DE112019001492T5

DE112019001492T5 - Leuchtstoff und lichtquellenvorrichtung

Info

Publication number: DE112019001492T5
Application number: DE112019001492.7T
Authority: DE
Inventors: Tatsuya TERUI; Masato Sato
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2019-03-11
Publication date: 2021-01-07
Also published as: US20210017447A1; JPWO2019181618A1; US11634630B2; WO2019181618A1; CN111886319A

Abstract

[Problem] Vorgesehen sind ein Leuchtstoff und eine Lichtquellenvorrichtung mit dem Leuchtstoff, der eine hohe interne Quantenausbeute durch Ermöglichung einer großen Ce-Menge aufweist, in der Lage ist, die Fluoreszenzwellenlänge der gelben Fluoreszenz zur langwelligen Seite zu verschieben, eine zufriedenstellende Quenchbeständigkeit bei Hitze aufweist und eine ausgezeichnete Blaulichtdurchlässigkeit besitzt.[Lösung] Der Leuchtstoff besteht aus einem Ce:YAG-Einkristall mit einer Ce-Menge von 0,7 Molteilen oder mehr, wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Leuchtstoff und eine Lichtquellenvorrichtung, die diesen Leuchtstoff verwendet.
STAND DER TECHNIK
Es wurde eine lichtemittierende Vorrichtung untersucht, die eine blaue Leuchtdiode, die blaues Licht emittiert, und einen Leuchtstoff enthält, der bei Anregung durch Empfang des blauen Lichts der blauen Leuchtdiode gelbe Fluoreszenz emittiert und weißes Licht emittiert, indem die gelbe Fluoreszenz mit dem blauen Licht (blaues Durchlicht), das durch den Leuchtstoff durchgelassen wird, gemischt wird (Patentdokument 1).
Als Leuchtstoff werden hauptsächlich ein Ce:YAG-Einkristall (Patentdokument 1), polykristalline Keramik (Patentdokument 2) und ein Eutektikum aus Ce: YAG und Al₂O₃ (Patentdokument 3) verwendet.
Obwohl der in Patentdokument 1 beschriebene Einkristall durch das Czochralski (CZ)-Verfahren erzeugt wird, ist der Einkristall jedoch insofern problematisch, als nicht genügend weißes Licht erhalten werden kann.
Darüber hinaus liegt der Entmischungskoeffizient der Ce Konzentration des Einkristalls, der durch die CZ-Methode erzeugt wird, bei etwa 0,1 bis 0,2 (Nichtpatentdokument 1) und die geringe Homogenität ist ein weiteres Problem, das durch den Einkristall verursacht wird.
Darüber hinaus ist die in Patentdokument 2 beschriebene transparente polykristalline Keramik insofern problematisch, als es zu einem „Quenching bei Hitze“ kommt, bei der die Lichtausbeute bei einer hohen Temperatur abnimmt. Ferner ist die im Patentdokument 2 beschriebene transparente polykristalline Keramik insofern problematisch, als das blaue durchgelassene Licht aufgrund von Streuung an einer Korngrenze abnimmt und bei Verwendung als Lichtquelle keine ausreichende Lichtstärke erzielt werden kann.
Darüber hinaus ist das im Patentdokument 3 beschriebene Eutektikum insofern problematisch, als das blaue durchgelassene Licht durch Streuung an einer Phasengrenze abnimmt und bei der Verwendung als Lichtquelle keine ausreichende Lichtstärke erzielt werden kann.
Weiterhin beträgt die Wellenlänge der gelben Fluoreszenz, die im Allgemeinen für eine weiße Lichtquelle verwendet wird, 530 nm bis 540 nm und die Wellenlänge des blauen durchgelassenen Lichts 405 nm bis 460 nm. Auf einer Farbtafel gibt es eine Abweichung zwischen diesen gemischten Strahlen und der weißen JIS-Standardfarbe, und gelbe Fluoreszenz mit einer längeren Wellenlänge ist erforderlich, um die weiße JIS-Standardfarbe zu erhalten.
Darüber hinaus steigt in den letzten Jahren die Nachfrage nach Laserbeleuchtungen, die Laser als Anregungslicht eines Leuchtstoffs verwenden. Dementsprechend erhöht sich die Temperatur des Leuchtstoffs während des Laserbetriebs, so dass eine höhere Quenchbeständigkeit bei Hitze erforderlich ist.
ZITATLISTE
PATENTDOKUMENT
Patentdokument 1: JP 2015-81314 A

Nichtpatentdokument 1: T. Fukuda V. I. Chani (Hrsg.), Additive Manufacturing und strategische Technologien in der Hochleistungskeramik, 117-118 (2016)
Patentdokument 2: JP 2010-24278 A
Patentdokument 3: JP 2017-110042 A

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDES PROBLEM
Die Erfindung wurde im Hinblick auf diese Probleme gemacht, und ein Gegenstand der Erfindung ist es, einen Leuchtstoff und eine Lichtquellenvorrichtung bereitzustellen, deren Leuchtstoff eine hohe interne Quantenausbeute aufweist, die in der Lage ist, die Fluoreszenzwellenlänge der gelben Fluoreszenz zur langwelligen Seite hin zu verschieben, die eine zufriedenstellende Quenchbeständigkeit bei Hitze und eine ausgezeichnete Blaulichtdurchlässigkeit aufweist.
MITTEL ZUR PROBLEMLÖSUNG
Um den obigen Zweck zu erreichen, umfasst ein erfindungsgemäßer Leuchtstoff einen Ce:YAG-Einkristall mit einer Ce-Menge von 0,7 Molteilen oder mehr, wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt.
Da es sich bei dem erfindungsgemäßen Leuchtstoff um den Einkristall handelt, hat der Leuchtstoff fast keine Korngrenze oder Phasengrenze, so dass eine Streuung an einer Korngrenze oder einer Phasengrenze unwahrscheinlich ist. Entsprechend kann eine hohe Blaulichtdurchlässigkeit erreicht werden.
Weiterhin ermöglicht der erfindungsgemäße Leuchtstoff einen großen Ce-Anteil, so dass aus einer hohen internen Quantenausbeute eine hohe Lichtausbeute erzielt werden kann und die Fluoreszenzwellenlänge der gelben Fluoreszenz zur langwelligen Seite hin verschoben werden kann. Dementsprechend ist es möglich, durch Mischen der gelben Fluoreszenz mit blauem Durchlicht Mischlicht zu erhalten, das näher am Weiß auf einer Farbtafel liegt.
Für den Leuchtstoff ist es vorzuziehen, dass der Ce-Anteil 1,0 Molteile oder mehr beträgt, wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt.
Durch die oben beschriebene Erhöhung des Ce-Anteils ist es möglich, aus einer höheren internen Quantenausbeute eine höhere Lichtausbeute zu erzielen und die Fluoreszenzwellenlänge der gelben Fluoreszenz weiter auf die langwellige Seite zu verschieben.
Es ist vorzuziehen, dass der Leuchtstoff eine Fluoreszenzwellenlänge von 540 nm oder mehr hat.
Dadurch ist es möglich, Mischlicht nahe dem Weiß auf der Farbtafel zu erhalten, wenn die gelbe Fluoreszenz des Leuchtstoffs mit dem blauen Durchlicht kombiniert wird.
Für den Leuchtstoff ist es vorzuziehen, dass ein relativer Wert (%) einer internen Quantenausbeute bei 200°C in Bezug auf eine interne Quantenausbeute bei Raumtemperatur (25°C) durch blaues Licht von 450 nm 95% oder mehr beträgt.
Da der erfindungsgemäße Leuchtstoff, wie oben beschrieben, eine zufriedenstellende Quenchbeständigkeit bei Hitze aufweist, ist der Leuchtstoff in der Lage, auch in einer Hochtemperaturumgebung hervorragende Lichtemissionseigenschaften beizubehalten.
Es ist vorzuziehen, dass der Leuchtstoff durch ein Mikro-Pull-down (µ-PD)-Verfahren hergestellt wird.
Dadurch kann ein Einkristall mit einer einheitlichen Ce Konzentration erhalten werden. Darüber hinaus können, anders als bei der CZ-Methode, 0,7 Molteile oder mehr Ce hinzugefügt werden, wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt.
Eine erfindungsgemäße Lichtquellenvorrichtung umfasst den erfindungsgemäßen Leuchtstoff und eine blaue Leuchtdiode und/oder einen blauen Halbleiterlaser.
Bei einer solchen Konfiguration ist die erfindungsgemäße Lichtquelleneinrichtung als Weißlichtquelle anwendbar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Abbildung ist eine schematische Querschnittsansicht eines Einkristall-Herstellungsapparates zur Herstellung eines Leuchtstoffs nach der vorliegenden Ausführungsform.
MODUS/ MODI ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
(Leuchtstoff)
Ein Leuchtstoff nach der vorliegenden Ausführungsform ist ein YAG-basierter Einkristall (Ce:YAG-Einkristall), der Ce als Aktivator enthält. Da es sich bei dem Leuchtstoff nach der vorliegenden Ausführungsform um den Einkristall handelt, hat der Leuchtstoff fast keine Korngrenze oder Phasengrenze, so dass eine höhere Blaulichtdurchlässigkeit erzielt werden kann als bei Eutektika oder polykristallinen transparenten Keramiken.
Es ist zu beachten, dass der Blaulichtdurchlassgrad des Leuchtstoffs den Durchlassgrad des blauen Lichts einer vorbestimmten Wellenlänge bedeutet, mit dem der Leuchtstoff bestrahlt wird.
Die Tatsache, dass der Leuchtstoff ein Einkristall ist, kann durch den Kristallpeak des YAG-Einkristalls bestätigt werden, der durch XRD bestätigt wird.
Wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt, hat der Leuchtstoff nach der vorliegenden Ausführungsform einen Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr. Infolgedessen kann eine hohe Lichtausbeute aus einer hohen internen Quantenausbeute erzielt werden, die Fluoreszenzwellenlänge der gelben Fluoreszenz kann zur langwelligen Seite verschoben werden, und es ist möglich, durch Mischen mit blauem Durchlicht Mischlicht zu erhalten, das näher am Weiß der JIS-Standardfarbtafel liegt.
Unter dem obigen Gesichtspunkt hat der Leuchtstoff vorzugsweise einen Ce-Anteil von 1,0 Molteilen oder mehr und mehr bevorzugt einen Ce-Anteil von 1,0 Molteilen bis 2,0 Molteilen, wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt.
Es ist zu beachten, dass sich die interne Quantenausbeute auf die Umwandlungseffizienz zwischen Anregungslicht und Fluoreszenz bezieht. Konkret wird die interne Quantenausbeute als m/n berechnet, basierend auf der Anzahl der Photonen (m), die vom Leuchtstoff absorbiert werden, wenn die Bestrahlung mit blauem Licht einer vorbestimmten Anregungswellenlänge durchgeführt wird, und der Anzahl der Photonen (n) des umgewandelten Lichts, die durch die Umwandlung der absorbierten Photonen erhalten wird.
Außerdem bezieht sich hier die Fluoreszenzwellenlänge auf die Wellenlänge (Peakwellenlänge), bei der die stärkste Fluoreszenzemission im Anregungsspektrum auftritt.
Der Leuchtstoff hat nach der vorliegenden Ausführung eine Fluoreszenzwellenlänge von 540 nm oder mehr. Folglich ist es möglich, Mischlicht nahe dem Weiß der Farbtafel zu erhalten, wenn die gelbe Fluoreszenz des Leuchtstoffs gemäß der vorliegenden Darstellung mit blauem Durchlicht kombiniert wird. Aus obiger Sicht hat der Leuchtstoff gemäß der vorliegenden Darstellung vorzugsweise eine Fluoreszenzwellenlänge von 540 nm bis 570 nm.
Im Leuchtstoff der vorliegenden Ausführungsform beträgt der relative Wert (%) der internen Quantenausbeute bei 200°C 95% oder mehr in Bezug auf die interne Quantenausbeute bei Raumtemperatur (25°C) durch blaues Licht von 450 nm. Es ist zu beachten, dass dieser relative Wert ein Beurteilungswert der Quenchbeständigkeit bei Hitze ist. Da der Leuchtstoff der vorliegenden Ausführung eine zufriedenstellende Quenchbeständigkeit bei Hitze, wie oben beschrieben, aufweist, ist der Leuchtstoff in der Lage, auch in einer Hochtemperaturumgebung ausgezeichnete Lichtemissionseigenschaften beizubehalten. Unter dem obigen Gesichtspunkt hat der Leuchtstoff gemäß der vorliegenden Ausführung vorzugsweise einen relativen Wert (%) der internen Quantenausbeute bei 200°C von 98% oder mehr in Bezug auf die interne Quantenausbeute bei Raumtemperatur (25°C) durch blaues Licht von 450 nm.
Es ist zu beachten, dass die polykristallinen transparenten Keramiken bei der Rückkehr vom angeregten Zustand in den Grundzustand aufgrund der winzigen Luftspalte an der Kristallkorngrenze wahrscheinlich eine partielle Änderung der Wärmeenergie erfahren und gegenüber Einkristallen eine geringere Quenchbeständigkeit bei Hitze aufweisen.
Beispiele für die Zusammensetzung des YAG-basierten Einkristalls, die nicht besonders begrenzt ist, sind (Y_1-x-y-zα_xβ_yCe_z)_3+aAl_5-aO₁₂ (0 ≤ x ≤ 0,9994, 0 ≤ y ≤ 0,0669, 0,007 ≤ z, -0,016 ≤ a ≤ 0,315).
Hier, sind α und β Komponenten, die Y ersetzen. Beispiele für die α und β Elemente sind Lu, Gd, Tb und La.
(Einkristall-Herstellungsapparat)
Die Abbildung zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Einkristall-Herstellungsapparats 2 unter Verwendung der µ-PD-Methode. Beim µ-PD-Verfahren, bei dem es sich um ein Schmelzeverfestigungsverfahren handelt, wird die Schmelze einer Zielsubstanz in einem Tiegel 4 gewonnen, indem der probenhaltige Tiegel 4 direkt oder indirekt beheizt wird. Dann wird ein Impfkristall 14, der unterhalb des Tiegels 4 installiert ist, mit einem Öffnungsteil am unteren Ende des Tiegels 4 in Kontakt gebracht. Der Impfkristall 14 wird nach unten gezogen, während sich dort eine Fest-Flüssig-Grenzfläche bildet, und ein Einkristall gezüchtet wird.
Es ist vorzuziehen, dass der Leuchtstoff nach der vorliegenden Ausführungsform nach der µ-PD-Methode hergestellt wird. Dabei ist Ce an jeder Schnittposition gleichmäßig enthalten, wenn aus dem hergestellten Einkristall einzelne Teile herausgeschnitten werden, und es entsteht ein Ce:YAG-Einkristall mit 0,7 Molteilen oder mehr Ce, wenn die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt. Mit anderen Worten, durch Anwendung der µ-PD-Methode ist es möglich, einen Einkristall mit einem Entmischungskoeffizienten der Ce-Konzentration nahe 1,0 zu erhalten. Der Entmischungskoeffizient wird durch die folgende Gleichung (1) berechnet.
[Gleichung 1] $\frac{c_{K r i s t a l l}}{c_{S c h m e l z e}} = k_{e f f} {(1 - g)}^{(k_{e f f} - 1)}$

C_Kristall: Ce-Konzentration im Kristall
C_Schmelze: Ce Konzentration in flüssiger Phase
k_eff: Effektiver Segregationskoeffizient
g: Erstarrungsgeschwindigkeit (= Längsposition des Kristalls)

Der mit der µ-PD-Methode hergestellte Einkristall ist in der Lage, den Entmischungskoeffizienten der Ce-Konzentration auf nahe 1,0 zu bringen. Im Gegensatz dazu hat ein nach der CZ-Methode hergestellter Einkristall einen Entmischungskoeffizienten der CeKonzentration von etwa 0,1 bis 0,2 (Nichtpatentdokument 1). Wie oben beschrieben, neigt der nach der µ-PD-Methode hergestellte Einkristall im Vergleich zu dem nach der CZ-Methode hergestellten Einkristall zu einer gleichmäßigen Ce-Konzentration entlang der Abziehrichtung.
Es ist zu beachten, dass die Ce-Konzentration im Kristall mittels LA-ICP-MS, EPMA, EDX oder ähnlichem gemessen werden kann. Die Ce-Konzentration in der Flüssigphase kann mittels ICP-AES oder ICP-MS gemessen werden.
Wie in der Abbildung dargestellt, umfasst der Einkristall-Herstellungsapparat 2 zur Herstellung des Einkristall-Leuchtstoffs nach der vorliegenden Ausführung den Tiegel 4, der so installiert ist, dass der Öffnungsteil nach unten gerichtet ist, und einen feuerfesten Ofen 6, der den Tiegel 4 umgibt. Ferner ist der feuerfeste Ofen 6 mit einem Quarzrohr 8 abgedeckt, und eine Induktionsheizspule 10 zum Beheizen des Tiegels 4 ist in der Nähe der Längsmitte des Quarzrohrs 8 installiert.
Der Impfkristall 14, der von einer Impfkristall-Haltevorrichtung 12 gehalten wird, ist im Öffnungsteil des Tiegels 4 installiert. Zusätzlich ist ein Nacherhitzer 16 in der Nähe des Öffnungsteils des Tiegels 4 installiert.
Es ist zu beachten, dass der Einkristall-Herstellungsapparat 2 mit einer Dekompressionseinrichtung (nicht abgebildet) zur Dekompression des inneren Teils des feuerfesten Ofens 6, einer Druckmesseinrichtung (nicht abgebildet) zur Überwachung der Dekompression, einer Temperaturmesseinrichtung (nicht abgebildet) zur Messung der Temperatur des feuerfesten Ofens 6 und einer Gaszufuhreinrichtung (nicht abgebildet) zur Zufuhr eines Inertgases in den feuerfesten Ofen 6 versehen ist.
Als Impfkristall 14 wird ein stabförmig geschliffener Einkristall verwendet. Der Impfkristall ist vorzugsweise ein additivfreier YAG-Einkristall.
Das Material der Impfkristall-Haltevorrichtung 12 ist nicht besonders begrenzt. Bevorzugt wird z.B. dichtes Aluminiumoxid, das sich bei etwa 1.900°C als Gebrauchstemperatur kaum auswirkt. Die Form und Größe der Impfkristall-Haltevorrichtung 12 ist nicht besonders begrenzt. Zu bevorzugen ist eine Stabform mit einem Durchmesser, der zu keinem Kontakt mit dem feuerfesten Ofen 6 führt.
Der Schmelzpunkt des Einkristalls ist hoch, und daher ist das Material des Tiegels 4 und des Nacherhitzers 16 vorzugsweise Ir, Mo oder ähnliches. Darüber hinaus ist es vorzuziehen, Ir als Material des Tiegels 4 zu verwenden, um zu verhindern, dass Fremdstoffe den Einkristall infolge der Oxidation des Materials des Tiegels 4 kontaminieren. Es ist zu beachten, dass Pt als Material des Tiegels 4 verwendet werden kann, wenn eine Substanz mit einem Schmelzpunkt von 1.500°C oder weniger angestrebt wird. Darüber hinaus ist ein Kristallwachstum in der Atmosphäre möglich, wenn Pt als Material des Tiegels 4 verwendet wird. In einem Fall, in dem eine Substanz mit einem hohen Schmelzpunkt von mehr als 1.500°C ein Target ist, wird Ir oder ähnliches als Material des Tiegels 4 und des Nacherhitzers 16 verwendet, und daher wird das Kristallwachstum nur in einer Atmosphäre eines Inertgases wie Ar durchgeführt.
Aus Sicht der niedrigen Viskosität der Einkristallschmelze und der Benetzbarkeit gegenüber dem Tiegel 4 ist es vorzuziehen, dass der Öffnungsteil des Tiegels 4 einen Durchmesser von etwa 200 µm bis 400 µm und eine flache Form hat.
Obwohl das Material des feuerfesten Ofens 6 nicht besonders begrenzt ist, ist das Material unter dem Gesichtspunkt der Wärmerückhaltung, der Gebrauchstemperatur und der Vermeidung von Kristallverunreinigungen durch Verunreinigungen vorzugsweise Aluminiumoxid.
(Einkristall-Herstellungsverfahren)
Als nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Leuchtstoffs (Einkristalls) nach der vorliegenden Ausführungsform beschrieben.
Zuerst werden ein YAG-Rohstoff als Einkristall-Rohstoff und Ce in den Tiegel 4 im feuerfesten Ofen 6 gegeben, und das Innere des Ofens wird durch ein Inertgas wie N₂ oder Ar ersetzt.
Als nächstes wird der Tiegel 4 mit Hilfe der Induktionsheizspule (Hochfrequenzspule zur Beheizung) 10 erhitzt, während das Inertgas mit 10 bis 100 cm³/min einströmt, das Rohmaterial geschmolzen und die Schmelze gewonnen wird.
Wenn das Rohmaterial ausreichend geschmolzen ist, wird der Impfkristall 14 allmählich vom unteren Teil des Tiegels aus herangeführt, und der Impfkristall 14 wird mit dem Öffnungsteil am unteren Ende des Tiegels in Kontakt gebracht 4. Wenn die Schmelze aus dem Öffnungsteil am unteren Ende des Tiegels 4 herauskommt, wird der Impfkristall 14 abgesenkt und das Kristallwachstum eingeleitet.
Die Kristallwachstumsrate wird zusammen mit der Temperatur manuell gesteuert, während der Zustand der Fest-Flüssig-Grenzfläche mittels einer CCD-Kamera oder einer Thermokamera beobachtet wird.
Durch die Bewegung der Induktionsheizspule 10 kann ein Temperaturgradient im Bereich von 10°C/mm bis 100°C/mm gewählt werden. Darüber hinaus kann die Wachstumsrate des Einkristalls ebenfalls im Bereich von 0,01 mm/min bis 30 mm/min gewählt werden.
Der Impfkristall wird abgesenkt, bis die Schmelze im Tiegel 4 nicht mehr austritt, und nachdem der Impfkristall vom Tiegel 4 getrennt wurde, wird er so abgekühlt, dass der Einkristall nicht reißt. Es ist möglich, die Geschwindigkeit der Schmelzentnahme zu erhöhen, indem wie oben beschrieben ein steiler Temperaturgradient zwischen dem Tiegel 4 und dem Nacherhitzer 16 und darunter eingestellt wird.
Während des Kristallwachstums und der Abkühlung strömt das Inertgas unter den gleichen Bedingungen wie bei der Erwärmung weiter in den Feuerfestofen 6. Als Ofenatmosphäre sollte vorzugsweise ein Inertgas wie N₂ und Ar verwendet werden.
(Lichtquellenvorrichtung)
Eine Lichtquellenvorrichtung nach der vorliegenden Ausführung hat mindestens den Leuchtstoff nach der vorliegenden Ausführung und eine blaue Leuchtdiode (blaue LED) oder einen blauen Halbleiterlaser (blauer LD). Im Folgenden werden die blaue Leuchtdiode und der blaue Halbleiterlaser gemeinsam als „blaues lichtemittierendes Element“ bezeichnet.
Das blaue lichtemittierende Element emittiert Anregungslicht zur Anregung des Leuchtstoffs. Jedes blaues Licht emittierende Element kann aus denen mit einer Spitzenwellenlänge von 405 nm bis 460 nm ausgewählt werden. Diejenigen mit einer Peak-Wellenlänge von 425 nm bis 460 nm werden im Allgemeinen insbesondere als Weißlichtquellen verwendet.
Das blaues Licht emittierende Element und der Leuchtstoff können in engem Kontakt miteinander stehen oder voneinander getrennt sein. Zusätzlich kann ein transparentes Harz oder ein Luftspalt zwischen dem blaues Licht emittierenden Element und dem Leuchtstoff vorgesehen werden.
Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt und kann im Rahmen der Erfindung vielfältig modifiziert werden.
BEISPIEL
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von ausführlicheren Beispielen beschrieben, die die Erfindung nicht einschränken.
(Stichprobe Nr. 1 bis 6)
Ein Ce:YAG-Einkristall wurde mit der µ-PD-Methode und mit Hilfe des in der Abbildung dargestellten Einkristall-Herstellungsapparates 2 hergestellt.
Der Tiegel 4 aus Ir mit einem Innendurchmesser von 20 mm wurde mit 10 g des YAG-Rohmaterials als Ausgangsrohstoff und Ce als Zusatzstoff so beschickt, dass die in Tabelle 1 angegebene Menge erreicht wurde. Der feuerfeste Ofen 6 wurde mit dem mit dem Rohmaterial beschickten Tiegel 4 beschickt, der Druck im feuerfesten Ofen 6 wurde auf eine Dekompressionsatmosphäre eingestellt, und das N₂-Gas wurde mit einer Fließgeschwindigkeit von 50 cm³/min zum Fließen gebracht.
Anschließend wurde die Erhitzung des Tiegels 4 eingeleitet und der Tiegel 4 eine Stunde lang allmählich erhitzt, bis der Schmelzpunkt des YAG-Einkristalls erreicht war. Der YAG-Einkristall wurde als Impfkristall 14 verwendet, und der Impfkristall 14 wurde nahe dem Schmelzpunkt des YAG angehoben.
Die Spitze des Impfkristalls 14 wurde mit dem Öffnungsteil am unteren Ende des Tiegels 4 in Kontakt gebracht und die Temperatur wurde allmählich erhöht, bis die Schmelze aus dem Öffnungsteil herauskam. Als die Schmelze aus dem Öffnungsteil am unteren Ende des Tiegels 4 herauskam, wurde das Kristallwachstum mit einer Geschwindigkeit von 0,20 mm/min durchgeführt, während der Impfkristall 14 allmählich abgesenkt wurde.
Als Ergebnis wurde ein 2 mm-quadratischer Ce:YAG-Einkristall mit einer Länge von 300 mm erhalten. Es ist zu beachten, dass der effektive Entmischungskoeffizient des Ce:YAG-Einkristalls von Probe Nr. 2 0,6 betrug.
Es ist zu beachten, dass der effektive Entmischungskoeffizient durch LA-ICP-MS-basierte Messung der Ce-Konzentration im Kristall, ICP-AES-basierte Messung der Ce-Konzentration in der Flüssigphase und Anpassung an die obige Gleichung (1) berechnet wurde.
Der erhaltene Einkristall wurde mit der folgenden Methode ausgewertet.
Einkristall
Der Kristallpeak des YAG-Einkristalls wurde durch XRD bestätigt, und es wurde bestätigt, dass es sich bei dem YAG-Einkristall um einen Einkristall handelt, indem bestätigt wurde, dass keine Komponente mit unterschiedlichen Phasen enthalten war.
Fluoreszenzwellenlänge
Die Fluoreszenzwellenlänge wurde bei 25°C, 200°C und 300°C mit Hilfe eines Spektrofluorometers vom Typ F-7000 der Hitachi High-Tech Corporation gemessen. Der Messmodus war ein Fluoreszenzspektrum und die Messbedingungen waren eine Anregungswellenlänge von 450 nm und eine photomale Spannung von 400 V.
·Internes Quantenausbeuteverhältnis und Quenchbeständigkeit bei Hitze
Die interne Quantenausbeute wurde bei 25°C, 200°C und 300°C mit Hilfe des Spektrofluorometers vom Typ F-7000 der Hitachi High-Tech Corporation als Messgerät gemessen. Der Messmodus war ein Fluoreszenzspektrum und die Messbedingungen waren eine Anregungswellenlänge von 450 nm und eine photomale Spannung von 400 V.
η_int25°C in Tabelle 1 gibt das Verhältnis der internen Quantenausbeute jeder Probe zu der internen Quantenausbeute der Probe Nr. 2 bei 25°C an (internes Quantenausbeuteverhältnis). η_int200°C/η_int25°C in Tabelle 1 gibt das Verhältnis der internen Quantenausbeute jeder Probe bei 200°C zu der internen Quantenausbeute jeder Probe bei 25°C an (Quenchbeständigkeit bei Hitze). η_int300°C/η_int25°C in Tabelle 1 gibt das Verhältnis der internen Quantenausbeute jeder Probe bei 300°C zu der internen Quantenausbeute jeder Probe bei 25°C an (Quenchbeständigkeit bei Hitze). Die Quenchbeständigkeit bei Hitze sollte nahe bei 1 liegen.
·Blaulichtdurchlässigkeitsverhältnis
Die Blaulichtdurchlässigkeit wurde mit einem V660-Spektrometer der Firma JASCO Corporation als Messgerät gemessen. Die Messwellenlänge betrug 460 nm. Tabelle 1 zeigt das Verhältnis der Blaulichtdurchlässigkeit jeder Probe zur Blaulichtdurchlässigkeit von Probe Nr. 2 (Blaulichtdurchlässigkeitsverhältnis).
(Muster Nr. 11 bis 22)
Als Vergleichsbeispiele wurden die Auswertungsergebnisse von Eutektika, transparenten Keramiken und auf der CZ-Methode basierenden Einkristallen mit unterschiedlichen Ce-Anteilen durch Simulation berechnet. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse.

Es ist zu beachten, dass es unmöglich ist, einen auf der CZ-Methode basierenden Einkristall herzustellen, der 0,7 Molteile oder mehr Ce enthält, und daher wird kein Bewertungswert für den Einkristall beschrieben. [Tabelle 1]

Muster Nr.	Grundzusammensetzung	Ziel	Ce Betrag※ [Molenateil]	Emissionswellenlänge der gelben Fluoreszenz	Internes Quantenausbeuteverhältnis	Quenchbeständigkeit bei Hitze		Blaulichtdurchlässigkeitsverhältnis
Muster Nr.	Grundzusammensetzung	Ziel	Ce Betrag※ [Molenateil]	Emissionswellenlänge der gelben Fluoreszenz	η_int _25°C	η_int _200°C / η_int _25°C	η_int _300°C / η_int _25°C	(Wellenlänge 460 nm)
11	Ce:YAG/ Al₂O₃	Eutektikum (Simulation)	0,05	532	0,954	0,929	0,699	0,989
12			0,1	536	0,965	0,936	0,703	0,986
13			0,7	540	0,985	0,942	0,700	0,980
14			1	552	1	0,929	0,698	0,972
15			5	570	1,025	0,939	0,701	0,966
16	Ce:YAG	Transparente Keramiken (Simulation)	0,05	532	0,954	0,929	0,699	0,989
17			0,1	536	0,965	0,936	0,703	0,986
18			0,7	540	0,985	0,942	0,700	0,980
19			1	552	1	0,929	0,698	0,972
20			5	570	1,025	0,939	0,701	0,966
21		CZ-Einkristall (Simulation)	0,05	532	0,954	0,989	0,976	1,017
22		CZ-Einkristall (Simulation)	0,1	536	0,965	0,997	0,981	1,014
5		µ-PD-Einkristall	0,05	532	0,954	0,989	0,976	1,017
6			0,1	534	0,965	0,980	0,975	1,014
1			0,7	540	0,985	0,987	0,981	1,007
2			1	542	1	0,989	0,974	1
3			5	552	1,025	1	0,979	0,994
4			10	570	1,063	0,991	0,983	0,986
※ Ce Menge bei einer Gesamtmenge von Y und Ce von 100 Molteilen

Bei den auf Ce:YAG-Einkristallen basierenden Leuchtstoffen konnte bestätigt werden, dass die Fluoreszenzwellenlänge näher auf der langwelligen Seite lag und das interne Quantenausbeuteverhältnis und die Quenchbeständigkeit bei Hitze bei einem Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr (Probe Nr. 1 bis 4) zufriedenstellender waren als bei einem Ce-Anteil von 0,1 Molteilen oder weniger (Probe Nr. 5 und 6).
Es konnte bestätigt werden, dass die Ce:YAG-Einkristalle mit einem Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr (Probe Nr. 1 bis 4) eine zufriedenstellendere Quenchbeständigkeit bei Hitze aufweisen als die Ce:YAG/Al₂O₃-Eutektika mit einem Ce-Anteil von 0,05 bis 5 Molteilen (Probe Nr. 11 bis 15).
Es konnte bestätigt werden, dass die Ce:YAG-Einkristalle mit einem Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr (Probe Nr. 1 bis 4) ein zufriedenstellenderes Blaulichtdurchlässigkeitsverhältnis aufwiesen als die Ce:YAG/Al₂O₃-Eutektika mit einem Ce-Anteil von 0,7 bis 5 Molteilen (Probe Nr. 13 bis 15).
Es ist denkbar, dass die Eutektika im Blaulichtdurchlässigkeitsverhältnis den Ce:YAG-Einkristallen unterlegen sind, weil die Eutektika Lichtstreuung an Phasengrenzen verursachen.
Es konnte bestätigt werden, dass die Ce:YAG-Einkristalle mit einem Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr (Probe Nr. 1 bis 4) eine zufriedenstellendere Quenchbeständigkeit bei Hitze aufweisen als die transparenten Ce:YAG-Keramiken mit einem Ce-Anteil von 0,05 bis 5 Molteilen (Probe Nr. 16 bis 20).
Es konnte bestätigt werden, dass die Ce:YAG-Einkristalle mit einem Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr (Probe Nr. 1 bis 4) ein zufriedenstellenderes Blaulichtdurchlässigkeitsverhältnis aufwiesen als die transparenten Ce:YAG-Keramiken mit einem Ce-Anteil von 0,7 bis 5 Molteilen (Probe Nr. 18 bis 20).
Es konnte bestätigt werden, dass die auf der µ-PD-Methode basierenden Ce:YAG-Einkristalle mit einem Ce-Anteil von 0,7 Molteilen oder mehr (Probe Nr. 1 bis 4) im internen Quantenausbeuteverhältnis zufriedenstellender waren als die auf der CZ-Methode basierenden transparenten Ce:YAG-Keramiken mit einer Ce-Konzentration von 0,05 bis 0,1 Molteilen (Probe Nr. 21 und 22).
Darüber hinaus können mehr als 0,1 Molteile Ce durch die CZ-Methode nicht enthalten werden. Es ist denkbar, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass der Entmischungskoeffizient eines Additivs wie Ce abnimmt, da das Kristallwachstum bei der CZ-Methode langsamer ist als bei der µ-PD-Methode und die Konzentration des in den Kristall eingearbeiteten Additivs infolgedessen abnimmt.
Bezugszeichenliste

2: EINKRISTALL-HERSTELLUNGSAPPARAT
4: TIEGEL
6: FEUERFESTER OFEN
8: QUARTZROHR
10: INDUKTIONS-HEIZSPULE
12: IMPFKRISTALL-HALTEVORRICHTUNG
14: IMPFKRISTALL
16: NACHERHITZER

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2015081314 A [0010]
JP 2010024278 A [0010]
JP 2017110042 A [0010]

Claims

Ein Leuchtstoff, umfassend einen Ce:YAG-Einkristall mit einer Ce-Menge von 0,7 Molteilen oder mehr, wobei die Gesamtmenge von Y und Ce 100 Molteile beträgt.
Leuchtstoff nach Anspruch 1, wobei der Ce-Anteil 1,0 Molteile oder mehr beträgt, wobei der Anteil von Y und Ce 100 Molteile beträgt.
Leuchtstoff nach Anspruch 1 oder 2 mit einer Fluoreszenzwellenlänge von 540 nm oder mehr.
Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der relative Wert (%) der internen Quantenausbeute bei 200°C in Bezug auf die interne Quantenausbeute bei 25°C durch Blaulicht von 450 nm 95 % oder mehr beträgt.
Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 4, hergestellt durch ein Mikro-Pull-Down-Verfahren.
Eine Lichtquellenvorrichtung, bestehend aus: dem Leuchtstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 5; und einer blauen lichtemittierenden Diode und/oder einen blauen Halbleiterlaser.