DE112021002238T5

DE112021002238T5 - Gesinterter körper, lichtemittierende vorrichtung, wellenlängenumwandlungsbauteil, und verfahren zum herstellen des gesinterten körpers

Info

Publication number: DE112021002238T5
Application number: DE112021002238.5T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Sadamochi
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2020-04-09
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2023-02-16
Also published as: WO2021206151A1; US20230143058A1; JPWO2021206151A1

Abstract

Ein gesinterter Körper, der eine hohe Wärmeableitung hat und von dem Licht emittiert werden kann, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird, eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Wellenlängenumwandlungsbauteil und ein Verfahren zum Herstellen des gesinterten Körpers werden bereitgestellt.Der gesinterte Körper enthält Aluminiumnitrid und Europium, hat eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm2/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und emittiert grünes Licht, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen gesinterten Körper, eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Wellenlängenumwandlungsbauteil, und ein Verfahren zum Herstellen des gesinterten Körpers.
Hintergrund
Eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein lichtemittierendes Element einer lichtemittierenden Diode (LED) oder einer Laserdiode (LD) verwendet, ist eine Lichtquelle, die einen hohen Umwandlungswirkungsgrad hat, einen geringen Energieverbrauch hat, und in der Größe reduziert werden kann, und daher als eine alternative Energiequelle zu einer Glühbirne und einer Leuchtstofflampe verwendet wird. Zum Beispiel emittiert eine lichtemittierende Vorrichtung, die ein fluoreszierendes Bauteil verwendet, das eine LED, einen anorganischen Leuchtstoff in einer Pulverform und ein Harz enthält, gemischtes Licht aus Licht, das von der LED emittiert wird, und Licht, das von dem anorganischen Leuchtstoff emittiert wird, der durch das Licht, das von der LED emittiert wird, angeregt wird. Solch eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine LED und einen anorganischen Leuchtstoff verwendet, wird nicht nur in Beleuchtungsgebieten wie Innenbeleuchtung und Fahrzeuginnenbeleuchtung, sondern auch in einem breiten Bereich von Gebieten wie Flüssigkristall-Hintergrundbeleuchtungs-Lichtquellen und Beleuchtung verwendet. Ferner wurde eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine LD und einen anorganischen Leuchtstoff kombiniert, in Gebieten wie Projektorlichtquellen verwendet.
Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von Sialon-Leuchtstoff, das das direkte Zuführen, in einem Behälter oder Ähnlichem, von Pulveransammlungen einer Mischung, die einheitliche Partikelgröße bei einem Füllgrad, der eine Bulkdichte von 40 % oder weniger aufweist, hat, enthält, und dann gesintert wird, ohne Anwenden einer mechanischen Kraft auf das Pulver, und ohne dass es vorher unter Verwendung einer Form oder dergleichen gegossen wird.
Zitationsliste
Patentdokumente
Patentdokument 1: WO 2006/016711
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Bei dem Verfahren, das in Patentdokument 1 beschrieben ist, ist es jedoch schwierig, einen dichten gesinterten Körper zu erhalten, und eine Verbesserung der Wärmeableitung des gesinterten Körpers wird angestrebt.
Daher ist ein Ziel der vorliegenden Offenbarung, einen gesinterten Körper bereitzustellen, der hohe Wärmeableitung hat und Licht emittiert, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird, eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Wellenlängenumwandlungsbauteil und ein Verfahren zum Herstellen des gesinterten Körpers.
Lösung des Problems
Die vorliegende Offenlegung umfasst die folgenden Aspekte.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein gesinterter Körper, der Aluminiumnitrid und Europium enthält. Der gesinterte Körper hat eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und emittiert grünes Licht, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein gesinterter Körper, der Aluminiumnitrid und Europium enthält. Der gesinterte Körper hat eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und ein Europiumgehalt ist in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge.
Ein dritter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die den gesinterten Körper und eine Anregungslichtquelle enthält.
Ein vierter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Wellenlängenumwandlungsbauteil, das Aluminiumnitrid und Europium enthält. Das Wellenlängenumwandlungsbauteil hat eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und ein Europiumgehalt ist in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge.
Ein fünfter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers, wobei das Verfahren Bereitstellen einer Rohmaterialmischung durch Mischen von Aluminiumnitrid und Europium, Bereitstellen eines gebildeten Körpers, der die Rohmaterialmischung enthält, und Feuern des gebildeten Körpers in einem Temperaturbereich von 1700°C bis 2050°C enthält, um einen gesinterten Körper zu erhalten, der grünes Licht emittiert, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
Ein sechster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers, wobei das Verfahren Bereitstellen eines gebildeten Körpers aus einer Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und eine Verbindung, die Europium enthält, enthält, und Feuern des gebildeten Körpers in einem Bereich von 1700°C bis 2050°C, um einen gesinterten Körper zu erhalten. Ein Gehalt der Verbindung, die Europium enthält, in der Rohmaterialmischung ist in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 20 Masse% relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß den oben beschriebenen Aspekten können ein gesinterter Körper, der eine hohe Wärmeableitung hat und Licht emittiert, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird, eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Wellenlängenumwandlungsbauteil und ein Verfahren zum Herstellen des gesinterten Körpers bereitgestellt werden.
Figurenliste

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Verfahrens zum Herstellen eines gesinterten Körpers gemäß der vorliegenden Ausführungsform illustriert.
2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer lichtemittierenden Vorrichtung illustriert, die ein LED-Element verwendet.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung illustriert, die das LD-Element verwendet.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung illustriert, die das LD-Element verwendet.
5 ist ein Diagramm, das Lichtemissionsspektren zeigt, als gesinterte Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 7 und Beispiel 11 durch eine Lichtquelle, die eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 365 nm hat, angeregt wurden.
6 ist ein Diagramm, das Lichtemissionsspektren zeigt, als die gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 7 und Beispiel 11 durch eine Lichtquelle, die eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 400 nm hat, angeregt wurden.
7 ist ein Diagramm, das ein Anregungsspektrum des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 1 zeigt.
8 ist ein Diagramm, das ein jeweiliges XRD-Spektrum eines gesinterten Körpers des Beispiels 2, eines gesinterten Körpers des Vergleichsbeispiels 1, AlN, Eu₂O₃, Y₂O₃, Al₃NO₃ und Si₂Al₄O₄N₄ zeigt.
9 ist eine REM-Aufnahme eines Rückstreuelektronenbildes eines Teilquerschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, die Analysepunkte unter Verwendung von EPMA zeigt.
10 ist eine REM-Aufnahme eines Rückstreuelektronenbildes eines Teilquerschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, die Analysepunkte unter Verwendung von EDX zeigt.
11 ist eine REM-Aufnahme eines Rückstreuelektronenbildes eines Teilquerschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, die Analysepunkte unter Verwendung von EDX zeigt.
12 ist ein Diagramm, das Lichtemissionsspektren zeigt, als die gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3 durch eine Lichtquelle, die eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 365 nm hat, angeregt wurden.
13 ist ein Diagramm, das Lichtemissionsspektren zeigt, als die gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3 durch eine Lichtquelle, die eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 400 nm hat, angeregt wurden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Unten werden ein gesinterter Körper, eine lichtemittierende Vorrichtung, ein Wellenlängenumwandlungsbauteil und ein Verfahren zum Herstellen des gesinterten Körpers gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen beschrieben. Allerdings sind die unten illustrierten Ausführungsformen Beispiele zum Ausführen des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf den folgenden gesinterten Körper, lichtemittierende Vorrichtung, Wellenlängenumwandlungsbauteil, und Verfahren zum Herstellen der gesinterter Körper beschränkt. Zu beachten ist, dass sich in dieser Spezifikation grünes Licht auf Licht bezieht, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in einem Bereich von 490 nm bis 570 nm hat.
Gesinterter Körper
Der gesinterte Körper enthält Aluminiumnitrid und Europium, und eine thermische Diffusionsfähigkeit dessen, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25 °C, ist 27,0 mm²/s oder größer. Der gesinterte Körper emittiert grünes Licht, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
Ferner ist der Europiumgehalt im gesinterten Körper in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge.
Der gesinterte Körper enthält ein Basismaterial, das aus dem Aluminiumnitrid gebildet ist, und das Europium dient als ein Lichtemissionszentrum, und emittiert somit grünes Licht bei Absorption des Lichts von der Anregungslichtquelle. Das Europium, das im gesinterten Körper enthalten ist, kann Europium sein, das von Europium stammt, das in einem Sinterhilfsmittel enthalten ist, das während des Sinterns des Aluminiumnitridpulvers verwendet wird, das ein Rohmaterial ist. Der gesinterte Körper mit dem Aluminiumnitrid-Pulver, das durch das Sinterhilfsmittel zusammengebunden ist, hat eine hohe Dichte und eine hohe thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode. Die thermische Diffusionsfähigkeit des gesinterten Körpers, gemessen durch die Laser-Flash-Methode bei 25 °C, kann 28,0 mm²/s oder größer sein, kann 30,0 mm²/s oder größer sein, kann 50,0 mm²/s oder größer sein, kann 55,0 mm²/s oder größer sein, kann 60,0 mm²/s oder größer sein oder kann 65,0 mm²/s oder größer sein. Die thermische Leitfähigkeit wird durch das Produkt aus thermischer Diffusionsfähigkeit, spezifischen Wärmekapazität und der Dichte bestimmt. Daher hat ein gesinterter Körper, der eine hohe thermische Diffusionsfähigkeit hat, eine hohe thermische Leitfähigkeit und eine hohe Wärmeableitung. In einem Fall, in dem der gesinterte Körper Aluminiumnitrid zu 100 Masse% enthält und eine Dichte hat, die äquivalent zur Dichte von Aluminiumnitrid (kg/m³) ist, ist die theoretische thermische Leitfähigkeit von Aluminiumnitrid 320 W/m·K. Zu diesem Zeitpunkt ist die thermische Diffusionsfähigkeit des gesinterten Körpers 136,3 mm²/s. Daher kann die thermische Diffusionsfähigkeit des gesinterten Körpers 136,3 mm²/s oder weniger sein.
Eine thermische Diffusionsfähigkeit α des gesinterten Körpers kann in einer Probe von 10 mm (Länge) × 10 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) zum Beispiel unter Verwendung eines Laser-Flash-Analysators (zum Beispiel LFA 447 der Firma NETZSCH GmbH) basierend auf einer Laser-Flash-Methode bei 25 °C gemessen werden. Eine spezifische Wärmekapazität Cp, die in dieser Spezifikation als die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumnitrid (AlN) verwendet wird, ist 0,72 KJ/kg·K. Ferner kann die scheinbare Dichte des gesinterten Körpers durch Gleichung (1) unten unter Verwendung des Volumens, das durch die Archimedes-Methode gemessen wird, berechnet werden.

[Gleichung 1] $\begin{array}{l} Scheinbare Dichte ρ ({kg/m}^{3}) des gesinterten K \ddot{o} rpers = \\ Masse (kg) des gesinterten K \ddot{o} rpers/ \\ Volumen des gesinterten K \ddot{o} rpers (Archimedes - Methode) \end{array}$
Eine thermische Leitfähigkeit λ des gesinterten Körpers kann durch das Produkt der gemessenen thermischen Diffusionsfähigkeit α, der spezifischen Wärmekapazität Cp und einer Dichte ρ (scheinbare Dichte) berechnet werden, im Besonderen durch Gleichung (2) unten.

[Gleichung 2] $\begin{array}{l} Thermische Leitf \ddot{a} higkeit λ (W/m \cdot K) \\ = thermische Diffusionsf \ddot{a} higkeit α (m^{2} /s) \\ \times spezifische W \ddot{a} rmekapazit \ddot{a} t C_{p} (J/kg \cdot K) \\ \times scheinbare Dichte ρ ({kg/m}^{3}) \end{array}$
Die scheinbare Dichte des gesinterten Körpers ist bevorzugt 2,5 g/cm³ (0,0025 kg/m³) oder größer. Die scheinbare Dichte des gesinterten Körpers ist stärker bevorzugt 2,9 g/cm³ oder größer, noch stärker bevorzugt 3,0 g/cm³ oder größer, und besonders bevorzugt 3,1 g/cm³ oder größer. Wenn die Dichte des gesinterten Körpers in diesen Bereichen ist, kann ein gesinterter Körper erhalten werden, der geringe Porosität und hohe thermische Diffusionsfähigkeit hat. Die scheinbare Dichte des gesinterten Körpers ist 3,5 g/cm³ oder weniger.
Der gesinterte Körper wird vorzugsweise durch eine Anregungslichtquelle angeregt und emittiert grünes Licht, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in einem Bereich von 500 nm bis 550 nm hat. Der gesinterte Körper kann eine Lichtemissionspeakwellenlänge von Licht, das durch die Anregungslichtquelle angeregt wurde, in einem Bereich von 510 nm bis 545 nm oder in einem Bereich von 520 nm bis 540 nm haben.
Die Anregungslichtquelle ist vorzugsweise ein lichtemittierendes Element, das Licht emittiert, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 480 nm hat. Unter dem Gesichtspunkt des effizienten Anregens des gesinterten Körpers kann die Lichtemissionspeakwellenlänge des Lichts, das von der Anregungslichtquelle emittiert wird, beispielsweise in einem Bereich von 300 nm bis 450 nm sein, kann in einem Bereich von 330 nm bis 450 nm sein, kann in einem Bereich von 340 nm bis 430 nm sein oder kann in einem Bereich von 360 nm bis 430 nm sein.
Der Europiumgehalt in dem gesinterten Körper ist bevorzugt in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu 100 Masse% einer Gesamtmenge des gesinterten Körpers. Der Europiumgehalt im gesinterten Körper ist stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,3 Masse% bis 8 Masse%, noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,4 Masse% bis 7 Masse%, und noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Masse% bis 6 Masse%, relativ zu der Gesamtmenge des gesinterten Körpers. Wenn der Europiumgehalt in dem gesinterten Körper in dem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu 100 Masse% der Gesamtmenge des gesinterten Körpers ist, ist eine ausreichende Europiummenge, das als das Lichtemissionszentrum dient, in dem gesinterten Körper enthalten, um grünes Licht durch das Licht der Anregungslichtquelle zu emittieren. Ferner, wenn der Europiumgehalt, der im gesinterten Körper enthalten ist, in dem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zur Gesamtmenge ist, kann das Europium in den Aluminiumnitridpartikeln und zwischen den Aluminiumnitridpartikeln eingerichtet sein. Dadurch kann sowohl grüne Lichtemission durch den gesinterten Körper als auch ein dichter gesinterter Körper erreicht werden. Ferner kann, unter dem Gesichtspunkt der Lichtstärke, der Europiumgehalt, der im gesinterten Körper enthalten ist, in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 2 Masse% relativ zu der Gesamtmenge sein. Wenn der Europiumgehalt, der im gesinterten Körper enthalten ist, in dem Bereich von 0,2 Masse% bis 2 Masse% ist, kann die Lichtstärke weiter verbessert werden. Als ein Faktor zum Verbessern der Lichtstärke ist zum Beispiel die Unterdrückung von Konzentrationslöschung denkbar. Der Europiumgehalt im gesinterten Körper kann durch ein induktiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma-Atomemissionsspektrometriesystem (ICP-AES) nach der Acidolyse des gesinterten Körpers gemessen werden. Ferner ist, unter dem Gesichtspunkt der Lichtstärke, der Europiumgehalt, der im gesinterten Körper enthalten ist, vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 1,7 Masse%, relativ zu der Gesamtmenge des gesinterten Körpers, und bevorzugter in einem Bereich von 0,5 Masse% bis 1,7 Masse% relativ zu der Gesamtmenge des gesinterten Körpers. Im Ergebnis kann die Lichtstärke weiter verbessert werden.
Das Europium im gesinterten Körper ist in den Aluminiumnitridpartikeln und zwischen den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden. Das Europium im gesinterten Körper kann Europium sein, das von einem Sinterhilfsmittel stammt. Das Sinterhilfsmittel schmilzt das Oxid, das auf der Oberfläche des Aluminiumnitrids vorhanden ist, und erhöht die Sinterfähigkeit des Aluminiumnitrids, das das Basismaterial ist. Das Sinterhilfsmittel verbleibt vorzugsweise nicht im gesinterten Körper in der Form eines Sinterhilfsmittels. Dies ermöglicht es, eine Abnahme der thermischen Leitfähigkeit, bewirkt durch Rest-Sinterhilfsmittel, zu unterdrücken. Daher ist das Europium zwischen den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden. Das Europium im gesinterten Körper ist auch in den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden, die das Basismaterial ausmachen, und fungiert als ein Lichtemissionszentrum, wenn es durch die Anregungslichtquelle angeregt wird. Das Europium im gesinterten Körper ist hauptsächlich zwischen Aluminiumnitridpartikeln vorhanden, die durch Sintern an Aluminiumnitridpartikeln haften. Die Europiummenge, die in den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden ist, ist geringer verglichen mit der des Europiums, das zwischen den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden ist.
Eine Europiummenge X₁ und eine Aluminiummenge Y₁, die in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers vorhanden sind, können gemessen werden, indem der gesinterte Körper geschnitten wird und somit ein Querschnitt des gesinterten Körpers exponiert wird, und eine Zusammensetzungsanalyse an bestimmten Punkten im Querschnitts durchgeführt wird, beispielsweise unter Verwendung eines Feldemissions-Elektronensonden-Mikroanalyzers (zum Beispiel Modellnummer JXA-8500F, hergestellt von JEOL Ltd.), der ein Elektronenstrahlmikroanalyseverfahren (EPMA) anwendet, und/oder ein Rasterelektronenmikroskop - energiedispersives Röntgenanalysesystem (REM-EDX) (zum Beispiel Modellnummer SU8230, hergestellt von Shimadzu Corporation, und ein Siliziumdriftdetektor (SDD-Vorrichtung), hergestellt von Horiba, Ltd.) Zum Beispiel können drei bis fünf beliebige Punkte in den Aluminiumnitridpartikeln im beliebigen Querschnitt des gesinterten Körpers ausgewählt werden, die Europiummenge und die Aluminiummenge in den Aluminiumnitridpartikeln an den ausgewählten Stellen können detektiert werden, und dann können die arithmetischen Mittelwerte als die Europiummenge X₁ und die Aluminiummenge Y₁ festgelegt werden, die in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers vorhanden sind. Die Europiummenge in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers ist jedoch so viel geringer, dass sie durch das REM-EDX-System aufgrund der Empfindlichkeit des Systems möglicherweise nicht mehr messbar ist. In diesem Fall sollte sie durch das EPMA-System gemessen werden. Ein erstes Verhältnis X₁ /Y₁ der Europiummenge X₁ zu der Aluminiummenge Y₁, die in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers vorhanden ist, ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,0005 bis 0,15, bevorzugter in einem Bereich von 0,0006 bis 0,1 und stärker bevorzugter in einem Bereich von 0,00075 bis 0,075.
Ferner können eine Europiummenge X₂ und eine Aluminiummenge Y₂, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln im gesinterten Körper vorhanden sind, in ähnlicher Weise unter Verwendung des EPMA-Systems und/oder des oben beschriebenen REM-EDX-Systems gemessen werden. Ein zweites Verhältnis X₂/Y₂ der Europiummenge X₂ zu der Aluminiummenge Y₂, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers vorhanden ist, ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 15, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,7 bis 12 und noch stärker bevorzugter in einem Bereich von 1 bis 10. Der gesinterte Körper enthält Aluminiumnitridpartikel, die Europium enthalten, und ein zusammengesetztes Oxid, das Europium enthält. Das zusammengesetzte Oxid, das Europium enthält, stammt von einer flüssigen Phase, die durch das Oxid auf der Oberfläche des Aluminiumnitrids produziert wird, das mit der Verbindung, die Europium enthält, im Herstellungsprozess des gesinterten Körpers reagiert, wie unten beschrieben.
Zu beachten ist, dass der gesinterte Körper Metallelemente, die andere sind als das Aluminium und das Europium, in einer Menge von nicht mehr als 1 Masse% relativ zu dem gesamten gesinterten Körper enthalten kann. Vorzugsweise ist die Menge 0,5 Masse% oder weniger, und noch bevorzugter 0,1 Masse% oder weniger. Ferner kann der gesinterte Körper auch ein gesinterter Körper sein, der aus Aluminiumnitrid und Europium zusammengesetzt ist, ohne dass andere Metallelemente als das Aluminium und das Europium enthalten sind. Ferner kann das Basismaterial des gesinterten Körpers Aluminiumnitrid sein, und es ist möglich, dass der gesinterte Körper keine Metallelemente enthält, die anders als das Aluminium und das Europium sind. Auf diese Weise kann Färbung des gesinterten Körpers unterdrückt werden. Dies ermöglicht es, Lichtabsorption durch einen gefärbten Bereich zu unterdrücken und so die Lichtextraktionseffizienz zu verbessern.
Wellenlängenumwandlungsbauteil
Der oben beschriebene gesinterte Körper kann auch als ein Wellenlängenumwandlungsbauteil bezeichnet werden. Das Wellenlängenumwandlungsbauteil enthält Aluminiumnitrid und Europium. Das Wellenlängenumwandlungsbauteil hat eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25 °C. Ferner ist in dem Wellenlängenumwandlungsbauteil ein Europiumgehalt in einem Bereich von 0,2 bis 10 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge. Das Wellenlängenumwandlungsbauteil kann die gleiche Konfiguration wie die des oben beschriebenen gesinterten Körpers annehmen. Der gesinterte Körper, der durch das unten beschriebene Verfahren zum Herstellen eines gesinterte Körper hergestellt ist, kann auch als ein Wellenlängenumwandlungsbauteil bezeichnet werden, und das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers kann auch als ein Verfahren zum Herstellen eines Wellenlängenumwandlungsbauteils bezeichnet werden.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers
Das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers enthält Bereitstellen eines gebildeten Körpers aus einer Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und eine Verbindung, die Europium enthält, enthält, und Feuern des gebildeten Körpers in einem Temperaturbereich von 1700°C bis 2050°C. Der gesinterte Körper emittiert grünes Licht, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Verfahrens zum Herstellen eines gesinterten Körpers illustriert. Die Schritte des Verfahrens zum Herstellen eines gesinterten Körpers werden nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers enthält Schritt S100 des Bereitstellens eines gebildeten Körpers aus einer Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und eine Verbindung, die Europium enthält, enthält, und Schritt S103 des Feuerns des gebildeten Körpers. Der Schritt S100 des Bereitstellens eines gebildeten Körpers aus einer Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und eine Verbindung enthält, die Europium enthält, enthält Schritt S101 des Bereitstellens der Rohmaterialmischung, die das Aluminiumnitrid und die Verbindung, die Europium enthält, enthält, und Schritt S102 des Bereitstellens des gebildeten Körpers, der die Rohmaterialmischung enthält. Der Schritt S102 des Bereitstellens des gebildeten Körpers, der die Rohmaterialmischung enthält, enthält vorzugsweise Schritt S102a des Bereitstellens eines gekneteten Produkts durch Kneten der Rohmaterialmischung und einer organischen Substanz, Schritt S102c des Bildens des gekneteten Produkts und Schritt S102d des Erhitzens des gekneteten Produkts, das gebildet wird. Der Schritt S102 des Bereitstellens des gebildeten Körpers, der die Rohmaterialmischung enthält, kann Schritt S102b des Granulierens des gekneteten Produkts in eine granulare Form oder eine Pelletform nach Schritt S102a des Bereitstellens des gekneteten Produkts enthalten.
Rohmaterialmischungsbereitstellungsschritt
Die Rohmaterialmischung enthält die Verbindung, die Europium enthält, und das Aluminiumnitrid. Die Rohmaterialmischung kann das Aluminiumnitrid und eine Verbindung enthalten, die anders als die Verbindung ist, die Europium enthält.
Aluminiumnitrid
Als Aluminiumnitrid, das als das Basismaterial des gesinterten Körpers dient, kann Aluminiumnitrid in Pulverform verwendet werden. Dieses Aluminiumnitrid in Pulverform kann durch ein bekanntes Herstellungsverfahren hergestellt werden. So kann das Aluminiumnitrid beispielsweise durch Verbrennungssynthese oder direktes Nitrieren gewonnen werden, bei dem metallisches Aluminiumpulver in einer Stickstoffatmosphäre verbrannt wird, oder durch reduktives Nitrieren, bei dem Aluminiumoxidpulver erhitzt und in Stickstoff reduziert wird. Ferner kann das Aluminiumnitrid durch eine Reaktion zwischen organischem Aluminium und Ammoniak gewonnen werden.
In dieser Spezifikation ist eine zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel die Partikelgröße, die zu 50 % in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung korrespondiert, die durch die Coulter-Zähler-Methode gemessen wird. Die Coulter-Zähler-Methode ist eine Methode zum Messen einer Partikelgröße, ohne zwischen primären und sekundären Partikeln zu unterscheiden, durch Nutzen des elektrischen Widerstands, wenn Partikel, die in einer wässrigen Elektrolytlösung dispergiert sind, sich durch eine Pore (Öffnung) auf der Basis des Coulter-Prinzips bewegen.
Die zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel, die das Aluminiumnitridpulver ausmachen, ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 µm bis 5 µm, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,3 µm bis 3 µm, und noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,5 µm bis 1,5 µm. Wenn die zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel weniger als 0,1 µm ist, ist die zentrale Partikelgröße der Aluminiumnitridpartikel zu klein, und aufgrund der Reaktion mit Wasserdampf in der Atmosphäre neigt ein Oxidfilm dazu, sich auf der Partikeloberfläche zu bilden. Infolgedessen wird, weil der Sauerstoffgehalt im Aluminiumnitridpulver zunimmt, Sauerstoff in die Aluminiumnitridkristalle während des Feuerns eingemischt, und ein zusammengesetztes Oxid, das Aluminium und Stickstoff enthält, wird leicht gebildet. Darüber hinaus dringt Sauerstoff (O) während des Feuerns in die Stickstoff (N)-Stelle in den Aluminiumnitridkristallen ein und erzeugt Punktdefekte des Aluminiums (Al), die die Phononen streuen und die thermische Leitfähigkeit des gesinterten Körpers verringern. Wenn die zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel größer als 5 µm ist, kann es außerdem schwierig sein, einen dichten gesinterten Körper aus Aluminiumnitrid zu erhalten, selbst wenn ein Sinterhilfsmittel hinzugefügt wird. Das heißt, wenn die zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel in einem Bereich von 0,1 µm bis 5 µm ist, kann ein dichter gesinterter Körper erhalten werden, während die Mischung von Sauerstoff in die Aluminiumnitridkristalle während des Feuerns reduziert und eine Abnahme der thermischen Leitfähigkeit unterdrückt wird.
Im Aluminiumnitridpulver ist der Sauerstoffgehalt vorzugsweise 2 Masse% oder weniger, bevorzugter 1,5 Masse% oder weniger, relativ zu der Gesamtmenge des Aluminiumnitridpulvers. Der Sauerstoffgehalt im Aluminiumnitridpulver kann mit einem Sauerstoff/Stickstoff-Analysator (zum Beispiel Modellnummer EMGA-820, Horiba, Ltd.) gemessen werden. Wenn der Sauerstoffgehalt im Aluminiumnitridpulver 2 Masse% oder weniger ist, können Punktdefekte von Al im Gitter der Aluminiumnitridkristalle, die das Basismaterial des gesinterten Körpers ausmachen, reduziert werden, und ein gesinterter Körper, der hohe Wärmeableitung hat, kann hergestellt werden.
Vorzugsweise enthält das Aluminiumnitridpulver keine beliebigen Metallelemente mit Ausnahme von Aluminium. Insbesondere kann, wenn Eisen enthalten ist, der erhaltene gesinterte Körper schwarz gefärbt sein, und daher ist Eisen vorzugsweise nicht enthalten. Der Gehalt der Metallelemente mit Ausnahme von Aluminium in dem Aluminiumnitridpulver ist vorzugsweise 1 Masse% oder weniger, bevorzugter 0,5 Masse% oder weniger, stärker bevorzugter 0,1 Masse% oder weniger und besonders bevorzugt 0,01 Masse% oder weniger, relativ zu der Gesamtmenge des Aluminiumnitridpulvers. Der Gehalt der Metallelemente mit Ausnahme von Aluminium in dem Aluminiumnitridpulver kann durch ein induktiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma-Atomemissionsspektrometriesystem (ICP-AES) gemessen werden.
Das Aluminiumnitridpulver hat vorzugsweise eine Reflektivität von 50 % oder höher, stärker bevorzugt 70 % oder höher, in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm. Wenn die Reflektivität des Aluminiumnitridpulvers im Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm 50 % oder größer ist, wird auch die Reflektivität des erhaltenen gesinterten Körpers erhöht, was ermöglicht, die Lichtstärke des grünen Lichts bei Anregung durch die Anregungslichtquelle zu erhöhen.
Das Aluminiumnitridpulver in der Rohmaterialmischung ist vorzugsweise in einem Bereich von 80 Masse% bis 99,8 Masse% relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung. Wenn der Aluminiumnitridpulvergehalt in der Rohmaterialmischung in dem Bereich von 80 Masse% bis 99,8 Masse% relativ zu der Rohmaterialmischung ist, kann ein gesinterter Körper, der hohe thermische Diffusionsfähigkeit hat, mit dem Aluminiumnitrid als Basismaterial erhalten werden. Weiterhin ist der Gehalt stärker bevorzugt in einem Bereich von 85 Masse% bis 99,7 Masse%, noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 90 Masse% bis 99,6 Masse%, und noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 95 Masse% bis 99,6 Masse% und besonders bevorzugt in einem Bereich von 95 Masse% bis 99,5 Masse%. Ferner kann der Aluminiumnitridpulvergehalt in der Rohmaterialmischung in einem Bereich von 97 Masse% bis 99,5 Masse% relativ zu der Rohmaterialmischung sein. Infolgedessen kann ein dichter gesinterter Körper erhalten werden, wenn er zusammen mit einer Verbindung, die Europium enthält, gefeuert wird. Dadurch kann die thermische Diffusionsfähigkeit erhöht werden, was ermöglicht, die thermische Leitfähigkeit und die Lichtstärke zu verbessern.
Verbindung, die Europium enthält
Beispiele von Verbindungen, die Europium enthalten, enthalten Oxide oder Fluoride, die Europium enthalten. Die Verbindung, die Europium enthält, ist eine Verbindung, die ein Element enthält, das ein Lichtemissionszentrum ist, und als ein Sinterhilfsmittel verwendet werden kann. Beispiele von Oxiden, die Europium enthalten, enthalten Europiumoxid (Eu₂O₃). Beispiele von Fluoriden, die Europium enthalten, enthalten Europiumfluorid. Vorzugsweise ist die Verbindung, die Europium enthält, ein Oxid, das Europium enthält. Insbesondere ist die Verbindung vorzugsweise Europiumoxid.
Die Verbindung, die Europium in der Rohmaterialmischung enthält, ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 20 Masse% relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung. Wenn der Gehalt der Verbindung, die Europium enthält, in der Rohmaterialmischung in dem Bereich von 0,2 Masse% bis 20 Masse% ist, kann ein gesinterter Körper, bei dem die Aluminiumnitridpartikel dicht aneinander gebunden sind, durch die flüssige Phase zwischen den gebildeten Aluminiumnitridpartikeln, die die Elemente in der Verbindung enthalten, die Europium enthält, erhalten werden. Zum Beispiel erzeugt in einem Fall, in dem die Verbindung, die Europium enthält, Europiumoxid (Eu₂O₃) ist, die Reaktion zwischen Europiumoxid und dem Oxid, das auf der Oberfläche des Aluminiumnitrids gebildet ist, eine flüssige Phase, was ermöglicht, einen gesinterten Körper zu erhalten, bei dem die Aluminiumnitridpartikel durch ein zusammengesetztes Oxid dicht aneinander gebunden sind, das aus der flüssigen Phase stammt, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln gebildet ist. Die Verbindung, die Europium enthält, ist in der Rohmaterialmischung bevorzugter in einem Bereich von 0,3 Masse% bis 15 Masse%, stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,4 Masse% bis 10 Masse%, noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 0,4 Masse% bis 5 Masse%, und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 Masse% bis 5 Masse%, relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung. Ferner ist unter dem Gesichtspunkt des Verbesserns der Lichtstärke die Verbindung, die Europium enthält, in der Rohmaterialmischung vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Masse% bis 3 Masse%, relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung. Dadurch ist es möglich, einen gesinterten Körper, der eine hohe Lichtstärke hat, herzustellen. Dies ist zum Beispiel dadurch denkbar, dass ein gesinterter Körper erhalten wird, bei dem das Europium in den Aluminiumnitridpartikeln in dem Ausmaß beinhaltet ist, dass eine Konzentrationslöschung unterdrückt wird. Das Europium, das in der Verbindung enthalten ist, ist zwischen den Aluminiumnitridpartikeln und in den Aluminiumnitridpartikeln aufgrund des Sinterns vorhanden. Es wird vermutet, dass das Europium, das in den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden ist, die das Basismaterial des gesinterten Körpers ausmachen, als das Lichtemissionszentrum des grünen Lichts dient, das vom gesinterten Körper bei Anregung emittiert wird. Der Gehalt der Verbindung, die Europium enthält, in der Rohmaterialmischung wird auf 20 Masse% oder weniger festgelegt, wodurch eine Abnahme der thermischen Leitfähigkeit des erhaltenen gesinterten Körpers weniger wahrscheinlich ist. Dies liegt daran, dass während des Sinterns die Reaktion zwischen der Verbindung, die Europium enthält, und dem Oxid, das auf der Oberfläche des Aluminiumnitrids gebildet ist, ein zusammengesetztes Oxid zwischen den Aluminiumnitridpartikeln bildet, das Verhältnis des zusammengesetzten Oxid, das im gesinterten Körper verbleibt, jedoch nicht übermäßig hoch ist. Ferner, wenn der Gehalt der Verbindung, die Europium enthält, in der Rohmaterialmischung 20 Masse% oder weniger ist, wird die Menge der erzeugten flüssigen Phase nicht übermäßig groß, das Schrumpfen des gesinterten Körpers im Feuerungsprozess wird reduziert, die Maßgenauigkeit des erhaltenen gesinterten Körpers wird verbessert, und ein gesinterter Körper, der die beabsichtigte Form hat, wird leichter erhalten.
Die Verbindung, die Europium enthält, ist vorzugsweise ein Pulver. Ein Partikelgrößenverhältnis De/Da einer zentralen Partikelgröße De der Verbindungspartikel, die Europium enthalten, die das Pulver ausmachen, zu der zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel ist vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 20. Die zentrale Partikelgröße De der Verbindungspartikel, die Europium enthalten, bezieht sich auf die Partikelgröße, die zu 50 % in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung korrespondiert, die durch die Coulter-Zähler-Methode gemessen wird. Wenn das Partikelgrößenverhältnis De/Da der zentralen Partikelgröße De der Verbindungspartikel, die Europium enthalten, zu der zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel in dem Bereich von 0,1 bis 20 ist, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Partikel, die die Rohmaterialmischung ausmachen, aggregieren, und sie werden leicht unter den Partikeln dispergiert, was es einfach macht, einen gesinterten Körper zu erhalten, der hohe Dichte hat. Das Partikelgrößenverhältnis De/Da der zentralen Partikelgröße De der Verbindungspartikel, die Europium enthalten, zur zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel ist bevorzugter in einem Bereich von 0,2 bis 18, noch bevorzugter in einem Bereich von 0,3 bis 15 und besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,5 bis 10. Bei diesen Bereichen ist es unwahrscheinlich, dass eine Verzerrung im Zustand nach der Mischung mit dem Aluminiumnitridpulver auftritt.
Die Rohmaterialmischung kann zusätzlich zu dem Aluminiumnitrid und der Verbindung, die Europium enthält, eine Verbindung enthalten. Zum Beispiel kann zusätzlich zu der Verbindung, die Europium enthält, eine Verbindung, die ein Erdalkalimetall enthält, oder eine Verbindung, die Yttrium enthält, als ein Sinterhilfsmittel enthalten sein. Beispiele von Verbindungen, die ein Erdalkalimetall enthalten, enthalten ein Oxid, das ein Erdalkalimetall enthält. Beispiele von Verbindungen, die Yttrium enthalten, enthalten Yttriumoxid (Y₂O₃). Wenn eine Verbindung, die ein Erdalkalimetallelement enthält, oder eine Verbindung, die Yttrium enthält, als Sinterhilfsmittel zusätzlich zu der Verbindung, die Europium enthält, enthalten ist, ist der Gehalt dieser Verbindungen vorzugsweise nicht mehr als die Hälfte, stärker bevorzugt nicht mehr als ein Drittel der Verbindung, die Europium enthält, das in der Rohmaterialmischung enthalten ist. Zum Beispiel ist in einem Fall, in dem die Rohmaterialmischung Aluminiumnitrid, die Verbindung, die Europium enthält, und die Verbindung, die Yttrium enthält, enthält, und der Gehalt der Europiumverbindung 0,2 Masse% ist, der Gehalt der Verbindung, die Yttrium enthält, vorzugsweise nicht größer als 0,1 Masse%. Ferner muss die Rohmaterialmischung keine andere Verbindung als ein Sinterhilfsmittel enthalten, zusätzlich zum Aluminiumnitrid und der Verbindung, die Europium enthält.
Die Rohmaterialmischung, die das Aluminiumnitrid enthält, die Verbindung, die Europium enthält, die Verbindung, die ein Erdalkalimetall nach Bedarf enthält, und die Verbindung, die Yttrium nach Bedarf enthält, können durch Trockenmischen erhalten werden. Trockenmischen bezieht sich auf Mischen des Aluminiumnitrids und jeder Verbindung in Abwesenheit von Flüssigkeit. Die Rohmaterialmischung kann auch durch Nassmischen in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels oder von Wasser erhalten werden. Vorzugsweise wird ein organisches Lösungsmittel verwendet. Zum Trockenmischen kann eine bekannte Vorrichtung wie ein Supermischer, ein Axialmischer, ein Henschelmischer, ein Bandmischer oder ein Schleusenmischer verwendet werden. Für Nassmischen kann eine bekannte Vorrichtung wie eine Kugelmühle oder eine Rührwerksmühle verwendet werden. Die bevorzugte Mischmethode ist Trockenmischen. Im Falle des Trockenmischens kann das gemischte Pulver große und kleine Partikel als Sinterhilfsmittel enthalten. Bei relativ großen Sinterhilfsmittelpartikeln wird davon ausgegangen, dass sie wahrscheinlich eine lokalisierte flüssige Phase erzeugen. Es ist denkbar, dass die lokalisierte flüssige Phase die Umordnung der Aluminiumnitridpartikel erleichtert, was die Bildung eines dichten gesinterten Körpers erleichtert. Außerdem ist Aluminiumnitrid feuchtigkeitsempfindlich, so dass das Trockenmischen ohne die Verwendung von Feuchtigkeit bevorzugt wird. Außerdem kann eine Verwendung des Trockenmischens den Herstellungsprozess im Vergleich zum Nassmischen vereinfachen.
Bildungsschritt
Bereitstellungsschritt des gekneteten Produkts
Das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers kann Bereitstellen eines gekneteten Produkts durch Kneten der Rohmaterialmischung und einer organischen Substanz enthalten. Beispiele der organischen Substanz enthalten solche, die als Bindemittel, Schmiermittel und Weichmacher verwendet werden. Die organische Substanz, die in dem gekneteten Produkt enthalten ist, kann in einer Menge vorhanden sein, die die Rohmaterialmischung und die organische Substanz ausreichend vermischen kann, ohne die Eigenschaften des erhaltenen gesinterten Körpers zu beeinflussen. Die organische Substanz, die im gekneteten Produkt enthalten ist, ist vorzugsweise in einem Bereich von 10 Masseteilen bis 25 Masseteilen relativ zu 100 Masseteile der Rohmaterialmischung.
Beispiele der organischen Substanz als Bindemittel enthalten mindestens ein thermoplastisches Harz, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Acrylat-Copolymer, Polypropylen, ataktisches Polypropylen, Polystyrol, Polyacetal, Polyamid und Methacrylharz besteht. Zusätzlich zu diesen thermoplastischen Harzen enthalten Beispiele von Bindemitteln Wachse wie Paraffin und mikrokristallines Wachs. Diese Bindemittel können allein oder in Kombination von zweien oder mehr verwendet werden.
Beispiele der organischen Substanz als ein Schmiermittel enthalten Schmiermittel auf Kohlenwasserstoffbasis wie flüssiges Paraffin und Paraffinwachs sowie Schmiermittel auf Fettsäurebasis wie Stearinsäure und Laurylsäure. Diese Schmiermittel können allein oder in Kombination von zweien oder mehr verwendet werden. Das Paraffinwachs kann als ein Bindemittel und als ein Schmiermittel verwendet werden.
Beispiele der organischen Substanz als ein Weichmacher enthalten Phthalate, Adipate und Trimellitate. Diese Weichmacher können allein oder in Kombination von zweien oder mehr verwendet werden.
Das geknetete Produkt kann ein Hilfsmittel, wie einen Haftvermittler, enthalten, um die Dispersion von anorganischen Pulvern, wie dem Aluminiumnitrid und der Verbindung, die Europium enthält, und der mindestens einen organischen Substanz, ausgewählt aus der Gruppe, die aus Bindemitteln, Schmiermitteln und Weichmachern besteht, zu verbessern. Das Hilfsmittel wie der Haftvermittler können dem gekneteten Produkt in einem Bereich zugegeben werden, der die Eigenschaften des erhaltenen gesinterten Körpers nicht beeinflusst.
Das geknetete Produkt kann unter Verwendung einer bekannten Vorrichtung erhalten werden. Beispiele der bekannten Vorrichtungen enthalten Einwellenrotorkneter, Doppelwellenrotorkneter, Einwellenschneckenkneter, Doppelwellenschneckenkneter, Extruder, Kneter, Druckkneter und Banbury-Mischer.
Granulierungsschritt des gekneteten Produkts
Das geknetete Produkt kann vor Bilden des gebildeten Körpers in eine granulare Form oder eine Pelletform granuliert werden. Das geknetete Produkt, das eine granulare Form oder eine Pelletform hat, kann unter Verwendung einer bekannten Vorrichtung wie einem Pulverisierer, einem Extruder oder einem Pelletierer erhalten werden.
Bildungsschritt
Das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers enthält Bereitstellen des gebildeten Körpers, der die Rohmaterialmischung enthält. Der gebildete Körper kann durch Bilden der Rohmaterialmischung erhalten werden, kann durch Bilden des gekneteten Produkts erhalten werden, das die Rohmaterialmischung und die organische Substanz enthält, oder kann durch Bilden des granulierten gekneteten Produkts erhalten werden. Der gebildete Körper kann durch Bilden der Rohmaterialmischung oder des gekneteten Produkts durch ein bekanntes Verfahren erhalten werden. Beispiele des bekannten Bildungsverfahren enthalten ein Spritzbildungsverfahren, ein Formpressverfahren unter Verwendung einer Form, ein kaltisostatisches Pressverfahren (CIP), ein Extrusionsverfahren, ein Rakelverfahren und ein Gießverfahren. Das Spritzbildungsverfahren kann einen gebildeten Körper bilden, der eine gewünschte Form hat. Wenn der gebildete Körper durch das Spritzbildungsverfahren gebildet wird, ist ein Schneiden oder eine andere Formgebung des gesinterten Körpers in die gewünschte Form nicht notwendigerweise nach dem Feuern des gebildeten Körpers erforderlich, um den gesinterten Körper zu erhalten. Das Aluminiumnitrid ist als das Basismaterial enthalten, und der hochdichte gesinterte Körper ist extrem hart und spröde, was eine Bearbeitung wie Schneiden schwierig macht. Darüber hinaus kann ein Defekt, wie Abplatzung, auftreten, wenn der gesinterte Körper einer Bearbeitung, wie Schneiden, unterzogen wird. Daher ist als Bildungsverfahren zum Erhalten des gebildeten Körpers das Spritzbildungsverfahren bevorzugt, durch das ein gebildeter Körper, der eine gewünschte Form hat, leicht erhalten wird.
Erhitzungsschritt
In einem Fall, in dem das geknetete Produkt gebildet wird, um einen gebildeten Körper zu erhalten, kann das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers das Erhitzen des gekneteten Produkts, das gebildet wird, umfassen. Wenn das Erhitzen implementiert wird, enthält das Verfahren vorzugsweise Erhitzen in einem Bereich von 400°C bis 700°C in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält. Erhitzen in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, in dem Bereich von 400°C bis 700°C reduziert die Kohlenstoffmenge, die im gebildeten Körper enthalten ist, und erleichtert das Entfetten. Dies ermöglicht es, eine Verringerung der Ausbeute zu unterdrücken, die durch die Rissbildung des gesinterten Körpers aufgrund des im gekneteten Produkt verbleibenden Kohlenstoffs verursacht wird. Außerdem kann Oxidation des gesinterten Körpers unterdrückt werden. Außerdem kann, abhängig von der Art der organischen Substanz, die Temperatur des gebildeten Körpers in dem oben beschriebenen Temperaturbereich schnell ansteigen, aber das Erhitzen in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, ermöglicht es, einen solchen schnellen Temperaturanstieg zu unterdrücken. Infolgedessen kann eine Verschlechterung des Ofens unterdrückt werden. In dieser Spezifikiation bezieht sich eine Atmosphäre, die Stickstoff enthält, auf einen Fall, in dem die Menge an Stickstoff mindestens ein vol.-% des Stickstoffs ist, der in der Atmosphäre enthalten ist. Der Stickstoff in der Atmosphäre, die Stickstoff enthält, muss nur 80 vol.-% oder größer, vorzugsweise 90 vol.-% oder größer, noch bevorzugter 99 vol.-% oder größer und noch bevorzugter 99,9 vol.-% oder größer sein. Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre, die Stickstoff enthält, kann in einem Bereich von 0,01 vol.-% bis 20 vol.-% sein, und kann in einem Bereich von 0,1 vol.-% bis 10 vol.-% sein. Der atmosphärische Druck, bei dem das Erhitzen durchgeführt wird, ist zum Beispiel der Umgebungsdruck. Ferner kann das Erhitzen in einer Überdruckumgebung oder in einer Unterdruckumgebung durchgeführt werden. Ferner kann das Entfetten durch Verwendung eines bekannten Verfahrens durchgeführt werden. Die Kohlenstoffmenge in dem gebildeten Körper, der durch Entfetten des gebildeten gekneteten Produkts erhalten wird, ist vorzugsweise 1000 ppm oder weniger, und bevorzugter 500 ppm oder weniger. Die Kohlenstoffmenge des gebildeten Körpers nach dem Entfetten kann zum Beispiel durch eine nichtdispersive Infrarotabsorptionsmethode (NDIR) gemessen werden. Die Entfettungszeit, während der das Erhitzen durchgeführt wird, muss nur eine Dauer sein, die erlaubt, dass die organische Substanz in dem gekneteten Produkt entfettet wird, was die Kohlenstoffmenge in dem gebildeten gekneteten Produkt auf 1000 ppm oder weniger bringt. Konkret ist die Dauer, während der Erhitzen für Entfetten (Haltezeit der maximalen Temperatur) durchgeführt wird, vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 50 Stunden und wird abhängig von der Form des zu entfettenden gesinterten Körpers angemessen verändert.
Feuerungsschritt des gebildeten Körpers
Das Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers enthält Feuern des gebildeten Körpers bei einer Temperatur in einem Bereich von 1700°C bis 2050°C, um den gesinterten Körper zu erhalten. Durch Feuern des gebildeten Körpers bei einer Temperatur in dem Bereich von 1700°C bis 2050°C können die Aluminiumnitridpartikel durch die flüssige Phase, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln gebildet ist, dicht aneinander gebunden werden, und ein gesinterter Körper, der hohe thermische Diffusionsfähigkeit und guter Wärmeableitung hat, kann erhalten werden. Wenn die Verbindung, die Europium enthält, zum Beispiel Europiumoxid ist, reagiert Oxid, das auf der Oberfläche des Aluminiumnitrids gebildet ist, mit dem Europiumoxid, um die flüssige Phase zu generieren. Ferner tritt das Europium durch Feuern auch in die Aluminiumnitridpartikel ein, und das Europium, das in den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden ist, wird ein Lichtemissionszentrum, was zu einem gesinterten Körper führt, der grünes Licht emittiert, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird. Wenn die Temperatur, bei der der gebildete Körper gefeuert wird, weniger als 1700°C ist, ist die Verdichtung der Aluminiumnitridpartikel aufgrund des Feuerns weniger wahrscheinlich, was die thermische Diffusionsfähigkeit des gesinterten Körpers verringert. Infolgedessen nimmt die thermische Leitfähigkeit des gesinterten Körpers ab. Wenn die Temperatur, bei der der gebildete Körper gefeuert wird, 2050°C übersteigt, verdunstet die flüssige Phase, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln generiert wurde. Im Ergebnis kann die mechanische Festigkeit des erhaltenen gesinterten Körpers verringert sein. Ferner wird der gebildete Körper vorzugsweise bei einer Temperatur in einem Bereich von 1750°C bis 2050°C, stärker bevorzugter in einem Bereich von 1800°C bis 2050°C und noch stärker bevorzugt in einem Bereich von 1850°C bis 2050°C gefeuert. Solange die oben beschriebenen Temperaturbereiche eingehalten werden, kann ein gesinterter Körper erhalten werden, der noch bessere Wärmeableitung hat.
Die Atmosphäre, in der der gebildete Körper gefeuert wird, ist vorzugsweise eine Atmosphäre, die Stickstoff enthält. Durch Feuern in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, ist es weniger wahrscheinlich, dass sich das Aluminiumnitrid zersetzen wird. Als ein Ergebnis wird die thermische Diffusionsfähigkeit des gesinterten Körpers verbessert und ein gesinterter Körper, der hohe thermische Leitfähigkeit hat, wird erhalten. Ferner wird vorzugsweise ein Gas, das Stickstoff enthält, kontinuierlich oder intermittierend zugeführt, um die Atmosphäre, die Stickstoff enthält, als die Atmosphäre zum Feuern des gebildeten Körpers stabil zu halten.
Der Druck zum Feuern des gebildeten Körpers ist beispielsweise ungefähr der Atmosphärendruck (101,32 kPa), und ist vorzugsweise 50 kPa oder weniger Manometerdruck. Eine Umgebung in einem Bereich von 0 kPa bis 50 kPa Manometerdruck kann relativ leicht erreicht werden, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Die Feuerungsdauer muss nur die Dauer zum Erhalten eines dichten gesinterten Körpers sein. Insbesondere ist die Feuerungsdauer vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Stunden bis 30 Stunden, bevorzugter in einem Bereich von 0,5 Stunden bis 15 Stunden und noch bevorzugter in einem Bereich von 0,5 Stunden bis 5 Stunden.
Um die Sauerstoffmenge im gesinterten Körper zu reduzieren, wird zum Feuern des gebildeten Körpers vorzugsweise ein Kohlenstoffofen verwendet, der Kohlenstoff als ein inneres Ofenmaterial, wie für ein Heizelement oder ein hitzeisolierendes Material, verwendet. Ein anderer Ofen als ein Kohlenstoffofen kann verwendet werden, solange die Feuerungstemperatur aufrechterhalten werden kann.
Ein Setzgerät und ein Tiegel, auf/in den der gebildete Körper platziert wird, sind vorzugsweise solche, die durch die Feuerungstemperatur nicht verformt oder degradiert werden. Das Material des Setzgeräts oder des Tiegels ist vorzugsweise ein Nitrid wie Bornitrid oder Aluminiumnitrid. Vorzugsweise wird ein Setzgerät oder ein Tiegel verwendet, die aus einem Material gemacht sind, das mindestens 95 Masse% hochreines Nitrid enthält.
Der gesinterte Körper, der bei Entnahme aus dem Ofen erhalten wird, enthält das Aluminiumnitrid und das Europium, hat eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und emittiert grünes Licht, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
Der gesinterte Körper kann außerdem einen Teilungsschritt enthalten. Die Form des gesinterten Körpers nach dem Teilen in einzelne Stücke in der Draufsicht kann zum Beispiel eine im Wesentlichen rechteckige Form, eine im Wesentlichen quadratische Form, eine im Wesentlichen dreieckige Form oder eine andere polygonale Form sein.
Lichtemittierende Vorrichtung
Die lichtemittierende Vorrichtung enthält den gesinterten Körper und eine Anregungslichtquelle. Die lichtemittierende Vorrichtung emittiert mindestens grünes Licht, das von dem gesinterten Körper emittiert wird, der durch die Anregungslichtquelle angeregt wird, nach außen. Die lichtemittierende Vorrichtung kann ein gemischtes Farblicht, das Licht von der Anregungslichtquelle und grünes Licht enthält, das von dem gesinterten Körper emittiert wird, der durch die Anregungslichtquelle angeregt wird, nach außen emittieren.
Lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung eines LED-Elements
Als die Anregungslichtquelle kann ein lichtemittierendes Element, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 480 nm hat, verwendet werden. Das lichtemittierende Element kann ein lichtemittierendes Halbleiterelement sein, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in dem Bereich von 200 nm bis 480 nm hat. Das lichtemittierende Element kann ein lichtemittierendes Diodenelement (im Folgenden auch „LED-Element“ bezeichnet) sein.
Ein Beispiel einer lichtemittierenden Vorrichtung, die ein LED-Element verwendet, wird nun unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht einer lichtemittierenden Vorrichtung 100.
Lichtemittierendes Element
Die lichtemittierende Vorrichtung 100 enthält eine Verdrahtungsleitung 5 auf einem Substrat 2, und ein LED-Element 1 ist auf der Verdrahtungsleitung 5 eingerichtet. Zu beachten ist, dass die Verdrahtungsleitung 5 eine Anode und eine Kathode enthalten kann. Das LED-Element 1 kann gemäß einer Lichtemissionsfarbe, einer Wellenlänge, einer Größe, einer Menge und einem Zweck ausgewählt werden. Beispielsweise kann ein Nitrid-Halbleiter (In_XAl_YGa_1-X-YN, 0 ≤ X, 0 ≤ Y, X + Y ≤ 1) als das lichtemittierende Halbleiterelement, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in dem Bereich von 200 nm bis 480 nm hat, verwendet werden. Als das LED-Element 1 kann ein Element verwendet werden, das ein positives und negatives Elektrodenpaar auf derselben Oberflächenseite enthält. Das LED-Element 1 ist zum Beispiel als Flip-Chip auf der Verdrahtungsleitung 5 durch einen Bump montiert. Wenn das LED-Element 1 auf der Verdrahtungsleitung 5 flip-chip-montiert ist, ist die Oberfläche, die gegenüber der Oberfläche lokalisiert ist, auf der das Elektrodenpaar gebildet ist, eine Lichtextraktionsoberfläche. Zu beachten ist, dass pro lichtemittierende Vorrichtung ein LED-Element 1 vorhanden sein kann.
Substrat
Beispiele des Materials des Substrats 2 enthalten ein isolierendes Bauteil wie Glas, Epoxid, Harz und Keramik sowie ein Metallbauteil, das ein isolierendes Bauteil enthält. Beispiele der Keramik enthalten Aluminiumoxid und Aluminiumnitrid. Die Keramik kann zum Beispiel mit einem isolierenden Material wie einem BT-Harz, einem Glasepoxid oder einem Epoxidharz kombiniert werden. Das Substrat 2 enthält vorzugsweise die Verdrahtungsleitung 5, die auf einer Oberfläche dessen eingerichtet ist und mit dem LED-Element 1 verbunden ist.
Gesinterter Körper
Ein gesinterter Körper 3 kann eine Oberfläche 1a abdecken, die eine Lichtextraktionsoberfläche des LED-Elements 1 ist. Zum Beispiel kann eine Oberfläche 3b des gesinterten Körpers 3 die eine Oberfläche 1a des LED-Elements 1 abdecken. Wenn der gesinterte Körper 3 die eine Oberfläche 1a abdeckt, die die Lichtextraktionsoberfläche des LED-Elements 1 ist, wird der gesinterte Körper 3 durch Licht, das von dem LED-Element 1 emittiert wird, angeregt, und grünes Licht wird von dem gesinterten Körper 3 emittiert. Ferner kann der gesinterte Körper 3, der eine hohe thermische Diffusionsfähigkeit und eine hohe thermische Leitfähigkeit hat, effizient Hitze vom gesinterten Körper 3 nach außen der lichtemittierenden Vorrichtung 100 ableiten. Der gesinterte Körper 3 kann in Kontakt mit der einen Oberfläche 1a sein, die die Lichtextraktionsoberfläche des LED-Elements 1 ist, und kann durch ein bekanntes Verfahren, wie ein Klebe- oder ein Direktverbindungsverfahren, verbunden sein. Eine Dicke des gesinterten Körpers 3, der in der lichtemittierenden Vorrichtung 100 verwendet wird, ist beispielsweise in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm, kann in einem Bereich von 60 µm bis 450 µm sein, und kann in einem Bereich von 70 µm bis 400 µm sein. In einem Fall, in dem eine Mehrzahl von LED-Elementen 1 ausgerichtet sind, muss eine Größe des gesinterten Körpers 3 nur eine Größe sein, die alle Lichtextraktionsoberflächen der LED-Elemente 1 abdeckt.
Lichtreflektierendes Bauteil
Die lichtemittierende Vorrichtung 100 kann ein lichtreflektierendes Bauteil 4 um das LED-Element 1 und den gesinterten Körper 3 enthalten. Das lichtreflektierende Bauteil 4 umgibt vorzugsweise sowohl das LED-Element 1 als auch den gesinterten Körper 3. Die eine Oberfläche 1a des LED-Elements 1, die der einen Oberfläche 3b des gesinterten Körpers 3 zugewandt ist, die die eine Oberfläche 1a des LED-Elements 1 abdeckt, ist vorzugsweise nicht durch das lichtreflektierende Bauteil 4 abgedeckt. Eine Oberfläche 3a des gesinterten Körpers 3 kann bündig mit der einen Oberfläche 4a des lichtreflektierenden Bauteils 4 sein, oder kann über die eine Oberfläche 4a des lichtreflektierenden Bauteils 4 hinausragen.
Das lichtreflektierende Bauteil 4 enthält vorzugsweise eine reflektierende Substanz und mindestens eine Art von Harz, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Silikonharz, modifiziertem Silikonharz, Epoxidharz, modifiziertem Epoxidharz, Acrylharz und einer Mischung aus zwei oder mehr dieser Stoffe besteht. Als die reflektierende Substanz kann mindestens ein Material verwendet werden, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Titanoxid, Siliziumoxid, Zirkoniumoxid, Kaliumtitanat, Aluminiumoxid, Aluminiumnitrid, Bornitrid und Mullit besteht.
Lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung eines LD-Elements Nun wird eine erste Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung, die ein Halbleiterlaserelement (im Folgenden als „LD-Element“ bezeichnet) verwendet, basierend auf den Zeichnungen beschrieben. 3 ist eine schematische Querschnittsansicht einer lichtemittierenden Vorrichtung 200.
Halbleiterlaserelement
Als die Anregungslichtquelle kann ein LD-Element verwendet werden. Beispiele des LD-Elements enthalten ein Element, das eine Schichtstruktur aus einem Halbleiter wie einem Nitrid-Halbleiter (In_XAl_YGa_1-X-YN, 0 ≤ X, 0 ≤ Y, X + Y ≤ 1) hat. Eine Oszillationswellenlänge des LD-Elements kann durch Anpassen der Zusammensetzung angepasst werden. Beispielsweise kann ein LD-Element verwendet werden, das einen Oszillationswellenlängenpeak in einem Bereich von 200 nm bis 480 nm hat. Unter dem Gesichtspunkt einer effizienten Anregung des gesinterten Körpers wird ein LD-Element verwendet, das beispielsweise einen Oszillationswellenlängenpeak in einem Bereich von 300 nm bis 450 nm hat. Ein LD-Element, das bevorzugt einen Oszillationswellenlängenpeak in einem Bereich von 330 nm bis 450 nm hat, stärker bevorzugt in einem Bereich von 340 nm bis 430 nm, wird verwendet. Besonders bevorzugt wird ein LD-Element verwendet, das einen Oszillationswellenlängenpeak in einem Bereich von 360 nm bis 420 nm hat. In diesem Bereich ist die Stärke eines Anregungsspektrums des gesinterten Körpers 80 % oder größer, was möglich macht, die Lichtstärke des gesinterten Körpers effizient zu erhöhen. Eine Halbwertsbreite des Lichtemissionspeaks im Lichtemissionsspektrum des LD-Elements ist beispielsweise 5 nm oder weniger, vorzugsweise 3 nm oder weniger. Die Halbwertsbreite in dieser Spezifikation bezieht sich auf die volle Breite bei halbem Maximum (FWHM).
Die lichtemittierende Vorrichtung kann eine Mehrzahl von LD-Elementen enthalten. Die lichtemittierende Vorrichtung 200 enthält ein erstes LD-Element, ein zweites LD-Element 12, und einen gesinterten Körper 13 in einem Packagebauteil 15. Der gesinterte Körper 13 ist an einer Position eingerichtet, die mit dem Laserlicht, das von dem ersten LD-Element und dem zweiten LD-Element 12 emittiert wird, direkt oder via ein optisches Bauteil oder Ähnliches bestrahlt wird.
Das erste LD-Element, das zweite LD-Element 12 und der gesinterte Körper 13 sind vorzugsweise an voneinander getrennten Positionen eingerichtet. Dies ermöglicht, dass der Wärmeableitungspfad der von jedem Bauteil abgeleiteten Hitze ein separater Pfad ist und die Hitze von jedem Bauteil effizient abgeleitet werden kann.
Submount
Das erste LD-Element und das zweite LD-Element 12 können auf dem Packagebauteil 15 direkt oder mit einem dazwischen liegenden Submount 16 eingerichtet sein. Beispiele eines Materials des Submounts 16 enthalten Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, ein zusammengesetztes Material aus Kupfer und Diamant, und ein zusammengesetztes Material aus Aluminium und Diamant. Das zusammengesetzte Material aus Kupfer und Diamant und das zusammengesetzte Material aus Aluminium und Diamant enthalten Diamant und haben daher eine gute Wärmeableitung.
Gesinterter Körper
Der gesinterte Körper 13 hat eine hohe thermische Diffusionsfähigkeit und eine hohe thermische Leitfähigkeit, was ermöglicht, die Hitze des Lichts abzuführen, das vom ersten LD-Element und vom zweiten LD-Element 12 emittiert wird, den Rückgang der Lichteffizienz zu verringern, der durch Temperaturanstieg verursacht wird, und grünes Licht zu emittieren.
Das erste LD-Element und das zweite LD-Element 12 sind auf einer ersten Hauptoberfläche 13a des gesinterten Körpers 13 eingerichtet, und die erste Hauptoberfläche 13a des gesinterten Körpers 13 wird direkt mit Licht bestrahlt, das von dem ersten LD-Element und dem zweiten LD-Element 12 emittiert wird. Bei dem gesinterten Körper 13 kann die erste Hauptoberfläche 13a, die mit Licht bestrahlt wird, die Lichtextraktionsoberfläche sein, oder eine zweite Hauptoberfläche 13b, die der ersten Hauptoberfläche 13a zugewandt ist, kann die Lichtextraktionsoberfläche sein.
Ferner kann der gesinterte Körper 13 mit einer lichtreflektierenden Folie und/oder einem lichtreflektierenden Bauteil 14 versehen sein, das mit einer anderen Oberfläche als der Lichteinfallsoberfläche und/oder der Lichtextraktionsoberfläche in Kontakt ist oder nicht in Kontakt ist. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem das Licht, das von dem gesinterten Körper 13 reflektiert wird, extrahiert werden soll, die lichtreflektierende Folie und/oder das lichtreflektierende Bauteil 14 auf einer Oberfläche des gesinterten Körpers auf einer Seite eingerichtet sein, die gegenüber der Oberfläche ist, auf die das Anregungslicht einfällt und von der Licht extrahiert wird. Die lichtreflektierende Folie und/oder das lichtreflektierende Bauteil 14 hat vorzugsweise ein Reflektivität von 60 % oder größer relativ zu dem emittierten Laserlicht und/oder dem Licht, das vom gesinterten Körper emittiert wird, und kann eine Reflektivität von 90 % oder größer haben.
Eine Form des gesinterten Körpers 13 kann beispielsweise eine Plattenform sein. Das plattenförmige Bauteil enthält zwei flache Oberflächen, die parallel miteinander und einander zugewandt sind. Eine Dicke des gesinterten Körpers 13 kann in einem Bereich von 50 µm bis 1000 µm sein, kann in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm sein, oder kann in einem Bereich von 80 µm bis 350 µm sein, wobei Wärmeableitung und Handhabungseigenschaften berücksichtigt werden. Ferner kann die Dicke des gesinterten Körpers 13 teilweise variieren.
Packagebauteil
Der gesinterte Körper 13 kann in Kontakt mit dem Packagebauteil 15 sein. In einem Fall, in dem der gesinterte Körper 13 in Kontakt mit dem Packagebauteil 15 ist, wird Hitze vom gesinterten Körper 13, der eine hohe thermische Diffusionsfähigkeit und eine gute thermische Leitfähigkeit hat, an das Packagebauteil 15 übertragen, und die Hitze innerhalb des Packagebauteils 15 kann effizient auswärts des Packagebauteils 15 abgeleitet werden. Der gesinterte Körper 13 kann in dem Packagebauteil 15 eingerichtet sein, und kann an einer Position eingerichtet sein, die ein Lichtextraktionsfenster des Packagebauteils 15 blockiert. Der gesinterte Körper 13 kann einen Bereich des Packagebauteils 15 als das Lichtextraktionsfenster des Packagebauteils 15 ausmachen. Ein Lichtextraktionsfenster 15a des Packagebauteils 15 kann zum Beispiel aus Glas oder Saphir gebildet sein.
Das erste LD-Element, das zweite LD-Element 12 und der gesinterte Körper 13 sind in dem Packagebauteil 15 eingerichtet, und diese Bauteile sind vorzugsweise hermetisch in dem Packagebauteil 15 versiegelt. Wenn diese Bauteile in dem Packagebauteil 15 hermetisch versiegelt sind, kann Staubansammlung durch Laserlicht, das vom ersten LD-Element und vom zweiten LD-Element 12 emittiert wird, unterdrückt werden.
Die Packagebauteil 15 ist vorzugsweise unter Verwendung eines Materials gebildet, das vorteilhafte Wärmeableitung hat, wie zum Beispiel ein Metall, das Kupfer, eine Kupferlegierung oder eine Eisenlegierung enthält, oder eine Keramik, die Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder ähnliches enthält. Das Packagebauteil 15 kann beispielsweise durch eine Basis und eine Kappe ausgemacht sein. Ein Innenraum des Packagebauteils 15 kann hermetisch verschlossen sein. Eine Form der Basis und/oder der Kappe, die das Packagebauteil 15 ausmachen, kann eine Vielzahl von Formen haben, wie zum Beispiel eine planare Form, die im Wesentlichen kreisförmig, im Wesentlichen elliptisch oder im Wesentlichen polygonal ist.
In der lichtemittierenden Vorrichtung kann eine Linse wie eine Fokussierlinse zwischen dem LD-Element und dem gesinterten Körper und/oder auf dem Pfad des Lichts von dem gesinterten Körper eingerichtet sein. Dies ermöglicht, einen Bestrahlungsbereich des Lichts von dem LD-Element und/oder des Lichts von dem gesinterten Körper zu steuern.
Wie in 4 illustriert, ist in einer lichtemittierenden Vorrichtung 300 gemäß einer zweiten Ausführungsform ein gesinterter Körper 23 ein plattenförmiges Bauteil und passt in das Lichtextraktionsfenster des Packagebauteils 15. Dann wird ein lichtreflektierendes Bauteil 24 mit einer Oberfläche eingerichtet, die eine Oberfläche ist, die einen Winkel von 45 Grad relativ zu dem Weg des Lichts, das von dem ersten LD-Element und von dem zweiten LD-Element 12 emittiert wird, wodurch bewirkt wird, dass das reflektierte Licht auf den gesinterten Körper 23 einfällt. Abgesehen von diesen Konfigurationen hat die zweite Ausführungsform im Wesentlichen die gleiche oder eine ähnliche Konfiguration wie die der lichtemittierenden Vorrichtung 200 der ersten Ausführungsform.
Zu beachten ist, dass die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf die oben beschriebene lichtemittierende Vorrichtung beschränkt ist. Zum Beispiel kann die lichtemittierende Vorrichtung eine lichtemittierende Vorrichtung sein, die mit einem gesinterten Körper außerhalb des Packages versehen ist, das lichtemittierende Element zum Durchführen von Wellenlängenumwandlung enthaltend.
Beispiele
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen näher beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
Beispiel 1
Pulverisiertes Aluminiumnitrid (AlN) und pulverisiertes Europiumoxid (Eu₂O₃) wurden trocken gemischt, um eine Rohmaterialmischung zu erhalten. Aluminiumnitridpartikel wurden in einer Menge von 98 Masse% und Europiumoxidpartikel in einer Menge von 2 Masse% aufgenommen, relativ zu der Gesamtmenge der Rohmaterialmischung. Eine zentrale Partikelgröße der Aluminiumnitridpartikel war 1,7 µm, und eine zentrale Partikelgröße der Europiumoxidpartikel war 3,0 µm. Ferner war das Partikelgrößenverhältnis De/Da der zentralen Partikelgröße De der Europiumoxidpartikel zur zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel 1,76. 15 Masseteile Paraffinwachs wurden als ein Bindemittel zu 100 Masseteilen der Rohmaterialmischung zugegeben, und die Mischung wurde unter Verwendung eines Kneters geknetet, um ein geknetetes Produkt zu erhalten. Das geknetete Produkt wurde in eine Spritzbildungsmaschine eingeführt, und das geknetete Produkt wurde in eine Form gebildet, die eine Größe von 13 mm (Länge) × 13 mm (Breite) × 3 mm (Dicke) hat. Das gebildete geknetete Produkt wurde in einer stickstoffdurchströmten Atmosphäre (Stickstoffgas 99 vol.-%) bei 500°C unter atmosphärischem Druck (101,32 kPa) 3 Stunden lang erhitzt und entfettet, um einen gebildeten Körper zu erhalten. Die Kohlenstoffmenge in dem gebildeten Körper war 500 ppm oder weniger. Der erhaltene gebildete Körper wurde auf ein Setzgerät aus Bornitrid platziert, der in einem Tiegel, der aus Bornitrid gemacht war, platziert wurde, wurde in einen Kohlenstoffofen eingesetzt, der Kohlenstoff als ein inneres Ofenmaterial des Heizelements oder als Isoliermaterial verwendete, und in einer Atmosphäre, die Stickstoff (Stickstoffgas 100 vol.-%) enthielt, bei 1800°C unter Atmosphärendruck (101,32 kPa) für 1 Stunde gefeuert, um einen gesinterten Körper zu erhalten.
Beispiel 2
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Rohmaterialmischung durch Trockenmischen von 95 Masse% pulverisiertem Aluminiumnitrid und 5 Masse% pulverisiertem Europiumoxid erhalten wurde.
Beispiel 3
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Rohmaterialmischung durch Trockenmischen von 90 Masse% pulverisiertem Aluminiumnitrid und 10 Masse% pulverisiertem Europiumoxid erhalten wurde.
Beispiel 4
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 1900°C war.
Beispiel 5
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 2 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 1900°C war.
Beispiel 6
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 3 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 1900°C war.
Beispiel 7
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 2000°C war.
Beispiel 8
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 2 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 2000°C war.
Beispiel 9
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 3 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 2000°C war.
Beispiel 10
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Rohmaterialmischung durch Trockenmischen von 95 Masse% pulverisiertem Aluminiumnitrid, 4 Masse% pulverisiertem Europiumoxid und 1 Masse% pulverisiertem Yttriumoxid (Y₂O₃)-Partikeln (zentrale Partikelgröße: 1,7 µm) erhalten wurde.
Beispiel 11
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Feuerungstemperatur 1700°C war.
Vergleichsbeispiel 1
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Rohmaterialmischung durch Trockenmischen von 95 Masse% pulverisiertem Aluminiumnitrid und 5 Masse% Yttriumoxid (zentrale Partikelgröße: 1,7 µm) erhalten wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Ein gesinterter Körper wurde auf die gleiche oder ähnliche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass 100 Masse% pulverisiertes Aluminiumnitrid gefeuert wurde.
Die folgenden Auswertungen wurden an den Rohmaterialien, gebildeten gekneteten Produkten und jeweiligen gesinterten Körper gemäß den Beispielen und Vergleichsbeispielen durchgeführt. Die Auswertungsergebnisse sind in der Spezifikation und in den Tabellen 1 und 2 dargestellt.
Zentrale Partikelgröße
Bei den Aluminiumnitrid-, Europiumoxid- und Yttriumoxid-Rohmateralien wurde die zentrale Partikelgröße, die zu 50 % in der volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung entspricht, durch die Coulter-Zähler-Methode unter Verwendung einer Partikelgrößenverteilungsmessungsvorrichtung (CMS, Beckman Coulter, Inc.) gemessen.
Messung der Kohlenstoffmenge
Die Kohlenstoffmenge jedes gebildeten gekneteten Produkts wurde mit einer nichtdispersiven Infrarot-Absorptionsmethode bestimmt.
Scheinbare Dichte
Für jede Probe von 10 mm (Länge) × 10 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) jedes gesinterten Körpers gemäß allen Beispielen und allen Vergleichsbeispielen wurden die Masse und das Volumen gemessen und die scheinbare Dichte basierend auf der oben beschriebenen Gleichung (1) berechnet. Das Volumen wurde durch die Archimedes-Methode gemessen.
Thermische Diffusionsfähigkeit
Für jede 10 mm (Länge) × 10 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) große Probe jedes gesinterten Körpers gemäß allen Beispielen und allen Vergleichsbeispielen wurde die thermische Diffusionsfähigkeit α jedes gesinterten Körpers bei 25°C durch eine Laser-Flash-Methode unter Verwendung eines Laserflashanalysators (LFA 447 der Firma NETZSCH GmbH) gemessen.
Thermische Leitfähigkeit
Für jede Probe jedes gesinterten Körpers gemäß den Beispielen und den Vergleichsbeispielen wurde die thermische Leitfähigkeit λ basierend auf der gemessenen scheinbaren Dichte und der thermischen Diffusionsfähigkeit α sowie der spezifischen Wärmekapazität Cp des gesinterten Körpers berechnet. Die spezifische Wärmekapazität Cp wurde mit 0,72 KJ/kg-K berechnet, was die spezifische Wärmekapazität von Aluminiumnitrid ist.
Europiummenge im gesinterten Körper
Die Europiummenge in jedem gesinterten Körper gemäß Beispiel 1 bis Beispiel 7 und Beispiel 11 wurde durch das folgende Verfahren gemessen. Die Europiummenge in dem gesinterten Körper wurde durch ein induktiv gekoppeltes Hochfrequenzplasma-Atomemissionsspektrometriesystem (ICP-AES) nach der Acidolyse des gesinterten Körpers gemessen.
Relativwert Rd basierend auf der scheinbaren Dichte des gesinterten Körpers
Von dem Wert der scheinbaren Dichte jedes gesinterten Körpers gemäß allen Beispielen und allen Vergleichsbeispielen wurde ein Relativwert Rd, der auf der scheinbaren Dichte basiert, auf der Basis der nachstehenden Gleichungen (3) und (4) berechnet.
[Gleichung 3] $\begin{array}{l} Relativwert Rd basierend auf scheinbarer Dichte \\ = Scheinbare Dichte desgesinterten K \ddot{o} rpers \\ /theoretische Dichte der Rohmaterialmischung \end{array}$

[Gleichung 4] $\begin{array}{l} Theoretische Dischte der Rohmaterialmischung \\ = (AlN - Masse + {Eu}_{2} O_{3} - Masse) / [AlN \\ - Gehalt in der Rohmaterialmischung/ 3.26 + {Eu}_{2} O_{3} \\ - Gehalt in der Rohmaterialmischung/ 7.42] \end{array}$
Zu beachten ist, dass „3,26“ in Gleichung (4) die theoretische Dichte von Aluminiumnitrid (AlN) repräsentiert und „7,42“ die theoretische Dichte von Europiumoxid (Eu₂O₃) repräsentiert.
Relativwert Re der gemessenen Europiummenge relativ zur Europiummenge in der Rohmaterialmischung
Ein Relativwert Re der Europiummenge im gesinterten Körper relativ zur Europiummenge in der Rohmaterialmischung wurde durch die folgende Gleichung (5) berechnet.
[Gleichung 5] $\begin{array}{l} Relativwert Re der Eu - Menge im gesimterten K \ddot{o} rper \\ = Eu - {Menge im gesinterten K}_{\ddot{o} rper/Eu 2} O_{3} \\ - Gehalt in der Rohmaterialmischung \times 0 .863] \end{array}$
Zu beachten ist, dass „0,863“ den theoretischen Wert der Europium (Eu)-Menge, die in dem Europiumoxid (Eu₂O₃) enthalten ist, repräsentiert.
Lichtemissionsfarbe und Lichtemissionsspektrum
Die Proben des jeweiligen gesinterten Körpers gemäß allen Beispielen und allen Vergleichsbeispielen wurden jeweils mit Anregungslicht, das Lichtemissionspeakwellenlängen von 365 nm und 400 nm hat, als der Anregungslichtquelle bestrahlt, und die Lichtemissionsfarbe jedes gesinterten Körpers wurde bestätigt. Unter Verwendung einer Vorrichtung zur Messen der Quanteneffizienz (QE-2000, hergestellt von Otsuka Electronics Co., Ltd.) wurde jede Probe mit dem Anregungslicht bestrahlt, das Lichtemissionspeakwellenlängen von 365 nm und 400 nm hat, die Lichtemissionsspektren wurden bei Raumtemperatur (25°C ± 5°C) gemessen, und die Wellenlänge, bei der das Lichtemissionsspektrum des gesinterten Körpers am größten war, wurde als die Lichtemissionspeakwellenlänge (nm) des gesinterten Körpers gemessen. Die Lichtemissionspeakwellenlängen der gesinterten Körper wiesen im Wesentlichen die gleiche Lichtemissionspeakwellenlänge auf, wenn die Lichtemissionspeakwellenlänge des Anregungslichts 365 nm und 400 nm war. Die Lichtemissionsspektren der gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 7 und Beispiel 11, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt wurden, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 365 nm hat, sind in 5 gezeigt. Die Lichtemissionsspektren der gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 7 und Beispiel 11, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt wurden, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 400 nm hat, sind in 6 gezeigt. Die Lichtemissionsspektren der gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt wurden, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 365 nm hat, sind in 12 gezeigt. Die Lichtemissionsspektren der gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 2 und Beispiel 3, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt wurden, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge von 400 nm hat, sind in 13 illustriert. Es wurde bestätigt, dass die Lichtemissionspeakwellenlängen der gesinterten Körper Lichtemissionspeakwellenlängen in einem Bereich von 500 nm bis 550 nm haben, und dass sie die von grünem Licht sind, unabhängig davon, ob die Lichtemissionspeakwellenlänge des Anregungslichts 365 nm oder 400 nm war.
Anregungsspektrum

Das Anregungsspektrum des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 1 wurde unter Verwendung eines Fluoreszenzspektrophotometers (F-4500, hergestellt von der Hitachi High-Tech Science Corporation) gemessen. Die Ergebnisse sind in 7 gezeigt.
Tabelle 1

	Rohmaterialmischung			Feuertemperatur (°C)	Gesinterter Körper
	AIN (%)	Y₂O₃ (%)	Eu₂O₃ (%)	Feuertemperatur (°C)	Eu-Menge in dem gesinterten Körper (Gew%)	Lichtemissionsfarbe durch Anregung bei 365 nm	Lichtemissionsfarbe durch Anregung bei 400 nm	Schein bare dichte (g/cm³)	Thermische Diffusionsfähigkeit (mm²/s)	Thermische Leitfähigkeit pro scheinbarer Dichte (W/m·K)
Beispiel 1	98	0	2	1800	1,6	Grün	Grün	3,26	53,3	125
Beispiel 2	95	0	5	1800	3,1	Grün	Grün	3,21	61,4	142
Beispiel 3	90	0	10	1800	4,6	Grün	Grün	2,99	53,0	114
Beispiel 4	98	0	2	1900	1,4	Grün	Grün	3,28	65,6	155
Beispiel 5	95	0	5	1900	2,7	Grün	Grün	3,29	66,3	157
Beispiel 6	90	0	10	1900	4,4	Grün	Grün	3,26	60,1	141
Beispiel 7	98	0	2	2000	0,5	Grün	Grün	3,26	69,4	163
Beispiel 8	95	0	5	2000	-	Grün	Grün	3,28	70,3	166
Beispiel 9	90	0	10	2000	-	Grün	Grün	3,27	66,3	156
Beispiel 10	95	1	4	1800	-	Grün	Grün	3,31	63,4	151
Beispiel 11	98	0	2	1700	1,7	Grün	Grün	3,16	27,1	62
Vergleichsbeispiel 1	95	5	0	1800	-	Keine Lichtemission	Keine Lichtemission	3,31	71,3	170
Vergleichsbeispiel 2	100	0	0	1800	-	Keine Lichtemission	Keine Lichtemission	2,90	22,8	48

[Tabelle 2]

	Relativwert Rd	Relativwert Rd
Beispiel 1	0,99	0,93
Beispiel 2	0,96	0,72
Beispiel 3	0,87	0,53
Beispiel 4	0,99	0,81
Beispiel 5	0,98	0,63
Beispiel 6	0,94	0,51
Beispiel 7	0,99	0,29
Beispiel 8	0,98	-
Beispiel 9	0,95	-
Beispiel 10	0,99	-
Beispiel 11	0,96	0,89
Vergleichsbeispiel 1	1,00	-
Vergleichsbeispiel 2	0,89	-

Die gesinterten Körper gemäß Beispiel 1 bis Beispiel 11 hatten jeweils eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer, gemessen durch die Laser-Flash-Methode bei 25°C. Ferner emittierten die gesinterten Körper gemäß Beispiel 1 bis Beispiel 11 bei Anregung durch das Anregungslicht jeweils grünes Licht, unabhängig davon, ob die Lichtemissionspeakwellenlänge 365 nm oder 400 nm war.
In Beispiel1 bis Beispiel 3 und Beispiel 4 bis Beispiel 6 stieg der Europiumgehalt, der in dem jeweiligen gesinterten Körper enthalten war, wenn der Europiumgehalt zunahm, der in der Rohmaterialmischung enthalten war, selbst bei gleicher Feuerungstemperatur. Andererseits nahm der Relativwert Re der Europiummenge im gesinterten Körper relativ zur Europiummenge, die in der Rohmaterialmischung enthalten war, ab, wenn die Europiummenge, die in der Rohmaterialmischung enthalten war, zunahm. Aus diesem Ergebnis wurde gefolgert, dass die Menge an verflüchtigtem Europium mit zunehmender Europiummenge, die in der Rohmaterialmischung enthalten ist, steigt, selbst wenn die Feuerungstemperatur gleich ist. Der Relativwert Rd, der auf der scheinbaren Dichte des gesinterten Körpers basiert, änderte sich nicht signifikant bei Änderungen des Europiumoxids (Eu₂O₃)-Gehalts in der Rohmaterialmischung, was bestätigt, dass eine hohe Dichte beibehalten wurde.
Die gesinterten Körper gemäß Vergleichsbeispiel 1 und Vergleichsbeispiel 2 enthielten kein Europiumoxid in der Rohmaterialmischung, ihnen fehlte das Vorhandensein des Europiums, das als das Lichtemissionszentrum im Aluminiumnitrid dient, und daher emittierten sie kein Licht, selbst wenn sie mit dem Anregungslicht, das Lichtemissionspeakwellenlängen von 365 nm und 400 nm hat, der Anregungslichtquelle bestrahlt wurden.
Ferner enthielt der gesinterte Körper gemäß Vergleichsbeispiel 2 kein Europiumoxid oder Yttriumoxid, das als ein Sinterhilfsmittel in der Rohmaterialmischung dient, und daher war die scheinbare Dichte niedrig im Vergleich zu denen der gesinterten Körpern gemäß den Beispielen 1 bis 11, was in einer niedrigen thermischen Diffusionsfähigkeit von weniger als 27,0 mm²/s resultierte.

Im Vergleich zu Beispiel 1 hatte der gesinterte Körper gemäß Beispiel 11 einen Unterschied in der thermischen Diffusionsfähigkeit, obwohl die scheinbaren Dichten der beiden vom Wert nahe beieinander waren. Daher wurde die jeweilige Bulkdichte des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 1 und des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 11 durch das unten beschriebene Verfahren gemessen, und ein auf der Bulkdichte basierender Relativwert Rb basierend auf Gleichung (6) wurde berechnet. Tabelle 3 zeigt die scheinbaren Dichten der gesinterten Körper und die Relativwerte Rd, die auf den scheinbaren Dichte der gesinterten Körper basieren, die Bulkdichten und die Relativwerte Rb, die auf den Bulkdichten basieren, und die thermischen Diffusionsfähigkeitswerte gemäß Beispiel 1 und Beispiel 11. Die Bulkdichten wurden jeweils durch Messen der Längen-, Breiten- und Höhendimensionen des gesinterten Körpers bestimmt.
[Gleichung 6]

\begin{array}{l} Relativwert Rb basierend auf der Bulkdichte \\ = Bulkdichte des gesinterten K \ddot{o} rpers \\ /theretische Dichte der Rohmaterialmischung \end{array}

[Tabelle 3]

	Scheinbare Dichte (g/cm³)	Relativwert Rd basierend auf scheinbarer Dichte	Bulkdichte (g/cm³)	Relativwert Rb basierend auf Bulkdichte Rb	Thermische Diffusionsfähigkeit (mm²/s)
Beispiel 1	3,26	0,99	3,26	0,99	53,3
Beispiel 11	3,16	0,96	2,41	0,73	27,1

Die Bulkdichte des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 1, der eine thermische Diffusionsfähigkeit von 53,3 mm²/s hat, war 3,26 g/cm³. Die Bulkdichte des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 11, der bei einer Temperatur von 1700°C gefeuert wurde und eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,1 mm²/s hat, war 2,41 g/cm³. Der gesinterte Körper gemäß Beispiel 1 zeigte keine numerische Änderung der scheinbaren Dichte und der Bulkdichte. Dagegen hatte der gesinterte Körper gemäß Beispiel 11 eine geringere Bulkdichte als die scheinbare Dichte. Es wurde bestätigt, dass der gesinterte Körper gemäß Beispiel 1 ein dichter gesinterter Körper ist, verglichen mit dem gesinterten Körper gemäß Beispiel 11.
Wie in 5 und 6 gezeigt, hatten die gesinterten Körper gemäß Beispiel 1, Beispiel 7 und Beispiel 11 jeweils eine Lichtemissionspeakwellenlänge im Lichtemissionsspektrum von 523 nm. Das heißt, die Lichtemissionspeakwellenlänge war im grünen Lichtwellenlängenbereich von 500 nm bis 550 nm, was die Emission von grünem Licht bestätigt.
Wie in 12 und 13 illustriert, wurde unabhängig davon, ob die Anregungswellenlänge 365 nm oder 400 nm war, bestätigt, dass die Intensität der Lichtemissionspeakwellenlänge des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 1 höher war als die von Beispiel 2 und Beispiel 3. Bei dem gesinterten Körper gemäß Beispiel 1 war der Europiumoxidgehalt relativ zur gesamten Rohmaterialmischung im Herstellungsprozess geringer als der bei Beispiel 2 und Beispiel 3. Dadurch wurde denkbarerweise eine Abnahme der thermischen Leitfähigkeit des gesinterten Körpers in Beispiel 1 unterdrückt, was möglich macht, die Intensität der Lichtemissionspeakwellenlänge in einem größeren Ausmaß zu erhöhen als in Beispiel 2 und Beispiel 3.
Röntgenbeugungsmuster
Der gesinterte Körper gemäß Beispiel 2 und der gesinterte Körper gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden einer Röntgenbeugungsmuster-Messung unter Verwendung eines horizontalen Mehrzweck-Röntgendiffraktometers (SmartLab, hergestellt von Rigaku Corporation) und CuKα-Strahlung (λ = 0,15418 nm, Röhrenspannung 45 kV, Röhrenstrom 40 mA) als der Röntgenquelle unterzogen. Die erhaltenen Röntgenbeugungs (XRD) -muster, die die Beugungsintensität in Bezug auf den Beugungswinkel (2θ) angeben, sind in 8 gezeigt. 8 zeigt das Röntgenbeugungsmuster des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 2 und das Röntgenbeugungsmuster gemäß Vergleichsbeispiel 1 in dieser Reihenfolge von oben, und zeigt die Röntgenbeugungs (XRD) -muster für AlN, Eu₂O₃, Y₂O₃, Al₃NO₃ und Si₂Al₄O₄N₄, die in der Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) registriert sind, in dieser Reihenfolge von oben als Referenzbeispiele.
Wie in 8 illustriert, haben die XRD-Muster des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 2 und des gesinterten Körpers gemäß Vergleichsbeispiel 1 Peaks an im Wesentlichen den gleichen Positionen wie die der Beugungswinkel 2θ des XRD-Musters von AlN, was bestätigt, dass die gesinterten Körper im Wesentlichen dieselbe Struktur wie die von AlN haben. Der gesinterte Körper gemäß Beispiel 2 emittiert grünes Licht durch Anregung einer Anregungslichtquelle, aber das XRD-Muster des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 2 hat Peaks an Positionen von Beugungswinkeln 2θ, die von denen des XRD-Musters von Sialon-Leuchtstoff unterschiedlich sind, der durch Si₂Al₄O₄N₄ repräsentiert wird, was bestätigt, dass der gesinterte Körper eine Struktur hat, die von der von Si₂Al₄O₄N₄ unterschiedlich ist. Ferner hat das XRD-Muster des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 2 Peaks an Positionen, die sich von denen der Beugungswinkeln 2θ jedes XRD-Musters von Eu₂O₃ und Y₂O₃ unterscheiden, was Rohmaterialien oder Sinterhilfsmittel sind, was bestätigt, dass der gesinterte Körper eine Struktur hat, die von denen dieser Komponenten verschieden ist. Ferner konnte ein Hauptpeak des gesinterten Körpers des Beispiels 2 nicht beim Beugungswinkel 2θ von Al₃NO₃ beobachtet werden, eine Verbindung, die aus Aluminium, Stickstoff und Sauerstoff zusammengesetzt ist. Daraus wird verstanden, dass der Hauptteil des gesinterten Körpers zumindest in Beispiel 2 aus AlN-Partikeln besteht.
Elementanalyse des gesinterten Körpers
Die Oberfläche des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5 wurde mit einem Querschliffpolierer (CP) abschließend bearbeitet und anschließend mit Kohlenstoff beschichtet. Anschließend wurde ein Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts des gesinterten Körpers beobachtet und quantitativ analysiert. Eine quantitative Analyse wurde unter Verwendung eines EPMA-Systems (JXA-8500F, JEOL Ltd.) für jedes Element von Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Aluminium (Al) und Europium (Eu) an jedem Messpunkt der Aluminiumnitridpartikel (auch „AlN-Partikel“ genannt) durchgeführt, die das Basismaterial des gesinterten Körpers ausmachen. Der Gehalt jedes Elements (Masse%) wurde an jedem Messpunkt berechnet, mit 100 Masse% als der Summe der analytischen Werte von N, O, Al und Eu. Die auf die dritte Dezimalstelle gerundeten Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Zu beachten ist, dass die Gesamtmenge von N, O, Al und Eu aufgrund des Rundens möglicherweise nicht 100 Masse% sein muss. 9 ist eine REM-Aufnahme eines Rückstreuelektronenbildes eines Querschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5. In 9 geben p1, p2 und p3 Punkte an, die in den Aluminiumnitridpartikeln, die das Basismaterial des gesinterten Körpers ausmachen, analysiert wurden. In 9 sind Regionen geringer Helligkeit, die Messpunkte p1, p2 und p3 enthalten, Gebiete, in denen Aluminiumnitridpartikel positioniert sind, und Regionen mit hoher Helligkeit sind die Regionen zwischen Aluminiumnitridpartikeln. Tabelle 4 zeigt die Durchschnittswerte des Gehalts der AlN-Partikel an den Messpunkten p1, p2 und p3, die durch EPMA analysiert wurden, und das erste Verhältnis X₁ /Y₁ der Europiummenge X₁ zur Aluminiummenge Y₁, die in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers vorhanden ist, das auf der Basis der erhaltenen Durchschnittswerte berechnet wurde. Nach der EPMA-Analyse wurden die Rückstreuelektronenbilder beobachtet und die semiquantitative Analyse jedes O-, Al- und Eu-Elements wurde unter Verwendung eines REM-EDX-Systems (SU8230 hergestellt von Hitachi, Ltd., SDD-Detektor) durchgeführt. Der Gehalt jedes Elements (Masse%) wurde berechnet, mit 100 Masse% als der Summe der analytischen Werte von O, Al und Eu, in und zwischen den Aluminiumnitridpartikeln an jedem Messpunkt. Die auf die zweite Dezimalstelle gerundeten Ergebnisse sind in Tabelle 4 gezeigt. Zu beachten ist, dass die Gesamtmenge von O, Al und Eu in und zwischen den Aluminiumnitridpartikeln aufgrund des Rundens möglicherweise nicht gleich 100 Masse% sein muss. 10 und 11 sind REM-Aufnahmen von Rückstreuelektronenbildern verschiedener Regionen eines Querschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5. In 10 und 11 zeigen p4, p5 und p6 Punkte der Elementanalyse zwischen den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers an. In 11 zeigt p7 einen Messpunkt in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers an. In 10 und 11 sind die Regionen mit hoher Helligkeit, die die Messpunkte p4, p5 und p6 enthalten, Regionen zwischen den Aluminiumnitridpartikeln, und die Region mit niedriger Helligkeit, die den Messpunkt p7 enthält, ist das Gebiet, in dem die Aluminiumnitridpartikel positioniert sind. Tabelle 4 zeigt die Durchschnittswerte des Gehalts jedes Elements zwischen den AlN-Partikeln an den Messpunkten p4, p5 und p6, die durch EDX analysiert wurden, und das zweite Verhältnis X₂ /Y₂ der Europiummenge X₂ zu der Aluminiummenge Y₂, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers vorhanden ist, berechnet auf der Basis der erhaltenen Durchschnittswerte.
[Tabelle 4]

Messpunkt

N O Al Eu X₁/Y₁ X₂/Y₂

In AIN-Partikeln (EPMA) Durchschnittswert 30,32 0,44 69,13 0,12 0,0017 -

Zwischen AIN-Partikeln (EDX) Durchschnittswert - 14,1 8,8 77,0 - 8,7
An drei Punkten (p1, p2 und p3) des Rückstreuelektronenbildes des Querschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, das in 9 gezeigt ist, wurde durch EPMA-Messung bestätigt, dass Eu auch in den Aluminiumnitridpartikeln, die das Basismaterial des gesinterten Körpers ausmachen, vorhanden war. Das Verhältnis der Durchschnittswerte des Gehalts an Al und des Gehalts an N in den Aluminiumnitridpartikeln des gesinterten Körpers durch EPMA-Messung zeigte einen Wert nahe den numerischen Werten des Massenverhältnisses von Al und N im Aluminiumnitrid. Außerdem war der Gehalt an O gering. Aus diesen Gründen wurde bestätigt, dass die Aluminiumnitridpartikel die kristalline Struktur von Aluminiumnitrid beibehielten und die Bildung von zusammengesetzten Oxiden wie Al-O-N unterdrückten.
An den drei Punkten (p4, p5 und p6) der Rückstreuelektronenbilder des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, gezeigt in 10 und 11, wurde durch EDX-Messung bestätigt, dass zwischen den Aluminiumnitridpartikeln, die das Basismaterial des gesinterten Körpers ausmachten, erhebliche Mengen an O und Eu vorhanden waren. Die erheblichen Mengen an O und Eu, die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln vorhanden sind, sind denkbarerweise auf die Bildung einer flüssigen Phase zwischen den Aluminiumnitrid-Partikeln zurückzuführen. Diese flüssige Phase ist ein zusammengesetztes Oxid, das durch eine Reaktion zwischen dem Europiumoxid, das in der Rohmaterialmischung enthalten ist, und dem Oxid, das auf den Oberflächen der Aluminiumnitridpartikel gebildet ist, gebildet wird. Zu beachten ist, dass N an drei Punkten (p4, p5 und p6) zwischen den Aluminiumnitridpartikeln der Rückstreuelektronenbildern des Querschnitts des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, in 10 und 11 gezeigt, nicht nachgewiesen wurde. Dies deutet darauf hin, dass die Menge an N an den Messpunkten p4, p5 und p6 zwischen den Aluminiumnitridpartikeln geringer ist als die Nachweisgrenze von EDX. Dementsprechend werden zusammengesetzte Oxide wie Al-O-Eu, zum Beispiel, denkbarerweise zwischen den Aluminiumnitridpartikeln gebildet. An einem Punkt (p7) in den Aluminiumnitridpartikeln des Rückstreuelektronenbildes im Querschnitt des gesinterten Körpers gemäß Beispiel 5, gezeigt in 11, wurde Eu nicht zwischen den Aluminiumnitridpartikeln im gesinterten Körper detektiert. Dies deutet darauf hin, dass bei p7 die Menge an Eu geringer als die Nachweisgrenze von EDX ist.
In dem gesinterten Körper gemäß Beispiel 5 war der Durchschnittswert der Europiummenge X₁ in den Aluminiumnitridpartikeln 0,12, der Durchschnittswert der Aluminiummenge Y₁ in den Aluminiumnitridpartikeln 69,13 und das erste Verhältnis X₁ /Y₁ 0,0017.
In dem gesinterten Körper gemäß Beispiel 5 war der Durchschnittswert der Europiummenge X₂ zwischen den Aluminiumnitridpartikeln 77,0, der Durchschnittswert der Aluminiummenge Y₂ zwischen den Aluminiumnitridpartikeln 8,8 und das zweite Verhältnis X₂/Y₂ 8,7.
Industrielle Anwendbarkeit
Der gesinterte Körper gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in einem Halbleiterpackage verwendet werden. Ferner kann der gesinterte Körper mit einem lichtemittierenden Element einer LED oder einer LD kombiniert werden, das als eine Anregungslichtquelle dient, und als eine Beleuchtungsvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug oder in der allgemeinen Beleuchtung oder als ein Wellenlängenumwandlungsbauteil einer Hintergrundbeleuchtung für eine Flüssigkristallanzeigevorrichtung verwendet wird. Ferner kann der gesinterte Körper auch als ein Ultraviolettlicht-Detektor verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: LED-Element
2: Substrat
3, 13, 23: Gesinterter Körper
4, 14, 24: Lichtreflektierendes Bauteil
5: Verdrahtungsleitung
12: Zweites LD-Element
15: Packagebauteil
16: Submount
100, 200, 300: Lichtemittierende Vorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2006016711 [0004]

Claims

Gesinterter Körper, umfassend: Aluminiumnitrid, und Europium, wobei der gesinterte Körper eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer hat, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und grünes Licht emittiert, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
Gesinterter Körper, umfassend: Aluminiumnitrid, und Europium, wobei der gesinterte Körper eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer hat, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und wobei ein Europiumgehalt in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge ist.
Gesinterter Körper gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei ein Europiumgehalt in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 1,7 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge des gesinterten Körpers ist.
Gesinterter Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die thermische Diffusionsfähigkeit 55 mm²/s oder größer ist.
Gesinterter Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der gesinterte Körper das Aluminiumnitrid als ein Basismaterial enthält, und der gesinterte Körper kein Metallelement enthält, das anders ist als Aluminium und das Europium.
Gesinterter Körper gemäß Anspruch 1, wobei das grüne Licht eine Lichtemissionspeakwellenlänge in einem Bereich von 500 nm bis 550 nm hat.
Gesinterter Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei eine scheinbare Dichte 2,5 g/cm³ ist.
Lichtemittierende Vorrichtung, umfassend: den gesinterten Körper gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, und eine Anregungslichtquelle.
Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 8, wobei die Anregungslichtquelle ein lichtemittierendes Element ist, das Licht emittiert, das eine Lichtemissionspeakwellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 480 nm hat.
Lichtemittierende Vorrichtung gemäß Anspruch 8 oder 9, wobei die Anregungslichtquelle ein Halbleiterlaserelement ist.
Wellenlängenumwandlungsbauteil, umfassend: Aluminiumnitrid, und Europium, wobei das Wellenlängenumwandlungsbauteil eine thermische Diffusionsfähigkeit von 27,0 mm²/s oder größer hat, gemessen durch eine Laser-Flash-Methode bei 25°C, und wobei ein Europiumgehalt in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 10 Masse% relativ zu einer Gesamtmenge ist.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines gebildeten Körpers aus einer Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und eine Verbindung, die Europium enthält, enthält, und Feuern des gebildeten Körpers in einem Bereich von 1700°C bis 2050°C, um einen gesinterten Körper zu erhalten, der dazu konfiguriert ist, grünes Licht zu emittieren, wenn er durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines gebildeten Körpers aus einer Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und eine Verbindung, die Europium enthält, enthält, und Feuern des gebildeten Körpers in einem Bereich von 1700°C bis 2050°C, um einen gesinterten Körper zu erhalten, wobei ein Gehalt der Verbindung, die das Europium enthält, in der Rohmaterialmischung in einem Bereich von 0,2 Masse% bis 20 Masse% relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung ist.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers gemäß Anspruch 12 oder 13, wobei das Verfahren ferner umfasst: Bereitstellen eines gekneteten Produkts durch Kneten der Rohmaterialmischung und einer organischen Substanz, Spritzbilden des gekneteten Produkts, und nach dem Spritzbilden, Erhitzen des gekneteten Produkts in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, in einem Bereich von 400°C bis 700°C.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei ein Gehalt der Verbindung, die Europium enthält, in der Rohmaterialmischung in einem Bereich von 0,4 Masse% bis 5 Masse% relativ zu 100 Masse% der Rohmaterialmischung ist.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers gemäß einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei das Feuern in einer Atmosphäre durchgeführt wird, die Stickstoff enthält.
Verfahren zum Herstellen eines gesinterten Körpers gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei ein Partikelgrößenverhältnis De/Da einer zentralen Partikelgröße De in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung der Verbindung, die Europium enthält, gemessen durch eine Coulter-Zähler-Methode, zu einer zentralen Partikelgröße Da in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung des Aluminiumnitrids, gemessen durch die Coulter-Zähler-Methode, in einem Bereich von 0,1 bis 20 ist.