DE112019006269T5

DE112019006269T5 - Wellenlängenumwandlungselement, optische Vorrichtung, Projektor und Herstellungsverfahren für ein Wellenlängenumwandlungselement

Info

Publication number: DE112019006269T5
Application number: DE112019006269.7T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Hamada; Naoyuki Tani; Takashi Ohbayashi; Yoshihisa Nagasaki
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-12-18
Filing date: 2019-10-04
Publication date: 2021-10-14
Also published as: CN113207302A; US11474423B2; CN113207302B; US20220057702A1; JPWO2020129357A1; JP7245980B2; WO2020129357A1

Abstract

Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung beinhaltet eine Matrix, die ein anorganisches Material enthält, einen Leuchtstoff, der in der Matrix eingebettet ist, und Füllstoffteilchen, die in der Matrix eingebettet sind und ein Harzmaterial enthalten. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung verhindert, dass der Leuchtstoff herausfällt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, eine optische Vorrichtung, einen Projektor und ein Verfahren zum Herstellen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung .
Hintergrund
Es sind optische Vorrichtungen entwickelt worden, die jeweils eine Anregungslichtquelle und eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung beinhalten. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung beinhaltet einen Leuchtstoff, der in einer Matrix eingebettet ist. Bei Bestrahlung mit einem Anregungslicht aus einer Anregungslichtquelle emittiert der Leuchtstoff Fluoreszenzlicht, das eine längere Wellenlänge als das Anregungslicht aufweist. Es sind Versuche unternommen worden, die Helligkeit des Lichtes und die optische Ausgabe bei diesem Typ von optischer Vorrichtung zu erhöhen.
Patentdruckschrift PTL 1 offenbart ein Wellenlängenumwandlungselement, das Zinkoxid (ZnO) als Material einer Matrix enthält. ZnO ist ein anorganisches Material, das einen Brechungsindex aufweist, der näher an denjenigen von Leuchtstoffen ist, und weist eine hervorragende Licht transmittierende Eigenschaft und eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit auf. Das in PTL 1 beschriebene Wellenlängenumwandlungselement verhindert, dass Licht an einer Grenzfläche zwischen einem Leuchtstoff und der ZnO-Matrix gestreut wird, wodurch eine starke optische Ausgabe bereitgestellt wird.
Zitierstellenliste
Patentliteratur
PTL 1: japanisches Patent Nr. 5672622
Zusammenfassung
Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung beinhaltet eine Matrix, die ein anorganisches Material enthält, einen Leuchtstoff, der in der Matrix eingebettet ist, und Füllstoffteilchen, die in der Matrix eingebettet sind und ein Harzmaterial enthalten.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung verhindert, dass der Leuchtstoff herausfällt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine Querschnittsansicht eines Füllstoffteilchens der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung von 1.
3A ist eine Querschnittsansicht eines Substrates, das bei einem Verfahren zum Herstellen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend Ausführungsform 1 verwendet wird.
3B zeigt das in 3A dargestellte Substrat mit einem Vorläufer eines Leuchtstoffteiles, der darauf ausgebildet ist.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 2 der vorliegenden Offenbarung.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 3 der vorliegenden Offenbarung.
6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 4 der vorliegenden Offenbarung.
7 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 5 der vorliegenden Offenbarung.
8 ist eine schematische Querschnittsansicht einer reflektierenden optischen Vorrichtung, die die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht einer transmittierenden optischen Vorrichtung, die die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
10 zeigt schematisch eine optische Vorrichtung entsprechend einer Abwandlung der vorliegenden Offenbarung.
11 ist eine perspektivische Ansicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung der in 10 dargestellten optischen Vorrichtung.
12 zeigt schematisch einen Projektor, der die optische Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
13 ist eine perspektivische Ansicht des in 12 dargestellten Projektors.
14 zeigt schematisch eine Leuchtvorrichtung, die die optische Vorrichtung entsprechend der vorliegenden Offenbarung beinhaltet.
15A ist ein mikroskopisches Bild eines Vorläufers eines Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 2 vor einem Vibrationstest.
15B ist ein mikroskopisches Bild des Vorläufers des Leuchtstoffteiles von Beispiel 2 nach dem Vibrationstest.
16A ist ein mikroskopisches Bild eines Vorläufers eines Leuchtstoffteiles von Beispiel 3 vor dem Vibrationstest.
16B ist ein mikroskopisches Bild des Vorläufers des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 3 nach dem Vibrationstest.
17A ist ein SEM-Bild (Scanning Electron Microcope SEM, Rasterelektronenmikroskop) eines Teiles einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung auf Grundlage von Beispiel 2.
17B ist ein vergrößertes Bild der in 17A gezeigten Füllstoffteilchen.
18A ist ein SEM-Bild eines Teiles der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung von Beispiel 3.
18B ist ein vergrößertes Bild der Füllstoffteilchen der in 18A gezeigten Wellenlängenumwandlungsvorrichtung.
18C ist ein vergrößertes Bild weiterer Füllstoffteilchen der in 18A gezeigten Wellenlängenumwandlungsvorrichtung .

Beschreibung von Ausführungsformen
Der vorliegenden Offenbarung zugrunde liegende Überlegungen
Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass ein Leuchtstoff auf einem Substrat aufgebracht und sodann eine Matrix gebildet wird. Vibriert das Substrat mit dem Leuchtstoff auf dem Substrat, so fällt der Leuchtstoff gegebenenfalls aus dem Substrat heraus. Bei einem Lösungswachstumsverfahren zur Bildung einer anorganischen kristallinen Matrix fällt der Leuchtstoff gegebenenfalls aus dem Substrat heraus, wenn das Substrat in eine Lösung für das Kristallwachstum eingetaucht wird. Der Leuchtstoff fällt insbesondere dann leicht aus dem Substrat heraus, wenn der Leuchtstoff große Größen beinhaltet, einen hohen Haufen bildet oder über eine weite Fläche aufgebracht ist.
Der Leuchtstoff fällt gegebenenfalls während der Herstellung des in PTL 1 offenbarten Wellenlängenumwandlungselementes heraus.
Nachstehend werden exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung anhand der Zeichnung beschrieben. Die nachfolgenden exemplarischen Ausführungsformen sollen die vorliegende Offenbarung nicht beschränken.
Exemplarische Ausführungsform 1
1 ist eine schematische Schnittansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 1. Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 einen Leuchtstoffteil 20. Der Leuchtstoffteil 20 beinhaltet eine Matrix 21, einen Leuchtstoff 22 und Füllstoffteilchen 23. Der Leuchtstoff 22 beispielsweise aus mehreren Teilchen 122 hergestellt. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 sind in der Matrix 21 eingebettet. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 sind in der Matrix 21 verteilt. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 sind von der Matrix 21 umgeben.
Der Leuchtstoffteil 20 weist beispielsweise die Form einer Schicht auf. Der Leuchtstoffteil 20 weist eine Dicke auf, die beispielsweise von 20 µm bis 200 µm reicht. Die Dicke des Leuchtstoffteiles 20 kann größer als 50 µm sein. Der schichtförmige Leuchtstoffteil 20 weist eine Fläche auf, die in Planansicht beispielsweise von 0,5 mm² bis 1500 mm² reicht.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 kann des Weiteren ein Substrat 10 beinhalten. Das Substrat 10 trägt den Leuchtstoffteil 20. Der Leuchtstoffteil 20 ist an dem Substrat 10 angeordnet.
Bei Bestrahlung mit einem Anregungslicht, das ein erstes Wellenlängenband aufweist, wandelt die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 einen Teil des Anregungslichtes in Licht, das ein zweites Wellenlängenband aufweist, um und emittiert das Licht mit dem zweiten Wellenlängenband. Das Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, weist eine längere Wellenlänge als das Anregungslicht auf. Das zweite Wellenlängenband ist von dem ersten Wellenlängenband verschieden. Das zweite Wellenlängenband kann mit dem ersten Wellenlängenband jedoch auch teilweise überlappen. Das Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, kann nicht nur das Licht, das von dem Leuchtstoff 22 emittiert wird, sondern auch das Anregungslicht als solches beinhalten.
Das Substrat 10 beinhaltet beispielsweise einen Substratkörper 11 und einen Film 12. Bei einem Beispiel weist das Substrat 10 eine größere Dicke als der Leuchtstoffteil 20 auf. Der Substratkörper 11 ist aus einem Material hergestellt, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus rostfreiem Stahl, einem Verbundmaterial, das Aluminium und Siliziumkarbid (Al-SiC) enthält, einem Verbundmaterial, das Aluminium und Silizium (Al-Si) enthält, einem Verbundmaterial, das Aluminium und Kohlenstoff (Al-C) enthält, Kupfer (Cu), Saphir (Al₂O₃), Aluminiumoxid, Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AlN), Silizium (Si), Aluminium (Al), Glas, Quarz, (SiO₂), Siliziumkarbid (SiC) und Zinkoxid besteht. Der Substratkörper 11, der Kupfer (Cu) beinhaltet, kann des Weiteren ein weiteres chemisches Element, so beispielsweise Wolfram (W) oder Molybdän (Mo) beinhalten. Der Substratkörper 11, der wenigstens eines beinhaltet, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus rostfreiem Stahl, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Siliziumkarbid (Al-SiC) enthält, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Silizium (Al-Si) enthält, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Kohlenstoff (Al-C) enthält, und Kupfer (Cu) besteht, weist einen geringen thermischen Expansionskoeffizienten auf. Der Substratkörper 11, der das wenigstens eine beinhaltet, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus rostfreiem Stahl, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Siliziumkarbid (Al-SiC) enthält, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Silizium (Al-Si) enthält, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Kohlenstoff (AI-C) enthält, und Kupfer (Cu) besteht, ermöglicht, dass das Substrat 10 zur Verwendung in einem Projektor geeignet ist. Bei einem Beispiel weist der Substratkörper 11 eine Licht transmittierende Eigenschaft auf, gemäß der das Anregungslicht und das von dem Leuchtstoff 22 emittierte Licht transmittiert werden. In diesem Fall kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 bevorzugt in einer transmittierenden optischen Vorrichtung verwendet werden. In dem Fall, in dem das Substrat 10 eine Licht nicht transmittierende Eigenschaft aufweist, kann die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 in einer reflektierenden optischen Vorrichtung eingesetzt werden. Der Substratkörper 11 kann eine Oberfläche aufweisen, die wie ein Spiegel poliert ist.
Eine Oberfläche des Substratkörpers 11 kann beispielsweise mit einem Antireflexionsfilm, einem dichroischen Spiegel, einem Metallreflexionsfilm, einem reflexionsfördernden Film oder einem Schutzfilm bedeckt sein. Der Antireflexionsfilm verhindert die Reflexion des Anregungslichtes. Der dichroische Spiegel kann mehrere dielektrische Schichten beinhalten. Der Metallreflexionsfilm reflektiert Licht und ist aus einem Metallmaterial hergestellt, so beispielsweise aus Silber oder Aluminium. Der reflexionsfördernde Film kann mehrere dielektrische Schichten beinhalten. Der Schutzfilm kann diese Filme physisch bzw. physikalisch oder chemisch schützen.
Der Film 12 wirkt als Basisschicht zur Bildung eines Leuchtstoffteiles 20. Die Matrix 21 des Leuchtstoffteiles 20 ist kristallin und ermöglicht, dass der Film 12 als Saatkristall bei einem Kristallwachstumsprozess für die Matrix 21 wirkt. Dies bedeutet, dass der Film 12 ein monokristalliner Film oder ein polykristalliner Film ist. Die Matrix 21, die aus monokristallinem ZnO oder polykristallinem ZnO hergestellt ist, ermöglicht, dass der Film 12 aus einem Monokristall-ZnO-Film oder einem Polykristall-ZnO-Film hergestellt ist. Zu dem Film 12 kann ein weiteres chemisches Element zusätzlich zu Zn hinzugefügt werden. Das chemische Element, so beispielsweise Ga, Al oder B, das zu dem Film 12 hinzugefügt wird, versieht den Film 12 mit einem geringen elektrischen Widerstand. Der Film 12 kann eine amorphe Zn-Verbindung oder amorphes ZnO enthalten. Die Dicke des Filmes 12 kann bevorzugt von 5 nm bis 2000 nm oder stärker bevorzugt von 5 nm bis 200 nm reichen. Je dünner der Film 12 ist, desto größer ist der Abstand zwischen dem Leuchtstoffteil 20 und dem Substrat 10, wodurch entsprechend eine hohe thermische Leitfähigkeit bereitgestellt wird. In dem Fall, in dem der Substratkörper 11 als Saatkristall wirkt, kann der Leuchtstoffteil 20 den Substratkörper 11 direkt ohne den Film 12 dazwischen kontaktieren. Der Substratkörper 11, der beispielsweise aus kristallinem GaN oder kristallinem ZnO hergestellt ist, ermöglicht, dass die Matrix 21, die aus kristallinem ZnO hergestellt ist, direkt an dem Substratkörper 11 gebildet wird. Sogar dann, wenn die Matrix 21 nicht kristallin ist, kann der Leuchtstoffteil 20 den Substratkörper 11 direkt ohne den Film 12 dazwischen kontaktieren.
Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 sind in der Matrix 21 des Leuchtstoffteiles 20 verteilt. In 1 sind die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 voneinander beabstandet. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 können einander jedoch auch kontaktieren. Die Füllstoffteilchen 23 können zwischen zwei Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 angeordnet sein und können zwischen dem Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und dem Substrat 10 angeordnet sein. Die Füllstoffteilchen 23 kontaktieren beispielsweise die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22. Insbesondere haften die Füllstoffteilchen 23 an den Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 an. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „anhaften“ einen Zustand, in dem zwei Dinge aneinander angebracht sind. Der Begriff „Anhaftung“ umfasst im Sinne der vorliegenden Offenbarung unter anderem „Kohäsion“, „enge bzw. starke Anhaftung“ und „Anbringung“. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 erfüllt beispielsweise wenigstens eine Bedingung, die aus einer Gruppe ausgewählt ist, die die folgenden Bedingungen umfasst: (i) ein Füllstoffteilchen 23 haftet an zwei Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 an, (ii) ein Füllstoffteilchen 23 haftet an einem Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und dem Substrat 10 an, und (iii) ein Füllstoffteilchen 23 haftet an einem Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und der Matrix 21 an. Die Füllstoffteilchen 23 können voneinander beabstandet sein. Die Füllstoffteilchen 23 können einander kontaktieren. Einige der Füllstoffteilchen 23 können einen Klumpen bilden, indem sie aneinander anhaften. Eine Oberfläche der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 kann teilweise von den Füllstoffteilchen 23, die an dem Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 anhaften, bedeckt sein. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 können wie eine Steinmauer aufgehäuft sein.
Das Material des Leuchtstoffes 22 ist nicht speziell beschränkt. Verschiedene lumineszente Substanzen können als Material des Leuchtstoffes 22 verwendet werden. Insbesondere verwendet werden kann eine lumineszente Substanz wie Y₃Al₅O₁₂:Ce (YAG), Y₃(Al,Ga)₅O₁₂:Ce (GYAG), Lu₃Al₅O₁₂:Ce (LuAG), (Si,Al)₆(O,N)₈:Eu(β-SiAlON), (La,Y)₃Si₆N₁₁:Ce (LYSN) oder Lu₂CaMg₂Si₃O₁₂:Ce (LCMS). Der Leuchtstoff 22 kann des Weiteren ein weiteres Material zusätzlich zu der lumineszenten Substanz enthalten. Das weitere Material kann ein Material sein, das eine Licht transmittierende Eigenschaft aufweist. Das Material, das die Licht transmittierende Eigenschaft aufweist, ist Glas, SiO₂ und Al₂O₃. Der Leuchtstoff 22 kann mehrere Arten von Leuchtstoff mit verschiedenen Zusammensetzungen enthalten. Das Material des Leuchtstoffes 22 kann auf Grundlage der Chromatizität des Lichtes, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, ausgewählt werden.
Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 weisen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser auf, der beispielsweise von 0,1 µm bis 50 µm reicht. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 kann größer als 10 µm sein. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 kann beispielsweise mittels des nachfolgenden Verfahrens nachgewiesen werden. Ein Teil der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 wird zunächst mit einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet. Es wird eine Bildverarbeitung verwendet, um die Fläche eines spezifischen Teilchens 122 des Leuchtstoffes 20, das in einem erhaltenen Elektronenmikroskopbild erscheint, zu berechnen. Der Durchmesser eines Kreises, der eine Fläche aufweist, die identisch zu der berechneten Fläche ist, wird als Teilchengröße (Durchmesser) des spezifizierten Teilchens 122 des Leuchtstoffes 22 bestimmt. Es werden die Teilchengrößen einer beliebigen Anzahl von Leuchtstoffteilchen 122 (beispielsweise von fünfzig Leuchtstoffteilchen 122) berechnet, und es wird der Durchschnitt dieser berechneten Werte als durchschnittlicher Teilchendurchmesser der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 betrachtet. In der vorliegenden Offenbarung sind die Formen der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 nicht beschränkt. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 können sphärische, ellipsoide, schuppige oder faserige Formen aufweisen. In der vorliegenden Offenbarung ist das vorbeschriebene Verfahren zur Messung des durchschnittlichen Teilchendurchmessers nicht beschränkt.
Die Füllstoffteilchen 23 sind in der Matrix 21 des Leuchtstoffteiles 20 verteilt. Die Füllstoffteilchen 23 enthalten ein Harzmaterial. Das Harzmaterial kann als Primärkomponente der Füllstoffteilchen 23 enthalten sein. Der Begriff „Primärkomponente“ bezeichnet eine Komponente, die bezogen auf das Gewichtsverhältnis bei den Füllstoffteilchen 23 am häufigsten vorhanden ist. Die Füllstoffteilchen 23 sind beispielsweise im Wesentlichen aus dem Harzmaterial hergestellt. Die Aussage „im Wesentlichen hergestellt aus“ bezeichnet den Ausschluss einer beliebigen anderen Komponente, die ein wesentliches Merkmal des erwähnten Materials modifiziert. Die Füllstoffteilchen 23 können dennoch zusätzlich zu dem Harzmaterial auch eine Verunreinigung enthalten. Das Harzmaterial kann ein thermoplastisches Harz enthalten. Das Harzmaterial kann ein Thermosetting-Harz enthalten. Das thermoplastisches Harz beinhaltet beispielsweise wenigstens eines, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Polystyrol (PS), Methacrylat-Harz und Polycarbonat (PC) besteht. Das Methacrylat-Harz beinhaltet beispielsweise Polymethylmethacrylat (PMMA). Die Füllstoffteilchen 23, die das thermoplastische Harz enthalten, erhöhen die Festigkeit der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100. Das thermoplastische Harz kann ein thermoplastisches Elastomer beinhalten. Das thermoplastische Elastomer kann ein Styrol-Elastomer, ein Olefin-Elastomer, ein Vinylchlorid-Elastomer, ein Urethan-Elastomer, ein Ester-Elastomer oder ein Amid-Elastomer sein. Der Begriff „Elastomer“ bezeichnet ein Material, das eine Gummielastizität aufweist.
Das Thermosetting-Harz beinhaltet beispielsweise wenigstens eines, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus Silikonharz und Epoxidharz besteht. Das Silikonharz ist beispielsweise eine Polymerverbindung, die Siloxanbindungen beinhaltet. Das Silikonharz weist beispielsweise Siloxanbindungen im Haupt-Backbone auf. Das Silikonharz kann Dimethylpolysiloxan und Polyorganosilsesquioxan beinhalten. Das Polyorganosilsesquioxan weist beispielsweise eine dreidimensionale Netzstruktur auf, die die Siloxanbindungen als Vernetzungen bzw. Crosslinks aufweist. Diese Struktur wird beispielsweise durch die allgemeine Formel (RSiO_3/2)_n ausgedrückt. In dieser allgemeinen Formel ist R beispielsweise eine Alkylgruppe.
Das Thermosetting-Harz kann ein Thermosetting-Elastomer beinhalten. Das Thermosetting-Elastomer kann beispielsweise Urethan-Kautschuk, Silikonkautschuk oder Fluorkautschuk beinhalten. Der Silikonkautschuk ist ein Silikonharz, das eine Gummielastizität aufweist. Der Silikonkautschuk weist beispielsweise eine vernetzte Dimethylpolysiloxan-Struktur auf.
Kommerziell erhältliche Füllstoffteilchen, die Silikonharz oder Silikonkautschuk beinhalten, sind beispielsweise die KMP-Serie, die KSP-Serie und die X-52-Serie von Shin-Etsu Chemical Co., Ltd und die EP-Serie, die TREFIL-Serie und 30-424 von Additive Dow Corning Toray Co., Ltd. Das Harzmaterial, das die Polymerverbindung enthält, die die Siloxanbindungen beinhaltet, stellt beispielsweise Füllstoffteilchen 23 mit hervorragender Wärmebeständigkeit bereit.
Das Füllstoffteilchen 23 kann eine Oberfläche 24 aufweisen, die mit einer funktionellen Gruppe derart modifiziert ist, dass eine hervorragende Dispersionsfähigkeit gegeben ist. Die Oberfläche 24, die mit der funktionellen Gruppe modifiziert ist, unterdrückt oder verhindert eine Zusammenballung der Füllstoffteilchen 23. Die funktionelle Gruppe, die die Oberfläche 24 modifiziert, kann eine Epoxid-Gruppe, eine (Meth)acryloyl-Gruppe und eine Methyl-Gruppe beinhalten.
Ein durchschnittlicher Teilchendurchmesser der Füllstoffteilchen 23 kann von 0,1 µm bis 20 µm oder von 1,0 µm bis 10 µm reichen. Bei einem Beispiel ist der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Füllstoffteilchen 23 kleiner als der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22. Das Verhältnis (D2/D1) des durchschnittlichen Teilchendurchmessers D2 der Füllstoffteilchen 23 zu dem durchschnittlichen Teilchendurchmesser D1 der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 reicht beispielsweise von 0,01 bis 0,90. Der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Füllstoffteilchen 23 kann mittels desselben Verfahrens wie der durchschnittliche Teilchendurchmesser der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 gemessen werden. Das Gesamtvolumen V1 der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und das Gesamtvolumen V2 der Füllstoffteilchen 23 können einen Wert von V2/(V1+V2) bereitstellen, der von 0,01 bis 0,70 oder von 0,05 bis 0,16 reicht. Die Füllstoffteilchen 23 weisen eine spezifische Dichte auf, die beispielsweise von 0,5 g/cm³ bis 1,5 g/cm³ reicht. Das Gesamtvolumen V1 der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 ist das Volumen des gesamten Leuchtstoffes 22.
In der vorliegenden Offenbarung ist die Form der Füllstoffteilchen 23 nicht speziell beschränkt. Die Füllstoffteilchen 23 können eine sphärische, ellipsoide, schuppige oder faserige Form aufweisen. 2 zeigt einen Abschnitt eines Füllstoffteilchens 23. Wie in 2 dargestellt ist, kann das Füllstoffteilchen 23 einen Kern 30 und eine den Kern 30 bedeckende Hülle 31 beinhalten. Eine Oberfläche des Kernes 30 kann gänzlich oder teilweise mit der Hülle 31 bedeckt sein. Bei einem Beispiel kontaktiert die Hülle 31 den Kern 30. Bei einem Beispiel ist die Zusammensetzung des Kernes 30 von der Zusammensetzung der Hülle 31 verschieden. Der Kern 30 ist beispielsweise aus einem Silikonkautschuk hergestellt, während die Hülle 31 aus einem Silikonharz hergestellt ist, das kein Silikonkautschuk ist. Der Kern 30 kann eine sphärische Form aufweisen. In 12 ist die Hülle 31 aus mehreren Teilchen zusammengesetzt. Die Hülle 31 kann die Form einer Schicht aufweisen. Die Teilchen, die die Hülle 31 bilden, weisen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser auf, der beispielsweise von 1 nm bis 1 µm reicht. Die Hülle 31 stellt Füllstoffteilchen 23 mit hervorragender Dispersionsfähigkeit bereit. Die Hülle 31 unterdrückt oder verhindert eine Zusammenballung der Füllstoffteilchen 23.
Das Harzmaterial, das das thermoplastische Elastomer oder das Thermosetting-Elastomer enthält, stellt Füllstoffteilchen 23 bereit, die eine Gummielastizität aufweisen. Die Füllstoffteilchen 23 können eine Gummihärte in einem Bereich von 10 bis 90 oder von 30 bis 75 aufweisen. Die Gummihärte der Füllstoffteilchen 23 kann beispielsweise mittels des nachfolgenden Verfahrens nach Maßgabe des japanischen Industriestandards (Japanese Industrial Standard JIS) JIS K6253-3:2012 gemessen werden. Zunächst wird ein Teststück, das dieselbe Zusammensetzung wie das Füllstoffteilchen 23 aufweist, präpariert. Das Teststück kann eine Form gemäß Spezifizierung in der JIS K6253-3:2012 aufweisen. Die Gummihärte des Teststückes wird beispielsweise mit einem Typ-A-Durometer mittels eines Verfahrens gemäß Spezifizierung in der JIS K6253-3:2012 gemessen. Die erhaltene Gummihärte des Teststückes kann als Gummihärte der Füllstoffteilchen 23 betrachtet werden. In der vorliegenden Offenbarung ist das vorbeschriebene Verfahren zum Messen der Gummihärte jedoch nicht auf das vorstehende beschränkt.
Die Füllstoffteilchen 23 weisen eine Glasübergangstemperatur Tg auf, die keiner speziellen Beschränkung unterliegt. Das thermoplastische Harz ermöglicht, dass die Füllstoffteilchen 23 eine Glasübergangstemperatur Tg in einem Bereich von beispielsweise 50 °C bis 300 °C aufweisen. Die Füllstoffteilchen 23, die das Thermosetting-Elastomer enthalten, weisen eine Glasübergangstemperatur Tg auf, die kleiner oder gleich 30 °C oder kleiner oder gleich 0 °C ist. Der Silikonkautschuk weist eine Glasübergangstemperatur Tg von -125 °C auf. Eine untere Grenze für die Glasübergangstemperatur Tg der Füllstoffteilchen 23 ist beispielsweise -273 °C. Eine Glasübergangstemperatur Tg der Füllstoffteilchen 23, die niedriger als die Raumtemperatur ist, stellt Füllstoffteilchen 23 mit hervorragender Anhaftfähigkeit bei Raumtemperatur bereit. In der vorliegenden Offenbarung reicht die Raumtemperatur von 25 °C bis 30 °C. Die Glasübergangstemperatur Tg der Füllstoffteilchen 23 kann beispielsweise mittels eines Verfahrens nach Maßgabe der JIS K7121:1987 mit einem differenziellen Scan-Kalorimeter (Differential Scanning Calorimeter DSC) gemessen werden. Beim Ermitteln einer bestimmten Glasübergangstemperatur Tg der Füllstoffteilchen 23, die beispielsweise Silikonkautschuk beinhalten und gegebenenfalls eine Glasübergangstemperatur Tg von kleiner oder gleich 0 °C aufweisen, wird ein DSC verwendet, das die Glasübergangstemperatur Tg sogar bei einer Temperatur messen kann, die kleiner oder gleich 0 °C ist. In der vorliegenden Offenbarung ist das vorbeschriebene Verfahren zum Messen der Glasübergangstemperatur Tg jedoch nicht auf das vorbeschriebene beschränkt.
Bei Bestrahlung mit einem Anregungslicht emittieren die Füllstoffteilchen 23 kein Fluoreszenzlicht oder allenfalls Fluoreszenzlicht mit vernachlässigbarer Intensität. Die Lichtabsorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 ist nicht speziell beschränkt. Für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm ist die Absorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 bevorzugt kleiner oder gleich 25%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10% oder außerordentlich bevorzugt kleiner oder gleich 1%. Die Füllstoffteilchen 23 absorbieren gegebenenfalls im Wesentlichen kein Licht mit der Wellenlänge von 550 nm. Bei Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm ist die Absorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 bevorzugt kleiner oder gleich 25%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10% oder außerordentlich bevorzugt kleiner oder gleich 1%. Die Füllstoffteilchen 23 absorbieren gegebenenfalls im Wesentlichen kein Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm.
Die Lichtabsorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 kann beispielsweise mit einer kommerziell erhältlichen Absolut-PL-Quantenausbeute-Messvorrichtung gemessen werden. Die Absolut-PL-Quantenausbeute-Messvorrichtung nutzt ein Fotolumineszenzverfahren (Photo Luminescence PL) zum Messen eines Absolutwertes der Lumineszenzquantenausbeute einer Probe, die beispielsweise aus einem Lumineszenzmaterial zur Verwendung für eine Licht emittierende Diode (LED) hergestellt ist. Eine Lumineszenzquantenausbeute einer Pulverprobe kann mittels des nachfolgenden Verfahrens gemessen werden, das einen Messprobenhalter und eine Petrischale zur Leistungs- bzw. Pulvermessung verwendet. Die Probe wird zunächst in die Petrischale gelegt. Als Nächstes wird die Petrischale in eine integrierende Kugel gelegt. Die Probe wird mit separatem Anregungslicht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, das von einer Xenon-Lichtquelle stammt. Das Licht, das von der Probe emittiert wird, wird gemessen. Die Lumineszenzquantenausbeute der Probe kann so gemessen werden. Die Lichtabsorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 kann beispielsweise mittels des nachstehenden Verfahrens gemessen werden. Eine leere Petrischale, die keine Probe enthält, wird zunächst in das Innere der integrierenden Kugel gelegt. Die Messung der Lumineszenzquantenausbeute wird nunmehr durchgeführt, während die Petrischale leer ist. Dies ermöglicht, dass die Photonenzahl des Anregungslichtes bei Nichtvorhandensein der Probe gemessen wird. Als Nächstes werden die Füllstoffteilchen 23 als Probe in die Petrischale gelegt, und die Petrischale wird in die integrierende Kugel gelegt. Es wird die Lumineszenzquantenausbeute der Füllstoffteilchen 23 gemessen. Dies ermöglicht, dass die Photonenzahl des Anregungslichtes bei Vorhandensein der Füllstoffteilchen 23 gemessen wird. Aus diesen Messergebnissen kann das Verhältnis der Photonenzahl, die von den Füllstoffteilchen 23 absorbiert werden, zur Photonenzahl des Anregungslichtes, mit dem die Füllstoffteilchen 23 bestrahlt worden sind, berechnet werden. Dieses Verhältnis kann als Lichtabsorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 betrachtet werden. Die Petrischale ist beispielsweise aus synthetischem Quarz hergestellt, der in einem Messwellenlängenbereich weniger Licht absorbiert. Der Boden der Petrischale weist in Planansicht beispielsweise die Form eines Kreises auf. In Planansicht weist der Boden der Petrischale einen Durchmesser von beispielsweise etwa 17 mm auf. Die Petrischale weist eine Dicke von beispielsweise etwa 5 mm auf. Die Petrischale kann einen Deckel aufweisen.
Für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm ist die Absorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23, die bei einer Umgebungstemperatur von 200 °C für 24 h erwärmt worden sind, bevorzugt kleiner oder gleich 25%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10% oder außerordentlich bevorzugt kleiner oder gleich 1%. Für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm ist die Absorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23, die bei einer Umgebungstemperatur von 240 °C für 24 h erwärmt worden sind, bevorzugt kleiner oder gleich 25%, besonders bevorzugt kleiner oder gleich 10% oder außerordentlich bevorzugt kleiner oder gleich 1%.
Die Matrix 21 enthält ein anorganisches Material. Das anorganische Material kann einen anorganischen Kristall beinhalten. Das anorganische Material beinhaltet beispielsweise wenigstens eines, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus ZnO, SiO₂, Al₂O₃, SnO₂, TiO₂, PbO, B₂O₃, P₂O₅, TeO₂, V₂O₅, Bi₂O₃, Ag₂O, Tl₂O und BaO besteht. Die Matrix 21 kann Glas als anorganisches Material enthalten.
Die Matrix 21 enthält beispielsweise Zinkoxid (ZnO). ZnO ist als Material der Matrix 21 mit Blick auf die Transparenz und die thermische Leitfähigkeit geeignet. ZnO weist eine hohe thermische Leitfähigkeit auf. Daher ermöglicht ZnO als Material der Matrix 21, dass Wärme ohne Weiteres aus dem Leuchtstoffteil 20 (hauptsächlich hin zu dem Substrat 10) entsprechend einer Verringerung oder Beibehaltung der Temperatur des Leuchtstoffes 22 gelangt. ZnO kann als Primärkomponente der Matrix 21 enthalten sein. Die Matrix 21 ist beispielsweise im Wesentlichen aus ZnO hergestellt. Die Matrix 21 kann zusätzlich zu dem ZnO des Weiteren eine Verunreinigung enthalten.
ZnO, das als Material der Matrix 21 dient, ist monokristallines ZnO oder polykristallines ZnO. ZnO weist die Kristallstruktur von Wurtzit auf. Bei einer Bildung durch ein Kristallwachstum weist die Matrix 21 beispielsweise eine Kristallstruktur auf, die der Kristallstruktur des Filmes 12 entspricht. Dies bedeutet, dass dann, wenn c-achsenorientiertes polykristallines ZnO als Film 12 verwendet wird, die Matrix 21 c-achsenorientiertes polykristallines ZnO aufweist. Der Begriff „c-achsenorientiertes ZnO“ bedeutet, dass die Ebene parallel zu einer Hauptoberfläche des Substrates 10 eine c-Ebene ist. Der Begriff „Hauptoberfläche“ des Substrates 10 bezeichnet die Oberfläche mit der größten Fläche. Die Matrix 21, die c-achsenorientiertes polykristallines ZnO enthält, stellt einen Leuchtstoffteil 20 mit geringer oder keiner internen Lichtstreuung bereit, was eine starke optische Ausgabe bereitstellt.
Polykristallines ZnO, das an der c-Achse orientiert ist, enthält mehrere säulenartige Kristallkörner, die an einer c-Achse orientiert sind. Dieses orientierte polykristalline ZnO, das an der c-Achse orientiert ist, weist weniger Korngrenzen auf, die sich an einer c-Achse erstrecken. Die Aussage „säulenartige Kristallkörner, die an einer c-Achse orientiert sind“ bezeichnet große ZnO-Kristallkörner, die an dem Substrat 10 als Ergebnis eines schnelleren ZnO-Wachstums entlang einer c-Achse im Vergleich zum ZnO-Wachstum entlang einer α-Achse gebildet worden sind. Die c-Achse eines jeden ZnO-Kristallkornes ist parallel zu einer Richtung, die senkrecht zu dem Substrat 10 ist. Mit anderen Worten, die c-Achse des ZnO-Kristallkornes ist parallel zu der Richtung, die senkrecht zu einer Oberfläche des Leuchtstoffteiles 20 ist, die zum Empfangen des Anregungslichtes ausgestaltet ist. Ob das ZnO ein c-achsenorientierter kristalliner Stoff ist, kann mittels einer XRD-Messung (X-ray Diffraction XRD, Röntgenbeugung) (20/ω-Scan) nachgewiesen werden. Es wird bestimmt, dass das ZnO c-achsenorientiertes kristallines ZnO ist, wenn die Beugungsextrema für ZnO, die man aus dem XRD-Messergebnis erhält, zeigen, dass die Intensität der Beugungsextrema, die sich bei der c-Ebene des ZnO ergibt, größer als die Intensitäten der Beugungsextrema, die sich bei anderen Ebenen des ZnO als der c-Ebene ergeben, sind. Die internationale Veröffentlichung Nr. WO2013/172025 offenbart detailliert eine Matrix, die aus polykristallinem ZnO hergestellt ist, das an einer c-Achse orientiert ist.
Eine Lichtemissionseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ist bevorzugt größer oder gleich 85% oder besonders bevorzugt größer oder gleich 90%. Bei der vorliegenden Offenbarung bezeichnet die Lichtemissionseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ein Verhältnis der Photonenzahl des Fluoreszenzlichtes, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, zur Photonenzahl eines Anregungslichtes, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 absorbiert wird, wenn die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 mit einem Anregungslicht bestrahlt wird. Die Lichtemissionseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 kann beispielsweise mit einem Mehrkanalspektroskop gemessen werden. Die Lichtemissionseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ist ein Wert, den man erhält, wenn die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 mit einem Anregungslicht bestrahlt wird, das eine Energiedichte von beispielsweise 2 W/mm² aufweist.
Die Lichtemissionseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100, die bei einer Umgebungstemperatur von 240 °C für 24 h erwärmt worden ist, ist bevorzugt größer oder gleich 85% und besonders bevorzugt größer oder gleich 90%.
Nachstehend wird ein Verfahren zum Herstellen einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 beschrieben.
Zunächst wird ein Verfahren zur Herstellung des Substrates 10 beschrieben. 3A ist eine Schnittansicht des Substrates 10, das bei dem Verfahren zur Herstellung der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 verwendet wird. Ein kristalliner ZnO-Film, der beispielsweise den Film 12 bildet, wird an dem Substratkörper 11 gebildet. Es wird eine Dampfphasenaufbringung als Verfahren zur Bildung des ZnO-Filmes verwendet, wobei Beispiele für die Dampfphasenaufbringung die Dampfaufbringung bzw. Dampfabscheidung, die Elektronenstrahldampfaufbringung, die Reaktivplasmaaufbringung, die ionenunterstützte Aufbringung, das Sputtern und die Pulslaseraufbringung beinhalten. Der Film 12 wird mittels des nachfolgenden Verfahrens gebildet. Zunächst wird ein Sol, das einen Vorläufer, so beispielsweise Zinkalkoxid, enthält, hergestellt. Das Sol wird auf den Substratkörper 11 aufgebracht, indem es aufgedruckt wird und so einen Beschichtungsfilm bildet. Als Nächstes wird der Beschichtungsfilm wärmebehandelt, wodurch der Film 12 bereitgestellt wird. Der Film 12 kann ein monokristalliner ZnO-Film oder ein polykristalliner ZnO-Film sein.
Nachstehend wird das Verfahren zur Herstellung des Vorläufers 25 des Leuchtstoffteiles 20 an dem Substrat 10 (Film 12) beschrieben. 3B zeigt den Vorläufer 25 des Leuchtstoffteiles 20, der an dem Substrat gebildet wird, wie in 3A gezeigt ist. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 werden auf das Substrat 10 aufgebracht. Es wird beispielsweise eine Dispersionslösung, die die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 enthält, präpariert. Das Substrat 10 wird in der Dispersionslösung angeordnet, und es wird ein elektrophoretisches Verfahren verwendet, um die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 auf das Substrat 10 aufzubringen. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 werden sodann auf das Substrat 10 aufgebracht. Alternativ werden die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 in der Dispersionslösung mit dem Substrat 10 angeordnet, um die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 auf dem Substrat 10 aufzubringen. Alternativ kann ein Dickfilmbildungsverfahren verwendet werden, so beispielsweise das Drucken unter Einsatz einer Beschichtungsflüssigkeit, die die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 enthält, um die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 und die Füllstoffteilchen 23 auf das Substrat 10 aufzubringen.
Als Nächstes werden die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 an dem Substrat 10 mit den Füllstoffteilchen 23 fixiert. Die Füllstoffteilchen 23 werden beispielsweise erwärmt, um das Harz, das in den Füllstoffteilchen 23 enthalten ist, zu erweichen. Diese Vorgehensweise ermöglicht, dass die Füllstoffteilchen 23 an dem Substrat 10 und den Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 anhaften, wodurch die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 an dem Substrat 10 fixiert werden. Die Füllstoffteilchen 23, die eine Gummielastizität aufweisen, vergrößern die Kontaktflächen zwischen den Füllstoffteilchen 23 und den Teilchen des Leuchtstoffes 22. Die Füllstoffteilchen 23 sind derart ausgestaltet, dass sie die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 fixieren. Ohne direktes Anhaften an dem Substrat 10 können die Füllstoffteilchen 23 an den Leuchtstoffteilchen 122, die an dem Substrat 10 anhaften, und den anderen Leuchtstoffteilchen 122 anhaften. Bei Leuchtstoffteilchen 23, die eine Anhaftfähigkeit bei Raumtemperatur aufweisen, kann die Erwärmung der Leuchtstoffteilchen 23 weglassen werden. Den Vorläufer 25 erhält man auf diese Art mit Füllstoffteilchen 23, die die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 an dem Substrat 10 fixieren. Der Vorläufer 25 beinhaltet die Füllstoffteilchen 23 und die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22, woraus sich eine poröse Struktur ergibt. Eine Oberfläche des Filmes 12, die zu dem Vorläufer 25 weist, weist sowohl einen Bereich, der mit den Füllstoffteilchen 23 bedeckt ist, wie auch einen Bereich, der nicht mit den Füllstoffteilchen 23 bedeckt ist, auf.
Die Bedingungen der Erwärmung der Füllstoffteilchen 23 unterliegen keiner speziellen Beschränkung. Die Umgebungstemperatur, bei der die Füllstoffteilchen 23 erwärmt werden, kann von 50 °C bis 400 °C oder von 100 °C bis 300 °C reichen. Die Füllstoffteilchen 23 können für eine Dauer in einem Bereich von 5 min bis 5 h erwärmt werden.
Als Nächstes wird eine Matrix 21 derart gebildet, dass die Füllstoffteilchen 23 und die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 in der Matrix 21 eingebettet werden, wodurch der Leuchtstoffteil 20 bereitgestellt wird. Die Glas enthaltende Matrix 21 ermöglicht, dass der Leuchtstoffteil 20 mittels des nachfolgenden Verfahrens hergestellt wird. Zunächst wird ein Sol, das Siliziumalkoxid enthält, präpariert. Das Sol wird auf den Vorläufer 25 aufgebracht, wodurch der Vorläufer 25 mit der porösen Struktur, die mit dem Sol gefüllt ist, bereitgestellt wird. Das Sol wird geliert bzw. eingedickt (gelled) und gebrannt, wodurch der Leuchtstoffteil 20 bereitgestellt wird. Die Matrix 21, die ein anorganisches Material enthält, das nicht Glas ist, ermöglicht, dass der Leuchtstoffteil 20 mit einem Sol, das ein Alkoxid ähnlich zu dem vorbeschriebenen enthält, gebildet wird. Der Leuchtstoffteil 20 kann aus dem Vorläufer 25 hergestellt sein, der innen mit Glas gefüllt ist, wobei das Glas ein anorganisches Material enthält und eine niedrige Schmelztemperatur aufweist.
Für den Fall, dass die Matrix 21 Zinkoxid enthält, ist ein Lösungswachstumsverfahren unter Nutzung einer Lösung, die Zn-Ionen enthält, ein nutzbares Verfahren zur Bildung der Matrix 21. Beispiele für das Lösungswachstumsverfahren beinhalten eine chemische Badabscheidung, die unter atmosphärischem Druck durchgeführt wird, eine hydrothermische Synthese, die bei einem Druck durchgeführt wird, der größer oder gleich dem atmosphärischen Druck ist, und eine elektrochemische Abscheidung, die die Einwirkung einer Spannung oder eines Stromes impliziert. Die Lösung, die für das Kristallwachstum verwendet wird, ist beispielsweise eine wässrige Zinknitratlösung (Zn(NO₃)₂), die Hexamethylentetramin (C₆H₁₂N₄) enthält. Die wässrige Zinknitratlösung weist einen pH-Wert in einem Bereich von beispielsweise von 5 bis 7 auf. Das Lösungswachstumsverfahren stellt ein Kristallwachstum der Matrix 21 auf dem Film 12 bereit. Das Kristallwachstum der Matrix 21 erfolgt auch in dem Vorläufer 25, der die poröse Struktur aufweist. Man erhält so den Leuchtstoffteil 20. Die offengelegte Veröffentlichung des japanischen Patentes Nr. 2004-315342 offenbart detailliert ein Lösungswachstumsverfahren.
Bei dem Herstellungsverfahren entsprechend der Ausführungsform kann das Substrat 10 aus der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 entfernt werden, nachdem die Matrix 21 gebildet worden ist. Der Substratkörper 11 und der Film 12 können beispielsweise durch Erwärmen des Substratkörpers 11 abgelöst werden. Dieser Vorgang entfernt das Substrat 10 von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100. Der Substratkörper 11 kann von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 abgelöst werden, indem ein Laserstrahl auf eine Grenzfläche zwischen dem Substratkörper 11 und dem Film 21 gerichtet wird.
In dem Vorläufer 25 fixieren die Füllstoffteilchen 23 die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 an dem Substrat 10. Diese Ausgestaltung verhindert, dass die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 aus dem Substrat 10 herausfallen, bevor die Matrix 21 gebildet ist. Dies bedeutet, dass die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 entsprechend der Ausführungsform das Herausfallen der Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 verhindert, was die Ausbeuterate der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen 100 entsprechend erhöht. Die Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22, deren Herausfallen verhindert worden ist, ermöglichen, dass der Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 in der Praxis genug Teilchen 122 des Leuchtstoffes 22 beinhaltet.
Exemplarische Ausführungsform 2
4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110 entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 2. Wie in 4 dargestellt ist, ist der Leuchtstoff 22 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110 aus Blöcken 222 hergestellt. Der Leuchtstoffteil 20 beinhaltet den Leuchtstoff 22 und weist Abschnitte des Leuchtstoffes 22 auf, die teilweise freiliegen. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110 weist eine Struktur auf, die ähnlich zu derjenigen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 entsprechend Ausführungsform 1 ist. Daher sind diejenigen Elemente, die der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 entsprechend Ausführungsform 1 und der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform gemeinsam sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Mit anderen Worten, die Beschreibung einer nachfolgenden exemplarischen Ausführungsform kann für eine andere gelten, solange keine technische Inkonsistenz entsteht.
Solange keine technische Inkonsistenz entsteht, können die exemplarischen Ausführungsformen kombiniert werden.
Jeder Block 222 des Leuchtstoffes 22 weist beispielsweise die Form eines Polyhedrons auf. Der Leuchtstoff 22 kann die Formen eines rechteckigen Parallelepipeds oder auch die Form eines Kubus aufweisen. Der Leuchtstoff 22 kann die Form eines Klumpens aufweisen. Die Blöcke 222 des Leuchtstoffes 22 können beispielsweise durch Zerstoßen eines plattenförmigen Leuchtstoffes gebildet werden. Der Block 222 des Leuchtstoffes 22 kann eine größere Größe als das Leuchtstoffteilchen 122 aufweisen.
Die Abschnitte des Leuchtstoffes 22 liegen teilweise zu den Oberflächen des Leuchtstoffteiles 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110 frei. Der Leuchtstoff 22 kann zu einer oberen Oberfläche des Leuchtstoffteiles 20 hin freiliegen. Mit anderen Worten, der Leuchtstoff 22 kann teilweise in der Matrix 21 eingebettet sein und ist daher nicht notwendigerweise gänzlich darin eingebettet.
Exemplarische Ausführungsform 3
Die Leuchtstoffe 22 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110 entsprechend Ausführungsform 2 können regelmäßig angeordnet sein. 5 ist eine schematische Querschnittsansicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 120 entsprechend der exemplarischen Ausführungsform 3. Wie in 5 dargestellt ist, sind die Leuchtstoffe 22 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 120 mit gleichen Räumen in einer Richtung senkrecht zu einer Dicke des Leuchtstoffteiles 20 angeordnet. Obere Oberflächen und untere Oberflächen der Leuchtstoffe 22 können sich entlang der Richtung senkrecht zur Dicke des Leuchtstoffteiles 20 erstrecken. Die oberen Oberflächen der Leuchtstoffe 22 können parallel zu den unteren Oberflächen der Leuchtstoffe 22 sein. Seiten des Leuchtstoffes 22 können sich entlang der Dicke des Leuchtstoffteiles 20 erstrecken. Die Seiten des Leuchtstoffes 22 können parallel zueinander sein.
Die Füllstoffteilchen 23 haften beispielsweise an den unteren Oberflächen der Leuchtstoffe 22 und dem Substrat 10 an. Die Füllstoffteilchen 23 können an einer Seite des einen Leuchtstoffes 22 und an einer Seite eines anderen Leuchtstoffes 22 anhaften.
Der Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 120 kann Abschnitte des Leuchtstoffes 22 aufweisen, die freiliegen. Der Leuchtstoff 22 kann zu einer oberen Oberfläche des Leuchtstoffteiles 20 hin freiliegen. Mit anderen Worten, der Leuchtstoff 22 kann teilweise in der Matrix 21 eingebettet sein und ist daher nicht notwendigerweise gänzlich eingebettet.
Exemplarische Ausführungsform 4
6 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Wellenlängenumwandungsvorrichtung 130 entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform 4. Wie in 6 dargestellt ist, ist der Leuchtstoff 22 als ein einzelner Feststoff in dem Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 130 beinhaltet. Der Leuchtstoff 22 weist beispielsweise die Form einer Platte auf. Der plattenförmige Leuchtstoff 22 weist eine größere Größe als das Leuchtstoffteilchen 122 auf. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 130 weist ansonsten eine Struktur auf, die zu derjenigen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 entsprechend Ausführungsform 1 ähnlich ist.
Der Leuchtstoff 22 kann in sich mehrere Löcher 22a aufweisen. Die Löcher 22a sind beispielsweise Durchgangslöcher, die durch den Leuchtstoff 22 entlang einer Dicke des Leuchtstoffes 22 hindurchgehen. Bei einem Beispiel füllt die Matrix 21 die Löcher 22a. In 6 ist die Matrix 21 erläuterungshalber nicht schraffiert.
Es können Löcher 22a gebildet werden, indem beispielsweise ein Laserstrahl oder ein lonenstrahl auf den plattenförmigen Leuchtstoff 2 bzw. 22 gestrahlt wird. Die Löcher 22a können gebildet werden, indem der plattenförmige Leuchtstoff 22 beispielsweise geätzt wird.
Die Leuchtstoffteilchen 23 haften beispielsweise an dem Substrat 10 und einer unteren Oberfläche des Leuchtstoffes 22 an. Der Leuchtstoff 22, der in dem Leuchtstoffteil 20 beinhaltet ist, kann beispielsweise aus mehreren Platten hergestellt sein. Die Platten des Leuchtstoffes 22 können entlang einer Dicke des Leuchtstoffteiles 20 in dem Leuchtstoffteil 20 angeordnet sein. Die Füllstoffteilchen 23 können an einer der oberen Oberflächen des Leuchtstoffes 22 und an gegenüberliegenden bzw. entgegengesetzten unteren Oberflächen des Leuchtstoffes 22 anhaften.
Der Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 130 kann eine obere Oberfläche des plattenförmigen Leuchtstoffes 22 aufweisen, die freiliegt. Der Leuchtstoffteil 20 kann Seiten des plattenförmigen Leuchtstoffes 22 aufweisen, die freiliegen. Mit anderen Worten, der plattenförmige Leuchtstoff 22 kann teilweise in der Matrix 21 eingebettet sein und ist daher nicht notwendigerweise gänzlich eingebettet.
Exemplarische Ausführungsform 5
Die Löcher 22a der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 130 entsprechend Ausführungsform 4 müssen nicht unbedingt Durchgangslöcher sein. 7 ist eine schematische Schnittansicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 140 entsprechend der exemplarischen Ausführungsform 5. Wie in 7 gezeigt ist, öffnen sich die Löcher 22a der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 140 nur zu einer unteren Oberfläche des Leuchtstoffes 22 hin und nicht zu einer oberen Oberfläche des Leuchtstoffes 22 hin. Die Löcher 22a können sich nur zu der oberen Oberfläche des Leuchtstoffes 22 hin und zu der unteren Oberfläche des Leuchtstoffes 22 hin öffnen.
Der Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 140 kann eine obere Oberfläche des plattenförmigen Leuchtstoffes 22 aufweisen, die freiliegt. Der Leuchtstoff 20 kann Seiten des plattenförmigen Leuchtstoffes 22 aufweisen, die freiliegen. Mit anderen Worten, der plattenförmige Leuchtstoff 22 kann teilweise in der Matrix 21 eingebettet sein und ist daher nicht notwendigerweise gänzlich eingebettet.
Optische Vorrichtung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform
8 ist eine schematische Schnittansicht einer optischen Vorrichtung 200 entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform. Wie in 8 gezeigt ist, beinhaltet die optische Vorrichtung 200 eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 und eine Anregungslichtquelle 40. Die Anregungslichtquelle 40 ist dafür ausgestaltet, ein Anregungslicht zu emittieren. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ist auf einem optischen Weg angeordnet, an dem das Anregungslicht, das von der Anregungslichtquelle 40 emittiert wird, entlangläuft. Der Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ist zwischen der Anregungslichtquelle 40 und dem Substrat 10 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 positioniert. Die optische Vorrichtung 200 ist eine reflektierende optische Vorrichtung. Anstelle der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ebenso verwendbar sind die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 110, die anhand 4 beschrieben worden ist, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 120, die anhand 5 beschrieben worden ist, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 130, die anhand 6 beschrieben worden ist, oder die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 140, die anhand 7 beschrieben worden ist. Es ist auch eine Kombination der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen 100, 110, 120, 130, 140 in der optischen Vorrichtung 200 verwendbar.
Die Anregungslichtquelle 40 ist üblicherweise eine Licht emittierende Halbleitervorrichtung. Die Licht emittierende Halbleitervorrichtung kann eine Licht emittierende Diode (LED), eine superlumineszente Diode (SLD) oder eine Laserdiode (LD) sein.
Die Anregungslichtquelle 40 kann eine einzige LD sein oder kann aus mehreren LDs zusammengesetzt sein. Die LDs können optisch gekoppelt sein. Die Anregungslichtquelle 40 ist dafür ausgestaltet, beispielsweise blaues Licht zu emittieren. In der vorliegenden Offenbarung weist das blaue Licht eine Extremalwellenlänge in einem Bereich von 420 nm bis 470 nm auf.
Die optische Vorrichtung 200 kann des Weiteren ein optisches System 50 beinhalten. Das optische System 50 kann auf dem optischen Weg des Anregungslichtes, das von der Anregungslichtquelle 40 emittiert wird, positioniert sein. Das optische System 50 beinhaltet optische Komponenten, so beispielsweise eine Linse, einen Spiegel und eine optische Faser.
Abwandlung der optischen Vorrichtung
Der Leuchtstoffteil 20 muss nicht unbedingt zwischen der Anregungslichtquelle 40 und dem Substrat 10 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 angeordnet sein. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht der optischen Vorrichtung 210 entsprechend einer Abwandlung. In 9 weist die Anregungslichtquelle 40 der optischen Vorrichtung 210 zu dem Substrat 10 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100. In der optischen Vorrichtung 210 transmittiert das Substrat 10 das Anregungslicht. Das Anregungslicht läuft durch das Substrat 10 und erreicht den Leuchtstoffteil 20. Die optische Vorrichtung 210 ist eine transmittierende optische Vorrichtung.
Weitere Abwandlungen der optischen Vorrichtung
10 ist eine schematische Schnittansicht der optischen Vorrichtung 220 entsprechend einer weiteren Abwandlung. Wie in 10 gezeigt ist, beinhaltet die optische Vorrichtung 220 entsprechend der vorliegenden Ausführungsform mehrere Anregungslichtquellen 40 und eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100. In 10 ist der Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 zwischen dem Substrat 10 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 und jeder der Anregungslichtquellen 40 positioniert. Die Anregungslichtquellen 40 weisen zu dem Leuchtstoffteil 20 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100. Die optische Vorrichtung 220 ist zur Verwendung in einem Projektor geeignet.
11 ist eine perspektivische Ansicht der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100, die in der optischen Vorrichtung 220 beinhaltet ist. Wie in 11 gezeigt ist, weist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 der optischen Vorrichtung 220 die Form eines Rades auf. Insbesondere weist das Substrat 10 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 der optischen Vorrichtung 220 die Form einer Scheibe auf. Das Substrat 10 weist in sich ein Durchgangsloch 13 auf und beinhaltet einen Licht transmittierenden Teil 14. Das Durchgangsloch 13 erstreckt sich entlang einer Dicke des Substrates 10. Das Durchgangsloch 13 ist beispielsweise im Zentrum eines virtuellen Kreises positioniert, der durch eine Außenumfangsoberfläche des Substrates 10 definiert ist. Der Licht transmittierende Teil 14 transmittiert Licht und weist die Form eines Bogens, das heißt die Form eines ringförmigen Fächers, auf. Der Licht transmittierende Teil 14 kann den Leuchtstoffteil 20 kontaktieren. Der Licht transmittierende Teil 14 ist beispielsweise ein Durchgangsloch. Der Licht transmittierende Teil 14 kann aus transparentem Harz oder Glas hergestellt sein. Der Licht transmittierende Teil 14 kann aus einem Material, so beispielsweise Saphir oder Quarz, hergestellt sein, das eine Licht transmittierende Eigenschaft aufweist.
Der Leuchtstoffteil 20 weist die Form eines Bogens, das heißt die Form eines ringförmigen Fächers, auf. Der Leuchtstoffteil 20 und der Licht transmittierende Teil 14 sind entlang eines virtuellen Kreises angeordnet, der durch eine Außenumfangsoberfläche des Leuchtstoffteiles 20 definiert ist. Eine Hauptoberfläche des Substrates 10 ist teilweise mit dem Leuchtstoffteil 20 bedeckt. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 der optischen Vorrichtung 220 kann mehrere Leuchtstoffteile 20 beinhalten. Die Leuchtstoffteile 20 können entlang eines virtuellen Kreises angeordnet sein, der durch eine Außenumfangsoberfläche des spezifizierten Leuchtstoffteiles 20 definiert ist. Die Leuchtstoffteile 20 können Leuchtstoffe 22 verschiedener Zusammensetzungen beinhalten.
Wie in 10 dargestellt ist, kann die optische Vorrichtung 220 des Weiteren den Motor 60 beinhalten. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ist an dem Motor 60 angeordnet. Insbesondere ist die Welle des Motors 60 in das Durchgangsloch 13 des Substrates 10 eingeführt. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ist an dem Motor 60 mittels einer Fixiervorrichtung, so beispielsweise einer Schraube, fixiert. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 wird, während sie von dem Motor 60 in Drehung versetzt wird, mit Anregungslicht, das von den Anregungslichtquellen 40 emittiert wird, bestrahlt. Hierbei wird verhindert, dass der Leuchtstoffteil 20 lokal mit dem Anregungslicht bestrahlt wird. Diese Ausgestaltung verhindert, dass die Temperatur des Leuchtstoffteiles 20 infolge des Anregungslichtes und des Fluoreszenzlichtes ansteigt.
Die optische Vorrichtung 220 kann des Weiteren eine Kollimatorlinse 51, einen dichroischen Spiegel 52, Linsen 53 und 54 sowie reflektierende Spiegel 55, 56 und 57 beinhalten (Kollimatorlinse 51, dichroischer Spiegel 52). Die Linse 53 ist zwischen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 und jeder der Anregungslichtquellen 40 positioniert. Die Kollimatorlinse 51, der dichroische Spiegel 52 und die Linse 53 sind in dieser Reihenfolge auf einem optischen Weg angeordnet, an dem das Anregungslicht, das von den Anregungslichtquellen 40 emittiert wird, entlangläuft. Die Linse 54, die reflektierenden Spiegel 55, 56 und 57 und der dichroische Spiegel 52 sind in dieser Reihenfolge auf dem optischen Weg angeordnet, an dem das Anregungslicht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 transmittiert wird, entlangläuft.
Die Kollimatorlinse 51 fokussiert das Anregungslicht, das von den mehreren Anregungslichtquellen 40 emittiert wird, um kollimiertes Licht bereitzustellen. Der dichroische Spiegel 52 transmittiert das Anregungslicht und reflektiert das Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, effizient. Die Linse 53 fokussiert das Anregungslicht und das Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird. Die Linse 54 fokussiert das Anregungslicht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 transmittiert wird, wodurch kollimiertes Licht bereitgestellt wird. Die reflektierenden Spiegel 55, 56 und 57 reflektieren das Anregungslicht.
Die optische Vorrichtung 220 kann des Weiteren eine Wärmesenke 41 beinhalten. Die Wärmesenke 41 kontaktiert die Anregungslichtquelle 40. Die Wärmesenke 41 transmittiert ohne Weiteres Wärme von den Anregungslichtquellen 40. Diese Ausgestaltung verringert oder verhindert den Anstieg der Temperatur der Anregungslichtquellen 40, was entsprechend die Abnahme der Energieumwandlungseffizienz der Anregungslichtquellen 40 verringert oder verhindert.
Nachstehend wird der Betrieb der optischen Vorrichtung 220 beschrieben.
Die Anregungslichtquellen 40 emittieren das Anregungslicht. Das Anregungslicht wird von der Kollimatorlinse 51 fokussiert und in kollimiertes Licht umgewandelt. Das Anregungslicht wird sodann durch den dichroischen Spiegel 52 transmittiert und weiter durch die Linse 53 fokussiert. Die Linse 53 passt den Punktdurchmesser des Anregungslichtes, das auf den Leuchtstoffteil 20 einfällt, an. Als Nächstes tritt das Anregungslicht in die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 ein. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 wird von dem Motor 60 in Drehung versetzt. Daher impliziert der Betrieb der optischen Vorrichtung 220 eine Zeitspanne, während der das Anregungslicht auf den Leuchtstoffteil 20 einfällt, sowie eine Zeitspanne, während der das Anregungslicht durch den Licht transmittierenden Teil 14 transmittiert wird. Während das Anregungslicht auf den Leuchtstoffteil 20 einfällt, emittiert die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 Licht einer Wellenlänge, die länger als diejenige des Anregungslichtes ist. In einer Zeitspanne, während der das Anregungslicht durch den Licht transmittierenden Teil 14 transmittiert wird, tritt das Anregungslicht in die Linse 54 ein. Das Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, wird durch die Linse 53 fokussiert und in kollimiertes Licht umgewandelt. Das Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, wird an dem dichroischen Spiegel 52 reflektiert und nach außerhalb der optischen Vorrichtung 220 transmittiert.
Das Anregungslicht, das von dem Licht transmittierenden Teil 14 transmittiert wird, wird von der Linse 54 fokussiert und in kollimiertes Licht umgewandelt. Das Anregungslicht, das durch die Linse 54 gelaufen ist, wird an den reflektierenden Spiegeln 54, 56 und 57 reflektiert. Sodann wird das Anregungslicht von dem dichroischen Spiegel 52 transmittiert. Das Anregungslicht wird sodann von der optischen Vorrichtung 220 ausgegeben. Zu diesem Zeitpunkt wird das Anregungslicht mit dem Licht, das von der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 emittiert wird, gemischt.
Projektor entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform
12 ist ein schematisches Diagramm eines Projektors 500 entsprechend der Ausführungsform. Wie in 12 dargestellt ist, beinhaltet der Projektor 500 eine optische Vorrichtung 220, eine optische Einheit 300 und eine Steuerung bzw. Regelung 400. Die optische Einheit 300 wandelt Licht, das von der optischen Vorrichtung 220 emittiert wird, um und projiziert ein Bild oder ein Video auf ein Objekt außerhalb des Projektors 500.
Das Objekt kann ein Bildschirm sein. Die optische Einheit 300 beinhaltet eine konvergierende Linse 70, einen Stabintegrator 71, eine Linseneinheit 72, eine Anzeigevorrichtung 73 und eine Projektorlinse 74.
Die konvergierende Linse 70 konvergiert das Licht, das von der optischen Vorrichtung 220 emittiert wird. Das Licht, das von der optischen Vorrichtung 220 emittiert wird, konvergiert auf einer Einfallsendoberfläche des Stabintegrators 71.
Der Stabintegrator 71 weist beispielsweise die Form eines viereckigen Prismas auf. Das Licht, das auf die Einfallsendoberfläche des Stabintegrators 71 einfällt, erfährt wiederholt eine Totalreflexion innerhalb des Stabintegrators 71 und wird von einer Emissionsendoberfläche des Stabintegrators 71 emittiert. Das Licht, das von dem Stabintegrator 71 emittiert wird, weist eine gleichmäßige Luminanzverteilung auf.
Die Linseneinheit 72 beinhaltet mehrere Linsen. Die Linsen der Linseneinheit 72A können eine Sammellinse und eine Relay-Linse beinhalten. Die Linseneinheit 72 leitet das Licht, das aus dem Stabintegrator 71 austritt, zu der Anzeigevorrichtung 73.
Die Anzeigevorrichtung 73 wandelt das Licht, das durch die Linseneinheit 72 gelaufen ist, um. Infolgedessen erhält man das Bild oder das Video zur Projektion auf das Objekt außerhalb des Projektors 500. Die Anzeigevorrichtung 73 ist beispielsweise eine digitale Spiegelvorrichtung (Digital Mirror Device DMD).
Die Projektorlinse 74 projiziert das Licht, das von der Anzeigevorrichtung 73 umgewandelt wird, nach außerhalb des Projektors 500. Das Licht, das von der Anzeigevorrichtung 73 umgewandelt worden ist, wird sodann auf das Objekt projiziert. Die Projektorlinse 74 beinhaltet eine oder mehrere Linsen. Die Linsen, die in der Projektorlinse 74 beinhaltet sind, können eine bikonvexe Linse und eine plankonkave Linse beinhalten.
Die Steuerung bzw. Regelung 400 ist dafür ausgestaltet, die optische Vorrichtung 220 und die optische Einheit 300 zu steuern bzw. zu regeln. Die Steuerung bzw. Regelung 400 wird beispielsweise von einem Mikrocomputer oder einem Prozessor implementiert.
13 ist eine perspektivische Ansicht des Projektors 500. Wie in 13 gezeigt ist, beinhaltet der Projektor 500 des Weiteren eine Einhausung 510. Die Einhausung 510 nimmt in sich die optische Vorrichtung 220, die optische Einheit 300 und die Steuerung bzw. Regelung 400 auf. Ein Teil der Projektorlinse 74 der optischen Einheit 300 liegt von der Einhausung als äußerer Teil der Einhausung 510 frei.
Leuchtvorrichtung entsprechend einer exemplarischen Ausführungsform
14 ist ein schematisches Diagramm einer Leuchtvorrichtung 600 entsprechend einer Ausführungsform. Wie in 14 dargestellt ist, beinhaltet die Leuchtvorrichtung 600 eine optische Vorrichtung 200 und eine optische Komponente 80. Die optische Vorrichtung 210, die anhand 9 beschrieben worden ist, ist ebenfalls als Alternative zu der optischen Vorrichtung 200 verwendbar. Die optische Komponente 80 ist dafür ausgestaltet, Licht, das von der optischen Vorrichtung 200 emittiert wird, nach vorne zu leiten, und ist insbesondere ein Reflektor. Die optische Komponente 80 beinhaltet beispielsweise einen Film, der aus einem Metall, so beispielsweise aus Al oder Ag, hergestellt ist, oder einen AI-Film mit Oberflächen, auf denen eine dielektrische Schicht vorgesehen ist. Der Filter 81 kann vor der optischen Vorrichtung 200 vorgesehen sein. Der Filter 81 absorbiert oder streut kohärentes blaues Licht aus der Anregungslichtquelle der optischen Vorrichtung 200, um zu verhindern, dass blaues Licht direkt ausgegeben wird. Die Leuchtvorrichtung 600 kann ein sogenannter Reflektor oder Projektor sein. Die Leuchtvorrichtung 600 ist beispielsweise ein Fahrzeugscheinwerfer.
Beispiele
Die vorliegende Offenbarung wird nunmehr anhand von Beispielen beschrieben. Die nachfolgenden Beispiele sind in keiner Weise für die vorliegende Offenbarung beschränkend.
Füllstoffteilchen
Proben 1 bis 5
Es wurden Proben 1 bis 5 der Füllstoffteilchen präpariert. Probe 1 der Füllstoffteilchen bestand aus Aluminiumoxid. Probe 2 der Füllstoffteilchen bestand aus Polystyrol. Probe 3 der Füllstoffteilchen bestand aus Polymethylmethacrylat (PMMA). Probe 4 der Füllstoffteilchen waren Siliziumverbundteilchen, die jeweils einen Kern, der aus Silikonkautschuk bestand, und eine Hülle, die aus einem Silikonharz bestand, das kein Silikonkautschuk war, beinhalteten. Probe 5 der Füllstoffteilchen bestand aus Silikonkautschuk.
Anhaftfähigkeit der Füllstoffteilchen
Es wurde ein Anhafttest an den Füllstoffteilchen von Proben 1 bis 5 durchgeführt. Bei dem Anhafttest für jede Probe wurden Füllstoffteilchen in einer Petrischale platziert, und die Petrischale wurde mit einem Trockner erwärmt. Die Füllstoffteilchen wurden bei einer Umgebungstemperatur von 200 °C für 24 h erwärmt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse des Anhafttests. Hafteten die Füllstoffteilchen aneinander und wurden nach der Erwärmung zu einem Klumpen, so wurde ihre Anhaftfähigkeit mit „gut“ (bezeichnet mit „G“) bewertet. Hafteten die Füllstoffteilchen nicht aneinander, so wurde ihre Anhaftfähigkeit mit „schlecht“ (bezeichnet mit „NG“) bewertet. Die Füllstoffteilchen wurden zudem bei einer Umgebungstemperatur von 240 °C für 24 h erwärmt. Tabelle 1

Probe Material Anhaftfähigkeit 200 °C Anhaftfähigkeit 240 °C

1 Aluminiumoxid NG NG

2 Polystyrol G -

3 PMMA G G

4 Silikonkautschuk Silikonharz G G

5 Silikonkautschuk G G
Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wiesen Proben 2 bis 5 der Füllstoffteilchen, die das Harzmaterial beinhalteten, eine Anhaftfähigkeit auf.
Lichtabsorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen
Die Absorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen einer jeden der Proben 1 bis 5 wurde sowohl für Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm wie auch für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm gemessen. Eine Absolut-PL-Quantenausbeute-Messvorrichtung (C9920-02G, hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) wurde zur Messung des Absorptionsfähigkeit verwendet. Bei der Messung der Absorptionsfähigkeit wurde eine Petrischale, die aus synthetischem Quarz bestand, verwendet. Der Boden der Petrischale wies in Planansicht die Form eines Kreises auf. In Planansicht wies der Boden der Petrischale einen Durchmesser von etwa 17 mm auf. Die Petrischale wies eine Dicke von etwa 5 mm auf. Die Petrischale beinhaltete einen Deckel. Tabelle 2 zeigt Messergebnisse.
Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von kleiner oder gleich 10% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit in Tabelle 2 mit „gut“ (bezeichnet mit „G“) bewertet. Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von mehr als 10% und kleiner oder gleich 25% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit mit „einigermaßen gut“ (bezeichnet mit „F“) bewertet. Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von mehr als 25% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit mit „schlecht“ (bezeichnet mit „NG“) bewertet.
Wärmebeständigkeit der Füllstoffteilchen bei 200 °C
Proben 1 bis 5 der Füllstoffteilchen wurden bei einer Umgebungstemperatur von 200 °C für 24 h erwärmt. Die Absorptionsfähigkeit der erwärmten Füllstoffteilchen wurde sowohl für Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm wie auch für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm auf dieselbe Weise, wie vorstehend beschrieben worden ist, gemessen. Tabelle 2 zeigt Ergebnisse der Hypothese.
Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von kleiner oder gleich 10% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit bei 200 °C in Tabelle 2 mit „gut“ (bezeichnet mit „G“) bewertet. Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von mehr als 10% und kleiner oder gleich 25% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit bei 200 °C mit „einigermaßen gut“ (bezeichnet mit „F“) bewertet. Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von mehr als 25% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit bei 200 °C mit „schlecht“ (bezeichnet mit „NG“) bewertet.
Wärmebeständigkeit der Füllstoffteilchen bei 240 °C
Proben 1 bis 5 der Füllstoffteilchen wurden bei einer Umgebungstemperatur von 240 °C für 24 h erwärmt. Die Absorptionsfähigkeit der erwärmten Füllstoffteilchen wurde sowohl für Licht mit einer Wellenlänge von 450 nm wie auch für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm auf dieselbe Weise, wie vorstehend beschrieben worden ist, gemessen. Tabelle 2 zeigt Messergebnisse.

Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von kleiner oder gleich 10% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit bei 240 °C in Tabelle 2 mit „gut“ (bezeichnet mit „G“) bewertet. Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von mehr als 10% und kleiner oder gleich 25% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit bei 240 °C mit „einigermaßen gut“ (bezeichnet mit „F“) bezeichnet. Wiesen die Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von mehr als 25% für das Licht mit der Wellenlänge von 550 nm auf, so wurde ihre Wärmebeständigkeit bei 240 °C mit „schlecht“ (bezeichnet mit „NG“) bewertet. Tabelle 2

Probe	Material	anfängliche Absorptionsfähigkeit (%)		Bewertung der Wärmebeständigkeit
Probe	Material	450 nm	550 nm	Bewertung der Wärmebeständigkeit
1	Aluminiumoxid	0	0	G
2	Polystyrol	6,3	0,6	G
3	PMMA	3,5	0,7	G
4	Silikonkautschuk Silikonharz	0,2	0	G
5	Silikonkautschuk	0	0	G

Probe	Material	Absorptionsfähigkeit (%) nach Erwärmung auf 200 °C		Bewertung der Wärmebeständigkeit bei 200 °C
Probe	Material	450 nm	550 nm	Bewertung der Wärmebeständigkeit bei 200 °C
1	Aluminiumoxid	0	0	G
2	Polystyrol	55,9	29,8	NG
3	PMMA	24,0	10,3	F
4	Silikonkautschuk Silikonharz	1,4	0,2	G
5	Silikonkautschuk	-	-	-

Probe	Material	Absorptionsfähigkeit (%) nach Erwärmung auf 240 °C		Bewertung der Wärmebeständigkeit bei
Probe	Material	450 nm	550 nm	240 °C
1	Aluminiumoxid	0	0	G
2	Polystyrol	-	-	-
3	PMMA	68,8	34,5	NG
4	Silikonkautschuk Silikonharz	1,8	1,0	G
5	Silikonkautschuk	0	0	G

Wie in Tabelle 2 gezeigt ist, wiesen Proben 4 und 5 der Füllstoffteilchen, die den Silikonkautschuk oder das Silikonharz beinhalteten, eine hervorragende Wärmebeständigkeit zusätzlich zu einer hervorragenden Anhaftfähigkeit auf.
Vorläufer des Leuchtstoffteiles
Vergleichsbeispiel 1
Ein Vorläufer eines Leuchtstoffteiles entsprechend Vergleichsbeispiel 1 wurde mittels des nachfolgenden Verfahrens hergestellt. Zunächst wurde ein kristalliner ZnO-Film auf einem Substratkörper gebildet. Der Substratkörper war ein Silikonsubstrat mit einer reflektierenden Schicht. Der Substratkörper hatte in Planansicht die Form eines Quadrates. In Planansicht war die Länge einer Seite des Substratkörpers gleich 5 mm. Es wurde ein Leuchtstoff in Form von Teilchen auf den ZnO-Film aufgebracht. Als Nächstes wurden die Leuchtstoffteilchen bei einer Umgebungstemperatur von 200 °C für 10 min und sodann bei einer Umgebungstemperatur von 250 °C für 30 min erwärmt. Auf diese Weise wurde der Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Vergleichsbeispiel 1 auf dem Substrat gebildet. Der Leuchtstoff bestand aus Y₃Al₅O₁₂:Ce (YAG). Die Leuchtstoffteilchen wiesen einen durchschnittlichen Teilchendurchmesser von 16 µm auf. Der Vorläufer wies eine Dicke von 80 µm auf. Der Vorläufer wies in Planansicht die Form eines Kreises auf. In Planansicht wies der Vorläufer einen Durchmesser von 3 mm auf.
Vergleichsbeispiel 2
Ein Vorläufer eines Leuchtstoffteiles entsprechend Vergleichsbeispiel 2 wurde mittels desselben Verfahrens wie bei Vergleichsbeispiel 1 erhalten, jedoch mit der Ausnahme, dass die Füllstoffteilchen von Probe 1 auf dem ZnO-Film zusammen mit den Leuchtstoffteilchen aufgebracht wurden. Bei dem Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Vergleichsbeispiel 2 war der Wert von V2/(V1+V2) gleich 0,05, wobei V1 das Gesamtvolumen der Leuchtstoffteilchen (Volumen des gesamten Leuchtstoffes) ist und V2 das Gesamtvolumen der Füllstoffteilchen ist.
Beispiel 1
Einen Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 1 erhielt man mittels desselben Verfahrens wie bei Vergleichsbeispiel 2, jedoch mit der Ausnahme, dass die Füllstoffteilchen von Probe 1 durch Füllstoffteilchen von Probe 2 ersetzt wurden.
Beispiel 2
Einen Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 2 erhielt man mittels desselben Verfahrens wie bei Vergleichsbeispiel 2, jedoch mit der Ausnahme, dass Probe 1 der Füllstoffteilchen durch Probe 3 der Füllstoffteilchen ersetzt wurde.
Beispiel 3
Einen Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 3 erhielt man mittels desselben Verfahrens wie bei Vergleichsbeispiel 2, jedoch mit der Ausnahme, dass Probe 1 der Füllstoffteilchen durch Probe 4 der Füllstoffteilchen ersetzt wurde, wobei der Wert von V2/(V1+V2) auf 0,16 angepasst war.
Beispiel 4
Einen Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 4 erhielt man mittels desselben Verfahrens wie bei Vergleichsbeispiel 2, jedoch mit der Ausnahme, dass Probe 1 der Füllstoffteilchen durch Probe 5 der Füllstoffteilchen ersetzt wurde.
Beispiel 5
Einen Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 5 erhielt man mittels desselben Verfahrens wie bei Beispiel 4, jedoch mit der Ausnahme, dass der Wert von V2/(V1+V2) auf 0,16 angepasst war.
Vibrationstest von Vorläufern der Leuchtstoffteile
Die Vorläufer der Leuchtstoffteile entsprechend Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie entsprechend Beispielen 1 bis 5 wurden einem Vibrationstest unterzogen. Zuerst wurde der Vorläufer des Leuchtstoffteiles zusammen mit dem Substrat in einem Chipgehäuse (CT100-066, hergestellt von Dainichi Shoji K.K.) platziert. Das Chipgehäuse wies eine Tasche auf, die in Planansicht die Form eines Quadrates aufwies. In Planansicht war die Länge der einen Seite der Tasche gleich 6,6 mm. Die Tasche wies eine Tiefe von 2,54 mm auf. Als Nächstes wurde das Chipgehäuse auf einer Vibrationstestmaschine platziert. Das Chipgehäuse wurde von der Vibrationstestmaschine in Vibrationen versetzt. Die Amplitude der Vibrationen des Chipgehäuses betrug 4,5 mm. Die Vibrationstestmaschine wandelte die Drehung eines Motors in Vibrationen um. Die Vibrationsintensitäten wurden folgendermaßen definiert. Eine Vibration, die erzeugt wurde, wenn sich der Motor mit einer Geschwindigkeit von 200 UpM drehte, wies eine Intensität von 1 auf, wohingegen eine Vibration, die erzeugt wurde, wenn sich der Motor mit einer Geschwindigkeit von 2500 UpM drehte, eine Intensität von 10 aufwies. Der Vibrationstest begann mit einer Intensität von 1. Sodann wurde die Intensität alle 20 s um 1 erhöht. Der Vibrationstest endete 20 s, nachdem die Vibrationsintensität 10 erreicht hatte. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des Vibrationstests.
Die nummerischen Werte bei „Vibrationstest“ in Tabelle 3 zeigen jeweils die Vibrationsintensität, bei der die Leuchtstoffteilchen aus dem Vorläufer des Leuchtstoffteiles herausfielen. Die Leuchtstoffteilchen fielen jedoch nicht aus dem Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 5 heraus, obwohl eine Vibration mit der Intensität von 10, wie in Tabelle 3 angegeben ist, einwirkte.
Vor und nach dem Vibrationstest wurden die Oberflächen der Vorläufer der Leuchtstoffteile mit einem Mikroskop bei einer Vergrößerung von 50x beobachtet. Das Mikroskop war das digitale Mikroskop VH-5000, das von KEYENCE Corporation hergestellt wird. 15A ist ein mikroskopisches Bild des Vorläufers des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 2 vor dem Vibrationstest. 15B ist ein mikroskopisches Bild des Vorläufers des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 2 nach dem Vibrationstest. Wie in 15A und 15B gezeigt ist, bewirkte eine starke Vibration, dass der Leuchtstoff aus dem Vorläufer des Leuchtstoffteiles herausfiel. 16A ist ein mikroskopisches Bild des Vorläufers des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 3 vor dem Vibrationstest. 16B ist ein mikroskopisches Bild des Vorläufers des Leuchtstoffteiles entsprechend Beispiel 3 nach dem Vibrationstest. Wie in 16A und 16B gezeigt ist, bewirkte eine starke Vibration, dass der Leuchtstoff aus dem Vorläufer des Leuchtstoffteiles herausfiel.
Eintauchtest an Vorläufern des Leuchtstoffteiles

Vorläufer des Leuchtstoffteiles entsprechend Vergleichsbeispielen 1 und 2 sowie entsprechend Beispielen 1 und 5 wurden einem Eintauchtest unterzogen. Zunächst wurden zehn Stücke jeweils der Vergleichsbeispiele 1 und 2 sowie der Beispiele 1 bis 5 der Vorläufer der Leuchtstoffteile präpariert. Jeder Vorläufer wurde von einem Substrat getragen. Als Nächstes wurden die Substrate, die die Vorläufer der Leuchtstoffteile trugen, mit einem Klemmwerkzeug fixiert. Die Substrate wurden in einem Testgefäß platziert. Eine Lösung für das ZnO-Kristallwachstum wurde in das Gefäß eingeleitet. Die Lösung für das Kristallwachstum war eine wässrige Lösung aus Zinknitrat und Hexamethylentetramin. Die Substrate wurden aus der Lösung genommen. Nach dem Eintauchtest wurde die Anzahl der Substrate, die Vorläufer mit herausgefallenen Leuchtstoffteilen aufwiesen, gezählt. Tabelle 3 zeigt die Ergebnisse des Eintauchtests. Reichte die Anzahl von Substraten, bei denen die Vorläufer der Leuchtstoffteile als Ergebnis des Eintauchtests herausgefallen waren, von 0 bis einschließlich 3, so wurde das Ergebnis des Eintauchtests mit „gut“ (bezeichnet mit „G“) bewertet. Reichte diese Zahl von 4 bis einschließlich 10, so wurde das Ergebnis des Eintauchtests mit „schlecht“ (bezeichnet mit „NG“) bewertet. Tabelle 3

	Füllstoffteilchen	Material der Füllstoffteilchen	Vibrationstest	Eintauchtest
Vergleichsbeispiel 1	Keine	-	3	NG
Vergleichsbeispiel 2	Probe 1 5 vol%	Aluminiumoxid	4	NG
Beispiel 1	Probe 2 5 vol%	Polystyrol	7	G
Beispiel 2	Probe 3 5 vol%	PMMA	6	G
Beispiel 3	Probe 4 16 vol%	Silikonkautschuk Silikonharz	5	G
Beispiel 4	Probe 5 5 vol%	Silikonkautschuk	6	G
Beispiel 5	Probe 5 16 vol%	Silikonkautschuk	10	G

Wie in Tabelle 3 gezeigt ist, wiesen Beispiele 1 bis 5 des Vorläufers des Leuchtstoffteiles, der die Füllstoffteilchen beinhaltete, die ein Harzmaterial enthielten, ein ausreichend verringertes Herausfallen des Leuchtstoffes aus dem Substrat im Vergleich zu Vergleichsbeispielen 1 und 2 des Vorläufers des Leuchtstoffteiles auf.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen
Als Nächstes wurden Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen, die Beispiele 2, 3 und 5 der Vorläufer der Leuchtstoffteile beinhalteten, hergestellt. Eine kristalline ZnO-Matrix wurde auf einem ZnO-Film durch ein Lösungswachstumsverfahren hergestellt. Eine Lösung, die für das Kristallwachstum verwendet wurde, war eine wässrige Lösung aus Zinknitrat und Hexamethylentetramin. Man erhielt Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen auf Grundlage eines jeden der Beispiele 2, 3 und 5.
Als Nächstes wurde die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung auf Grundlage von Beispiel 2 zerschnitten, und es wurde ein Teil hiervon mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) betrachtet. Das SEM war das S-4300, hergestellt von Hitachi High-Tech Corporation. 17A ist ein SEM-Bild des Teiles der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung auf Grundlage von Beispiel 2. 17B ist ein vergrößertes Bild der Füllstoffteilchen, die in 17A gezeigt sind. Wie in 17A gezeigt ist, hafteten die Füllstoffteilchen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung an dem Leuchtstoff an. Wie in 17B gezeigt ist, hafteten einige der Füllstoffteilchen, die in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung beinhaltet waren, aneinander an. Die Füllstoffteilchen, die aneinander anhafteten, behielten ihre Teilchenformen bei.
Ähnlich wie bei der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung auf Grundlage von Beispiel 2 wurde die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung auf Grundlage von Beispiel 3 zerschnitten, und es wurde ein Teil hiervon mit einem SEM betrachtet. Das verwendete SEM war das Tischmikroskop Miniscope TM4000Plus, herstellt von Hitachi High-Tech Corporation. 18A ist ein SEM-Bild des Teiles der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung von Beispiel 3. 18B ist ein vergrößertes Bild der Füllstoffteilchen, die in 18A gezeigt sind. 18C ist ein vergrößertes Bild weiterer Füllstoffteilchen, die in 18A gezeigt sind. Wie in 18A gezeigt ist, hafteten die Füllstoffteilchen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung an dem Leuchtstoff an. Wie in 18B gezeigt ist, hafteten einige der Füllstoffteilchen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung an zwei Leuchtstoffteilchen an. Wie in 18C gezeigt ist, hafteten einige der Füllstoffteilchen der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung an den Leuchtstoffteilchen und dem Substrat an.
Lichtemissionseffizienz der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen
Es wurde eine Messung der Lichtemissionseffizienz an Beispielen 2, 3 und 5 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung durchgeführt. Durchgeführt wurde die Messung der Lichtemissionseffizienz mit einem Mehrkanalspektroskop (MCPD-9800, hergestellt von Otsuka Electronics Co., Ltd.) und einer integrierenden Kugel, hergestellt von Labsphere, Inc. Das Anregungslicht der verwendeten LD wies eine Wellenlänge von 445 nm auf. Das Anregungslicht wies eine Energiedichte von 2 W/mm² auf. Tabelle 4 zeigt die Messergebnisse.

Als Nächstes wurden Beispiele 2, 3 und 5 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen bei einer Umgebungstemperatur von 240 °C für 24 h erwärmt. Die Messung der Lichtemissionseffizienz wurde mittels des vorbeschriebenen Verfahrens an den erwärmten Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen durchgeführt. Tabelle 4 zeigt die Messergebnisse. Tabelle 4

	Füllstoffteilchen	Material der Füllstoffteilchen	Lichtemissionseffizienz (%)
	Füllstoffteilchen	Material der Füllstoffteilchen	zu Beginn	nach Erwärmung
Beispiel 2	Probe 3 5 vol%	PMMA	92	85
Beispiel 3	Probe 4 16 vol%	Silikonkautschuk Silikonharz	93	93
Beispiel 5	Probe 5 16 vol%	Silikonkautschuk	92	92

Wie in Tabelle 4 gezeigt ist, wiesen die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen auf Grundlage von Beispielen 2, 3 und 5 alle eine ausreichende Lichtemissionseffizienz auf. Insbesondere wiesen die Wellenlängenumwandlungsvorrichtungen auf Grundlage von Beispielen 3 und 5 ausreichende Lichtemissionseffizienzen auf, die sogar nach der Erwärmung erhalten blieben.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 (110, 120, 130, 140) entsprechend der vorliegenden Offenbarung beinhaltet die Matrix 21, die das anorganische Material, den Leuchtstoff 22, der in der Matrix 21 eingebettet ist, und die Füllstoffteilchen 23, die in der Matrix 21 eingebettet sind und das Harzmaterial enthalten.
Da die Füllstoffteilchen 23 das Harzmaterial enthalten, haften die Füllstoffteilchen 23 an dem Leuchtstoff 22 an. Die Füllstoffteilchen 23 haften auch an dem Substrat 10 an, das verwendet wird, wenn die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung hergestellt wird. Daher können die Füllstoffteilchen 23 den Leuchtstoff 22 an dem Substrat 10 fixieren. Diese Ausgestaltung verhindert, dass der Leuchtstoff 22 aus dem Substrat 10 herausfällt, bevor die Matrix 21 gebildet ist. Dies bedeutet, dass bei der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung wenig oder überhaupt kein Herausfallen des Leuchtstoffes 22 erfolgt.
Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kann des Weiteren das Substrat 10, das die Matrix 21 stützt, beinhalten. Die Füllstoffteilchen 23 können zwischen dem Leuchtstoff 22 und dem Substrat 10 befindlich sein. Diese Ausgestaltung stellt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereit, bei der verhindert wird, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Das Substrat 10 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kann aus wenigstens einem hergestellt sein, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus dem rostfreien Stahl, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Siliziumkarbid enthält, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Silizium enthält, dem Verbundmaterial, das Aluminium und Kohlenstoff enthält, und Kupfer besteht. Das Substrat 10 weist einen geringen Wärmeexpansionskoeffizienten auf. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung weist daher sogar dann eine hohe Zuverlässigkeit auf, wenn das Substrat 10 bei Gebrauch Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eine hohe Temperatur aufweist.
Die Matrix 21 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, die den anorganischen Kristall enthält, weist eine hervorragende Wärmeableitung auf.
Der vorerwähnte anorganische Kristall der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kann Zinkoxid beinhalten. Infolgedessen zeigt die Matrix 21 eine stärkere Wärmeableitung.
Das vorerwähnte Zinkoxid kann in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung c-achsenorientiert sein. Infolgedessen zeigt die Matrix 21 eine sogar noch stärkere Wärmeableitung.
Das vorerwähnte Harzmaterial kann in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung das thermoplastische Harz beinhalten. Infolgedessen verhindert die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Das vorerwähnte Harzmaterial kann in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung das Thermosetting-Harz beinhalten. Infolgedessen verhindert die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Die Füllstoffteilchen 23 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung können eine Gummielastizität aufweisen. Diese Ausgestaltung vergrößert die Kontaktfläche zwischen dem Füllstoffteilchen 23 und dem Leuchtstoff 22. Daher sind die Füllstoffteilchen 23 sicher an dem Leuchtstoff 22 fixiert. Infolgedessen verhindert die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Das vorerwähnte Harzmaterial kann in der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung die Polymerverbindung beinhalten, die die Siloxanbindungen beinhaltet. Infolgedessen weisen die Füllstoffteilchen 23 eine hervorragende Wärmebeständigkeit auf.
Jedes Füllstoffteilchen 23 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kann den Kern 30 und den den Kern 30 bedeckende Hülle 31 beinhalten. Infolgedessen weisen die Füllstoffteilchen 23 eine hervorragende Dispersionsfähigkeit auf.
Jedes Füllstoffteilchen 23 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung kann eine Oberfläche aufweisen, die mit der funktionellen Gruppe modifiziert ist. Infolgedessen weisen die Füllstoffteilchen 23 eine hervorragende Dispersionsfähigkeit auf.
Die Absorptionsfähigkeit der Füllstoffteilchen 23 der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm ist bevorzugt kleiner oder gleich 25%. Infolgedessen weist die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung eine hohe Lichtemissionseffizienz auf.
Der Wert von V2/(V1+V2) der Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, bei der das Volumen V1 des Leuchtstoffes 22 und das Gesamtvolumen V2 der Leuchtstoffteilchen 23 gegeben sind, kann von 0,05 bis 0,16 reichen. Diese Ausgestaltung stellt eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereit, bei der verhindert wird, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Die optische Vorrichtung 200 (210, 220) beinhaltet die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung 100 (110, 120, 130, 140) und die Anregungslichtquelle 40, die die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung mit einem Anregungslicht bestrahlt. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung der optischen Vorrichtung verhindert, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Der Projektor 500 beinhaltet die vorbeschriebene Wellenlängenumwandlungsvorrichtung. Die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung des Projektors 500 verhindert, dass der Leuchtstoff 22 herausfällt.
Der Leuchtstoff 22 und die Füllstoffteilchen 23, die das Harzmaterial enthalten, sind auf dem Substrat 10 aufgebracht. Der Leuchtstoff 22 ist an dem Substrat 10 mit den Füllstoffteilchen 23 fixiert. Die Matrix 21, die das anorganische Material beinhaltet, wird derart gebildet, dass die Füllstoffteilchen 23 und der Leuchtstoff 22 in der Matrix 21 eingebettet werden, wodurch die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung bereitgestellt wird.
Der Leuchtstoff 22 ist an dem Substrat 10 mit den Füllstoffteilchen 23 fixiert. Diese Ausgestaltung verhindert, dass der Leuchtstoff 22 aus dem Substrat 10 herausfällt, bevor die Matrix 21 gebildet ist.
Beim vorliegenden Herstellungsverfahren kann der Leuchtstoff 22 an dem Substrat 10 fixiert werden, indem bewirkt wird, dass die Füllstoffteilchen 23 an dem Leuchtstoff 22 und dem Substrat 10 anhaften. Dies erleichtert das Fixieren des Leuchtstoffes 23 an dem Substrat 10.
Bei dem Herstellungsverfahren können die Füllstoffteilchen 23 erwärmt werden, damit sie an dem Leuchtstoff 23 und dem Substrat 10 anhaften. Dies erleichtert das Fixieren des Leuchtstoffes 22 an dem Substrat 10.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Eine Wellenlängenumwandlungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Offenbarung ist beispielsweise in Lichtquellen verwendbar, darunter in allgemeinen Leuchtvorrichtungen, so beispielsweise Deckenlichtern; in speziellen Leuchtvorrichtungen, so beispielsweise Punktlichtern, Flutlichtern bzw. Beleuchtungen von Sportstätten und Raumbeleuchtungen; in Leuchtvorrichtungen für Fahrzeuge, so beispielsweise Scheinwerfern; in Projektionsvorrichtungen, so beispielsweise Projektoren und Head-up-Displays; in endoskopischen Leuchtvorrichtungen zur medizinischen und industriellen Verwendung; in Abbildungsvorrichtungen, so beispielsweise Digitalkameras, Mobiltelefonen und Smartphones; in Flüssigkristallanzeigevorrichtungen, so beispielsweise PC-Monitoren, Notebook-PCs, Fernsehern, persönlichen digitalen Assistenten (PDXs), Smartphones, Tablet-PCs und Mobiltelefonen.
Bezugszeichenliste

10: Substrat
11: Substratkörper
12: Film
20: Leuchtstoffteil
21: Matrix
22: Leuchtstoff
23: Füllstoffteilchen
30: Kern
31: Hülle
40: Anregungslichtquelle
100, 110, 120, 130, 140: Wellenumwandlungsvorrichtung
200, 210, 220: optische Vorrichtung
500: Projektor
600: Leuchtvorrichtung

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 5672622 [0004]
WO 2013/172025 [0035]

Claims

Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, umfassend: eine Matrix, die ein anorganisches Material enthält; einen Leuchtstoff, der in der Matrix eingebettet ist; und mehrere Füllstoffteilchen, die in der Matrix eingebettet sind, wobei die mehreren Füllstoffteilchen ein Harzmaterial enthalten.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend: ein Substrat, das die Matrix trägt, wobei die mehreren Füllstoffteilchen zwischen dem Leuchtstoff und dem Substrat angeordnet sind
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Substrat wenigstens eines beinhaltet, das aus einer Gruppe ausgewählt ist, die aus einem rostfreien Stahl, einem Verbundmaterial, das Aluminium und Siliziumkarbid beinhaltet, einem Verbundmaterial, das Aluminium und Silizium beinhaltet, einem Verbundmaterial, das Aluminium und Kohlenstoff beinhaltet, und Kupfer besteht.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Matrix einen anorganischen Kristall beinhaltet.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der anorganische Kristall Zinkoxid beinhaltet.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei das Zinkoxid c-achsenorientiert ist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Harzmaterial ein thermoplastisches Harz enthält.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Harzmaterial ein Thermosetting-Harz enthält.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die mehreren Füllstoffteilchen eine Gummielastizität aufweisen.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Harzmaterial eine Polymerverbindung, die eine Siloxanbindung beinhaltet, enthält.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedes der mehreren Füllstoffteilchen einen Kern und eine den Kern bedeckende Hülle beinhaltet.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jedes der mehreren Füllstoffteilchen eine Oberfläche, die mit einer funktionellen Gruppe modifiziert ist, aufweist.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die mehreren Füllstoffteilchen eine Absorptionsfähigkeit von kleiner oder gleich 25% für Licht mit einer Wellenlänge von 550 nm aufweisen.
Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Wert von V2/(V1+V2), der durch ein Volumen V1 des Leuchtstoffes und ein Gesamtvolumen V2 der mehreren Füllstoffteilchen definiert ist, von 0,05 bis 0,16 reicht.
Optische Vorrichtung, umfassend: die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14; und eine Anregungslichtquelle, die dafür ausgestaltet ist, die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung mit einem Anregungslicht zu bestrahlen.
Projektor, der die Wellenlängenumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14 umfasst.
Verfahren zum Herstellen einer Wellenlängenumwandlungsvorrichtung, umfassend: Fixieren eines Leuchtstoffes an einem Substrat mit mehreren Füllstoffteilchen, die ein Harzmaterial enthalten; und Bilden einer Matrix, die ein anorganisches Material enthält, derart, dass die mehreren Füllstoffteilchen und der Leuchtstoff in der Matrix eingebettet werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Fixieren des Leuchtstoffes an dem Substrat umfasst: Bewirken, dass die mehreren Füllstoffteilchen an dem Leuchtstoff und dem Substrat anhaften.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Bewirken, dass die mehreren Füllstoffteilchen an dem Leuchtstoff und dem Substrat anhaften, umfasst: Bewirken, dass die mehreren Füllstoffteilchen an dem Leuchtstoff und dem Substrat anhaften, durch Erwärmen der mehreren Füllstoffteilchen.