DE112021006659T5

DE112021006659T5 - Verfahren zur herstellung von leuchtstoffkeramik und verfahren zur herstellung einer lichtemittierenden vorrichtung

Info

Publication number: DE112021006659T5
Application number: DE112021006659.5T
Authority: DE
Inventors: Takeshi Sadamochi
Original assignee: Nichia Corp
Current assignee: Nichia Corp
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-10-12
Also published as: US20240051877A1; JPWO2022138530A1; WO2022138530A1

Abstract

Es werden ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik, die Licht emittiert, wenn sie durch ein Anregungslicht angeregt wird, und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung vorgesehen. Das Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik enthält ein Vorbereiten eines Vorprodukts, das entweder ein Aluminiumnitrid enthaltender gegossener Körper oder ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper ist, und ein Produzieren einer Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, die einen Gehalt an Europium in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% aufweist, indem das Vorprodukt in Kontakt mit einem europiumhaltigen Gas gebracht wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung.
Stand der Technik
Eine lichtemittierende Vorrichtung, die als lichtemittierendes Element eine lichtemittierende Diode (LED) oder eine Laserdiode (LD) verwendet, wird als alternative Lichtquelle zu einer Glühbirne und einer Leuchtstofflampe eingesetzt. Eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine LED und ein Wellenlängenumwandlungsbauteil verwendet, das einen anorganischen Leuchtstoff in Pulverform und ein Harz enthält, emittiert beispielsweise gemischtes Licht aus Licht, das von der LED emittiert wird, und Licht, das von dem anorganischen Leuchtstoff emittiert wird, der durch das von der LED emittierte Licht angeregt wird. Eine solche lichtemittierende Vorrichtung, die eine LED und einen anorganischen Leuchtstoff verwendet, wird nicht nur in Beleuchtungsbereichen wie der Innenbeleuchtung und der Fahrzeuginnenraumbeleuchtung eingesetzt, sondern auch in einer Vielzahl von Bereichen wie Flüssigkristall-Hintergrundbeleuchtungs-Lichtquellen und Beleuchtungen. Ferner wird eine lichtemittierende Vorrichtung, die eine LD und einen anorganischen Leuchtstoff kombiniert, in Bereichen wie z.B. Projektorlichtquellen eingesetzt.
Patentdokument 1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Sialonleuchtstoffs, wobei das Verfahren ein direktes Füllen eines Behälters oder dergleichen mit Pulveraggregaten einer Mischung enthält, in der die Pulveraggregate gleichförmig granulatförmig hergestellt sind, wobei der Behälter mit einem Füllverhältnis gefüllt wird, bei dem eine Schüttdichte von 40% oder weniger vorliegt, ohne dass eine mechanische Kraft auf das Pulver ausgeübt wird und ohne dass das Pulver vorab unter Verwendung einer Form oder dergleichen geformt wird, und nachfolgendes Sintern des gefüllten Behälters.
Patentdokument 2 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines lumineszierenden gesinterten Körpers durch Mischen eines Aluminiumnitridpulvers, eines Sinterhilfsmittels und einer Verbindung, die ein als Lichtemissionszentrum dienendes Element enthält, und nachfolgendes Brennen der resultierenden Mischung.
Zitationsliste
Patentliteratur

Patentdokument 1: WO 2006/016711
Patentdokument 2: JP 62-167260 A

Übersicht über die Erfindung
Technisches Problem
Mit den in den Patentdokumenten 1 und 2 beschriebenen Verfahren ist es jedoch schwierig, einen dichten gesinterten Körper zu produzieren, so dass eine Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit eines gesinterten Körpers gewünscht wird.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und Licht emittiert, wenn sie durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird, und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung vorzusehen.
Lösung des Problems
Die vorliegende Offenbarung umfasst die folgenden Aspekte.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik, wobei das Verfahren enthält: Vorbereiten eines Vorprodukts, das entweder ein Aluminiumnitrid enthaltender gegossener Körper oder ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper ist; und Produzieren einer Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, die einen Gehalt an Europium in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% aufweist, indem das Vorprodukt in Kontakt mit einem europiumhaltigen Gas gebracht wird.
Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, wobei das Verfahren enthält: Vorbereiten einer Leuchtstoffkeramik, die durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren hergestellt wird; Vorbereiten einer Anregungslichtquelle; und Anordnen der Leuchtstoffkeramik an einer Position, die mit von der Anregungslichtquelle emittiertem Licht bestrahlt werden soll.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß den oben beschriebenen Aspekten kann ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit, die Licht emittiert, wenn sie durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird, und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung vorgesehen werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik darstellt.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik darstellt, wobei das Verfahren ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts enthält.
3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik darstellt, wobei das Verfahren ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Vorprodukts enthält.
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung darstellt, in der ein LED-Element verwendet wird.
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung darstellt, in der ein LD-Element verwendet wird.
6 ist ein Diagramm, das Lichtemissionsspektren darstellt, wenn Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5 und ein keramischer gesinterter Körper gemäß Referenzbeispiel 1 durch eine Lichtquelle mit einer Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 365 nm angeregt wurden.
7 ist ein Diagramm, das Lichtemissionsspektren darstellt, wenn Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5 durch eine Lichtquelle angeregt wurden, die eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 400 nm aufweist.
8 ist ein Diagramm, das Anregungsspektren der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5 darstellt.
9 ist ein Diagramm, das jedes XRD-Spektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5, der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 und AIN, E_u2O₃ und Y₂O₃ darstellt, die in einem Datenblatt registriert sind.
10 ist eine SEM-Aufnahme eines rückgestreuten Elektronenbildes eines Teilquerschnitts der Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und zeigt Stellen, die unter Verwendung von SEM-EDX analysiert wurden.
11 ist eine SEM-Aufnahme eines rückgestreuten Elektronenbildes eines Teilquerschnitts der Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und zeigt Stellen, die unter Verwendung von SEM-EDX analysiert wurden.
12 ist eine SEM-Aufnahme eines rückgestreuten Elektronenbildes eines Teilquerschnitts der Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und zeigt Stellen, die unter Verwendung von SEM-EDX analysiert wurden.
13 ist eine SEM-Aufnahme eines rückgestreuten Elektronenbildes eines Teilquerschnitts der Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und zeigt Stellen, die unter Verwendung von EPMA analysiert wurden.
14 ist eine SEM-Aufnahme eines rückgestreuten Elektronenbildes eines Teilquerschnitts der Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und zeigt Stellen, die unter Verwendung von EPMA analysiert wurden.
15 ist eine SEM-Aufnahme eines rückgestreuten Elektronenbildes eines Teilquerschnitts der Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und zeigt Stellen, die unter Verwendung von EPMA analysiert wurden.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden eine Leuchtstoffkeramik, ein Verfahren zur Herstellung der Leuchtstoffkeramik und ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung auf der Basis von Ausführungsformen beschrieben. Die im Folgenden präsentierten Ausführungsformen sind jedoch Beispiele für die Umsetzung des technischen Konzepts der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgende Leuchtstoffkeramik, lichtemittierende Vorrichtung, das Verfahren zur Herstellung der Leuchtstoffkeramik und das Verfahren zur Herstellung der lichtemittierenden Vorrichtung limitiert. Es ist zu beachten, dass sich grünes Licht in der vorliegenden Spezifikation auf Licht bezieht, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem Bereich von 490 nm bis 550 nm aufweist. Außerdem bezieht sich Keramik in der vorliegenden Spezifikation auf ein Aggregat aus einem anorganischen, nicht-metallischen Material, in dem eine Mehrzahl von Pulverpartikeln durch Sintern verbunden ist. Daher ist beispielsweise ein Aluminiumnitridpulver, das den Zustand des Rohmaterialpulvers beibehält, nicht in dem Begriff Keramik enthalten. In der vorliegenden Spezifikation handelt es sich bei der Keramik hauptsächlich um Aluminiumnitrid, und Oxide, die Aluminium und ein anderes Element enthalten, sind ebenfalls durch den Begriff Keramik abgedeckt. In der vorliegenden Spezifikation bedeutet „hauptsächlich Aluminiumnitrid“, dass der in der Keramik enthaltene Gehalt an Aluminiumnitrid 90 Massen-% oder mehr beträgt.
Verfahren zur Herstellung von Leuchtstoffkeramik
Das Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik enthält: Vorbereiten eines Vorprodukts, das entweder ein Aluminiumnitrid enthaltender gegossener Körper oder ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper ist, und Produzieren einer Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik (die im Folgenden als „AIN-Leuchtstoffkeramik“ bezeichnet werden kann) mit einem Gehalt an Europium in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen- %, indem das Vorprodukt mit einem europiumhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird. 1 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel des Verfahrens zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik darstellt. Das Verfahren zur Herstellung der Leuchtstoffkeramik enthält einen Schritt S101 des Vorbereitens eines Vorprodukts und einen Schritt S102 des Produzierens einer Leuchtstoffkeramik, indem das Vorprodukt mit einem Europium (Eu) enthaltenden Gas in Kontakt gebracht wird.
Mit dem Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine Leuchtstoffkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit produziert werden, die Licht emittiert, wenn sie durch eine Anregungslichtquelle angeregt wird, indem das Vorprodukt mit dem europiumhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird.
Schritt des Vorbereitens des Vorprodukts
Das Vorprodukt ist ein Aluminiumnitrid enthaltender gegossener Körper oder ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper. Das Vorprodukt kann durch Herstellung des gegossenen Körpers oder des gesinterten Körpers unter Verwendung eines unten beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines Vorprodukts oder unter Verwendung eines im Handel erhältlichen gesinterten Körpers aus Aluminiumnitrid hergestellt werden. Aluminiumnitrid ist der Hauptbestandteil des Vorprodukts. Zum Beispiel beträgt der Gehalt des Aluminiumnitrids in Bezug auf das gesamte Vorprodukt vorzugsweise 90 Massen-% oder mehr.
Das Verfahren zur Herstellung des Vorprodukts zum Vorbereiten des Vorprodukts wird beschrieben. Bei dem Vorprodukt handelt es sich entweder um einen gegossenen Körper, der Aluminiumnitrid enthält, oder um einen gesinterten Körper, der Aluminiumnitrid enthält. 2 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines Leuchtstoffs darstellt, wobei das Verfahren ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Vorprodukts in einem Fall enthält, in dem das Vorprodukt ein Aluminiumnitrid enthaltender gegossener Körper ist. 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik darstellt, wobei das Verfahren ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des Vorprodukts in einem Fall enthält, in dem das Vorprodukt ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper ist.
Unter Bezugnahme auf 2 und 3 wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Vorprodukts in dem Fall, in dem das Vorprodukt ein gegossener Körper ist, oder in dem Fall, in dem das Vorprodukt ein gesinterter Körper ist, beschrieben. In dem Fall, in dem das Vorprodukt ein gegossener Körper ist, enthält das Verfahren zur Herstellung des gegossenen Körpers einen Schritt S101a des Vorbereitens einer Rohmaterialmischung und einen Gießschritt S101d. Falls erforderlich, kann einer oder alle von einem Schritt S101b des Vorbereitens eines gekneteten Produkts, einem Schritt S101c des Granulierens des gekneteten Produkts und einem Schritt S101e des Erhitzens und Entbinderns enthalten sein. Wenn das Vorprodukt ein gesinterter Körper ist, enthält das Verfahren ferner einen ersten Brennschritt S101f.
Schritt zur Vorbereitung einer Rohmaterialmischung
Die Rohmaterialmischung enthält Aluminiumnitrid und kann bei Bedarf ein Sinterhilfsmittel enthalten, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält.
Aluminiumnitrid
Als das Aluminiumnitrid können Aluminiumnitridpartikel verwendet werden. Diese Aluminiumnitridpartikel können durch ein bekanntes Herstellungsverfahren hergestellt werden. Zum Beispiel kann das Aluminiumnitrid durch direkte Nitrierung oder Verbrennungssynthese produziert werden, bei der ein metallisches Aluminiumpulver verbrannt und in einer Stickstoffatmosphäre synthetisiert wird, oder durch reduktive Nitrierung, bei der Aluminiumoxidpulver erhitzt und in Stickstoff reduziert wird. Ferner kann das Aluminiumnitrid durch eine Reaktion zwischen organischem Aluminium und Ammoniak produziert werden.
In der vorliegenden Spezifikation ist eine zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel die Partikelgröße, die 50% in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung entspricht, die mit dem Coulter-Zähler-Verfahren gemessen wird. Das Coulter-Zähler-Verfahren ist ein Verfahren zur Messung einer Partikelgröße ohne Unterscheidung von Primär- und Sekundärpartikeln unter Verwendung des elektrischen Widerstands, wenn die in einer wässrigen Elektrolytlösung dispergierten Partikel durch eine feine Pore (Öffnung) auf der Grundlage des Coulter-Prinzips durchlaufen. Die Partikelgrößenverteilung kann unter Verwendung einer Vorrichtung zur Messung der Partikelgrößenverteilung (z.B. CMS, erhältlich bei Beckman Coulter Inc.) gemessen werden.
Die zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugter in einem Bereich von 0,3 µm bis 3 µm und noch bevorzugter in einem Bereich von 0,5 µm bis 1,5 µm. Dadurch kann ein dichter gesinterter Körper und eine Leuchtstoffkeramik produziert werden, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
In dem Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln beträgt ein Sauerstoffgehalt vorzugsweise 2 Massen-% oder weniger, und noch bevorzugter 1,5 Massen-% oder weniger, bezogen auf die Gesamtmenge des Pulvers aus Aluminiumnitridpartikeln. Wenn der Sauerstoffgehalt in dem Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln 2 Massen-% oder weniger beträgt, können Punktdefekte von Al im Gitter der Aluminiumnitridkristalle, die das Basismaterial der Leuchtstoffkeramik bilden, reduziert werden, die Menge der aus Oxiden gebildeten Korngrenzenphasen wird reduziert, und es kann eine Leuchtstoffkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt werden. Der Sauerstoffgehalt in dem Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln kann mit einem Sauerstoff/Stickstoff-Analysator (z.B. Modellnummer EMGA-820, erhältlich bei Horiba, Ltd.) gemessen werden.
Vorzugsweise enthält das Rohmaterialpulver aus Aluminiumnitridpartikeln kein Metallelement außer Aluminium. Insbesondere wenn Eisen in dem Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln enthalten ist, kann die produzierte Leuchtstoffkeramik schwarz gefärbt sein, so dass das Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln vorzugsweise kein Eisen enthält. Bezogen auf die Gesamtmenge des Pulvers aus Aluminiumnitridpartikeln beträgt ein Gehalt an Metallelementen mit Ausnahme von Aluminium in dem Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln vorzugsweise 1 Massen-% oder weniger, bevorzugter 0,5 Massen-% oder weniger, noch bevorzugter 0,1 Massen-% oder weniger und besonders bevorzugt 0,01 Massen-% oder weniger. Hierdurch kann eine Färbung der produzierten Leuchtstoffkeramik reduziert werden. Darüber hinaus kann auch eine Verringerung der Wärmeleitfähigkeit reduziert werden. Der Gehalt an Metallelementen mit Ausnahme von Aluminium in dem Pulver aus Aluminiumnitridpartikeln kann unter Verwendung einer Vorrichtung für die induktiv gekoppelte Hochfrequenzplasma-Atomemissionsspektrometrie (ICP-AES) gemessen werden.
Das Reflexionsvermögen der Aluminiumnitridpartikel in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm beträgt vorzugsweise 50% oder mehr, und noch bevorzugter 70% oder mehr. Wenn das Reflexionsvermögen der Aluminiumnitridpartikel in einem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 700 nm 50 % oder mehr beträgt, wird auch das Reflexionsvermögen der produzierten Leuchtstoffkeramik erhöht, wodurch die Lichtstärke von grünem Licht bei Anregung durch die Anregungslichtquelle gesteigert werden kann.
Der Gehalt der Aluminiumnitridpartikel in der Rohmaterialmischung liegt vorzugsweise in einem Bereich von 90 Massen-% bis 99,8 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Rohmaterialmischung. Indem der Gehalt an Aluminiumnitridpartikeln innerhalb dieses Bereichs einstellt wird und das Vorprodukt, das Aluminiumnitrid als ein Basismaterial enthält, mit einem europiumhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird, kann eine Leuchtstoffkeramik produziert werden, die Europium in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% enthält, eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist und bei Anregung durch Anregungslicht Licht emittiert. Ferner liegt der Gehalt an Aluminiumnitrid in der Rohmaterialmischung vorzugsweise in einem Bereich von 93 Massen-% bis 99,7 Massen-%, bevorzugter in einem Bereich von 95 Massen-% bis 99,6 Massen-%, und noch bevorzugter in einem Bereich von 95 Massen-% bis 99,5 Massen-%.
Sinterhilfsmittel, die andere Seltenerdmetalle als Europium enthalten
Die Rohmaterialmischung kann ein Sinterhilfsmittel enthalten. Wenn ein Sinterhilfsmittel in der Rohmaterialmischung enthalten ist, werden Aluminiumnitridkristalle dicht miteinander verbunden, und es kann eine Leuchtstoffkeramik mit hoher Wärmeleitfähigkeit produziert werden. Beispiele für das Sinterhilfsmittel enthalten Verbindungen, die ein Erdalkalimetallelement enthalten, und Verbindungen, die ein anderes Seltenerdelement als Europium enthalten. Das Sinterhilfsmittel ist vorzugsweise ein Sinterhilfsmittel, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält. Beispiele für das Sinterhilfsmittel, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält, enthalten Oxide, die ein anderes Seltenerdelement als Europium enthalten, und Fluoride, die ein anderes Seltenerdelement als Europium enthalten. Spezifische Beispiele für die Sinterhilfsmittel, die ein anderes Seltenerdelement als Europium enthalten, enthalten Yttriumoxid (Y₂O₃), Lanthanoxid (La₂O₃), Ceroxid (CeO₂), Ytterbiumoxid (Yb₂O₃), Praseodymoxid (PrO₂), Neodymoxid (Nd₂O₃), Samariumoxid (Sm₂O₃), Gadoliniumoxid (Gd₂O₃), Dysprosiumoxid (Dy₂O₃), und Erbiumoxid (Er₂O₃). Das Sinterhilfsmittel, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält, ist vorzugsweise Yttriumoxid. Dadurch bildet sich leicht eine flüssige Phase mit dem in den Aluminiumnitridpartikeln enthaltenen Fremdsauerstoff, und eine Verdichtung des gesinterten Körpers wird leicht gefördert.
Ein Gehalt des Sinterhilfsmittels in der Rohmaterialmischung beträgt, bezogen auf 100 Massen-% der Rohmaterialmischung, vorzugsweise 10 Massen-% oder weniger und kann 7 Massen-% oder weniger oder 5 Massen-% oder weniger betragen, und kann auch 0,05 Massen-% oder mehr oder 0,1 Massen-% oder mehr betragen. Außerdem kann die Rohmaterialmischung kein Sinterhilfsmittel enthalten, und die Menge des Sinterhilfsmittels in der Rohmaterialmischung kann 0 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% der Rohmaterialmischung, betragen.
Das Sinterhilfsmittel ist vorzugsweise ein Pulver. Die zentrale Partikelgröße De des Sinterhilfsmittels, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 µm bis 5 µm, bevorzugter in einem Bereich von 0,2 µm bis 4 µm und noch bevorzugter in einem Bereich von 0,3 µm bis 3 µm. Ein Partikelgrößenverhältnis De/Da der zentralen Partikelgröße De des Sinterhilfsmittels zur zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 20. Die zentrale Partikelgröße De des Sinterhilfsmittels bezieht sich auf eine Partikelgröße, die 50% in einer volumenbasierten kumulativen Partikelgrößenverteilung entspricht, die mit dem Coulter-Zählverfahren gemessen wurde. Wenn das Partikelgrößenverhältnis De/Da zwischen der zentralen Partikelgröße De des Sinterhilfsmittels und der zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel im Bereich von 0,1 bis 20 liegt, neigen die Partikel, aus denen die Rohmaterialmischung besteht, weniger zur Aggregation und sind leicht unter den Partikeln dispergiert, was es einfach macht, einen gesinterten Körper mit hoher Dichte zu produzieren. Das Partikelgrößenverhältnis De/Da der zentralen Partikelgröße De des Sinterhilfsmittels zur zentralen Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel liegt vorzugsweise 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. Wenn das Partikelgrößenverhältnis De/Da innerhalb dieser Bereiche liegt, ist es unwahrscheinlich, dass eine Verzerrung im Zustand nach einer Mischung mit den Aluminiumnitridpartikeln auftritt.
Die Rohmaterialmischung, die Aluminiumnitrid und gegebenenfalls ein Sinterhilfsmittel enthält, das ein anderes Seltenerdmetall als Europium enthält, kann durch Trockenmischen oder Nassmischen produziert werden. Trockenmischen bedeutet, dass das Aluminiumnitrid und jede Verbindung in Abwesenheit von Flüssigkeit gemischt werden. Nassmischen bedeutet, dass die Rohmaterialien in einem Zustand gemischt werden, indem sie ein organisches Lösungsmittel oder Wasser enthalten. Das bevorzugte Verfahren ist das Trockenmischen. In dem Fall des Trockenmischens kann das gemischte Pulver große und kleine Partikel als Sinterhilfsmittel enthalten. Es wird davon ausgegangen, dass relativ große Sinterhilfsmittelpartikel eine lokalisierte flüssige Phase produzieren können. Es wird angenommen, dass eine lokalisierte flüssige Phase die Umlagerung der Aluminiumnitridpartikel und damit die Bildung eines dichten gesinterten Körpers erleichtert. Ferner ist Aluminiumnitrid feuchtigkeitsempfindlich, so dass das trockene Mischen ohne den Einsatz von Feuchtigkeit bevorzugt wird. Ferner kann das Trockenmischen den Herstellungsprozess im Vergleich zum Nassmischen vereinfachen. Zum Trockenmischen kann eine bekannte Vorrichtung wie ein Supermischer, ein Axialmischer, ein Henschelmischer, ein Bandmischer oder ein Schleusenmischer verwendet werden. Für das Nassmischen kann eine bekannte Vorrichtung wie eine Kugelmühle oder eine Medienrührwerksmühle verwendet werden.
Schritt zur Vorbereitung des gekneteten Produkts
Der Schritt der Vorbereitung des Vorprodukts kann einen Schritt der Vorbereitung eines gekneteten Produkts durch Kneten der Rohmaterialmischung und einer organischen Substanz enthalten. Beispiele für die organische 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 enthalten sein, die die Rohmaterialmischung und die organische Substanz ausreichend vermischen kann, ohne die Eigenschaften des resultierenden gesinterten Körpers zu beeinträchtigen. Eine im gekneteten Produkt enthaltene Menge an organischer Substanz liegt vorzugsweise in einem Bereich von 10 Masseteilen bis 25 Masseteilen, bezogen auf 100 Masseteile der Rohmaterialmischung.
Beispiele für die organische Substanz als Bindemittel enthalten mindestens ein thermoplastisches Harz, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyethylen niedriger Dichte, Polyethylen mittlerer Dichte, Polyethylen hoher Dichte, Polyethylen mit niedrigem Molekulargewicht, Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Acrylat-Copolymer, Polypropylen, ataktischem Polypropylen, Polystyrol, Polyacetal, Polyamid und Methacrylharz. Neben diesen thermoplastischen Harzen enthalten Beispiele für Bindemittel auch Wachse wie Paraffinwachs und mikrokristallines Wachs. Diese Bindemittel können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Beispiele für die organische Substanz als Schmiermittel enthalten Schmiermittel auf Kohlenwasserstoffbasis, wie flüssiges Paraffin und Paraffinwachs, und Schmiermittel auf Fettsäurebasis, wie Stearinsäure und Laurylsäure. Diese Schmiermittel können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Beispiele für die organische Substanz als Weichmacher enthalten Phthalate, Adipate und Trimellitate. Diese Weichmacher können allein oder in Kombination von zwei oder mehr verwendet werden.
Das geknetete Produkt kann ein Hilfsmittel wie einen Haftvermittler enthalten, um die Dispergierbarkeit von anorganischen Pulvern wie dem Aluminiumnitrid und dem Sinterhilfsmittel zu verbessern, sowie die mindestens eine organische Substanz, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Bindemittel, Schmiermittel und Weichmacher. Das Hilfsmittel wie der Haftvermittler kann dem gekneteten Produkt in einem Bereich zugesetzt werden, der die Eigenschaften des produzierten gesinterten Körpers nicht beeinträchtigt.
Das geknetete Produkt kann unter Verwendung einer bekannten Vorrichtung produziert werden.
Schritt der Granulierung des gekneteten Produkts
Der Schritt der Vorbereitung des Vorprodukts kann einen Granulierungsschritt des Granulierens der gekneteten Mischung enthalten. Das geknetete Produkt kann vor dem Gießen des gegossenen Körpers in eine granulatförmige Form oder eine Pelletform granuliert werden. Das geknetete Produkt, das eine granulatförmige oder pelletförmige Form aufweist, kann unter Verwendung einer bekannten Vorrichtung wie einem Pulverisierer, einem Extruder oder einem Pelletierer produziert werden.
Gießschritt
Der Schritt der Vorbereitung des Vorprodukts enthält einen Schritt des Produzierens eines gegossenen Körpers durch Gießen der Rohmaterialmischung, eines aus der Rohmaterialmischung gebildeten gekneteten Produkts oder eines durch Granulieren des gekneteten Produkts gebildeten granulierten Produkts. Der gegossene Körper kann durch Gießen der Rohmaterialmischung oder des gekneteten Produkts nach einem bekannten Verfahren produziert werden. Beispiele für die bekannten Gießverfahren enthalten ein Spritzgussverfahren, ein Druckgussverfahren unter Verwendung einer Form, ein kaltisostatisches Pressverfahren (CIP), ein Extrusionsverfahren, ein Rakelverfahren und ein Gussverfahren. Zum Beispiel kann ein gegossener Körper, der eine gewünschte Form aufweist, durch das Spritzgussverfahren gebildet werden. Wenn der gegossene Körper durch das Spritzgussverfahren gebildet wird, ist ein Schneiden oder eine andere Formgebung der Leuchtstoffkeramik in die gewünschte Form nach dem Brennen des gegossenen Körpers nicht unbedingt erforderlich, um die Leuchtstoffkeramik zu produzieren. Das Aluminiumnitrid ist als das Basismaterial enthalten, und die Leuchtstoffkeramik mit hoher Dichte ist extrem hart und spröde, was eine Bearbeitung wie ein Schneiden erschwert. Ferner kann eine maschinelle Bearbeitung der Leuchtstoffkeramik, wie z.B. ein Schneiden, zu einem Defekt, wie z.B. Abplatzungen, führen. Daher wird als das Gießverfahren zum Produzieren des gegossenen Körpers das Spritzgussverfahren bevorzugt, mit dem ein gegossener Körper in der gewünschten Form leicht hergestellt werden kann.
Schritt des Erhitzens und Entbinderns
In einem Fall, in dem das geknetete Produkt gegossen wird, um einen gegossenen Körper zu produzieren, kann der Schritt der Vorbereitung des Vorprodukts ein Erhitzen und Entbindern des gekneteten Produkts, das gegossen wurde, enthalten. Wenn ein Erhitzen und Entbindern implementiert werden soll, enthält das Verfahren vorzugsweise ein Erhitzen in einem Bereich von 400°C bis 700°C in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre. Das Erhitzen in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre im Bereich von 400°C bis 700°C reduziert die im gegossenen Körper enthaltene Kohlenstoffmenge und erleichtert das Entbindern. Dadurch wird es möglich, eine Verringerung der Ausbeute zu unterdrücken, die durch die Rissbildung des gesinterten Körpers aufgrund des im gekneteten Produkt verbleibenden Kohlenstoffs verursacht wird. Ferner kann eine Oxidation des gesinterten Körpers unterdrückt werden. Ferner kann je nach Art der organischen Substanz in dem oben beschriebenen Temperaturbereich schnell Wärme erzeugt werden, aber diese Art des schnellen Temperaturanstiegs kann durch Erhitzen in einer Atmosphäre, die Stickstoff enthält, unterdrückt werden. Als ein Resultat kann eine Beschädigung des Ofens verhindert werden. In dieser Spezifikation bezieht sich eine Atmosphäre, die Stickstoff enthält, auf einen Fall, in dem die Stickstoffmenge mindestens ein Volumen-% des in der Luft enthaltenen Stickstoffs beträgt. Der Stickstoff in der Atmosphäre, die Stickstoff enthält, muss nur 80 Volumen-% oder mehr betragen, vorzugsweise 90 Volumen-% oder mehr, bevorzugter 99 Volumen-% oder mehr, und noch bevorzugter 99,9 Volumen-% oder mehr. Der Gehalt an Sauerstoff in der Atmosphäre, einschließlich Stickstoff, kann in einem Bereich von 0,01 Volumen-% bis 20 Volumen-% liegen, und er kann in einem Bereich von 0,1 Volumen-% bis 10 Volumen-% liegen. Der atmosphärische Druck, bei dem die Erhitzung durchgeführt wird, ist zum Beispiel der Umgebungsdruck. Darüber hinaus kann das Erhitzen in einer druckbeaufschlagten Umgebung oder in einer druckherabgesetzten Umgebung erfolgen. Ferner kann das Entbindern unter Verwendung eines bekannten Verfahrens durchgeführt werden. Die Kohlenstoffmenge in Bezug auf die Masse des gegossenen Körpers, der durch das Entbindern des gegossenen gekneteten Produkts produziert wird, beträgt zum Beispiel vorzugsweise 1000 ppm oder weniger und noch bevorzugter 500 ppm oder weniger. Die Kohlenstoffmenge des gegossenen Körpers nach dem Entbindern kann zum Beispiel mit einem nicht-dispersiven Infrarot-Absorptionsverfahren (NNIR) gemessen werden. Die Entbinderungszeit, während der die Erhitzung durchgeführt wird, muss nur so lang sein, dass die organische Substanz in dem gekneteten Produkt entbindert werden kann, wodurch die Kohlenstoffmenge in dem gegossenen gekneteten Produkt auf 1000 ppm oder weniger gebracht wird. Insbesondere liegt die Zeit, während der die Erhitzung zum Entbindern durchgeführt wird (Haltezeit der maximalen Temperatur), vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 Stunden bis 50 Stunden und wird je nach Form des zu entbindernden gegossenen Körpers entsprechend verändert.
Erster Brennschritt
Das Vorprodukt kann ein gesinterter Körper sein, der Aluminiumnitrid enthält. Wenn das Vorprodukt ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper ist, kann ein Schritt des Brennens des Aluminiumnitrid enthaltenden gegossenen Körpers enthalten sein, um dadurch einen Aluminiumnitrid enthaltenden gesinterten Körper zu produzieren. In der vorliegenden Spezifikation wird der Schritt des Brennens des Aluminiumnitrid enthaltenden gegossenen Körpers, um als Vorprodukt einen Aluminiumnitrid enthaltenden gesinterten Körper zu produzieren, auch als erster Brennschritt bezeichnet. Das Brennen des gegossenen Körpers wird auch als erstes Brennen bezeichnet. Darüber hinaus wird die Temperatur im ersten Brennschritt als erste Brenntemperatur bezeichnet. Die Atmosphäre im ersten Brennschritt wird auch als erste Brennatmosphäre bezeichnet.
Die erste Brenntemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1700°C bis 2050°C. Dadurch können die Aluminiumnitridpartikel durch die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln gebildete flüssige Phase dicht miteinander verbunden werden, und es kann ein gesinterter Körper produziert werden, der Aluminiumnitrid mit hoher Wärmeleitfähigkeit enthält. Die erste Brenntemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1750°C bis 2050°C, bevorzugter in einem Bereich von 1800°C bis 2050°C und noch bevorzugter in einem Bereich von 1850°C bis 2050°C. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit des Vorprodukts verbessert werden.
Die erste Brennatmosphäre ist vorzugsweise eine Atmosphäre, die Stickstoff enthält. Durch die Implementierung des ersten Brennens in einer Stickstoff enthaltenden Atmosphäre wird das Aluminiumnitrid weniger wahrscheinlich zersetzt und ein gesinterter Körper mit hoher thermischer Leitfähigkeit kann produziert werden. Ferner kann ein stickstoffhaltiges Gas kontinuierlich oder intermittierend zugeführt werden, um eine stickstoffhaltige Atmosphäre als erste Brennatmosphäre stabil aufrechtzuerhalten.
Der Druck in der ersten Brennatmosphäre liegt zum Beispiel im Bereich des barometrischen Drucks (101,32 kPa) und beträgt vorzugsweise 50 kPa oder weniger als ein Überdruck. Eine Umgebung mit einem Überdruck im Bereich von 0 kPa bis 50 kPa kann relativ leicht erreicht werden, wodurch die Produktivität verbessert wird.
Die erste Brennzeit muss nur eine Zeit sein, um einen dichten gesinterten Körper zu produzieren. Insbesondere liegt die erste Brennzeit vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 Stunden bis 100 Stunden. Darüber hinaus liegt die erste Brenndauer bevorzugter in einem Bereich von 10 Stunden bis 70 Stunden, und noch bevorzugter in einem Bereich von 20 Stunden bis 45 Stunden. Durch eine solche erste Brennzeit wird unnötiger Sauerstoff aus dem gegossenen Körper entfernt und ein dichterer gesinterter Körper kann produziert werden.
Um den Sauerstoffgehalt im gesinterten Körper zu reduzieren, wird beim ersten Brennen des Brennens des gegossenen Körpers vorzugsweise ein Kohleofen verwendet, in dem Kohlenstoff als inneres Ofenmaterial eingesetzt wird, beispielsweise für ein Heizelement oder ein wärmeisolierendes Material. Es kann auch ein anderer Ofen als ein Kohleofen verwendet werden, solange die erste Brenntemperatur beibehalten werden kann.
Ein Setzer und ein Tiegel, auf denen der gegossene Körper platziert wird, sind vorzugsweise solche, die durch die erste Brenntemperatur nicht verformt oder verschlechtert werden. Das Material des Setzers oder des Tiegels ist vorzugsweise ein Nitrid wie Bornitrid oder Aluminiumnitrid. Vorzugsweise wird ein Setzer oder ein Tiegel aus einem Material hergestellt, das mindestens 95 Massen-% hochreines Nitrid enthält.
Ferner kann ein Schritt zur Aufteilung des gesinterten Körpers in einzelne Stücke enthalten sein. Die Form in einer Draufsicht auf den gesinterten Körper nach der Aufteilung in einzelne Stücke kann beispielsweise eine im Wesentlichen kreisförmige Form, eine im Wesentlichen rechteckige Form, eine im Wesentlichen quadratische Form, eine im Wesentlichen dreieckige Form oder eine andere polygonale Form sein.
Das Vorprodukt ist vorzugsweise ein gesinterter Körper, der Aluminiumnitrid enthält. In einem Fall, in dem das Vorprodukt ein gesinterter Körper ist, der Aluminiumnitrid enthält, kann in dem unten beschriebenen Schritt des Produzierens einer Leuchtstoffkeramik eine Leuchtstoffkeramik produziert werden, die Licht emittiert, wenn sie durch Anregungslicht angeregt wird, und die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, indem sie Europium in dem gesinterten Körper aus Aluminiumnitrid enthält.
Vorzugsweise enthält der Aluminiumnitrid enthaltende gesinterte Körper Sauerstoff, und der Sauerstoffgehalt beträgt 0,3 Massen-% oder weniger. Die Wärmeleitfähigkeit kann ferner verbessert werden, indem der Sauerstoffgehalt in dem gesinterten Körper, der Aluminiumnitrid enthält, auf 0,3 Massen-% oder weniger eingestellt wird. Dies liegt daran, dass die zwischen den Aluminiumnitridpartikeln im gesinterten Körper entstehenden Korngrenzenphasen reduziert werden können. Da die Korngrenzenphase eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als das Aluminiumnitrid, kann die Wärmeleitfähigkeit des gesinterten Körpers, der Aluminiumnitrid enthält, verbessert werden, indem die Anzahl dieser Korngrenzenphasen reduziert wird. Durch die Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit, indem der Sauerstoffgehalt im Vorprodukt im Voraus auf 0,3 Massen-% oder weniger eingestellt wird, kann die Wärmeleitfähigkeit in dem unten beschriebenen Schritt des Bildens der Leuchtstoffkeramik auf einem relativ hohen Niveau gehalten werden, selbst wenn das Vorprodukt mit einem Element dotiert ist, das als Lichtemissionszentrum dient. Darüber hinaus liegt der Sauerstoffgehalt des gesinterten Körpers, der Aluminiumnitrid enthält, vorzugsweise in einem Bereich von mehr als 0 Massen-% bis 0,001 Massen-%. Dadurch wird die Wärmeleitfähigkeit des produzierten gesinterten Körpers ferner verbessert, und der gesinterte Körper kann lichtdurchlässig sein. Wenn beispielsweise eine Oberfläche eines 2 mm dicken gesinterten Körpers mit Licht bestrahlt wird, das eine Peak-Wellenlänge von 380 nm aufweist, kann Licht mit einer Peak-Wellenlänge von 380 nm von der Oberfläche einer der mit Licht bestrahlten Oberfläche gegenüberliegenden Seite extrahiert werden. Das liegt daran, dass die Korngrenzenphasen reduziert sind und die Absorption von Licht durch die Korngrenzenphasen unterdrückt wird. Die Energielücke von Aluminiumnitrid beträgt etwa 6,2 eV und daher weist ein gesinterter Körper, der Aluminiumnitrid enthält, eine Lichtdurchlässigkeit für Licht mit einer Peak-Wellenlänge von etwa 200 nm oder mehr auf.
Die Wärmeleitfähigkeit des gesinterten Körpers, der Aluminiumnitrid enthält, kann z.B. in einem Bereich von 150 W/m*K bis 270 W/m*K liegen. Die Wärmeleitfähigkeit liegt vorzugsweise in einem Bereich von 200 W/m*K bis 270 W/m*K, und noch bevorzugter in einem Bereich von 220 W/m*K bis 270 W/m*K.
Der Sauerstoffgehalt des als Vorprodukt dienenden gegossenen Körpers oder gesinterten Körpers kann nach einer Acidolyse des gesinterten Körpers mit einem Sauerstoff/Stickstoff-Analysator (z.B. EMGA-820, erhältlich bei Horiba, Ltd.) gemessen werden. Der Sauerstoffgehalt des gesinterten Körpers kann gleich oder kleiner als die Nachweisgrenze des Sauerstoff/Stickstoff-Analysators sein.
Schritt des Produzierens einer Leuchtstoffkeramik
Das Vorprodukt, bei dem es sich um einen Aluminiumnitrid enthaltenden gegossenen Körper oder einen Aluminiumnitrid enthaltenden gesinterten Körper handelt, wird mit einem europiumhaltigen Gas in Kontakt gebracht, wodurch eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik produziert werden kann, deren Europiumgehalt in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% liegt.
Brennschritt (Zweites Brennen)
Der Schritt des Produzierens der Leuchtstoffkeramik enthält vorzugsweise ein Brennen des Vorprodukts in einer europiumhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich von einem Siedepunkt von metallischem Europium bis weniger als 2000°C. Durch Brennen des Vorprodukts in einer europiumhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur im Bereich zwischen dem Siedepunkt von metallischem Europium und weniger als 2000°C werden Aluminiumnitridkristalle in dem gesinterten Körper, der Aluminiumnitrid enthält, leicht mit Europium dotiert, und eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, die bei Anregung mit Anregungslicht Licht emittiert, kann produziert werden. In der vorliegenden Spezifikation wird das Brennen im Schritt des Produzierens der Leuchtstoffkeramik auch als zweites Brennen bezeichnet. Die Brenntemperatur im Schritt des Produzierens der Leuchtstoffkeramik wird auch als zweite Brenntemperatur bezeichnet. Die Brennatmosphäre im Schritt des Produzierens der Leuchtstoffkeramik wird auch als zweite Brennatmosphäre bezeichnet.
Der Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik enthält vorzugsweise ein Brennen des Vorprodukts und einer europiumhaltigen Verbindung, die so angeordnet ist, dass sie nicht in direkten Kontakt mit dem Vorprodukt ist, bei einer Temperatur in einem Bereich des Siedepunkts von metallischem Europium von weniger als 2000°C. Das Vorprodukt, bei dem es sich um einen Aluminiumnitrid enthaltenden gegossenen Körper oder einen Aluminiumnitrid enthaltenden gesinterten Körper handelt, ist in einem Ofen angeordnet, eine Europium enthaltende Verbindung ist in demselben Ofen angeordnet, so dass sie nicht mit dem Vorprodukt in Kontakt kommt, und das Vorprodukt und die europiumhaltige Verbindung werden bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen dem Siedepunkt von metallischem Europium und weniger als 2000°C gebrannt, und dadurch wird Vorprodukt mit einem europiumhaltigen Dampf dotiert, und eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird produziert, die als Reaktion auf Anregung durch Anregungslicht Licht emittiert.
Der Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann ein Inkontaktbringen der europiumhaltigen Verbindung mit der Oberfläche des Vorprodukts und ein Brennen bei einer Temperatur in einem Bereich des Siedepunkts von metallischem Europium bis weniger als 2000°C enthalten. Auf diese Weise kann eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik produziert werden, die einen Europiumgehalt im Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% aufweist.
In dem Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann zusätzlich zu einem Anordnen, in derselben Atmosphäre wie diejenige des Vorprodukts, einer Europiumquelle, wie z.B. einer europiumhaltigen Verbindung, beispielsweise ein europiumhaltiges Gas zum Brennen in die Atmosphäre eingeleitet werden. Europium muss lediglich in der Atmosphäre enthalten sein, in der das Vorprodukt dem zweiten Brennen unterzogen wird..
Die zweite Brenntemperatur liegt in einem Bereich zwischen dem Siedepunkt von metallischem Europium und weniger als 2000°C. Insbesondere liegt die zweite Brenntemperatur vorzugsweise in einem Bereich von 1530°C bis weniger als 2000°C. Dadurch werden, wenn das Vorprodukt mit dem europiumhaltigen Gas in Kontakt gebracht wird, der Aluminiumnitrid enthaltende gegossene Körper und der Aluminiumnitrid gesinterte Körper leicht mit Europium dotiert, und es kann eine Aluminiumnitrid Leuchtstoffkeramik produziert werden, die von einer Anregungslichtquelle emittiertes Licht absorbiert und Licht emittiert. Die zweite Brenntemperatur liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1550°C bis 1950°C, noch bevorzugter in einem Bereich von 1700°C bis 1950°C und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1800°C bis 1950°C. Dadurch kann die produzierte Aluminiumnitrid Leuchtstoffkeramik die Lichtintensität erhöhen und gleichzeitig eine hohe Wärmeleitfähigkeit beibehalten.
Die zweite Brennatmosphäre ist vorzugsweise eine Atmosphäre, die Stickstoff enthält. In dieser Spezifikation bezieht sich eine Stickstoff enthaltende Atmosphäre auf einen Fall, in dem die Stickstoffmenge mindestens ein Volumenprozent des in der Luft enthaltenen Stickstoffs beträgt. Der Stickstoff in der Atmosphäre, die Stickstoff enthält, muss nur 80 Volumen-% oder mehr betragen, vorzugsweise 90 Volumen-% oder mehr, noch bevorzugter 99 Volumen-% oder mehr, und noch bevorzugter 99,9 Volumen-% oder mehr. Der Gehalt an Sauerstoff in der Atmosphäre, einschließlich Stickstoff, kann in einem Bereich von 0,01 Volumen-% bis 20 Volumen-% liegen, und er kann in einem Bereich von 0,1 Volumen-% bis 10 Volumen-% liegen. Darüber hinaus kann die Atmosphäre während des zweiten Brennens eine Argon (Ar) Atmosphäre sein.
Das zweite Brennen kann zum Beispiel bei einem normalen Druck oder in einer druckbeaufschlagten Umgebung implementiert werden. Wenn das zweite Brennen in einer druckbeaufschlagen Umgebung durchgeführt werden soll, liegt der atmosphärische Druck, unter dem das zweite Brennen implementiert wird, in Bezug auf den Überdruck vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 MPa bis 0,1 MPa, kann in einem Bereich von 0,01 MPa bis 0,09 MPa liegen oder in einem Bereich von 0,01 MPa bis 0,08 MPa liegen.
Die Zeit für die Durchführung des zweiten Brennens kann beliebig lang sein, solange die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik mit Europium in einer Menge in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% dotiert ist und entsprechend eingestellt wird. Das zweite Brennen kann zum Beispiel für eine Zeit zwischen 0,1 und 20 Stunden oder zwischen 0,5 und 10 Stunden durchgeführt werden.
Als die europiumhaltige Verbindung kann zum Beispiel ein Oxid, ein Nitrid, ein Hydroxid oder ein Halogenid verwendet werden. Beispiele für die europiumhaltigen Verbindungen enthalten Europiumoxid (Eu₂O₃), Europiumnitrid (EuN), und Europiumfluorid (EuF₃). Als die europiumhaltige Verbindung ist Europiumoxid bei Raumtemperatur oder in der Atmosphäre stabil und wird daher bevorzugt verwendet.
In dem Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik ist das europiumhaltige Gas vorzugsweise ein europiumhaltiges Gas, das durch Reduktion von Europiumoxid hergestellt wird. Ein Beispiel für das Verfahren zum Reduzieren von Europiumoxid ist ein Verfahren, bei dem ein Vorprodukt und Europiumoxid in einem Kohleofen platziert und bei einer Temperatur in einem Bereich zwischen dem Siedepunkt von metallischem Europium und weniger als 2000°C gebrannt werden, um dadurch Europiumoxid zu reduzieren und ein europiumhaltiges Gas zu produzieren. Ein weiteres Beispiel ist ein Verfahren, bei dem ein Reduktionsmittel wie Kohlenstoff in einem Ofen platziert wird, in dem das Vorprodukt und Europiumoxid angeordnet sind, und bei einer Temperatur in einem Bereich des Siedepunkts von metallischem Europium bis weniger als 2000°C gebrannt wird, um dadurch Europiumoxid zu reduzieren und ein europiumhaltiges Gas zu produzieren.
Die Füllmenge an Europium, bezogen auf 1 g Aluminiumnitrid des Vorprodukts, kann in einem Bereich von 1,4 mg/cm³ bis 14 mg/cm³ liegen, bezogen auf die europiumhaltige Verbindung. Die Füllmenge an Europium, bezogen auf 1 g Aluminiumnitrid des Vorprodukts, liegt vorzugsweise in einem Bereich von 1,7 mg/cm³ bis 11 mg/cm³, und noch bevorzugter in einem Bereich von 2,0 mg/cm³ bis 10 mg/cm³, bezogen auf die europiumhaltige Verbindung.
Was die Füllmenge an Europium in Bezug auf 1 g des Aluminiumnitrids des Vorprodukts betrifft, so kann im Inneren des Ofens eine europiumhaltige Verbindung in einer solchen Menge angeordnet werden, dass der Gehalt an Europium pro Volumeneinheit beispielsweise im Bereich von 1,2 mg/cm³ bis 12 mg/cm³ liegt. Die Füllmenge der europiumhaltigen Verbindung bezogen auf 1 g Aluminiumnitrid ist vorzugsweise eine solche Menge, dass der Gehalt an Europium pro Volumeneinheit in einem Bereich von 1,5 mg/cm³ bis 10 mg/cm³ liegt, und ist noch bevorzugter eine solche Menge, dass der Gehalt an Europium pro Volumeneinheit in einem Bereich von 1,7 mg/cm³ bis 9,0 mg/cm³ liegt. Durch eine solche Beschickungsmenge kann eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik produziert werden.
Der Gehalt an Europium in der produzierten Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik liegt in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-%. Dadurch kann eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik produziert werden, die durch Anregung mit Anregungslicht Licht emittiert. Der Gehalt an Europium in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 Massen-% bis 1,1 Massen- %, bevorzugter in einem Bereich von 0,05 Massen-% bis 0,8 Massen-% und noch bevorzugter in einem Bereich von 0,1 Massen-% bis 0,7 Massen-%. Wenn der Gehalt davon auf einen solchen Bereich eingestellt ist, wird eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufrechterhalten und gleichzeitig die Lichtstärke des fluoreszierenden gesinterten Körpers aus Aluminiumnitrid verbessert, und beides kann erreicht werden.
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik emittiert vorzugsweise grünes Licht. Insbesondere wird grünes Licht vorzugsweise durch Anregungslicht emittiert, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 480 nm, vorzugsweise von 280 nm bis 480 nm, aufweist. Vorzugsweise emittiert die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik grünes Licht von derselben Oberfläche wie die Einfallsoberfläche, auf die das Anregungslicht einfällt, wobei das einfallende Licht die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik durchläuft, und das von der Oberfläche gegenüber der Einfallsoberfläche emittierte Licht wird ebenfalls als grünes Licht emittiert. Wenn das Anregungslicht durch die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik durchgelassen und emittiert wird, kann das emittierte Licht anstelle von grünem Licht auch Licht sein, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem anderen Wellenlängenbereich als dem des grünen Lichts aufweist.
Vorzugsweise wird, zusätzlich zu der produzierten Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, die Licht von der Einfallsoberfläche emittiert, auf die das Anregungslicht einfällt, das einfallende Licht durch die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik durchgelassen und auch von der Oberfläche emittiert, die sich auf der gegenüberliegenden Seite der Oberfläche befindet, auf die das Anregungslicht einfällt. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik emittiert vorzugsweise grünes Licht von der Einfallsoberfläche des Anregungslichts, und vorzugsweise wird das einfallende Licht durch die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik hindurchgelassen und das von der Oberfläche, die der Einfallsoberfläche gegenüberliegt, emittierte Licht wird ebenfalls als grünes Licht emittiert. Wenn das Anregungslicht durch die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik durchgelassen und emittiert wird, kann das emittierte Licht anstelle von grünem Licht auch Licht sein, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem anderen Wellenlängenbereich als dem von grünem Licht aufweist.
Aluminiumnitrid Leuchtstoffkeramik
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik enthält Aluminiumnitrid, Europium und Sauerstoff, wobei ein Gehalt an Sauerstoff 2,5 Massen-% oder weniger beträgt und ein Gehalt an Europium in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% liegt. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird vorzugsweise durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren produziert. Eine Menge an Europium (Eu) und die Menge an Yttrium (Y) in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann mit einer Vorrichtung für induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasma-Atomemissionsspektrometrie (ICP-AES) gemessen werden. Die Menge an Sauerstoff (O) kann mit einem Sauerstoff/Stickstoff-Analysator gemessen werden.
Der Gehalt an Europium in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik liegt in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-%. Durch die Verwendung eines solchen Europiumgehalts wird die Aluminiumnitrid-Kristallphase mit Europium dotiert, und das in der Aluminiumnitrid-Kristallphase dotierte Europium dient als Lichtemissionszentrum und kann von der Anregungslichtquelle emittiertes Licht absorbieren und Licht emittieren. Der Gehalt des Europiums in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik liegt vorzugsweise in einem Bereich von 0,05 Massen-% bis 1,1 Massen-%, bevorzugter in einem Bereich von 0,08 Massen-% bis 0,9 Massen-% und noch bevorzugter in einem Bereich von 0,1 Massen-% bis 0,7 Massen-%. Wenn der Gehalt auf einen solchen Bereich eingestellt wird, erhält der fluoreszierende gesinterte Körper aus Aluminiumnitrid eine hohe Wärmeleitfähigkeit bei gleichzeitiger Verbesserung der Lichtstärke, und beides kann erreicht werden.
Außerdem enthält die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik Aluminiumnitrid, Europium und Sauerstoff, wobei der Gehalt an Sauerstoff 0,7 Massen-% oder weniger beträgt und der Gehalt des Europiums in einem Bereich von mehr als 0,08 Massen-% bis 0,9 Massen- % liegt. Infolgedessen wird das Europium zum Lichtemissionszentrum und die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann das von der Anregungslichtquelle emittierte Licht empfangen und Licht emittieren. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann auch Licht von der Seite emittieren, die der Seite gegenüberliegt, an der Licht von der Anregungslichtquelle empfangen wird. Da Aluminiumnitrid das Basismaterial ist, kann außerdem die Wärmeleitfähigkeit erhöht werden.
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik emittiert vorzugsweise Licht mit einer Lichtemissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 500 nm bis 550 nm als Reaktion auf das von der Anregungslichtquelle emittierte Licht. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik emittiert vorzugsweise grünes Licht als Reaktion auf das Licht der Anregungslichtquelle. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik emittiert vorzugsweise grünes Licht als Reaktion auf Anregungslicht, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem Bereich von 200 nm bis 480 nm aufweist. Wenn der Gehalt an Europium in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik 0,03 Massen-% oder weniger beträgt, kann keine lichtemittierende Keramik produziert werden. Wenn der Gehalt an Europium in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik mehr als 1,5 Massen-% beträgt, ist die Menge an Europium zu hoch, das Licht im grünen Wellenlängenbereich wird absorbiert und die Lichtemissionseffizienz kann abnehmen.
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik enthält Sauerstoff in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, und der Gehalt an Sauerstoff beträgt 2,5 Massen-% oder weniger. Dadurch kann eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik produziert werden, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Der Sauerstoffgehalt der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik beträgt vorzugsweise 1,0 Massen-% oder weniger, bevorzugter 0,7 Massen-% oder weniger, besonders bevorzugt 0,5 Massen-% oder weniger. Bei einem solchen Sauerstoffgehalt können die Korngrenzenphasen, die aus einem stickstoff- und aluminiumhaltigen Oxid bestehen, im Vergleich zu einem Fall, in dem der Sauerstoffgehalt außerhalb des oben beschriebenen Bereichs liegt, reduziert werden. Eine reduzierte Anzahl von Korngrenzenphasen ist im Hinblick auf die Lichtemissionseigenschaften und die Wärmeableitung vorteilhaft. Unter dem Gesichtspunkt der Lichtemissionseigenschaften wird das von einer Anregungslichtquelle emittierte Licht und/oder Fluoreszenzlicht mit Europium als Lichtemissionszentrum leicht an die Außenseite der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik extrahiert. Außerdem wird die Lichtdurchlässigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik verbessert, wenn die Korngrenzenphasen reduziert werden, und Licht kann durch die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik hindurchgelassen und von der Oberfläche der Seite emittiert werden, die der Lichteinfallsoberfläche gegenüberliegt. Unter dem Gesichtspunkt der Wärmeableitung kann in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik eine Konfiguration erhalten werden, bei der der Anteil der Aluminiumnitrid-Kristallphasen, die eine hohe Temperaturleitfähigkeit aufweisen, relativ höher ist als der Anteil der Korngrenzenphasen, die Stickstoff, Aluminium und Sauerstoff enthalten und eine geringe Temperaturleitfähigkeit aufweisen. Dadurch wird die Temperaturleitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik verbessert und die Wärmeleitfähigkeit erhöht. Bezogen auf das Volumen kann der Anteil der Kristallphasen im Verhältnis zur gesamten Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik beispielsweise in einem Bereich von 95% bis 99,9% oder in einem Bereich von 97% bis 99,9% liegen.
Die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase, die in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik enthalten ist, kann beispielsweise in einem Bereich von 8 µm bis 30 µm liegen. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann auch eine enthalten, bei der die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase in einem Bereich von 10 µm bis 20 µm liegt. In einem Fall, in dem z.B. der in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik enthaltene Sauerstoff ausreichend entladen ist, kann eine Kristallphase mit einer solchen Größe in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik als Kristallphase mit hoher Reinheit enthalten sein. Dadurch kann die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik verbessert werden. Der Durchschnittswert der Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase liegt zum Beispiel in einem Bereich von 6 µm bis 20 µm. Die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase kann z.B. bestimmt werden, indem die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase in einem Bereich eines SEM-Querschnittsbildes bei 1000-facher Vergrößerung untersucht wird. Der Bereich ist zum Beispiel ein Bereich von 127 µm × 88 µm. Auf dem resultierenden Bild wird eine gerade Linie gezeichnet und eine Länge von einer Korngrenze zu einer anderen Korngrenze der Aluminiumnitrid-Kristallphase, die die gerade Linie überlappt, gemessen.
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann mindestens ein anderes Seltenerdelement als Europium enthalten, und der Gehalt des anderen Seltenerdelements als Europium kann 0,5 Massen-% oder weniger betragen. Wenn ein Sinterhilfsmittel, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält, in einem Aluminiumnitrid enthaltenden gegossenen Körper enthalten ist, kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik das im Sinterhilfsmittel enthaltene Seltenerdelement enthalten. Wenn der Gehalt des anderen Seltenerdelements als Europium in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik 0,5 Massen-% oder weniger beträgt, werden die Korngrenzenphasen reduziert und die Lichtdurchlässigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird verbessert.
Das in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik enthaltene andere Seltenerdenelement als Europium bildet ein Oxid. Dieses Oxid kann Stickstoff und Aluminium enthalten. Das Oxid, das das andere Seltenerdenelement als Europium enthält, bildet eine Korngrenzenphase zwischen Aluminiumnitrid-Kristallphasen. Wenn das Sinterhilfsmittel Yttriumoxid ist, kann sich in der Korngrenzphase ein Yttrium enthaltendes Oxid bilden.
Europium, das in den gesinterten Körper, der Aluminiumnitrid enthält, dotiert ist, bildet ein Oxid. Dieses Oxid kann Stickstoff und Aluminium enthalten. Das europiumhaltige Oxid kann eine Korngrenzenphase zwischen Aluminiumnitrid-Kristallphasen bilden. In der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird eine Korngrenzenphase zwischen Aluminiumnitrid-Kristallphasen gebildet, und die Korngrenzenphase kann eine Yttrium enthaltende Oxidphase und eine Europium enthaltende Oxidphase enthalten. Die yttriumhaltige Oxidphase und die europiumhaltige Oxidphase können getrennt voneinander Korngrenzenphasen bilden, oder die yttriumhaltige Oxidphase und die europiumhaltige Oxidphase können integriert werden und eine Korngrenzenphase bilden.
In der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik ist Europium in der Aluminiumnitrid-Kristallphase und in der Korngrenzenphase vorhanden.
Die Menge an Europium und die Menge an Yttrium, die in der Aluminiumnitrid-Kristallphase oder der Korngrenzenphase in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik vorhanden ist, kann bestimmt werden, indem die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik geschnitten wird, um einen Querschnitt davon freizulegen, und eine spezifische Stelle des Querschnitts unter Verwendung von z.B. einem Elektronensonden-Mikroanalysator (EPMA) oder einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) und energiedispersiver Spektroskopie (EDX) analysiert wird. Der EPMA kann Messungen unter Verwendung eines Feldemissions-Elektronensonden-Mikroanalysators (z.B. Modellnummer JXA-8500F, erhältlich bei JEOL Ltd.) implementieren. SEM- und EDX-Messungen können unter Verwendung eines SEM-EDX-Geräts implementiert werden (z.B. Modellnummer SU8230, erhältlich von Shimadzu Corporation, und ein Silizium-Drift-Detektor (SDD-Gerät), erhältlich von Horiba, Ltd.). Die Menge an Europium in der Korngrenzenphase ist größer als die Menge an Europium in der Aluminiumnitrid-Kristallphase. Beispielsweise können drei bis fünf beliebige Stellen von Korngrenzenphasen in einem beliebigen Querschnitt der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik lokalisiert werden, die Menge an Europium in den Korngrenzenphasen der ausgewählten Stellen kann ermittelt werden, und das arithmetische Mittel davon kann als die Menge des in den Korngrenzenphasen vorhandenen Europiums gemessen werden. Andererseits wird davon ausgegangen, dass Europium in der Aluminiumnitrid-Kristallphase als ein aktivierendes Element dotiert ist. Da die Menge an Europium in der Aluminiumnitrid-Kristallphase sehr gering ist, kann die Europiummenge davon unter der Nachweisempfindlichkeit von EDX und EPMA liegen, so dass keine Messungen möglich sind.
Die Temperaturleitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, gemessen mit einem Laser-Flash-Verfahren bei 25°C, beträgt 80 mm²/s oder mehr. Die durch das Laser-Flash-Verfahren gemessene Temperaturleitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann 65 mm²/s oder mehr betragen, ist vorzugsweise 80 mm²/s oder mehr, ist bevorzugter 85 m²/s oder mehr und ist noch bevorzugter 90 mm²/s oder mehr. Die Temperaturleitfähigkeit ist vorzugsweise 95 mm²/s oder größer. Die Wärmeleitfähigkeit wird durch das Produkt aus der Temperaturleitfähigkeit, der spezifischen Wärmekapazität und der Dichte bestimmt. Daher weist eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik mit einer hohen Temperaturleitfähigkeit auch eine hohe Wärmeleitfähigkeit und hervorragende Wärmeableitungseigenschaften auf. Die Temperaturleitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik ist gleich oder geringer als die Temperaturleitfähigkeit von einkristallinem Aluminiumnitrid und kann 136,3 mm²/s oder weniger betragen.
Eine Temperaturleitfähigkeit α der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann bei 25°C nach dem Laser-Flash-Verfahren unter Verwendung von z.B. einer Probe von 10 mm (Länge) × 10 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) und eines Laser-Flash-Analysators (z.B. der LFA447, erhältlich bei der Netzsch GmbH) gemessen werden. Die spezifische Wärmekapazität Cp, die in dieser Spezifikation als spezifische Wärmekapazität von Aluminiumnitrid (AIN) verwendet wird, beträgt 0,72 KJ/kg*K. Ferner kann die scheinbare Dichte der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik unter Verwendung des nach dem archimedischen Verfahren gemessenen Volumens mit Hilfe der folgenden Gleichung (1) berechnet werden. In Gleichung (1) wird die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik als AIN-Leuchtstoffkeramik bezeichnet.
[Math. 1] $\begin{array}{l} S c h e i n b a r e D i c h t e ρ (k g / m^{3}) v o n A I N - L e u c h t s t o f f k e r a m i k \\ = (M a s s e (k g) v o n A I N - L e u c h s t o f f k e r m a i k) \\ / (V o l u m e n v o n A I N - L e u c h t s t o f f k e r a m i k) (A r c h i m e d e s - V e r f a h r e n)) \end{array}$
Die Wärmeleitfähigkeit λ der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann durch das Produkt aus der gemessenen Temperaturleitfähigkeit α, der spezifischen Wärmekapazität Cp und der Dichte ρ (scheinbare Dichte) berechnet werden, und insbesondere kann die Wärmeleitfähigkeit λ nach der folgenden Gleichung (2) berechnet werden.
[Math. 2] $\begin{array}{l} W \ddot{a} rmeleitf \ddot{a} higkeit λ (W / m * K) \\ = (Temperaturleitf \ddot{a} higkeit α (m^{2} / s) * (spezifische W \ddot{a} rmekapazit \ddot{a} t Cp (J / kg * K)) \\ * (scheinbare Dichte p (k g / m^{3})) \end{array}$
Die scheinbare Dichte der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik beträgt vorzugsweise 2,5 g/cm³ (0,0025 kg/m³) oder mehr. Die scheinbare Dichte der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik ist vorzugsweise 2,9 g/cm³ oder größer, noch bevorzugter 3,0 g/cm³ oder größer und besonders bevorzugt 3,1 g/cm³ oder größer. Hierdurch kann die Wärmeleitfähigkeit verbessert werden. Darüber hinaus ist die scheinbare Dichte der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gleich oder geringer als die theoretische Dichte und kann gleich oder geringer als 3,5 g/cm³ sein.
Die Wärmeleitfähigkeit der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik liegt zum Beispiel in einem Bereich von 150 W/m*K bis 250 W/m*K, vorzugsweise in einem Bereich von 150 W/m*K bis 200 W/m*K, noch bevorzugter in einem Bereich von 210 W/m*K bis 250 W/m*K und besonders bevorzugt in einem Bereich von 220 W/m*K bis 250 W/m*K.
Das Anregungsspektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik weist vorzugsweise eine Intensität in einem Bereich von 280 nm bis 480 nm auf. Bezogen auf die maximale Intensität des Anregungsspektrums weist das Anregungsspektrum vorzugsweise eine Intensität von 55% oder mehr in einem Bereich von 420 nm bis 440 nm auf. Darüber hinaus beträgt die Intensität vorzugsweise 70% oder mehr der maximalen Intensität des Anregungsspektrums im Bereich von 420 nm bis 440 nm. Durch eine solche Intensität kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik im Bereich von 420 nm bis 440 nm effizient angeregt werden. Im Anregungsspektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik ist die Änderungsrate im Bereich von 305 nm bis 325 nm zum Beispiel geringer als die Änderungsrate im Bereich von 325 nm bis 345 nm. Wenn die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik einen Sauerstoffgehalt von 1 Massen-% oder weniger und einen Europiumgehalt von 1,1 Massen-% oder weniger aufweist, und vorzugsweise, wenn die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik einen Sauerstoffgehalt von 0,7 Massen-% oder weniger und einen Europiumgehalt in einem Bereich von 0.08 Massen-% bis 0,9 Massen-% aufweist, weist das Anregungsspektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik beispielsweise Maximal- und Minimalwerte einer Intensität auf, die in einem Bereich von ±5% oder weniger in Bezug auf einen Durchschnittswert der Intensität in einem Bereich von 370 nm bis 385 nm enthalten sind. Darüber hinaus kann das Anregungsspektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik eine Peak-Wellenlänge in einem Bereich von 385 nm bis 410 nm aufweisen.
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird durch eine Anregungslichtquelle angeregt und emittiert vorzugsweise grünes Licht, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem Bereich von 500 nm bis 550 nm aufweist. Die Lichtemissionspeak-Wellenlänge von Licht, das emittiert wird, wenn die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik durch die Anregungslichtquelle angeregt wird, kann in einem Bereich von 510 nm bis 540 nm liegen. Es ist zu beachten, dass die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik zusätzlich zu grünem Licht auch blaues oder rotes Licht emittieren kann, wenn sie mit einem anderen Element als Europium dotiert ist, wobei dieses Element als Lichtemissionszentrum dient. Die Halbwertsbreite (FWHM) des Lichtemissionsspektrums der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik ist kleiner als oder gleich 100 nm, kleiner als oder gleich 90 nm oder kleiner als oder gleich 85 nm.
Wenn die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik einen Sauerstoffgehalt von 1 Massen- % oder weniger und einen Europiumgehalt von 1,1 Massen-% oder weniger aufweist, und vorzugsweise, wenn die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik einen Sauerstoffgehalt von 0,7 Massen-% oder weniger und einen Europiumgehalt in einem Bereich von 0,08 Massen-% bis 0,9 Massen-% aufweist, kann die Peak-Wellenlänge der Anregungslichtquelle auf einen Bereich von 340 nm bis 440 nm eingestellt werden. Die Peak-Wellenlänge der Anregungslichtquelle liegt vorzugsweise in einem Bereich von 360 nm bis 430 nm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 385 nm bis 410 nm. Da die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik in einem Wellenlängenbereich angeregt werden kann, in dem die Intensität des Anregungsspektrums der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik hoch ist, kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik effizienter angeregt werden.
Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung
Ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung enthält: Vorbereiten einer Leuchtstoffkeramik, die durch das oben beschriebene Herstellungsverfahren hergestellt wurde; Vorbereiten einer Anregungslichtquelle; und Anordnen der Leuchtstoffkeramik an einer Position, die mit von der Anregungslichtquelle emittiertem Licht bestrahlt werden soll.
Lichtemittierende Vorrichtung
Die lichtemittierende Vorrichtung enthält eine Leuchtstoffkeramik und eine Anregungslichtquelle. Die lichtemittierende Vorrichtung emittiert nach außen zumindest Licht, das von der durch die Anregungslichtquelle angeregten Leuchtstoffkeramik emittiert wird. Die lichtemittierende Vorrichtung kann ein Licht mit gemischten Farben emittieren, das Licht von der Anregungslichtquelle und Licht enthält, das von der durch die Anregungslichtquelle angeregten Leuchtstoffkeramik emittiert wird.
Die Anregungslichtquelle ist zum Beispiel ein lichtemittierendes Element, das Licht emittiert, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 280 nm bis 480 nm aufweist. Die Peak-Wellenlänge der Anregungslichtquelle liegt vorzugsweise in einem Bereich von 325 nm bis 445 nm, bevorzugter in einem Bereich von 345 nm bis 430 nm, und noch bevorzugter in einem Bereich von 360 nm bis 430 nm. Dadurch kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik bei einer Wellenlänge angeregt werden, bei der die Intensität des Anregungsspektrums hoch ist, und somit kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik effizient angeregt werden.
Lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung eines LED-Elements
4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel für eine Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung darstellt.
Als die Anregungslichtquelle kann ein lichtemittierendes Element verwendet werden, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem Bereich von 280 nm bis 480 nm aufweist. Das lichtemittierende Element kann ein lichtemittierendes Halbleiterelement sein, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 280 nm bis 480 nm aufweist. Bei dem lichtemittierenden Element kann es sich um eine lichtemittierende Diode handeln (im Folgenden auch als „LED-Element“ bezeichnet).
Lichtemittierendes Element
Ein LED-Element 1 ist auf einer Verdrahtung 5 angeordnet, die auf dem Substrat 2 vorgesehen ist. Es ist zu beachten, dass die Verdrahtung 5 eine Anode und eine Kathode enthalten kann. Das LED-Element 1 kann nach einer Lichtemissionsfarbe, einer Wellenlänge, einer Größe, einer Menge und einem Zweck ausgewählt werden. Zum Beispiel kann ein Nitrid-Halbleiter der Gruppe III (In_X Al_Y Ga_1-X-YN, 0 ≤ X, 0 ≤ Y, X + Y ≤ 1) als lichtemittierendes Halbleiterelement verwendet werden, der eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge im Bereich von 280 nm bis 480 nm aufweist. Als das LED-Element 1 kann zum Beispiel ein Element verwendet werden, das ein positives und ein negatives Elektrodenpaar auf derselben Oberflächenseite enthält. Das LED-Element 1 kann zum Beispiel durch eine Erhebung auf die Verdrahtung 5 flip-chip-befestigt sein. Wenn das LED-Element 1 auf der Verdrahtung 5 flip-chip-befestigt ist, ist die Oberfläche, die der Oberfläche zugewandt ist, auf der das Elektrodenpaar gebildet ist, eine Lichtextraktionsfläche. Es ist zu beachten, dass es ein LED-Element 1 pro lichtemittierender Vorrichtung geben kann. In Bezug auf das LED-Element 1 kann ein lichtreflektierendes Bauteil 4 zusammen mit einer Leuchtstoffkeramik 3 zwischen einer Mehrzahl von LED-Elementen 1 angeordnet sein, deren Peripherie durch das lichtreflektierende Bauteil 4 abgedeckt werden kann.
Leuchtstoffkeramik
Die oben beschriebene Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird als die Leuchtstoffkeramik 3 verwendet. Die Leuchtstoffkeramik 3 kann so angeordnet werden, dass sie eine Oberfläche 1a abdeckt, die als eine Lichtextraktionsfläche des LED-Elements 1 dient. Zum Beispiel kann eine Oberfläche 3b der Leuchtstoffkeramik 3 die eine Oberfläche 1a des LED-Elements 1 abdecken. Wenn die Leuchtstoffkeramik 3 die eine Oberfläche 1a abdeckt, die als die Lichtextraktionsfläche des LED-Elements 1 dient, wird die Leuchtstoffkeramik 3 durch von dem LED-Element 1 emittiertem Licht angeregt und Licht wird von der Leuchtstoffkeramik 3 emittiert. Die Leuchtstoffkeramik emittiert z.B. grünes Licht. Die eine Oberfläche 3a der Leuchtstoffkeramik 3 kann mit einer Oberfläche 4a des lichtreflektierenden Bauteils 4 bündig sein oder aus dem lichtreflektierenden Bauteil 4a hervorstehen. Darüber hinaus kann die Leuchtstoffkeramik 3, die eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist, Wärme an die Außenseite einer lichtemittierenden Vorrichtung 100 ableiten. Die Leuchtstoffkeramik 3 kann in Kontakt mit der einen Oberfläche 1a angeordnet werden, die als die Lichtextraktionsfläche des LED-Elements 1 dient, und kann unter Verwendung eines Klebstoffs, eines direkten Verbindungserfahrens oder dergleichen verbunden werden. Wenn das LED-Element 1 und die Leuchtstoffkeramik 3 direkt miteinander verbunden werden sollen, liegt die Dicke der in der lichtemittierenden Vorrichtung 100 verwendeten Leuchtstoffkeramik 3 beispielsweise in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm, kann in einem Bereich von 60 µm bis 450 µm liegen und kann in einem Bereich von 70 µm bis 400 µm liegen.
Lichtemittierende Vorrichtung unter Verwendung eines LD-Elements
5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die ein Beispiel einer Ausführungsform einer lichtemittierenden Vorrichtung darstellt, in der ein Laserdiodenelement verwendet wird.
Eine lichtemittierende Vorrichtung 200 ist mit einem LD-Element 12 und einer Leuchtstoffkeramik 13 in einem Packungsbauteil 15 vorgesehen. Die Leuchtstoffkeramik 13 ist an einer Position angeordnet, die mit Laserlicht bestrahlt wird, das von dem LD-Element 12 direkt oder über ein optisches Bauteil oder ähnliches emittiert wird. Das LD-Element 12 kann direkt oder mit einem dazwischen liegenden Submount 16 auf dem Packungsbauteil 15 angeordnet sein. Die Leuchtstoffkeramik 13 enthält eine erste Hauptoberfläche 13a und eine zweite Hauptoberfläche 13b, die auf einer der ersten Hauptoberfläche 13a gegenüberliegenden Seite lokalisiert ist. Das LD-Element 12 ist an der Seite der ersten Hauptoberfläche 13a angeordnet, und das vom LD-Element 12 emittierte Licht wird direkt auf die erste Hauptoberfläche 13a der Leuchtstoffkeramik 13 bestrahlt. Ferner kann die Leuchtstoffkeramik 13 mit einer lichtreflektierenden Folie und/oder einem lichtreflektierenden Bauteil 14 versehen sein, das mit einer anderen Oberfläche als der Lichteinfallsoberfläche in Kontakt steht oder nicht. Zum Beispiel kann in einem Fall, in dem von der Leuchtstoffkeramik 13 reflektiertes Licht emittiert wird, die lichtreflektierende Folie und/oder das lichtreflektierende Bauteil 14 auf einer Oberfläche der Leuchtstoffkeramik 13 auf einer Seite angeordnet sein, die der Oberfläche gegenüberliegt, auf die das Anregungslicht einfällt und von der das Licht extrahiert wird. Das Packungsbauteil 15 kann z.B. aus einer Basis und einem Lichtextraktionsfenster 15a bestehen.
Laserdiodenelement
Ein LD-Element kann als die Anregungslichtquelle verwendet werden. Beispiele für das LD-Element enthalten ein Element mit einer Schichtstruktur aus einem Halbleiter wie einem Nitrid-Halbleiter der Gruppe III (In_XAl_YGa_1-X-YN, 0 ≤ X, 0 ≤ Y, X + Y ≤ 1). Zum Beispiel kann ein LD-Element verwendet werden, das einen Oszillationswellenlängenpeak in einem Bereich von 280 nm bis 480 nm aufweist. Darüber hinaus kann ein LD-Element verwendet werden, das einen Oszillationswellenlängenpeak vorzugsweise in einem Bereich von 325 nm bis 445 nm, noch bevorzugter in einem Bereich von 340 nm bis 430 nm, aufweist. Besonders bevorzugt wird ein LD-Element verwendet, das einen Oszillationswellenlängenpeak in einem Bereich von 360 nm bis 430 nm aufweist. Dadurch kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik durch Licht mit einer Peak-Wellenlänge angeregt werden, bei der die Intensität des Anregungsspektrums hoch ist, und die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik kann daher effizient angeregt werden. Die Halbwertsbreite des Lichtemissionsspektrums des LD-Elements beträgt z.B. 5 nm oder weniger, und vorzugsweise 3 nm oder weniger.
Das LD-Element und die Leuchtstoffkeramik sind vorzugsweise an voneinander separierten Positionen angeordnet. Dies erlaubt, dass der Wärmeableitungspfad der von jedem Bauteil emittierten Wärme ein separater Pfad zu sein, und dass die Wärme effizient von jedem Bauteil emittiert wird.
Submount
Beispiele für das Material des Submounts enthalten Aluminiumnitrid, Siliziumkarbid, einen Verbundwerkstoff aus Kupfer und Diamant und einen Verbundwerkstoff aus Aluminium und Diamant. Der Verbundwerkstoff aus Kupfer und Diamant und der Verbundwerkstoff aus Aluminium und Diamant enthalten Diamant und weisen daher eine hervorragende Wärmeableitung auf.
Leuchtstoffkeramik
Die Leuchtstoffkeramik emittiert Licht, wenn sie durch von dem LD-Element emittiertem Licht angeregt wird. Die oben beschriebene Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wird als Leuchtstoffkeramik verwendet. Die Temperaturleitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit der Leuchtstoffkeramik sind beide hoch, so dass in der Leuchtstoffkeramik erzeugte Wärme abgeleitet werden kann, um eine Verringerung einer Lichtemissionseffizienz aufgrund eines Temperaturanstiegs zu reduzieren.
Lichtreflektierende Folie und/oder lichtreflektierendes Bauteil
Die lichtreflektierende Folie und/oder das lichtreflektierende Bauteil weist, bezogen auf das emittierte Laserlicht und/oder das von der Leuchtstoffkeramik emittierte Licht, vorzugsweise ein Reflexionsvermögen von 60% oder mehr auf und kann ein Reflexionsvermögen von 90% oder mehr aufweisen. Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik mit einem Sauerstoffgehalt von 1 Massen-% oder weniger und einem Europiumgehalt in einem Bereich von 0,08 Massen-% bis 0,7 Massen-% ist lichtdurchlässig und daher kann durch Vorsehen der lichtreflektierenden Folie und/oder des lichtreflektierenden Bauteils Licht, das durchgelassen wird und verloren geht, reflektiert und die Lichtextraktionseffizienz verbessert werden.
Die Form der Leuchtstoffkeramik kann z.B. die einer Plattenform sein. Das plattenförmige Bauteil enthält zwei flache Oberflächen, die parallel zueinander sind und einander gegenüberliegen. Unter Berücksichtigung der Wärmeableitung und der Handhabungseigenschaften kann die Dicke der Leuchtstoffkeramik in einem Bereich von 50 µm bis 1000 µm, in einem Bereich von 50 µm bis 500 µm oder in einem Bereich von 80 µm bis 350 µm liegen. Ferner kann die Dicke der Leuchtstoffkeramik teilweise variieren.
Packungsbauteil
Das Packungsbauteil wird vorzugsweise unter Verwendung eines Materials gebildet, das eine günstige Wärmeableitung aufweist, wie z.B. ein Metall, das Kupfer, eine Kupferlegierung oder eine Eisenlegierung enthält, oder eine Keramik, die Aluminiumnitrid, Aluminiumoxid oder dergleichen enthält. Die Form der Basis und/oder des Lichtextraktionsfensters, die das Packungsbauteil konfigurieren, kann eine Vielzahl von Formen haben, wie z.B. eine planare Form, die im Wesentlichen kreisförmig, im Wesentlichen elliptisch oder im Wesentlichen polygonal ist. Das Lichtextraktionsfenster des Packungsbauteils kann zum Beispiel aus Glas oder Saphir gebildet werden.
Es ist zu beachten, dass die lichtemittierende Vorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht auf die oben beschriebene lichtemittierende Vorrichtung limitiert ist. Die lichtemittierende Vorrichtung kann beispielsweise eine lichtemittierende Vorrichtung sein, die eine Wellenlängenumwandlung implementiert und die Leuchtstoffkeramik außerhalb einer Packung mit einem lichtemittierenden Element aufweist, oder sie kann eine so genannte lichtemittierende Vorrichtung vom Typ CAN-Packung sein.
BEISPIELE
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Verwendung von Beispielen im Detail beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele limitiert.
Beispiel 1
Schritt des Vorbereitens des Vorprodukts
Pulverisiertes Aluminiumnitrid (AIN) und pulverisiertes Yttriumoxid (Y₂O₃) wurden trocken gemischt, um eine Rohmaterialmischung zu produzieren. Bezogen auf eine Gesamtmenge der Rohmaterialmischung betrug ein Gehalt an Aluminiumnitridpartikeln 95 Massen-% und der Gehalt an Yttriumoxidpartikeln 5 Massen-%. Eine zentrale Partikelgröße Da der Aluminiumnitridpartikel betrug 1,1 µm und eine zentrale Partikelgröße De der Yttriumoxidpartikel betrug 0,7 µm. Ferner betrug ein Partikelgrößenverhältnis De/Da von De zu Da 0,64. 15 Masseteile Paraffinwachs wurden als Bindemittel pro 100 Masseteile der Rohmaterialmischung zugegeben und die Mischung wurde unter Verwendung eines Kneters geknetet, um ein geknetetes Produkt zu produzieren. Das geknetete Produkt wurde in eine Spritzgussmaschine eingeleitet und in eine Form mit einer Größe von 13 mm (Länge) × 13 mm (Breite) × 3 mm (Dicke) gegossen. Das gegossene geknetete Produkt wurde in einer Atmosphäre mit einem Stickstoffstrom (Stickstoffgas 100 Vol.-%) bei einer Temperatur von 500°C unter dem barometrischen Druck (101,32 kPa) 3 Stunden lang erhitzt und entbindert, und ein gegossener Körper wurde produziert. Der Kohlenstoffgehalt des gegossenen Körpers betrug 500 ppm oder weniger. Der mit einem später beschriebenen Verfahren gemessene Sauerstoffgehalt in dem gesinterten Körper betrug 2,2 Massen-%.
Schritt des Produzierens einer Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik
Der so entstandene, Aluminiumnitrid enthaltende und als Vorprodukt dienende gegossene Körper (1,8 g) wurde auf einem Bornitrid-Setzer platziert, der in einem Tiegel aus Bornitrid stand, und 0,3 g eines Pulvers aus Europiumoxid (Eu₂O₃) (16,7 Massen-% Europiumoxid bezogen auf die Masse des Vorprodukts, der Gehalt an Europium, der im Europiumoxid pro 1 g Aluminiumnitrid enthalten ist: 3,6 mg/cm³) wurde in denselben Tiegel gegeben, der dann in einen Kohleofen eingesetzt und 2 Stunden lang in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre (100 Vol.-% Stickstoffgas) bei einerTemperaturvon 1900°C und einem Überdruck von 0,03 MPa einem zweiten Brennen unterzogen wurde, und eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik des Beispiels 1 wurde produziert, bei der die Aluminiumnitrid-Kristallphase mit Europium dotiert war.
Beispiel 2
Schritt des Vorbereitens eines Vorprodukts
Im Schritt des Vorbereitens eines Vorprodukts wurde ein unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 hergestellter gegossener Körper auf einem Bornitrid-Setzer platziert, der in einem Tiegel aus Bornitrid platziert, in einen Kohleofen eingeführt und einem ersten Brennen in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre (100 Vol.-% Stickstoffgas) bei einer Temperatur von 1950°C und einem Überdruck von 0,03 MPa für 35 Stunden unterzogen wurde, und es wurde ein gesinterter Körper produziert, der Aluminiumnitrid als Vorprodukt enthält. Der mit dem unten beschriebenen Verfahren gemessene Sauerstoffgehalt im gesinterten Körper war gleich oder kleiner als die Nachweisgrenze.
Schritt des Produzierens einer Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik
Der so entstandene gesinterte Körper (1,8 g), der Aluminiumnitrid enthält und als Vorprodukt dient, wurde auf einem Bornitrid-Setzer platziert, der in einem Tiegel aus Bornitrid stand, und 0,15 g eines Pulvers aus Europiumoxid (Eu₂O₃) (8,3 Massen-% Europiumoxid bezogen auf die Masse des Vorprodukts, der Gehalt an Europium, der im Europiumoxid pro 1 g Aluminiumnitrid enthalten ist: 1.8 mg/cm³) wurde in denselben Tiegel gegeben, der dann in einen Kohleofen eingesetzt und 2 Stunden lang in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre (100 Vol.-% Stickstoffgas) bei einer Temperatur von 1800°C und einem Überdruck von 0,03 MPa gebrannt wurde, und es wurde eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 2 produziert, bei der die Aluminiumnitrid-Kristallphase mit Europium dotiert war.
Beispiel 3
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 3 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 produziert, mit der Ausnahme, dass die Temperatur des zweiten Brennens im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik auf 1900°C eingestellt wurde.
Beispiel 4
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 4 auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 produziert, mit der Ausnahme, dass im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik 0,3 g eines Pulvers aus Europiumoxid (16,7 Massen-% Europiumoxid bezogen auf die Masse des Vorprodukts, der Gehalt an Europium, der im Europiumoxid pro 1 g Aluminiumnitrid enthalten ist: 3,6 mg/cm³) in Bezug auf einen gesinterten Körper (1,8 g), der als Vorprodukt diente, eingebracht und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 produziert wurde.
Beispiel 5
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 5 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 produziert, mit der Ausnahme, dass die Temperatur des zweiten Brennens im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik auf 1900°C eingestellt wurde.
Beispiel 6
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 6 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 4 produziert, mit der Ausnahme, dass die Temperatur des zweiten Brennens im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik auf 1950°C eingestellt wurde.
Beispiel 7
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 7 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 produziert, mit der Ausnahme, dass im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik 0,7 g eines Pulvers aus Europiumoxid (38,9 Massen-% Europiumoxid, bezogen auf die Masse des Vorprodukts, der Gehalt an Europium, der im Europiumoxid pro 1 g Aluminiumnitrid enthalten ist: 8,4 mg/cm³), bezogen auf einen gesinterten Körper (1,8 g), der als Vorprodukt diente, eingebracht und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 produziert wurde.
Beispiel 8
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 8 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 5 produziert, mit der Ausnahme, dass das zweite Brennen im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik in einer Ar-Atmosphäre durchgeführt wurde.
Beispiel 9
Eine Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik nach Beispiel 9 wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 produziert, mit der Ausnahme, dass im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik die Temperatur des zweiten Brennens auf 1950°C eingestellt wurde und 0,7 g eines Pulvers aus Europiumoxid (38.9 Massen-% Europiumoxid bezogen auf die Masse des Vorprodukts, der Gehalt an Europium im Europiumoxid pro 1 g Aluminiumnitrid: 8,4 mg/cm³) bezogen auf einen gesinterten Körper (1,8 g), der als Vorprodukt diente, eingebracht und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 produziert wurde.
Vergleichsbeispiel 1
Ein unter den gleichen Bedingungen wie das Vorprodukt aus Beispiel 1 hergestellter gegossener Körper (1.8 g) wurde auf einem Bornitrid-Setzer in einem Tiegel aus Bornitrid platziert, in einen Kohleofen eingesetzt und in einer stickstoffhaltigen Atmosphäre (100 Volumen-% Stickstoffgas) bei einer Temperatur von 1900°C und einem Überdruck von 0.03 MPa für 2 Stunden gebrannt, ohne ein Europiumoxid-Pulver einzufügen, und das resultierende Produkt wurde als Aluminiumnitrid-haltige Keramik (im Folgenden auch als „Aluminiumnitrid-Keramik“ bezeichnet) des Vergleichsbeispiels 1 verwendet. Die Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 emittierte kein Licht, selbst wenn sie durch Licht von der Anregungslichtquelle angeregt wurde.
Referenzbeispiel 1
Eine Aluminiumnitrid-Keramik nach Referenzbeispiel 1 mit einem Europiumgehalt von 0,03 Massen-% wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 2 produziert, mit der Ausnahme, dass im Schritt des Produzierens der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik die Temperatur des zweiten Brennens auf 2000°C eingestellt wurde und 0,3 g eines Pulvers aus Europiumoxid (16,7 Massen-% Europiumoxid bezogen auf die Masse des Vorprodukts, der Gehalt an Europium, der im Europiumoxid enthalten ist, pro 1 g Aluminiumnitrid: 3,6 mg/cm³) in Bezug auf einen gesinterten Körper (1,8 g), der als Vorprodukt diente, eingebracht und unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 produziert wurde.
Referenzbeispiel 2
Ein gesinterter Körper wurde als ein Vorprodukt, das Aluminiumnitrid enthält, unter den gleichen Bedingungen wie in Beispiel 2 produziert. Dieser gesinterte Körper wurde als Referenzbeispiel 2 verwendet. Der mit dem unten beschriebenen Verfahren gemessene Sauerstoffgehalt in dem gesinterten Körper war gleich oder kleiner als die Nachweisgrenze.
Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase
Die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase wurde für eine Probe der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik aus Beispiel 5 und eine Probe der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 untersucht. Die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase wurde in einem Bereich von 127 µm × 88 µm eines SEM-Querschnittsbildes bei 1000-facher Vergrößerung untersucht. Auf dem resultierenden Bild wurde eine Mehrzahl von geraden Linien gezeichnet, und für jede der Mehrzahl von geraden Linien wurde die Länge von einer Korngrenze zu einer anderen Korngrenze einer Aluminiumnitrid-Kristallphase, die die gerade Linie überlappt, als die Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase definiert, und der Durchschnittswert davon wurde bestimmt. Die durchschnittliche Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik von Beispiel 5 betrug etwa 7,4 µm. Die durchschnittliche Größe der Aluminiumnitrid-Kristallphase in der Aluminiumnitrid-Keramik aus Vergleichsbeispiel 1 betrug ungefähr 3,8 µm.
Scheinbare Dichte
Es wurden Proben jeder Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik der Beispiele, eine Probe der Aluminiumnitrid-Keramik aus Vergleichsbeispiel 1 und eine Probe jeder Aluminiumnitrid-Keramik der Referenzbeispiele mit einer Größe von 10 mm (Länge) × 10 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) vorbereitet, das Volumen und die Masse jeder Probe gemessen und die scheinbare Dichte jeder Probe auf der Grundlage der oben beschriebenen Gleichung (1) berechnet. Das Volumen wurde mit dem Archimedes Verfahren gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Temperaturleitfähigkeit
Es wurden Proben jeder der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken der Beispiele, eine Probe der Aluminiumnitrid-Keramik des Vergleichsbeispiels 1 und eine Probe jeder Aluminiumnitrid-Keramik der Referenzbeispiele mit einer Größe von 10 mm (Länge) × 10 mm (Breite) × 2 mm (Dicke) vorbereitet und die Temperaturleitfähigkeit α jeder Probe bei 25°C unter Verwendung eines Laser-Flash-Verfahrens mit einem Laser-Flash-Analysator (LFA447, erhältlich bei der Netzsch GmbH) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Wärmeleitfähigkeit
Für jede Probe der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken der Beispiele, der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 und der Aluminiumnitrid-Keramiken gemäß den Referenzbeispielen wurde die Wärmeleitfähigkeit λ auf der Grundlage der gemessenen scheinbaren Dichte, der Temperaturleitfähigkeit α und der spezifischen Wärmekapazität Cp der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik berechnet. Die spezifische Wärmekapazität Cp wurde mit 0,72 KJ/kg*K berechnet, was der spezifischen Wärmekapazität von Aluminiumnitrid entspricht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Gehalt an Europium (Eu) und Yttrium (Y)
Der Gehalt an Europium (Eu) oder Yttrium (Y) in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik jedes der Beispiele, in der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 und in den Aluminiumnitrid-Keramiken jedes der Referenzbeispiele wurde unter Verwendung einer Vorrichtung für induktiv gekoppelte Hochfrequenz-Plasma-Atomemissionsspektrometrie (ICP-AES) nach der Säurezersetzung der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik oder Aluminiumnitrid-Keramik gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Gehalt an Sauerstoff (O)
Die Menge an Sauerstoff (O) in den Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken jedes der Beispiele, in der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 und in den Aluminiumnitrid-Keramiken jedes der Referenzbeispiele wurde unter Verwendung eines Sauerstoff/Stickstoff-Analysators gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Lichtemissionsfarbe und Lichtemissionsspektrum
Proben der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken von Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5 und eine Probe der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Referenzbeispiel 1 wurden jeweils mit Anregungslicht, als eine Anregungslichtquelle, bestrahlt, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 365 nm bzw. 400 nm aufweist, und die Emissionsfarben der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken wurden bestätigt. Jede Probe wurde mit dem Anregungslicht bestrahlt, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 365 nm oder 400 nm aufwies, und die Lichtemissionsspektren wurden bei Raumtemperatur (25°C ±5°C) unter Verwendung eines Quanteneffizienz-Messgeräts (QE-2000, erhältlich bei Otsuka Electronics Co., Ltd.) gemessen. Die Lichtemissionsspektren der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5, bei Bestrahlung mit Anregungslicht, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 365 nm aufweist, sind in 6 dargestellt, zusammen mit dem Lichtemissionsspektrum der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Referenzbeispiel 1. Die Lichtemissionsspektren der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5, bei Bestrahlung mit Anregungslicht, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 400 nm aufweist, sind in 7 dargestellt. Es wurde bestätigt, dass die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge in einem Bereich von 500 nm bis 550 nm aufweisen, sowohl wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt werden, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 365 nm aufweist, als auch wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt werden, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 400 nm aufweist, und es wurde bestätigt, dass die Lichtemissionsfarbe Grün ist. Darüber hinaus wurde der Farbton der Lichtemissionsfarbe jeder Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik der Beispiele, wenn sie mit Anregungslicht bestrahlt werden, das eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 365 nm aufweist, visuell bestätigt. Der Farbton des Lichts, das durch jede der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken der Beispiele durchgelassen und von der Oberfläche gegenüber der Lichteinfallsoberfläche emittiert wird, wenn sie mit Anregungslicht mit einer Emissionspeak-Wellenlänge von 380 nm bestrahlt wird, wurde visuell bestätigt. Das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von Transluzenz von einfallendem Licht wurde ebenfalls visuell bestätigt unter Verwendung einer 2 mm dicken Probe von jeder der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken der Beispiele. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
Anregungsspektrum

Die Anregungsspektren der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5 wurden unter Verwendung eines Spektralphotometers (F-4500, erhältlich bei Hitachi High-Tech Science Corporation) gemessen. Die Ergebnisse sind in 8 dargestellt.
[Tabelle 1]

	Bedingung beim zweiten Brennen				Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken
	Vorprodukt	Eu₂O₃ (Massen- %)	Eu (mg/cm3)	BrennTemperatur (°C)	O (Massen- %)	Eu (Massen- %)	Y (Massen- %)	Emissions-Farbe (Anregungs-Wellenlänge 365nm)	Emissions-Farbe (Anregungs-Wellenlänge 380nm)	Transluzenz bei einer Dicke von 2mm	Scheinbare Dichte (g/cm3)	TemperaturLeitfähigkeit (mm²/s)	Wärmeleitfähigkeit (W/m*K)
Beispiel 1	Gegossener Körper	16,7	3,6	1900	2,2	0,87	3,90	Grün	Keine	Keine	3,33	69	166
Beispiel 2	Gesinterter Körper	8,3	1,8	1800	0,1	0,10	0,19	Grün	Grün	Vorhanden	3,27	99	232
Beispiel 3		8,3	1,8	1900	0,3	0,45	0,15	Grün	Grün	Vorhanden	3,27	95	224
Beispiel 4		16,7	3,6	1800	0,1	0,06	0,20	Grün	Grün	Vorhanden	3,27	98	231
Beispiel 5		16,7	3,6	1900	0,2	0,28	0,07	Grün	Grün	Vorhanden	3,27	95	223
Beispiel 6		16,7	3,6	1950	0,2	0,20	0,10	Grün	Grün	Vorhanden	3,27	99	233
Beispiel 7		38,9	8,4	1900	0,3	0,62	0,14	Grün	Gelb	Vorhanden	3,27	92	217
Beispiel 8		16,7	3,6	1900	0,2	0,14	0,16	Grün	Gelblichgrün	Vorhanden	3,27	85	200
Beispiel 9		38,9	8,4	1950	0,6	1,10	0,23	Grün	Gelb	Vorhanden	3,29	86	203
Vergleichsbeispiel 1	Gesinterter Körper	-	-	-	1,7	-	3,90	Keine	Keine	Keine	3,32	76	181
Referenzbeispiel 1	Gesinterter Körper	16,7	3,6	2000	0,1	0,03	0,06	Keine	Keine	Vorhanden	3,27	99	234
Referenzbeispiel 2	-	-	-	-	-	-	0,19	Keine	Keine	Vorhanden	3,27	107	251

Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispielen 1 bis 9 wiesen einen Europium (Eu)-Gehalt in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% auf und emittierten Licht beim Empfang von Licht, das von der Anregungslichtquelle emittiert wurde. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß den Beispielen 2 bis 8 einen Sauerstoffgehalt von 0,5 Massen-% oder weniger und eine hohe Wärmeleitfähigkeit von 200 (W/m*K) oder mehr aufweisen und transluzent sind. Bei der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 1 war der Sauerstoffgehalt mit 2,2 Massen-% hoch, und wenn die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik mit einer Anregungslichtquelle bestrahlt wurde, die eine Lichtemissionspeak-Wellenlänge von 380 nm aufweist, konnte eine Lichtemission an der Oberfläche, die der Einfallsoberfläche der Anregungslichtquelle gegenüberliegt, nicht visuell bestätigt werden. Es wird vermutet, dass dies darauf zurückzuführen ist, dass es eine große Menge an oxidhaltigen Korngrenzenphasen enthält.
Die Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1, die nicht einem zweiten Brennen in Kontakt mit einem europiumhaltigen Gas unterzogen wurde, und die Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Referenzbeispiel 1, bei der der Europiumgehalt in der Keramik 0,03 Massen-% betrug, emittierten kein Licht als Reaktion auf das Licht der Anregungslichtquelle.
Wie in 6 und 7 dargestellt, wurde bestätigt, dass sowohl bei einer Peak-Wellenlänge des Anregungslichts von 365 nm als auch bei einer Peak-Wellenlänge des Anregungslichts von 400 nm die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 1, Beispiel 3 und Beispiel 5 grünes Licht emittierten, wobei die Lichtemissionspeak-Wellenlänge des Lichts im Wellenlängenbereich von grünem Licht von 500 nm bis 550 nm lag. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik von Beispiel 5 wies als Reaktion auf das Anregungslicht mit einer Lichtemissionspeak-Wellenlänge bei 365 nm eine etwa 10-mal höhere Lichtintensität auf als die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik von Beispiel 1 und hatte als Reaktion auf das Anregungslicht mit einer Lichtemissionspeak-Wellenlänge bei 400 nm eine etwa 13,6-mal höhere Lichtintensität als die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik von Beispiel 1. Es ist denkbar, dass dies z.B. darauf zurückzuführen ist, dass die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 einen geringeren Sauerstoffgehalt und eine geringere Absorption durch die Korngrenzenphase aufwies als die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 1. Die Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Referenzbeispiel 1 wies einen Europiumgehalt von 0,03 Massen-% auf, emittierte jedoch kein Licht als Reaktion auf Anregungslicht.
Wie in 8 dargestellt, wiesen die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramiken gemäß Beispiel 3 und Beispiel 5 jeweils einen Bereich auf, in dem die Intensität höher war als das Anregungsspektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 1 in einem Bereich von 380 nm oder höher. Das Anregungsspektrum der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 wies eine Peak-Wellenlänge in einem Bereich von 385 nm bis 410 nm auf.
Röntgenbeugungsmuster
Die Röntgenbeugungsmuster der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 wurden unter Verwendung eines Röntgendiffraktometers (SmartLab, erhältlich bei Rigaku Corporation) und CuKa-Strahlung (λ = 0,15418 nm, Röhrenspannung 45 kV, Röhrenstrom 40 mA) als Röntgenquelle gemessen. Die resultierenden Röntgenbeugungsmuster (XRD), die die Beugungsintensität in Bezug auf den Beugungswinkel (2θ) angeben, sind in 9 dargestellt. 9 stellt das Röntgenbeugungsmuster der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und das Röntgenbeugungsmuster der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 in dieser Reihenfolge von oben dar und stellt als Referenzbeispiele in der folgenden Reihenfolge von oben die Röntgenbeugungsmuster (XRD) von AIN, Eu₂O₃ und Y₂O₃ dar, die in der Inorganic Crystal Structure Database (ICSD) registriert sind.
Wie in 9 dargestellt, weisen die XRD-Muster der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und der Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 Peaks an im Wesentlichen denselben Positionen auf wie die der Beugungswinkel 2θ des XRD-Musters von AIN, und somit wurde bestätigt, dass die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und die Aluminiumnitrid-Keramik gemäß Vergleichsbeispiel 1 im Wesentlichen dieselbe Struktur wie die von AIN aufweisen.
Elementaranalyse von Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik: SEM-EDX-Analyse

Die Oberfläche der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 wurde mit einem Querschnittspolierer (CP) bearbeitet, und die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wurde dann mit Kohlenstoff beschichtet. Anschließend wurde ein Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik beobachtet und quantitativ analysiert. Bei der quantitativen Analyse wurde ein Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 beobachtet und unter Verwendung einer SEM-EDX Vorrichtung (SU8230, erhältlich bei Hitachi, Ltd., SDD-Detektor) einer quantitativen Analyse unterzogen. Die Elemente N, O, Al, Y und Eu der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wurden jeweils halbquantitativ analysiert. Der Gehalt (Massen-%) jedes Elements wurde unter Verwendung von 100 Massen-% als Summe der analytischen Werte von N, O, Al, Y und Eu in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik an jedem Messpunkt berechnet. Auf das nächste Zehntel gerundeten Ergebnisse sind in Tabelle 2 präsentiert. Es ist zu beachten, dass die Gesamtmenge an N, O, Al, Y und Eu in der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik aufgrund der Rundung möglicherweise nicht 100 Massen-% entspricht. In den 10 bis 15 geben die mit x gekennzeichneten Stellen die ungefähre Position der Analyse an. In 10 zeigt p1 die Analyseposition in der Aluminiumnitrid-Kristallphase an. p2 zeigt eine Analyseposition an, bei der die Aluminiumnitrid-Kristallphase und die Korngrenzenphase nicht klar unterschieden werden können. In 11 zeigen p3 und p4 Analysepositionen verschiedener Stellen in einer Korngrenzenphase an. In 12 zeigen p5 und p6 Analysepositionen in jeweils verschiedenen Korngrenzenphasen an.
[Tabelle 2]

Messposition (SEM-EDX)		Element
Messposition (SEM-EDX)		N	O	Al	Y	EU
p1	AIN Kristallphase	34,0	1,5	64,6	-	-
p2	AIN Kristallphase oder Korngrenzenphase	33,6	1,7	64,6	-	-
p3	Korngrenzenphase	-	15,0	13,0	-	72,0
p4	Korngrenzenphase	-	21,9	9,7	62,0	6,5
p5	Korngrenzenphase	-	15,5	13,6	-	71,0
p6	Korngrenzenphase	-	22,1	9,6	62,0	5,9

An zwei Positionen (p1 und p2) in dem in 10 dargestellten Rückstreuelektronenbild in Bezug auf einen Querschnitt der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 entsprach das Verhältnis von Stickstoff und Aluminium im Wesentlichen dem Verhältnis von Aluminiumnitrid, und somit wurde bestätigt, dass eine Aluminiumnitrid-Kristallphase gebildet wurde. Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 wurde durch das Licht der Anregungslichtquelle angeregt und emittierte Licht, so dass Eu als ein Lichtemissionszentrum enthalten war. Die Menge an Eu, die in der Aluminiumnitrid-Kristallphase enthalten war, war jedoch gleich oder kleiner als der Nachweisgrenzwert von SEM-EDX. An vier Positionen (p3, p4, p5 und p6) der Korngrenzenphasen in den Rückstreuelektronenbildern des Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 und wie dargestellt in 11 und 12, waren ein Bereich mit einem hohen Eu-Gehalt und ein Bereich mit einem hohen Y-Gehalt vorhanden, enthielten die Positionen p3 und p5, die auch in der Korngrenzenphase hell waren, einen hohen Eu-Gehalt, und die Positionen p4 und p6, die auch in der Korngrenzenphase dunkel waren, enthielten einen hohen Y-Gehalt. In 11 und 12 wird angenommen, dass an den Positionen p3 und p5 in der Korngrenzenphase Korngrenzenphasen gebildet wurden, die aus Oxiden bestehen, die einen hohen Eu-Gehalt enthalten. In den 11 und 12 wird außerdem angenommen, dass an den Positionen p4 und p6 in der Korngrenzenphase Korngrenzenphasen gebildet wurden, die aus Oxiden bestehen, die eine große Menge an Y enthalten.
Elementaranalyse von Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik: EPMA-Analyse

Die Oberfläche der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 wurde mit einem Querschnittspolierer (CP) bearbeitet, und die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wurde dann mit Kohlenstoff beschichtet. Anschließend wurde ein Rückstreuelektronenbild eines Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik betrachtet und quantitativ analysiert. Jedes Element von Stickstoff (N), Sauerstoff (O), Aluminium (Al), Yttrium (Y) und Europium (Eu) an jeder Messposition der Aluminiumnitrid-Kristallphase im Querschnitt der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik wurde unter Verwendung einer EPMA-Vorrichtung (JXA-8500F, erhältlich bei JEOL Ltd.) einer quantitativen Analyse unterzogen. Der Gehalt (Massen- %) jedes Elements wurde unter Verwendung von 100 Massen-% als Summe der Analysewerte von N, O, Al, Y und Eu an jeder Messposition berechnet. Auf das nächste Hundertstel gerundeten Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt. 13 bis 15 sind SEM-Aufnahmen von Rückstreuelektronenbildern eines Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5. In 13 zeigt p7 eine Analyseposition in der Aluminiumnitrid-Kristallphase und p10 die Analyseposition in der Korngrenzenphase. In 14 zeigen p8 und p9 Analysepositionen in der Aluminiumnitrid-Kristallphase an, und p12 zeigt eine Analyseposition an, bei der die Aluminiumnitrid-Kristallphase oder die Korngrenzenphase nicht unterschieden werden kann. In 15 zeigt p11 eine Position in der Korngrenzenphase an.
[Tabelle 3]

Messposition (EPMA)		Element
Messposition (EPMA)		N	O	Al	Y	EU
p7	AIN Kristallphase	29,30	0,78	69,92	-	-
p8	AIN Kristallphase	29,53	0,76	69,71	-	-
p9	AIN Kristallphase	29,69	0,75	69,56	-	-
p10	Korngrenzenphase	30,23	0,65	67,61	-	1,51
p11	Korngrenzenphase	28,54	0,94	70,52	-	-
p12	AIN Kristallphase oder Korngrenzenphase	28,58	1,56	69,67	-	0,19

An drei Positionen (p7, p8 und p9) der in 13 und 14 dargestellten Aluminiumnitrid-Kristallphasen war die Menge an Eu gleich oder kleiner als der Nachweisgrenzwert (0,01 Massen-%). Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 wurde durch Licht von der Anregungslichtquelle angeregt und emittierte Licht, so dass als Lichtemissionszentrum dienendes Eu enthalten war. Die in der Aluminiumnitrid-Kristallphase enthaltene Eu-Menge war jedoch gleich oder geringer als der Nachweisgrenzwert von EPMA. Darüber hinaus waren an zwei Positionen (p10 und p11) der in 13 und 15 dargestellten Korngrenzenphasen eine Korngrenzenphase, in der Eu nachgewiesen wurde, und eine Korngrenzenphase, in der Eu nicht nachgewiesen wurde, vorhanden. Es wird vermutet, dass sich in der Korngrenzenphase an der Position, an der Eu nachgewiesen wurde, eine Korngrenzenphase gebildet hat, die aus einem Oxid wie Al-O-N-Eu besteht. An zwei Positionen (p10 und p11) der Korngrenzenphase in den in 13 und 15 dargestellten Rückstreuelektronenbildern des Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 wurde Y nicht gemessen und die Menge an Y war gleich oder kleiner als der Nachweisgrenzwert (0,01 Massen-%). Es wurde bestätigt, dass Eu an der Messposition p12 in dem in 14 dargestellten Rückstreuelektronenbild des Querschnitts der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß Beispiel 5 nachgewiesen wurde.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann in einer Halbleiterpackung verwendet werden. Ferner kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik mit einem lichtemittierenden Element wie einer LED oder einer LD, die als Anregungslichtquelle dient, kombiniert werden und als Wellenlängenumwandlungsbauteil für eine Hintergrundbeleuchtung einer Flüssigkristallanzeigevorrichtung oder für eine Beleuchtungsvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug verwendet werden. Ferner kann die Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik auch als Detektor für ultraviolettes Licht verwendet werden.
Bezugszeichenliste

1: LED-Element
2: Substrat
3, 13: Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik
4, 14: Lichtreflektierendes Bauteil
5: Verdrahtung
12: LD-Element
15: Packungsbauteil
16: Submount
100, 200: 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]
JP 62167260 A [0004]

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten eines Vorprodukts, das entweder ein Aluminiumnitrid enthaltender gegossener Körper oder ein Aluminiumnitrid enthaltender gesinterter Körper ist; und Produzieren einer Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik, die einen Gehalt an Europium in einem Bereich von mehr als 0,03 Massen-% bis 1,5 Massen-% aufweist, indem das Vorprodukt in Kontakt mit einem europiumhaltigen Gas gebracht wird.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach Anspruch 1, wobei bei dem Produzieren der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik das Vorprodukt in einer europiumhaltigen Atmosphäre bei einer Temperatur in einem Bereich von einem Siedepunkt von metallischem Europium bis weniger als 2000°C gebrannt wird.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach Anspruch 2, wobei bei dem Produzieren der Aluminiumnitrid-Leuchtstoffkeramik das Vorprodukt und eine Verbindung, die Europium enthält und so angeordnet ist, dass sie nicht in direktem Kontakt mit dem Vorprodukt ist, bei einer Temperatur in einem Bereich von dem Siedepunkt des metallischen Europiums bis weniger als 2000°C gebrannt werden.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Füllmenge des Europiums pro 1 g des Vorprodukts in einem Bereich von 1,2 mg/cm³ bis 12 mg/cm³ liegt.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Vorprodukt ein gesinterter Körper ist, der das Aluminiumnitrid enthält.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach Anspruch 5, wobei der gesinterte Körper, der Aluminiumnitrid enthält, Sauerstoff umfasst, und ein Gehalt des Sauerstoffs 0,3 Massen-% oder weniger beträgt.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das europiumhaltige Gas durch Reduzieren von Europiumoxid produziert wird.
Verfahren zur Herstellung einer Leuchtstoffkeramik nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Vorprodukt durch Brennen von Aluminiumnitridpartikeln und einem Sinterhilfsmittel, das ein anderes Seltenerdelement als Europium enthält, produziert wird.
Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Vorbereiten einer Leuchtstoffkeramik, die durch das in einem der Ansprüche 1 bis 8 beschriebene Herstellungsverfahren hergestellt wird; Vorbereiten einer Anregungslichtquelle; und Anordnen der Leuchtstoffkeramik an einer Position, die mit von der Anregungslichtquelle emittiertem Licht bestrahlt werden soll.