JP5631745B2 - 透光性セラミックプレートを備える発光装置 - Google Patents

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［関連出願］
本出願は、２００８年２月２１日付の米国特許仮出願第６１／０３０４９６号および２００９年２月１７日付の米国特許仮出願第６１／１５３２２７号の優先権を主張し、これらの仮出願はいずれも、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。

本発明は、透光性セラミックプレートを含む発光装置に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）（有機エレクトロルミネセント装置（ＯＥＬ）と呼ばれることもある）、および無機エレクトロルミネセント装置（ＩＥＬ）などの固体発光装置が、フラット・パネル・ディスプレイ、種々の計器のインジケータ、看板、および装飾的な照明などといったさまざまな用途に、幅広く利用されてきている。これらの発光装置について、発光効率の改善が続けられているため、自動車のヘッドライトや照明全般などのはるかに高い輝度を必要とする用途も、すぐに実現可能になるであろう。これらの用途については、白色ＬＥＤが有望な候補の１つであり、多くの注目を集めている。

従来からの白色ＬＥＤは、米国特許第５，９９８，９２５号（特許文献１）および第６，０６９，４４０号（特許文献２）に開示されているように、青色ＬＥＤと、エポキシおよびシリコーンなどの封入用プラスチック樹脂に分散させた黄色発光ＹＡＧ蛍光体粉末との組み合わせに基づいて製造されている。典型的な装置の構造が、図１Ａおよび１Ｂに示されている。しかしながら、この系に使用されるＹＡＧ蛍光体粉末の粒子サイズは、約１〜１０μｍであるため、封入用の樹脂媒体に分散させられたＹＡＧ粉末が、強力な光の散乱を引き起こす場合がある。結果として、図２に示されるように、青色ＬＥＤからの入射光およびＹＡＧ粉末からの黄色の発光の両者のかなりの部分が、後方へと散乱させられ、白色光の放射の損失として消散される。

この問題への対応の１つは、波長変換物質からなる１枚のセラミック部材を形成することである。しかしながら、そのようなセラミック部材も、セラミックの形成時に形成される空気の細孔に起因して、輝度の低下を抱える可能性がある。これらの空気の細孔が、ＬＥＤからの出射光に対する透明度の低下、および／または後方散乱の程度の増加を引き起こす可能性がある。セラミック材料と比べた場合の空気の屈折率は、比較的大きい（０．５〜１．０程度である）ため、これらの空洞部分が少量でも、きわめて大量の後方散乱を引き起こす可能性がある。

この後方散乱の増加という問題に対する回答の１つは、発光層に用いられる材料の屈折率を操作することであった。例えば、蛍光体粒子が埋め込まれた媒体は屈折率が高められ、蛍光体粒子の屈折率により近く一致する（米国特許出願公開第２００３／０２２７２４９号、特許文献３）。Ｄｅ Ｇｒａａｆら（国際公開第ＷＯ２００６／０９７８７６号、特許文献４）は、多結晶セラミックアルミナ材料を含むセラミック複合構造である母材に埋め込まれた複合構造を記載している。Ｓａｋａｔａら（米国特許出願公開第２００６／０１２４９５１号、特許文献５）は、それぞれの成分が２つ以上の酸化物である２以上の母相を有する固体物を開示している。しかしながら、非発光の材料が増えることで、やはり散乱中心が増加し、セラミックプレートの全体としての輝度が低下する可能性がある。

後方散乱を低減する別の対応は、散乱中心を少なくすることによって材料の透明度を高め、後方散乱の発生を最小限にすることであった。しかしながら、散乱中心を持たない高度に透明なセラミックプレートも、依然として空気または封入樹脂の屈折率比べると屈折率の差が大きい。この大きな差によって、空気／セラミックの界面または封入樹脂／セラミックの界面における臨界角が大きくなり、放射光のより多くの部分が、全内部反射のためにセラミックプレートに閉じ込められる結果となる。このような大量の反射光が、セラミックの外側縁での見かけ上の発光として観察されることもしばしばである。このように、透明度は改善されているが、装置の全体的な輝度は、実際には低下していた可能性がある。

後方散乱を軽減するためのさらに別の努力は、可視光の波長よりもはるかに小さい粒子サイズを有するナノサイズのＹＡＧ蛍光体粒子を作成することである。例えば、Ｒ． Ｋａｓｕｙａらの「Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｐｔｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｌｏｒ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｆｉｌｍ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ＹＡＧ：Ｃｅ^３＋ ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ」、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、９１、１１１９１６（２００７）（非特許文献１）に開示されているように、約３０ｎｍ未満のサイズを有するナノサイズのＹＡＧ蛍光体粒子を封入樹脂へと一様に分散させた場合に、白色ＬＥＤ用のそのような色変更媒体によって、散乱のない透明なナノ複合材料を得ることが可能となる。しかしながら、粒子のサイズが数十ナノメートル以下になると、輝度（または、内部量子効率）が低下する傾向にあることは、周知である。そのような微細な粒子は、体積に対する表面積の正味の比が大きくなるため、ミクロンサイズのＹＡＧ蛍光体粒子を同じ量だけ封入する場合に比べ、望ましくない表面欠陥部位の総数が多くなる。結果として、ナノサイズのＹＡＧ蛍光体粒子を有するＬＥＤから出射される白色のＬＥＤ光は、実際には、ミクロンサイズの蛍光体粉末にもとづく装置と比べ、効率が低くなる。ナノサイズの蛍光体粉末にもとづく装置では、後方散乱による損失を最小限にすることができるが、発光特性の低下が、後方散乱が低減されるとの利点を上回る可能性がある。さらには、ナノサイズの粒子は、凝集を生じようとする傾向が圧倒的に強いため、透明または透光性で単分散のナノ複合材料の作成は、容易でない。このように、蛍光体粉末の発光効率を犠牲にすることなく、後方散乱による損失を最小限として白色ＬＥＤから出射される光を強める効果的な方法は存在していない。

白色ＬＥＤ装置の輝度を改善するために、１つ以上の透光性焼結セラミックプレートを、青色ＬＥＤと組み合わせて使用することで、より強い強度の白色光を生成することができる。焼結セラミックプレートの透明度を制御することによって、発光特性を犠牲にすることなく、後方散乱による損失を最小化することができる。

一実施形態は、第１のピーク波長を有する光を放射する発光部材、および前記発光部材の上方に位置し、多相材料を含んでおり、該多相材料が、約８５体積％〜約９９．９９体積％の放射相と約１５体積％〜約０．０１体積％の第２相とを含む少なくとも１つの焼結セラミックプレート、を備える発光装置を提供する。前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートは、前記発光部材から放射される光の少なくとも一部を吸収して、第２のピーク波長の光を発することができるとともに、該第２のピーク波長において約４０％よりも大きい全光線透過率を有している。

別の実施形態は、発光装置の輝度を改善するための方法であって、発光部材を準備するステップと、多相材料を含む少なくとも１つの焼結セラミックプレートを前記発光部材の上方に配置するステップと、を含んでおり、前記多相材料が、約８５体積％〜約９９．９９体積％の放射相と約１５体積％〜約０．０１体積％の第２相とを含んでおり、前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートが、ピーク透過波長において少なくとも約４０％の透過率を有することで、当該発光装置から白色光が出射される方法を提供する。

従来の白色ＬＥＤ装置の構造の断面図である。 従来の白色ＬＥＤ装置の構造の断面図である。 青色ＬＥＤから放射された光が白色ＬＥＤ装置のミクロンサイズの黄色蛍光体粉末によって後方散乱させられる様子を示している。 本発明の一実施形態に従って作製された透光性焼結セラミックプレートを備える白色ＬＥＤ装置の側面図である。 焼結セラミックプレートを通過する全光線透過率を測定するための装置の一実施形態の概略を示している。 透光性焼結セラミックプレートの一実施形態の作成のフロー図を示している。 白色ＬＥＤの一実施形態を示している。 白色ＬＥＤの別の実施形態を示している。 白色ＬＥＤの一実施形態を示している。 本発明の実施形態に従って作成された白色ＬＥＤの側面図である。 本発明の実施形態に従って作成された白色ＬＥＤの側面図である。 ベースＬＥＤのアレイを備える光装置の一実施形態を示している。 本発明の実施形態に従って作製された白色ＬＥＤ構造の断面図である。 本発明の実施形態に従って作製された白色ＬＥＤ構造の断面図である。 本発明の実施形態に従って作製された白色ＬＥＤ構造の断面図である。 異なる厚さの焼結ＹＡＧ：Ｃｅセラミックプレートを備える白色ＬＥＤの３つの実施形態について、ＣＩＥカラー色度のプロットを示している。 焼結ＹＡＧ：Ｃｅセラミックプレートを備える白色ＬＥＤの一実施形態の放射スペクトルである。 セラミックプレートの一実施形態の全光線透過率スペクトルおよび発光スペクトルを示している。 本発明の実施形態に従って作製されたＬＥＤサンプルおよび比較用サンプルからの白色光のＣＩＥカラーチャートである。 本発明の実施形態に従って作製されたＬＥＤサンプルおよび比較用サンプルから出力された白色光を示している。 本発明の実施形態に従って作製されたセラミックプレートの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）像を示している。

ベースＬＥＤから放射される光の少なくとも一部を変調可能な透明または透光性焼結セラミックプレートを使用して、優れた白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を構成することができる。一実施形態は、第１のピーク波長を有する光を放射する発光部材と、前記発光部材の上方に位置する少なくとも１つの焼結セラミックプレートと、を備える発光装置であって、前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートが、多相材料を含んでおり、該多相材料が、約８５体積％〜約９９．９９体積％の第１相（すなわち、放射相）と約１５体積％〜約０．０１体積％の第２相とを含む発光装置を提供する。前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートは、前記発光部材から放射される光の少なくとも一部分を吸収して、第２のピーク波長を有する光を発することができるとともに、該第２のピーク波長において約４０％よりも大きい全光線透過率を有している。

いくつかの実施形態において、発光装置は、多相材料を含む焼結セラミックプレートによって少なくとも部分的に吸収され得る第１のピーク波長を有する光を放射するベースＬＥＤを発光部材として用いた白色ＬＥＤ（すなわち、白色光を放射するＬＥＤ）であってよい。いくつかの実施形態においては、前記第１のピーク波長は、約４４０ｎｍ〜約４７０ｎｍの間にある。次いで、焼結セラミックプレートが、発光部材によって放射されるピーク波長とは異なる第２のピーク波長の光を発する。発光部材からの光のうち、焼結セラミックプレートによって吸収されなかった部分が、焼結セラミックプレートから出射される光と組み合わされて、白色光が形成される。

図３を参照すると、白色ＬＥＤの一実施形態は、下部マウント１０に取り付けられた従来のベースＬＥＤ１１と、ベースＬＥＤ１１の上方の焼結セラミックプレート１４と、装置全体を覆う封入樹脂１３とを備える。いくつかの実施形態において、ベースＬＥＤ１１は、青色ＬＥＤまたは青色発光ＬＥＤであってよい。青色ＬＥＤから出射される青色光の一部は、多相材料を含む焼結セラミックプレート１４によって吸収され、焼結セラミックプレート１４は、黄色光のような異なる波長を有する光を放射する。青色光の他の部分は、焼結セラミックプレート１４によって吸収されることなく青色ＬＥＤによって放射されるであろう。結果として、青色光および黄色光の両方が、ＬＥＤから放射され、人間の眼は、合成または混合された光を白色光として知覚する。青色ＬＥＤは、典型的には、ＡｌＩｎＧａＮベース単結晶半導体材料を使用して形成され、下部マウント１０に取り付けられる際に電気的に接続される。青色ＬＥＤ１１は、約４４０ｎｍ〜約４７０ｎｍのピーク波長を有する青色光を発することができる。いくつかの実施形態においては、ベースＬＥＤ１１は、約３５０ｎｍ〜約４１０ｎｍのピーク波長を有する光を放射する紫外ＬＥＤ３０であってもよい。いくつかの実施形態においては、青色ＬＥＤ１１からの青色光を吸収して、黄色光を放射することができる蛍光体材料の透光性焼結セラミックプレート１４が、青色ＬＥＤ１１の上方に配置される。焼結セラミックプレート１４のサイズは青色ＬＥＤ１１のサイズと同じであってもよく、青色ＬＥＤ１１のサイズより大きくてもよい。いくつかの実施形態において、青色ＬＥＤ１１のサイズに対するセラミックプレート（すなわち、色変更媒体）のカバー比を変えることによって、白色のバランスを制御することができる。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレート１４のサイズは、青色ＬＥＤ１１のサイズよりも小さくてよい。

焼結セラミックプレート１４は、封入樹脂１３、特定の接着剤、または機械的なホルダを使用して、青色ＬＥＤ１１の上方に配置および／または固定することができる。封入樹脂１３および接着剤は、シリコーン、エポキシ、低融点ガラス、透明な接着剤、または他の材料のいずれかを含んでいてもよい。青色ＬＥＤ１１の代わりに紫外ＬＥＤ３０が使用される実施形態においては、ＬＥＤから放射される紫外光の波長領域に光の吸収を有するエポキシまたは他の材料が、劣化を生じる場合がある。さらに、粉末ＬＥＤのように、ＬＥＤがきわめて高い動作条件で駆動される場合には、ＬＥＤの表面付近が高温になる可能性があり、やはり接着剤が劣化する場合がある。したがって、シリコーンおよび低融点ガラスなどの耐熱性および耐紫外性を有する材料が、好適に用いられる。

いくつかの実施形態において、白色のバランスは、焼結セラミックプレート１４の厚さによって制御し得る。焼結セラミックプレート１４が薄いほど、放射される光が、青みがかる傾向にある。対照的に、焼結セラミックプレート１４が厚いほど、放射される光が、黄色みがかる傾向にある。いくつかの実施形態においては、焼結セラミックプレート１４の厚さが、通常は約２０μｍ〜約５００μｍの間、約３０μｍ〜約３００μｍの間、または約５０μｍ〜約２００μｍの間である。白色光の放射のための焼結セラミックプレート１４の好ましい厚さは、活性化物としての希土類金属のドーピング量およびセラミックプレート１４の散乱の程度に依存して決まる。

いくつかの実施形態において、放射のピーク波長または蛍光体材料の発光スペクトルのピーク波長において、焼結セラミックプレート１４の全光線透過率は、少なくとも理論全光線透過率の約４０％よりも大きく、好ましくは理論全光線透過率の約６０％よりも大きく、より好ましくは理論全光線透過率の約９０％よりも大きい。理論全光線透過率の大きさは、セラミック材料の屈折率に依存する。散乱中心を有さず、ｎｓという屈折率を有しているセラミック材料を仮定すると、空気（ｎ＝１）とセラミック材料との間の表面反射率（Ｒ）および透過率（Ｔ）は、以下の式を用いて計算することができる。
Ｒ＝（（ｎｓ−１）／（ｎｓ＋１））^２ Ｔ＝１−Ｒ
上面および下面の両方の反射を考慮し、理論全光線透過率を、以下の式を使用して計算することができる。
理論全光線透過率＝（１／Ｔ＋１／Ｔ−１）^−１

これらの方法を使用すれば、例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ（ｎ＝１．８３）セラミックプレートについての理論全光線透過率は、発光部材または放射源から放射されて最初に当たる放射量に対して約８４．１６％である。図４は、焼結セラミックプレート１４の全光線透過率を測定するための装置の一実施形態の概略を示している。積分球１５が、散乱光を含むすべての透過光２２を集めるために使用される。後方散乱光１９は、積分球へと透過することがないため、検出器１７によって検出されない。焼結セラミックプレート１４が多数の空気の細孔または欠陥を含む場合、全光線透過率は低くなる傾向にある。空気の細孔は、（空気を放射材料と比べた場合に）屈折率の差が大きいために制御が困難であり、対処がきわめて困難である。しかしながら、色変更媒体が微細に焼結される場合、粒子の結晶サイズが適度に大きくなり、空気の細孔および欠陥がなくなるため、全光線透過率が高くなる傾向にある。いくつかの実施形態において、セラミックプレートが、約１００ｎｍ〜約１００μｍの間の平均粒子サイズを有していてもよい。他の実施形態においては、セラミックプレートは、約１μｍ〜約５０μｍまたは約５μｍ〜約３０μｍの間の平均粒子サイズを有していてもよい。いくつかの実施形態において、焼結されたセラミックプレートは、理論最大密度の約０．１％未満の気孔率を有していてもよい。他の実施形態において、セラミックプレートは、理論最大密度の約０．０１％未満の気孔率を有していてもよい。焼結セラミックプレートの理論最大密度とは、当該プレートがいかなる空気の細孔も有さない場合の密度である。

さらに、入射光１８の波長が焼結セラミックプレート１４の作製に用いられた蛍光体材料の吸収領域と重なる場合、入射光の大部分が蛍光体の吸収によって消えてしまうため、透過率が測定されない。したがって、全光線透過率は、蛍光体の放射領域の波長で測定され、とりわけ蛍光体材料の発光スペクトルのピーク波長の周辺で測定される。いくつかの実施形態において、蛍光体が近赤外域などの波長領域に光の放射を有していない場合には、全光線透過率は必ずしも高くない。

焼結セラミックプレート１４の放射相のための蛍光体の種類は、さまざまな種類の蛍光体の吸収および放射のスペクトルを考慮して、所望の白色点（すなわち、色温度）を達成するように選択される。いくつかの実施形態において、透光性焼結セラミックプレートは、ガーネットを含む。ガーネットは、Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２という組成を有し得る。、ＡおよびＢは、三価の金属から独立して選択される。いくつかの実施形態において、Ａは、以下の元素、すなわちＹ、Ｇｄ、Ｌａ、およびＴｂから選択することができ、Ｂは、以下の元素、すなわちＡｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択することができる。いくつかの実施形態において、ガーネットは、少なくとも１つの希土類金属でドープされる。いくつかの実施形態において、希土類金属は、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｐｒ、およびＥｕからなる群から選択される。有用な蛍光体の例としては、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ、Ｔｂ）_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｙ、Ｇｄ）_３（Ａｌ、Ｇａ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ、Ｃａ_３Ｓｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ、Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８：Ｅｕ、およびＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕが挙げられる。一実施形態において、蛍光体材料は、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を含む。

空気の細孔が少なくなるにつれ、セラミックはより透明になり、より多くの一次放射を通過させ得る。しかしながら、全内部反射によってトラップされる一次放射の量も増加するため、セラミックプレートによって実際に放射される光の総量が少なくなる場合がある。発光セラミック層は、例えばＹ_２Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋セラミック蛍光体における約１．８３のように、一般に、高い屈折率を有している。セラミック層と空気または封入樹脂との間の屈折率の差は、大きな全内部反射を引き起こすのに充分な大きさであろう。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートに第２相の材料を導入することによって、セラミック蛍光体／空気またはセラミック蛍光体／封入樹脂の界面における全内部反射を減らすことが可能である。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートは、放射相および第２相を含む多相材料を含む。いくつかの実施形態において、放射相は、少なくとも１つの蛍光体材料を含んでおり、第２相が、放射相の蛍光体材料に対応する少なくとも１つの金属酸化物を含む。蛍光体材料の例は、上述のとおりである。第２相の材料の例としては、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＴｉＯ_２、ＭｇＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｔｂ_４Ｏ_７、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＢａＯ、Ｇｄ_２Ｏ_３、などが挙げられるが、これらに限定されるものではない。いくつかの実施形態において、放射相は、希土類金属でドープされたＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２（例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ）を含に得る一方で、第２層は、以下の材料、すなわちＹ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＹＡｌＯ_３（イットリウム・アルミニウム・ペブロスカイトまたはＹＡＰ）、およびＹ_４Ａｌ_１２Ｏ_９（イットリウム・アルミニウム・モノクリニックまたはＹＡＭ）のうちの少なくとも１つを含む。

いくつかの実施形態において、放射相の体積は、多相材料の総体積の約８５％〜約９９．９９％の間である。いくつかの実施形態において、第２相の体積は、多相材料の体積の約１５％〜約０．０１％の間である。いくつかの実施形態において、放射相の体積％は、約９０％〜約９９．９９％の間、約９５％〜約９９％の間、または約９８％〜約９９％の間であり、第２相の体積％は、約１０％〜約０．０１％の間、約７％〜約０．０１％の間、約５〜約０．０１％の間、約３％〜約０．０１％の間、約２％〜約０．０１％の間、または約１％〜約０．０１％の間である。

いくつかの実施形態において、第１相の第２相に対する体積比が、例えば約８５％の放射相および約１５％の第２相、約９０％の放射相および約１０％の第２相、約９５％の放射相および約５％の第２相、約９８％の放射相および約２％の第２相、ならびに約９９％の放射相および約１％の第２相のように、放射相において圧倒的に重い場合に、多相材料を含む複合材料は、高い透明度と少ない後方散乱とをバランスさせる上で特に効果的である。

図５は、透光性焼結セラミックプレート１４の一実施形態の作成のフロー図を示している。第１に、蛍光体の原料粉末が供給される。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレート１４の作製に用いられる蛍光体材料の原料粉末は、典型的には、約１０００ｎｍ以下、好ましくは約５００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以下の平均粒子サイズを有するナノサイズの粒子である。粒子サイズが約１０００ｎｍよりも大きい場合、そのような大型の粒子は高温および高圧の焼結条件においても互いに容易には融合しないため、全光線透過率を約５０％よりも高くすることがきわめて困難になる。結果として、セラミックプレートに多数の空気の細孔が残る傾向になるであろう。他方で、ナノサイズの粒子は、互いに容易に融合でき、微細かつ空気の細孔のないセラミックプレートの作成を可能にする。

ナノ粉末は、湿式化学法および気相熱分解法の両方など、任意の従来からの方法または適切な方法により作製可能であるが、これらに限定されるわけではない。ＲＦ誘導プラズマトーチを用いたナノ粒子の製造方法が、「Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ａｔｏｍｉｚｅｄ Ｄｒｏｐｌｅｔ」という名称および「Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｈｅａｔ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ Ｎａｎｏ−Ｓｉｚｅｄ Ｐｈｏｓｐｈｏｒ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ」という名称の関連出願に開示されており、これらは、その全体がここでの言及によって本明細書に援用される。

原材料は、得られる蛍光体セラミックプレートと同じ組成または結晶構造を有している必要はない。一実施形態において、ＹＡＧ：Ｃｅセラミックプレートは、ＹＡＧ：Ｃｅ粉末、Ｙ−Ａｌ−Ｏ−Ｃｅ含有の非晶質粉末、ＹＡｌＯ_３：ＣｅおよびＡｌ_２Ｏ_３粉末の混合物、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＣｅＯ_２粉末の混合物、ならびにこれらの任意の組み合わせを用いて作製し得る。

いくつかの実施形態において、必要に応じて、焼結性を改善するために、ＳｉＯ_２、ＭｇＯ、およびオルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）などの少量のフラックス材料（例えば、焼結助剤）を用いてもよい。フラックス材料のさらなる例としては、ＮａＣｌまたはＫＣｌなどのハロゲン化アルカリ金属や、尿素などの有機化合物が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートは、約０．０１重量％〜約５重量％の間、約０．０５重量％〜約５重量％の間、約０．１重量％〜約４重量％の間、または約０．３重量％〜約１重量％の間のフラックス材料または焼結助剤を含む。焼結セラミックプレート中の焼結助剤は、特定の焼結助剤をセラミックプレートの生成に用いられる原材料に直接加えることによって、あるいは所望の焼結助剤を含む充分な前駆体材料を使用することによって調製し得る。例えば、いくつかの実施形態において、所望の量の焼結助剤を調製するために、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）を前駆体溶液へと加えてもよい。一実施形態において、約０．０５ｗｔ％〜約５ｗｔ％のＴＥＯＳが、焼結セラミックプレートへ添加される。他の実施形態において、ＴＥＯＳの量は、約０．３ｗｔ％〜約１ｗｔ％の間であってもよい。

いくつかの実施形態において、原料粉末にバインダ樹脂および溶媒を時々加えることによって、混合および成型のプロセスをより簡易とすることができる。バインダは、加熱によって固体のセラミックを形成するための組成物の粒子の付着性を改善する任意の物質である。バインダのいくつかの例としては、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリスチレン、ポリエチレングリコール、ポリビニルピロリドン、ポリ酢酸ビニル、およびポリビニルブチラート、などが挙げられるが、これらに限定されるわけではない。すべての場合にあてはまるものではないが、一部の環境においては、バインダが充分に揮発性であることが有用かもしれない。というのも、焼結段階の間に前駆体混合物から完全に移動または除去し得るためである。混合プロセスは、乳鉢および乳棒、ボールミル装置、ビーズミル装置、または他の同等の設備を使用して行うことができる。成型プロセスのために、タブレット成型、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）、または冷間等静圧圧縮成形（ＣＩＰ）のための単純な金型を、使用してもよい。一実施形態において、制御された量の原料粉末が金型に導入され、その後にプレートを形成すべく圧力が加えられる。

得られたプレートは、その後、結果物である蛍光体材料の融点を超えない高温で焼結される。いくつかの実施形態において、圧力を加えながら焼結を行ってもよい。温度の推移、雰囲気、圧力、および継続時間等の焼結条件は、蛍光体材料の種類に依存して決まる。あらゆる種類の適切なセラミック焼結技法が、透光性セラミックプレートの作成に使用可能である。蛍光体材料が異方性の結晶構造を有する場合には、透光性焼結セラミックプレートを作製することが基本的に実現不可能であることに、注意すべきである。焼結セラミックは、単結晶でなく、無作為に配向した結晶粒子の集合体であるため、結晶の方向に応じて屈折率がわずかに異なり、光散乱性を生じる。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートの代わりに透光性単結晶のプレートを用いてもよい。

多相材料を含むセラミックプレートは、透光性焼結セラミックプレートの製造方法とおおむね同様の方法により、製造することができる。いくつかの実施形態において、第２相を形成するための材料は、前駆体溶液の成分の比を調節することによって導入してもよい。例えば、前駆体溶液中の硝酸アルミニウム九水和物の量を増やすことで、誘導結合ＲＦ熱プラズマ熱分解と、その後のアニーリングとによって生成されるナノ粉末は、ＹＡＧおよびＡｌ_２Ｏ_３を含むであろう。いくつかの実施形態において、イットリウムおよびアルミニウムの前駆体の比を調節することによって、ＹＡＧ、および以下の物質、すなわちＹＡＰ、ＹＡＭ、Ｙ_２Ｏ_３、またはＡｌ_２Ｏ_３のうちの１つ以上を含むナノ粉末を調製し得る。

多相材料を含むセラミックプレートの製造に適した混合ナノ粉末を製造するために、湿式化学法または気相熱分解法を含む他の従来法を採用することができる。他の実施形態において、焼結工程の前に、第２相の材料を蛍光体ナノ粉末へ導入して混合してもよい。いくつかの実施形態において、焼結工程の前に、市販の前駆体粉末を含む、任意の方法で製造された前駆体粉末を、所望の化学量論量で混合してもよい。例えば、放射相としてＹ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を有するセラミックプレートを作製する場合には、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、およびＣｅＯ_２の粉末をＹＡＧ：Ｃｅ相を形成するための化学量論量にて混ぜ合わせることができ、焼結の前に、所望の追加の量のＹ_２Ｏ_３およびＡｌ_２Ｏ_３の粉末を、第２相を形成するために添加することができる。

いくつかの実施形態において、任意の種類の色の組み合わせのベースＬＥＤおよび蛍光体材料を用いることができる。いくつかの実施形態において、異なる放射ピーク波長を有する異なる蛍光体の焼結セラミックプレートの２つ以上を、青色ＬＥＤ１１または紫外ＬＥＤ３０の上方で積層してもよい。図６は、色再現性を改善するために、青色ＬＥＤ１１と青色ＬＥＤ１１の上方に黄色および赤色を発する蛍光体セラミックプレート３１および３２の積層体を組み合わせたものを示している。他の実施形態において、緑色および赤色を発する蛍光体セラミックプレートの組み合わせを使用してもよい。図７に示した別の実施形態においては、セラミックプレートと封入樹脂に分散させた従来の蛍光体粉末との組み合わせも、適用可能である。一実施形態において、赤色の蛍光体粉末２９または微結晶を、黄色の蛍光体セラミックプレート３１に分散させてもよい。いくつかの実施形態において、図８に示されるように、紫外ＬＥＤ３０を赤色、緑色、および青色の蛍光体セラミックプレート３２、３３、および３４または粉末系と組み合わせて使用してもよい。

本発明は、白色ＬＥＤの製造に限定されるものではない。例えば、青色または紫外のＬＥＤをベースとして、青色、水色、緑色、黄色、橙色、および赤色のＬＥＤも、作製することが可能である。

セラミックプレートの形状は、通常は表面が平坦な板状であるが、光学的設計に応じて、ドーム状、異なる厚さ、キャップ付き、または容器の形状など、任意の種類の形状または配置を採用することができる。

いくつかの実施形態において、セラミックプレートの屈折率が、封入樹脂の屈折率よりも大きいと、全内部反射に起因して、とりわけセラミックプレートの全光線透過率がより高くなるために、蛍光体から放射された光の一部がセラミックプレートに閉じ込められる場合がある。いくつかの実施形態において、閉じ込められた光を抽出するために、マイクロレンズアレイを形成する等、セラミックプレートの表面を粗くしたりランダム化してもよい。

図９および１０は、本発明の実施形態に従って作製された２つの白色ＬＥＤの側面図である。図１１は、ベースＬＥＤ１１のアレイを備える光装置を示しており、各々のベースＬＥＤ１１の上方に別途の焼結セラミックプレート１４が備えられている。２つ以上のベースＬＥＤを、ベースＬＥＤ１１のアレイを形成すべく下部マウント１０に取り付けることができ、黄色の蛍光体の少なくとも１つの透光性焼結セラミックプレート１４を、ベースＬＥＤ１１のアレイの上方に配置することができる。図９に示されるとおり、１枚の焼結セラミックプレート１４が、すべてのベースＬＥＤ１１を覆うように使用されている。図１０および１１に示されるように、別々の焼結セラミックプレート１４を、アレイ内の各々のベースＬＥＤ１１を覆うように配置することもできる。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレート１４の長い帯を、ベースＬＥＤ１１の行または列の上方に配置してもよい。装置の全部品が、封入樹脂１３に封入される。

図１２〜１４は、本発明の実施形態に従って作製された３つの白色ＬＥＤ構造の断面図である。白色ＬＥＤ構造は、金属カソード２０、および金属カソード２０を覆う発光層２１とともに備えていてもよい。金属カソード２０は、発光層２１を電気的に接続するために必要な手段を提供する。発光層２１は、有機または無機の青色発光層であってよい。透明なアノード２３が、発光層２１を覆うように配置され、次いでガラス基板２４が、透光性透明なアノード２３の上方に配置され、透光性焼結セラミックプレートを支持している。図１３においては、２つの異なるセラミックプレート、すなわち赤色蛍光体セラミックプレート３２および緑色蛍光体セラミックプレート３３が、ガラス基板２４を覆うように配置されており、青色発光層２１から発せられた光を吸収し、別の波長を有する光を放射する。図１４においては異なる蛍光体（例えば、赤色蛍光体および緑色蛍光体）のより小さなセラミックプレートまたは個別のセラミックプレートが、ガラス基板２４の上方に配置されており、発光層２１から放射される青色の光を変調する。

ＬＥＤを取り入れた装置を例として用いて説明してきたが、これらのＬＥＤは、実施形態のうちのいくつかを表わしているに過ぎない。焼結セラミックプレートを取り入れる他の適切な光装置としては、ＯＬＥＤおよびＩＥＬが挙げられるが、これらに限定されるものではない。

これらの実施形態は、従来の蛍光体粉末／樹脂系の代わりに蛍光体材料の透光性焼結セラミックプレートを色変更媒体として採用することによって、蛍光体層の発光効率を維持または向上させつつ、後方散乱による損失を少なくすることが可能である。一実施形態において、空気の細孔が減少し、およびそれによって透明度が向上し、これが第２相の材料を用いることによって生じる後方散乱の低減または抑制と組み合わされて、焼結セラミックプレートの特性のより細かな調節が可能となり、全内部反射の影響が減少するために、全体としての発光強度を向上させる。結果として、発光装置、とりわけＬＥＤの白色光の発光効率を、従来の蛍光体粉末／樹脂の複合系に比べてさらに改善することができる。セラミックプレートは、熱および光の照射（たとえ紫外光でも）に対してきわめて安定であるため、ＬＥＤの動作特性の温度変動、耐久性、および寿命を改善し得る。さらに、セラミックプレートの表面をきわめて平坦に作成すること、および厚さを均一にすることは、それほど難しくないため、製品間の白色のバランスの再現性を、大幅に改善し得る。一方で、従来の粉末／樹脂の系は、樹脂内での蛍光体粉末の分散が不均一であったり、密度が高いために蛍光体粉末が沈殿したり、色変更媒体そのものの厚さが変動すること等に起因して、少なからぬ白色のばらつきを有する。

いくつかの実施形態は、ＬＥＤの輝度を改善するための方法を提供する。いくつかの実施形態においては、少なくとも１つの透光性焼結セラミックプレートが、青色ＬＥＤまたは紫外ＬＥＤ等の発光部材の上方に配置され、ＬＥＤから白色光が放射される。透光性焼結セラミックプレートは、少なくとも１つの蛍光体材料を含んでおり、ピーク透過波長において少なくとも約４０％の透過率を有していてもよい。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートの透過率は、少なくとも約６０％、好ましくは少なくとも約８０％、より好ましくは少なくとも約９０％であってよい。少なくとも１つの焼結セラミックプレートは、約１０００ｎｍ未満、好ましくは約５００ｎｍ以下、より好ましくは約２００ｎｍ以下の平均粒子サイズを有するナノサイズの原料セラミック粉末を使用することによって作製し得る。いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートは、多相材料を含んでおり、多相材料は、上述のように、放射相および第２層を含む。

いくつかの実施形態において、焼結セラミックプレートは、異なるピーク波長において光を通す２つ以上の蛍光体材料を含むことができる。いくつかの実施形態において、２つ以上の蛍光体材料は、赤色光を発する蛍光体および黄色光を発する蛍光体を含む。

他の実施形態において、少なくとも１つの焼結セラミックプレートは、２つ以上の焼結セラミックプレートの積層体を含んでいてもよく、積層された焼結セラミックプレートの各々は、異なるピーク波長において光を通す。放射される白色光は、（０．３３±０．１５、０．３３±０．１５）というＣＩＥカラー色度値を有し得る。一実施形態において、発光部材は青色光を発するＬＥＤであり、焼結セラミックプレートのうちの少なくとも１つは黄色光を発する。焼結プレートの組成は、上述したとおりである。

以下に、代表的な実施形態を、その実施方法をも含めて説明する。方法、材料、条件、プロセスパラメータ、装置等は、必ずしも本発明の技術的範囲を限定するものではないことを、理解すべきである。

［実施例１］
＜誘導結合ＲＦ熱プラズマ熱分解を用いた原料粉末の作成＞
０．１４９２３ｍｏｌ（１４．２９ｇ）の硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（純度９９．９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、０．２５ｍｏｌ（２３．４５ｇ）の硝酸アルミニウム九水和物（純度９９．９７％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、および０．０１５ｍｏｌ（０．０８１ｇ）の硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（純度９９．９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を２５０ｍｌの脱イオン水に溶かし、その後３０分間の超音波処理を行って、透明な前駆体溶液を作成した。０．４Ｍのこの前駆体溶液を、液体ポンプを使用して霧化プローブ経由でプラズマ反応チャンバへと輸送した。

すべての堆積実験は、３．３ＭＨｚで動作するＲＦ誘導プラズマトーチ（ＴＥＫＮＡ Ｐｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍ社のＰＬ−３５）で行った。堆積実験のために、チャンバの圧力を、約２５ｋＰａ〜３５ｋＰａに保ち、ＲＦ発生プレートの電力を、１０〜１２ｋＷの範囲とした。プレートの電力および堆積圧力は、どちらもユーザによって制御されるパラメータである。ガス導入ポートを介して、渦生成シースガスおよび中央のプラズマガスの両者としてのアルゴンを、プラズマトーチへと導入した。シースガスの流量を、３０ｓｌｍ（標準リットル／分）に保つ一方で、中央のガスの流量は、１０ｓｌｍであった。

ラジアル霧化プローブ（ＴＥＫＮＡ Ｐｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍ社のＳＤＲ−７７２）を使用して、反応物質の注入を行った。反応物質の注入の際に、プローブをプラズマプルームの中央に配置した。堆積の際に反応物質を１０ｍｌ／分の速度でプラズマプルームへと供給した。１５ｓｌｍの流量で届けられる霧化ガスとしてのアルゴンによって液体反応物質の霧化をおこなった。霧化プローブへの冷却水の供給は、製造者の推奨のとおり、流量４ｓｌｍおよび圧力１．２ＭＰａに維持した。

Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳマイクロ回折計（ＣｕＫα）によって得られたＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルにより、堆積させた粒子の結晶相を調べた。得られたサンプルの結晶相は、非晶質とイットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（ＹＡＰ）の混合物と同定された。Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｔｉｃｓ社のガス収着計、型番Ｇｅｍｉｎｉ ２３６５により得られたデータに基づいて、ＢＥＴ表面積から平均粒径（Ｄ_ａｖｇ）を求めた。サンプルについて得られたＤ_ａｖｇは、７５ｎｍであった。

＜ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料の焼結セラミックプレートの作成＞
焼結セラミックプレートを、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体ナノ粉末を使用して作製した。上述の方法によって作成した４ｇのナノ粉末、０．２１ｇのポリ（ビニルブチラール−コ−ビニルアルコール−コ−酢酸ビニル）（平均Ｍｗが９０，０００〜１２０，０００の粉末、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、０．０１２ｇのヒュームドシリカ粉末（ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（登録商標）ＨＳ−５、Ｃａｂｏｔ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）、および１０ｍｌのメタノールを、混合物のスラリー溶液がきわめて滑らかになるまで、乳鉢と乳棒によってよく混合した。ドライヤで高温の空気を吹き付け、乳棒を動かし続けることによって、メタノールを完全に除去して、乾燥粉末を得た。得られた乾燥粉末の導入量を４５．０、４７．５、５０．０、および５２．５ｍｇと変えて、３ｍｍの直径を有するダイセット（製品番号： ００１２−６６４６、３ｍｍ ＫＢｒ Ｄｉｅ Ｓｅｔ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ， Ｉｎｃ）へと広げ、その後に油圧プレスを用いて４０００ｐｓｉの圧力を加えた。次いで、得られたプレートを、空気雰囲気のもとで箱形電気炉を使用して１５００℃で５時間（加熱速度は、５℃／分）にわたって焼結した。この方法を用いて、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体材料の４つの焼結セラミックプレートサンプルを作成した。得られたサンプルは黄色であった。ＸＲＤによって、すべてのセラミックプレートサンプルの結晶相が、イットリウム・アルミニウム・ガーネットであることが明らかになった。セラミックプレートの厚さを、従来のマイクロメータによって測定した結果を表１にまとめた。

＜光学測定＞
これら４つのセラミックプレートサンプルを、２．９Ｖ、ＤＣ１０ｍＡの動作条件のもとで、青色ＬＥＤチップへと１つずつ取り付けた。各々のステップにおいて、積分球を備える光検出器（ＭＣＰＤ ７０００、大塚電子社）を用いて、白色光のスペクトルを取得した。セラミックプレートとＬＥＤチップとの間の空隙を取り除くために、空隙をパラフィン油で満たした。これらの測定においては、同一のＬＥＤチップおよび動作条件を使用した。これらの放射スペクトルから、ＣＩＥカラー色度（ｘ、ｙ）を計算したところ、表１にまとめたとおり、および図１５にプロットしたとおりであった。青色ＬＥＤの（ｘ、ｙ）値も、図１５にプロットされている。セラミックプレートの厚さが増加するにつれ、放射される光の色は、青みがかった色から黄色みがかった色へと変化した。とりわけ、サンプル１−３の放射が白色光に近く、その放射スペクトルは図１６に示されている。

さらに、サンプル１〜３の全光線透過率データも、図４に示した測定システム（ＭＣＰＤ ７０００、大塚電子社、Ｘｅランプ、単色光分光器、および積分球を装備）を使用して測定した。同じ光検出器を使用して、単色光分光器からの青色光（ピーク波長は４６０ｎｍ）によって励起されたサンプル１〜３の発光スペクトルも取得した。図１７は、セラミックプレート（サンプル１〜３）の全光線透過率スペクトルおよび発光スペクトルを示している。図１７において、ＹＡＧ：Ｃｅセラミックプレートのピーク波長は、約５３０ｎｍであり、５３０ｎｍにおける全光線透過率は、約４３％であった。

［実施例２］
ＲＦプラズマにより合成した状態のままのナノ粉末に代えて、アニールしたナノ粉末を使用して焼結セラミックプレートのサンプルを作製した。先に述べたＲＦプラズマ法によって作製したナノ粒子を、石英管炉（ＭＴＩ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ＧＳＬ−１６００Ｘ）を使用して、１ａｔｍ、Ｈ_２／Ｎ_２＝３％／９７％の雰囲気で、２時間にわたって１２００℃でアニールした。温度上昇速度は、１０℃／分であった。アニール後に、黄色みがかった色の粉末が得られ、ＸＲＤによって、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶相が確認された。ＢＥＴ測定から求められたアニール後の平均直径は、１２９ｎｍであった。

実施例１で説明した焼結セラミックプレートの作成と同じ手順に従った。乾燥粉末の導入量を、４５．０、４７．５、５０．０、５２．５、５５．０、および５７．５ｍｇとして、３ｍｍの直径を有するダイセットへと広げた。ＸＲＤによって、すべてのセラミックプレートサンプルの結晶相が、イットリウム・アルミニウム・ガーネットであることが明らかになった。セラミックプレートの厚さを、表２にまとめた。

実施例１において説明したのと同様の方法で、ＬＥＤからの放射スペクトル、ＣＩＥカラー色度値、および全光線透過率を求めた。とりわけ、サンプル２〜４の放射が白色光に近かった。ＹＡＧ：Ｃｅセラミックプレートのピーク波長は、実施例１のサンプル１〜３と同じく約５３０ｎｍであった。５３０ｎｍにおける全光線透過率は、約６１．５％であった。

［比較例１］
比較のために、ミクロンサイズのＹＡＧ：Ｃｅ粉末／シリコーン樹脂の複合材料層を、作成した。０．４ｇのミクロンサイズのＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末（Ｐ４６−Ｙ３、Ｄ_ａｖｇ ６．６μｍ、化成オプトニクス社）および０．６ｇのシリコーン樹脂を混ぜ合わせた。混合物を厚さ０．５５ｍｍのスライドガラスへキャストした後、ホットプレートを使用して１５０℃で１時間にわたってシリコーン樹脂を硬化させ、ミクロンサイズのＹＡＧ：Ｃｅ粉末／シリコーン樹脂の複合材料層を得た。スライドガラス上の複合材料層の厚さは、約１ｍｍであった。複合材料層を備えるスライドガラスを、複合材料層の側がＬＥＤチップに面するように、実施例１において説明したのと同一の動作条件を有する同一のＬＥＤチップへと取り付けた。複合材料層とＬＥＤチップとの間の空隙を、パラフィン油で満たした。最初は、白色光を生成するには複合材料層が厚すぎるために、ＬＥＤサンプルからの放射光の色は黄色みがかっていた。放射される色が白色になるまで、サンドペーパを用いて複合材料層を削って厚さを調節した。最終的に、複合材料層の厚さが１４８μｍのときに、ＣＩＥカラー色度（ｘ、ｙ）＝（０．３２２、０．３７８）を有する白色の放射が得られた。

ＹＡＧ：Ｃｅ／シリコーン樹脂のピーク波長は、実施例１のサンプルと比べてわずかにレッドシフトした約５５０ｎｍであった。５５０ｎｍにおける全光線透過率は、約３８．４％であった。

［比較例２］
ミクロンサイズのＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末を用いて焼結セラミックプレートを作製した。粒子サイズが大きすぎるため、ダイセットを使用して約１００〜２００μｍの厚さを有する安定かつ平坦なプレートを作成することは、不可能であった。破損したプレートの一部分を、実施例１において使用したのと同一の条件下で焼結した。得られたセラミックプレートのかけらは、黄色を呈していたが、黄色の紙のようにきわめて拡散的であるように見受けられた。セラミックプレートの厚さは、概ね１５０μｍであり、５５０ｎｍにおける全光線透過率は、およそ２３％であった。このセラミックプレートも青色ＬＥＤへと取り付けて、放射スペクトルを得た。しかしながら、放射の色は、セラミックプレートの強力な散乱特性に起因して、（０．３８３、０．５７８）という（ｘ、ｙ）値を有し、ほぼ黄色であった。セラミックプレートの厚さを１００μｍを下回るまで調節しても白色光は得られなかった。

［比較例３］
焼結を１５００℃ではなくて１２００℃で実行した点を除き、実施例１と同じサンプルを作成した。平坦なプレートを上手く作成することができたが、プレートはかなり不透明である。比較例２と同様、たとえセラミック層の厚さが１００μｍ未満でも白色は実現されなかった。約９５μｍの厚さを有するセラミックプレートの５３０ｎｍにおける全光線透過率は、約２７％であり、得られた（ｘ、ｙ）値は、（０．３６９、０．５４５）であった。

＜実施例および比較例の概要＞
図１８は、サンプル１〜３、サンプル２〜４、および比較例１を青色ＬＥＤへと取り付けた際のＬＥＤサンプルからの白色の放射のＣＩＥカラーチャートを示している。重要な特性を、表３にまとめている。同じ動作条件下でのＬＥＤサンプルの白色の放射スペクトルを、図１９に示す。

図１９に示されるとおり、ナノ粉末で作られたセラミックプレートを有するＬＥＤから出力される白色光は、従来のマイクロサイズの蛍光体粉末／樹脂の複合材料系よりもはるかに強力であった。

サンプル１〜３と比較例１の白色光の出力を比較すると、全光線透過率はあまり相違しないが、光の出力に関しては顕著な差が見られた。これは、優れた結晶化度に起因している可能性がある。さらに、サンプル１−３よりも大きな全光線透過率を有するサンプル２〜４は、さらに光出力が改善されていたが、これはおそらくは後方散乱による損失の低減に起因するものである。

［実施例３］
多相焼結セラミックプレート：サンプル３−１を、実施例１において説明したＲＦプラズマ法を使用して作製した。０．１４９２３ｍｏｌ（１４．２９ｇ）の硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（純度９９．９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、０．２５６２５ｍｏｌ（２４．０３ｇ）の硝酸アルミニウム九水和物（純度９９．９７％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、および０．０１５ｍｏｌ（０．０８１ｇ）の硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（純度９９．９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を、２５０ｍｌの脱イオン水に溶かし、その後に３０分間の超音波処理を行って、前駆体溶液を作成した。この前駆体溶液を使用して作成されたナノ粉末は、第２相を形成するための追加の材料Ａｌ_２Ｏ_３を有している。ナノ粉末を、Ｈ_２／Ｎ_２＝３％／９７％の雰囲気で２時間にわたって１２００℃でアニールした。昇温速度は、５℃／分であった。アニールの後に、黄色みがかった色の粉末が得られ、ＸＲＤより、イットリウム・アルミニウム・ガーネットの結晶相と同定された。Ａｌリッチな組成の第２相の材料の量に応じて、Ａｌ_２Ｏ_３相の小さなＸＲＤピークも検出された。

実施例１に記載した焼結セラミックプレートの作成と同じ手順に従った。さまざまな量のＡｌ_２Ｏ_３を有するさらなるサンプルを、表４にまとめたとおりにＹ／Ａｌ比を変えて作成した。３ｍｍの直径を有するダイセットへと広げられる乾燥粉末の導入量は、１００．０ｍｇとした。プレスしたセラミック圧密サンプルを、真空中で異なる温度（１６００℃および１７００℃）で焼結した。セラミックプレートの厚さおよび全光線透過率も、表４にまとめた。

ＦＥＩ Ｃｏｍｐａｎｙ（米国オレゴン州Ｈｉｌｌｓｂｏｒｏ）の走査型電子顕微鏡型番Ｉｎｓｐｅｃｔ Ｆで、１０，０００ｋＶの加速電圧、５０００×の倍率、１０．５ｍｍのワーク距離にて、ＢＳＥＤ検出器を使用し、モードＡ＋Ｂを選択し、９．０７ｅ−５Ｐａの真空で、走査型電子顕微鏡写真（ＳＥＭ）を撮影した。ＳＥＭ観察のためのサンプル表面を、注意深く研磨した。異なるコントラストを有する結晶粒子構造がＳＥＭによって観察された。元素分析を使用することによって、より明るいコントラストの結晶粒子はＹＡＧ結晶相と同定され、より暗いコントラストの結晶粒子はアルミナ相と同定された。画像処理技法を使用することによって、ＹＡＧ相中に占めるアルミナ相の割合を数値的に計算し、表４にまとめた。サンプル３−３のＳＥＭ画像が、図２０に示されている。計算によると、アルミナの第２相は約３％である。

これらの結果から、Ａｌ_２Ｏ_３が高レベルの場合（比較サンプル３−１および３−２など）に比べて、Ａｌ_２Ｏ_３のレベルが低いほど、透過率がより高いことを示している。

Claims (24)

1. ４４０ｎｍ〜４７０ｎｍの第１のピーク波長を有する光を放射する発光部材、および前記発光部材の上方に位置する少なくとも１つの焼結セラミックプレートを備え、
   前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートは多相材料を含んでおり、該多相材料は、８５体積％〜９９．９９体積％の放射相と１５体積％〜０．０１体積％の第２相とを含み、
   前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートは、前記発光部材から放射される光の少なくとも一部分を吸収し、第２のピーク波長の光を発することができるとともに、該第２のピーク波長において４０％よりも大きい全光線透過率を有しており、
   前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートは、１０００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有するナノサイズの原料セラミック粉末を使用することによって作成されたものである発光装置。
2. 前記多相材料が、９５体積％〜９９．５体積％の放射相と５体積％〜０．５体積％の第２相とを含む請求項１に記載の発光装置。
3. 前記多相材料が、９８体積％〜９９．５体積％の放射相と２体積％〜０．０５体積％の第２相とを含む請求項１に記載の発光装置
4. 前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートが、０．０５重量％〜５重量％の焼結助剤をさらに含む請求項１〜３のいずれか１項に記載の発光装置。
5. 前記焼結助剤が、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、およびオルトケイ酸テトラエチルからなる群から選択される請求項４に記載の発光装置。
6. 前記放射相が、蛍光体材料を含む請求項１〜５のいずれか１項に記載の発光装置。
7. 前記蛍光体材料が、式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２によって表わされるガーネットを含んでおり、ＡおよびＢが、三価の金属であって、Ａが、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、およびＴｂから選択され、Ｂが、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択される請求項６に記載の発光装置。
8. 前記ガーネットが、少なくとも１つの希土類金属でドープされている請求項７に記載の発光装置。
9. 前記希土類金属が、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｐｒ、およびＥｕから選択される請求項８に記載の発光装置。
10. 前記蛍光体材料が、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を含む請求項６〜９のいずれか１項に記載の発光装置。
11. 前記第２相が、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＹＡＰ、およびＹＡＭからなる群から選択される材料を含む請求項１〜１０のいずれか１項に記載の発光装置。
12. 前記第２相が、Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３である請求項１〜１１のいずれか１項に記載の発光装置。
13. 発光装置の輝度を改善するための方法であって、発光部材を準備するステップ、および多相材料を含む少なくとも１つの焼結セラミックプレートを、前記発光部材の上方に配置するステップを有し、
    前記多相材料が、８５体積％〜９９．９９体積％の放射相と１５体積％〜０．０１体積％の第２相とを含んでおり、前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートが、ピーク透過波長において少なくとも４０％の透過率を有し、前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートが、１０００ｎｍ未満の平均粒子サイズを有するナノサイズの原料セラミック粉末を使用することによって作成されたものである、当該発光装置から白色光が出射される方法。
14. 前記多相材料が、９５体積％〜９９．５体積％の放射相と５体積％〜０．５体積％の第２相とを含む請求項１３に記載の方法。
15. 前記多相材料が、９８体積％〜９９．５体積％の放射相と２体積％〜０．５体積％の第２相とを含む請求項１３に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの焼結セラミックプレートが、０．０５重量％〜５重量％の焼結助剤をさらに含む請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記焼結助剤が、ＭｇＯ、ＳｉＯ_２、およびオルトケイ酸テトラエチルからなる群から選択される請求項１６に記載の方法。
18. 前記放射相が、蛍光体材料を含む請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記蛍光体材料が、式Ａ_３Ｂ_５Ｏ_１２によって表わされるガーネットを含んでおり、ＡおよびＢが、三価の金属であって、Ａが、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、およびＴｂから選択され、Ｂが、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎから選択される請求項１８に記載の方法。
20. 前記ガーネットが、少なくとも１つの希土類金属でドープされている請求項１９に記載の方法。
21. 前記希土類金属が、Ｃｅ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｔｂ、Ｐｒ、およびＥｕから選択される請求項２０に記載の方法。
22. 前記蛍光体材料が、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ^３＋を含む請求項１８〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記第２相が、Ｙ_２Ｏ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＹＡＰ、およびＹＡＭからなる群から選択される材料を含む請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の発光装置。
24. 前記第２相が、Ａｌ_２Ｏ_３またはＹ_２Ｏ_３である請求項１３〜２３のいずれか１項に記載の発光装置。

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