DE112018006320T5 - Wellenlängenumwandlungselement und Verfahren zur Herstellung desselben sowie Licht emittierende Vorrichtung - Google Patents

Wellenlängenumwandlungselement und Verfahren zur Herstellung desselben sowie Licht emittierende Vorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112018006320T5
DE112018006320T5 DE112018006320.8T DE112018006320T DE112018006320T5 DE 112018006320 T5 DE112018006320 T5 DE 112018006320T5 DE 112018006320 T DE112018006320 T DE 112018006320T DE 112018006320 T5 DE112018006320 T5 DE 112018006320T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
conversion element
wavelength conversion
thermally conductive
conductive filler
element according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE112018006320.8T
Other languages
English (en)
Inventor
Tadahito Furuyama
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Electric Glass Co Ltd
Original Assignee
Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Electric Glass Co Ltd filed Critical Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority claimed from PCT/JP2018/044047 external-priority patent/WO2019116916A1/ja
Publication of DE112018006320T5 publication Critical patent/DE112018006320T5/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/30—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source
    • F21V9/32—Elements containing photoluminescent material distinct from or spaced from the light source characterised by the arrangement of the photoluminescent material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/02—Use of particular materials as binders, particle coatings or suspension media therefor
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/0883—Arsenides; Nitrides; Phosphides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/64—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing aluminium
    • C09K11/646—Silicates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K11/00—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials
    • C09K11/08—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials
    • C09K11/77—Luminescent, e.g. electroluminescent, chemiluminescent materials containing inorganic luminescent materials containing rare earth metals
    • C09K11/7706—Aluminates
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/08—Materials not undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/14—Solid materials, e.g. powdery or granular
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V9/00—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters
    • F21V9/40—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity
    • F21V9/45—Elements for modifying spectral properties, polarisation or intensity of the light emitted, e.g. filters with provision for controlling spectral properties, e.g. colour, or intensity by adjustment of photoluminescent elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/30—Semiconductor lasers

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Led Device Packages (AREA)
  • Luminescent Compositions (AREA)
  • Optical Filters (AREA)
  • Semiconductor Lasers (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Bereitgestellt werden: ein Wellenlängenumwandlungselement, das in der Lage ist, die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und das Schmelzen von Komponentenmaterialien bei Bestrahlung mit Anregungslicht hoher Leistung zu verringern, ein Verfahren zur Herstellung desselben und eine lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung des Wellenlängenumwandlungselements. Ein Wellenlängenumwandlungselement 10 ist aus einem Leuchtstoffpulver 2 und einem wärmeleitenden Füllstoff 3 gefertigt, die beide in einem anorganischen Bindemittel 1 dispergiert sind, wobei ein Brechungsindexunterschied zwischen dem anorganischen Bindemittel 1 und dem wärmeleitenden Füllstoff 3 0,2 oder weniger beträgt, wobei ein Volumenverhältnis eines Gehalts an anorganischem Bindemittel 1 zum Gehalt an wärmeleitendem Füllstoff 3 40:60 bis 5:95 beträgt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft Wellenlängenumwandlungselemente zum Umwandeln der Wellenlänge von Licht, das von Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden (LDs) oder dergleichen emittiert wird, in eine andere Wellenlänge, Verfahren zu deren Herstellung und Licht emittierende Vorrichtungen unter Verwendung der Wellenlängenumwandlungselemente.
  • Stand der Technik
  • In letzter Zeit richtete sich die Aufmerksamkeit zunehmend auf lichtemittierende Vorrichtungen, die Anregungslichtquellen wie LEDs oder LDs als lichtemittierende Vorrichtungen der nächsten Generation verwenden, um Fluoreszenzlampen und Glühlampen unter dem Gesichtspunkt ihres geringen Stromverbrauchs, ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts und der einfachen Einstellung der Lichtintensität zu ersetzen. Beispielsweise offenbart die JP 2000 208815 A als Beispiel einer solchen lichtemittierenden Vorrichtung der nächsten Generation eine lichtemittierende Vorrichtung, bei der ein Wellenlängenumwandlungselement auf einer LED, die in der Lage ist, blaues Licht zu emittieren, angeordnet ist und einen Teil des Lichts von der LED absorbiert, so dass es in ein gelbes Licht umgewandelt wird. Diese lichtemittierende Vorrichtung emittiert ein weißes Licht, das ein synthetisches Licht des von der LED emittierten blauen Lichts und des vom Wellenlängenumwandlungselement emittierten gelben Lichts ist.
  • Als Wellenlängenumwandlungselement wird herkömmlicherweise ein Wellenlängenumwandlungselement verwendet, bei dem ein Leuchtstoffpulver in einer Kunstharzmatrix dispergiert ist. Wenn jedoch ein solches Wellenlängenumwandlungselement verwendet wird, tritt das Problem auf, dass das Kunstharz durch Licht von der Anregungslichtquelle abgebaut wird, was es wahrscheinlich macht, dass die Luminanz der lichtemittierenden Vorrichtung gering wird. Insbesondere weist das Wellenlängenumwandlungselement das Problem auf, dass das geformte Kunstharz durch Wärme und hochenergetisches kurzwelliges (blaues bis ultraviolettes) Licht, das von der Anregungslichtquelle emittiert wird, abgebaut wird, so dass Verfärbungen oder Verformungen verursacht werden.
  • Um gerecht zu werden, wird ein Wellenlängenumwandlungselement vorgeschlagen, das aus einem vollständig anorganischen Feststoff gebildet ist, in dem ein Leuchtstoffpulver dispergiert ist, das anstelle in der Kunstharzmatrix in eine Glasmatrix eingelassen ist (siehe beispielsweise JP 2003 258308 A und JP 4895541 B2 ). Dieses Wellenlängenumwandlungselement weist das Merkmal auf, dass Glas als Matrix weniger wahrscheinlich durch Wärme und Bestrahlungslicht von der LED abgebaut wird und daher weniger wahrscheinlich Verfärbungs- und Verformungsprobleme verursacht.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Technisches Problem
  • Zum Zweck, eine höhere Leistung bereitzustellen, nimmt die Leistung einer LED oder einer LD zur Verwendung als Anregungslichtquelle in letzter Zeit zu. Gleichzeitig steigt die Temperatur des Wellenlängenumwandlungselements aufgrund der Wärme von der Anregungslichtquelle und der Wärme, die von dem mit Anregungslicht bestrahlten Leuchtstoff freigesetzt wird, was zu dem Problem führt, dass die Lumineszenzintensität mit der Zeit abnimmt (Temperaturlöschung). Darüber hinaus wird in einigen Fällen der Temperaturanstieg des Wellenlängenumwandlungselements signifikant, so dass die Materialien seiner Komponenten (wie etwa die Glasmatrix) schmelzen können.
  • In Anbetracht des Vorstehenden ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Folgendes bereitzustellen: ein Wellenlängenumwandlungselement, das in der Lage ist, die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und das Schmelzen von Komponentenmaterialien bei Bestrahlung mit Anregungslicht hoher Leistung zu verringern, ein Verfahren zur Herstellung desselben und eine lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung des Wellenlängenumwandlungselements.
  • Lösung des Problems
  • Ein erfindungsgemäßes Wellenlängenumwandlungselement, das aus einem Leuchtstoffpulver und einem wärmeleitenden Füllstoff gefertigt ist, die beide in einem anorganischen Bindemittel dispergiert sind, wobei ein Brechungsindexunterschied zwischen dem anorganischen Bindemittel und dem wärmeleitenden Füllstoff 0,2 oder weniger beträgt, wobei ein Volumenverhältnis eines Gehalts an anorganischem Bindemittel zum Gehalt an wärmeleitendem Füllstoff 40:60 bis 5:95 beträgt. Wenn wie beim obigen Aufbau der Gehalt an wärmeleitenden Füllstoff im Wellenlängenumwandlungselement relativ zum anorganischen Bindemittel groß ist, werden die Wärme des Anregungslichts selbst und die Wärme, die vom Leuchtstoffpulver erzeugt wird, wenn das Wellenlängenumwandlungselement mit dem Anregungslicht bestrahlt wird, durch den wärmeleitenden Füllstoff übertragen und effizient nach außen freigesetzt. Somit kann der Temperaturanstieg des Wellenlängenumwandlungselements verringert werden, so dass die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und das Schmelzen der Komponentenmaterialien verringert wird. Da der Brechungsindexunterschied zwischen dem wärmeleitenden Füllstoff und dem anorganischen Bindemittel wie oben beschrieben gering ist, kann ferner die Lichtstreuung aufgrund der Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem wärmeleitenden Füllstoff und dem anorganischen Bindemittel verringert werden, so dass die Lichtextraktionseffizienz des Anregungslichts oder die vom Leuchtstoffpulver emittierte Fluoreszenz erhöht werden können.
  • Das erfindungsgemäße Wellenlängenumwandlungselement weist vorzugsweise eine Porosität von 10 % oder weniger auf. Somit wird der Anteil an im Inneren des Wellenlängenumwandlungselements vorhandener Luft, die weniger wärmeleitend ist, gering, so dass die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängenumwandlungselements erhöht werden kann. Zusätzlich kann die Lichtstreuung, die durch einen Brechungsindexunterschied zwischen dem anorganischen Bindemittel, dem wärmeleitenden Füllstoff oder dem Leuchtstoffpulver und der in den Poren enthaltenen Luft verursacht wird, verringert werden, so dass die Lichttransparenz des Wellenlängenumwandlungselements erhöht werden kann.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement beträgt ein Abstand zwischen einer Vielzahl von benachbarten Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs und/oder ein Abstand von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs zu Partikeln des Leuchtstoffpulvers benachbart zu den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs vorzugsweise 0,08 mm oder weniger. Insbesondere wird es bevorzugt, dass eine Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs in Kontakt miteinander steht und/oder Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs in Kontakt mit Partikeln des Leuchtstoffpulvers stehen. Somit wird der Wärmeleitungsabstand durch das anorganische Bindemittel, das weniger wärmeleitend ist, kurz und es werden der Reihe nach Wärmeleitungspfade zwischen einer Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs gebildet, so dass im Inneren des Wellenlängenumwandlungselements erzeugte Wärme leicht nach außen abgeleitet werden kann.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist der wärmeleitende Füllstoff vorzugsweise einen mittleren Partikeldurchmesser D50 von 1 bis 50 µm auf. Somit kann der Abstand zwischen der Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs oder der Abstand von den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs zu den Partikeln des Leuchtstoffpulvers verringert werden, so dass Wärme leicht effizient nach außen freigesetzt werden kann.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist der wärmeleitende Füllstoff vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Leuchtstoffpulver auf.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement ist der wärmeleitende Füllstoff, der verwendet werden kann, beispielsweise ein solcher, der aus einer Oxidkeramik gefertigt ist. Insbesondere ist der wärmeleitende Füllstoff wenigstens einer, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid und Magnesiumspinell besteht.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement weist das anorganische Bindemittel vorzugsweise einen Erweichungspunkt von 1000 °C oder weniger auf.
  • Beim erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselement ist das anorganische Bindemittel vorzugsweise Glas.
  • Das erfindungsgemäße Wellenlängenumwandlungselement weist vorzugsweise eine Dicke von 1000 µm oder weniger auf.
  • Das erfindungsgemäße Wellenlängenumwandlungselement weist vorzugsweise ein Wärmediffusionsvermögen von 1 mm2/s oder mehr auf.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Wellenlängenumwandlungselements ist ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Wellenlängenumwandlungselements und umfasst die folgenden Schritte: Einfüllen einer Pulvermischung aus dem anorganischen Bindemittel, dem Leuchtstoffpulver und dem wärmeleitenden Füllstoff in eine Sinterform und Heißpressen der Pulvermischung. Auf diese Weise stehen die Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs eher miteinander in Kontakt oder die Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs stehen eher mit den Partikeln des Leuchtstoffpulvers in Kontakt. Außerdem ist es weniger wahrscheinlich, dass Poren im Inneren des Wellenlängenumwandlungselements verbleiben, so dass ein dichtes Wellenlängenumwandlungselement erhalten werden kann.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements wird der Schritt des Heißpressens vorzugsweise durch eine Heißpresse, eine Funkenplasmasintermaschine oder eine Heißisostatpresse ausgeführt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements beträgt eine Temperatur während des Heißpressens vorzugsweise 1000 °C oder weniger. Somit kann der thermische Abbau des Leuchtstoffpulvers während des Heißpressens verringert werden.
  • Eine erfindungsgemäße Licht emittierende Vorrichtung enthält das oben beschriebene Wellenlängenumwandlungselement und eine Lichtquelle, die so betrieben werden kann, dass sie das Wellenlängenumwandlungselement mit Anregungslicht bestrahlt.
  • Bei der erfindungsgemäßen Licht emittierenden Vorrichtung ist die Lichtquelle vorzugsweise eine Laserdiode. Somit kann die Lumineszenzintensität erhöht werden. Es gilt zu beachten, dass die Temperatur des Wellenlängenumwandlungselements, wenn eine Laserdiode als Lichtquelle verwendet wird, eher ansteigt, was es wahrscheinlich macht, dass die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zur Geltung werden.
  • Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung von: einem Wellenlängenumwandlungselement, das in der Lage ist, die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und das Schmelzen von Komponentenmaterialien bei Bestrahlung mit Anregungslicht hoher Leistung zu verringern, eines Verfahrens zur Herstellung desselben und eine lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung des Wellenlängenumwandlungselements.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Wellenlängenumwandlungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine schematische Seitenansicht, die eine lichtemittierende Vorrichtung zeigt, bei der das Wellenlängenumwandlungselement gemäß dem einen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    • 3 ist eine Fotografie eines Teilquerschnitts eines Wellenlängenumwandlungselements in Beispiel Nr. 1.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ausführlich beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch überhaupt nicht auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt.
  • (Wellenlängenumwandlungselement)
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Wellenlängenumwandlungselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Das Wellenlängenumwandlungselement 10 ist so ausgebildet, dass ein Leuchtstoffpulver 2 und ein wärmeleitender Füllstoff 3 in einem anorganischen Bindemittel 1 dispergiert sind. Das Wellenlängenumwandlungselement 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein transparentes Wellenlängenumwandlungselement. Wenn eine der Hauptoberflächen des Wellenlängenumwandlungselements 10 mit Anregungslicht bestrahlt wird, wird ein Teil des einfallenden Anregungslichts durch das Leuchtstoffpulver 2 bezüglich der Wellenlänge in Fluoreszenz umgewandelt und die Fluoreszenz wird durch die andere Hauptoberfläche nach außen abgestrahlt. Die Form des Wellenlängenumwandlungselements 10 unterliegt keiner besonderen Einschränkung, aber die Form ist im Allgemeinen eine folienartige Form mit einer rechteckigen oder kreisförmigen Draufsicht.
  • Wie in 1 gezeigt, sind bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 benachbart oder stehen miteinander in Kontakt. Somit sind die Abschnittslängen des weniger wärmeleitenden anorganischen Bindemittels 1, die zwischen der Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 bestehen, kurz. Insbesondere werden Wärmeleitungspfade an Stellen gebildet, an denen einige Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs 3 miteinander in Kontakt stehen. Da bei diesem Ausführungsbeispiel die Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs 3 benachbart sind oder mit den Partikeln des Leuchtstoffpulvers 2 in Kontakt stehen, sind ferner die Abschnittslängen des weniger wärmeleitenden anorganischen Bindemittels 1, die zwischen den Partikeln des Leuchtstoffpulvers 2 und den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 vorhanden sind, kurz. Insbesondere werden Wärmeleitungspfade an Stellen gebildet, an denen Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs 3 mit Partikeln des Leuchtstoffpulvers 2 in Kontakt stehen. Der Abstand zwischen der Vielzahl von benachbarten Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 und/oder der Abstand von den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 zu den Partikeln des Leuchtstoffpulvers 2, die zu den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 benachbart sind, beträgt vorzugsweise 0,08 mm oder weniger und besonders bevorzugt 0,05 mm oder weniger. Somit wird die im Leuchtstoffpulver 2 erzeugte Wärme eher nach außen geleitet, so dass ein übermäßiger Temperaturanstieg des Wellenlängenumwandlungselements 10 verhindert werden kann.
  • Der Abstand zwischen der Vielzahl benachbarter Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs 3 und der Abstand der Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs 3 zu den Partikeln des Leuchtstoffpulvers 2, die zu den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 benachbart sind, kann aus einem Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts des Wellenlängenumwandlungselements 10 gemessen werden.
  • Im Folgenden werden die Komponenten detailliert beschrieben werden.
  • Unter Berücksichtigung des thermischen Abbaus des Leuchtstoffpulvers 2 im Brennschritt während der Herstellung wird als anorganisches Bindemittel 1 vorzugsweise ein solches mit einem Erweichungspunkt von 1000 °C oder weniger verwendet. Ein Beispiel für das oben beschriebene anorganische Bindemittel 1 ist Glas. Glas weist im Vergleich zu organischen Matrixmaterialien, wie Kunstharz, eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit auf, wird durch Wärmebehandlung leicht verflüssigt und weist daher das Merkmal auf, in der Lage zu sein, die Struktur des Wellenlängenumwandlungselements 10 leicht zu verdichten. Der Erweichungspunkt des Glases beträgt vorzugsweise 250 bis 1000 °C, stärker bevorzugt 300 bis 950 °C, noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 400 bis 900 °C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 400 bis 850 °C. Wenn der Erweichungspunkt des Glases zu niedrig ist, können die mechanische Festigkeit und die chemische Beständigkeit des Wellenlängenumwandlungselements 10 abnehmen. Da der Wärmewiderstand des Glases selbst gering ist, kann das Glas ferner durch die Wärme erweicht und verformt werden, die durch das Leuchtstoffpulver 2 erzeugt wird. Wenn andererseits der Erweichungspunkt des Glases zu hoch ist, kann das Leuchtstoffpulver 2 im Brennschritt während der Herstellung abgebaut werden, so dass die Lumineszenzintensität des Wellenlängenumwandlungselements 10 abnehmen kann. Es ist zu beachten, dass im Hinblick auf die Erhöhung der chemischen Stabilität und der mechanischen Festigkeit des Wellenlängenumwandlungselements 10 der Erweichungspunkt des Glases vorzugsweise nicht weniger als 500 °C, stärker bevorzugt nicht weniger als 600 °C und noch stärker bevorzugt nicht weniger als ist 700 °C, jedoch noch stärker bevorzugt nicht weniger als 800 °C und besonders bevorzugt nicht weniger als 850 °C beträgt. Beispiele für das oben beschriebene Glas umfassen Gläser auf Borosilikatbasis, Gläser auf Silikatbasis und Gläser auf Aluminosilikatbasis. Mit zunehmendem Erweichungspunkt des Glases steigt jedoch die Brenntemperatur, was in der Tendenz dazu führt, dass sich die Produktionskosten erhöhen. Wenn zudem der Wärmewiderstand des Leuchtstoffpulvers 2 gering ist, kann das Leuchtstoffpulver 2 während des Brennens abgebaut werden. Daher beträgt bei der Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements 10 zu geringen Kosten oder bei der Verwendung eines Leuchtstoffpulvers 2 mit geringem Wärmewiderstand der Erweichungspunkt des Glases vorzugsweise nicht mehr als 550 °C, stärker bevorzugt nicht mehr als 530 °C, noch höher vorzugsweise nicht mehr als 500 °C, aber noch stärker bevorzugt nicht mehr als 480 °C und besonders bevorzugt nicht mehr als 460 °C beträgt. Beispiele für das oben beschriebene Glas umfassen Gläser auf Zinnphosphatbasis, Gläser auf Wismutatbasis und Gläser auf Telluritbasis.
  • Das Glas zur Verwendung als anorganisches Bindemittel 1 ist im Allgemeinen ein Glaspulver. Der mittlere Partikeldurchmesser des Glaspulvers beträgt vorzugsweise 50 µm oder weniger, stärker bevorzugt 30 µm oder weniger, noch stärker bevorzugt 10 µm oder weniger und besonders bevorzugt 5 µm oder weniger. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Glaspulvers zu groß ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein dichter Sinterkörper erhalten wird. Die Untergrenze des mittleren Partikeldurchmessers des Glaspulvers ist nicht besonders begrenzt, beträgt jedoch im Allgemeinen 0,5 µm oder mehr und vorzugsweise 1 µm oder mehr.
  • Es gilt zu beachten, dass sich der hier verwendete mittlere Partikeldurchmesser auf einen durch Laserdiffraktometrie gemessenen Wert bezieht und den Partikeldurchmesser (D50) angibt, bei dem in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilungskurve, wie durch Laserdiffraktometrie bestimmt, der integrierte Wert des kumulativen Volumens aus dem kleineren Partikeldurchmesser 50% beträgt.
  • Die Art des Leuchtstoffpulvers 2 unterliegt keiner besonderen Einschränkung, solange es beim Eintritt von Anregungslicht Fluoreszenz emittiert. Spezifische Beispiele des Leuchtstoffpulvers 2 umfassen mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus beispielsweise Oxid-Leuchtstoff, Nitrid-Leuchtstoff, Oxynitrid-Leuchtstoff, Chlorid-Leuchtstoff, Oxychlorid-Leuchtstoff, Sulfid-Leuchtstoff, Oxysulfid-Leuchtstoff, Halogenid-Leuchtstoff, Chalkogenid-Leuchtstoff, Aluminat-Leuchtstoff, Halogenphosphorsäurechlorid-Leuchtstoff und Leuchtstoff auf Granatbasis. Bei Verwendung eines blauen Lichts als Anregungslicht kann ein Leuchtstoff verwendet werden, der als Fluoreszenz beispielsweise ein grünes Licht, ein gelbes Licht oder ein rotes Licht emittieren kann.
  • Der mittlere Partikeldurchmesser des Leuchtstoffpulvers 2 beträgt vorzugsweise 1 bis 50 µm und besonders bevorzugt 5 bis 30 µm. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser des Leuchtstoffpulvers 2 zu klein ist, nimmt die Lumineszenzintensität eher ab. Wenn andererseits der mittlere Partikeldurchmesser des Leuchtstoffpulvers 2 zu groß ist, neigt die Lumineszenzfarbe dazu, ungleichmäßig zu sein.
  • Der Gehalt an Leuchtstoffpulver 2 im Wellenlängenumwandlungselement 10 beträgt vorzugsweise 1 bis 70 Volumenprozent, stärker bevorzugt 1 bis 50 Volumenprozent und besonders bevorzugt 1 bis 30 Volumenprozent. Wenn der Gehalt an Leuchtstoffpulver 2 zu gering ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass eine gewünschte Lumineszenzintensität erhalten wird. Wenn andererseits der Gehalt an Leuchtstoffpulver 2 zu groß ist, nimmt die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängenumwandlungselements 10 ab, so dass die Wärmeableitungseigenschaften eher abnehmen.
  • Der wärmeleitende Füllstoff 3 weist eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das anorganische Bindemittel 1 auf. Insbesondere weist der wärmeleitende Füllstoff 3 vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das anorganische Bindemittel 1 und das Leuchtstoffpulver 2 auf. Insbesondere beträgt die Wärmeleitfähigkeit des wärmeleitenden Füllstoffs 3 vorzugsweise 5 W/m·K oder mehr, stärker bevorzugt 20 W/m·K oder mehr, noch stärker bevorzugt 40 W/m·K oder mehr und besonders bevorzugt 50 W/m·K oder mehr.
  • Der bevorzugte wärmeleitende Füllstoff 3 ist eine Oxidkeramik. Spezifische Beispiele für die Oxidkeramik umfassen Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid und Magnesiumspinell (MgAl2O4). Diese Oxidkeramiken können einzeln oder in einer Mischung von zwei oder mehr von ihnen verwendet werden. Unter diesen wird bevorzugt Aluminiumoxid oder Magnesiumoxid verwendet, die vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeiten aufweisen, und insbesondere wird stärker bevorzugt Magnesiumoxid verwendet, das eine hohe Wärmeleitfähigkeit und eine geringere Lichtabsorption aufweist. Magnesiumspinell wird im Hinblick auf seine vergleichsweise gute Verfügbarkeit und relative Preisgünstigkeit bevorzugt.
  • Der mittlere Partikeldurchmesser des wärmeleitenden Füllstoffs 3 beträgt vorzugsweise 1 µm oder mehr, stärker bevorzugt 5 µm oder mehr, noch stärker bevorzugt 10 µm oder mehr und besonders bevorzugt 20 µm oder mehr. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser des wärmeleitenden Füllstoffs 3 zu klein ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs 3 nebeneinander liegen, oder die Wärmeleitungspfade aufgrund des Kontakts zwischen den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 werden eher weniger wahrscheinlich gebildet, so dass ein ausreichender Wärmeableitungseffekt weniger wahrscheinlich erreicht wird. Wenn andererseits der mittlere Partikeldurchmesser des wärmeleitenden Füllstoffs 3 zu groß ist, werden die Räume groß, die zwischen der Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 3 gebildet werden, so dass die Dichte des Wellenlängenumwandlungselements 10 eher abnimmt. Daher beträgt der mittlere Partikeldurchmesser des wärmeleitenden Füllstoffs 3 vorzugsweise 50 µm oder weniger, stärker bevorzugt 40 µm oder weniger und besonders bevorzugt 30 µm oder weniger.
  • Das Volumenverhältnis des Gehalts an anorganischen Bindemittel 1 zum Gehalt an wärmeleitenden Füllstoffs 3 im Wellenlängenumwandlungselement 10 beträgt 40:60 bis 5:95, vorzugsweise 38:62 bis 10:90, stärker bevorzugt 37:63 bis 15:85 und noch stärker bevorzugt 35:65 bis 20:80. Wenn der Gehalt an wärmeleitendem Füllstoff 3 zu gering ist (d.h. der Gehalt des anorganischen Bindemittels 1 zu groß ist), wird ein gewünschter Wärmeableitungseffekt eher weniger wahrscheinlich erreicht. Wenn andererseits der Gehalt an wärmeleitenden Füllstoff 3 zu groß ist (d.h. der Gehalt an anorganischem Bindemittel 1 zu klein ist), nimmt die Anzahl der Poren im Wellenlängenumwandlungselement 10 zu. Daher kann ein gewünschter Wärmeableitungseffekt nicht erreicht werden und die Lichtstreuung im Inneren des Wellenlängenumwandlungselements 10 wird übermäßig, so dass die Fluoreszenzintensität eher abnimmt.
  • Die jeweiligen Gehalte an anorganischem Bindemittel 1 und an wärmeleitendem Füllstoff 3 im Wellenlängenumwandlungselement 10 werden im Wesentlichen gemäß dem Gehalt des Leuchtstoffpulvers 2 bestimmt. Insbesondere wird die Gesamtmenge an anorganischem Bindemittel 1 und an wärmeleitendem Füllstoff 3 im Wellenlängenumwandlungselement 10 unter Berücksichtigung des Gehalts an Leuchtstoffpulver 2 vorzugsweise in einem Bereich von 30 bis 99 Volumenprozent, stärker bevorzugt in einem Bereich von 50 bis 99 Volumenprozent und besonders bevorzugt in einem Bereich von 70 bis 99 Volumenprozent eingestellt.
  • Die Porosität (Volumenprozent) im Wellenlängenumwandlungselement 10 beträgt vorzugsweise 10% oder weniger, stärker bevorzugt 5% oder weniger und besonders bevorzugt 3% oder weniger. Wenn die Porosität zu hoch ist, nimmt der Wärmeableitungseffekt wahrscheinlich ab. Zudem wird die Lichtstreuung im Inneren des Wellenlängenumwandlungselements 10 übermäßig, so dass die Fluoreszenzintensität wahrscheinlich abnimmt.
  • Die Brechungsindexdifferenz (nd) zwischen dem anorganischen Bindemittel 1 und dem wärmeleitenden Füllstoff 3 beträgt 0,2 oder weniger, vorzugsweise 0,15 oder weniger und insbesondere bevorzugt 0,1 oder weniger. Wenn die Brechungsindexdifferenz zu groß ist, nimmt die Reflexion an der Grenzfläche zwischen dem anorganischen Bindemittel 1 und dem wärmeleitenden Füllstoff 3 zu, so dass die Lichtstreuung übermäßig wird und somit die Fluoreszenzintensität wahrscheinlich abnimmt.
  • Die Dicke des Wellenlängenumwandlungselements 10 beträgt vorzugsweise 1000 µm oder weniger, stärker bevorzugt 500 µm oder weniger und noch stärker bevorzugt 300 µm oder weniger. Wenn das Wellenlängenumwandlungselement 10 zu dick ist, werden Streuung und Absorption von Licht im Wellenlängenumwandlungselement 10 zu stark, so dass die Effizienz der Fluoreszenzemission dazu neigt, abzunehmen. Zudem wird die Temperatur des Wellenlängenumwandlungselements 10 hoch, so dass wahrscheinlich eine Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und ein Schmelzen der Komponentenmaterialien auftreten. Die Untergrenze der Dicke des Wellenlängenumwandlungselements 10 beträgt vorzugsweise etwa 30 µm. Wenn das Wellenlängenumwandlungselement 10 zu dünn ist, nimmt seine mechanische Festigkeit eher ab, und es ist weniger wahrscheinlich, dass Anregungslicht im Leuchtstoffpulver 2 absorbiert wird, so dass die Lumineszenzintensität wahrscheinlich abnimmt.
  • Auf einer Einfallsfläche des Wellenlängenumwandlungselements 10 kann ein Antireflexionsfilm, ein Bandpassfilter oder eine Mikrostruktur, wie beispielsweise eine Mottenaugenstruktur, vorgesehen sein, durch welche Anregungslicht in das Wellenlängenumwandlungselement 10 eintritt, um den Reflexionsverlust des Anregungslichts zu verringern und Verlust von Fluoreszenz zur Einfallsseite zu verringern.
  • Wenn das Wellenlängenumwandlungselement 10 den obigen Aufbau aufweist, weist es ausgezeichnete Wärmediffusionseigenschaften auf. Insbesondere beträgt die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängenumwandlungselements 10 vorzugsweise 1 mm2/s oder mehr, stärker bevorzugt 2 mm2/s oder mehr, noch stärker bevorzugt 3 mm2/s oder mehr und besonders bevorzugt 4 mm2/s oder mehr.
  • Das Wellenlängenumwandlungselement 10 kann verwendet werden, indem es mit einem anderen wärmeableitenden Element aus Metall, Keramik usw. verbunden wird. Auf diese Weise kann im Wellenlängenumwandlungselement 10 erzeugte Wärme effizienter nach außen abgegeben werden.
  • (Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenumwandlungselements)
  • Das Wellenlängenumwandlungselement 10 kann durch den Schritt des Einfüllens einer Pulvermischung aus dem anorganischen Bindemittel 1, dem Leuchtstoffpulver 2 und dem wärmeleitenden Füllstoff 3 in eine Sinterform und den Schritt des Heißpressens der Pulvermischung hergestellt werden.
  • Das Heißpressen kann beispielsweise durch eine Heißpresse, eine Funkenplasmasintermaschine oder eine Heißisostatpresse durchgeführt werden. Bei Verwendung dieser Maschinen kann ein dichter Sinterkörper leicht erhalten werden.
  • Die Temperatur während des Heißpressens beträgt vorzugsweise 1000 °C oder weniger, stärker bevorzugt 950 °C oder weniger und besonders bevorzugt 900 °C oder weniger. Wenn die Temperatur während des Heißpressens zu hoch ist, wird das Leuchtstoffpulver 2 eher thermisch abgebaut. Wenn andererseits die Temperatur während des Heißpressens zu niedrig ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass ein dichter Sinterkörper erhalten wird. Daher beträgt die Temperatur vorzugsweise nicht weniger als 250 °C, stärker bevorzugt nicht weniger als 300 °C und besonders bevorzugt nicht weniger als 400 °C.
  • Der Druck während des Heißpressens wird in geeigneter Weise eingestellt, um einen dichten Sinterkörper bereitzustellen, beispielsweise vorzugsweise in einem Bereich von 10 bis 100 MPa und besonders bevorzugt in einem Bereich von 20 bis 60 MPa.
  • Die Atmosphäre während des Brennens ist vorzugsweise eine Atmosphäre mit reduziertem Druck, wie beispielsweise Vakuum. Auf diese Weise kann das Entschäumen während des Brennens gefördert werden, so dass ein dichter Sinterkörper eher erhalten wird.
  • Hinsichtlich des Materials für die Sinterform bestehen keine besonderen Einschränkungen und es kann beispielsweise eine Form verwendet werden, die aus Kohlenstoff gefertigt ist.
  • (Licht emittierende Vorrichtung)
  • 2 ist eine schematische Seitenansicht, die eine lichtemittierende Vorrichtung zeigt, in der das Wellenlängenumwandlungselement gemäß dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel verwendet wird. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Licht emittierende Vorrichtung 20 das Wellenlängenumwandlungselement 10 und eine Lichtquelle 4. Das von der Lichtquelle 4 emittierte Anregungslicht L0 wird durch das Wellenlängenumwandlungselement 10 in Fluoreszenz L1 umgewandelt. Ferner läuft ein Teil des Anregungslichts L0, so wie es ist, durch das Wellenlängenumwandlungselement 10 hindurch. Daher emittiert das Wellenlängenumwandlungselement 10 synthetisches Licht L2, das aus dem Anregungslicht L0 und der Fluoreszenz L1 besteht. Wenn beispielsweise das Anregungslicht L0 ein blaues Licht und die Fluoreszenz L1 ein gelbes Licht ist, kann ein weißes synthetisches Licht L2 bereitgestellt werden.
  • Da in der Licht emittierenden Vorrichtung 20 das oben beschriebene Wellenlängenumwandlungselement 10 verwendet wird, kann Wärme, die durch Bestrahlen des Wellenlängenumwandlungselements 10 mit Anregungslicht erzeugt wird, effizient nach außen abgegeben werden. Auf diese Weise kann ein übermäßiger Temperaturanstieg des Wellenlängenumwandlungselements 10 verhindert werden.
  • Beispiele für die Lichtquelle 4 umfassen eine LED und eine LD. In Bezug auf die Erhöhung der Lumineszenzintensität der Licht emittierenden Vorrichtung 20 wird als Lichtquelle 4 vorzugsweise eine LD verwendet, die Licht hoher Intensität emittieren kann. Wenn eine LD als Lichtquelle verwendet wird, steigt die Temperatur des Wellenlängenumwandlungselement 10 wahrscheinlich an, was es wahrscheinlich macht, dass die Wirkungen der vorliegenden Erfindung zur Geltung kommen.
  • [Beispiele]
  • Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Wellenlängenumwandlungselement unter Bezugnahme auf Beispiele detailliert beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
  • Tabelle 1 zeigt Arbeitsbeispiele (Nr. 1 bis 10) der vorliegenden Erfindung und Vergleichsbeispiele (Nr. 11 bis 13). [Tabelle 1]
    Nr. 1 Nr. 2 Nr. 3 Nr. 4 Nr. 5
    wärmeleitender Füllstoff Typ MgO MgO MgO MgO MgO
    Brechungsindex nd1 1.73 1.73 1.73 1.73 1.73
    mittlerer Partikeldurchmesser 43 43 8 8 8
    Gehalt (Volumenprozent) 70 70 70 70 70
    anorganisches Bindemittel Typ A B A B A
    Erweichungspunkt 790 850 790 850 790
    Brechungsindex nd2 1.71 1.56 1.71 1.56 1.71
    Unterschied Brechungsindex (nd1-nd2) 0.02 0.17 0.02 0.17 0.02
    Wärmebehandlungstemperatur (°C) 820 900 820 900 820
    wärmeleitender Füllstoff zu anorganischem Bindemittel (Volumenverhältnis) 70:30 70:30 70:30 70:30 80:20
    LeuchtstoffPulver Typ YAG YAG YAG YAG YAG
    Gehalt (Volumenprozent) 3 3 3 3 3
    Porosität (%) 2.3 3.5 6.3 6.5 7.2
    Wärmediffusionsvermögen (mm2/s) 4.15 4.21 4.06 3.99 4.12
    Anregungslichttransmission 0.46 0.47 0.38 0.28 0.21
    Wärmebeständigkeit gut gut gut gut gut
    [Tabelle 1 Fortsetzung]
    Nr. 6 Nr. 7 Nr. 8 Nr. 9
    wärmeleitender Füllstoff Typ Al2O3 Al2O3 MgO MgO
    Brechungsindex nd1 1.76 1.76 1.73 1.73
    mittlerer Partikeldurchmesser 9 9 43 43
    Gehalt (Volumenprozent) 70 70 70 70
    anorganisches Bindemittel Typ A B C D
    Erweichungspunkt 790 850 380 450
    Brechungsindex nd2 1.71 1.56 1.82 1.91
    Unterschied Brechungsindex (nd1-nd2) 0.05 0.2 0.09 0.18
    Wärmebehandlungstemperatur (°C) 820 900 450 500
    wärmeleitender Füllstoff zu anorganischem Bindemittel (Volumenverhältnis) 70:30 70:30 70:30 70:30
    LeuchtstoffPulver Typ YAG YAG CASN CASN
    Gehalt (Volumenprozent) 3 3 3 3
    Porosität (%) 3.2 2.2 4.8 4.3
    Wärmediffusionsvermögen (mm2/s) 2.98 3.1 3.64 3.45
    Anregungslichttransmission 0.39 0.37 0.32 0.25
    Wärmebeständigkeit gut gut gut gut
    [Tabelle 1 Fortsetzung]
    Nr. 10 Nr. 11 Nr. 12 Nr. 13
    wärmeleitender Füllstoff Typ MgO MgAl2O4 MgO MgO
    Brechungsindex nd1 1.73 1.72 1.73 1.73
    mittlerer Partikeldurchmesser 43 20 43 43
    Gehalt (Volumenprozent) 70 70 70 30
    anorganisches Bindemittel Typ A E A A
    Erweichungspunkt 790 775 790 790
    Brechungsindex nd2 1.71 1.49 1.71 1.71
    Unterschied Brechungsindex (nd1-nd2) 0.01 0.24 0.02 0.02
    Wärmebehandlungstemperatur (°C) 820 830 820 820
    wärmeleitender Füllstoff zu anorganischem Bindemittel (Volumenverhältnis) 70:30 70:30 30:70 98:2
    LeuchtstoffPulver Typ YAG YAG YAG YAG
    Gehalt (Volumenprozent) 3 3 3 3
    Porosität (%) 3.3 3.7 0.6 12.2
    Wärmediffusionsvermögen (mm2/s) 2.32 4.11 0.44 3.01
    Anregungslichttransmission 0.48 0.08 0.48 0.04
    Wärmebeständigkeit gut gut schlecht schlecht
  • Ein wärmeleitender Füllstoff, ein anorganisches Bindemittel und ein Leuchtstoffpulver wurden gemischt, um jedes in Tabelle 1 beschriebene Verhältnis zu ergeben, wodurch eine Pulvermischung erhalten wurde. Es gilt zu beachten, dass in der Tabelle der Gehalt des Leuchtstoffpulvers ein Gehalt in der Pulvermischung ist und sich der Rest durch den wärmeleitenden Füllstoff und das anorganische Bindemittel ergibt. Die verwendeten Materialien waren wie folgt.
  • Wärmeleitender Füllstoff
  • MgO (Wärmeleitfähigkeit: etwa 42 W/m·K, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 43 µm oder 8 µm)
  • Al2O3 (Wärmeleitfähigkeit: etwa 20 W/m·K, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 9 µm)
  • MgAl2O4 (Wärmeleitfähigkeit: etwa 16 W/m·K, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 20 µm)
  • Anorganisches Bindemittel
  • Anorganisches Bindemittel A (Glaspulver auf Bariumsilikatbasis, Erweichungspunkt: 790 °C, Brechungsindex (nd): 1,71, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 2,5 µm)
  • Anorganisches Bindemittel B (Glas auf Borosilikatbasis, Erweichungspunkt: 850 °C, Brechungsindex (nd): 1,56, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 1,4 µm)
  • Anorganisches Bindemittel C (Glas auf Zinnphosphatbasis, Erweichungspunkt: 380 °C, Brechungsindex (nd): 1,82, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 3,8 µm)
  • Anorganisches Bindemittel D (Glas auf Wismutbasis, Erweichungspunkt: 450 °C, Brechungsindex (nd): 1,91, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 2,7 µm)
  • Anorganisches Bindemittel E (Glas auf Borosilikatbasis, Erweichungspunkt: 775 °C, Brechungsindex (nd): 1,49, mittlerer Partikeldurchmesser D50: 1,3 µm)
  • Leuchtstoffpulver
  • YAG-Leuchtstoff (Y3Al5O12, mittlerer Partikeldurchmesser: 15 µm)
  • CASN-Leuchtstoff (CaAlSiN3, mittlerer Partikeldurchmesser: 18 µm)
  • Die erhaltene Pulvermischung wurde in eine aus Kohlenstoff gefertigte Form mit einem Durchmesser von 40 mm gefüllt, die in einen von Fuji Dempa Kogyo Co., Ltd. hergestellten Heißpressofen (Hi-multi 5000) gegeben und einem Heißpressen unterzogen wurde. Für die Bedingungen des Heißpressens wurde die Pulvermischung unter Vakuumatmosphäre auf die in Tabelle 1 gezeigte Wärmebehandlungstemperatur gebracht, 20 Minuten bei einem Druck von 40 MPa gepresst und dann unter Einleiten von N2-Gas langsam auf Normaltemperatur abgekühlt. Der erhaltene Sinterkörper wurde geschnitten, um eine 5 mm × 5 mm × 1 mm große Platte eines Wellenlängenumwandlungselements zu erhalten.
  • Die erhaltenen Wellenlängenumwandlungselemente wurden hinsichtlich Porosität, Wärmediffusionsvermögen, Anregungslichttransmission und Wärmewiderstand auf die folgende Art und Weise bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Ferner ist in 3 eine Fotografie eines Teilquerschnitts des Wellenlängenumwandlungselements in Nr. 1 gezeigt.
  • Die Porosität wurde erhalten, indem eine Fotografie eines Rückstreuelektronenbilds eines Querschnitts jedes Wellenlängenumwandlungselements unter Verwendung der Bildanalysesoftware Winroof binärisiert und die Porosität aus dem Anteil der Porenfläche, die in dem erhaltenen verarbeiteten Bild eingenommen wird, berechnet wurde.
  • Das Wärmediffusionsvermögen wurde mit dem Wärmediffusionsmesssystem i-phase, hergestellt von ai-Phase Co., Ltd, gemessen.
  • Die Transmission des Anregungslichts wurde auf folgende Weise gemessen. Es wurden zwei 30 mm × 30 mm × 2 mm große Aluminiumbleche mit einer in der Mitte ausgebildeten Öffnung von 3 mm Durchmesser hergestellt. Das Wellenlängenumwandlungselement wurde zwischen den beiden Aluminiumblechen angeordnet und gesichert. Das Wellenlängenumwandlungselement wurde so gesichert, dass es sich im Wesentlichen in der Mitte der Aluminiumplatten befand und an den Öffnungen beider Aluminiumbleche freigelegt war. Das belichtete Wellenlängenumwandlungselement wurde durch die Öffnung eines der Aluminiumbleche mit Anregungslicht (mit einer Wellenlänge von 445 nm und einer Leistung von 3 W) von einer LD bestrahlt. Durch die Öffnung des anderen Aluminiumblechs emittiertes Licht wurde in eine Ulbrichtkugel aufgenommen, zu einem von einer Referenzlichtquelle kalibrierten Spektrometer geführt und hinsichtlich der spektralen Energieverteilung mit dem Spektrometer vermessen. Die Peakhöhe der Anregungslichtwellenlänge im erhaltenen Spektrum wurde durch P1 angegeben. Getrennt davon wurde das Anregungslicht der LD direkt in eine Ulbrichtkugel aufgenommen und auf die gleiche Weise hinsichtlich der spektralen Energieverteilung gemessen und die Peakhöhe der Wellenlänge des Anregungslichts im Spektrum wurde durch P0 angegeben. In diesem Fall wurde der Wert von P1/P0 als „Anregungslichttransmission“ definiert.
  • Der Wärmewiderstand der Wellenlängenumwandlungselemente wurde auf folgende Weise beurteilt. Im oben beschriebenen Messtest für die Anregungslichttransmission wurde jedes Wellenlängenumwandlungselement 60 Sekunden lang mit der LD bestrahlt und der Zustand der Glasmatrix des Wellenlängenumwandlungselements wurde beobachtet. Fälle, in denen kein Unterschied in der Glasmatrix gefunden wurde, wurden als gut bewertet, wie durch das Kennzeichen „gut“ angezeigt, während ein Fall, in dem die Glasmatrix geschmolzen war, als nicht gut bewertet wurde, wie durch das Kennzeichen „schlecht“ angezeigt.
  • Wie aus Tabelle 1 ersichtlich ist, zeigten die Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 1 bis 10, die Arbeitsbeispiele waren, hohe Wärmeleitfähigkeiten von 2,32 mm2/s oder mehr und wiesen einen guten Wärmewiderstand auf. Im Gegensatz dazu hatte das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 11, das ein Vergleichsbeispiel war, eine hohe Brechungsindexdifferenz von 0,24 zwischen dem wärmeleitenden Füllstoff und dem anorganischen Bindemittel, verursachte daher eine übermäßig große Lichtstreuung an der Grenzfläche dazwischen und zeigte eine niedrige Anregungslichttransmission von 0,08. Das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 12 wies einen übermäßig geringen Anteil an wärmeleitendem Füllstoff auf, zeigte daher eine geringe Wärmeleitfähigkeit von 0,44 mm2/s und wies einen schlechten Wärmewiderstand auf. Das Wellenlängenumwandlungselement Nr. 13 wies einen übermäßig großen Anteil an wärmeleitendem Füllstoff auf und zeigte daher eine große Porosität. Somit verursachte es eine große Lichtstreuung und zeigte eine geringe Anregungslichttransmission von 0,04. Aus dem Obigen ist ersichtlich, dass die Wellenlängenumwandlungselemente Nr. 1 bis 10 die im Inneren erzeugte Wärme effizient nach außen abführen können und ausgezeichnete Lichtextraktionseffizienzen und ausgezeichnete Wärmebeständigkeit aufweisen.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Das Wellenlängenumwandlungselement gemäß der vorliegenden Erfindung ist als Bestandteil einer allgemeinen Beleuchtung wie einer weißen LED oder einer speziellen Beleuchtung (beispielsweise einer Lichtquelle für einen Projektor, einer Lichtquelle für einen Fahrzeugscheinwerfer oder einer Lichtquelle für ein Endoskop) geeignet.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    anorganisches Bindemittel
    2
    Leuchtstoffpulver
    3
    wärmeleitender Füllstoff
    4
    Lichtquelle
    10
    Wellenlängenumwandlungselement
    20
    Licht emittierende Vorrichtung
  • 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 2000208815 A [0002]
    • JP 2003258308 A [0004]
    • JP 4895541 B2 [0004]

Claims (17)

  1. Wellenlängenumwandlungselement, das aus einem Leuchtstoffpulver und einem wärmeleitenden Füllstoff gefertigt ist, die beide in einem anorganischen Bindemittel dispergiert sind, wobei ein Brechungsindexunterschied zwischen dem anorganischen Bindemittel und dem wärmeleitenden Füllstoff 0,2 oder weniger beträgt, wobei ein Volumenverhältnis eines Gehalts an anorganischem Bindemittel zum Gehalt an wärmeleitendem Füllstoff 40:60 bis 5:95 beträgt.
  2. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1, das eine Porosität von 10 % oder weniger aufweist.
  3. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Abstand zwischen einer Vielzahl von benachbarten Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs und/oder ein Abstand von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs zu Partikeln des Leuchtstoffpulvers benachbart zu den Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs 0,08 mm oder weniger beträgt.
  4. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vielzahl von Partikeln des wärmeleitenden Füllstoffs in Kontakt miteinander steht und/oder Partikel des wärmeleitenden Füllstoffs in Kontakt mit Partikeln des Leuchtstoffpulvers stehen.
  5. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der wärmeleitende Füllstoff einen mittleren Partikeldurchmesser D50 von 1 bis 50 µm aufweist.
  6. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der wärmeleitende Füllstoff eine höhere Wärmeleitfähigkeit als das Leuchtstoffpulver aufweist.
  7. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der wärmeleitende Füllstoff aus einer Oxidkeramik gefertigt ist.
  8. Wellenlängenumwandlungselement nach Anspruch 7, wobei der wärmeleitende Füllstoff wenigstens einer ist, der aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aluminiumoxid, Magnesiumoxid, Yttriumoxid, Zinkoxid und Magnesiumspinell besteht.
  9. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das anorganische Bindemittel einen Erweichungspunkt von 1000 °C oder weniger aufweist.
  10. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das anorganische Bindemittel Glas ist.
  11. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das eine Dicke von 1000 µm oder weniger aufweist.
  12. Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ein Wärmediffusionsvermögen von 1 mm2/s oder mehr aufweist.
  13. Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Einfüllen einer Pulvermischung aus dem anorganischen Bindemittel, dem Leuchtstoffpulver und dem wärmeleitenden Füllstoff in eine Sinterform und Heißpressen der Pulvermischung.
  14. Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements nach Anspruch 13, wobei der Schritt des Heißpressens durch eine Heißpresse, eine Funkenplasmasintermaschine oder eine Heißisostatpresse ausgeführt wird.
  15. Verfahren zur Herstellung des Wellenlängenumwandlungselements nach Anspruch 13 oder 14, wobei eine Temperatur während des Heißpressens 1000 °C oder weniger beträgt.
  16. Licht emittierende Vorrichtung, umfassend: das Wellenlängenumwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 12 und eine Lichtquelle, die so betrieben werden kann, dass sie das Wellenlängenumwandlungselement mit Anregungslicht bestrahlt.
  17. Licht emittierende Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Lichtquelle eine Laserdiode ist.
DE112018006320.8T 2017-12-12 2018-11-29 Wellenlängenumwandlungselement und Verfahren zur Herstellung desselben sowie Licht emittierende Vorrichtung Pending DE112018006320T5 (de)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017-237557 2017-12-12
JP2017237557 2017-12-12
JP2018-173558 2018-09-18
JP2018173558A JP7268315B2 (ja) 2017-12-12 2018-09-18 波長変換部材及びその製造方法、並びに発光装置
PCT/JP2018/044047 WO2019116916A1 (ja) 2017-12-12 2018-11-29 波長変換部材及びその製造方法、並びに発光装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112018006320T5 true DE112018006320T5 (de) 2020-08-27

Family

ID=67061367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112018006320.8T Pending DE112018006320T5 (de) 2017-12-12 2018-11-29 Wellenlängenumwandlungselement und Verfahren zur Herstellung desselben sowie Licht emittierende Vorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11041606B1 (de)
JP (1) JP7268315B2 (de)
CN (1) CN110006005A (de)
DE (1) DE112018006320T5 (de)
TW (1) TWI788436B (de)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113474439A (zh) * 2019-04-18 2021-10-01 日本电气硝子株式会社 波长转换部件及其制造方法、以及发光装置
US11530798B2 (en) * 2019-04-18 2022-12-20 Nippon Electric Glass Co., Ltd. Wavelength conversion member, method for manufacturing same, and light emission device
US20230159367A1 (en) * 2020-04-28 2023-05-25 Kyocera Corporation Wavelength conversion element and method for manufacturing wavelength conversion element
US11754259B2 (en) * 2020-06-08 2023-09-12 Ngk Spark Plug Co., Ltd. Fluorescent plate, wavelength conversion member, and light source device
JP7478362B2 (ja) 2021-01-08 2024-05-07 ウシオ電機株式会社 波長変換部材、プロジェクタ

Family Cites Families (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW383508B (en) 1996-07-29 2000-03-01 Nichia Kagaku Kogyo Kk Light emitting device and display
JP2003243727A (ja) * 2001-12-14 2003-08-29 Nichia Chem Ind Ltd 発光装置
JP4158012B2 (ja) * 2002-03-06 2008-10-01 日本電気硝子株式会社 発光色変換部材
JP2005310756A (ja) * 2004-03-26 2005-11-04 Koito Mfg Co Ltd 光源モジュールおよび車両用前照灯
US7344902B2 (en) * 2004-11-15 2008-03-18 Philips Lumileds Lighting Company, Llc Overmolded lens over LED die
JP4895541B2 (ja) 2005-07-08 2012-03-14 シャープ株式会社 波長変換部材、発光装置及び波長変換部材の製造方法
JP2007157798A (ja) * 2005-11-30 2007-06-21 Kyocera Corp 発光装置
US8203161B2 (en) * 2009-11-23 2012-06-19 Koninklijke Philips Electronics N.V. Wavelength converted semiconductor light emitting device
JP5672705B2 (ja) * 2010-01-26 2015-02-18 住友化学株式会社 発光装置およびその製造方法
JP5614675B2 (ja) * 2010-02-16 2014-10-29 独立行政法人物質・材料研究機構 波長変換部材の製造方法
JP5701523B2 (ja) * 2010-06-22 2015-04-15 日東電工株式会社 半導体発光装置
US20130258637A1 (en) * 2012-03-31 2013-10-03 Michael Dongxue Wang Wavelength-converting structure for a light source
JP2014022412A (ja) * 2012-07-12 2014-02-03 Nemoto Lumi-Materials Co Ltd 蛍光体分散無機ガラスプレート
JP2015038960A (ja) * 2013-05-16 2015-02-26 株式会社日本セラテック 発光装置
CN104595852B (zh) * 2013-10-30 2016-08-24 深圳市绎立锐光科技开发有限公司 一种波长转换装置、漫反射层、光源系统及投影系统
JP2015089898A (ja) * 2013-11-05 2015-05-11 信越化学工業株式会社 無機蛍光体粉末、無機蛍光体粉末を用いた硬化性樹脂組成物、波長変換部材および光半導体装置
CN105278225B (zh) * 2014-07-21 2018-05-15 深圳市光峰光电技术有限公司 波长转换装置及其制备方法、相关发光装置和投影装置
JP2016115879A (ja) * 2014-12-17 2016-06-23 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及び発光デバイス
KR20170105532A (ko) * 2015-01-21 2017-09-19 미쯔비시 케미컬 주식회사 소결 형광체, 발광 장치, 조명 장치, 차량 전조등, 및 소결 형광체의 제조 방법
JP6646934B2 (ja) 2015-02-10 2020-02-14 アルパッド株式会社 半導体発光装置及び半導体発光装置の製造方法
JP2016225581A (ja) * 2015-06-04 2016-12-28 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及びそれを用いた発光装置
JP2017107071A (ja) * 2015-12-10 2017-06-15 日本電気硝子株式会社 波長変換部材及び波長変換素子、並びにそれらを用いた発光装置
CN107450261B (zh) * 2016-05-31 2021-02-05 佳能株式会社 波长转换元件、光源装置和图像投影装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20210172583A1 (en) 2021-06-10
JP2019105826A (ja) 2019-06-27
JP7268315B2 (ja) 2023-05-08
US11041606B1 (en) 2021-06-22
TWI788436B (zh) 2023-01-01
CN110006005A (zh) 2019-07-12
TW201928005A (zh) 2019-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112018006320T5 (de) Wellenlängenumwandlungselement und Verfahren zur Herstellung desselben sowie Licht emittierende Vorrichtung
DE102005031523B4 (de) Halbleiterlichtquelle mit Lichtkonversionsmedium aus Glaskeramik
DE112013002930B4 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement
DE102017117603A1 (de) Lichtemittierende Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen der lichtemittierenden Vorrichtung
EP3084848B1 (de) Konversionselement, verfahren zur herstellung eines konversionselements, optoelektronisches bauelement umfassend ein konversionselement
DE102010009456A1 (de) Strahlungsemittierendes Bauelement mit einem Halbleiterchip und einem Konversionselement und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112018005684T5 (de) Wellenlängenumwandlungselement und Licht emittierende Vorrichtung
TWI711189B (zh) 波長轉換構件及使用其而成之發光裝置
DE102013202119A1 (de) Keramikverbundstoff
DE102010034913A1 (de) Strahlung emittierendes Bauelement und Verfahren zur Herstellung des Strahlung emittierenden Bauelements
DE112019002989T5 (de) Wellenlängen-Umwandlungsteil und Wellenlängen-Umwandlungselement, Verfahren zur Herstellung derselben und Licht emittierende Vorrichtung
WO2009079990A1 (de) Beleuchtungseinrichtung
EP2894211A1 (de) Keramische Phosphorplatte und Beleuchtungsvorrichtung damit
DE102017125413A1 (de) Lichtemitierende Vorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE102011102350A1 (de) Optisches Element, optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung dieser
DE112015002763B4 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauteil
DE102012220980A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement
DE102012109650A1 (de) Keramisches Konversionselement, optoelektronisches Halbleiterelement und Verfahren zur Herstellung eines keramischen Konversionselements
DE102012101892B4 (de) Wellenlängenkonversionselement, Licht emittierendes Halbleiterbauelement und Anzeigevorrichtung damit sowie Verfahren zur Herstellung eines Wellenlängenkonversionselements
DE112019001280T5 (de) Wellenlängen-Umwandlungselement und Licht emittierende Vorrichtung unter Verwendung derselben
DE112020001953T5 (de) Wellenlängen-umwandlungselement, verfahren zu dessen herstellung und lichtemittierende vorrichtung
WO2019116916A1 (ja) 波長変換部材及びその製造方法、並びに発光装置
DE102016124366A1 (de) Optoelektronisches Bauelement
DE102016105582A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements und optoelektronisches Bauelement
DE112020001955T5 (de) Wellenlängen-umwandlungselement, verfahren zur herstellung desselben und lichtemittierende vorrichtung