DE112018005684T5 - Wellenlängenumwandlungselement und Licht emittierende Vorrichtung - Google Patents

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Abstract

Es wird vorgeschlagen: ein Wellenlängenumwandlungselement mit einem ausgezeichneten ästhetischen Erscheinungsbild, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, und mit einer ausgezeichneten Lumineszenzintensität, und eine Licht emittierende Vorrichtung, die das Wellenlängenumwandlungselement verwendet. Ein Wellenlängenumwandlungselement 10 enthält eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1, die einen Leuchtstoff enthält, und eine zweite Wellenumwandlungsschicht 2, die auf einer Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 ausgebildet ist und Leuchtstoff-Nanopartikel 2a enthält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Wellenlängenumwandlungselemente zum Umwandeln der Wellenlänge von Licht, das von einer Leuchtdiode (LED), einer Laserdiode (LD) oder dergleichen emittiert wird, in eine andere Wellenlänge und Licht emittierende Vorrichtungen, die selbige verwenden.
  • Stand der Technik
  • In letzter Zeit richtete sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf Licht emittierende Vorrichtungen und dergleichen, die LEDs oder LDs als Lichtquellen der nächsten Generation verwenden, um Fluoreszenzlampen und Glühlampen zu ersetzen. Als Beispiel für eine solche Lichtquelle der nächsten Generation gibt es eine Offenbarung einer Licht emittierenden Vorrichtung, bei der eine LED, die ein blaues Licht emittieren kann, mit einem Wellenlängenumwandlungselement kombiniert ist, das einen Teil des Lichts von der LED absorbieren kann, um es zu einem gelben Licht umzuwandeln. Diese Licht emittierende Vorrichtung emittiert ein weißes Licht, das ein synthetisiertes Licht des von der LED emittierten blauen Lichts und des vom Wellenlängenumwandlungselement emittierten gelben Lichts ist. Die JP 2003 258308 A schlägt als Beispiel eines Wellenlängenumwandlungselements ein Wellenlängenumwandlungselement vor, bei dem ein Leuchtstoffpulver in einer Glasmatrix dispergiert ist.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Ein solches Wellenlängenumwandlungselement mit einer Absorptionsbande im sichtbaren Wellenlängenbereich zeigt normalerweise, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, eine helle Farbe, die vom Leuchtstoffpulver herrührt. Dies kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass die Leuchtstoffpartikel unter weißem Licht (Sonnenlicht) Licht mit einer Anregungswellenlänge absorbieren, so dass sie vom Leuchtstoff stammende Fluoreszenz emittieren und Licht mit anderen Wellenlängen als der Anregungswellenlänge reflektieren. Beispielsweise absorbiert ein Leuchtstoff (wie ein YAG-Leuchtstoff), der ein blaues Anregungslicht absorbieren kann, um eine gelbe Fluoreszenz zu emittieren, nicht nur das blaue Licht, um die gelbe Fluoreszenz zu emittieren, sondern reflektiert auch ein grünes Licht und ein rotes Licht und zeigt daher unter weißem Licht eine gelbe Farbe, die eine Mischung aus grüner und roter Farbe ist. Wenn eine Licht emittierende Vorrichtung mit dem obigen Wellenlängenumwandlungselement in Beleuchtungsgeräte oder andere Geräte eingebaut wird, besteht aus diesem Grund das Problem eines ästhetisch ungünstigen Erscheinungsbilds aufgrund von Farbdisharmonie mit umgebenden Elementen. Es ist denkbar, eine Überzugsschicht auf der Oberfläche des Wellenlängenumwandlungselements vorzusehen, um die Farbe des Wellenlängenumwandlungselements, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, einzustellen. In diesem Fall tritt jedoch das Problem einer signifikanten Abnahme der Lumineszenzintensität des Wellenlängenumwandlungselements auf, die bei Bestrahlung mit Anregungslicht erhalten wird.
  • In Anbetracht des Vorstehenden hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, Folgendes vorzuschlagen: ein Wellenlängenumwandlungselement mit einem ausgezeichneten ästhetischen Erscheinungsbild, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, und mit einer ausgezeichneten Lumineszenzintensität, und eine Licht emittierende Vorrichtung, die das Wellenlängenumwandlungselement verwendet.
  • Lösung des Problems
  • Die Erfinder führten intensive Studien durch und fanden im Ergebnis heraus, dass die obigen Probleme durch ein Wellenlängenumwandlungselement mit einer bestimmten Struktur gelöst werden können.
  • Insbesondere umfasst ein erfindungsgemäßes Wellenlängenumwandlungselement eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht, die einen Leuchtstoff enthält, und eine zweite Wellenumwandlungsschicht, die auf einer Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht ausgebildet ist und Leuchtstoff-Nanopartikel enthält.
  • Bei der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht des erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselements ist es weniger wahrscheinlich, dass Licht mit einer Anregungswellenlänge unter weißem Licht in die Leuchtstoffnanopartikel absorbiert wird, sondern eher wahrscheinlich, dass es auf den Oberflächen der Leuchtstoffnanopartikel reflektiert und gestreut wird. Dies kann auf die Tatsache zurückgeführt werden, dass die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht normalerweise aus Phosphornanopartikeln und einem Matrixmaterial besteht, das als Dispersionsmedium für die Phosphornanopartikel dient, und die Phosphornanopartikel einen kleinen Teilchendurchmesser und eine große spezifische Oberfläche haben, so dass im Inneren der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht eine große Anzahl von Grenzflächen zwischen den Leuchtstoffnanopartikeln und dem Matrixmaterial existiert, was das Auftreten von Lichtstreuung erleichtert. Daher zeigt die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht unter weißem Licht eine weiße Farbe (oder eine nahezu weiße Farbe). Die Leuchtstoffnanopartikel weisen als Leuchtstoffteilchen in gewissem Maße auch eine Wellenlängenumwandlungsfunktion auf und tragen daher zur Erhöhung der Lichtausbeute des Wellenlängenumwandlungselements bei. Wie eben beschrieben, dient die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht im erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement sowohl als Beschichtung für die erste Wellenlängenumwandlungsschicht, wenn sie nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, als auch als Wellenlängenumwandlungsschicht, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt wird. Infolgedessen weist das erfindungsgemäße Wellenlängenumwandlungselement das Merkmal eines ausgezeichneten ästhetischen Erscheinungsbilds, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, und einer ausgezeichneten Lumineszenzintensität auf.
  • Da die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht, wie oben beschrieben, als Lichtstreuschicht dient, kann auch der Effekt der Erhöhung der Homogenität des vom Wellenlängenumwandlungselement emittierten Lichts erreicht werden.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement sind der Leuchtstoff, der in der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht enthalten ist, Leuchtstoffpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm oder mehr.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weisen die Leuchtstoff-Nanopartikel einen mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 400 nm auf.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement beträgt eine Konzentration der Leuchtstoff-Nanopartikel in der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 5 bis 40 Massenprozent.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht eine Dicke von 0,01 bis 1 mm auf.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht eine Dicke auf, die gleich oder größer ist als die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht eine Matrix auf, die aus einem anorganischen Material gefertigt ist, und die Leuchtstoff-Nanopartikel sind in der Matrix dispergiert. In diesem Fall ist die Matrix eine Glasmatrix.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist die erste Wellenlängenumwandlungsschicht eine Dicke von 0,01 bis 1 mm auf.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist die erste Wellenlängenumwandlungsschicht eine Matrix auf, die aus einem anorganischen Material gefertigt ist, und die Leuchtstoff-Nanopartikel sind in der Matrix dispergiert. In diesem Fall ist die Matrix eine Glasmatrix.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement kann die erste Wellenlängenumwandlungsschicht aus einer Keramik gefertigt sein.
  • Eine erfindungsgemäße Licht emittierende Vorrichtung enthält das oben beschriebene Wellenlängenumwandlungselement und eine Lichtquelle, die in der Lage ist, das Wellenlängenumwandlungselement mit einem Anregungslicht zu bestrahlen.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselements ist ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Wellenlängenumwandlungselements und umfasst die folgenden Schritte: Herstellen einer Grünfolie für die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und einer Grünfolie für die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht, Übereinanderlegen der Grünfolie für die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und der Grünfolie für die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht, so dass ein Laminat erhalten wird, und Brennen des Laminats, um einen Sinterkörper zu erhalten, bei dem die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht übereinanderliegen.
  • Beim Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements gemäß der vorliegenden Erfindung wird das Laminat gebrannt, während es zwischen einem Paar Einspannelementen eingespannt ist.
  • Beim Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements gemäß der vorliegenden Erfindung werden die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und/oder die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht des Sinterkörpers poliert.
  • Beim Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements gemäß der vorliegenden Erfindung wird die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht im Sinterkörper so poliert, dass sie eine vorgegebene Dicke aufweist, und die erste Wellenlängenumwandlungsschicht im Sinterkörper wird dann so poliert, dass ein Farbwert des Wellenlängenumwandlungselements eingestellt wird.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines Wellenlängenumwandlungselements mit einem ausgezeichneten ästhetischen Erscheinungsbild, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, und mit einer ausgezeichneten Lumineszenzintensität, und einer Licht emittierenden Vorrichtung unter Verwendung des Wellenlängenumwandlungselements.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Wellenlängenumwandlungselements gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
    • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Licht emittierenden Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
  • Beschreibung von Ausführungsbeispielen
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele beschrieben. Die folgenden Ausführungsbeispiele sind jedoch nur veranschaulichend und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt. In allen Zeichnungen können Elemente mit im Wesentlichen gleichen Funktionen mit denselben Bezugszeichen bezeichnet sein.
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Wellenlängenumwandlungselement 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Wellenlängenumwandlungselement 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1, die Leuchtstoffpartikel 1a mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm oder mehr enthält, und eine zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2, die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a enthält. Die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 ist auf einer Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 ausgebildet. Die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 kann durch Schmelzverbindung oder andere Verfahren direkt mit der Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 verbunden werden oder kann über eine Klebstoffschicht mit der Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 verklebt sein. Die Form des Wellenlängenumwandlungselements 10 ist normalerweise eine rechteckige Plattenform.
  • Auf beiden Oberflächen der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 können zweite Wellenlängenumwandlungsschichten 2 ausgebildet sein. Auf diese Weise kann ein Spannungsgleichgewicht zwischen den beiden Grenzflächen zwischen der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und den zweiten Wellenlängenumwandlungsschichten 2 leicht aufrechterhalten werden, so dass Unannehmlichkeiten wie Verzeihen weniger wahrscheinlich sind.
  • Nachfolgend werden die einzelnen Komponenten detailliert beschrieben.
  • (Erste Wellenlängenkonvertierungsschicht 1)
  • Die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 umfasst eine Matrix, die beispielsweise aus einem anorganischen Material gefertigt ist, und Leuchtstoffpartikel, die in der Matrix dispergiert sind. Insbesondere ist die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 aus einem Leuchtstoffglas gefertigt, das eine Glasmatrix und Leuchtstoffpartikel 1a enthält, die in der Glasmatrix dispergiert sind.
  • Beispiele für die Glasmatrix, die verwendet werden kann, umfassen ein Glas auf Borosilikatbasis, ein Glas auf Phosphatbasis, ein Glas auf Zinnphosphatbasis, ein Glas auf Wismutatbasis und ein Glas auf Telluritbasis. Beispiele für Glas auf Borosilikatbasis umfassen solche, die in Massenprozent 30 bis 85 % SiO2, 0 bis 30 % Al2O3, 0 bis 50 % B2O3, 0 bis 10 % Li2O+Na2O+K2O und 0 bis 50 % MgO+CaO+SrO+BaO enthalten. Beispiele für Glas auf Zinnphosphatbasis umfassen solche, die in Molprozent 30 bis 90 % SnO und 1 bis 70 % P2O5 enthalten. Beispiele für Glas auf Telluritbasis schließen solche ein, die in Molprozent 50 % oder mehr TeO2, 0 bis 45 % ZnO, 0 bis 50 % RO enthalten (wobei R mindestens eines angibt, das aus Ca, Sr und Ba ausgewählt ist) und 0 bis 50 % La2O3+Gd2O3+Y2O3.
  • Der Erweichungspunkt der Glasmatrix beträgt vorzugsweise 250 bis 1000 °C, stärker bevorzugt 300 bis 950 °C und liegt noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 500 bis 900 °C. Wenn der Erweichungspunkt der Glasmatrix zu niedrig ist, können die mechanische Festigkeit und die chemische Beständigkeit der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 abnehmen. Da der Wärmewiderstand der Glasmatrix selbst gering ist, kann die Glasmatrix außerdem durch Wärme, die von den Leuchtstoffpartikeln 1a erzeugt wird, erweicht und verformt werden. Wenn andererseits der Erweichungspunkt der Glasmatrix zu hoch ist und im Fall, dass der Produktionsprozess einen Brennschritt enthält, können die Leuchtstoffpartikel 1a im Brennschritt abgebaut werden, so dass die Lumineszenzintensität der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 abnehmen kann. Unter dem Gesichtspunkt der Erhöhung der chemischen Stabilität und der mechanischen Festigkeit der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 beträgt der Erweichungspunkt der Glasmatrix vorzugsweise 500 °C oder mehr, stärker bevorzugt 600 °C oder mehr, noch stärker bevorzugt 700 °C oder mehr, noch weit stärker bevorzugt 800 °C oder mehr und besonders bevorzugt 850 °C oder mehr. Beispiele für ein solches Glas umfassen Gläser auf Borosilikatbasis. Wenn jedoch der Erweichungspunkt der Glasmatrix ansteigt, steigt auch die Brenntemperatur und infolgedessen steigen die Produktionskosten tendenziell an. Wenn ferner der Wärmewiderstand der Leuchtstoffpartikel 1a gering ist, können die Leuchtstoffpartikel 1a durch das Brennen abgebaut werden. Daher beträgt der Erweichungspunkt der Glasmatrix bei der Herstellung der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu geringen Kosten oder bei der Verwendung von Leuchtstoffpartikeln 1a mit geringem Wärmewiderstand vorzugsweise 550 °C oder weniger, stärker bevorzugt 530 °C oder weniger, noch stärker bevorzugt 500 °C oder weniger, noch weit mehr bevorzugt 480 °C oder weniger und besonders bevorzugt 460 °C oder weniger. Beispiele für ein solches Glas umfassen Gläser auf Zinnphosphatbasis, Gläser auf Wismutatbasis und Gläser auf Telluritbasis.
  • Die Art der Leuchtstoffpartikel 1a ist nicht besonders eingeschränkt, solange sie beim Einfall von Anregungslicht Fluoreszenz emittieren können. Spezifische Beispiele der Leuchtstoffpartikel 1a umfassen eines oder mehrere ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus einem Oxid-Leuchtstoff, einem Nitrid-Leuchtstoff, einem Oxynitrid-Leuchtstoff, einem Chlorid-Leuchtstoff, einem Oxychlorid-Leuchtstoff, einem Sulfid-Leuchtstoff, einem Oxysulfid-Leuchtstoff, einem Halogenid-Leuchtstoff, einem Chalkogenid-Leuchtstoff, einem Aluminat-Leuchtstoff, einem Halogenphosphorsäurechlorid-Leuchtstoff und einem Verbund-Leuchtstoff auf Granatbasis. Bei Verwendung eines blauen Lichts als Anregungslicht kann beispielsweise ein Leuchtstoff verwendet werden, der ein gelbes Licht als Fluoreszenz emittieren kann. Ein Beispiel für den Leuchtstoff, der als Fluoreszenz ein gelbes Licht emittieren kann, ist ein YAG-Leuchtstoff.
  • Der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoffpartikel 1a beträgt 1 µm oder mehr und vorzugsweise 5 µm oder mehr. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoffpartikel 1a zu klein ist, neigt die Lumineszenzintensität dazu, abzunehmen. Wenn andererseits der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoffpartikel 1a zu groß ist, neigt die Lumineszenzfarbe dazu, ungleichmäßig zu sein. Daher beträgt der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoffpartikel 1a vorzugsweise nicht mehr als 50 µm und stärker bevorzugt nicht mehr als 25 µm. Es gilt zu beachten, dass der hierin verwendete mittlere Partikeldurchmesser einen mittleren Partikeldurchmesser D50 meint, der mit einer Laserbeugungs-Partikelgrößenverteilungsmessvorrichtung gemessen wird.
  • Der Gehalt an Leuchtstoffpartikeln 1a in der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 beträgt vorzugsweise 1 bis 70 Massenprozent, stärker bevorzugt 1,5 bis 50 Massenprozent und besonders bevorzugt 2 bis 30 Massenprozent. Wenn der Gehalt der Leuchtstoffpartikel 1a zu gering ist, ist es notwendig, die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu erhöhen, um eine gewünschte Lumineszenzfarbe zu erhalten. Dies führt zu einer erhöhten internen Streuung der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1, was die Lichtextraktionseffizienz verringern kann. Wenn andererseits der Gehalt der Leuchtstoffpartikel 1a zu groß ist, ist es notwendig, die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu verringern, um die gewünschte Lumineszenzfarbe zu erhalten, was die mechanische Festigkeit der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 verringern kann.
  • Die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 beträgt vorzugsweise 0,01 bis 1 mm, stärker bevorzugt 0,03 bis 0,5 mm, noch stärker bevorzugt 0,05 bis 0,35 mm, noch weit stärker bevorzugt 0,075 bis 0,3 mm und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,25 mm. Wenn die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu groß ist, können die Streuung und die Absorption von Licht in der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu groß werden, so dass sich die Effizienz der Fluoreszenzemission verringern kann. Wenn andererseits die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu klein ist, kann es weniger wahrscheinlich sein, dass eine ausreichende Lumineszenzintensität erreicht wird. Zusätzlich kann die mechanische Festigkeit der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 unzureichend sein.
  • Die Oberflächenrauheit Rain der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 (d.h. die Oberflächenrauheit einer Lichteintrittsfläche des Wellenlängenumwandlungselements 10) beträgt vorzugsweise 0,01 bis 0,05 µm und besonders bevorzugt 0,015 bis 0,045 µm. Wenn Rain zu groß ist, wird einfallendes Licht auf die Lichteintrittsfläche gestreut, so dass die Effizienz des Lichts, das in das Innere des Wellenlängenumwandlungselements 10 eintritt, tendenziell gering ist. Infolgedessen nimmt die Lichtextraktionseffizienz des Wellenlängenumwandlungselements 10 ab, so dass die Lumineszenzintensität wahrscheinlich abnimmt. Wenn andererseits Rain zu klein ist, ist der Verankerungseffekt, wenn das Wellenlängenumwandlungselement 10 durch einen Klebstoff oder dergleichen mit einem Licht emittierenden Element 4 (siehe 2) verbunden wird, schwierig zu erhalten, so dass die Bindungsstärke wahrscheinlich abnimmt. Es gilt zu beachten, dass, wenn das Wellenlängenumwandlungselement 10 aufgrund einer Abnahme der Bindungsstärke selbst teilweise von dem Licht emittierenden Element 4 abgelöst wird, eine Luftschicht mit einem niedrigen Brechungsindex zwischen dem Wellenlängenumwandlungselement 10 und dem Licht emittierenden Element 4 gebildet wird, so dass die Effizienz des einfallenden Lichts Lin, das in das Wellenlängenumwandlungselement 10 eintritt, dazu neigt, signifikant abzunehmen.
  • Auf der Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 kann ein Antireflexionsfilm vorgesehen sein. Dadurch kann während des Einfalls von Anregungslicht in die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 die Abnahme der Effizienz des Anregungslichts, das in die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 eintritt, aufgrund eines Unterschieds im Brechungsindex zwischen einer Harzklebstoffschicht (nachstehend beschrieben), die für die Bindung an das Licht emittierende Element 4 verwendet wird, und der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 verringert werden.
  • Die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 muss nicht aus einem Leuchtstoffglas bestehen, sondern kann so ausgebildet sein, dass die Leuchtstoffpartikel 1a in einem Harz dispergiert sind, oder kann so gebildet werden, dass ein Keramikpulver und die Leuchtstoffpartikel 1a gemischt und gesintert werden. Beispiele für das Keramikpulver umfassen Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Calciumoxid. Alternativ kann die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 aus einer Keramik (keramischer Leuchtstoff) wie einer YAG-Keramik bestehen.
  • (Zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2)
  • Die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 umfasst eine Matrix, die beispielsweise aus einem anorganischen Material hergestellt ist, und Leuchtstoffpartikel, die in der Matrix dispergiert sind. Insbesondere besteht die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 aus einem Leuchtstoffglas, das eine Glasmatrix und Leuchtstoff-Nanopartikel 2a enthält, die in der Glasmatrix dispergiert sind.
  • Beispiele der Glasmatrix, die verwendet werden können, schließen diejenigen ein, die in der Beschreibung der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 angegeben sind. Die in der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 zu verwendenden Glasmatrizen sind vorzugsweise vom gleichen Typ. In diesem Fall gibt es an der Grenzfläche zwischen der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 keinen Unterschied im Brechungsindex (Unterschied im Brechungsindex zwischen den Glasmatrizen), so dass die Reflexion und die Streuung von Licht an der Grenzfläche reduziert werden, was die Lichtausbeute des Wellenlängenumwandlungselements 10 eher erhöht.
  • Beispiele für die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a, die verwendet werden können, umfassen diejenigen, die als spezifische Beispiele für die Leuchtstoff-Partikel 1a angegeben sind. Um eine gewünschte Lumineszenzfarbe zu erhalten, sind die Leuchtstoffpartikel 1a und die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a vorzugsweise vom gleichen Typ. Zum Zwecke des Extrahierens beispielsweise eines weißen Lichts durch Mischen der von der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 emittierten Fluoreszenz, der von der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 emittierten Fluoreszenz und des Anregungslichts können die Leuchtstoffpartikel 1a und die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a von verschiedener Art sein. Insbesondere kann ein weißes Licht in Gegenwart eines blauen Anregungslichts unter Verwendung von Leuchtstoffpartikeln 1a extrahiert werden, die grünes Licht emittieren können, und von Leuchtstoff-Nanopartikeln 2a, die rotes Licht emittieren können (oder unter Verwendung von Leuchtstoffpartikeln 1a, die ein rotes Licht emittieren können, und Leuchtstoff-Nanopartikel 2a, die ein grünes Licht emittieren können).
  • Der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a beträgt weniger als 1 µm, vorzugsweise 400 nm oder weniger, stärker bevorzugt 300 nm oder weniger und noch stärker bevorzugt 200 nm oder weniger. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a zu groß ist, ist es tendenziell schwierig, einen gewünschten Lichtstreueffekt zu erzielen. Wenn andererseits der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a zu klein ist, neigen der Lichtstreueffekt und die Lumineszenzintensität dazu, abzunehmen. Daher beträgt der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a vorzugsweise nicht weniger als 10 nm, stärker bevorzugt nicht weniger als 50 nm und noch stärker bevorzugt nicht weniger als 100 nm. Der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a beträgt vorzugsweise das 0,001- bis 0,2-fache, stärker bevorzugt das 0,002- bis 0,1-fache und besonders bevorzugt das 0,005- bis 0,05-fache des mittleren Partikeldurchmessers der Leuchtstoffpartikel in der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1. In diesem Fall ist es wahrscheinlich, dass sowohl die Lumineszenzintensität der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 als auch der Lichtstreuungseffekt der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 erhöht sind. Im Ergebnis kann ein Wellenlängenumwandlungselement leicht erhalten werden, welches ein ausgezeichnetes ästhetisches Erscheinungsbild, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, und eine ausgezeichnete Lumineszenzintensität aufweist.
  • Der Gehalt an Leuchtstoff-Nanopartikeln 2a in der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 beträgt vorzugsweise 5 bis 40 Massenprozent, stärker bevorzugt 10 bis 30 Massenprozent und besonders bevorzugt 15 bis 20 Massenprozent. Wenn der Gehalt der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a zu gering ist, neigen der Lichtstreueffekt und die Lumineszenzintensität dazu, abzunehmen. Wenn andererseits der Gehalt an den Leuchtstoff-Nanopartikeln 2a zu groß ist, agglomerieren die Leuchtstoff-Nanopartikel eher, so dass der Lichtstreuungseffekt eher abnimmt oder die Dispergierbarkeit der Leuchtstoff-Nanopartikel 2a in der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 dazu neigt abzunehmen. Zusätzlich wird die Oberflächenrauheit (Raout, wird nachstehend beschrieben) der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 zu groß, so dass die Oberflächenqualität dazu neigt, abzunehmen.
  • Der Unterschied (nd) im Brechungsindex zwischen der Glasmatrix und den Leuchtstoff-Nanopartikeln 2a beträgt vorzugsweise 0,01 oder mehr, stärker bevorzugt 0,1 oder mehr und besonders bevorzugt 0,2 oder mehr. In diesem Fall wird die Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der Glasmatrix und den Leuchtstoff-Nanopartikeln 2a groß und der Weißegrad der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 wird somit groß, was die ästhetische Gefälligkeit des Erscheinungsbilds des Wellenlängenumwandlungselements 10, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, erhöht.
  • Die Dicke der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 beträgt vorzugsweise 0,01 bis 1 mm, stärker bevorzugt 0,03 bis 0,5 mm, noch stärker bevorzugt 0,05 bis 0,35 mm, noch weit mehr bevorzugt 0,075 bis 0,3 mm und besonders bevorzugt 0,1 bis 0,25 mm. Wenn die Dicke der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 zu groß ist, kann die Streuung und Absorption von Licht in der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 zu groß werden, so dass die Effizienz der Fluoreszenzemission gering werden kann. Wenn andererseits die Dicke der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 zu klein ist, neigen der Lichtstreueffekt und die Lumineszenzintensität dazu, abzunehmen. Zusätzlich kann die mechanische Festigkeit der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 unzureichend sein.
  • Wenn die Oberflächenrauheit Raout der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 (d.h. die Oberflächenrauheit der Lichtaustrittsfläche des Wellenlängenumwandlungselements 10) erhöht wird, wird die Rückkehr des austretenden Lichts Lout durch Reflexion an der Lichtaustrittsfläche verringert, so dass die Lichtextraktionseffizienz eher zunimmt. Zusätzlich ist es wahrscheinlich, dass ein weißes Licht, das von außen auf das Wellenlängenumwandlungselement 10 aufgebracht wird, an der Oberfläche der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 gestreut wird, so dass der Weißegrad als Farbe des Erscheinungsbilds tendenziell zunimmt. Wenn Raout jedoch zu groß ist, wird die Streuung des ausgehenden Lichts Lout an der Lichtaustrittsfläche groß, so dass die Lichtextraktionseffizienz stattdessen eher abnimmt. In Anbetracht des Obigen beträgt die Oberflächenrauheit Raout der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 vorzugsweise 0,02 bis 0,25 µm, stärker bevorzugt 0,04 bis 0,25 µm, noch stärker bevorzugt 0,06 bis 0,25 µm, noch weit mehr bevorzugt 0,07 bis 0,23 µm und besonders bevorzugt 0,08 bis 0,22 µm.
  • Unter dem Gesichtspunkt der wirksamen Erhöhung der Lichtextraktionseffizienz des Wellenlängenumwandlungselements 10 ist die Oberflächenrauheit Raout vorzugsweise größer als die Oberflächenrauheit Rain. Insbesondere beträgt Raout - Rain vorzugsweise 0,01 um oder mehr, stärker bevorzugt 0,02 µm oder mehr und besonders bevorzugt 0,05 µm oder mehr. Wenn jedoch Raout - Rain zu groß ist, wird die Streuung an der Lichtaustrittsfläche groß, so dass die Lichtextraktionseffizienz stattdessen eher abnimmt. Daher beträgt Raout - Rain vorzugsweise nicht mehr als 0,2 µm, stärker bevorzugt nicht mehr als 0,18 µm und besonders bevorzugt nicht mehr als 0,17 µm.
  • Die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 weist vorzugsweise eine Dicke auf, die gleich oder größer als die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 ist. In diesem Fall nimmt der Weißegrad des Wellenlängenumwandlungselements 10 von der Seite der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2 aus gesehen zu, so dass die ästhetische Gefälligkeit des Erscheinungsbilds des Wellenlängenumwandlungselements 10, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wird, erhöht wird.
  • Die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 muss nicht aus einem Leuchtstoffglas bestehen, sondern kann so gebildet sein, dass die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a in einem Harz dispergiert sind, oder kann so ausgebildet werden, dass ein Keramikpulver und die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a gemischt und gesintert werden. Beispiele für das Keramikpulver umfassen Aluminiumoxid, Magnesiumoxid und Calciumoxid.
  • (Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements 10)
  • Im Folgenden wird ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements 10 beschrieben.
  • Eine erste Grünfolie für eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 wird auf folgende Weise hergestellt. Zunächst wird eine Aufschlämmung hergestellt, die Glaspartikel für die Glasmatrix und Leuchtstoffpartikel 1 enthält. Die Aufschlämmung enthält normalerweise ein Bindemittelharz und ein Lösungsmittel. Anschließend wird die vorbereitete Aufschlämmung auf ein Trägergrundmaterial aufgebracht und eine Rakel, die in einem vorgegebenen Abstand vom Grundmaterial beabstandet ist, wird relativ zur Aufschlämmung bewegt, um eine erste Grünfolie zu bilden. Ein Beispiel für das Trägergrundmaterial, das verwendet werden kann, ist ein Harzfilm aus Polyethylenterephthalat oder anderen Harzen.
  • Als nächstes wird eine zweite Grünfolie für eine zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 auf die folgende Weise hergestellt. Es wird eine Aufschlämmung, die Glaspartikel für die Glasmatrix und Leuchtstoff-Nanopartikel 2 enthält, hergestellt und auf die gleiche Weise wie oben beschrieben wird eine zweite Grünfolie erhalten. Die Leuchtstoff-Nanopartikel 2 weisen einen kleinen Partikeldurchmesser auf und agglomerieren im Zustand des Rohmaterials daher eher. Selbst wenn sie so wie sie sind mit Glaspartikeln gemischt werden, ist es schwierig, sowohl die Leuchtstoff-Nanopartikel 2 als auch die Glaspartikel homogen zu mischen. Daher wird es zur Erhöhung der Dispergierbarkeit bevorzugt, zuerst das Leuchtstoff-Nanopartikel 2 und ein Dispergiermittel in einem Lösungsmittel zu dispergieren und dann Glaspulver und ein Bindemittelharz zu der Mischung zu geben. Auf diese Weise kann eine Aufschlämmung leicht erhalten werden, in der die Glaspartikel und die Leuchtstoff-Nanopartikel 2 homogen dispergiert sind.
  • Die erste Grünfolie und die zweite Grünfolie werden durch Thermokompressionsbindung oder andere Verfahren übereinandergelegt, um ein Laminat zu erhalten. Das Laminat wird bei einer Temperatur des Erweichungspunktes der Glaspartikel bis zum Erweichungspunkt der Glaspartikel plus etwa 100 °C gebrannt, wodurch ein Wellenlängenumwandlungselement 10 erhalten wird, das aus einem Sinterkörper besteht, bei dem eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und eine zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 übereinandergelegt sind. Das Brennen wird vorzugsweise unter einer Atmosphäre mit reduziertem Druck oder insbesondere unter einer Vakuumatmosphäre durchgeführt, so dass ein Wellenlängenumwandlungselement 10 mit ausgezeichneter Dichte leicht erhalten werden kann. Weiterhin wird das Laminat vorzugsweise gebrannt, während es zwischen einem Paar von Einspannelementen eingespannt wird. Auf diese Weise nimmt die Ebenheit des Wellenlängenumwandlungselements 10 (insbesondere die Ebenheit der Grenzfläche zwischen der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 2) zu, so dass das Wellenlängenumwandlungselement 10 in einem späteren Polierprozess leicht in eine gewünschte Dicke gearbeitet werden kann. Vor dem Brennen wird das Laminat vorzugsweise einer Behandlung des Entbinderns bei einer Temperatur unterzogen, die niedriger als der Erweichungspunkt der Glaspartikel ist. Auf diese Weise kann der Rückstand organischer Komponenten im resultierenden Wellenlängenumwandlungselement 10 verringert werden, so dass die Lumineszenzintensität erhöht werden kann.
  • Die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und/oder die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 im erhaltenen Sinterkörper werden vorzugsweise poliert, so dass sie eine gewünschte Dicke aufweisen. Insbesondere wird es bevorzugt, die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 im Sinterkörper auf eine vorbestimmte Dicke zu polieren und dann die erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 zu polieren, um den Farbwert des Wellenlängenumwandlungselements 10 einzustellen.
  • Alternativ kann ein Wellenlängenumwandlungselement 10 erhalten werden, indem die erste Grünfolie und die zweite Grünfolie getrennt gebrannt werden und die erhaltenen gebrannten Körper durch Thermokompressionsbindung oder einen Klebstoff miteinander verbunden werden.
  • Alternativ kann ein Wellenlängenumwandlungselement 10 auf folgende Weise hergestellt werden. Eine Mischung der Glaspartikel und der Leuchtstoffpartikel 1 wird gebrannt und der erhaltene gebrannte Körper wird in eine gewünschte Größe geschnitten, wodurch eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 erzeugt wird. Ferner wird eine Mischung der Glaspartikel und der Leuchtstoff-Nanopartikel 2 gebrannt und der erhaltene gebrannte Körper wird in eine gewünschte Größe geschnitten, wodurch eine zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 erzeugt wird. Die erhaltene erste Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht 2 werden durch Thermokompressionsbindung oder einen Klebstoff miteinander verbunden, wodurch ein Wellenlängenumwandlungselement 10 erhalten wird.
  • (Licht emittierendes Gerät)
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Licht emittierende Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei der Licht emittierenden Vorrichtung 20 ist das Wellenlängenumwandlungselement 10 auf dem Oberteil eines Licht emittierenden Elements 4 angeordnet, das auf einem Substrat 3 angeordnet ist, und eine reflektierende Schicht 5 ist so ausgebildet, dass sie den Umfang des Licht emittierenden Elements 4 und des Wellenlängenumwandlungselements 10 abdeckt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Wellenlängenumwandlungselement 10 so angeordnet, dass die erste Seite der Wellenlängenumwandlungsschicht 1 dem Licht emittierenden Element 4 zugewandt ist. Das Wellenlängenumwandlungselement 10 kann beispielsweise durch Vorsehen einer (nicht gezeigten) Harzklebstoffschicht zwischen der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht 1 und dem Licht emittierenden Element 4 am Licht emittierenden Element 4 befestigt werden. Es ist zu beachten, dass in 2 die Leuchtstoffpartikel 1a und die Leuchtstoff-Nanopartikel 2a nicht gezeigt sind.
  • Beispiele für das Substrat 3, das verwendet werden kann, umfassen weiße LTCCs (Niedertemperatur-Einbrand-Keramiken), die in der Lage sind, das vom Licht emittierenden Element 4 emittierte Licht effizient zu reflektieren. Ein spezifisches Beispiel für das weiße LTCC ist ein Sinterkörper eines anorganischen Pulvers, wie z als Aluminiumoxid, Titanoxid oder Nioboxid und ein Glaspulver.
  • Alternativ kann, um die vom Licht emittierenden Element 4 emittierte Wärme effizient abzuleiten, ein Keramiksubstrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit als Substrat 3 verwendet werden. Das Keramiksubstrat wird bevorzugt, weil es eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Wetterbeständigkeit aufweist. Beispiele für das Material für das Keramiksubstrat umfassen Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid.
  • Beispiele für das Licht emittierende Element 4 umfassen Lichtquellen, die ein blaues Licht emittieren können, wie beispielsweise eine LED-Lichtquelle und eine Laserlichtquelle.
  • Die reflektierende Schicht 5 ist vorgesehen, um aus dem Licht emittierenden Element 4 und dem Wellenlängenumwandlungselement 10 austretendes Licht zu reflektieren. Die reflektierende Schicht 5 besteht beispielsweise aus einem Harz (hochreflektierendes Harz), das ein weißes Pigment enthält, wie etwa Titanoxid.
  • [Beispiele]
  • Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf spezifische Beispiele ausführlicher beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist überhaupt nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt und kann in entsprechend modifizierten Formen ausgeführt werden, ohne den Kern der Erfindung zu ändern.
  • Die Tabellen 1 und 2 zeigen Beispiele (Nr. 1 bis 6) der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele (Nr. 7 bis 11). [Tabelle 1]
    Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5 Nr. 6 Nr. 7
    Konzentration der ersten Leuchtstoffpartikel (Massenprozent) 13 13 13 13 13 13 13
    Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht (mm) 0,10 0,10 0,10 0,07 0,07 0,07 0,20
    Konzentration der Leuchtstoff-Nanopartikel (Massenprozent) 10 15 20 10 15 20 -
    Dicke der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht (mm) 0,10 0,10 0,10 0,13 0,13 0,13 -
    Farbe des Erscheinungsbilds, wenn nicht mit Anregungslicht bestrahlt hellgelb hellgelb hellgelb hellgelb weiß weiß gelb
    relativer Lichtstrom 0,91 0,89 0,88 0,86 0,85 0,84 1
    Homogenität der Lumineszenzfarbe gut gut gut gut gut gut schlecht
    [Tabelle 2]
    Nr. 8 Nr. 9 Nr. 10 Nr. 11
    Konzentration der ersten Leuchtstoffpartikel (Massenprozent) 13 13 13 13
    Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht (mm) 0,07 0,07 0,10 0,13
    Konzentration an TiO2-Partikeln (Massenprozent) 5 10 10 10
    Dicke der Streuschicht (mm) 0,13 0,13 0,10 0,07
    Farbe des Erscheinungsbilds, wenn nicht mit Anregungslicht bestrahlt hellgelb weiß weiß hellgelb
    relativer Lichtstrom 0,8 0,65 0,73 0,8
    Homogenität der Lumineszenzfarbe gut gut gut gut
  • (Herstellung der Wellenlängenumrechnungselemente Nr. 1 bis 6)
  • YAG-Leuchtstoffpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 15 µm wurden zu einem Borosilikatglaspulver (Erweichungspunkt: 850°C, mittlerer Partikeldurchmesser: 2,3 µm) gegeben und ein Bindemittelharz (OLYCOX, hergestellt von Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), ein Weichmacher (DOA, hergestellt von GOO Chemical Co., Ltd.), ein Dispergiermittel (FLOWLEN G-700, hergestellt von Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) und ein organisches Lösungsmittel (Methylethylketon) wurden weiter zu der Mischung gegeben, gefolgt von Kneten, um eine Mischung in Form einer Aufschlämmung zu erhalten. Die erhaltene Mischung in Form einer Aufschlämmung wurde durch das Rakelverfahren zu einer Folie geformt und bei Raumtemperatur getrocknet, wodurch eine erste Grünfolie erhalten wurde. Die Menge der zugegebenen YAG-Leuchtstoffpartikel wurde so eingestellt, dass die in Tabelle 1 für die erste Wellenlängenumwandlungsschicht gezeigte Konzentration erreicht wurde.
  • Ein Dispergiermittel (FLOWLEN G-700, hergestellt von Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) und ein organisches Lösungsmittel (Methylethylketon) wurden zu YAG-Leuchtstoff-Nanopartikeln mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 150 nm gegeben, gefolgt von Mischen, um eine Dispersionsflüssigkeit aus YAG-Leuchtstoff-Nanopartikeln herzustellen. Zu der erhaltenen Dispersionsflüssigkeit wurden ein Borosilikatglaspulver (Erweichungspunkt: 850 °C, mittlerer Partikeldurchmesser: 2,3 µm), ein Bindemittelharz (OLYCOX, hergestellt von Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) und ein Weichmacher (DOA, hergestellt von GOO Chemical Co., Ltd.) gegeben, gefolgt von Mischen, um eine Mischung in Form einer Aufschlämmung zu erhalten. Die erhaltene Mischung in Form einer Aufschlämmung wurde durch das Rakelverfahren zu einer Folie geformt und bei Raumtemperatur getrocknet, wodurch eine zweite Grünfolie erhalten wurde. Die Menge der zugesetzten YAG-Leuchtstoff-Nanopartikel wurde so eingestellt, dass die jeweils in Tabelle 1 gezeigten Konzentrationen in der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht erreicht wurden.
  • Die erste Grünfolie und die zweite Grünfolie wurden in jeweils vorgegebene Größen geschnitten und dann durch Thermokompression miteinander verbunden. Das erhaltene Laminat wurde in einem Elektroofen einer Behandlung zur Entfettung unterzogen und dann in einem gaskonvertierbaren Vakuumofen einem Vakuumbrand um den Erweichungspunkt des Glaspulvers unterzogen. Der erhaltene gebrannte Körper wurde eine Seite nach der anderen derart poliert, dass eine gewünschte Schichtdicke erhalten wurde, wodurch ein Wellenlängenumwandlungselement mit übereinandergelegter erster Wellenlängenumwandlungsschicht und zweiter Wellenlängenumwandlungsschicht erhalten wurde. Die Oberflächenrauheit Rain der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht betrug 0,02 µm und die Oberflächenrauheit Raout der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht betrug 0,02 µm.
  • (Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements Nr. 7)
  • Nur die erste Grünfolie, die in den Beispielen 1 bis 6 erhalten wurde, wurde in einem Elektroofen einer Entfettungsbehandlung unterzogen und dann in einem gaskonvertierbaren Vakuumofen einem Vakuumbrand um den Erweichungspunkt des Glaspulvers unterzogen. Der erhaltene gebrannte Körper wurde poliert, wodurch ein Wellenlängenumwandlungselement erhalten wurde, das nur aus einer ersten Wellenlängenumwandlungsschicht ausgebildet war.
  • (Herstellung der Wellenlängenumrechnungselemente Nr. 8 bis 11)
  • Auf die gleiche Weise wie in den Beispielen 1 bis 6 wurden Wellenlängenumwandlungselemente hergestellt, außer dass TiO2-Partikel mit einem mittleren Partikel durchmesser von 100 nm anstelle der YAG-Leuchtstoff-Nanopartikel verwendet wurden. Jedes der Wellenlängenumwandlungselemente war ein Laminat, bei dem eine Streuschicht, die TiO2-Partikel enthielt, auf einer Oberfläche einer ersten Wellenlängenumwandlungsschicht au gebildet wurde. Die Menge der zugegebenen TiO2-Partikel wurde so eingestellt, dass jeweils die in Tabelle 2 gezeigten Konzentrationen in der Streuschicht erreicht wurden.
  • (Bewertungen des Lichtstroms und der Homogenität der Lumineszenzfarbe)
  • Die erhaltenen Wellenlängenumwandlungselemente wurden auf folgende Weise in Bezug auf die Lumineszenzintensität (Gesamtlichtstrom) vermessen. In einem Zustand, in dem jedes Wellenlängenumwandlungselement über einer Lichtquelle mit einer Anregungswellenlänge von 450 nm angeordnet war, so dass die erste Wellenlängenumwandlungsschicht in Kontakt mit der Lichtquelle war, wurde die Lichtquelle eingeschaltet. Von dem Wellenlängenumwandlungselement emittiertes Licht wurde in eine Ulbricht-Kugel aufgenommen, zu einem Spektrometer geführt, das durch eine Referenzlichtquelle kalibriert wurde, und hinsichtlich der spektralen Energieverteilung mit dem Spektrometer vermessen. Die erhaltenen Spektren wurden mit der Standardfunktion für die spektrale Lichtausbeute multipliziert, um einen Gesamtlichtstrom zu berechnen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 gezeigt. Es gilt zu beachten, dass die gesamten Lichtströme als Werte relativ zur Lumineszenzintensität der Wellenlängenumwandlungselementprobe Nr. 7 ausgedrückt werden, die als 1 angenommen wird.
  • Ferner wurde in einem Zustand, in dem jedes Wellenlängenumwandlungselement über einer Lichtquelle mit einer Anregungswellenlänge von 450 nm angeordnet war, so dass die erste Wellenlängenumwandlungsschicht mit der Lichtquelle in Kontakt stand, die Lichtquelle eingeschaltet, so dass das vom Wellenlängenumwandlungselement emittierte Licht auf einen Bildschirm projiziert wurde. Die Homogenität des auf den Bildschirm projizierten Lichts wurde visuell beobachtet. Die Wellenlängenumwandlungselemente, bei denen eine geringe Ungleichmäßigkeit der Leuchtkraft und daher eine ausgezeichnete Homogenität der Leuchtkraft festgestellt wurde, wurden als gut bewertet, wie durch das Zeichen „gut“ angezeigt, wohingegen das Wellenlängenumwandlungselement, das als eine große Ungleichmäßigkeit der Leuchtkraft aufweisend und daher eine schlechte Homogenität der Leuchtkraft ausweisend befunden wurde, als nicht gut bewertet und durch das Zeichen „schlecht“ angezeigt wurde.
  • Die Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 1 bis 6, die Beispiele der vorliegenden Erfindung waren, zeigten ein weißes bis hellgelbes Erscheinungsbild, wenn sie nicht mit Anregungslicht bestrahlt wurden, und zeigten daher ein ausgezeichnetes ästhetische Erscheinungsbild. Zusätzlich zeigten sie relative Lichtströme von 0,84 oder mehr, d.h. hohe Lumineszenzintensitäten, und zeigten auch eine ausgezeichnete Homogenität der Lumineszenzfarbe. Andererseits zeigte das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 7, welches ein Vergleichsbeispiel war, ein gelbes Erscheinungsbild, wenn es nicht mit Anregungslicht bestrahlt wurde, und zeigte daher ein schlechtes ästhetisches Erscheinungsbild. Die Homogenität der Lumineszenzfarbe war zudem schlecht. Die Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 8 bis 11, welche Vergleichsbeispiele waren, zeigten relative Lichtströme von 0,8 oder weniger, d.h. niedrige Lumineszenzintensitäten.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    erste Wellenlängenumwandlungsschicht
    1a
    Leuchtstoffpartikel
    2
    zweite Wellenlängenumwandlungsschicht
    2a
    Leuchtstoff-Nanopartikel
    3
    Substrat
    4
    Lichtquelle
    5
    reflektierende Schicht
    10
    Wellenlängenumwandlungselement
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2003258308 A [0002]

Claims (17)

  1. Wellenlängenumwandlungselement, umfassend: eine erste Wellenlängenumwandlungsschicht, die einen Leuchtstoff enthält, und eine zweite Wellenumwandlungsschicht, die auf einer Oberfläche der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht ausgebildet ist und Leuchtstoff-Nanopartikel enthält.
  2. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1, wobei der Leuchtstoff, der in der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht enthalten ist, Leuchtstoffpartikel mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 1 µm oder mehr sind.
  3. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Leuchtstoff-Nanopartikel einen mittleren Partikeldurchmesser von 10 bis 400 nm aufweisen.
  4. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Konzentration der Leuchtstoff-Nanopartikel in der zweiten Wellenlängenumwandlungsschicht 5 bis 40 Massenprozent beträgt.
  5. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht eine Dicke von 0,01 bis 1 mm aufweist.
  6. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht eine Dicke aufweist, die gleich oder größer ist als die Dicke der ersten Wellenlängenumwandlungsschicht.
  7. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht eine Matrix aufweist, die aus einem anorganischen Material gefertigt ist, und die Leuchtstoff-Nanopartikel in der Matrix dispergiert sind.
  8. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 7, wobei die Matrix eine Glasmatrix ist.
  9. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die erste Wellenlängenumwandlungsschicht eine Dicke von 0,01 bis 1 mm aufweist.
  10. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die erste Wellenlängenumwandlungsschicht eine Matrix aufweist, die aus einem anorganischen Material gefertigt ist, und die Leuchtstoff-Nanopartikel in der Matrix dispergiert sind.
  11. Wellenlängenumwandlungselement Anspruch 10, wobei die Matrix eine Glasmatrix ist.
  12. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 und 3 bis 9, wobei die erste Wellenlängenumwandlungsschicht aus einer Keramik gefertigt ist.
  13. Licht emittierende Vorrichtung, umfassend: ein Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, und eine Lichtquelle, die in der Lage ist, das Wellenlängenumwandlungselement mit einem Anregungslicht zu bestrahlen.
  14. Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Herstellen einer Grünfolie für die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und einer Grünfolie für die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht, Übereinanderlegen der Grünfolie für die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und der Grünfolie für die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht, so dass ein Laminat erhalten wird, und Brennen des Laminats, um einen Sinterkörper zu erhalten, bei dem die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht übereinanderliegen.
  15. Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements nach Anspruch 14, wobei das Laminat gebrannt wird, während es zwischen einem Paar Einspannelementen eingespannt ist.
  16. Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements nach Anspruch 14 oder 15, wobei die erste Wellenlängenumwandlungsschicht und/oder die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht des Sinterkörpers poliert werden.
  17. Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements nach Anspruch 16, wobei die zweite Wellenlängenumwandlungsschicht im Sinterkörper so poliert wird, dass sie eine vorgegebene Dicke aufweist, und die erste Wellenlängenumwandlungsschicht im Sinterkörper dann so poliert wird, dass ein Farbwert des Wellenlängenumwandlungselements eingestellt wird.
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