JP2008527688A - 埋設された結晶を有する波長変換層 - Google Patents
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Abstract
本発明は、埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を有するマトリクス層を備えた波長変換層である。希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子は、ランタノイドの少なくとも１つでドープされている。希土類イオンドープの微結晶及び／又はドープされたアモルファス粒子は、１０ｎｍから５００μｍの平均直径ｄ50をを有し、マトリクス層は透明であり、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率は、４００ｎｍから１２００ｎｍの範囲の少なくとも１つの波長に対して、０≦Δｎ≦０．１で、マトリクス層の屈折率と整合する。
【選択図】図３
【選択図】図３
Description
本発明は、埋設された結晶を有する波長変換層、この波長変換層を有する半導体光源、並びに少なくとも１つの半導体光源を有するシステムに関する。
波長変換層は、半導体光源から例えば白色光を作り出すのに重要な技術である。青紫色ＬＥＤと微結晶蛍光体の組み合わせ又は希土類ドープフッ化物結晶及びガラスでのＩＲレーザ放射のアップコンバージョンが、可視波長領域のレーザを実現するための例である。可視光を発光する蛍光体層は、一般に従来技術で知られており、蛍光灯やブラウン管テレビで普通に用いられている。また、可視光を発光するそのような既知の蛍光体層は、ＩｎＧａＮのＬＥＤの青色光又は紫色光を、他の波長の可視放射、例えば緑色又は黄色に変換するのに用いられている。
一般に、可視光を発光する蛍光体層は、希土類をドープした微結晶からなり、これは、焼結又は他の結晶成長過程により入手することができる。そのような層は、結晶材料の内側及び外側での多くの遷移により光を散乱する。したがって、従来技術の蛍光体層の発光パターンは、等方性のものである。さらに、蛍光放射のエネルギー密度は、励起のために使用されたものよりもかなり低い。かくして、従来技術の蛍光体層は、高い要求の光学的適用に好適に使用することができない。さらに、従来技術の蛍光体層は、レーザに適した使用をすることができない。かくして、蛍光体粉末は、一方で比較的容易に準備することができるものの、他方で所望の光学的性能を有していない。また、蛍光体粉末の焼結又は結晶成長過程は、複雑で時間及び／又はエネルギーが掛かる。
本発明のこれらの及び他の特徴は、以下に記載された実施形態の参照から理解され、明らかになるであろう。
本発明の目的は、高い要求の光学的適用に好適に使用することができ、複雑でなく時間及び／又はエネルギーが掛からない方法により得ることができる蛍光体微結晶粉末を有する層を提供することにある。
本発明の目的は、埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を有するマトリクス層を備えた波長変換層であって、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子は、少なくともランタノイド元素の１つがドープされ、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子は、１０ｎｍから５００μｍの平均直径ｄ50を有し、マトリクス層は、透明であり、４００ｎｍから１２００ｎｍの範囲における少なくとも１つの波長に対して、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率は、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．１以下で、マトリクス層の屈折率と整合（一致）する、波長変換層によって達成される。
屈折率ｎ1を有するマトリクス材料と埋設されたわずかに異なる屈折率ｎ2の結晶とからなる厚さｄの層は、屈折率の差Δｎによって定めることができる。屈折率Δｎを測定する方法は、以下に記載される。
しかしながら、結晶を「見えない」状態にするために、すなわち界面でのいかなる光散乱をも回避するために、結晶が厳密に同じ屈折率の材料に埋設されるのが最も好ましい。全空間方向での完全な屈折率の整合の要求は、好ましくも結晶が全く複屈折性を示さないようにする。したがって、立方体対称性を有する結晶を選択することが有利である。
前記ドープされた結晶の代わりに、ドープされたアモルファス材料の小粒子、例えばエルビウムがドープされたフッ化物ガラスを、好適に使用することができる。また、結晶とドープされたアモルファス粒子を混合したものを、本発明によりマトリクス層に埋設するのに好適に使用することができる。
埋設された希土類イオンがドープされた微結晶及び／又は希土類イオンがドープされたアモルファス粒子を有するマトリクス層の上側外面が、平ら，平滑又は粗面であってもよい。さらに、製造方法に起因して、マトリクスに埋設された、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の少なくとも一部が、マトリクス層から中間層内に延びていてもよい。かくして、中間層は、最も好ましくはマトリクス層から突出する結晶を完全に覆うために使用することができる。
本発明の有利な点は、本発明による少なくとも１つの波長変換層を使用することにより、レーザと同様に高輝度を達成することができることである。本発明の他の有利な点は、これが、特に導波路層のための変換媒体の非常に柔軟性のある成形を可能にすることである。さらに、本発明による波長変換層は、散乱なしの波長変換を可能にする。
本発明による波長変換層は、６００ｎｍから１２００ｎｍの範囲を、４００ｎｍから６５０ｎｍの範囲の放射に波長変換することができる（ＩＲから可視光へのアップコンバージョン）。また、３５０ｎｍから５００ｎｍの範囲の放射を、４００ｎｍから６５０ｎｍの範囲の放射に波長変換することができる（ＵＶ／青色光から可視光へのダウンコンバージョン）。
本発明により、ガラス及び／又はポリマーのマトリクス材料に埋設された希土類ドープの微結晶を使用することが好ましい。さらに、波長変換層は、たいていのいかなる形状にも容易に製造することができる。
本発明は、特に、微結晶及び／又はドープされたアモルファス粒子に関し、希土類イオンドープの微結晶及び／又はドープされたアモルファス粒子は、５０ｎｍから５００μｍの平均直径ｄ50，好ましくは１００ｎｍから３０μｍの平均直径ｄ50，さらに好ましくは１μｍから１０μｍの平均直径ｄ50を有する。
本発明で使用される特性ｄ50は、少なくとも５０％の微結晶が、直径の規定範囲に入ることを意味している。
しかしながら、マトリクスに埋設されたドープ微結晶及び／又はドープアモルファス粒子の少なくとも２０wt%，好ましくは少なくとも５０wt%，さらに好ましくは少なくとも７０wt%，より好ましくは少なくとも８０wt%，最も好ましくは少なくとも９０wt%が、１００ｎｍから１０μｍの範囲の直径を有するとよい。
本発明により、比較的少量の希土類イオンドープの微結晶及び／又はドープされたアモルファス粒子が使用されるとき、高輝度の波長変換層及び／又はアップコンバージョン層を得ることができる。
かくして、本発明によるマトリクス層は、このマトリクス層に対して、０．１vol%から５０vol%，好ましくは０．５vol%から２０vol%，より好ましくは１vol%から１５vol%，最も好ましくは５vol%から１０vol%の体積分率で、且つ／又は、このマトリクス層に対して、０．１wt%から５０wt%，好ましくは０．５wt%から２０wt%，より好ましくは１wt%から１５wt%，最も好ましくは５wt%から１０wt%の重量分率で、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を含んでいてよい。
本発明に有用な希土類イオンを有する微結晶は、ＹＬＦ，ＹＡＧ，ＬｉＬｕＦ4，ＢａＹ2Ｆ8，ＳｒＦ2，ＬａＣｌ3，ＫＰｂ2Ｃｌ5，ＬａＢｒ3を含むグループから選択することができる。希土類ドープのＹＡＧ又はＹＬＦのような微結晶は、１００ｎｍから１０μｍのような所望のサイズの結晶の粉末に比較的容易に製造することができる。
本発明に有用なアモルファス粒子は、ＺＢＬＡＮ，ゲルマネートガラス，カルコゲナイトガラス，硫化物含有ガラス，セレン化物含有ガラス及び／又はテルル化物含有ガラスを含むグループから選択することができる。
本発明により使用することができるドーパントは、希土類イオンのグループ、特にランタノイド（例えば、エルビウム，プラセオジウム，ツリウム，ホルミウム，サマリウム，ユウロピウム，ジスプロシウム，テルビウム，セリウム，ネオジウム及び／又はイッテルビウム）から選択することができる。
結晶中のドーパントの濃度は、結晶の総量に対して、０．１−１０wt%が好ましい。しかしながら、ドーパント，好ましくはイッテルビウム、と共に１wt%から３０wt%の範囲でドープすることは、ＩＲ吸収を増加するのに及び／又は他の適当な希土類イオンにエネルギーを移動するのに有利である。
さらに、青色，紫色又は紫外放射での励起と可視放射へのダウンコンバージョンの場合、ホルミウム，サマリウム，ユウロピウム，ジスプロシウム，エルビウム及び／又はテルビウムでドープしたＹＡＧ結晶を使用することができる。また、セリウムは、単一のドーパントとして又はサマリウムと共に使用することができる。しかしながら、励起エネルギーをサマリウムに移動するために、セリウムの高い吸収特性を利用するのがよい。
ＩＲ放射での励起と可視放射へのアップコンバージョンのために使用することができる、マトリクス材料に埋設された好ましい微結晶材料は、エルビウム，プラセオジウム，ツリウム，ホルミウム又はネオジウムでドープされたＹＬＦ，ＬｉＬｕＦ4，ＢａＹ2Ｆ8，ＳｒＦ2，ＬａＣｌ3，ＫＰｂ2Ｃｌ5又はＬａＢｒ3結晶を含むグループから選択することができる。
本発明による波長変換層の輝度をさらに改良するため、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率が、発光（放射）波長において、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．０１以下，好ましくは０．００５以下，より好ましくは０．００１以下で、マトリクス層の屈折率と整合（一致）し、且つ／又は、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率が、励起波長において、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．１以下，好ましくは０．０５以下，より好ましくは０．０１以下で、マトリクス層の屈折率と整合（一致）することが好ましい。
アモルファスのマトリクス材料が、所望の波長において、すなわち励起波長及び発光（放射）波長において、結晶及び／又はマトリクス材料の屈折率とできるだけ接近して整合することが最も好ましい。これは重要である。なぜなら、界面でのいかなる散乱もレーザの高いビーム品質を損ねるからである。
導波管レーザの有利な構成では、放射は導波管にトラップされる。励起波長の小さな角度未満のいかなる散乱も、導波管からの小さな光損失を生じ、効率を低下させる。導波管の所望の形状及び開口数に応じて、埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又はドープされたアモルファス粒子を有するマトリクスの屈折率の許容偏差を、各構成要素、すなわち、マトリクス材料，ドープされた微結晶並びにドープされたアモルファス粒子、に対して計算することができる。
本発明による波長変換層は、好ましくは、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の融点よりも低い融点を有するマトリクス層を備えている。結晶及びアモルファス粒子の粒子サイズと形状が融解によって変わりうるおそれがあるから、希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の融点よりも低いマトリクス層の融点は、結晶及びアモルファス粒子に対する悪影響を避けるのに望ましい。かくして、マトリクス材料は、結晶を損なわないため、十分に低い軟化点を有しなくてはならず、これはすなわち結晶の融点よりもかなり低い。
本発明により好適に使用することができるマトリクス材料は、ポリマー及び／又はガラス材料である。さらに、柔軟性又は弾性を有するマトリクス材料を使用することが好ましい。
上述のマトリクス材料は、熱的溶融加工，スピンコート，ゾルゲル析出及び他のよく知られた析出技術によって単純に形成することができる。
本発明の有利な点は、埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を有する波長変換層を、実際的な各所望形状に容易に形成することができることである。
しかしながら、本発明による波長変換層は、波長変換層の厚さと長さの比が、１：１００から１：１００，０００，好ましくは１：１０００から１：７０，０００，より好ましくは１：５，０００から１：５０，０００である形状を有するのが好ましい。
本発明による好ましい波長変換層は、埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を有する、マトリクス層の少なくとも１つの外面、すなわち好ましくはマトリクス層の上側外面及び／又は下側外面、を有し、上面は、埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子がない中間層によって覆われ、中間層の屈折率は、４００ｎｍから１２００ｎｍの波長に対して、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．１以下，好ましくは０．０１以下，より好ましくは０．００５以下，最も好ましくは０．００１以下で、マトリクス層の屈折率と整合（一致）する。しかしながら、中間層とマトリクス層の屈折率が同一であることが最も好ましい。さらに、中間層は、マトリクス層の上面及び下面を覆うことができ、すなわちマトリクス層を少なくとも２つの中間層によって挟持することができる。
本発明の好ましい実施形態により、波長変換層は、マトリクス層の上側外面及び／又は下側外面がクラッド層によって覆われるように形成してもよく、クラッド層の材料は、マトリクス層の材料と異なり、クラッド層は、隣接するマトリクス層の屈折率よりも低い屈折率を有する。
クラッド層にはマトリクス層に含まれる結晶がないことが最も好ましい。マトリクス層から突出する結晶を、中間層で覆うことができる。
本発明の好ましい実施形態により、波長変換層は、中間層の上側外面がクラッド層で覆われ、且つ／又は、マトリクス層の下側外面がクラッド層で覆われ、クラッド層の材料は、中間層及び／又はマトリクス層の材料と異なり、クラッド層は、隣接する中間層及び／又はマトリクス層の屈折率よりも低い屈折率を有する。
好ましい実施形態は、高出力ダイオードレーザバーの前の基板に、薄膜として本発明による少なくとも１つの波長変換層を配置することである。数マイクロメータの厚さしかないそのような層を有する製品は、クラッド層へのスムーズなインターフェースを提供する追加的な手段を必要とする。結晶がない同じマトリクス材料の中間層をマトリクス層へ堆積することが必要である。また、クラッド層の屈折率は、マトリクス層と中間層の屈折率よりも低くなくてはならない。
しかしながら、中間層を含まない点で異なる本発明による波長変換層を好適に使用することもでき、少なくとも１つの波長変換層が、高出力ダイオードレーザバーの前の基板に、薄膜として配置される。数マイクロメータの厚さしかないそのような層を有する製品は、クラッド層へのスムーズなインターフェースを提供する追加的な手段を必要とする。クラッド層の屈折率は、マトリクス層の屈折率より低くなくてはならない。
本発明により、本発明による波長変換層の少なくとも１つのマトリクス層，中間層及び／又はクラッド層は、マトリクス層，中間層及び／又はクラッド層の厚さと長さの比が、１：１００から１：１００，０００，好ましくは１：１０００から１：７０，０００，より好ましくは１：５，０００から１：５０，０００である形状を有する。
しかしながら、マトリクス層が１μｍから２００μｍの厚さを有し、且つ／又は、中間層が５００ｎｍから５μｍの厚さを有し、且つ／又は、クラッド層が１０μｍから１０００μｍの厚さを有することが好ましい。
さらに、本発明は図１から図６により図示される。
図１は、希土類イオンがドープされ中間層４内に部分的に拡がる埋め込まれた微結晶３を有するマトリクス層２を備えた波長変換層１の側面図を示しており、中間層４はマトリクス層２の上側外面に配置されている。中間層４の材料は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＳＦ４１である。中間層の厚さは、１μｍである。マトリクス層２は、マトリクスの総体積に対して、１vol%のＣｅ：ＹＡＧの微結晶を含んでいる。Ｃｅ：ＹＡＧの微結晶は、Ｙ3+に対して１at.％がドープされ、すなわちＹ3+イオンの１％がＣｅ3+により置換されている。結晶の平均直径ｄ50は、５μｍである。マトリクス材料は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＳＦ４１であり、４５０ｎｍ（励起波長）で１．８６０の屈折率，５５０ｎｍ（発光波長）で１．８４０の屈折率を有する。
図１は、希土類イオンがドープされ中間層４内に部分的に拡がる埋め込まれた微結晶３を有するマトリクス層２を備えた波長変換層１の側面図を示しており、中間層４はマトリクス層２の上側外面に配置されている。中間層４の材料は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＳＦ４１である。中間層の厚さは、１μｍである。マトリクス層２は、マトリクスの総体積に対して、１vol%のＣｅ：ＹＡＧの微結晶を含んでいる。Ｃｅ：ＹＡＧの微結晶は、Ｙ3+に対して１at.％がドープされ、すなわちＹ3+イオンの１％がＣｅ3+により置換されている。結晶の平均直径ｄ50は、５μｍである。マトリクス材料は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＳＦ４１であり、４５０ｎｍ（励起波長）で１．８６０の屈折率，５５０ｎｍ（発光波長）で１．８４０の屈折率を有する。
Ｃｅ：ＹＡＧの屈折率は、４５０ｎｍで１．８５３，５５０ｎｍで１．８３３である。
埋設された結晶を有するマトリクス層の厚さは、２０μｍである。
埋設された結晶を有するマトリクス層の厚さは、２０μｍである。
図２は、図１による波長変換層の側面図を示しており、中間層４の上側外面に、第１のクラッド層５が配置されている。このクラッド層５は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＳＦ４４が選択されており、４５０ｎｍで１．８２６の屈折率，５５０ｎｍで１．８０８の屈折率を有している。クラッド層の厚さは、１００μｍである。
図３は、図２による波長変換層の側面図を示しており、マトリクス層２の下側外面に、第２のクラッド層６が配置されている。このクラッド層は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＦ２１が選択されており、４５０ｎｍで１．８０９の屈折率，５５０ｎｍで１．７９２の屈折率を有する。クラッド層の厚さは、２００μｍである。
図４は、図３による波長変換層の側面図を示しており、マトリクス層２が２つの中間層４の間に挟持されている。中間層４の材料は、ショットガラス社から入手可能なショットガラスＮ−ＬＡＳＦ４１である。中間層の厚さは、１μｍである。
屈折率Δｎの測定方法
屈折率ｎ1を有し、わずかに異なる屈折率ｎ2の結晶がドープされたマトリクス材料からなる厚さｄの層は、屈折率の差Δｎによって定義することができる。この屈折率の差Δｎは、小さな差Δｎのための以下のような方法で決定することができる。３０μｍ以上の結晶サイズでは、屈折率の差の測定は、厚さｄのサンプルを光が通過したときの散乱光の角度分布である。この角度分布のＦＷＨＭ（半値全幅）は、サンプル厚さｄ，結晶の体積分率Ｖ及び屈折率の差Δｎの積を平均結晶サイズｄ50で割った値に比例する。すなわち、
である。
屈折率ｎ1を有し、わずかに異なる屈折率ｎ2の結晶がドープされたマトリクス材料からなる厚さｄの層は、屈折率の差Δｎによって定義することができる。この屈折率の差Δｎは、小さな差Δｎのための以下のような方法で決定することができる。３０μｍ以上の結晶サイズでは、屈折率の差の測定は、厚さｄのサンプルを光が通過したときの散乱光の角度分布である。この角度分布のＦＷＨＭ（半値全幅）は、サンプル厚さｄ，結晶の体積分率Ｖ及び屈折率の差Δｎの積を平均結晶サイズｄ50で割った値に比例する。すなわち、
サンプル周りで角度を走査することができる検出器は、図５に示すように、散乱プロファイル、すなわち散乱角βに応じた強度を測定する。光源は、適切なカラーフィルタを有するハロゲンランプ又はレーザとすることができる。検出器の前のダイヤフラムで、角度分解能を調節することができる（図５参照：散乱プロファイルの測定、すなわち角度走査）。
また、ＦＷＨＭの関係は、所定の材料による実際の装置の最大長さを与える。マトリクス材料と第１のクラッド層の所定の屈折率の差に対して、通常、開口数として表現されるように、所定の平均結晶サイズ，マトリクス材料とドープする結晶材料の間の屈折率の差Δｎ，及び所定の体積分率による装置の長さは、マトリクス層の全内部反射の臨界角の２倍の大きさである、マトリクス層の光の角度分布のＦＷＨＭになる長さよりも十分長くてはならない。
３０μｍよりも小さい結晶サイズでは、式は不正確になり、非常に小さな結晶サイズでは、全く誤った結果を導く。３０μｍよりも小さい結晶サイズでは、幾何光学に基づく上記モデルは、もはや光透過性を正確に説明することができない。正確な取り扱いは、Mie理論により行うことができる。屈折率の小さな差Δｎでは、Rayleigh-Gans散乱として知られた近似を使用することができる（例えば、H.C.v.d.Hulstの「小粒子による光散乱」（Dover Publication、New York、１９８２年）参照）。
この近似では、屈折率の差Δｎを、実際のインライン透過の測定で決定することができる。これはサンプルの透明度の測定であり、透過中に散乱又は吸収されない光の一部が測定される。測定の設定を図６に示す。実質的にサンプルで散乱されない（又は、０．５°未満で散乱される）光のみを検出器に届かせるように、検出器の受け入れ角は、０．５°より小さくなくてはならない（図６参照：実際のインライン透過を決定するための測定の設定）。
実際のインライン透過Ｉは、吸光係数γとサンプル厚さｄによって決定される。
ただし、Ｉ0は、サンプル直前での強度である。吸光係数は、Rayleigh-Gans散乱の近似を満足するとき、次のように与えられる。
上述のように、Ｖはサンプルでの結晶の体積分率である。λ0は、空気中における測定に使用された波長である。この関係を用いると、屈折率の差を、実際のインライン透過の測定で決定することができる。
本発明による波長変換層は、ＬＥＤ，ＯＬＥＤ及び／又はレーザのような半導体光源の製造に使用するのに適しており、レーザは、好ましくは、ＩＲレーザ，青色レーザ及びＵＶレーザを含むグループから選択される。
本発明による少なくとも１つの波長変換層を、ＧａＮベースの青紫色ＬＥＤに使用することが最も好ましい。
さらに、本発明による波長変換層は、アップコンバージョン層に使用することができ、波長変換層は、ＩＲダイオードレーザの放射により励起され、その結果の放射が導波路内に連結される。例えば、欧州特許出願第０３１０２６７８号に記載されたアップコンバージョン層は、本発明による変換層を使用することができ、その全内容が参照により組み込まれる。
本発明の別の目的は、本発明による少なくとも１つの半導体光源を有するシステム、例えば装置であり、次の適用の１つ又はそれ以上に用いられる：レーザランプ、ＬＥＤランプ、ＯＬＥＤランプ、ショップ照明、家庭用照明、ヘッドランプ、アクセント照明、スポット照明、シアター照明、オフィス照明、作業場の照明、自動車用前方照明、自動車用補助照明、自動車用車内照明、民生用ＴＶの適用、光ファイバの適用、映写システム。
明細書を過度に長くすることなしに包括的な開示を提供するため、出願人は、上記参照した各特許及び特許出願を参照により組み込む。
上記詳細な実施形態における要素及び特徴の特定の組み合わせは、単なる例示であり、これらの教示と、本明細書及び参照により組み込まれた特許及び特許出願における他の教示との交換及び置換えも明確に意図されている。当業者が理解するように、当業者は、ここに記載されたものの変形，改変及び他の実施を、請求項に記載された発明の精神及び範囲から逸脱することなく想到することができる。したがって、上述の詳細な説明は、単なる例示であり、制限するように意図されていない。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等の範囲によって定められる。さらに、詳細な説明及び請求の範囲で使用された参照符号は、請求項に記載された発明の範囲を制限しない。
１ 波長変換層
２ マトリクス層
３ 微結晶
４ 中間層
５ 第１のクラッド層
６ 第２のクラッド層
２ マトリクス層
３ 微結晶
４ 中間層
５ 第１のクラッド層
６ 第２のクラッド層
Claims (10)
- 埋設された希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を有するマトリクス層を備えた波長変換層であって、
前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子は、少なくともランタノイド元素の１つがドープされ、
前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子は、１０ｎｍから５００μｍの平均直径ｄ50を有し、
前記マトリクス層は、透明であり、
前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率は、４００ｎｍから１２００ｎｍの範囲における少なくとも１つの波長に対して、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．１以下で、前記マトリクス層の屈折率と整合する、波長変換層。 - 前記マトリクス層は、このマトリクス層に対して、０．１vol%から５０vol%，好ましくは０．５vol%から２０vol%，より好ましくは１vol%から１５vol%，最も好ましくは５vol%から１０vol%の体積分率で、且つ／又は、０．１wt%から５０wt%，好ましくは０．５wt%から２０wt%，より好ましくは１wt%から１５wt%，最も好ましくは５wt%から１０wt%の重量分率で、前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を含む、請求項１に記載の波長変換層。
- 前記希土類イオンを有する微結晶は、好ましくはＹＬＦ，ＹＡＧ，ＬｉＬｕＦ4，ＢａＹ2Ｆ8，ＳｒＦ2，ＬａＣｌ3，ＫＰｂ2Ｃｌ5及び／又はＬａＢｒ3を含むグループから選択され、
前記希土類イオンを有する微結晶は、好ましくは立方体対称性を有する、請求項１又は２に記載の波長変換層。 - 前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率は、発光波長において、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．０１以下，好ましくは０．００５以下，より好ましくは０．００１以下で、前記マトリクス層の屈折率と整合し、且つ／又は、前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の屈折率は、励起波長において、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．１以下，好ましくは０．０５以下，より好ましくは０．０１以下で、前記マトリクス層の屈折率と整合する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の波長変換層。
- 前記マトリクス層は、前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子の融点よりも低い融点を有する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の波長変換層。
- 前記波長変換層の厚さと長さの比が、１：１００から１：１００，０００，好ましくは１：１０００から１：７０，０００，より好ましくは１：５，０００から１：５０，０００である、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の波長変換層。
- 前記マトリクス層の少なくとも一方の外面は、埋設された前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子を含み、且つ、埋設された前記希土類イオンドープの微結晶及び／又は希土類イオンドープのアモルファス粒子がない中間層によって覆われ、
前記マトリクス層は、好ましくは前記中間層の間に挟持され、
前記中間層の屈折率は、屈折率の差Δｎが０以上且つ０．１以下，好ましくは０．０１以下，より好ましくは０．００５以下，最も好ましくは０．００１以下で、前記マトリクス層の屈折率と整合し、最大限で前記中間層と前記マトリクス層の材料の屈折率が等しい、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の波長変換層。 - 前記中間層又は前記マトリクス層の外面がクラッド層によって覆われ、且つ／又は、前記マトリクス層の下側外面がクラッド層によって覆われ、
前記クラッド層の材料が、前記中間層及び／又はマトリクス層の材料と異なり、
前記クラッド層は、隣接する前記中間層及び／又はマトリクス層の屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の波長変換層。 - 半導体光源、好ましくはＬＥＤ，ＯＬＥＤ，ＵＶ及び／又はレーザであって、
前記レーザは、好ましくはＩＲレーザ，青色レーザ及びＵＶレーザを含むグループから選択され、
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の波長変換層を少なくとも１つ有する、半導体光源。 - 請求項９に記載の半導体光源を少なくとも１つ含むシステムであって、
レーザランプ、ＬＥＤランプ、ＯＬＥＤランプ、ショップ照明、家庭用照明、ヘッドランプ、アクセント照明、スポット照明、シアター照明、オフィス照明、作業場の照明、自動車用前方照明、自動車用補助照明、自動車用車内照明、民生用ＴＶの適用、光ファイバの適用、映写システムの適用の１つ又はそれ以上に使用されるシステム。
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