DE112020001953T5

DE112020001953T5 - Wellenlängen-umwandlungselement, verfahren zu dessen herstellung und lichtemittierende vorrichtung

Info

Publication number: DE112020001953T5
Application number: DE112020001953.5T
Authority: DE
Inventors: Shotaro FUKUMOTO; Shunsuke Fujita
Original assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Current assignee: Nippon Electric Glass Co Ltd
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2020-04-06
Publication date: 2021-12-30
Also published as: TWI830902B; CN113474439A; WO2020213456A1; TW202100719A; JPWO2020213456A1; US20220187519A1

Abstract

Zweck ist, ein Wellenlängen-Umwandlungselement, ein Verfahren zum Herstellen des Wellenlängen-Umwandlungselements und eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, den Temperaturanstieg des Wellenlängen-Umwandlungselements zu reduzieren und auf diese Weise die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und die Verformung und Verfärbung von Bestandteilsmaterialien zu verringern. Ein Wellenlängen-Umwandlungselement 10 enthält wärmeleitende Partikel 1 und Leuchtstoffpartikel 4, wobei die wärmeleitenden Partikel 1 zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln umfasst, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft Wellenlängen-Umwandlungselemente zum Umwandeln der Wellenlänge von Licht, das von Leuchtdioden (LEDs), Laserdioden (LDs) oder dergleichen emittiert wird, in eine andere Wellenlänge, Verfahren zum Herstellen der Wellenlängen-Umwandlungselemente und lichtemittierende Vorrichtungen.
Stand der Technik
Die Aufmerksamkeit hat sich auf lichtemittierende Vorrichtungen fokussiert, die LEDs oder LDs unter dem Gesichtspunkt ihres geringen Stromverbrauchs, ihrer geringen Größe, ihres geringen Gewichts und ihrer einfachen Anpassung an die Lichtintensität verwenden. Beispielsweise emittiert eine lichtemittierende Vorrichtung, bei der ein Wellenlängen-Umwandlungselement, das einen Teil des Lichts von einer LED absorbieren kann, über der LED angeordnet ist, ein synthetisches Licht (ein weißes Licht) eines Anregungslichts (beispielsweise eines blauen Lichts), das von der LED emittiert wird, und eines umgewandelten Lichts (beispielsweise eines gelben Lichts), das vom Wellenlängen-Umwandlungselement emittiert wird. Beispielsweise wird ein Wellenlängen-Umwandlungselement offenbart, bei dem Leuchtstoffpartikel und in einer Harzmatrix oder einer Glasmatrix dispergiert und erstarrt sind (Patentliteraturen 1 bis 3).
Zitatliste
Patentliteratur

PTL 1 JP-A-2000-208815
PTL 2 JP-A-2003-258308
PTL 3 JP-B2-4895541

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Mit zunehmender Leistung von lichtemittierenden Vorrichtungen nimmt in letzter Zeit die die Intensität ihres Anregungslichts zu. Wenn ein Wellenlängen-Umwandlungselement mit hochintensivem Anregungslicht bestrahlt wird, nimmt die Intensität der von den Leuchtstoffpartikeln abgegebenen Wärme zu, so dass sich das Wellenlängen-Umwandlungselement übermäßig erwärmt. Bei einem derartigen herkömmlichen Wellenlängen-Umwandlungselement tritt aufgrund der oben erwähnten übermäßigen Erwärmung das Problem auf, dass die Lumineszenzintensität mit der Zeit abnimmt (Temperaturlöschung), und ein Problem, dass die Bestandteile der Materialien eher eine Verformung, Verfärbung und dergleichen verursachen.
Angesichts des Vorstehenden ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wellenlängen-Umwandlungselement, ein Verfahren zum Herstellen des Wellenlängen-Umwandlungselements und eine lichtemittierende Vorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind, den Temperaturanstieg des Wellenlängen-Umwandlungselements zu reduzieren und auf diese Weise die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und die Verformung und Verfärbung von Bestandteilsmaterialien zu verringern.
Lösung des Problems
Ein erfindungsgemäßes Wellenlängen-Umwandlungselement ist ein Wellenlängen-Umwandlungselement, das wärmeleitende Partikel und Leuchtstoffpartikel enthält, wobei die wärmeleitenden Partikel zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln umfassen, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden.
Beim obigen Aufbau bestehen die wärmeleitenden Partikel aus zwei Typen, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden. Da unterschiedliche Typen von wärmeleitenden Partikeln mit unterschiedlichen Partikeldurchmessern im Wellenlängen-Umwandlungselement vorhanden sind, ist es wahrscheinlich, dass die wärmeleitenden Partikel im Wellenlängen-Umwandlungselement dicht vorhanden sind, so dass beim Applizieren von Anregungslicht auf das Wellenlängen-Umwandlungselement von den Leuchtstoffpartikeln emittierte Wärme einfach und effizient nach außen abgegeben werden kann. Im Ergebnis können die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit (Temperaturlöschung) und die Verformung und Verfärbung der Bestandteile leicht verringert werden.
Das erfindungsgemäße Wellenlängen-Umwandlungselement ist bevorzugt ein Sinterkörper aus den wärmeleitenden Partikeln und den Leuchtstoffpartikeln.
Beim erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselement wird es bevorzugt, dass die wärmeleitenden Partikel wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser und wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser enthalten und ein mittlerer Durchmesser D der wärmeleitenden Partikel mit großem Durchmesser und ein mittlerer Durchmesser d der wärmeleitenden Partikel mit kleinem Durchmesser die folgenden Bedingungen (A) und (B) erfüllen: $0,5 μ m \leq D \leq 50 μ m$
$0,0001 \leq d/D \leq 0,1$
Beim erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselement erfüllen der mittlere Durchmesser D der wärmeleitenden Partikel mit großem Durchmesser und ein mittlerer Partikeldurchmesser D_P der Leuchtstoffpartikel bevorzugt die folgende Bedingung (C): $0,1 \leq D_{P} /D \leq 10$
Beim erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselement erfüllen ein Gehalt V der wärmeleitenden Partikel mit großem Durchmesser und ein Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel im Wellenlängen-Umwandlungselement bevorzugt die folgende Bedingung (C): $50 % \leq V_{P} + V \leq 90 %$
Beim erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselement sind die wärmeleitenden Partikel bevorzugt aus einem Oxid gefertigt.
Beim erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselement sind die wärmeleitenden Partikel bevorzugt aus Magnesiumoxid gefertigt.
Beim erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselement beträgt ein Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel bevorzugt 0,01 bis 80 %.
Ein erfindungsgemäßes Wellenlängen-Umwandlungselement ist ein Wellenlängen-Umwandlungselement, das dazu in der Lage ist, eine Wellenlänge von Anregungslicht umzuwandeln, das von einer Lichtquelle emittiert wird, wobei eine Summe der Variation in der Farbigkeit Cx und einer Variation in der Farbigkeit Cy aller Lichtstrahlen eines synthetischen Lichts aus Anregungslicht, das durch das Wellenlängen-Umwandlungselement hindurchgelangt ist, und Licht von der Anregungslicht, das in der Wellenlänge umgewandelt und vom Wellenlängen-Umwandlungselement emittiert wurde, 0,03 oder weniger beträgt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements ist ein Verfahren zur Herstellung des oben beschriebenen Wellenlängen-Umwandlungselements und enthält den Schritt des Mischens und Brennens von wärmeleitenden Partikeln, enthaltend zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden, und Leuchtstoffpartikeln.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements wird das Brennen bevorzugt durch Heißpressen ausgeführt.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements beträgt eine maximale Temperatur des Brennens bevorzugt 1300 °C oder weniger.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements wird das Brennen bevorzugt in einer inerten Atmosphäre, einer reduzierenden Atmosphäre oder einer Vakuumatmosphäre durchgeführt.
Eine erfindungsgemäße lichtemittierende Vorrichtung enthält das oben beschriebene Wellenlängen-Umwandlungselement und eine Lichtquelle, die so funktioniert, dass sie das Wellenlängen-Umwandlungselement mit Anregungslicht bestrahlt.
Bei der erfindungsgemäßen lichtemittierenden Vorrichtung ist die Lichtquelle bevorzugt eine Laserdiode.
Vorteilhafte Wirkung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Bereitstellung eines Wellenlängen-Umwandlungselements, eines Verfahrens zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements und einer lichtemittierenden Vorrichtung, die in der Lage sind, den Temperaturanstieg des Wellenlängen-Umwandlungselements zu verringern und auf diese Weise die Abnahme der Lumineszenzintensität mit der Zeit und die Verformung und Verfärbung von Bestandteilsmaterialien zu verringern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselements zeigt.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen lichtemittierenden Vorrichtung zeigt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung detailliert unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch keineswegs auf die folgenden Ausführungsbeispiele beschränkt.
1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Wellenlängen-Umwandlungselements zeigt. Das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 enthält wärmeleitende Partikel 1 und Leuchtstoffpartikel 4. Die wärmeleitenden Partikel 1 umfassen zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden, d.h. wärmeleitende Partikel 2 mit großem Durchmesser und wärmeleitende Partikel 3mit kleinem Durchmesser. Die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser befinden sich zwischen den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser und zwischen den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser und den Leuchtstoffpartikeln 4.
(Wärmeleitende Partikel 1)
Die wärmeleitenden Partikel 1 bestehen bevorzugt aus einem Oxid und besonders bevorzugt aus einem Metalloxid mit hoher Wärmeleitfähigkeit. Insbesondere werden Aluminiumoxid, Magnesiumoxid oder Zinkoxid bevorzugt und Magnesiumoxid wird besonders bevorzugt. Darunter hat Magnesiumoxid eine hohe Wärmeleitfähigkeit (45 bis 60 W·m^-1·K^-1) und kann daher die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme leicht und effektiv nach außen abgeben. Darüber hinaus absorbiert Magnesiumoxid weniger Licht in einem Wellenlängenbereich des Anregungslichts (beispielsweise 300 bis 500 nm) und einem Emissionswellenlängenbereich (beispielsweise 380 bis 780 nm) der später zu beschreibenden Leuchtstoffpartikel 4 und verringert daher eher nicht die Lichtextraktionseffizienz des Wellenlängen-Umwandlungselements 10. Diese Materialien können einzeln oder in einer Mischung von zwei oder mehreren davon verwendet werden.
Die Wärmeleitfähigkeit der wärmeleitenden Partikel 1 beträgt bevorzugt 15 W·m^-1·K^-1 oder mehr, stärker bevorzugt 20 W·m^-1·K^-1 oder mehr und besonders bevorzugt 30 W·m^-1·K^-1 oder mehr. Auf diese Weise kann die von den Leuchtstoffpartikeln 4 abgegebene Wärme leicht und effektiv nach außen abgegeben werden.
Die wärmeleitenden Partikel 1 umfassen zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden. Insbesondere umfassen die wärmeleitenden Partikel 1 wärmeleitende Partikel 2 mit großem Durchmesser und wärmeleitende Partikel 3 mit kleinem Durchmesser. Die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser sind bevorzugt aus dem gleichen Oxid gefertigt. Wenn beispielsweise die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser aus Magnesiumoxid gefertigt sind, sind die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser bevorzugt ebenfalls aus Magnesiumoxid gefertigt. Wenn das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 mit Anregungslicht bestrahlt wird, ist es daher weniger wahrscheinlich, dass aufgrund eines Unterschieds in der Wärmeausdehnung an der Grenzfläche zwischen den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser und den wärmeleitenden Partikeln 3 mit kleinem Durchmesser Risse auftreten. Da es keinen Unterschied im Brechungsindex zwischen beiden Typen von wärmeleitenden Partikeln gibt, kann außerdem eine übermäßige Lichtstreuung, die an der Grenzfläche zwischen ihnen erzeugt wird, reduziert werden. Außerdem werden bei der Herstellung eines Wellenlängen-Umwandlungselements 10 durch Brennen beide Typen von wärmeleitenden Partikeln aneinander gebunden, so dass ein aus einem dichten Sinterkörper gebildetes Wellenlängen-Umwandlungselement 10 leicht erhalten werden kann.
Der Gehalt V der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser im gesamten Wellenlängen-Umwandlungselement 10 beträgt, ausgedrückt in Volumenprozent, bevorzugt 0,01 bis 80 %, stärker bevorzugt 0,1 bis 75 %, noch stärker bevorzugt 1 bis 70 %, noch weit stärker bevorzugt 5 bis 60 % und besonders bevorzugt 10 bis 50 %. Wenn der Gehalt V zu groß ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser zwischen die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und die Leuchtstoffpartikel 4 anordnen, so dass das Wellenlängen-Umwandlungselement schwierig zu verdichten ist. Im Ergebnis wird es schwierig, die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme nach außen abzugeben. Auch wenn der Gehalt V zu klein ist, wird der durch die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser gebildete Wärmeleitpfad verringert, so dass es schwierig ist, die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme nach außen abzugeben.
Der Gehalt Vs der wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser im gesamten Wellenlängen-Umwandlungselement 10 beträgt, ausgedrückt in Volumenprozent, bevorzugt 0,01 bis 50 %, stärker bevorzugt 0,1 bis 40 %, noch stärker bevorzugt 1 bis 30 %, noch weit stärker bevorzugt 5 bis 30 % und besonders bevorzugt 10 bis 30 %. Wenn der Gehalt Vs zu groß ist, nimmt der Abstand von den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser zu den Leuchtstoffpartikeln 4 zu, so dass die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme nur schwer nach außen abgegeben werden kann. Wenn der Gehalt Vs zu klein ist, können die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser nicht ausreichend in den Lücken, die durch die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und die Leuchtstoffpartikel 4 gebildet werden, vorhanden sein, so dass die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme schwierig nach außen abgegeben werden kann.
Der mittlere Partikeldurchmesser D der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und der mittlere Partikeldurchmesser d der wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser erfüllen bevorzugt die unten beschriebenen Bedingungen (A) und (B). Auf diese Weise ist es wahrscheinlich, dass die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser relativ zueinander dicht im Inneren des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 vorhanden sind, so dass die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme leicht nach außen abgegeben werden kann. Bei der vorliegenden Erfindung bedeutet der mittlere Partikeldurchmesser einen durch Laserdiffraktometrie gemessenen Wert und gibt den Partikeldurchmesser an, wenn in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilungskurve, wie durch Laserdiffraktometrie bestimmt, der integrierte Wert des kumulativen Volumens aus dem kleineren Partikeldurchmesser 50 % beträgt. Bei der vorliegenden Erfindung wird die Partikelgrößenverteilung jedes Partikeltyps im Prinzip als ein unimodales Verteilungsprofil aufweisend angesehen. Insbesondere werden Partikel mit einem bimodalen Verteilungsprofil als eine Mischung aus zwei oder mehr Typen von unimodalen Partikelgrößenverteilungsprofilen betrachtet, wobei in diesem Fall die Partikelgrößenverteilung einer Spitzentrennung unterzogen wird und ein mittlerer Partikeldurchmesser für jede der getrennten Verteilungen berechnet wird.
(Bedingung A)
Der mittlere Partikeldurchmesser D der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser beträgt bevorzugt 0,5 µm ≤ D ≤ 50 µm, stärker bevorzugt 1 µm ≤ D ≤ 40 µm, noch stärker bevorzugt 3 µm ≤ D ≤ 30 µm und besonders bevorzugt 5 µm ≤ D ≤ 10 µm. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser D zu groß ist, sind die Leuchtstoffpartikel 4 eher ungleichmäßig verteilt, so dass es wahrscheinlich ist, dass eine Farbungleichmäßigkeit auftritt. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser D zu klein ist, wird der Wärmeausbreitungspfad durch die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser kurz, so dass es schwierig wird, einen ausreichenden Wärmepfad zu bilden.
(Bedingung B)
Das Partikeldurchmesserverhältnis d/D zwischen dem mittleren Partikeldurchmesser D der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und dem mittleren Partikeldurchmesser d der wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser beträgt bevorzugt 0,0001 ≤ d/D ≤ 0,1, stärker bevorzugt 0,0005 ≤ d/D ≤ 0,05 und besonders bevorzugt 0,001 ≤ d/D ≤ 0,01. Wenn das Partikeldurchmesserverhältnis d/D zu groß ist, wird es schwierig, dass die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser ausreichend in den Zwischenräumen, die von den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser und den Leuchtstoffpartikeln 4 gebildet werden, vorhanden sind, so dass die in die Leuchtstoffpartikel 4 erzeugte Wärme nur schwer nach außen abgeben werden kann. Wenn das Partikeldurchmesserverhältnis d/D zu klein ist, tritt eher eine Agglomeration der wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser auf, so dass es schwierig ist, dass die wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser ausreichend in den Lücken, die von den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser und den Leuchtstoffpartikeln 4 gebildet werden, vorhanden sind, und daher ist es schwierig, die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme nach außen abzugeben.
(Leuchtstoffpartikel 4)
Die Leuchtstoffpartikel 4 sind bevorzugt anorganische Leuchtstoffpartikel mit einer Anregungsbande zwischen 300 nm und 500 nm und einem Emissionspeak zwischen 380 nm und 780 nm. Beispiele, die verwendet werden können, umfassen Oxid-Leuchtstoffe, Nitrid-Leuchtstoffe, Oxynitrid-Leuchtstoffe, Chlorid-Leuchtstoffe, Oxychlorid-Leuchtstoffe, Halogenid-Leuchtstoffe, Aluminat-Leuchtstoffe und Halogenphosphorsäurechlorid-Leuchtstoffe. Insbesondere werden Oxid-Leuchtstoffe und Oxynitrid-Leuchtstoffe bevorzugt, da sie eine hohe Wärmebeständigkeit aufweisen und daher beim Brennen weniger wahrscheinlich abgebaut werden. Insbesondere werden bevorzugt Partikel von keramischen Leuchtstoffen auf Granatbasis, einschließlich YAG-Leuchtstoff (Yttrium-Aluminium-Granat-Leuchtstoff), oder Leuchtstoffe, die SiAlON als Hauptbestandteil enthalten, einschließlich α-SiAlON-Leuchtstoff und β-SiAlON-Leuchtstoff, verwendet. Insbesondere werden bevorzugt keramische Leuchtstoffpartikel auf Granatbasis, einschließlich YAG-Leuchtstoff (Yttrium-Aluminium-Granat-Leuchtstoff), verwendet. In Abhängigkeit vom Anregungslicht-Wellenlängenbereich oder Emissions-Wellenlängenbereich können mehrere Typen von Leuchtstoffpartikeln 4 in Kombination verwendet werden.
Der mittlere Partikeldurchmesser D_P der Leuchtstoffpartikel 4 beträgt bevorzugt 0,1 bis 50 µm, stärker bevorzugt 1 bis 30 µm und besonders bevorzugt 3 bis 20 µm. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser D_P zu klein ist, ist es wahrscheinlich, dass die Leuchtstoffpartikel 4 bei der Herstellung agglomerieren, so dass die Lumineszenzfarbe des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher ungleichmäßig wird. Außerdem wird die Lichtausbeute der Leuchtstoffpartikel 4 selbst niedrig, so dass die Helligkeit des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher abnimmt. Auch wenn der mittlere Partikeldurchmesser D_P zu groß ist, wird die Lumineszenzfarbe des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher ungleichmäßig. LDs haben eine kleine Leuchtfleckgröße des Anregungslichts und sind stark gerichtet. Wenn das Wellenlängenwandlungselement 10 in einer lichtemittierenden Vorrichtung verwendet wird, die eine LD als Lichtquelle enthält, tritt daher eher ein Phänomen auf, dass Anregungslicht durch das Wellenlängenwandlungselement 10 hindurchtritt, ohne auf die Leuchtstoffpartikel 4 aufgebracht zu werden. Bei Verwendung des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 für eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine LD als Lichtquelle enthält, beträgt der mittlere Partikeldurchmesser der Leuchtstoffpartikel 4 daher bevorzugt nicht mehr als 15 µm und besonders bevorzugt nicht mehr als 10 µm.
Der Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel 4 im gesamten Wellenlängen-Umwandlungselement 10 beträgt, ausgedrückt in Volumenprozent, bevorzugt 0,01 bis 80 %, stärker bevorzugt 0,1 bis 70 % und besonders bevorzugt 1 bis 60 %. Wenn der Gehalt der Leuchtstoffpartikel 4 zu groß ist, werden die Gehalte der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser und der wärmeleitenden Partikel 3 mit kleinem Durchmesser relativ klein, so dass die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme nur schwer nach außen abgegeben werden kann. Wenn der Gehalt der Leuchtstoffpartikel 4 zu gering ist, ist eine gewünschte Lumineszenzintensität schwer zu erreichen. Bei einem lichtdurchlässigen Wellenlängen-Umwandlungselement 10 wird, wenn der Gehalt an Leuchtstoffpartikeln 4 zu groß ist, die Menge des übertragenen Anregungslichts aufgrund der Absorption in den Leuchtstoffpartikeln 4 klein, so dass sich die Farbigkeit des übertragenen Lichts eher zu der Fluoreszenz verschiebt. Im Ergebnis wird die Steuerung der Farbigkeit des emittierten Lichts schwierig. Daher beträgt der Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel 4 im lichtdurchlässigen Wellenlängen-Umwandlungselement 10 bevorzugt 0,01 bis 50 %, stärker bevorzugt 0,1 bis 35 % und besonders bevorzugt 1 bis 20 %.
Der mittlere Partikeldurchmesser D_P der Leuchtstoffpartikel 4 und der mittlere Partikeldurchmesser D der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser erfüllen bevorzugt 0,1 ≤ Dp/D ≤ 10, erfüllen stärker bevorzugt 0,5 ≤ D_P/D ≤ 5, erfüllen noch stärker bevorzugt 1 ≤ D_P/D ≤ 3 und erfüllen besonders bevorzugt 1 < D_P/D ≤ 3. Auf diese Weise sind die Leuchtstoffpartikel 4 und die wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser relativ zueinander eher gleichmäßig innerhalb des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 verteilt vorhanden, so dass beim Applizieren von Anregungslicht auf das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 die von den Leuchtstoffpartikeln 4 emittierte Wärme leicht und effizient nach außen abgegeben werden kann. Wenn der mittlere Partikeldurchmesser D_P der Leuchtstoffpartikel 4 größer ist als der mittlere Partikeldurchmesser D der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser (1 < D_P/D), kann ein dichtes Wellenlängen-Umwandlungselement 10 leicht erhalten werden.
Der Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel 4 und der Gehalt V der wärmeleitenden Partikel 2 mit großem Durchmesser im gesamten Wellenlängen-Umwandlungselement 10 erfüllen bevorzugt 50 % ≤ V_P+V ≤ 90 %, erfüllen stärker bevorzugt 55 % ≤ V_P+V ≤ 85 % und erfüllen besonders bevorzugt 60 % ≤ V_P+V ≤ 80 %. Auf diese Weise kann beim Applizieren von Anregungslicht auf das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 die von den Leuchtstoffpartikeln 4 emittierte Wärme leicht und effizient nach außen abgegeben werden.
(Wellenlängen-Umwandlungselement 10)
Das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 ist bevorzugt ein Sinterkörper aus den wärmeleitenden Partikeln 1 und den Leuchtstoffpartikeln 4. Auf diese Weise sind die wärmeleitenden Partikel 1 und die Leuchtstoffpartikel 4 aneinander gebunden, was eine wirksamere Freisetzung der von den emittierten Wärme ermöglicht Leuchtstoffpartikel 4 nach außen erleichtert. Außerdem verursacht das Wellenlängen-Umwandlungselement, selbst wenn es mit Hochleistungs-Anregungslicht wie einer LD bestrahlt wird, weniger wahrscheinlich eine Verfärbung und ein Schmelzen im Vergleich zu einem Wellenlängen-Umwandlungselement, bei dem Leuchtstoffpartikel in einem transparenten Material, wie beispielsweise einer Harzmatrix oder einer Glasmatrix, dispergiert und erstarrt sind.
Die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 beträgt bevorzugt 2×10^-6 m2/s oder mehr, stärker bevorzugt 3×10^-6 m2/s oder mehr, noch stärker bevorzugt 4×10^-6 m2/s oder mehr und besonders bevorzugt 5×10^-6 m2/s oder mehr. Auf diese Weise kann selbst dann, wenn das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 mit hochintensivem Anregungslicht bestrahlt wird, die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme leicht und effizient nach außen abgegeben werden, so dass der Temperaturanstieg im Wellenlängen-Umwandlungselement 10 leicht reduziert werden kann. Im Ergebnis kann die Abnahme der Lichtausbeute des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 aufgrund eines Temperaturanstiegs leicht verringert werden.
Die Quantenausbeute des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 beträgt bevorzugt 20 % oder mehr, stärker bevorzugt 40 % oder mehr, noch stärker bevorzugt 60 % oder mehr und besonders bevorzugt 80 % oder mehr. Wenn die Quantenausbeute zu niedrig ist, wird die an Wärme verlorene Energiemenge groß, so dass die Lichtausbeute des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher abnimmt. Bei der vorliegenden Erfindung gibt die Quantenausbeute einen durch die folgende Gleichung berechneten Wert an und kann mit einem PL-Absolut-Quantenausbeute-Spektrometer gemessen werden. $\begin{array}{l} Quantenausbeute = [(Anzahl der von einer Probe als Fluoreszenz emittierten \\ Photonen) / (Anzahl der von der Probe absorbierten Photonen)] \times 100 (%) \end{array}$
Die Form des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 kann beispielsweise eine folienartige Form (wie eine rechteckige folienartige Form oder eine scheibenartige Form) sein. Die Dicke des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 beträgt bevorzugt 1000 µm oder weniger, stärker bevorzugt 800 µm oder weniger und besonders bevorzugt 500 µm oder weniger. Wenn die Dicke zu groß ist, wird es schwierig, Licht mit einem gewünschten Farbton zu erhalten. Zudem nimmt die Lichtausbeute eher ab. Außerdem beträgt die Dicke des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 bevorzugt nicht weniger als 30 µm, stärker bevorzugt nicht weniger als 50 µm und besonders bevorzugt nicht weniger als 80 µm. Wenn die Dicke zu gering ist, nimmt die mechanische Festigkeit des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher ab.
Die Porosität des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 beträgt, bezogen auf das Gesamtvolumen des Wellenlängen-Umwandlungselements 10, bevorzugt 10 % oder weniger, stärker bevorzugt 5 % oder weniger und besonders bevorzugt 1 % oder weniger. Wenn die Porosität zu hoch ist, kann die in den Leuchtstoffpartikeln 4 erzeugte Wärme nur schwer nach außen abgegeben werden. Außerdem nimmt die mechanische Festigkeit des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher ab. Darüber hinaus nimmt die Lichtextraktionseffizienz des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 eher ab. Die untere Grenze der Porosität ist nicht besonders beschränkt, beträgt jedoch tatsächlich nicht weniger als 0,01 %.
Das erfindungsgemäße Wellenlängen-Umwandlungselement 10 weist bevorzugt eine eher geringe Farbungleichmäßigkeit auf. Insbesondere beträgt die Summe einer Variation der Farbigkeit Cx und einer Variation der Farbigkeit Cy aller Lichtstrahlen eines synthetischen Lichts von Anregungslicht, das durch das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 hindurchgegangen ist, und Licht von Anregungslicht, das in der Wellenlänge umgewandelt und vom Wellenlängen-Umwandlungselement emittiert wurde, 0,03 oder weniger, bevorzugt 0,025 oder weniger, stärker bevorzugt 0,02 oder weniger und besonders bevorzugt 0,015 oder weniger. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Summe einer Variation der Farbigkeit Cx und einer Variation der Farbigkeit Cy durch das folgende Verfahren (i) oder (ii) bestimmt werden.
(i) Fall, bei dem die Größe der Anregungslichteintrittsfläche des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 5 mm × 5 mm überschreitet. Zuerst wird das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 auf eine Größe von 5 mm × 5 mm zugeschnitten und die erhaltene folienartige Probe wird in Viertel von 2,5 mm × 2,5 mm geteilt, wodurch vier kleine Stücke hergestellt werden. Als nächstes werden zwei Platten (beispielsweise mit schwarzem Alumit oberflächenbehandelte Aluminiumplatten) mit einem in der Mitte offenen runden Durchgangsloch von 2,4 mm Durchmesser vorbereitet und eines der obigen kleinen Stücke wird zwischen die beiden Platten gelegt. Dabei wird die Mitte des kleinen Stücks mit der Mitte des Durchgangslochs ausgerichtet. Als nächstes wird eine Seite des kleinen Stücks mit Anregungslicht beaufschlagt, von der anderen Seite des kleinen Stücks emittiertes Licht wird in eine Ulbricht-Kugel aufgenommen und alle Lichtstrahlen des emittierten Lichts werden hinsichtlich der Farbigkeit gemessen. Auf diese Weise werden alle vier kleinen Stücke jeweils in Bezug auf die Farbigkeit vermessen. Die Variation der Farbigkeit Cx wird als Differenz (Cx_max - Cx_min) zwischen der maximalen Farbigkeit Cx (Cxmax) bei den vier kleinen Stücken und der minimalen Farbigkeit Cx (Cx_min) bei den vier kleinen Stücken angesehen. Andererseits wird die Variation der Farbigkeit Cy als Differenz (Cy_max - Cy_min) zwischen der maximalen Farbigkeit Cy (Cy_max) bei den vier kleinen Stücken und der minimalen Farbigkeit Cy (Cy_min) bei den vier kleinen Stücken angesehen. Aus diesen Werten kann die Summe {(Cxmax - CX_min) + (Cy_max - Cy_min)} der Variationen der Farbigkeit Cx und der Variationen der Farbigkeit Cy berechnet werden.
(ii) Fall, bei dem die Größe der Anregungslichteintrittsfläche des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 5 mm × 5 mm oder weniger beträgt
Zuerst wird das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 auf eine Größe von X mm × X mm zugeschnitten und die erhaltene blattartige Probe wird in Viertel von X/2 mm × X/2 mm geteilt, wodurch vier kleine Stücke hergestellt werden. Diesbezüglich wird die Länge X jeder Seite der folienartigen Probe bevorzugt so gewählt, dass die Fläche von X mm × X mm ein Maximum erreicht. Als nächstes werden zwei Platten (z. B. mit schwarzem Alumit oberflächenbehandelte Aluminiumplatten) mit einem in der Mitte offenen Durchgangsloch (X - 0,1) mm Durchmesser vorbereitet und eines der obigen kleinen Stücke wird zwischen die beiden Platten gelegt und damit mittig ausgerichtet. Auf einer Seite des kleinen Stücks wird Anregungslicht appliziert, von der anderen Seite des kleinen Stücks emittiertes Licht wird in eine Ulbricht-Kugel aufgenommen und alle Lichtstrahlen des emittierten Lichts werden hinsichtlich der Farbigkeit gemessen. Auf diese Weise werden alle vier kleinen Stücke jeweils in Bezug auf die Farbigkeit vermessen. Aus den erhaltenen Daten werden eine Variation der Farbigkeit Cx und eine Variation der Farbigkeit Cy bestimmt. Die Art und Weise der Bestimmung der Summe der Variation der Farbigkeit Cx und der Variation der Farbigkeit Cy ist die gleiche wie bei dem oben beschriebenen Verfahren (i).
(Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements 10)
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 umfasst bevorzugt den Schritt des Mischens und Brennens von wärmeleitenden Partikeln 1, die zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln enthalten, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden, und Leuchtstoffpartikeln 4.
Das Brennen erfolgt bevorzugt durch Heißpressen. Dadurch kann ein dichter Sinterkörper leicht erhalten werden, so dass die Wärmeleitfähigkeit des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 leicht erhöht werden kann. Der Pressflächendruck kann in Abhängigkeit von einer gewünschten Dicke des Wellenlängen-Umwandlungselements 10 geeignet eingestellt werden. Beispielsweise beträgt der Pressflächendruck bevorzugt 1 MPa oder mehr, stärker bevorzugt 10 MPa oder mehr und besonders bevorzugt 20 MPa oder mehr. Die Obergrenze des Pressenoberflächendrucks ist nicht besonders beschränkt, aber um ein Brechen der Pressform zu verhindern, beträgt sie bevorzugt nicht mehr als 100 MPa und besonders bevorzugt nicht mehr als 50 MPa.
Die maximale Temperatur beim Brennen beträgt bevorzugt 1300 °C oder weniger, stärker bevorzugt 1200 °C oder weniger, noch stärker bevorzugt 1100 °C oder weniger und besonders bevorzugt 1000 °C oder weniger. Wenn die maximale Temperatur beim Brennen zu hoch ist, werden die Leuchtstoffpartikel 4 eher durch Hitze abgebaut. Wenn die maximale Temperatur beim Brennen zu niedrig ist, ist es schwierig, einen dichten Sinterkörper zu erhalten. Unter diesem Gesichtspunkt beträgt die maximale Temperatur beim Brennen nicht weniger als 600 °C, stärker bevorzugt nicht weniger als 650 °C und besonders bevorzugt nicht weniger als 700 °C.
Die Presszeit wird bevorzugt geeignet so eingestellt, dass ein dichter Sinterkörper erhalten werden kann. Beispielsweise beträgt die Presszeit bevorzugt 0,1 bis 300 Minuten, stärker bevorzugt 0,5 bis 120 Minuten und besonders bevorzugt 1 bis 60 Minuten.
Die Atmosphäre beim Brennen ist bevorzugt eine inerte Atmosphäre, eine reduzierende Atmosphäre oder eine Vakuumatmosphäre. Auf diese Weise können die Zersetzung der Leuchtstoffpartikel 4 und die Veränderung der wärmeleitenden Partikel 1 leicht vermindert werden. Außerdem kann die Verschlechterung der Pressform aufgrund von Oxidation leicht verringert werden. Insbesondere werden bei einer inerten Atmosphäre bevorzugt Stickstoff oder Argon verwendet. Im Hinblick auf die Betriebskosten wird besonders bevorzugt Stickstoff verwendet. Bei einer reduzierenden Atmosphäre wird bevorzugt Wasserstoff und besonders bevorzugt ein Mischgas aus Wasserstoff und einem Inertgas verwendet. Das hierin verwendete Inertgas bezieht sich auf Stickstoff oder Argon.
Anstelle von Heißpressen kann ein Sinterkörper durch Pressen eines Mischpulvers aus den Leuchtstoffpartikeln 4, den wärmeleitenden Partikeln 2 mit großem Durchmesser und den wärmeleitenden Partikeln 3 mit kleinem Durchmesser in eine Form und Brennen des erhaltenen Presslings hergestellt werden. Alternativ kann ein Sinterkörper hergestellt werden, indem der Pressling in eine Gummiform aufgenommen wird und diese einem isostatischen Heißpressen unterzogen wird.
(Lichtemittierende Vorrichtung)
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine lichtemittierende Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 gezeigt, enthält die lichtemittierende Vorrichtung 50 das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 und eine Lichtquelle 6. Die Lichtquelle 6 ist so angeordnet, dass Anregungslicht L₀ in das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 eintritt. Anregungslicht L₀, das von der Lichtquelle 6 emittiert wird, wird durch das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 in der Wellenlänge in eine Fluoreszenz L₁ umgewandelt, die eine längere Wellenlänge als das Anregungslicht L₀ aufweist. Außerdem geht ein Teil des Anregungslichts L₀ durch das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 hindurch. Daher emittiert das Wellenlängen-Umwandlungselement 10 synthetisches Licht L₂, das sich aus dem Anregungslicht L₀ und der Fluoreszenz L₁ zusammensetzt. Wenn beispielsweise das Anregungslicht L₀ ein blaues Licht ist und die Fluoreszenz L₁ ein gelbes Licht ist, kann ein weißes synthetisches Licht L₂ bereitgestellt werden.
Die Lichtquelle 6 ist bevorzugt eine LED oder eine LD. Im Hinblick auf die Erhöhung der Lumineszenzintensität der Leuchtvorrichtung 50 wird besonders bevorzugt eine LD verwendet, die in der Lage ist, Licht hoher Intensität zu emittieren.
[Beispiele]
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Wellenlängen-Umwandlungselement unter Bezugnahme auf Beispiele detailliert beschrieben, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.

Die Tabellen 1 und 2 zeigen Arbeitsbeispiele (Nr. 1 und 3 bis 14) der vorliegenden Erfindung und ein Vergleichsbeispiel (Nr. 2). [Tabelle 1]

		Nr. 1	Nr. 2	Nr. 3	Nr. 4	Nr. 5	Nr. 6	Nr. 7
Leuchtstoffpartikel	Typ	YAG	YAG	YAG	YAG	YAG	YAG	YAG
	mittlerer Partikeldurchmesser (µm)	24	24	24	8	24	24	24
	Gehalt (Volumenprozent)	20	20	20	20	20	20	20
wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser	Typ	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO
	mittlerer Partikeldurchmesser (µm)	8	8	47	8	8	12	25
	Gehalt (Volumenprozent)	55	80	55	75	55	55	55
wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser	Typ	MgO	-	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO
	mittlerer Partikeldurchmesser (µm)	0,05	-	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
	Gehalt (Volumenprozent)	25	-	25	5	25	25	25
Brennbedingungen	Wärmebehandlungstemperatur (°C)	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000
	Anpressdruck	40	-	40	40	40	40	40
	Presszeit (min)	60	-	60	60	60	60	60
	Wärmebehandlungsatmosphäre	N₂	Luft	N₂	N₂	N₂	N₂	N₂
Wärmeleitfähigkeit (×10^-6 m²/s)		2,7	1,0	3,7	2,5	2,0	3,2	3,5
Quantenausbeute (%)		89	79	80	81	90	88	86
Farbungleichmäßigkeit		gut	schlecht	schlecht	schlecht	gut	gut	gut

[Tabelle 2]

		Nr. 8	Nr. 9	Nr. 10	Nr. 11	Nr. 12	Nr. 12	Nr. 13
Leuchtstoffpartikel	Typ	YAG	YAG	YAG	YAG	YAG	YAG	YAG
	mittlerer Partikeldurchmesser (µm)	8	8	8	8	8	8	8
	Gehalt (Volumenprozent)	20	20	20	20	20	20	20
wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser	Typ	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO
	mittlerer Partikeldurchmesser (µm)	3	8	12	25	8	8	8 I
	Gehalt (Volumenprozent)	55	55	55	55	35	45	65
wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser	Typ	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO	MgO
	mittlerer Partikeldurchmesser (µm)	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
	Gehalt (Volumenprozent)	25	25	25	25	45	35	15
	Wärmebehandlungstemperatur (°C)	1000	1000	1000	1000	1000	1000	1000
Brennbedingungen	Anpressdruck	40	40	40	40	40	40	40
Brennbedingungen	Presszeit (min)	60	60	60	60	60	60	60
	Wärmebehandlungsatmosphäre	N₂	N₂	N2	N₂	N₂	N₂	N₂
Wärmeleitfähigkeit (×10^-6 m²/s)		3,1 I	3,5	3,8 \|	4,1	2,8	3,1	3,2
Quantenausbeute (%)		90	89	89	87	89	89	85
Farbungleichmäßigkeit		gut	gut	gut	gut	gut	gut	gut

Jedes der Arbeitsbeispiele (Nr. 1 und 3 bis 14) wurde auf die folgende Weise hergestellt. Zuerst wurden Leuchtstoffpartikel, wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser und wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser gemischt, um ihre in den Tabellen 1 und 2 gezeigten Gehalte zu ergeben, wodurch eine Mischung erhalten wurde. Die verwendeten Materialien waren wie folgt.
(a) Leuchtstoffpartikel
YAG-Leuchtstoffpartikel (Y₃Al₅O₁₂, mittlerer Partikeldurchmesser: 8 µm, 24 µm)
(b) Wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser
MgO-Partikel (Wärmeleitfähigkeit: ca. 45 W/m·K, mittlerer Partikeldurchmesser: 3 µm, 8 µm, 12 µm, 25 µm, 47 µm, Brechungsindex (nd): 1,74)
(c) Wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser
MgO-Partikel (Wärmeleitfähigkeit: ca. 45 W/m·K, mittlerer Partikeldurchmesser: 0,05 µm, Brechungsindex (nd): 1,74)
Die oben beschriebene erhaltene Mischung wurde in eine Form gegeben, darin durch Heißpressen unter den in Tabelle 1 beschriebenen Bedingungen gebrannt und dann allmählich auf Normaltemperatur abgekühlt, wodurch ein Wellenlängen-Umwandlungselement als Sinterkörper hergestellt wurde.
Das Vergleichsbeispiel (Nr. 2) wurde auf folgende Weise hergestellt. Zuerst wurden Leuchtstoffpartikel und wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser vermischt, um ihren in Tabelle 1 gezeigten Gehalt zu ergeben, wodurch eine Mischung erhalten wurde. Die verwendeten Materialien waren die gleichen wie beim Arbeitsbeispiel (Nr. 1).
Die oben beschriebene erhaltene Mischung wurde in eine Form gegeben, darin bei einem Druck von 0,45 MPa gepresst, um einen kompaktierten Körper zu bilden, und dann unter den in Tabelle 1 beschriebenen Bedingungen gebrannt. Nach dem Brennen wurde die Mischung allmählich auf Normaltemperatur abgekühlt, wodurch ein Wellenlängen-Umwandlungselement als Sinterkörper hergestellt wurde.
Die erhaltenen Wellenlängen-Umwandlungselemente wurden auf die folgende Weise hinsichtlich der Wärmeleitfähigkeit, der Quantenausbeute und der Farbungleichmäßigkeit bewertet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 angeführt.
Die Wärmeleitfähigkeit wurde mit einem Wärmeleitfähigkeits-Messsystem ai-phase, hergestellt von ai-Phase Co., Ltd., gemessen. Die Messung der Wärmeleitfähigkeit für jede Probe wurde insgesamt elfmal unter einer Bedingung von 105 °C plus/minus 5 °C durchgeführt und der durch Mittelwertbildung der elf Messergebnisse erhaltene Wert wurde als Wärmeleitfähigkeit der Probe verwendet.
Die Quantenausbeute bezieht sich auf einen durch die folgende Gleichung berechneten Wert und wurde mit einem PL-Absolut-Quantenausbeute-Spektrometer (hergestellt von Hamamatsu Photonics K.K.) gemessen. $\begin{array}{l} Quantenausbeute = [(Anzahl der von einer Probe als Fluoreszenz emittierten \\ Photonen) / (Anzahl der von den Probe absorbierten Photonen)] \times 100 (%) \end{array}$
Die Farbungleichmäßigkeit wurde auf die folgende Weise bewertet. Zuerst wurde jedes der erhaltenen Wellenlängen-Umwandlungselemente spiegelpoliert, um eine folienartige Probe mit einer Dicke von 200 µm herzustellen. Die erhaltene folienartige Probe wurde auf eine Größe von 5 mm × 5 mm zugeschnitten und in Viertel von 2,5 mm × 2,5 mm gespalten, wodurch vier kleine Stücke hergestellt wurden. Als nächstes wurden zwei 1 mm dicke, 30 mm × 30 mm Aluminiumplatten hergestellt, die mit schwarzem Alumit oberflächenbehandelt waren und ein kreisförmiges Durchgangsloch mit einem Durchmesser von 2,4 mm hatten, das sich in der Mitte öffnete, und eines der obigen kleinen Stücke wurde zwischen die beiden Platten gelegt, so dass eine Messprobe angefertigt wurde. Als nächstes wurde Anregungslicht (Wellenlänge: 450 nm) auf eine Seite der Messprobe appliziert, von der anderen Seite der Messprobe emittiertes Licht wurde in eine Ulbricht-Kugel aufgenommen und das Licht wurde hinsichtlich der Farbigkeit vermessen. Außerdem wurden unter Verwendung der verbleibenden drei kleinen Stücke Messproben auf die gleiche Weise hergestellt und hinsichtlich der Farbigkeit gemessen. Aus den erhaltenen Daten wurden ein Maximalwert Cx_max und ein Minimalwert Cx_min der Farbigkeit Cx und ein Maximalwert Cy_max und ein Minimalwert Cy_min der Farbigkeit Cy bestimmt. Dann wurde die Summe {(Cxmax - Cx_min) + (Cy_max - Cy_min)} einer Variation der Farbigkeit Cx und einer Variation der Farbigkeit Cy berechnet. Wenn die erhaltene Summe der Variationen der Farbigkeit Cx und der Farbigkeit Cy 0,03 oder weniger betrug, wurde die Probe als „gut“ bewertet. Wenn die erhaltene Summe der Variationen der Farbigkeit Cx und der Farbigkeit Cy größer als 0,03 war, wurde die Probe als „schlecht“ bewertet.
Wie aus den Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, zeigten die Wellenlängen-Umwandlungselemente der Arbeitsbeispiele (Nr. 1 und 3 bis 14) hohe Wärmeleitfähigkeiten von 2,0×10^-6 m²/s oder mehr. Darüber hinaus betrug ihre Quantenausbeute bis zu 80 % oder mehr. Andererseits zeigte das Wellenlängen-Umwandlungselement des Vergleichsbeispiels (Nr. 2) eine niedrige Wärmeleitfähigkeit von 1,0×10^-6 m²/s und eine niedrige Quantenausbeute von 79 %.
Bezugszeichenliste

1: wärmeleitendes Partikel
2: wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser
3: wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser
4: Leuchtstoffpartikel
6: Lichtquellen
10: Wellenlängen-Umwandlungselement
50: lichtemittierende Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2000208815 A [0002]
JP 2003258308 A [0002]
JP 4895541 B2 [0002]

Claims

Wellenlängen-Umwandlungselement, enthaltend wärmeleitende Partikel und Leuchtstoffpartikel, wobei die wärmeleitenden Partikel zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln umfasst, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden.
Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 1, welches ein Sinterkörper aus den wärmeleitenden Partikeln und den Leuchtstoffpartikeln ist.
Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wärmeleitenden Partikel wärmeleitende Partikel mit großem Durchmesser und wärmeleitende Partikel mit kleinem Durchmesser enthalten und ein mittlerer Durchmesser D der wärmeleitenden Partikel mit großem Durchmesser und ein mittlerer Durchmesser d der wärmeleitenden Partikel mit kleinem Durchmesser die folgenden Bedingungen (A) und (B) erfüllen: $0,5 μ m \leq D \leq 50 μ m$
$0,0001 \leq d/D \leq 0,1$
Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 3, wobei der mittlere Durchmesser D der wärmeleitenden Partikel mit großem Durchmesser und ein mittlerer Partikeldurchmesser D_P der Leuchtstoffpartikel die folgende Bedingung (C) erfüllen: $0,1 \leq D_{P} /D \leq 10$
Wellenlängen-Umwandlungselement nach Anspruch 3 oder 4, wobei ein Gehalt V der wärmeleitenden Partikel mit großem Durchmesser und ein Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel im Wellenlängen-Umwandlungselement die folgende Bedingung (C) erfüllen: $50 % \leq V_{P} + V \leq 90 %$
Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wärmeleitenden Partikel aus einem Oxid gefertigt sind.
Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die wärmeleitenden Partikel aus Magnesiumoxid gefertigt sind.
Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Gehalt V_P der Leuchtstoffpartikel 0,01 bis 80 % beträgt.
Wellenlängen-Umwandlungselement, das Leuchtstoffpartikel und wärmeleitenden Partikel enthält und eine Wärmeleitfähigkeit von 2×10^-6 m²/s oder mehr aufweist.
Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das eine Quantenausbeute von 20 % oder mehr aufweist.
Wellenlängen-Umwandlungselement, das dazu in der Lage ist, eine Wellenlänge von Anregungslicht umzuwandeln, das von einer Lichtquelle emittiert wird, wobei eine Summe der Variation in der Farbigkeit Cx und einer Variation in der Farbigkeit Cy aller Lichtstrahlen eines synthetischen Lichts aus Anregungslicht, das durch das Wellenlängen-Umwandlungselement hindurchgelangt ist, und Licht von der Anregungslicht, das in der Wellenlänge umgewandelt und vom Wellenlängen-Umwandlungselement emittiert wurde, 0,03 oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei das Verfahren den Schritt des Mischens und Brennens von wärmeleitenden Partikeln, enthaltend zwei Typen von wärmeleitenden Partikeln, die sich im mittleren Partikeldurchmesser voneinander unterscheiden, und Leuchtstoffpartikeln umfasst.
Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements nach Anspruch 12, wobei das Brennen durch Heißpressen ausgeführt wird.
Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements nach Anspruch 12 oder 13, wobei eine maximale Temperatur des Brennens 1300 °C oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung des Wellenlängen-Umwandlungselements nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei das Brennen in einer inerten Atmosphäre, einer reduzierenden Atmosphäre oder einer Vakuumatmosphäre durchgeführt wird.
Lichtemittierende Vorrichtung, enthaltend das Wellenlängen-Umwandlungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und eine Lichtquelle, die so funktioniert, dass sie das Wellenlängen-Umwandlungselement mit Anregungslicht bestrahlt.
Lichtemittierende Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die Lichtquelle eine Laserdiode ist.