf die Leuchtstoffteilchen 40 in dem Wellenlängenwandler 30A angewandt werden. Hier bedeutet die Tatsache, dass das Material lichtdurchlässig ist, dass das Material in Bezug auf sichtbares Licht (mit einer Wellenlänge von 380 nm bis 800 nm) transparent ist. Darüber hinaus bedeutet in dieser Ausführungsform transparent, dass die Lichtdurchlässigkeit in einem Material 80 % oder mehr, vorzugsweise 90 % oder mehr beträgt. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Absorptionskoeffizient für sichtbares Licht durch das Material zur Verwendung in dem Substrat 10 möglichst niedrig ist, da es mittels des Substrats 10 möglich ist, Licht auf die Leuchtstoffteilchen 40 in dem Wellenlängenwandler 30A ausreichend anzuwenden. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist es bevorzugt, dass das Substrat 10 aus einem lichtdurchlässigen Material hergestellt ist, da dann die Konstruktion eines kompakten Systems einfach möglich wird.
  • Wenn das Substrat 10 lichtdurchlässig ist, wird das Anregungslicht 60 wie das Anregungslicht 60B mittels des Substrats 10 auf den Wellenlängenwandler 30A und den lichtreflektierenden Film 20 angewandt. Dabei steht das Anregungslicht 60B bezüglich des Anregungslichts 60 für das Anregungslicht 60, das mittels des Substrats 10 und des lichtreflektierenden Films 20 auf den Wellenlängenwandler 30A angewandt wird. Es sollte beachtet werden, dass das später beschriebene Anregungslicht 60A bezüglich des Anregungslichts 60 für ein solches Anregungslicht 60 steht, das auf den Wellenlängenwandler 30A von einer dem Wellenlängenwandler 30A gegenüberliegenden Oberfläche zwischen Oberflächen davon angewandt wird, wobei die gegenüberliegende Oberfläche von dem Substrat 10 entfernt ist.
  • Der lichtreflektierende Film 20 ist so ausgebildet, dass das Anregungslicht 60B mittels des Substrats 10 und des lichtreflektierenden Films 20 selbst durch Einstellen einer Filmstruktur und einer Filmdicke davon übertragbar ist. Darüber hinaus kann der lichtreflektierende Film 20 ferner so ausgebildet sein, dass er teilweise lichtdurchlässig ist, und zwar durch Einstellen der Filmstruktur und der Filmdicke. Hier steht teilweise lichtdurchlässig für eine Eigenschaft, die ein selektives Durchlassen von Licht mit einer spezifischen Wellenlänge, einem spezifischen Einfallswinkel und einer spezifischen Polarisationsrichtung ermöglicht, wie es später beschrieben ist.
  • Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Substrat 10 ein Metallsubstrat ist, da es dann einfach ist, die Wärmeableitung zu verbessern. D.h., wenn das Substrat 10 eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, dann wird es bei dem Wellenlängenwandler 30A möglich, Wärme effizient zu entfernen, die in einem Vorgang erzeugt worden ist, bei dem das Anregungslicht 60 (60A) in das Fluoreszenzlicht 70 umgewandelt wird, und dergleichen. Daher ist es bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Substrats 10 hoch ist, da es einfach ist, ein Temperaturquenchen der Leuchtstoffteilchen 40 und eine Zersetzung und ein Verbrennen der Bindemittelschicht 50A zu unterdrücken. Wenn das Substrat 10 ein Metallsubstrat ist, wird das Anregungslicht 60 auf den Wellenlängenwandler 30A von der gegenüberliegenden Oberfläche des Wellenlängenwandlers 30A zwischen dessen Oberflächen angewandt, wobei die gegenüberliegende Oberfläche von dem Substrat 10 entfernt ist, wie dies bei dem Anregungslicht 60A der Fall ist.
  • (Wellenlängenwandler)
  • Der Wellenlängenwandler 30A ist auf einer vorderen Oberflächenseite des Substrats 10 bereitgestellt. Hier bedeutet die Tatsache, dass der Wellenlängenwandler 30A auf der vorderen Oberflächenseite des Substrats 10 bereitgestellt ist, dass der Wellenlängenwandler 30A in einer Form bereitgestellt ist, in der er indirekt oder direkt mit der Oberfläche des Substrats 10 in Kontakt gebracht wird. Es sollte beachtet werden, dass der lichtreflektierende Film 20 auf mindestens einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Wellenlängenwandler 30A und dem Substrat 10 bereitgestellt ist. Daher wird mindestens ein Teil des Wellenlängenwandlers 30A üblicherweise nicht in einen direkten Kontakt mit der Oberfläche des Substrats 10 gebracht.
  • Der Wellenlängenwandler 30A umfasst die Leuchtstoffteilchen 40, die durch das Anregungslicht 60 angeregt werden, und die Bindemittelschicht 50A, welche die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 aneinander fixiert. Üblicherweise ist der Wellenlängenwandler 30A zu einer Filmform ausgebildet, bei der die Leuchtstoffteilchen 40 durch die Bindemittelschicht 50A fixiert sind. Die Filmdicke des Wellenlängenwandlers 30A beträgt beispielsweise 10 µm bis 1000 µm.
  • In dem Wellenlängenwandler 30A absorbieren die Leuchtstoffteilchen 40 einen Teil der Energie des darauf angewandten Anregungslichts 60 und die Leuchtstoffteilchen 40 emittieren das Fluoreszenzlicht 70 mit einer Wellenlänge, die von derjenigen des Anregungslichts 60 verschieden ist. Wie es in der 1 gezeigt ist, kann das Anregungslicht 60 auf den Wellenlängenwandler 30A mittels des Substrats 10 und des lichtreflektierenden Films 20 wie das Anregungslicht 60B angewandt werden, oder es kann auf den Wellenlängenwandler 30A von der gegenüberliegenden Oberfläche des Wellenlängenwandlers 30A zwischen dessen Oberflächen angewandt werden, wobei die gegenüberliegende Oberfläche von dem Substrat 10 entfernt ist, wie dies bei dem Anregungslicht 60A der Fall ist.
  • Es sollte beachtet werden, dass die gegenüberliegende Oberfläche des Wellenlängenwandlers 30A zwischen dessen Oberflächen in dem Wellenlängenumwandlungselement 1, wobei die gegenüberliegende Oberfläche von dem Substrat 10 entfernt ist, eine Oberfläche ist, die zwischen den Oberflächen des Wellenlängenwandlers 30A vorliegt und mit Luft in Kontakt ist, d.h., eine sogenannte Luftgrenzfläche. Darüber hinaus sind solche Teile des Anregungslichts 60A und 60B, die in der 1 gezeigt sind, aus Gründen der Zweckmäßigkeit gezeigt, und üblicherweise ist es häufig, dass nur eines des Anregungslichts 60A und des Anregungslichts 60B in den Wellenlängenwandler 30A einfallen gelassen wird.
  • Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird, wenn das Anregungslicht 60B mittels des Substrats 10 und des lichtreflektierenden Films 20 auf den Wellenlängenwandler 30A angewandt wird, üblicherweise ein Substrat mit einer Lichtdurchlässigkeit als das Substrat 10 verwendet und ein Film mit einer partiellen Durchlässigkeit, wie z.B. ein später beschriebener dielektrischer Mehrschichtfilm, wird als der lichtreflektierende Film 20 verwendet. Dabei bedeutet partielle Durchlässigkeit die Eigenschaft, dass ein selektiver Durchlass von Licht mit einer spezifischen Wellenlänge, einem spezifischen Einfallswinkel und einer spezifischen Polarisationsrichtung ermöglicht wird. Als lichtreflektierender Film 20, der die partielle Durchlässigkeit aufweist, kann zweckmäßig beispielsweise ein Film mit Eigenschaften des Durchlassens von Licht in einem Wellenlängenband des Anregungslichts 60B und des Reflektierens von Licht in einem Wellenlängenband des Fluoreszenzlichts 70 verwendet werden. Darüber hinaus wird, wenn das Anregungslicht 60A auf den Wellenlängenwandler 30A von der gegenüberliegenden Oberfläche des Wellenlängenwandlers 30A zwischen dessen Oberflächen angewandt wird, wobei die gegenüberliegende Oberfläche von dem Substrat 10 entfernt ist, üblicherweise ein Substrat, das keine Lichtdurchlässigkeit aufweist, als das Substrat 10 verwendet, und ein beliebiger Film wird als der lichtreflektierende Film 20 verwendet. Dabei werden als der beliebige lichtreflektierende Film 20 ein Metallfilm, ein dielektrischer Mehrschichtfilm, ein reflektierender Streufilm und dergleichen, die später beschrieben werden, verwendet.
  • Nachstehend werden die Leuchtstoffteilchen 40 und die Bindemittelschicht 50A beschrieben, die den Wellenlängenwandler 30A bilden.
  • <Leuchtstoffteilchen>
  • Die Leuchtstoffteilchen 40 sind Teilchen, die eine Photolumineszenz ausführen können. Ein Typ der Leuchtstoffteilchen 40 ist nicht speziell beschränkt, solange die Leuchtstoffteilchen 40 eine Photolumineszenz ausführen können und einen Brechungsindex aufweisen, der größer ist als der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A. Als Leuchtstoffteilchen werden beispielsweise kristalline Teilchen mit einer Granatstruktur, die aus YAG hergestellt sind, d.h., Y3Al5O12, und Leuchtstoffteilchen, die aus (Sr,Ca)AlSiN3:Eu hergestellt sind, verwendet.
  • Die durchschnittliche Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen beträgt üblicherweise 100 µm oder weniger, vorzugsweise 30 µm oder weniger. Es ist bevorzugt, dass die durchschnittliche Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs liegt, da ein Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A vermindert werden kann, weil das Leiten von Licht, das innerhalb des Leuchtstoffs eingeschlossen ist, aufgrund einer Totalreflexion auf einen Bereich der Teilchengröße beschränkt ist. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die durchschnittliche Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen innerhalb des vorstehend beschriebenen Bereichs bleibt, da die Leuchtstoffteilchen dann in einem billigen Herstellungsverfahren, wie z.B. einem Beschichtungsverfahren, hergestellt werden können, während eine Farbvariation des Ausgabelichts des Wellenlängenumwandlungselements 1A vermindert wird.
  • Die durchschnittliche Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen wird durch Untersuchen des beliebig vorverarbeiteten Wellenlängenwandlers 30A durch ein Rasterelektronenmikroskop (SEM) oder dergleichen und Erhalten eines Durchschnittswerts von Leuchtstoffteilchen, deren Anzahl in statistischer Hinsicht ausreichend signifikant ist, wie z.B. 100, erhalten.
  • Darüber hinaus kann die Zusammensetzung der Leuchtstoffteilchen durch ein bekanntes Analyseverfahren, wie z.B. einer energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX) und einer Röntgenbeugungsanalyse (XRD), bestimmt werden.
  • Die Leuchtstoffteilchen können aus Leuchtstoffen mit derselben Zusammensetzung ausgebildet sein oder es kann sich um ein Gemisch von Leuchtstoffteilchen mit zwei oder mehr Typen von Zusammensetzungen handeln.
  • Der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40 ist größer als der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A. Wenn der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40 größer ist als der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A, wird Licht aufgrund einer Totalreflexion im Inneren des Leuchtstoffs eingeschlossen. Daher werden in einem in der Ebene geleiteten Licht 72 in der Bindemittelschicht 50A Komponenten, die auf den Bereich der Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen 40 beschränkt sind, erhöht. Somit ist es bevorzugt, dass der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40 größer ist als der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A, da es dann einfach ist, den Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A zu vermindern.
  • <Bindemittelschicht>
  • Die Bindemittelschicht 50A bildet den Wellenlängenwandler 30A, ist aus einem fixierten Körper zusammengesetzt, an dem ein Bindemittel fixiert ist, und fixiert die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 aneinander. Die Bindemittelschicht 50A ist eine Substanz, die eine Mehrzahl der Leuchtstoffteilchen 40 aneinander fixiert. Hier bedeutet Fixieren, dass Feststoffe, wie z.B. Nanoteilchen, durch eine intermolekulare Kraft aneinander fixiert sind.
  • Der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A beträgt vorzugsweise 1,43 oder weniger, mehr bevorzugt 1,38 bis 1,40. Es sollte beachtet werden, dass der Grund dafür, warum ein Brechungsindex von 1,43 oder weniger bevorzugt ist, darin liegt, dass ein Brechungsindex, der mit demjenigen eines Silikonharzes, das allgemein als Matrix verwendet wird, welche die Leuchtstoffteilchen dispergiert, identisch oder kleiner als dieser ist, für die Bindemittelschicht 50A eingestellt wird, da der Brechungsindex des Silikonharzes 1,43 beträgt. Wenn der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A 1,43 oder weniger beträgt, wird das Verhältnis, in dem das in der Ebene geleitete Licht 72 in der Bindemittelschicht 50A erzeugt wird, vermindert, und die Lichtabgabeeffizienz des Wellenlängenumwandlungselements 1A wird erhöht, wodurch der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A vermindert werden kann.
  • Die Bindemittelschicht 50A wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 3 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch den Wellenlängenwandler 30 (30A und 30B) zeigt, der in der 1 gezeigt ist. In der nachstehenden Beschreibung wird die 3 für eine Bezugnahme auf den Wellenlängenwandler 30A verwendet, der in der 1 gezeigt ist. Die 4 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch einen Abschnitt A in dem Wellenlängenwandler 30A des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die in der 3 gezeigt ist.
  • Wie es in der 3 und der 4 gezeigt ist, ist die Bindemittelschicht 50A, die den Wellenlängenwandler 30A bildet, aus dem fixierten Körper zusammengesetzt, an dem das Bindemittel fixiert ist, und fixiert die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander. Insbesondere ist, wie es in der 4 gezeigt ist, die Bindemittelschicht 50A aus einem solchen fixierten Körper der Nanoteilchen 51 zusammengesetzt.
  • Ein Material des Bindemittels, das die Bindemittelschicht 50A bildet, insbesondere ein Material der Nanoteilchen 51, wird so ausgewählt, dass der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40. Wenn der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner ist als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, wird Licht aufgrund einer Totalreflexion im Inneren des Leuchtstoffs eingeschlossen. Daher umfasst das in der Ebene geleitete Licht 72 in der Bindemittelschicht 50A ein großes Ausmaß einer optischen Komponente, die auf einen Wellenlängenbereich im Bereich der Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen 40 beschränkt ist. Somit ist es bevorzugt, dass der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner ist als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, da es einfach ist, den Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A zu vermindern. Darüber hinaus ist der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A üblicherweise größer als 1, welcher der Brechungsindex von Luft ist.
  • Als Material der Bindemittelschicht 50A wird spezifisch vorzugsweise ein Material der Nanoteilchen 51, wie z.B. eine anorganische Substanz oder eine organische Substanz verwendet, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40.
  • Es ist bevorzugt, dass die Nanoteilchen 51 eine anorganische Substanz sind, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A 1,43 oder weniger wird, da dann ein Verbrennen einer organischen Substanz aufgrund einer Wärmeerzeugung in der Bindemittelschicht 50A nicht auftritt und die Wärmebeständigkeit der Bindemittelschicht 50A in dem Fall der Verwendung eines Anregungslichts mit einer hohen Leistungsdichte, wie z.B. eines Laserstrahls, erhöht wird. D.h., es ist bevorzugt, dass die Nanoteilchen 51 eine anorganische Substanz sind, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A 1,43 oder weniger beträgt, da die Wärmebeständigkeit der Bindemittelschicht 50A erhöht ist. Ferner ist es bevorzugt, dass die Nanoteilchen 51 eine organische Substanz sind, in welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A 1,43 oder weniger wird, da es einfach ist, ein Wellenlängenumwandlungselement herzustellen, bei der das Formen und die Farbe der Bindemittelschicht 50A weniger variieren. Als eine solche anorganische oder organische Substanz, wie sie vorstehend beschrieben worden ist, wird vorzugsweise eine anorganische Substanz, bei welcher der Brechungsindex 1,43 oder weniger beträgt, oder eine organische Substanz, bei welcher der Brechungsindex 1,43 oder weniger beträgt, verwendet.
  • Als anorganische Substanz, bei welcher der Brechungsindex 1,43 oder weniger beträgt, wird beispielsweise ein Fluorid, SiO2 und dergleichen verwendet. Als Fluorid werden beispielsweise Magnesiumfluorid (Brechungsindex: 1,38); Calciumfluorid (Brechungsindex: 1,399), Lithiumfluorid (Brechungsindex: 1,392) und dergleichen verwendet. Als Fluorid ist Magnesiumfluorid bevorzugt, da es eine stabile Substanz ist, bei der die Zuverlässigkeit hoch ist und der Brechungsindex niedrig ist.
  • Als organische Substanz, bei welcher der Brechungsindex 1,43 oder weniger beträgt, wird beispielsweise ein organisches Material, das Fluor enthält, verwendet. Als organisches Material, das Fluor enthält, werden beispielsweise ein Fluorharz (Brechungsindex: 1,35), ein Fluorkautschuk (Brechungsindex: 1,38) und dergleichen verwendet. Als Fluorharz wird beispielsweise Polytetrafluoroethylen verwendet. Als organisches Material, das Fluor enthält, ist das Fluorharz bevorzugt, da dessen Brechungsindex niedrig ist.
  • Die durchschnittliche Teilchengröße der Nanoteilchen 51 beträgt üblicherweise 100 nm oder weniger, vorzugsweise 50 nm oder weniger. Es ist bevorzugt, dass die durchschnittliche Teilchengröße der Nanoteilchen 51 innerhalb des vorstehend genannten Bereichs liegt, da dann die Fixierfestigkeit des fixierten Körpers der Nanoteilchen 51, welche die Bindemittelschicht 50A bilden, hoch ist. Die durchschnittliche Teilchengröße der Nanoteilchen 51 kann ähnlich wie die durchschnittliche Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen erhalten werden.
  • Darüber hinaus können als die Nanoteilchen 51 jede von Nanoteilchen mit einer massiven Struktur und Nanoteilchen mit einer hohlen Struktur verwendet werden. Wenn die Nanoteilchen 51 eine hohle Struktur aufweisen, wird der Brechungsindex von hohlen Abschnitten der Nanoteilchen 51 1,0, d.h., der Brechungsindex der Luft. Demgemäß wird der Wert des Brechungsindex der hohlen Nanoteilchen ein Wert zwischen einem Brechungsindex der massiven Nanoteilchen und dem Brechungsindex (1,0) der Luft. Daher ist es, wenn die Nanoteilchen 51 eine hohle Struktur aufweisen, einfach, dass der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, oder 1,43 oder weniger wird. Als Nanoteilchen mit einer hohlen Struktur sind Nanoteilchen mit verschiedenen Formen bekannt, wie z.B. eine Form des Kern-Hülle-Typs und eine Form des Durchgangslochtyps. Jedwede von diesen können in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform verwendet werden.
  • Wenn die Bindemittelschicht 50A aus dem fixierten Körper der Nanoteilchen 51 zusammengesetzt ist, kann oder können ein oder mehrere Nanospalt(e), die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, in das Innere des fixierten Körpers der Nanoteilchen 51, beispielsweise zwischen Oberflächen der angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51, einbezogen werden. Dabei sind die Nanospalte in der Bindemittelschicht 50A in dem fixierten Körper, in dem die Oberflächen der angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 aneinander gebunden sind, Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger, die zwischen den Oberflächen der Nanoteilchen 51 und 51 in dem fixierten Körper ausgebildet sind, ohne sich zu der Oberfläche des fixierten Körpers zu öffnen. In der 4 sind die Nanospalte nicht gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn die Nanoteilchen 51 eine hohle Struktur aufweisen, Luftspalte in den Nanoteilchen 51 nicht als Nanospalte gelten.
  • Der Brechungsindex der Nanospalte beträgt 1,0, d.h., es handelt sich um den Brechungsindex der Luft. Daher nimmt beispielsweise wenn die Nanoteilchen 51 der Bindemittelschicht 50A SiO2 sind, der effektive Brechungsindex eines fixierten Körpers von SiO2-Nanoteilchen, welche die Nanospalte umfassen, d.h., der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A, stärker ab als der Brechungsindex der SiO2-Nanoteilchen 51 selbst. Insbesondere nimmt der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A, in der die Nanoteilchen 51 SiO2 sind, aufgrund des Vorliegens der Nanospalte stärker ab als der Brechungsindex der SiO2-Nanoteilchen 51 selbst, und wird üblicherweise 1,43 oder weniger. Der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kann aus der Maxwell-Garnett-Formel unter Verwendung des Brechungsindex und der Porosität des Materials der Bindemittelschicht 50A erhalten werden. Darüber hinaus müssen die Nanospalte keine strenge Kugelform bilden.
  • Wie es vorstehend beschrieben ist, wird es, wenn die Nanospalte im Inneren der Bindemittelschicht 50A ausgebildet sind, einfach, den effektiven Brechungsindex selbst dann auf 1,43 oder weniger einzustellen, wenn das Material der Nanoteilchen 51 selbst mehr als 1,43 aufweist. Daher werden bei einem Verfahren des Bildens der Nanospalte im Inneren der Bindemittelschicht 50A Optionen des Materials der Nanoteilchen 51 erhöht und der Freiheitsgrad bei der Gestaltung der Bindemittelschicht 50A wird verbessert.
  • Es sollte beachtet werden, dass der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte für einen durchschnittlichen Durchmesser steht, wenn angenommen wird, dass die Nanospalte eine Kugelform mit demselben Volumen aufweisen. Der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte wird beispielsweise durch ein bekanntes analytisches Verfahren, wie z.B. ein Gasadsorptionsverfahren, erhalten. Da der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte 300 nm oder weniger beträgt, beeinflussen die Nanospalte den Brechungsindex im Bereich sichtbaren Lichts der Bindemittelschicht 50A.
  • Die Bindemittelschicht 50A kann Spalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm umfassen, d.h., Mikrospalte, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser sind, der größer ist als derjenige der Nanospalte, und Mikroverunreinigungen, die Verunreinigungen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm sind. Beispielsweise kann die Bindemittelschicht 50A Mikrospalte umfassen, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm sind. Dabei sind die Mikrospalte in der Bindemittelschicht 50A in dem fixierten Körper, in dem die Oberflächen der angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 aneinander gebunden sind, Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm, die zwischen den Oberflächen der Nanoteilchen 51 und 51 in dem fixierten Körper ausgebildet sind, ohne sich zu der Oberfläche des fixierten Körpers zu öffnen.
  • Die durchschnittlichen Durchmesser der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen werden ähnlich wie der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte berechnet. Die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen weisen durchschnittliche Durchmesser von mehr als 300 nm auf und weisen demgemäß einen beträchtlichen Effekt des Streuens von Licht auf und beeinflussen daher den Brechungsindex im Bereich von sichtbarem Licht der Bindemittelschicht 50A nicht. Daher wird selbst dann, wenn die Bindemittelschicht 50A die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen umfasst, der Effekt dieser Ausführungsform, dass das Wellenlängenumwandlungselement, bei dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte des Ausgabelichts hoch sind, selbst dann erhalten wird, wenn es mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird, ausreichend erhalten.
  • Darüber hinaus streuen, wenn die Bindemittelschicht 50A geeignete Mengen der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen umfasst, die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen das Anregungslicht 60 und das Fluoreszenzlicht 70, so dass die Bindemittelschicht 50A gute Farbmischeigenschaften aufweist. Daher ist es bevorzugt, dass die Bindemittelschicht 50A geeignete Mengen der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen umfasst, da es dann einfach ist, weißes Licht mit einer geringen Farbverschiebung zu erhalten.
  • Durch die folgenden Verfahren kann bestimmt werden, ob die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen in der Bindemittelschicht 50A vorliegen, und die Gehaltanteile dieser Mikrospalte und Mikroverunreinigungen darin können gemessen werden. D.h., es ist möglich, die Bestimmung und die Messung mit bekannten analytischen Verfahren zu implementieren, wie z.B. einer Analyse von aufgenommenen Bilddaten durch ein Elektronenmikroskop und einem CT-Abtastverfahren, und einem Stickstoffadsorptionsverfahren, oder durch eine Kombination dieser analytischen Verfahren, von damit zusammenhängenden Technologien oder dergleichen.
  • Die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen in der Bindemittelschicht 50A können mit bekannten analytischen Verfahren bestimmt werden, wie z.B. das EDX-Verfahren und das XRD (Röntgenbeugungs)-Verfahren, oder durch eine Kombination dieser analytischen Verfahren, von damit zusammenhängenden Technologien oder dergleichen.
  • Die Bindemittelschicht 50A kann aus einer leuchtenden Substanz zusammengesetzt sein oder kann aus einer nicht-leuchtenden Substanz zusammengesetzt sein. Hier steht die leuchtende Substanz für eine Substanz, die Fluoreszenzlicht oder Phosphoreszenzlicht emittiert, wenn sie durch Anregungslicht angeregt wird, das durch ein lichtemittierendes Element (nicht gezeigt) abgestrahlt wird, oder eine Substanz, die Licht durch Licht emittiert, das von dem Anregungslicht verschieden ist, das durch das lichtemittierende Element abgestrahlt wird. Die nicht-leuchtende Substanz steht für eine Substanz, die von der leuchtenden Substanz verschieden ist.
  • (Lichtreflektierender Film)
  • Der lichtreflektierende Film 20 ist ein Film, der auf mindestens einem Teil der Grenzfläche zwischen dem Substrat 10 und dem Wellenlängenwandler 30A bereitgestellt ist und einen Teil des Fluoreszenzlichts 70 reflektiert, das durch die Leuchtstoffteilchen 40 abgestrahlt wird, die in den Wellenlängenwandler 30A einbezogen sind, und einen Teil des Anregungslicht 60 reflektiert. Üblicherweise ist der lichtreflektierende Film 20 so bereitgestellt, dass er mindestens einen Teil der Oberfläche zwischen den Oberflächen des Substrats 10 bedeckt, wobei die Oberfläche näher an dem Wellenlängenwandler 30A liegt. Das Wellenlängenumwandlungselement 1A weist eine hohe Lichtabgabeeffizienz auf, da der lichtreflektierende Film 20 teilweise das Fluoreszenzlicht 70, das durch die Leuchtstoffteilchen 40 in dem Wellenlängenwandler 30A abgestrahlt wird, und das Anregungslicht 60 reflektiert.
  • Der lichtreflektierende Film 20 weist einen Lichtreflexionsgrad von 80 % oder mehr und weniger als 100 %, vorzugsweise 90 % oder mehr und weniger als 100 % auf. Mit anderen Worten, der lichtreflektierende Film 20 weist eine Lichtabsorptionsrate von mehr als 0 % und 20 % oder weniger, vorzugsweise mehr als 0 % und weniger als 10 % auf. Als lichtreflektierender Film 20 können beispielsweise ein Film aus Metall, wie z.B. Aluminium und Silber, und ein dielektrischer Mehrschichtfilm zweckmäßig verwendet werden. Es sollte beachtet werden, dass Aluminium ein Material auch zur Verwendung in dem Substrat 10 ist. Wenn das Substrat 10 Aluminium ist, kann ein Teil der Oberfläche des Substrats 10 als der lichtreflektierende Film 20 betrachtet werden. In dem lichtreflektierenden Film 20 steht der dielektrische Mehrschichtfilm für einen laminierten Körper aus optischen Dünnfilmen, die eine Mehrzahl von Typen von dielektrischen Materialien mit verschiedenen Brechungsindizes nutzen. Üblicherweise weist der dielektrische Mehrschichtfilm eine partielle Lichtdurchlässigkeit auf.
  • Die Filmdicke des lichtreflektierenden Films 20 kann unter Berücksichtigung eines gewünschten Reflexionsgrads beliebig eingestellt werden. Beispielsweise wenn der lichtreflektierende Film 20 ein Metallfilm ist, beträgt die Filmdicke des lichtreflektierenden Films 20 üblicherweise 0,1 µm bis 1 µm. Es ist bevorzugt, dass die Filmdicke des lichtreflektierenden Films 20, der aus dem Metallfilm zusammengesetzt ist, 0,1 µm bis 1 µm beträgt, da ein solcher lichtreflektierender Film 20 mit einer sehr guten Ebenheit und Einheitlichkeit durch ein Verdampfungsverfahren und ein Sputterverfahren und dergleichen erhalten wird.
  • Darüber hinaus beträgt dann, wenn der lichtreflektierende Film 20 ein reflektierender Streufilm ist, die Filmdicke des lichtreflektierenden Films 20 üblicherweise 1 µm bis 1 mm. Es ist bevorzugt, dass die Filmdicke des lichtreflektierenden Films 20 1 µm bis 1 mm beträgt, da dann ein ausreichender Reflexionsgrad erhalten wird.
  • Es sollte beachtet werden, dass fallabhängig der lichtreflektierende Film 20 und das Substrat 10 manchmal aus demselben Material hergestellt sind. Beispielsweise kann das Substrat 10 aus Aluminium hergestellt sein und der lichtreflektierende Film 20 kann aus Aluminium hergestellt sein. In diesem Fall können das aus Aluminium hergestellte Substrat 10 und der aus Aluminium hergestellte lichtreflektierende Film 20 getrennt voneinander bereitgestellt werden; es kann jedoch ein Teil einer Oberfläche des aus Aluminium hergestellten Substrats 10 als der aus Aluminium hergestellte lichtreflektierende Film 20 betrachtet werden. Wenn ein Teil der Oberfläche des Substrats 10 als der lichtreflektierende Film 20 betrachtet wird, ist die Filmdicke des lichtreflektierenden Films 20 nicht speziell festgelegt.
  • <Funktion des Wellenlängenumwandlungselements>
  • Die Funktion des Wellenlängenumwandlungselements 1A wird unter Bezugnahme auf die 1 beschrieben. Wie es in der 1 gezeigt ist, werden ein Teil des Anregungslichts 60, das in das Innere des Wellenlängenwandlers 30A eingetreten ist, und ein Teil des Fluoreszenzlichts 70, das von den Leuchtstoffteilchen 40 emittiert wird, das in der Ebene geleitete Licht 72, das der Leitung in der Ebene unterliegt, während es zwischen dem lichtreflektierenden Film 20 und der Luftgrenzfläche in der Bindemittelschicht 50A einer Totalreflexion unterliegt. Da es der Leitung in der Ebene unterliegt, wird die Intensität des in der Ebene geleiteten Lichts 72 gedämpft, da Ausgabelicht 71 emittiert wird und in dem lichtreflektierenden Film 20 ein Lichtverlust 73 auftritt. Insbesondere wird aufgrund der Erzeugung des Ausgabelichts 71 (71 a, 71 b) und des Lichtverlusts 73 in dem lichtreflektierenden Film 20 die Intensität des in der Ebene geleiteten Lichts 72 in einer absteigenden Reihenfolge von Teilen des in der Ebene geleiteten Lichts 72a1, 72a2, 72b1 und 72b2 gedämpft. In der 1 ist der Durchmesser von Ausgabelicht, das aus der Gesamtheit des Ausgabelichts 71 (71a, 71 b und 71c) zusammengesetzt ist, schematisch als Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A gezeigt.
  • Es sollte beachtet werden, dass das in der Ebene geleitete Licht 72 von Komponenten, die das Anregungslicht 60 und das Fluoreszenzlicht 70 bilden, aus einer Komponente zusammengesetzt ist, die größer ist als ein kritischer Winkel, der durch eine Brechungsindexstufe zwischen der Bindemittelschicht 50A und der Luftgrenzfläche und dem Snell'schen Gesetz festgelegt ist. Daher wird üblicherweise, wenn der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner ist, das Verhältnis, mit dem das in der Ebene geleitete Licht 72 aus dem Fluoreszenzlicht 70 und dergleichen erzeugt wird, kleiner. In dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform ist der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40 größer als der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A. D.h., in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A ist der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A kleiner als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40. Darüber hinaus beträgt der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A vorzugsweise 1,43 oder weniger. Daher wird gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform das Verhältnis, mit dem das in der Ebene geleitete Licht 72 aus dem Fluoreszenzlicht 70 und dergleichen erzeugt wird, klein.
  • Wie es bezüglich des Wellenlängenumwandlungselements 1A dieser Ausführungsform beschrieben ist, wird, da das Verhältnis, mit dem das in der Ebene geleitete Licht 72 in der Bindemittelschicht 50A erzeugt wird, klein wird, die Häufigkeit des Auftretens des Lichtverlusts 73 in dem lichtreflektierenden Film 20 klein. Daher wird gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform die Lichtabgabeeffizienz verbessert. Darüber hinaus wird bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1A, da das Erzeugungsverhältnis des in der Ebene geleiteten Lichts 72 klein ist, der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A vermindert, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Daher ist gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform die Leistungsdichte des Ausgabelichts hoch. Somit wird gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform das Wellenlängenumwandlungselement 1A, in dem die Lichtabgabeeffizienz hoch ist und die Leistungsdichte des Ausgabelichts hoch ist, erhalten.
  • Ferner bezieht sich ein Verhältnis, das durch Dividieren einer Gesamtenergiemenge des Fluoreszenzlichts 70, das von dem Wellenlängenwandler 30A abgegeben wird, und des Anregungslichts 60 sowie des Ausgabelichts 71, die nicht durch den Wellenlängenwandler 30A absorbiert werden, durch eine Energiemenge des angewandten Anregungslichts 60 erhalten wird, auf die Umwandlungseffizienz. Die Tatsache, dass die Umwandlungseffizienz hoch ist, gibt an, dass ein starkes Ausgabelicht durch eine kleinere Energiemenge erhalten wird. In den letzten Jahren war bei einer Beleuchtungsvorrichtung, einer Projektorvorrichtung und dergleichen erwünscht, dass die Lichtabgabeeffizienz hoch ist. Bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform ist die Lichtabgabeeffizienz hoch, wie es vorstehend beschrieben worden ist. Demgemäß ist das Wellenlängenumwandlungselement 1A für ein optisches Gerät, wie z.B. eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Projektorvorrichtung oder dergleichen, geeignet.
  • Darüber hinaus ist in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A üblicherweise der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50A, die den Wellenlängenwandler 30A bildet, größer als der Brechungsindex der Luft. Daher findet in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A eine Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Wellenlängenwandler 30A und der Außenseite (Luft), d.h., an der Luftgrenzfläche, statt. Daher werden ein Teil des Anregungslichts 60 und ein Teil des Fluoreszenzlichts 70 im Inneren des Wellenlängenwandlers 30A des Wellenlängenumwandlungselements 1A das in der Ebene geleitete Licht, das der Leitung in der Ebene im Inneren des Wellenlängenwandlers 30A unterliegt, während die Totalreflexion und die Reflexion auf dem lichtreflektierenden Film 20 in der vorstehend beschriebenen Weise wiederholt werden.
  • Es sollte beachtet werden, dass, wie es in der 2 gezeigt ist, in dem herkömmlichen Wellenlängenumwandlungselement 100, in dem der Brechungsindex der Bindemittelschicht 150 groß ist, die Menge des in der Ebene geleiteten Lichts 82 groß ist und der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90B groß wird. Daher nimmt in dem herkömmlichen Wellenlängenumwandlungselement 100 die Leistungsdichte des Ausgabelichts durch eine Zunahme von dessen Fleckdurchmesser ab. Im Gegensatz dazu weisen in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform die Brechungsindizes der Bindemittelschicht 50A und der Leuchtstoffteilchen 40 eine vorgegebene Beziehung auf, und demgemäß ist, wie es in der 1 gezeigt ist, die Menge des in der Ebene geleiteten Lichts 72 gering, der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A ist klein und die Leistungsdichte ist hoch. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, ist bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform die Leistungsdichte des Ausgabelichts hoch und demgemäß ist das Wellenlängenumwandlungselement 1A für ein optisches Gerät, wie z.B. eine Beleuchtungsvorrichtung, eine Projektorvorrichtung oder dergleichen, geeignet.
  • Während bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform das Erzeugungsverhältnis des in der Ebene geleiteten Lichts 72 klein wird, wird die Brechungsindexdifferenz zwischen den Leuchtstoffteilchen 40 und der Bindemittelschicht 50A groß. Daher scheint es auf den ersten Blick bezüglich des Wellenlängenumwandlungselements 1A so zu sein, als ob die Lichtabgabeeffizienz des Wellenlängenumwandlungselements 1A verglichen mit dem herkömmlichen Beispiel nicht verbessert ist, da die Lichtabgabeeffizienz der Leuchtstoffteilchen 40 abnimmt.
  • Das Fluoreszenzlicht 70, das zu der Bindemittelschicht 50A abgegeben wird, während die Totalreflexion im Inneren der Leuchtstoffteilchen 40 in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A wiederholt wird, wird jedoch kaum durch eine Lichtdämpfungsfunktion, wie z.B. den Lichtverlust 73, der von dem Vorliegen des lichtreflektierenden Films 20 stammt, beeinflusst. D.h., Licht, das nicht einmal von dem Inneren der Leuchtstoffteilchen 40 aufgrund der Reflexion auf der Grenzfläche zwischen den Leuchtstoffteilchen 40 und der Bindemittelschicht 50A abgegeben wird, wird wiederholt im Inneren der Leuchtstoffteilchen 40 reflektiert, während ein Winkel davon auf Grenzflächen mit der Bindemittelschicht 50A verändert wird. Ferner wird das Licht, das im Inneren der Leuchtstoffteilchen 40 wiederholt reflektiert wird, schließlich zu der Bindemittelschicht 50A abgegeben, während es kaum gedämpft wird.
  • Es sollte beachtet werden, dass ein räumlicher Ausbreitungsbereich des Lichts, das im Inneren der vorstehend beschriebenen Leuchtstoffteilchen 40 wiederholt reflektiert wird, zwangsläufig auf einen Teilchengrößenbereich der Leuchtstoffteilchen 40 beschränkt ist. Daher macht es bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1A die Einstellung der Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen 40 einfach, die Zunahme des Fleckdurchmessers des Ausgabelichts zu unterdrücken. Somit kann das Wellenlängenumwandlungselement 1A dieser Ausführungsform den räumlichen Ausbreitungsbereich des Lichts vermindern, während der Lichtverlust 73 unterdrückt wird, und demgemäß können eine höhere Lichtabgabeeffizienz als in dem herkömmlichen Beispiel und eine höhere Leistungsdichte des Ausgabelichts als in dem herkömmlichen Beispiel erreicht werden.
  • <Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements>
  • Das Wellenlängenumwandlungselement 1A wird beispielsweise durch Bilden des Wellenlängenwandlers 30A auf dem lichtreflektierenden Film 20 hergestellt. Der Wellenlängenwandler 30A kann mit einem bekannten und beliebigen Verfahren, einschließlich einem Nassverfahren, wie z.B. einem Beschichtungsverfahren, hergestellt werden. Das Nassverfahren, wie z.B. ein Beschichtungsverfahren, ist bevorzugt, da die Herstellungskosten gesenkt werden.
  • (Effekt des Wellenlängenumwandlungselements)
  • Gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement gemäß der ersten Ausführungsform wird ein Wellenlängenumwandlungselement erhalten, bei dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte eines Ausgabelichts selbst bei einer Bestrahlung mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte hoch sind.
  • (Zweite Ausführungsform)
  • Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform beschrieben. Die 1 ist eine schematische Querschnittsansicht des Wellenlängenumwandlungselements 1A und 1B gemäß der ersten und der zweiten Ausführungsform, wobei in jedem davon der Brechungsindex der Bindemittelschicht klein ist. Es sollte beachtet werden, dass die 1 auch das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform zusammen mit dem Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. In der nachstehenden Beschreibung wird die 1 für eine Bezugnahme auf das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform verwendet.
  • Wie es in der 1 gezeigt ist, umfasst das Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform ein Substrat 10, einen Wellenlängenwandler 30B (30) und einen lichtreflektierenden Film 20. Das Wellenlängenumwandlungselement 1 B gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Verwendung der Bindemittelschicht 50B anstelle der Bindemittelschicht 50A. Andere Strukturen sind zwischen den Wellenlängenumwandlungselementen 1A und 1B identisch. Daher sind in der folgenden Beschreibung des Wellenlängenumwandlungselements 1 B gemäß der zweiten Ausführungsform dieselben Bezugszeichen denselben Elementen wie denjenigen in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform zugeordnet, und eine Beschreibung von Konfigurationen und Funktionen davon wird gegebenenfalls weggelassen. D.h., die folgende Beschreibung bezieht sich vorwiegend auf die Bindemittelschicht 50B.
  • <Bindemittelschicht>
  • Die Bindemittelschicht 50B, die den Wellenlängenwandler 30B bildet, ist aus einem ausgehärteten Kompositkörper ausgebildet, der durch die Haftung des Bindemittels gebildet wird. Die Bindemittelschicht 50B lässt die Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander anhaften. Die Bindemittelschicht 50B ist eine Substanz, die eine Mehrzahl der Leuchtstoffteilchen 40 aneinander anhaften lässt. Dabei bedeutet Haftung, dass Feststoffe, wie z.B. Nanoteilchen, durch eine Kraft, die von einer intermolekularen Kraft verschieden ist, wie z.B. einem kovalenten Binden, einem lonenbinden und einem Wasserstoffbrückenbinden, aneinander fixiert werden.
  • Die Bindemittelschicht 50B wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die 3 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch den Wellenlängenwandler 30 (30A und 30B) zeigt, der in der 1 gezeigt ist. In der nachstehenden Beschreibung wird die 3 für eine Bezugnahme auf den Wellenlängenwandler 30B verwendet, der in der 1 gezeigt ist. Die 5 ist eine Querschnittsansicht, die vergrößert und schematisch einen Abschnitt A in dem Wellenlängenwandler 30B des Wellenlängenumwandlungselements 1 B gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt, die in der 3 gezeigt ist.
  • Wie es in der 3 und der 5 gezeigt ist, ist die Bindemittelschicht 50B, die den Wellenlängenwandler 30B bildet, aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt, der durch eine Haftung des Bindemittels ausgebildet worden ist, und lässt die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander anhaften.
  • Insbesondere ist, wie es in der 5 gezeigt ist, die Bindemittelschicht 50B aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt, der Nanoteilchen 51 und eine Fixierunterstützungssubstanz 55 umfasst, welche die angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 miteinander verbindet. Insbesondere umfasst die Bindemittelschicht 50B, die aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, die Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55, welche die Nanoteilchen 51 bedeckt und die Mehrzahl von Nanoteilchen 51 verbindet, während jeder Spalt zwischen den angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 durchdrungen wird. In der Bindemittelschicht 50B bedeckt die Fixierunterstützungssubstanz 55 alle Nanoteilchen 51, so dass der ausgehärtete Kompositkörper gebildet wird.
  • Darüber hinaus umfasst die Fixierunterstützungssubstanz 55 Nanospalte 58, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger darin sind. Dabei sind die Nanospalte 58 in der Bindemittelschicht 50B Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger, die in der Fixierunterstützungssubstanz 55 ausgebildet sind, ohne sich zu einer Oberfläche der Fixierunterstützungssubstanz 55 zu öffnen. Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn Nanoteilchen 51 eine hohle Struktur aufweisen, Luftspalte in den Nanoteilchen 51 nicht als Nanospalte gelten.
  • Die Bindemittelschicht 50B entspricht einer Schicht, die durch Bewirken, dass ein Ausgangsmaterial der Fixierunterstützungssubstanz 55 in jeden Spalt zwischen den angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 eindringt, und Aushärten dieses Ausgangsmaterials in der Bindemittelschicht 50A, die aus dem fixierten Körper der Nanoteilchen 51 des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der ersten Ausführungsform zusammengesetzt ist, ausgebildet wird.
  • Die Bindemittelschicht 50B ist aus dem ausgehärteten Kompositkörper, der die Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55 umfasst, zusammengesetzt. Demgemäß ist die mechanische Festigkeit der Bindemittelschicht 50B höher als diejenige der Bindemittelschicht 50A, die aus dem fixierten Körper der Nanoteilchen 51 in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform zusammengesetzt ist. Daher sind die mechanische Festigkeit des Wellenlängenwandlers 30B, der die Bindemittelschicht 50B umfasst, und dessen Ablösefestigkeit von dem lichtreflektierenden Film 20 höher als diejenigen des Wellenlängenwandlers 30A, der die Bindemittelschicht 50A umfasst, in dem Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform. Da beispielsweise die Bindungskraft des fixierten Körpers der Nanoteilchen 51 in der Bindemittelschicht 50A gering ist, können die Nanoteilchen 51 von dem lichtreflektierenden Film 20 aufgrund eines Zusammenbruchs des fixierten Körpers abgelöst werden, und da ferner die Bindungskraft des ausgehärteten Kompositkörpers in der Bindemittelschicht 50B groß ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Nanoteilchen 51 der Bindemittelschicht 50B von dem lichtreflektierenden Film 20 abgelöst werden.
  • Der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B beträgt vorzugsweise 1,43 oder weniger, mehr bevorzugt 1,38 bis 1,40. Wenn der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B 1,43 oder weniger beträgt, wird das Verhältnis, bei dem das in der Ebene geleitete Licht 72 in der Bindemittelschicht 50B erzeugt wird, vermindert, und die Lichtabgabeeffizienz des Wellenlängenumwandlungselements 1 B wird erhöht, wodurch der Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A vermindert werden kann.
  • [Fixierunterstützungssubstanz]
  • Die Fixierunterstützungssubstanz 55 ist eine Substanz, die zusammen mit den Nanoteilchen 51 eingebracht wird, wodurch die Haftung der Bindemittelschicht 50B selbst und die Haftung der Bindemittelschicht 50B an den Leuchtstoffteilchen und dem Substrat verbessert werden. Die Fixierunterstützungssubstanz 55 verbessert die mechanische Festigkeit des Wellenlängenwandlers 30B, beispielsweise die Beständigkeit des Wellenlängenwandlers 30B gegen Kratzer, und eine Substrathaftung, welche die Haftung zwischen der Bindemittelschicht 50B und dem Substrat 10 ist. Wenn darüber hinaus die Bindemittelschicht 50B eine Substanz mit einer starken Sulfidierung, wie z.B. Silber, zusätzlich zu den Nanoteilchen 51 enthält, kann die Fixierunterstützungssubstanz 55 auch eine Funktion als Gasbarriere entwickeln, welche diese Substanz vor einer Sulfidierung schützt.
  • Das Material der Fixierunterstützungssubstanz 55 ist nicht speziell beschränkt; beispielsweise wird jedoch ein anorganisches Material oder ein organisches Material verwendet. Es ist bevorzugt, dass das Material der Fixierunterstützungssubstanz 55 das anorganische Material ist, da die Wärmebeständigkeit erhöht werden kann. Es ist bevorzugt, dass das Material der Fixierunterstützungssubstanz 55 ein organisches Material ist, da es einfach ist, Herstellungsvariationen des Wellenlängenwandlers 30B zu unterdrücken. Diese Unterdrückung der Herstellungsvariationen ergibt sich aus der Tatsache, dass zum Zeitpunkt der Bildung des Wellenlängenwandlers 30B durch ein Nassverfahren, wie z.B. ein Beschichtungsverfahren, die Sedimentationsgeschwindigkeit der Leuchtstoffteilchen in einer Ausgangsmaterial-Beschichtungsflüssigkeit, welche die Fixierunterstützungssubstanz 55 enthält, vermindert wird und die Viskosität der Ausgangsmaterial-Beschichtungsflüssigkeit stabilisiert wird.
  • Als das anorganische Material wird beispielsweise eine Substanz verwendet, die enthält: Quarzglas (SiO2), bei dem als Vorstufe mindestens eines von Polysilazan und einem Polysilazanderivat verwendet wird; oder Quarzglas, bei dem als Vorstufe mindestens eines von Alkoxysilan und einem Alkoxysilanderivat verwendet wird.
  • Das Quarzglas, bei dem als Vorstufe mindestens eines von Polysilazan und einem Polysilazanderivat verwendet wird, wird durch eine Hydrolyse der Vorstufe erhalten. Hier steht das Polysilazan für ein Polymer mit einer cyclischen oder linearen Si-N-Grundgerüststruktur, in der eine oder mehrere Si-N-Bindung(en) kontinuierlich ist oder sind, wobei alle Seitenketten von Si und N H sind. Darüber hinaus steht das Polysilazanderivat für ein Polymer mit einer Struktur, in der Gruppen, die von H verschieden sind, wie z.B. Kohlenwasserstoffgruppen, durch eine oder mehrere Seitenkette(n) oder Endgruppe(n), die das Polysilazan bilden, substituiert sind. Wenn mindestens eines des Polysilazans und des Polysilazanderivats einer Hydrolyse unterzogen wird, wird das Quarzglas erhalten. Beispielsweise wenn das Polysilazan eine Struktur von (-SiH2NH-) in Molekülen aufweist, wird das Quarzglas SiO2 aus (-SiH2NH-) durch eine hydrolytische Reaktion erzeugt.
  • Das Quarzglas, bei dem als Vorstufe mindestens eines von Alkoxysilan und einem Alkoxysilanderivat verwendet wird, wird durch eine hydrolytische Kondensation der Vorstufe erhalten. Hier steht das Alkoxysilan für eine Substanz, in der O in Alkoxygruppen an Si gebunden ist. Darüber hinaus steht das Alkoxysilanderivat für eine Substanz mit einer Struktur, in der ein oder mehrere H, das oder die das Alkoxysilan bildet oder bilden, durch Gruppen substituiert ist oder sind, die von H verschieden sind.
  • Darüber hinaus steht die hydrolytische Kondensation für eine Reaktion, in der eine hydrolytische Reaktion und eine Kondensationsreaktion stattfinden. Beispielsweise wenn das Alkoxysilan Si5O4(OC2H5)12 ist, erzeugt das Si5O4(OC2H5)12 durch die hydrolytische Reaktion ein Silanol Si5O4(OH)12. Darüber hinaus erzeugt das Silanol Si5O4(OH)12 durch die Kondensationsreaktion das Quarzglas SiO2.
  • Das Quarzglas, bei dem als Vorstufe das Polysilazan, das Polysilazanderivat, das Alkoxysilan oder das Alkoxysilanderivat verwendet wird, wird durch ein Nassverfahren erzeugt. Daher ist es bevorzugt, dass das Quarzglas, bei dem als Vorstufe das Polysilazan, das Polysilazanderivat, das Alkoxysilan oder das Alkoxysilanderivat verwendet wird, erzeugt wird, da bessere Filmbildungseigenschaften als bei der herkömmlichen Dünnfilmbildung durch das Sol-Gel-Verfahren erhalten werden. Darüber hinaus ist das Quarzglas (SiO2), bei dem als Vorstufe das Polysilazan, das Polysilazanderivat, das Alkoxysilan oder das Alkoxysilanderivat verwendet wird, im Hinblick auf die Lichtabgabeeffizienz und die Ausgabefleckgröße bevorzugt, da dessen Brechungsindex von den anorganischen Metalloxiden relativ niedrig ist.
  • Das organische Material, das ein Material der Fixierunterstützungssubstanz 55 ist, kann ein Material sein, das teilweise eine anorganische Komponente enthält. Das organische Material, das teilweise eine anorganische Komponente enthält, ist bevorzugt, da es dann einfach ist, die Wärmebeständigkeit stärker als bei einem rein organischen Material zu erhöhen.
  • Darüber hinaus können die Materialien der Fixierunterstützungssubstanz 55 und der Nanoteilchen 51 identisch sein. Es ist bevorzugt, dass die Materialien der Fixierunterstützungssubstanz 55 und der Nanoteilchen 51 identisch sind, da es dann einfach ist, die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängenwandlers 30B zu erhöhen, da dann die Phononenstreuung an Grenzflächen zwischen der Fixierunterstützungssubstanz 55 und den Nanoteilchen 51 unterdrückt wird.
  • Wenn die Fixierunterstützungssubstanz 55 die Oberflächen der Nanoteilchen 51 bedeckt, beträgt die Dicke der Fixierunterstützungssubstanz 55 üblicherweise 1 bis 100 nm. Dabei steht die Dicke der Fixierunterstützungssubstanz 55 für die Dicke der Fixierunterstützungssubstanz 55, die Oberflächen der Nanoteilchen 51 bedeckt, die sich auf einer Oberfläche des ausgehärteten Kompositkörpers befinden. Eine solche Dicke der Fixierunterstützungssubstanz 55, die zwischen den angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 vorliegt, ist nicht speziell beschränkt; sie beträgt jedoch beispielsweise 1 bis 100 nm.
  • Da die Dicke der Fixierunterstützungssubstanz 55 gering ist, wie es vorstehend beschrieben ist, weist die Fixierunterstützungssubstanz 55 kaum den Effekt einer Lichtstreuung auf. Daher ist üblicherweise der optische Einfluss der Fixierunterstützungssubstanz 55 auf die Bindemittelschicht 50B nur ein effektiver Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B durch die Nanospalte 58 im Inneren der Fixierunterstützungssubstanz 55.
  • Es sollte beachtet werden, dass in der Bindemittelschicht 50B, die in der 5 gezeigt ist, die Fixierunterstützungssubstanz 55 alle Nanoteilchen 51 bedeckt und den ausgehärteten Kompositkörper bildet. Als modifiziertes Beispiel der Ausführungsform, die in der 5 gezeigt ist, kann die Fixierunterstützungssubstanz 55 jedoch einen ausgehärteten Kompositkörper bilden, in dem die Fixierunterstützungssubstanz 55 teilweise die Nanoteilchen 51 bedeckt. Hier bedeutet „die Fixierunterstützungssubstanz 55 bedeckt teilweise die Nanoteilchen 51“, dass Teilbereiche der Nanoteilchen 51, welche die Bindemittelschicht 50 bilden, von allen Bereichen davon nicht mit der Fixierunterstützungssubstanz 55 bedeckt sind.
  • Die Fixierunterstützungssubstanz 55 der Bindemittelschicht 50B umfasst die Nanospalte 58, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger darin sind. Der Brechungsindex der Nanospalte 58 beträgt 1,0, wobei es sich um den Brechungsindex der Luft handelt. Daher nimmt beispielsweise, wenn die Nanoteilchen 51 der Bindemittelschicht 50B SiO2 sind, der effektive Brechungsindex des ausgehärteten Kompositkörpers, der die SiO2-Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55, welche die Nanospalte 58 umfasst, enthält, d.h., der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B, stärker ab als der Brechungsindex der SiO2-Nanoteilchen 51 selbst. Insbesondere nimmt der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B, in der die Nanoteilchen 51 SiO2 sind, aufgrund des Vorliegens der Nanospalte 58 stärker ab als der Brechungsindex der SiO2-Nanoteilchen 51 selbst, und wird üblicherweise 1,43 oder weniger. Der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kann aus der Maxwell-Garnett-Formel unter Verwendung eines Brechungsindex und der Porosität des Materials der Bindemittelschicht 50B erhalten werden. Darüber hinaus müssen die Nanospalte 58 keine strenge Kugelform aufweisen. Somit ist es gemäß der Bindemittelschicht 50B, die aus dem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, der die Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55 umfasst, welche die Nanospalte 58 umfasst, einfach, die mechanische Festigkeit des Wellenlängenwandlers 30B zu erhöhen, während der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B vermindert wird.
  • Von den Materialien eines Bindemittels, das die Bindemittelschicht 50B bildet, wird als Material der Nanoteilchen 51 vorzugsweise eine anorganische Substanz oder eine organische Substanz verwendet, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40.
  • Darüber hinaus wird als Material der Nanoteilchen 51 eine anorganische Substanz oder eine organische Substanz bevorzugt verwendet, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, und zwar dadurch, dass die Bindemittelschicht 50B in einer Kombination mit der Fixierunterstützungssubstanz 55 gebildet wird. Als Material der Nanoteilchen 51, welche die Bindemittelschicht 50B bilden, kann das gleiche Material wie dasjenige der Nanoteilchen 51, welche die Bindemittelschicht 50A des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der ersten Ausführungsform bilden, verwendet werden. Daher wird eine Beschreibung des Materials der Nanoteilchen 51, welche die Bindemittelschicht 50B bilden, weggelassen.
  • Von den Materialien des Bindemittels, das die Bindemittelschicht 50B bildet, wird als Material der Fixierunterstützungssubstanz 55 bevorzugt eine anorganische Substanz verwendet, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40.
  • Wenn der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner ist als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, wird aufgrund einer Totalreflexion Licht im Inneren der Leuchtstoffteilchen 40 eingeschlossen und das eingeschlossene Licht umfasst einen großen Teil einer Lichtkomponente, die innerhalb eines Bereichs der Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen 40 beschränkt ist. Somit ist es bevorzugt, dass der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner ist als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, da es einfach ist, den Ausgabelicht-Fleckdurchmesser 90A zu vermindern. Darüber hinaus ist der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B üblicherweise größer als 1, wobei es sich um den Brechungsindex von Luft handelt.
  • Darüber hinaus wird von den Materialien der Bindemittelschicht 50B als Material der Fixierunterstützungssubstanz 55 eine anorganische Substanz verwendet, bei welcher der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40, und zwar durch Bilden der Bindemittelschicht 50B in einer Kombination mit den Nanoteilchen 51. Als anorganische Substanz, welche die Fixierunterstützungssubstanz 55 bildet, wird beispielsweise eine Siliziumverbindung, wie z.B. Siliziumoxid, welches die SiO2-Grundgerüststruktur aufweist, verwendet.
  • Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn die Fixierunterstützungssubstanz 55 die Siliziumverbindung mit der SiO2-Grundgerüststruktur ist, der Brechungsindex von SiO2 selbst etwa 1,44 bis 1,50 beträgt. Wie es in der 5 gezeigt ist, umfasst die Bindemittelschicht 50B üblicherweise jedoch die Nanospalte 58, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, im Inneren der Fixierunterstützungssubstanz 55. Der Brechungsindex der Nanospalte 58 beträgt 1,0 wobei es sich um den Brechungsindex von Luft handelt. Daher nimmt der effektive Brechungsindex der Fixierunterstützungssubstanz 55, welche die Nanospalte 58 umfasst, mehr ab als der Brechungsindex von SiO2 selbst und wird üblicherweise 1,43 oder weniger. Darüber hinaus wird der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B, welche die Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55 umfasst, welche die Nanospalte 58 umfasst, üblicherweise 1,43 oder weniger, wenn der Brechungsindex des Materials der Nanoteilchen 51 1,43 oder weniger beträgt. Der effektive Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kann aus der Maxwell-Garnett-Formel durch die Verwendung des Brechungsindex und des Gehaltanteils von jedem der Nanoteilchen 51, der Nanospalte 58 und der Fixierunterstützungssubstanz 55 erhalten werden. Darüber hinaus müssen die Nanospalte 58 und die Nanoteilchen 51 keine strenge Kugelform bilden.
  • Durch die folgenden Verfahren kann bestimmt werden, ob die Nanoteilchen 51, die Nanospalte 58 und die Fixierunterstützungssubstanz 55 in der Bindemittelschicht 50B vorliegen, und deren Gehaltanteile können gemessen werden. D.h., die Bestimmung und die Messung können mit bekannten analytischen Verfahren implementiert werden, wie z.B. einer Analyse von erfassten Bilddaten durch ein Elektronenmikroskop und ein CT-Abtastverfahren, und ein Stickstoffadsorptionsverfahren, oder durch eine Kombination dieser analytischen Verfahren, von damit zusammenhängenden Technologien oder dergleichen.
  • Die Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55 in der Bindemittelschicht 50B können durch bekannte analytische Verfahren bestimmt werden, wie z.B. das EDX-Verfahren und das XRD-Verfahren, oder durch eine Kombination dieser analytischen Verfahren, von damit zusammenhängenden Technologien oder dergleichen.
  • Es sollte beachtet werden, dass der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte 58 für einen durchschnittlichen Durchmesser steht, wenn angenommen wird, dass die Nanospalte 58 eine Kugelform mit demselben Volumen aufweisen. Der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte 58 wird beispielsweise durch ein bekanntes analytisches Verfahren erhalten, wie z.B. ein Gasadsorptionsverfahren. Die Nanospalte 58 weisen einen durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger auf und weisen demgemäß kaum einen Effekt der Lichtstreuung auf, und beeinflussen daher den Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B im Bereich sichtbaren Lichts.
  • Die Bindemittelschicht 50B kann Spalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm umfassen, d.h., Mikrospalte, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser sind, der größer ist als derjenige der Nanospalte 58, und Mikroverunreinigungen, die Verunreinigungen mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm sind. Beispielsweise kann die Bindemittelschicht 50B Mikrospalte umfassen, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm sind. Hier sind die Mikrospalte in der Bindemittelschicht 50B Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von mehr als 300 nm, die in der Fixierunterstützungssubstanz 55 ausgebildet sind, ohne sich zu der Oberfläche der Fixierunterstützungssubstanz 55 zu öffnen.
  • Der durchschnittliche Durchmesser der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen wird ähnlich wie der durchschnittliche Durchmesser der Nanospalte 58 berechnet. Die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen weisen durchschnittliche Durchmesser von mehr als 300 nm auf und weisen demgemäß einen beträchtlichen Effekt der Lichtstreuung auf, und beeinflussen daher den Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B im Bereich sichtbaren Lichts nicht. Daher wird selbst dann, wenn die Bindemittelschicht 50B die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen umfasst, der Effekt dieser Ausführungsform, dass das Wellenlängenumwandlungselement, in dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte des Ausgabelichts hoch sind, selbst dann ausreichend erhalten, wenn es mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird.
  • Darüber hinaus streuen, wenn die Bindemittelschicht 50B geeignete Mengen der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen umfasst, die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen das Anregungslicht 60 und das Fluoreszenzlicht 70, so dass die Bindemittelschicht 50B gute Farbmischeigenschaften aufweist. Daher ist es bevorzugt, dass die Bindemittelschicht 50B geeignete Mengen der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen umfasst, da es dann einfach ist, weißes Licht mit einer geringen Farbverschiebung zu erhalten.
  • Die Messung, ob die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen in der Bindemittelschicht 50B vorliegen, und von deren Gehaltanteilen entspricht der Messung, ob die Mikrospalte und die Mikroverunreinigungen in der Bindemittelschicht 50A vorliegen, und von deren Gehaltanteilen.
  • Die Bestimmung der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen in der Bindemittelschicht 50B entspricht der Bestimmung der Mikrospalte und der Mikroverunreinigungen in der Bindemittelschicht 50A.
  • Die Bindemittelschicht 50B kann aus einer leuchtenden Substanz zusammengesetzt sein oder kann aus einer nicht-leuchtenden Substanz zusammengesetzt sein. Dabei sind die leuchtende Substanz und die nicht-leuchtende Substanz dieselben Substanzen wie die leuchtende Substanz und die nicht-leuchtende Substanz, die bezüglich der Bindemittelschicht 50A beschrieben sind, die das Wellenlängenumwandlungselement 1A gemäß der ersten Ausführungsform bildet.
  • Darüber hinaus sind die Nanospalte 58, die in die Bindemittelschicht 50B einbezogen sind, so in der Bindemittelschicht 50B bereitgestellt, dass deren Gehalt bewirkt, dass der Brechungsindex der Bindemittelschicht 50B kleiner wird als der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen 40.
  • Es sollte beachtet werden, dass dann, wenn eine Differenz bei dem Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen einer Bindemittelschicht und einem Substrat in dem herkömmlichen Wellenlängenumwandlungselement groß ist, der Wellenlängenwandler aufgrund eines Wärmeeintrags und dergleichen von dem Substrat abgelöst werden kann. Im Gegensatz dazu stellt gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform die Fixierunterstützungssubstanz 55 den Wärmeausdehnungskoeffizienten der Bindemittelschicht 50B ein und demgemäß kann die Wahrscheinlichkeit des vorstehend beschriebenen Ablösens vermindert werden. Beispielsweise wenn die Bindemittelschicht 50B aus einem anorganischen Material mit einem relativ niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt ist und das Substrat 10 aus einem Metall mit einem relativ großen Wärmeausdehnungskoeffizienten zusammengesetzt ist, kann die Wahrscheinlichkeit des vorstehend beschriebenen Ablösens effektiv vermindert werden.
  • Bezüglich der Bindemittelschicht 50B, die aus dem ausgehärteten Kompositkörper unter Verwendung der Nanoteilchen 51 und der Fixierunterstützungssubstanz 55 in einer Kombination zusammengesetzt, ist es einfach, das Volumen der Bindemittelschicht 50B, das zwischen die Leuchtstoffteilchen 40 einzubringen ist, verglichen mit dem Fall der Verwendung einer anorganischen Vorstufe als die Bindemittelschicht wie in PTL 2 zu erhöhen. Daher wird es gemäß der Bindemittelschicht 50B einfach, den Abstand zwischen den Leuchtstoffteilchen 40 zu erhöhen, und als Ergebnis wird es einfach, die Anzahl von Leuchtstoffteilchen pro Einheitsvolumen des Wellenlängenwandlers 30B zu vermindern. Dieser Wellenlängenwandler 30B, bei dem die Anzahl der Leuchtstoffteilchen pro Einheitsvolumen gering ist, ist in dem Fall geeignet, bei dem die Farbverschiebung zu einer Zunahme neigt, da der Wellenlängenwandler 30B eine starke Abhängigkeit von der bestrahlten Position aufweist, wie in dem Fall, bei dem als Anregungslicht ein Laserstrahl oder dergleichen mit einem relativ kleinen Fleckdurchmesser verwendet wird. Ein Grund dafür besteht darin, dass es der vorstehend beschriebene Wellenlängenwandler 30B, bei dem die Anzahl der Leuchtstoffteilchen pro Einheitsvolumen gering ist, einfach macht, die Farbwertverschiebung des Ausgabelichts zu absorbieren, die abhängig von der mit dem Anregungslicht bestrahlten Position verursacht wird. Somit ist das Wellenlängenumwandlungselement 1 B, das die Bindemittelschicht 50B umfasst, für eine lichtemittierende Vorrichtung geeignet, bei der die Farbverschiebung zu einer Zunahme neigt, da der Wellenlängenwandler 30B eine starke Abhängigkeit von der bestrahlten Position aufweist, da ein Laserstrahl oder dergleichen mit einem relativ kleinen Fleckdurchmesser als Anregungslicht verwendet wird.
  • <Funktion des Wellenlängenumwandlungselements>
  • Die Funktion des Wellenlängenumwandlungselements 1B gemäß der zweiten Ausführungsform entspricht der Funktion des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der ersten Ausführungsform und deren Beschreibung wird weggelassen.
  • <Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements>
  • Das Wellenlängenumwandlungselement 1B wird beispielsweise durch Bilden des Wellenlängenwandlers 30B auf dem lichtreflektierenden Film 20 hergestellt. Beispielsweise, kann der Wellenlängenwandler 30B unter Verwendung von Ausgangsmaterialien der Leuchtstoffteilchen 40, der Nanoteilchen 51 und der Fixierunterstützungssubstanz und Aushärten des Ausgangsmaterials der Fixierunterstützungssubstanz durch das Sol-Gel-Verfahren hergestellt werden.
  • (Effekt des Wellenlängenumwandlungselements)
  • Gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement gemäß der zweiten Ausführungsform wird wie bei dem ersten Wellenlängenumwandlungselement gemäß der ersten Ausführungsform ein Wellenlängenumwandlungselement erhalten, bei dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte des Ausgabelichts selbst dann hoch sind, wenn es mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird.
  • Darüber hinaus sind die mechanische Festigkeit und die Ablösefestigkeit der Bindemittelschicht 50B des Wellenlängenumwandlungselements gemäß der zweiten Ausführungsform höher als diejenigen der Bindemittelschicht 50A des Wellenlängenumwandlungselements gemäß der ersten Ausführungsform. Daher sind gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform die mechanische Festigkeit des Wellenlängenwandlers 30B, einschließlich der Bindemittelschicht 50B, und deren Ablösefestigkeit von dem lichtreflektierenden Film 20 höher als diejenigen des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der ersten Ausführungsform.
  • (Bindemittelschichten der ersten und der zweiten Ausführungsform)
  • Auf der Basis der Bindemittelschicht 50A des Wellenlängenumwandlungselements 1A gemäß der vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform und der Bindemittelschicht 50B des Wellenlängenumwandlungselements 1B gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform kann davon ausgegangen werden, dass die Bindemittelschicht 50 die angrenzenden Leuchtstoffteilchen 40 und 40 aneinander fixiert oder anhaften lässt.
  • <Modifiziertes Beispiel der zweiten Ausführungsform>
  • Bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform ist die Bindemittelschicht 50B aus dem ausgehärteten Kompositkörper, der die Nanoteilchen 51 und die Fixierunterstützungssubstanz 55, welche die angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 miteinander verbindet, umfasst, zusammengesetzt. Im Gegensatz dazu kann als modifiziertes Beispiel des Wellenlängenumwandlungselements 1B gemäß der zweiten Ausführungsform die Bindemittelschicht 50 als ausgehärteter Kompositkörper gebildet werden, der nur aus der Fixierunterstützungssubstanz 55 zusammengesetzt ist, welche die Nanoteilchen 51 nicht umfasst. Darüber hinaus kann der ausgehärtete Kompositkörper, der nur aus der Fixierunterstützungssubstanz 55 zusammengesetzt ist, welche die Bindemittelschicht 50 bildet, die Nanospalte 58 darin umfassen, wie dies bei dem Wellenlängenumwandlungselement 1B gemäß der zweiten Ausführungsform der Fall ist.
  • <Funktion des Wellenlängenumwandlungselements>
  • Die Funktion des Wellenlängenumwandlungselements gemäß dem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform ist der Funktion des Wellenlängenumwandlungselements 1B gemäß der zweiten Ausführungsform ähnlich und deren Beschreibung wird weggelassen.
  • <Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements>
  • Der Wellenlängenwandler des Wellenlängenumwandlungselements gemäß dem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform kann mit einem bekannten und beliebigen Verfahren hergestellt werden, einschließlich einem Nassverfahren, wie z.B. einem Beschichtungsverfahren. Das Nassverfahren, wie z.B. ein Beschichtungsverfahren, ist bevorzugt, da die Herstellungskosten gesenkt werden.
  • (Effekt des Wellenlängenumwandlungselements)
  • Gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement gemäß dem modifizierten Beispiel der zweiten Ausführungsform wird ein Wellenlängenumwandlungselement erhalten, bei dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte des Ausgabelichts selbst dann hoch sind, wenn es mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird.
  • BEISPIELE
  • Nachstehend wird diese Ausführungsform durch Beispiele detaillierter beschrieben; diese Ausführungsform ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt. Beispiel 2 repräsentiert hierbei ein Referenzbeispiel.
  • [Beispiel 1]
  • (Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements)
  • Ein Pulver aus Magnesiumfluorid-Nanoteilchen (Brechungsindex: 1,38) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 40 nm, das durch ein Gasphasenverfahren hergestellt worden ist, wurde mit lonenaustauschwasser gemischt und durch Ultraschallwellen dispergiert, wodurch 15 Massen-% einer Magnesiumfluorid-Dispersionsflüssigkeit D1 erhalten wurden.
  • Darüber hinaus wurden als gelb-grüner Leuchtstoff YAG-Teilchen (YAG374A165, hergestellt von Nemoto Lumi-Materials Co., Ltd.; Brechungsindex: 1,8) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 19 µm hergestellt. Ferner wurden als roter Leuchtstoff SCASN-Teilchen (BR-102, hergestellt von Mitsubishi Chemical Corporation; Brechungsindex > 1,8) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 10 µm hergestellt. Die SCASN-Teilchen sind ein (Sr,Ca)AlSiN3:Eu-Leuchtstoff. Die Magnesiumfluorid-Dispersionsflüssigkeit D1, die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1:2,1:0,18 miteinander gemischt, wodurch eine fluoreszierende Flüssigkeit P1 erhalten wurde.
  • Als nächstes wurde auf einem Teil einer Oberfläche eines Aluminiumsubstrats mit einem Reflexionsgrad von 95 % ein Ag-Film als lichtreflektierender Film in einer Dicke von 120 nm abgeschieden, wodurch ein Substratelement, das aus dem Aluminiumsubstrat und dem Ag-Film zusammengesetzt war, hergestellt wurde. In dem Substratelement wurde der Ag-Film so angeordnet, dass eine Fläche davon kleiner wurde als eine Fläche der Oberfläche des Aluminiumsubstrats. Dann wurde eine Aufbringvorrichtung, die mit einem aus Metall hergestellten Stab versehen war, verwendet, und der aus Metall hergestellte Stab wurde mit einer Geschwindigkeit von 4 mm/s angetrieben, wodurch die fluoreszierende Flüssigkeit P1 auf den Ag-Film des Substratelements aufgebracht wurde. Diese wurde bei Raumtemperatur getrocknet. Dann wurde ein Wellenlängenumwandlungselement (Wellenlängenumwandlungselement Nr. 1), in dem ein Wellenlängenwandler (Wellenlängenwandler Nr. 1) auf dem Substratelement ausgebildet war, erhalten. In dem Wellenlängenwandler Nr. 1 wurden die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen durch eine Bindemittelschicht fixiert und die Bindemittelschicht war als fixierter Körper ausgebildet, in dem Magnesiumfluorid-Nanoteilchen aneinander fixiert waren. Der Brechungsindex der Bindemittelschicht betrug etwa 1,38 oder weniger. Das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 1 war ein Element, in dem der Wellenlängenwandler Nr. 1 auf dem lichtreflektierenden Film ausgebildet war, der auf einem Teil der Oberfläche des Aluminiumsubstrats ausgebildet ist.
  • Es sollte beachtet werden, dass zum Zeitpunkt des Aufbringens der fluoreszierenden Flüssigkeit P1 das Substratelement dadurch auf einem Tisch der Aufbringvorrichtung fixiert wurde, dass es durch ein Klebeband mit einer Dicke von 100 µm darauf geklebt wurde. Darüber hinaus wurde zum Zeitpunkt des Aufbringens der fluoreszierenden Flüssigkeit P1 die fluoreszierende Flüssigkeit P1 derart aufgebracht, dass eine geeignete Menge davon auf einen Abschnitt, der durch das Fixierband umgeben ist, und die Oberfläche des Substratelements getropft wurde, und danach wurde der aus Metall hergestellte Stab gerollt, so dass ein solcher beschichteter Gegenstand, der durch Tropfen der fluoreszierenden Flüssigkeit P1 auf das Substratelement erhalten worden ist, gedrückt wurde.
  • (Bewertung der Umwandlungseffizienz des Wellenlängenumwandlungselements)
  • Das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 1 wurde so auf einen aus Metall hergestellten Kühlkörper geklebt, dass dessen Substrat damit in Kontakt gebracht wurde. Als nächstes wurde ein Laserstrahl mit einer zentralen Wellenlänge von 450 nm und einer Leistungsdichte von etwa 4,5 W/mm2 als Anregungslicht auf die Oberfläche des Wellenlängenwandlers Nr. 1 angewandt. Dann wurde eine Mischfarbe, die aus blauem Licht, gelb-grünem Licht und rotem Licht des Anregungslichts zusammengesetzt war, erhalten.
  • Für diese Mischfarbe wurden das Wellenlängenspektrum und die Beleuchtungsintensität mit einer Ulbricht-Kugel, einem Spektrophotometer und einem Beleuchtungsmesser gemessen, wodurch die Energiemenge der Mischfarbe erhalten wurde. Die Energiemenge der Mischfarbe wurde durch Integrieren der Energie in einem Bereich berechnet, bei dem die Wellenlänge im Bereich von 380 nm bis 800 nm liegt.
  • Als nächstes wurde die Energiemenge der Mischfarbe durch die Energiemenge des Anregungslichts dividiert, wodurch die Umwandlungseffizienz berechnet wurde. Diese Umwandlungseffizienz wurde auch im später beschriebenen Beispiel 2 in einer ähnlichen Weise wie in diesem Beispiel berechnet. Dann wurde die Umwandlungseffizienz dieses Beispiels (Beispiel 1) durch die Umwandlungseffizienz von Beispiel 2 dividiert, wodurch ein Umwandlungseffizienzverhältnis berechnet wurde. Das Umwandlungseffizienzverhältnis ist in der Tabelle 1 gezeigt. Es sollte beachtet werden, dass die Umwandlungseffizienz und das Umwandlungseffizienzverhältnis Indizes sind, die angeben, dass die Lichtabgabeeffizienz des Wellenlängenumwandlungselements höher ist, wenn dessen Zahlenwerte höher sind. [Tabelle 1]
    Umwandlungseffizienzverhältnis
    Beispiel 1 1,06
    Beispiel 2 1,00
  • [Beispiel 2]
  • (Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements)
  • Polysilazan (Merck K.K., NL120A), YAG-Teilchen, die denjenigen von Beispiel 1 entsprechen, und SCASN-Teilchen, die denjenigen von Beispiel 1 entsprechen, wurden hergestellt. Das Polysilazan, die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1:2,1:0,18 miteinander gemischt, wodurch eine fluoreszierende Flüssigkeit P51 erhalten wurde. Als Polysilazan wurde Aquamica (eingetragene Marke) NL120A, hergestellt von Merck Performance Materials Ltd., verwendet. Aquamica NL120A enthält einen Katalysator auf Palladiumbasis, der die Umwandlung in Siliziumoxid beschleunigt, wobei ein Lösungsmittel ein Mischlösungsmittel aus Dibutylether und Anisol war.
  • Dann wurde in einer entsprechenden Weise wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die fluoreszierende Flüssigkeit P51 anstelle der fluoreszierenden Flüssigkeit P1 verwendet wurde, ein Wellenlängenumwandlungselement (Wellenlängenumwandlungselement Nr. 51), bei dem ein Wellenlängenwandler (Wellenlängenwandler Nr. 51) auf einem Substrat ausgebildet war, erhalten. Der Wellenlängenwandler Nr. 51 wurde als ein Wellenlängenwandler ausgebildet, bei dem die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen durch eine Bindemittelschicht aneinander angebracht wurden. Die Bindemittelschicht wurde als eine Fixierunterstützungssubstanz ausgebildet, die aus Siliziumoxid zusammengesetzt war, wobei der Brechungsindex 1,38 oder mehr und weniger als 1,50 betrug und dessen Durchschnittswert 1,45 betrug. Das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 51 war ein Element, in dem der Wellenlängenwandler Nr. 51 auf dem lichtreflektierenden Film ausgebildet war, der auf einem Teil der Oberfläche des Aluminiumsubstrats ausgebildet war.
  • (Bewertung der Umwandlungseffizienz des Wellenlängenumwandlungselements)
  • Die Umwandlungseffizienz und das Umwandlungseffizienzverhältnis wurden in einer entsprechenden Weise wie im Beispiel 1 berechnet. Das Umwandlungseffizienzverhältnis ist in der Tabelle 1 gezeigt.
  • (Bewertungsvergleich zwischen dem Beispiel 1 und dem Beispiel 2)
  • <Vergleich des Umwandlungseffizienzverhältnisses>
  • Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass das Umwandlungseffizienzverhältnis von Beispiel 1 höher war als das Umwandlungseffizienzverhältnis von Beispiel 2. D.h., es wurde gefunden, dass die Lichtabgabeeffizienz von Beispiel 1 verglichen mit der Lichtabgabeeffizienz von Beispiel 2 höher war.
  • <Beziehung zwischen der Umwandlungseffizienz und dem Brechungsindex der Bindemittelschicht>
  • Ein Hauptunterschied zwischen dem Beispiel 1 und dem Beispiel 2 ist die Zusammensetzung der Bindemittelschicht. Gemäß dem Vergleich zwischen den Umwandlungseffizienzverhältnissen von Beispiel 1 und Beispiel 2 wird davon ausgegangen, dass eine solche Verbesserung der Umwandlungseffizienz von Beispiel 1 in Bezug auf diejenige von Beispiel 2 aus einer Differenz zwischen diesen in Bezug auf die Zusammensetzung der Bindemittelschicht resultiert. Insbesondere ist die Bindemittelschicht von Beispiel 2 Siliziumoxid (Brechungsindex: 1,45), das von Polysilazan abgeleitet ist, und die Bindemittelschicht von Beispiel 1 ist ein Magnesiumfluorid-fixierter Körper mit Nanospalten (Brechungsindex: 1,2). Daher wird davon ausgegangen, dass im Beispiel 1 die Umwandlungseffizienz durch die Abnahme des Brechungsindex der Bindemittelschicht verbessert ist.
  • [Beispiel 3]
  • (Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements)
  • 1 Massenteil eines Pulvers von Magnesiumfluorid-Nanoteilchen (Brechungsindex: 1,38) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 40 nm, das durch ein Gasphasenverfahren hergestellt worden ist, und 9 Massenteile Polysilazan wurden miteinander gemischt und durch Ultraschallwellen dispergiert, wodurch eine Magnesiumfluorid-Dispersionsflüssigkeit D2 erhalten wurde. Als Polysilazan wurde Aquamica (eingetragene Marke) NL120A, hergestellt von Merck Performance Materials Ltd., verwendet. Aquamica NL120A enthält einen Katalysator auf Palladiumbasis, der die Umwandlung in Siliziumoxid beschleunigt, wobei ein Lösungsmittel ein Mischlösungsmittel aus Dibutylether und Anisol war.
  • Darüber hinaus wurden YAG-Teilchen als gelb-grüner Leuchtstoff und SCASN-Teilchen als roter Leuchtstoff, die mit denjenigen von Beispiel 1 identisch waren, hergestellt. Die Magnesiumfluorid-Dispersionsflüssigkeit D2, die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen wurden in einem Gewichtsverhältnis von 1:2,1:0,18 miteinander gemischt, wodurch eine fluoreszierende Flüssigkeit P2 erhalten wurde.
  • In einer entsprechenden Weise wie im Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass die fluoreszierende Flüssigkeit P2 anstelle der fluoreszierenden Flüssigkeit P1 verwendet wurde, wurde ein Wellenlängenumwandlungselement (Wellenlängenumwandlungselement Nr. 2), in dem ein Wellenlängenwandler (Wellenlängenwandler Nr. 2) auf einem Substrat ausgebildet war, erhalten. Eine Mehrzahl der Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 2 wurde hergestellt. Wie es aus später beschriebenen Untersuchungsergebnissen ersichtlich ist, wurde der Wellenlängenwandler Nr. 2 als ein Wellenlängenwandler ausgebildet, bei dem die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen durch eine Bindemittelschicht aneinander anhafteten. Der Brechungsindex der Bindemittelschicht betrug 1,38 oder mehr und weniger als 1,50, wodurch dessen Durchschnittswert 1,42 betrug. Das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 2 war ein Element, in dem der Wellenlängenwandler Nr. 2 auf dem lichtreflektierenden Film ausgebildet war, der auf einem Teil der Oberfläche des Aluminiumsubstrats ausgebildet worden ist.
  • (Untersuchung des Wellenlängenwandlers)
  • Bezüglich des erhaltenen Wellenlängenumwandlungselements Nr. 2 wurde der Wellenlängenwandler Nr. 2 auf dem Substrat gebrochen. Von einer solchen Bruchoberfläche dieses Wellenlängenwandlers Nr. 2 wurde ein Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Bild mittels eines FE-SEM aufgenommen. Das Ergebnis ist in der 6 und der 7 gezeigt. Die 6 ist ein Rasterelektronenmikroskop (SEM)-Bild, das die Bruchoberfläche des Wellenlängenwandlers Nr. 2 zeigt, der das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 2 gemäß Beispiel 3 bildet. Die 7 ist ein SEM-Bild, das einen Abschnitt B von 6 vergrößert zeigt.
  • Wie es in der 6 gezeigt ist, wurde der Wellenlängenwandler Nr. 2 (in der 6 als 30B gezeigt) als ein Wellenlängenwandler ausgebildet, in dem die Leuchtstoffteilchen 40, die aus den YAG-Teilchen und den SCASN-Teilchen zusammengesetzt waren, durch die Bindemittelschicht 50B aneinander anhafteten. Darüber hinaus wurde gefunden, dass, wie es in der 7 gezeigt ist, die Bindemittelschicht 50B aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt war, der die Nanoteilchen 51, die aus Magnesiumfluorid (MgF2) hergestellt waren, und die Fixierunterstützungssubstanz 55, welche die angrenzenden Nanoteilchen 51 und 51 miteinander verbindet und die aus Siliziumoxid hergestellt war, umfasst. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die Fixierunterstützungssubstanz 55 die Nanospalte 58 darin umfasst.
  • (Bewertung eines Nanospalts)
  • Für die Wellenlängenumwandlungselemente (Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 1 und Nr. 2) von Beispiel 1 und Beispiel 3 wurden der Spaltdurchmesser (nm) und log der differentiellen Porenvolumenverteilung der Luftspalte, die in jede der Bindemittelschichten einbezogen waren, in der folgenden Weise gemessen.
  • Zuerst wurde eine kleine Menge von jedem der Wellenlängenwandler (Wellenlängenwandler Nr. 1 und Nr. 2) der Wellenlängenumwandlungselemente (Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 1 und Nr. 2) von Beispiel 1 und Beispiel 3 zerkleinert, so dass eine Pulverprobe hergestellt wurde. Die Pulverprobe von Beispiel 1 umfasste: Die Leuchtstoffteilchen, die aus den YAG-Teilchen und den SCASN-Teilchen zusammengesetzt sind; und die Nanoteilchen, welche die Bindemittelschicht bilden. Die Pulverprobe von Beispiel 3 umfasste: Die Leuchtstoffteilchen, die aus den YAG-Teilchen und den SCASN-Teilchen zusammengesetzt sind; die Nanoteilchen, welche die Bindemittelschicht bilden; und die Fixierunterstützungssubstanz.
  • Darüber hinaus wurde als Referenzbeispiel 1 eine Pulverprobe hergestellt, in der die YAG-Teilchen und die SCASN-Teilchen, die im Beispiel 1 und im Beispiel 3 verwendet worden sind, in demselben Mischungsverhältnis gemischt waren wie diejenigen im Beispiel 1 und im Beispiel 3. Diese Pulverprobe war nur aus den Leuchtstoffteilchen zusammengesetzt und enthielt nicht die Substanz, welche die Bindemittelschicht bildet. Das Referenzbeispiel 1 entspricht einer Blindprobe in Bezug auf das Beispiel 1 und das Beispiel 3.
  • Als nächstes wurden durch ein Stickstoffadsorptionsverfahren die Spaltdurchmesser (nm) und log der differentiellen Porenvolumenverteilungen der Luftspalte in den Pulverproben von Beispiel 1, Beispiel 3 und dem Referenzbeispiel 1 gemessen. Die Ergebnisse sind in der 8 gezeigt.
  • Es wurde gefunden, dass, wie es in der 8 gezeigt ist, die Pulverprobe von Beispiel 1 Nanospalte umfasste, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, bei denen der häufigste Wert der Spaltdurchmesser etwa 50 (nm) beträgt. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die Pulverprobe von Beispiel 1 eine extrem große Menge der Nanospalte umfasste, da deren log des differentiellen Porenvolumens extrem groß war.
  • Es wurde gefunden, dass die Pulverprobe von Beispiel 3 Nanospalte umfasste, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, bei denen der häufigste Wert der Spaltdurchmesser etwa 20 (nm) beträgt. Darüber hinaus wurde gefunden, dass die Pulverprobe von Beispiel 1 eine vergleichsweise große Menge der Nanospalte umfasste, da deren log des differentiellen Porenvolumens vergleichsweise groß war.
  • Es wurde gefunden, dass die Pulverprobe von Referenzbeispiel 1 Nanospalte umfasste, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, bei denen der häufigste Wert der Spaltdurchmesser etwa 50 (nm) beträgt. Es wurde jedoch gefunden, dass dies durch ein Rauschen während der Messung oder eine nicht vorgesehene Substanz, wie z.B. Staub, der in der Pulverprobe enthalten war, verursacht wurde, und dass die Pulverprobe von Referenzbeispiel 1 die Nanospalte nicht wesentlich umfasste, da log der differentiellen Porenvolumenverteilung extrem klein war.
  • Wenn die Differenz zwischen dem Messergebnis von Beispiel 1 in der 8 und dem Messergebnis von Referenzbeispiel 1 in der 8 erhalten wird, können der Spaltdurchmesser (nm) und log der differentiellen Porenvolumenverteilung der Luftspalte nur für die Bindemittelschicht von Beispiel 1 bewertet werden. Darüber hinaus können in einer entsprechenden Weise, wenn die Differenz zwischen dem Messergebnis von Beispiel 3 und dem Messergebnis von Referenzbeispiel 1 erhalten wird, der Spaltdurchmesser (nm) und log der differentiellen Porenvolumenverteilung der Luftspalte nur für die Bindemittelschicht von Beispiel 3 bewertet werden.
  • Aus der Differenz zwischen den Messergebnissen von Beispiel 1 und dem Referenzbeispiel 1 in der 8 wurde gefunden, dass die Bindemittelschicht von Beispiel 1 eine extrem große Menge von Nanospalten umfasste, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind.
  • Darüber hinaus wurde aus der Differenz zwischen den Messergebnissen von Beispiel 3 und dem Referenzbeispiel 1 in der 8 gefunden, dass die Bindemittelschicht von Beispiel 3 eine vergleichsweise große Menge von Nanospalten umfasste, die Luftspalte mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind.
  • (Bewertung der Ablösefestigkeit eines Wellenlängenwandlers)
  • Für jedes der Wellenlängenumwandlungselemente (Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 1 und Nr. 2) von Beispiel 1 und Beispiel 3 wurde die Ablösefestigkeit des Wellenlängenwandlers bewertet. Insbesondere wurde ein Polyimid-Klebeband (von 3M Corporation hergestellt) auf jeden der Wellenlängenwandler der Wellenlängenumwandlungselemente geklebt und danach durch Klemmen eines Endes des aufgeklebten Bands abgelöst. Auf diese Weise wurde untersucht, ob der Wellenlängenwandler von dem Substrat abgelöst wurde.
  • Bei dem Wellenlängenumwandlungselement Nr. 1 von Beispiel 1 wurde der Wellenlängenwandler in einem Teil einer Gesamtfläche des Wellenlängenwandlers abgelöst, von dem das Klebeband abgelöst wurde. Bei dem Wellenlängenumwandlungselement Nr. 2 von Beispiel 3 wurde der Wellenlängenwandler nicht in einer Gesamtfläche des Wellenlängenwandlers abgelöst, von dem das Klebeband abgelöst wurde.
  • (Bewertungsvergleich zwischen dem Beispiel 1 und dem Beispiel 3)
  • Aus den vorstehend beschriebenen Bewertungsergebnissen von Beispiel 1 und Beispiel 3 wurde gefunden, dass die Bindemittelschicht des Wellenlängenumwandlungselements von Beispiel 3 eine größere Menge der Nanospalte umfasste als die Bindemittelschicht des Wellenlängenumwandlungselements von Beispiel 1.
  • Darüber hinaus wurde gefunden, dass das Wellenlängenumwandlungselement von Beispiel 3 eine höhere mechanische Festigkeit des Wellenlängenwandlers und eine höhere Ablösefestigkeit davon von dem Substrat aufwies als das Wellenlängenumwandlungselement von Beispiel 1.
  • Obwohl der Inhalt dieser Ausführungsform gemäß den Beispielen beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass diese Ausführungsform nicht auf deren Beschreibung beschränkt ist und verschiedene Modifizierungen und Verbesserungen möglich sind.
  • GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
  • Gemäß dem Wellenlängenumwandlungselement gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wellenlängenumwandlungselement erhalten, bei dem die Lichtabgabeeffizienz und die Leistungsdichte eines Ausgabelichts selbst dann hoch sind, wenn es mit Anregungslicht mit einer hohen Leistungsdichte bestrahlt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1A, 1B, 100
    Wellenlängenumwandlungselement
    10
    Substrat
    20
    Lichtreflektierender Film
    30, 30A, 30B, 130
    Wellenlängenwandler
    40, 140
    Leuchtstoffteilchen
    50, 50A, 50B, 150
    Bindemittelschicht
    51
    Nanoteilchen
    55
    Fixierunterstützungssubstanz
    58
    Nanospalt
    60, 60A, 60B
    Anregungslicht
    70
    Fluoreszenzlicht
    71, 81
    Ausgabelicht
    72, 82
    In der Ebene geleitetes Licht
    73, 83
    Lichtverlust im lichtreflektierenden Film 20

Claims (10)

  1. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B), umfassend: ein Substrat (10); einen Wellenlängenwandler (30, 30B), der Leuchtstoffteilchen (40), die durch Anregungslicht angeregt werden, und eine Bindemittelschicht (50, 50B), welche die angrenzenden Leuchtstoffteilchen (40) miteinander fixiert oder verbindet, umfasst, wobei der Wellenlängenwandler (30, 30B) auf einer vorderen Oberflächenseite des Substrats (10) bereitgestellt ist; und einen lichtreflektierenden Film (20), der Fluoreszenzlicht reflektiert, das durch die Leuchtstoffteilchen (40) abgestrahlt wird, wobei der lichtreflektierende Film (20) auf mindestens einem Teil einer Grenzfläche zwischen dem Substrat (10) und dem Wellenlängenwandler (30, 30B) bereitgestellt ist, wobei der Brechungsindex der Leuchtstoffteilchen (40) größer ist als der Brechungsindex der Bindemittelschicht (50, 50B), wobei die Bindemittelschicht (50, 50B) aus einem ausgehärteten Kompositkörper zusammengesetzt ist, der Nanoteilchen (51) und eine Fixierunterstützungssubstanz (55) umfasst, welche die Nanoteilchen (51) bedeckt und eine Mehrzahl der Nanoteilchen (51) bindet, während sie jeden Spalt zwischen den angrenzenden Nanoteilchen (51) durchdringt, die Fixierunterstützungssubstanz (55) Nanospalte (58) umfasst, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind, und bei dem die Bindemittelschicht (50, 50B) Nanoteilchen (51) mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von 100 nm oder weniger umfasst.
  2. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach Anspruch 1, bei dem die Bindemittelschicht (50, 50B) im Inneren Nanospalte (58) umfasst, die Hohlräume mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 300 nm oder weniger sind.
  3. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Brechungsindex der Bindemittelschicht (50, 50B) 1,43 oder weniger beträgt.
  4. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Bindemittelschicht (50, 50B) aus einer anorganischen Substanz zusammengesetzt ist.
  5. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Anregungslicht ein Laserstrahl ist.
  6. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die durchschnittliche Teilchengröße der Leuchtstoffteilchen (40) 100 µm oder weniger beträgt.
  7. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Materialien der Fixierunterstützungssubstanz (55) und der Nanoteilchen (51) dieselben sind.
  8. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Fixierunterstützungssubstanz (55) Quarzglas umfasst, wobei als Vorstufe mindestens eines von Polysilazan und einem Polysilazanderivat verwendet wird.
  9. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Fixierunterstützungssubstanz (55) Quarzglas umfasst, wobei als Vorstufe mindestens eines von Alkoxysilan und einem Alkoxysilanderivat verwendet wird und dieses durch eine hydrolytische Kondensation der Vorstufe erhalten wird.
  10. Wellenlängenumwandlungselement (1, 1B) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das Substrat (10) ein Metallsubstrat ist.
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