KR101843760B1

KR101843760B1 - 도펀트 농도 구배를 갖는 방사성 세라믹 재료들 및 그것을 제조하고 사용하는 방법들

Info

Publication number: KR101843760B1
Application number: KR1020137016516A
Authority: KR
Inventors: 구앙 판; 히로아키 미야가와; 히로나카 후지; 빈 장; 라제쉬 무케르지; 토시타카 나카무라; 아마네 모치즈키
Original assignee: 닛토 덴코 가부시키가이샤
Priority date: 2010-12-01
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2018-05-14
Also published as: TW201235447A; EP2646524B1; US9102875B2; JP2014501685A; EP2646524A1; TWI538981B; US20120141771A1; CN103347982A; CN103347982B; WO2012075018A1; US20140332722A1; US8828531B2; KR20140003455A; JP6096121B2

Abstract

이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역의 두께를 따라 도펀트 농도 구배를 갖는 방사성 세라믹이 여기서 개시된다. 도펀트 농도 구배는 최대 도펀트 농도, 반치 도펀트 농도, 및 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서의 기울기를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹은 다공성 영역들을 포함한다. 또한, 도핑된 층 및 비도핑된 층을 갖는 어셈블리를 소결함으로써 방사성 세라믹을 제조하는 방법들이 여기서 개시된다.

Description

도펀트 농도 구배를 갖는 방사성 세라믹 재료들 및 그것을 제조하고 사용하는 방법들{EMISSIVE CERAMIC MATERIALS HAVING A DOPANT CONCENTRATION GRADIENT AND METHODS OF MAKING AND USING THE SAME}

본원은 2010년 12월 1일자 출원된 미국 출원 제61/418,725호의 우선권을 주장하며, 여기에 그 전체가 참고문헌으로 포함된다.

본원은 도펀트(dopant) 농도를 갖는 방사성(emissive) 세라믹 재료들에 관한 것이다.

발광 다이오드(LED), 때때로 유기 전계 발광 소자(OEL)로 불리는 유기 발광 다이오드(OLED), 및 무기 전계 발광 소자(IEL)과 같은 고체 상태 발광 소자들이 평판 디스플레이, 각종 기구용 지시기, 간판, 및 장식 조명 등과 같은 다양한 어플리케이션들에 널리 이용되고 있다. 이들 발광 소자들의 발광 효율(emission efficiency)이 계속해서 향상됨에 따라, 자동차 헤드라이트들 및 일반 조명과 같은 훨씬 더 높은 광도를 요구하는 어플리케이션들이 곧 실현 가능하게 될 수 있다. 이들 어플리케이션들에 대해, 백색-LED가 유망한 후보들 중 하나로 많은 주목을 끌고 있다.

내부 양자 효율(IQE)은 방사성 재료에 의해 흡수된 광자들에 대한 동일 재료에 의해 생성된 광자들의 비율이다. 증가된 IQE 값은 조명 장치의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다; 그러나, 광도를 또한 감소시키지 않으면서 IQE를 증가시키는 신뢰할만한 방법이 아직 없다. 따라서, IQE와 관련하여 이들 제한들을 극복할 수 있는 새로운 방사성 재료들에 대한 요구가 있다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역의 두께를 따라 도펀트 농도 구배를 갖는 방사성 세라믹 재료들이다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 하나 이상의 다공성 영역들을 갖는 방사성 세라믹 재료들이다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역 및 제1 표면과 제2 표면 사이의 상기 YAG 영역의 두께를 따라 농도 구배를 갖는 도펀트를 포함하는 방사성 세라믹을 포함하고, 상기 농도 구배는 최대 도펀트 농도, 제1 반치(half-maximum) 도펀트 농도, 및 상기 제1 반치 도펀트 농도 또는 그 근처에서의 제1 기울기를 포함하고, 상기 제1 기울기의 절대값은 약 0.001 및 약 0.004 (at%/㎛)의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 약 0.25 at% 내지 약 0.5 at%의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 제1 또는 제2 표면으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께의 중심에서 약 100㎛ 이하로 떨어져 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도의 위치로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 50㎛ 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 방사성 세라믹은 상기 제1 반치 도펀트 농도의 위치로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치하는 제2 반치 도펀트 농도를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제2 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도의 위치로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 방사성 세라믹은 상기 제2 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제2 기울기를 포함하고, 상기 제2 기울기의 절대값은 0.001 및 0.004(at %/㎛)의 범위 내에 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 기울기의 절대값은 상기 제2 기울기의 절대값과 대략 동일하다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도펀트 농도 구배는 약 50㎛ 내지 약 400㎛의 범위 내에 있는 반치폭(full-width at half-maximum)을 갖는 피크를 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역의 두께는 약 100㎛ 내지 약 1mm의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 제1 다공성 영역을 더 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 다공성 영역은 약 0.5% 내지 약 80% 범위 내의 공극 부피(pore volume)를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 약 1% 내지 약 30% 범위 내의 공극 부피를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 다공성 영역은 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛ 범위 내의 평균 크기를 갖는 공극들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 공극들은 약 1.0㎛ 내지 약 10㎛ 범위 내의 평균 크기를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성(non-porous) 영역 및 제2 비다공성 영역을 포함하고, 상기 제1 다공성 영역은 상기 제1 비다공성 영역 및 제2 비다공성 영역 사이에 배치된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 포함하고, 상기 제1 비다공성 영역은 상기 제1 다공성 영역 및 상기 제2 다공성 영역 사이에 배치된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 두께의 중심으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 두께의 중심으로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 제1 표면 또는 상기 YAG 영역의 제2 표면에 또는 상기 제1 표면 또는 제2 표면 근처에 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 상기 다공성 영역과 대략 동일한 크기이다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 약 10㎛ 내지 약 400㎛ 범위 내의 두께를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 내의 유기 입자들 또는 그 전구체를 휘발시킴으로써 얻어진다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역 및 상기 YAG 영역의 두께를 따라 농도 구배를 갖는 도펀트를 포함하는 방사성 세라믹을 포함하고, 상기 농도 구배는 최대 도펀트 농도, 제1 반치 도펀트 농도, 및 상기 제1 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제1 기울기를 갖고, 상기 제1 기울기의 절대값은 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 약 1/8 및 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 약 2배의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께를 따라 약 1/4 및 약 3/4 사이에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께의 중심에 또는 그 근처에 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께의 대향 측면들 상의 제1 또는 제2 표면으로부터 상기 두께의 1/10 이하로 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 최대 도펀트 농도는 약 0.25 at% 내지 약 0.5 at%의 범위 내에 있다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 기울기는 0.001 및 0.004 (at %/㎛)의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도펀트 농도는 제2 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제2 기울기를 더 포함하고, 상기 제2 기울기의 절대값은 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 약 1/8 및 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 약 2배의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 및 제2 기울기들의 절대값은 대략 동일하다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 모두로부터 상기 YAG 영역의 두께의 적어도 약 1/10 떨어져 있고, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도로부터 상기 두께의 적어도 약 1/10 떨어져 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제2 반치 도펀트 농도는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 모두로부터 상기 YAG 영역의 두께의 적어도 약 1/10 떨어져 있고, 상기 제2 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도 및 상기 제1 반치 농도 모두로부터 상기 두께의 적어도 약 1/10 떨어져 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도펀트 농도 구배는 상기 YAG 영역의 중심 또는 그 근처의 지점에 대해 전반적으로 대칭이다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도펀트 농도 구배는 상기 YAG 영역 두께의 실질적으로 전체를 따라 발광(luminescence)을 생성하기에 효과적인 도펀트 농도들을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 도펀트 농도 구배는 약 0.01 at % 내지 약 0.5 at % 범위 내의 평균 도펀트 농도를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 평균 도펀트 농도에 대한 상기 최대 도펀트 농도의 비율은 약 5:1 내지 약 1.5:1의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도펀트 농도 구배는 상기 두께의 약 1/5 내지 상기 두께의 약 4/5의 범위 내의 반치폭을 갖는 피크를 더 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 제1 다공성 영역을 더 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 약 0.5% 내지 약 80% 범위 내의 공극 부피를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 약 10% 내지 30% 범위 내의 공극 부피를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛ 범위 내의 평균 크기를 갖는 공극들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 공극들은 약 1.0㎛ 내지 약 10㎛ 범위 내의 평균 크기를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 비다공성 영역을 더 포함하고, 상기 제1 다공성 영역은 상기 제1 비다공성 영역과 상기 제2 비다공성 영역 사이에 배치된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 더 포함하고, 상기 제1 비다공성 영역은 상기 제1 다공성 영역과 상기 제2 다공성 영역 사이에 배치된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 두께의 중심으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 두께의 중심으로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 방사성 세라믹은, 약 455nm의 파장을 갖는 방사선에 노출될 때, 적어도 약 0.80의 내부 양자 효율(IQE)을 나타낸다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은, 어셈블리를 소결하는 것을 포함하되, 상기 어셈블리는 제1 비도핑된(non-doped) 층의 일측 상에 배치된 도핑된 층을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법을 포함하며, 여기서: 상기 도핑된 층은 이트리움 알루미늄 가넷(YAG), YAG 전구체, 또는 이들의 조합, 및 도펀트를 포함하고, 상기 도핑된 층은 약 10㎛ 내지 약 200㎛ 범위 내의 두께를 갖고; 상기 제1 비도핑된 층은 YAG, YAG 전구체, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 제1 비도핑된 층은 약 40㎛ 내지 약 800㎛ 범위 내의 두께를 갖고; 및 상기 도핑된 층 내의 적어도 약 30%의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 도핑된 층으로부터 확산한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층은 YAG, YAG 전구체, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 비도핑된 층과 상기 제1 비도핑된 층 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 비도핑된 층들은 각각 독립적으로 약 40㎛ 내지 약 400㎛ 범위 내의 두께를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층 내의 도펀트의 적어도 일부는 상기 소결 동안 상기 제1 및 제2 비도핑된 층들 모두 내로 확산한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층 내의 약 80% 이하의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 도핑된 층으로부터 확산한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층은 약 40㎛ 내지 약 80㎛ 범위 내의 두께를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 비도핑된 층의 두께는 상기 제2 비도핑된 층의 두께와 대략 동일하고; 및 상기 제1 비도핑된 층의 두께 및 상기 제2 비도핑된 층의 두께 모두 상기 도핑된 층의 두께보다 더 크다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 비도핑된 층의 두께는 상기 제2 비도핑된 층의 두께보다 더 작고; 및 상기 제2 비도핑된 층의 두께는 상기 도핑된 층의 두께보다 더 크거나 같다.

몇몇 실시예들에서, 상기 어셈블리는 약 100㎛ 내지 약 1mm 범위 내의 전체 두께를 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층은 약 0.1 at % 내지 약 5 at %를 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층 내의 제1 양의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 제1 비도핑된 층 내로 확산하고; 상기 도핑된 층 내의 제2 양의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 제2 비도핑된 층 내로 확산하고; 및 상기 제2 양의 도펀트에 대한 상기 제1 양의 도펀트의 비율은 약 4:1 내지 약 1:4의 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 제1 양의 도펀트는 상기 제2 양의 도펀트와 대략 동일하다.

몇몇 실시예들에서, 상기 어셈블리를 소결하는 것은 약 1000℃ 내지 약 1900℃ 범위 내의 온도에서 적어도 약 2시간 동안 상기 어셈블리를 가열하는 것을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 온도는 약 1300℃ 내지 약 1800℃ 범위 내에 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 어셈블리는 상기 온도에서 적어도 약 5 시간 동안 가열된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 어셈블리는 상기 온도에서 약 20시간 이하 동안 가열된다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층 또는 상기 제1 비도핑된 층 중의 적어도 하나는 유기 입자들을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 유기 입자들은 폴리머를 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 유기 입자들은 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛ 범위 내에서최대 직경을 가진다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층 및 상기 제1 비도핑된 층 중의 상기 적어도 하나는 약 0.5 부피% 내지 약 80 부피% 범위 내의 유기 입자들의 양을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 도핑된 층은 상기 유기 입자들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 제1 비도핑된 층은 상기 유기 입자들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 어셈블리의 각 층은 상기 유기 입자들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 어셈블리 내의 적어도 하나의 층은 실질적으로 상기 유기 입자들이 없다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 여기에 개시된 방법들 중 어느 하나에 의해 제조된 방사성 세라믹을 포함한다.

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 청색 방사선을 방출하도록 구성된 광원; 및 여기에 개시된 상기 방사성 세라믹들 중의 어느 하나를 포함하는 조명 장치를 포함하며, 상기 방사성 세라믹은 상기 청색 방사선의 적어도 일부를 받도록 구성된다.

청구항 1 내지 55 및 79의 어느 한 항의 상기 방사성 세라믹을 청색 방사선에 노출시키는 것을 포함하는 광 생성 방법.

도 1a-c는 비제한적인 방사성 세라믹들의 예들을 예시한다.
도 2는 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께를 따라 도펀트 농도 프로파일의 종래기술의 예를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본원의 범위 내에 있는 도펀트 농도 구배의 일 실시예를 보여주는 그래프이다.
도 4는 또한 본원의 범위 내에 있는 도펀트 농도 구배의 또 다른 실시예를 보여주는 그래프이다.
도 5a-b는 여기에 개시된 방법들에 따라 소결될 수 있는 어셈블리의 일 실시예를 예시한다.
도 6a-b는 여기에 개시된 방법들에 따라 소결될 수 있는 어셈블리의 또 다른 실시예를 예시한다.
도 7은 적층을 포함하는 방사성 세라믹을 형성하는 일 실시예에 대한 준비 흐름도를 보여준다.
도 8은 여기에 개시된 방사성 세라믹들을 포함할 수 있는 조명 장치의 예이다.
도 9는 내부 양자 효율(IQE)이 결정될 수 있는 방법의 예이다.
도 10은 예 5의 시료 1에 대한 TOF-SIMS(Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy) 결과를 보여준다.
도 11은 예 5의 시료 2에 대한 TOF-SIMS(Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy) 결과를 보여준다.
도 12는 예 5의 시료 3에 대한 TOF-SIMS(Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy) 결과를 보여준다.
도 13은 0.2 내지 1.25 at% 범위 내의 다양한 도펀트 농도들(Ce)을 갖는 샌드위치 구조의 시료들에서 방사성 층 두께에 따른 IQE 변화를 보여준다.
도 14는 1.25 내지 2.0 at% 범위 내의 다양한 도펀트 농도들(Ce)을 갖는 샌드위치 구조의 시료들에서 방사성 층 두께에 따른 IQE 변화를 보여준다.
도 15는 샌드위치 구조를 구비하는 YAG:Ce 세라믹들에서 도펀트(Ce) 농도에 따른 IQE 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16은 서로 다른 도펀트(Ce) 농도들을 갖는 다중 도핑된 시트들을 소결하기 이전 구조체의 비교시료를 보여준다.
도 17은 예 10의 시료들의 발광 파장 대 강도를 보여준다.
도 18은 Ce+ 농도를 변화하면서 원자 퍼센트에서의 세륨 이온 강도의 비율(Ce+/Y+)이 플로팅된 교정(calibration) 곡선이 정량 분석을 위해 다른 Ce+ 농도를 구비하는 표준 시료들을 사용함으로써 준비된 것을 보여준다.
도 19는 예 12의 시료 7에 대한 방사성 영역을 통한 Ce%의 확산을 예시하는 각각의 TOF-SIMS 프로파일(두께[㎛]에 따른 Ce 농도[%])을 보여준다.
도 20은 예 12의 시료 6에 대한 방사성 영역을 통한 Ce%의 확산을 예시하는 각각의 TOF-SIMS 프로파일(두께[㎛]에 따른 Ce 농도[%])을 보여준다.
도 21은 예 12의 시료 5에 대한 방사성 영역을 통한 Ce%의 확산을 예시하는 각각의 TOF-SIMS 프로파일(두께[㎛]에 따른 Ce 농도[%])을 보여준다.
도 22는 예 12의 시료 8에 대한 방사성 영역을 통한 Ce%의 확산을 예시하는 각각의 TOF-SIMS 프로파일(두께[㎛]에 따른 Ce 농도[%])을 보여준다.
도 23은 예 12의 시료 9에 대한 방사성 영역을 통한 Ce%의 확산을 예시하는 각각의 TOF-SIMS 프로파일(두께[㎛]에 따른 Ce 농도[%])을 보여준다.
도 24는 예 12의 시료 10에 대한 방사성 영역을 통한 Ce%의 확산을 예시하는 각각의 TOF-SIMS 프로파일(두께[㎛]에 따른 Ce 농도[%])을 보여준다.
도 25a-c는 비제한적인 하나 이상의 다공성 영역들을 갖는 방사성 세라믹들의 예들을 예시한다.
도 26은 방사성 세라믹들에 대한 색도의 각도 의존성을 측정하기 위한 기구를 보여준다.
도 27은 색도의 각도 의존성 측정 결과들을 보여준다. 네모들은 예 15에서 준비된 방사성 세라믹에 대한 측정치를 나타낸다. 원들은 예 11에서 준비된 방사성 세라믹에 대한 측정치를 나타낸다.

적어도 하나의 차원을 따라 도펀트 농도 구배를 포함함으로써 우수한 내부 양자 효율을 제공할 수 있는 방사성 세라믹 재료들이 여기에 개시된다. 출원인들은 놀랍게도 특정 조건들 하에서 우수한 내부 양자 효율을 제공하는 도펀트 농도 프로파일을 발견하였다. 상기 방사성 세라믹들은 선택적으로 하나 이상의 다공성 영역들을 포함할 수 있다. 또한 도펀트 농도 프로파일을 포함하는 방사성 세라믹들을 제조하는 방법들이 여기에 개시된다. 이에 더하여, 본원은 상기 방사성 세라믹 재료를 갖는 조명 장치 및 상기 방사성 세라믹 재료를 이용하는 방법들을 포함한다.

방사성 세라믹들

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역 및 상기 YAG 영역의 두께를 따라 농도 구배를 갖는 도펀트를 갖는 방사성 세라믹을 포함한다. 방사성 세라믹은 예를 들어 어셈블리를 소결함으로써 준비될 수 있다. 그러므로, "방사성 세라믹"은 조명 목적을 위해 사용될 수 있는 최종 방사성 재료를 일반적으로 기술하는데 반해, "어셈블리"는 상기 방사성 세라믹을 형성하기 위해 소결될 수 있는 복합재료이다. 아래에서 더 논의되듯이, 어셈블리를 소결하는 것은 최종 방사성 세라믹 내에 도펀트 농도 구배를 형성하는 도펀트 확산을 유발하기 위한 하나의 방법이다.

방사성 세라믹들은 "YAG 영역의 두께"를 따른 도펀트 농도 구배를 포함할 수 있다. 도 1a-c는 방사성 세라믹의 다양한 비제한적인 예들에 대한 z-축을 따른 YAG 영역의 두께를 보여준다. 도 1a는 방사성 세라믹의 하나의 비제한적인 예를 예시한다. 방사성 세라믹(100)은 이트리움 알루미늄 가넷 호스트(host) 재료 내에 전반적으로 균일한 분포의 방사성 도펀트 재료를 포함할 수 있으며, x-축, y-축 및 z-축을 따라 각각 길이, 폭, 및 두께를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, YAG 영역의 두께가 방사성 세라믹의 가장 작은 차원이다. 예를 들어, 방사성 세라믹은 모두 약 1mm와 동일한 길이 및 폭과, 약 100㎛의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 두께가 가장 작은 차원이 아니다. 물론, 다수의 다른 기하 구조들이 본원의 범위 내에 있으며, 도 1a에 묘사된 일반적으로 입방형인 기하 구조에 제한되지 않는다. 예를 들어, 방사성 세라믹은 또한 실린더형, 정육면체 등일 수 있다. 더욱이, 방사성 세라믹이 대칭이거나 명확하게 정의된 가장자리들 또는 특정 수의 면들을 포함할 필요가 없다.

도 1b는 방사성 세라믹의 또 다른 실시예를 예시한다. 방사성 세라믹(110)은 전반적으로 균일한 분포의 이트리움 알루미늄 가넷을 포함할 수 있으며, 실린더형 또는 디스크-유사 기하 구조를 가진다. 방사성 세라믹(110)은 z-축을 따라 두께를 포함한다.

도 1c는 방사성 세라믹 전체를 통해 전반적으로 균일한 분포의 이트리움 알루미늄 가넷을 포함하지 않는 방사성 세라믹의 몇몇 실시예들을 예시한다. 방사성 세라믹(115)은 두 개의 비-YAG 영역들(130, 140)(예를 들어, 알루미늄 산화물로 이루어진 영역) 사이에 개재된 방사성 이트리움 알루미늄 가넷 영역(120)을 포함한다. 계면(150)이 방사성 이트리움 알루미늄 가넷 영역(120)과 비-YAG 영역(140) 사이에 있다. 유사하게, 계면(160)이 방사성 이트리움 알루미늄 가넷 영역(120)과 비-YAG 영역(130) 사이에 있다. 본 실시예에서, 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께는 비-YAG 영역들(130, 140)의 부분들을 포함하지 않는다. 이트리움 알루미늄 가넷 영역(120)의 두께는 z-축을 따라 표면(150)과 표면(160) 사이에 있다. 이트리움 알루미늄 가넷 영역(120)의 두께는 따라서 방사성 세라믹(115)의 두께보다 작다.

도 2는 방사성 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께를 따라 도펀트 농도 프로파일의 종래 기술의 예를 보여주는 그래프이다. 수평축은 방사성 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께를 따른(예를 들어, 도 1a에 예시된 방사성 세라믹(100)의 z-축을 따른) 위치이다. 수평축을 따른 위치 '0'은 방사성 층의 제1 표면(예를 들어, 방사성 세라믹(100)의 바닥면)에 있을 것이다. 수평축을 따른 위치 '1/2L'은 두께를 따라 중간점에(예를 들어, 방사성 세라믹(100)의 두께를 따라 대략 중심에) 있을 것이다. 수평축을 따른 위치 'L'은 두께를 따라 제1 표면에 대향하는 방사성 층의 제2 표면(예를 들어, 방사성 세라믹(100)의 상면)에 있을 것이다. 따라서, 제1 표면 및 제2 표면은 두께의 반대편들에 있다(예를 들어, 방사성 세라믹(100)의 바닥면 및 상면은 z-축을 따라 반대편들에 있다).

한편, 도 2에서 수직축은 두께를 따라 주어진 위치에서의 도펀트 농도이다. 이 종래 기술의 도펀트 농도 프로파일은 몇 개의 주목할만한 특징들을 가진다. 첫째, 상기 예는 두께를 따라 실질적으로 일정한 도펀트 농도 프로파일을 포함한다(즉, 기울기는 전체 두께를 따라 대략 0이다). 둘째, 상기 도펀트 농도 프로파일은 실질적으로 두께 전체를 따라 발견되는 최대 도펀트 농도(C_max)를 가진다. 셋째, 최소 도펀트 농도(C_min)는 최대 도펀트 농도와 대략 동일하다. 넷째, 상기 도펀트 농도는 실질적으로 두께 전체를 따라 최대 도펀트 농도의 반보다 더 높다. 달리 말해, 실질적으로 일정한 도펀트 농도 프로파일은 반치(half-maximum) 도펀트 농도(C_max _/2)를 포함하지 않는다.

도 3은 본원의 범위 내에 있는 도펀트 농도 구배의 일 실시예를 보여주는 그래프이다. 최대 도펀트 농도는 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 제1 표면에 또는 그 근처에 위치하고, 최소 도펀트 농도는 두께를 따라 제1 표면에 대향하는 제2 표면에 또는 그 근처에 위치한다. 또한, 반치 도펀트 농도가 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 중심에 또는 그 근처에 위치한다.

도 2의 실질적으로 일정한 도펀트 농도 프로파일과 대비하여, 도 3에 도시된 도펀트 농도 구배는 제로가 아닌 값들을 포함하는 가변하는 기울기를 가진다. 여기에 사용되듯이, 용어 "기울기"는 두께를 따른 위치(예를 들어, 도 2에서 수평축)에서의 변화에 대한 농도 변화의 비율을 의미한다. 도펀트 농도가 연속 함수 f(x)로 알맞게 표현될 수 있다면, 기울기는 이 함수의 도함수로부터 결정될 수 있다. 일 예로, 도 3에서 대략 1/2L에서(혹은 대략 반치 도펀트 농도에서) 기울기의 절대값은 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께에 의해 나누어진 대략 최대 도펀트 농도(C_max/L)보다 크다.

도 4는 또한 본원의 범위 내에 있는 도펀트 농도 구배의 또 다른 실시예를 보여주는 그래프이다. 최대 도펀트 농도는 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 중심에 또는 그 근처에 있고, 최소 도펀트 농도는 두께를 따라 반대편들에 있는 제1 및 제2 표면들에 또는 그 근처에 위치한다. 또한, 두 개의 반치 도펀트 농도들이 L의 대략 1/4(즉, 1/4L) 및 L의 3/4에 위치한다. 이 실시예에서, 반치 도펀트 농도들 모두 대략 동일한 크기의 기울기들을 가진다. 도펀트 농도 구배는 또한 실질적으로 두께 전체를 따라 도펀트 농도에 대해 제로가 아닌 (또는 흔적량들(trace amounts)보다 많은) 값들을 보여준다.

도 4에 도시된 실시예에 대한 도펀트 농도 구배는 또한 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 중심에 대해 일반적으로 대칭이다. 달리 말해, 도펀트 농도 구배가 연속 함수 f(x)로 알맞게 표현될 수 있다면, f(1/2L-z)는 0≤z≤1/2L에 대해 f(1/2L+z)와 대략 동일하다. 상기 도펀트 농도 구배는 또한 단일 피크로 규정지어질 수 있다. 이 피크는 약 1/2L(즉, 3/4L 마이너스 1/4L)의 반치폭(예를 들어, 두께를 따라 두 개의 반치 도펀트 농도들 사이의 거리)을 가진다.

도펀트 농도 구배를 규정하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 특징은 평균 도펀트 농도이다. 평균 도펀트 농도는 전체 두께를 따라 일련의 고르게 분포된 농도들을 합산하고 합산에 사용된 농도들의 전체 개수로 이 합계를 나눔으로써 결정될 수 있다. 대안적으로, 도펀트 농도 구배가 연속 함수 f(x)로 알맞게 표현될 수 있다면, 평균 도펀트 농도는

과 같을 수 있다. 단순한 예로서, 도 2에 예시된 프로파일에 대한 평균 도펀트 농도는 최대 도펀트 농도일 것이다. 대조적으로, 도 3 및 4 모두는 최대 도펀트 농도보다 적은 평균 농도 프로파일을 예시한다.

당업자에 의해 인정될 것인 바와 같이, 도 2-4는 도펀트 농도 프로파일들의 단순화된 예시들을 대표한다. 이들 프로파일들을 실험 결과들과 대비할 때 다양한 요인들이 고려되어야 한다. 예를 들어, 측정된 도펀트 농도를 왜곡하는 노이즈의 소재를 확인할 필요가 있다. 이것은 당해 분야에서 공지된 다양한 방법들(예들 들어, 푸리에 변환들을 사용, 측정값들을 평균화하는 등)을 사용하여 왜곡들을 감소시키기 위해 데이터를 조작하는 것을 요구할 수 있다. 유사하게, 추가의 왜곡들이 표면-효과들 또는 재료 내의 사소한 결함들에 기인하여 발생할 수 있다. 숙련자는 이들 왜곡들을 인식할 수 있으며 이들 차이들이 여기에 개시된 예시된 도펀트 농도 구배들로부터 구별되는 특징들이 아님을 인정할 수 있다.

최대 도펀트 농도

방사성 세라믹의 몇몇 실시예들은 최대 도펀트 농도를 갖는 도펀트 농도 구배를 포함한다. 출원인들은 최대 도펀트 농도가 내부 양자 효율과 서로 관련할 수 있다는 것을 발견하였다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않고, 높은 최대 도펀트 농도는 효율을 줄이는 과도한 퀀칭(quenching)을 초래한다고 믿어진다. 또한, 낮은 최대 도펀트 농도는, 감소된 수의 방사성 센터들이 있고, 이는 말 그대로 광자들을 생성하는 능력을 제한하기 때문에 효율을 감소시킨다.

따라서, 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 약 0.1 원자%(at%) 내지 약 1 at%의 범위 내에 있다. 최대 도펀트 농도는 예를 들어, 적어도 약 0.1 at%; 적어도 약 0.2 at%; 적어도 약 0.25 at%; 적어도 약 0.275 at%; 적어도 약 0.28 at%; 또는 적어도 약 0.3 at%일 수 있다. 최대 도펀트 농도는 예를 들어, 약 1 at% 이하; 약 0.75 at% 이하; 약 0.5 at% 이하; 약 0.4 at% 이하; 또는 약 0.3 at% 이하일 수 있다.

최대 도펀트 농도는 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께를 따라 하나 이상의 위치들에 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 두께의 반대편들 상의 제1 및 제2 표면으로부터 떨어져 위치한다. 예를 들어, 최대 도펀트 농도는 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께를 따라 두께의 약 1/4 및 두께의 약 3/4 사이에 위치할 수 있다. 일 예로, 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께가 약 100㎛라면, 최대 도펀트 농도는 두께를 따라 약 25㎛와 약 75㎛ 사이에 위치할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 두께를 따라 두께의 적어도 약 1/3; 두께의 적어도 약 3/8; 두께의 적어도 약 2/5; 두께의 적어도 약 3/7; 또는 두께의 적어도 약 4/9인 위치에 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 두께를 따라 두께의 약 2/3 이하; 두께의 약 5/8 이하; 두께의 약 3/5 이하; 두께의 약 4/7 이하; 또는 두께의 약 5/9 이하인 위치에 위치할 수 있다.

최대 도펀트 농도는 또한 두께를 따라 중간점으로부터 특정 거리 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 일 예로, 최대 도펀트 농도는 두께를 따라 중간점으로부터 약 250㎛ 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 두께를 따라 중간점으로부터 약 200㎛ 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 약 50㎛ 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 약 25㎛ 이하로 떨어져; 또는 두께를 따라 중간점으로부터 약 10㎛ 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 3/8 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/4 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/5 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/8 이하로 떨어져; 또는 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/10 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 이트리움 알루미늄 가넷 영역에 또는 그 근처에 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 제1 또는 제2 표면으로부터 특정 거리 이하로 떨여져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 제1 또는 제2 표면으로부터 약 200㎛ 이하로 떨어져; 제1 또는 제2 표면으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져; 제1 또는 제2 표면으로부터 약 50㎛ 이하로 떨어져; 제1 또는 제2 표면으로부터 약 25㎛ 이하로 떨어져; 또는 제1 또는 제2 표면으로부터 약 10㎛ 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 제1 또는 제2 표면에 또는 그 근처에 위치한다.

제1 반치 도펀트 농도

도펀트 농도 구배는 또한 제1 반치 도펀트 농도를 포함할 수 있다. 반치 도펀트 농도는 특정 방사성 세라믹에 대해 최대 도펀트 농도의 반인 도펀트 농도를 언급한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 도펀트 농도 구배는 약 0.5 at%의 최대 도펀트 농도 및 약 0.25 at%의 반치 도펀트 농도를 가질 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1 반치 도펀트 농도는 두께를 따라 제1 및 제2 표면들로부터 소정 거리 떨어져 있을 수 있다. 제1 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 10㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 50㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 100㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 200㎛ 떨어져; 또는 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 250㎛ 떨어져 위치할 수 있다. 제1 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 1/10 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 1/8 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 1/5 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 1/4 떨어져; 또는 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 3/8 떨어져 위치할 수 있다.

제1 반치 도펀트 농도는 또한 최대 도펀트 농도로부터 소정 거리 떨어져 있을 수 있다. 제1 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 최대 도펀트 농도로부터 적어도 10㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 50㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 100㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 200㎛ 떨어져; 또는 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 250㎛ 떨어져 있을 수 있다. 제1 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 1/10 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/8 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/5 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/4 떨어져; 또는 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 3/8 떨어져 위치할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도펀트 농도 구배는 제1 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제1 기울기를 포함한다. 제1 기울기의 절대값은 예를 들어, 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 1/8(즉, 8L로 나누어진 C_max) 및 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 2배의 범위 내에 있을 수 있다. 일 예로, 최대 도펀트 농도가 약 0.2 at%이고 두께가 약 100㎛이면, 제1 기울기의 절대값은 약 0.00025 at%/㎛ 및 약 0.004 at%/㎛의 범위 내에 있을 것이다.

제1 기울기의 절대값은 예를 들어, 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 1/4; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 3/8; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 1/2; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 3/4; 또는 적어도 대략 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도일 수 있다.

제1 기울기의 절대값은 예를 들어, 대략 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도 이하; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 3/4 이하; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 1/2 이하; 또는 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 3/8 이하일 수 있다.

제1 기울기의 절대값은 또한 소정의 수치 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 제1 기울기의 절대값은 약 0.001 at%/㎛ 및 약 0.004 at%/㎛의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 기울기의 절대값은 적어도 약 0.0001 at%/㎛; 적어도 약 0.0005 at%/㎛; 적어도 약 0.001 at%/㎛; 적어도 약 0.0015 at%/㎛; 또는 적어도 약 0.002 at%/㎛일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 기울기의 절대값은 약 0.006 at%/㎛ 이하; 약 0.005 at%/㎛ 이하; 약 0.004 at%/㎛ 이하; 또는 약 0.003 at%/㎛ 이하일 수 있다.

제2 반치 도펀트 농도

도펀트 농도 구배는 또한 제2 반치 도펀트 농도를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 제2 반치 도펀트 농도는 두께를 따라 제1 및 제2 표면들로부터 소정 거리 떨어져 위치할 수 있다. 제2 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 10㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 50㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 100㎛ 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 200㎛ 떨어져; 또는 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 약 250㎛ 떨어져 위치할 수 있다. 제2 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 1/10 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 1/8 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 1/5 떨어져; 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 1/4 떨어져; 또는 제1 및 제2 표면들로부터 두께의 적어도 약 3/8 떨어져 위치할 수 있다.

제2 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 최대 도펀트 농도로부터 적어도 10㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 50㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 100㎛ 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 200㎛ 떨어져; 또는 최대 도펀트 농도로부터 적어도 약 250㎛ 떨어져 위치할 수 있다. 제2 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 1/10 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/8 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/5 떨어져; 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/4 떨어져; 또는 최대 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 3/8 떨어져 위치할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제2 반치 도펀트 농도는 두께를 따라 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 특정 거리 떨어져 위치한다. 제2 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 10㎛ 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 약 25㎛ 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 약 50㎛ 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 약 100㎛ 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 약 200㎛ 떨어져; 또는 제1 반치 도펀트 농도로부터 적어도 약 250㎛ 떨어져 위치할 수 있다. 제2 반치 도펀트 농도는 예를 들어, 제1 반치 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 1/10 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/8 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/5 떨어져; 제1 반치 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 1/4 떨어져; 또는 제1 반치 도펀트 농도로부터 두께의 적어도 약 3/8 떨어져 위치할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도펀트 농도 구배는 제2 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제2 기울기를 포함한다. 제2 기울기의 절대값은 예를 들어, 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 1/8(즉, 8L로 나누어진 C_max) 및 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 2배의 범위 내에 있을 수 있다. 일 예로, 최대 도펀트 농도가 약 0.2 at%이고 두께가 약 100㎛이면, 제2 기울기의 절대값은 약 0.00025 at%/㎛ 및 약 0.004 at%/㎛의 범위 내에 있을 것이다.

제2 기울기의 절대값은 예를 들어, 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 1/4; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 3/8; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 1/2; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 적어도 약 3/4; 또는 적어도 대략 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도일 수 있다.

제2 기울기의 절대값은 예를 들어, 대략 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도 이하; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 3/4 이하; 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 1/2 이하; 또는 두께로 나누어진 최대 도펀트 농도의 약 3/8 이하일 수 있다.

제2 기울기의 절대값은 또한 소정의 수치 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 제2 기울기의 절대값은 약 0.001 at%/㎛ 및 약 0.004 at%/㎛의 범위에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 기울기의 절대값은 적어도 약 0.0001 at%/㎛; 적어도 약 0.0002 at%/㎛; 적어도 약 0.0005 at%/㎛; 적어도 약 0.001 at%/㎛; 또는 적어도 약 0.002 at%/㎛일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 기울기의 절대값은 약 0.01 at%/㎛ 이하; 약 0.008 at%/㎛ 이하; 약 0.004 at%/㎛ 이하; 약 0.002 at%/㎛ 이하; 또는 약 0.001 at%/㎛ 이하일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 제1 기울기의 절대값은 제2 기울기의 절대값과 대략 동일하다.

비행시간형 2차 이온 질량분석법(Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy)이 예를 들어, 도펀트 농도, 두께 또는 관심사인 각 지점들의 거리들/위치들, 및 관심사인 각 지점들에서의 최종 기울기들을 결정하기 위해 사용될 수 있다.

다른 특성들

이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께는 약 100㎛ 내지 약 1mm의 범위에 있다. 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께는 예를 들어, 적어도 약 100㎛; 적어도 약 150㎛; 적어도 약 200㎛; 적어도 약 250㎛; 적어도 약 400㎛; 또는 적어도 약 500㎛일 수 있다. 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 두께는 예를 들어, 약 1mm 이하; 약 900㎛ 이하; 약 800㎛ 이하; 약 750㎛ 이하; 약 600㎛ 이하; 또는 약 500㎛ 이하일 수 있다.

도펀트 농도 구배의 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷 영역들의 중심에서 또는 그 근처에서의 지점에 대해 일반적으로 대칭이다(예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이). 도펀트 농도 구배의 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷 영역들의 중심에서 또는 그 근처에서의 지점에 대해 일반적으로 비대칭이다(예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이). 다른 실시예들은 예를 들어, 1/4L과 같이, 0 내지 1/2L 사이에 C_max를 구비하거나 또는 또 다른 실시예에서, 3/4L과 같이, 1/2L 내지 L 사이에 C_max를 구비하여 이트리움 알루미늄 가넷 영역들의 중심으로부터 떨어진 지점에 대해 비대칭일 수 있다(도시하지 않음).

몇몇 실시예들에서, 도펀트 농도 구배는 실질적으로 두께 전체를 따라 비-제로 도펀트 농도를 포함할 수 있다. 즉, 도펀트 농도는 실질적으로 두께 전체를 따라 제로보다 더 크다. 몇몇 실시예들에서, 도펀트 농도 구배는 실질적으로 두께 전체를 따라 발광을 생성하기에 효과적인 도펀트 농도들을 포함할 수 있다.

도펀트 농도 구배는 특정된 반치폭을 갖는 피크를 포함할 수 있다. 예를 들어, 반치폭은 약 50㎛ 내지 약 500㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 반치폭은 예컨대, 적어도 약 50㎛; 적어도 약 75㎛; 적어도 약 100㎛, 적어도 약 150㎛; 또는 적어도 약 200㎛일 수 있다. 반치폭은 예컨대, 약 500㎛ 이하; 약 400㎛ 이하; 약 300㎛ 이하; 약 250㎛ 이하; 약 200㎛ 이하; 또는 약 150㎛ 이하일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반치폭은 YAG 영역의 두께의 적어도 약 1/10; YAG 영역 두께의 적어도 약 1/4; YAG 영역의 두께의 적어도 약 1/8; YAG 영역의 두께의 적어도 약 1/4; 또는 YAG 영역의 두께의 적어도 약 3/8일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 반치폭은 YAG 영역의 두께의 약 5/8 이하; YAG 영역의 두께의 약 1/2 이하; YAG 영역의 두께의 약 3/8 이하; 또는 YAG 영역의 두께의 약 1/4 이하일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도펀트 농도 구배는 단일 피크로 필수적으로 구성된다.

또한, 도펀트 농도 구배는 전체 두께를 따라 평균 도펀트 농도로 특징지어질 수 있다. 평균 도펀트 농도는 예를 들어 약 0.1 at% 내지 약 0.5 at%의 범위 내에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 평균 도펀트 농도는 적어도 약 0.05 at%; 적어도 약 0.1 at%; 적어도 약 0.2 at%; 또는 적어도 약 0.25 at%일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 평균 도펀트 농도는 약 1 at% 이하; 약 0.5 at% 이하; 약 0.4 at% 이하; 약 0.3 at% 이하; 또는 약 0.25 at% 이하일 수 있다. 평균 도펀트 농도에 대한 최대 도펀트 농도의 비율은 예컨대, 약 5:1 내지 약 1.5:1의 범위 내; 약 4:1 내지 약 1.5:1의 범위 내; 또는 약 3:1 내지 약 2:1의 범위 내에 있을 수 있다.

도펀트 농도 구배를 형성하기 위해 이트리움 알루미늄 가넷 영역 내에 함유될 수 있는 도펀트의 비제한적인 예들은 Nd, Er, Eu, Cr, Yb, Sm, Tb, Ce, Pr, By, Ho, Gd, Lu, 및 이들의 조합들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 도펀트는 Ce이다. 일 예로, 도핑된 이트리움 알루미늄 가넷 영역은 일반식 (Y₁ _- _xCe_x)₃Al₅O₁₂로 표현될 수 있다.

위에서 개시된 바와 같이, 여기에 개시된 방사성 세라믹들의 하나의 장점은 월등한 내부 양자 효율들을 나타내는 것이다. 몇몇 실시예들에서, 약 455nm의 파장을 갖는 방사선에 노출될 때, 방사성 세라믹은 적어도 약 0.8의 내부 양자 효율(IQE)을 나타낸다. 몇몇 실시예들에서, 약 455nm의 파장을 갖는 방사선에 노출될 때, 방사성 세라믹은 적어도 약 0.85의 내부 양자 효율(IQE)을 나타낸다. 몇몇 실시예들에서, 약 455nm의 파장을 갖는 방사선에 노출될 때, 방사성 세라믹은 적어도 약 0.90의 내부 양자 효율(IQE)을 나타낸다.

다공성 영역들

방사성 세라믹들은 선택적으로 하나 이상의 다공성 영역들(예를 들어, 제로, 하나, 둘, 셋, 또는 더 많은 다공성 영역들)을 포함할 수 있다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않아도, 다공성 층들을 추가하는 것은 방사성 세라믹에 대한 광 방출 특성의 각도 의존성을 감소시키는 것으로 믿어진다. 달리 말해, 다공성 영역들은 방사성 세라믹의 광 방출 특성들에 있어서 임의의 이방성을 감소시킬 수 있다.

YAG 영역 내의 하나 이상의 다공성 영역들의 위치 및 크기는 특별히 제한되지 않는다. 몇몇 실시예들에서, YAG 영역은 적어도 제1 다공성 영역 및 제1 비다공성 다공성 영역을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, YAG 영역은 제1 다공성 영역, 제1 비다공성 영역, 및 제2 비다공성 영역을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, YAG 영역은 제1 다공성 영역, 제2 다공성 영역, 및 제1 비다공성 영역을 포함한다.

도 25a는 다공성 영역을 포함하는 방사성 세라믹의 하나의 예이다. 다공성 층(2505)은 제1 비다공성 층(2510)과 제2 비다공성 층(2515) 사이에 개재된다. 다공성 층(2505), 제1 비다공성 층(2510) 및 제2 비다공성 층(2515) 각각은 YAG 호스트 재료를 포함할 수 있다(즉, 상기 구성요소들은 함께 방사성 세라믹의 YAG 영역을 형성한다). 도 25a에 도시되듯이, 다공성 영역은 방사성 세라믹의 중심에 또는 그 근처에 위치할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹은 제1 다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 다공성 영역 및 제2 다공성 영역은 서로 다른 공극 부피 퍼센트들을 가진다. 몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹은 제1 다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 포함할 수 있으며, 여기서 제1 다공성 영역 및 제2 다공성 영역은 서로 다른 평균 공극 크기들을 가진다.

도 25b는 서로 다른 공극 부피들을 구비하는 복수의 다공성 층들을 포함하는 방사성 세라믹의 하나의 예이다. 방사성 세라믹은 제2 다공성 층(2525)보다 더 낮은 공극률(예를 들어, 더 작은 평균 공극 크기들 및/또는 더 작은 공극 부피 퍼센트)을 가지는 제1 다공성 층(2520)을 포함한다. 제1 다공성 층(2520) 및 제2 다공성 층(2525) 모두는 제1 비다공성 층(2530) 및 제2 비다공성 층(2535) 사이에 배치된다. 제1 다공성 층(2520), 제2 다공성 층(2525), 제1 비다공성 층(2530), 및 제2 비다공성 층(2535) 각각은 YAG 호스트 재료를 포함할 수 있다(즉, 상기 구성요소들은 함께 방사성 세라믹의 YAG 영역을 형성한다).

도 25c는 서로 다른 공극 부피들을 구비하는 복수의 다공성 층들을 포함하는 방사성 세라믹의 또 다른 예이다. 방사성 세라믹은 제2 다공성 층(2545)과 제3 다공성 층(2550) 사이에 배치된 제1 다공성 층(2540)을 포함한다. 제1 다공성 층(2540)은 제2 다공성 층(2545) 및 제3 다공성 층(2550) 모두와 다른 공극률(예를 들어, 더 작은 평균 공극 크기들 및/또는 더 작은 공극 부피 퍼센트)을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제2 다공성 층(2545) 및 제3 다공성 층(2550) 양자는 동일한 공극률을 갖는다. 몇몇 실시예들에서, 제2 다공성 층(2545) 및 제3 다공성 층(2550)은 서로 다른 공극률을 가진다. 제2 다공성 층(2545) 및 제3 다공성 층(2550)은 제1 비다공성 층(2555) 및 제2 비다공성 층(2560) 사이에 배치될 수 있다. 제1 다공성 층(2540), 제2 다공성 층(2545), 제3 다공성 층(2550), 제1 비다공성 층(2555), 및 제2 비다공성 층(2560) 각각은 YAG 호스트 재료를 포함할 수 있다(즉, 상기 구성요소들은 함께 방사성 세라믹의 YAG 영역을 형성한다).

몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹 내의 실질적으로 모든 YAG 영역이 다공성이다. 즉, YAG 영역은 전체에 걸쳐 다공성이다. 몇몇 실시예들에서, YAG 영역은 그 두께를 따라 균일한 공극률을 가진다. 몇몇 실시예들에서, YAG 영역의 공극률은 그 두께를 따라 변한다.

하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극들의 크기는 특별히 제한되지 않는다. 하나 이상의 다공성 영역들 내의 평균 공극 크기는 예를 들어 적어도 약 0.5㎛; 적어도 약 1㎛; 적어도 약 2㎛; 적어도 약 4㎛; 또는 적어도 약 7㎛일 수 있다. 다공성 영역 내의 평균 공극 크기는 예를 들어, 약 50㎛ 이하; 약 25㎛ 이하; 약 10㎛ 이하; 또는 약 7㎛ 이하일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극들의 평균 크기는 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 평균 공극 크기는 약 4㎛일 수 있다. 지적했듯이, 방사성 세라믹은 각각이 서로 다른 평균 공극 크기들을 갖는 두 개 이상의 다공성 영역들을 포함할 수 있다.

하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극들의 부피 퍼센트도 다양할 수 있다. 하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극들의 부피 퍼센트는 예를 들어, 적어도 약 0.5%; 적어도 약 1%; 적어도 약 2%; 적어도 약 4%; 적어도 약 10%; 또는 적어도 약 20%일 수 있다. 하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극의 부피 퍼센트는 예를 들어, 약 80% 이하; 약 50% 이하; 약 30% 이하; 약 80% 이하; 약 20% 이하; 약 10% 이하; 또는 약 8% 이하일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극의 부피 퍼센트는 약 0.5% 내지 약 80%의 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 다공성 영역들 내의 공극의 부피 퍼센트는 약 6%일 수 있다. 지적했듯이, 방사성 세라믹은 각각이 서로 다른 공극 부피 퍼센트들을 갖는 두 개 이상의 다공성 영역들을 포함할 수 있다.

위에서 지적했듯이, 하나 이상의 다공성 영역들은 방사성 세라믹 내의 층(들)(예를 들어, 도 25a에 도시된 다공성 층(2505))일 수 있다. 하나 이상의 다공성 층들의 두께는 다양할 수 있다. 하나 이상의 다공성 층들(예를 들어, 하나, 둘, 셋, 또는 더 많은 다공성 층들)은 각각 독립적으로 약 10㎛ 내지 약 800㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 다공성 층들은 각각 독립적으로 약 20㎛ 내지 약 400㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 다공성 층들은 예를 들어, 각각 독립적으로 적어도 약 10㎛; 적어도 약 40㎛; 적어도 약 80㎛; 적어도 약 100㎛; 또는 적어도 약 200㎛인 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 다공성 층들은 예를 들어, 각각 독립적으로 약 400㎛ 이하; 약 300㎛ 이하; 약 250㎛ 이하; 약 200㎛ 이하; 약 150㎛ 이하; 약 100㎛ 이하; 또는 약 80㎛ 이하인 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 층(예를 들어, 하나 또는 두 개의 다공성 층들)의 두께는 적어도 하나의 비다공성 층의 두께보다 작거나 같다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 층(예를 들어, 하나 또는 두 개의 다공성 층들)의 두께는 적어도 하나의 비다공성 층의 두께보다 크거나 같다.

아래에서 더 설명되듯이, 하나 이상의 다공성 층들은 예를 들어, 어셈블리의 적어도 일부에 분산된 유기 입자들을 포함하는 어셈블리를 소결함으로써 마련될 수 있다. 유기 입자는 예를 들어 탈지(debindering) 또는 소결(sintering) 동안 방사성 세라믹의 영역들 내에 공극들을 산출하도록 휘발될 수 있다. 도펀트와 달리, 유기 입자들은 가열될 때 (있다 하더라도) 아주 적은 확산을 나타낸다; 그러므로, 다공성 영역들의 위치는 유기 입자들을 갖는 어셈블리 내의 층들과 관련이 있다. 이에 따라, 다공성 영역들의 위치, 공극 부피 퍼센트, 및 공극 크기는 유기 입자 크기, 유기 입자들의 양 및 어셈블리 내 유기입자들의 분포에 의해 제어될 수 있다. 다공성 및 (있다면) 비다공성 층들의 배열은 따라서 방사성 세라믹을 마련하기 위해 사용되는 어셈블리의 구성을 변화시킴으로써 쉽게 변화될 수 있다. 더욱이, 위에서 논의된 바와 같이, 어셈블리 내의 도펀트 농도들은 희망하는 도펀트 및 공극률 분포들을 달성하도록 유사하게 변화될 수 있다.

비다공성 영역들은 실질적으로 공극이 없을 수 있다. 비다공성 영역 내의 공극의 부피 퍼센트는 예를 들어 약 0.05% 이하; 약 0.01% 이하; 또는 약 0.001% 이하일 수 있다.

위에서 지적했듯이, 하나 이상의 비다공성 영역들은 방사성 세라믹 내의 층(들)(예를 들어, 도 25a에 도시된 제1 비다공성 층(2510))일 수 있다. 하나 이상의 비다공성 층들의 두께는 다양할 수 있다. 하나 이상의 비다공성 층들(예를 들어, 하나, 둘, 셋, 또는 더 많은 비다공성 층들)은 각각 독립적으로 약 10㎛ 내지 약 800㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비다공성 층들은 각각 독립적으로 약 20㎛ 내지 약 400㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 비다공성 층들은 예를 들어, 각각 독립적으로 적어도 약 10㎛; 적어도 약 40㎛; 적어도 약 80㎛; 적어도 약 100㎛; 또는 적어도 약 200㎛인 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 비다공성 층들은 예를 들어, 각각 독립적으로 약 400㎛ 이하; 약 300㎛ 이하; 약 250㎛ 이하; 약 200㎛ 이하; 약 150㎛ 이하; 약 100㎛ 이하; 또는 약 80㎛ 이하인 두께를 가질 수 있다.

방사성 세라믹 내의 하나 이상의 비다공성 영역들의 위치는 선택적으로 방사성 세라믹 내에서 대칭적 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 만약 (i) 제1 비다공성 층(2510)의 두께가 제2 비다공성 층(2515)의 두께와 대략 동일하고 (ii) 공극률이 다공성 층(2505) 내에서 대체로 균일하다면, 도 25a는 대칭적인 방사성 세라믹을 도시한다. 몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹 내의 하나 이상의 다공성 영역들은 방사성 세라믹 내에 비대칭적인 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 25b는 적어도 제1 다공성 층(2520) 및 제2 다공성 층(2525)이 서로 다른 공극률들을 갖기 때문에 비대칭적인 방사성 세라믹을 도시한다.

적어도 하나의 다공성 영역은 또한 두께를 따라 중간점으로부터 특정된 거리 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 일 예로, 적어도 하나의 다공성 영역은 두께를 따라 중간점으로부터 약 250㎛ 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 영역은 두께를 따라 중간점으로부터 약 200㎛ 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 약 50㎛ 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 약 25㎛ 이하로 떨어져; 또는 두께를 따라 중간점으로부터 약 10㎛ 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 영역은 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 3/8 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/4 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/5 이하로 떨어져; 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/8 이하로 떨어져; 또는 두께를 따라 중간점으로부터 두께의 약 1/10 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 영역은 이트리움 알루미늄 가넷 영역의 중심에 또는 그 근처에 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 층은 제1 또는 제2 표면으로부터 특정된 거리 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 영역은 제1 또는 제2 표면으로부터 약 200㎛ 이하로 떨어져; 제1 또는 제2 표면으로부터 약 100㎛ 이하로 떨어져; 제1 또는 제2 표면으로부터 약 50㎛ 이하로 떨어져; 제1 또는 제2 표면으로부터 약 25㎛ 이하로 떨어져; 또는 제1 또는 제2 표면으로부터 약 10㎛ 이하로 떨어져 위치할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 다공성 영역은 제1 또는 제2 표면에 또는 그 근처에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 제1 다공성 영역은 제1 표면에 또는 그 근처에 위치하고 제2 다공성 영역은 제2 표면에 또는 그 근처에 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 비다공성 영역은 제1 또는 제2 표면에 또는 그 근처에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 제1 비다공성 영역은 제1 표면에 또는 그 근처에 위치하고 제2 비다공성 영역은 제2 표면에 또는 그 근처에 위치한다.

몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 비다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 제1 반치 도펀트 농도는 비다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 제1 반치 도펀트 농도는 다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 제2 반치 도펀트 농도는 비다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 제2 반치 도펀트 농도는 다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 다공성 층 내에 위치하고, 제1 반치 도펀트 농도는 제1 비다공성 층 내에 위치하고, 제2 반치 도펀트 농도는 제2 비다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 제1 다공성 층 내에 위치하고, 제1 반치 도펀트 농도는 제2 다공성 층 내에 위치하고, 제2 반치 도펀트 농도는 제3 다공성 층 내에 위치한다. 몇몇 실시예들에서, 최대 도펀트 농도는 제1 다공성 층 내에 위치하고, 제1 반치 도펀트 농도는 제2 다공성 층 내에 위치하고, 제2 반치 도펀트 농도는 제1 비다공성 층 내에 위치한다.

방사성 세라믹을 제조하는 방법들

여기에 개시된 몇몇 실시예들은 위에서 개시된 임의의 방사성 세라믹과 같은 방사성 세라믹들을 형성하는 방법을 포함한다. 상기 방법은 어셈블리를 소결하는 것을 포함하며, 상기 어셈블리는 비도핑된 층의 일측 상에 배치된 도핑된 층을 포함한다.

도 5a 및 도 5b는 여기에 개시된 방법들에 따라 소결될 수 있는 어셈블리의 일 실시예를 예시한다. 도 5a는 비도핑된 층(520)의 일측 상에 배치된 도핑된 층(510)을 갖는 어셈블리(500)의 측면도이다. 도 5b는 어셈블리(500)의 사시도를 보여준다. 어셈블리(500)는 예를 들어, 도 3에 도시된 것과 유사한 도펀트 농도 구배를 달성하도록 구성되고 적당한 조건들 하에서 소결될 수 있다.

도 6a 및 6b는 여기에 개시된 방법들에 따라 소결될 수 있는 어셈블리의 또 다른 실시예를 예시한다. 도 6a는 제1 비도핑된 층(620)과 제2 비도핑된 층(630) 사이에 개재된 도핑된 층(610)을 갖는 어셈블리(600)의 측면도이다. 도 6b는 어셈블리(600)의 사시도를 보여준다. 에셈블리(600)는 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 유사한 도펀트 농도 구배를 달성하도록 구성되고 적당한 조건들 하에서 소결될 수 있다.

어셈블리의 도핑된 층은 이트리움 알루미늄 가넷, 이트리움 알루미늄 가넷 전구체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 이트리움 알루미늄 가넷 전구체는 상기 공정동안 이트리움 알루미늄 가넷을 형성할 임의의 성분들일 수 있다. 일 예로, 이트리움 알루미늄 가넷 전구체는 소결공정 동안 이트리움 알루미늄 가넷을 형성하는 화학양론비 3:5의 Y₂O₃와 Al₂O₃의 혼합물일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 적어도 50% 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그것과 동등한 양의 전구체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 적어도 80% 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그것과 동등한 양의 전구체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 적어도 90% 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그것과 동등한 양의 전구체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 이트리움 알루미늄 가넷 및 희망하는 도펀트로 필수적으로 구성된다.

도핑된 층은 또한 Nd, Er, Eu, Cr, Yb, Sm, Tb, Ce, Pr, Gd, Dy, Ho, Lu 및 이들의 조합들과 같은 도펀트를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 도펀트는 Ce이다. 도핑된 층 내의 도펀트의 양은 소결이 완료된 후 방사성 세라믹에 발광을 부여하기에 효과적인 양일 수 있다. 더욱이, 출원인들은 도핑된 층 내의 도펀트의 초기 농도가 방사성 세라믹의 초기 내부 양자 효율에 영향을 미칠 수 있다는 것을 발견했다. 따라서, 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 약 0.1 at% 내지 약 5 at% 도펀트를 포함한다. 도핑된 층은 예를 들어, 적어도 약 0.5 at%; 적어도 약 1 at%; 적어도 약 1.5 at%; 또는 적어도 약 2 at%의 도펀트를 포함할 수 있다. 도핑된 층은 예를 들어, 약 4.5 at% 이하; 약 4 at% 이하; 약 3.5 at% 이하; 또는 약 3 at% 이하의 도펀트를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 일반적으로 균일한 분포의 도펀트를 포함한다.

어셈블리(예를 들어, 방사성 세라믹을 형성하기 위해 소결될 수 있는 어셈블리) 내 하나 이상의 비도핑된 층들은 또한 이트리움 알루미늄 가넷, 이트리움 알루미늄 가넷 전구체, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 적어도 50% 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그 전구체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 적어도 80% 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그것과 동등한 양의 전구체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 적어도 90% 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그것과 동등한 양의 전구체를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 이트리움 알루미늄 가넷 및/또는 그것과 동등한 양의 전구체로 필수적으로 구성된다. 그러나, 하나 이상의 비도핑된 층들은 실절적으로 도펀트가 없을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 방사성 세라믹에 발광을 부여하기에 효과적이지 않은 도펀트의 양을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 약 0.05 at% 미만의 도펀트를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 약 0.01 at% 미만의 도펀트를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 약 0.001 at% 미만의 도펀트를 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 도핑된 층 및 하나 이상의 비도핑된 층들의 상대적인 두께는 내부 양자 효율들에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 더 얇은 방사성 층의 경우, 도핑된 층 내의 도펀트는 이웃하는 비도핑된 층들 내로 확산할 수 있으며, 이는 최대 도펀트 농도를 감소시킨다. 임의의 특정 이론에 구속되지 않더라도, 더 낮은 도펀트 농도는 퀀칭(quenching)을 감소시키고 따라서 내부 양자 효율들을 증가시키는 것으로 믿어진다. 이와 대조적으로, 더 두꺼운 방사성 층은 도펀트가 더 두꺼운 도핑된 층을 가로질러 확산할 수 없기 때문에 최대 도펀트 농도에서 유사한 감소를 나타내지 않을 것이다. 이것은 다시 퀀칭을 증가시킬 수 있는 더 높은 최대 도펀트 농도들을 초래할 것이다.

이에 따라, 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 도핑된 층 내에 초기 도펀트 농도의 감소를 가능하게 하도록 구성된 두께를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 소결 동안 도핑된 층으로부터 비방사성 층(들) 내로 확산할 수 있도록 구성된 두께를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 약 10㎛ 내지 약 200㎛ 범위 내의 두께를 가진다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층은 약 40㎛ 내지 약 80㎛ 범위 내의 두께를 가진다. 도핑된 층은 예를 들어, 적어도 약 20㎛; 적어도 약 30㎛; 적어도 약 40㎛; 또는 적어도 약 50㎛인 두께를 가질 수 있다. 도핑된 층은 또한 예를 들어, 약 150㎛ 이하; 약 120㎛ 이하; 약 100㎛ 이하; 약 80㎛ 이하; 또는 약 70㎛ 이하인 두께를 가질 수 있다.

하나 이상의 비도핑된 층들(예를 들어, 하나 또는 두 개의 비도핑된 층들)은 각각 독립적으로 약 40㎛ 내지 약 800㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 하나 이상의 비도핑된 층들은 각각 독립적으로 약 40㎛ 내지 약 400㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 비도핑된 층들은 각각 독립적으로 예를 들어, 적어도 약 40㎛; 적어도 약 80㎛; 적어도 약 100㎛; 또는 적어도 약 200㎛인 두께를 가질 수 있다. 하나 이상의 비도핑된 층들은 각각 독립적으로 예를 들어, 약 400㎛ 이하; 약 300㎛ 이하; 약 250㎛ 이하; 약 200㎛ 이하; 약 150㎛ 이하인 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 비도핑된 층(예를 들어, 하나 또는 두 개의 비도핑된 층들)은 도핑된 층의 두께보다 작거나 같을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 하나의 비도핑된 층(예를 들어, 하나 또는 두 개의 비도핑된 층들)은 도핑된 층의 두께보다 크거나 같을 수 있다.

어셈블리는 예를 들어, 도핑된 층 및 비도핑된 층으로 필수적으로 구성될 수 있다. 달리 말해, 어셈블리는 도핑된 층과 비도핑된 층을 포함하나, 이트리움 알루미늄 가넷 영역을 형성하는 임의의 다른 층들을 배제한다(예를 들어, 도 5a 및 5b 내의 어셈블리(500)). 비도핑된 층의 두께는 예를 들어, 도핑된 층의 두께보다 클 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 도핑된 층의 두께에 대한 비도핑된 층의 두께의 비율은 약 20:1 내지 약 1.5:1의 범위 내에 있을 수 있다. 도핑된 층의 두께에 대한 비도핑된 층의 두께의 비율은 예를 들어, 약 15:1 이하; 약 12:1 이하; 약 10:1 이하; 약 8:1 이하; 또는 약 5:1 이하일 수 있다. 도핑된 층의 두께에 대한 비도핑된 층의 두께의 비율은 또한 예를 들어, 적어도 약 2:1; 적어도 약 3:1; 적어도 약 4:1; 또는 적어도 약 5:1일 수 있다.

어셈블리는 또한 도핑된 층 및 두 개의 비도핑된 층들을 포함하거나 이들 층들로 필수적으로 구성될 수 있다(예를 들어, 도 6a 및 6b 내의 어셈블리(600)). 어셈블리는 따라서 제1 비도핑된 층 및 제2 비도핑된 층을 가진다. 제1 및 제2 비도핑된 층들은 각각 독립적으로 위에서 개시된 것들과 같은 임의의 두께를 가진다. 예를 들어, 제1 비도핑된 층은 약 40㎛ 내지 약 400㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있으며, 제2 비도핑된 층은 약 40㎛ 내지 약 400㎛ 범위 내의 두께를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 비도핑된 층은 도핑된 층보다 더 두껍다. 몇몇 실시예들에서, 제2 비도핑된 층은 도핑된 층보다 더 두껍다. 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 비도핑된 층들은 모두 도핑된 층보다 더 두껍다. 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 비도핑된 층들은 서로 다른 두께들을 가진다. 몇몇 실시예들에서, 제1 및 제2 비도핑된 층들은 대략 동일한 두께들을 가진다.

도핑된 층에 대한 제1 비도핑된 층 또는 제2 비도핑된 층의 비율은 각각 독립적으로 위에서 논의된 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 도핑된 층의 두께에 대한 제1 비도핑된 층의 두께의 비율은 약 20:1 내지 약 1.5:1의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 도핑된 층의 두께에 대한 제2 비도핑된 층의 두께의 비율은 약 20:1 내지 약 1.5:1의 범위 내에 있을 수 있다.

어셈블리 내의 하나 이상의 층들은 선택적으로 유기 입자들을 포함할 수 있다. 이들 유기 입자들은 휘발되어 최종 방사성 세라믹 내에 하나 이상의 다공성 영역들을 형성할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기 입자들은 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유기 입자들은 가교 결합된 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 비드들, 폴리스티렌(polystyrene) 비드, 및 폴리에틸렌(polyethylene) 비드일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리 내의 적어도 하나의 도핑된 층은 유기 입자들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리 내의 적어도 하나의 비도핑된 층은 유기 입자들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 실질적으로 어셈블리 전부가 유기 입자들을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리 내의 적어도 하나의 층은 유기 입자들이 실질적으로 없다.

유기 입자들의 크기는 최종 방사성 세라믹 내의 다공성 영역을 위해 희망하는 공극 크기에 기초하여 선택될 수 있다. 유기 입자들의 평균 최대 치수는 예를 들어, 적어도 약 0.5㎛; 적어도 약 1㎛; 적어도 약 2㎛; 적어도 약 4㎛; 또는 적어도 약 7㎛일 수 있다. 유기 입자들의 평균 최대 치수는 예를 들어, 약 50㎛ 이하; 약 25㎛ 이하; 약 10㎛ 이하; 또는 약 7㎛ 이하일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기 입자들의 평균 최대 치수는 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛ 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 유기 입자들의 평균 최대 치수는 약 4㎛일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리는 유기 입자들을 가지는 두 개 이상의 층들을 포함할 수 있으며, 적어도 두개의 층들 내의 유기 입자들의 평균 최대 치수는 서로 다르다. 예를 들어, 어셈블리는 약 1㎛의 평균 최대 치수를 구비하는 유기 입자들을 가지는 도핑된 층 및 약 4㎛의 평균 최대 치수를 구비하는 유기 입자들을 가지는 비도핑된 층을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 유기 입자들은 일반적으로 구형일 수 있다(예를 들어, 비드들). 몇몇 실시예들에서, 유기 입자들은 약 10 미만; 약 5 미만; 또는 약 2 미만의 종횡비(aspect ratio)를 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기 입자들은 약 1의 종횡비를 가진다.

각 층 내의 유기 입자들의 양은 희망하는 공극 부피 퍼센트에 의존하여 가변될 수 있다. 희망하는 공극 부피 퍼센트를 얻기 위해 필요한 유기 입자들의 양은 유기 입자들의 크기 및 밀도와 같은 다양한 요인들에 의존하여 다양할 수 있다. 숙련된 자는, 본원의 가르침에 의해 안내되어, 이 양을 쉽게 결정할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리 내 적어도 하나의 층 내의 유기 입자들의 양은 약 0.5% 내지 약 80% 범위 내의 공극 부피 퍼센트를 구비하는 다공성 영역을 가지는 최종 방사성 세라믹을 생성하도록 구성된다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리 내 적어도 하나의 층 내의 유기 입자들의 양은 약 1% 내지 약 30% 범위 내의 공극 부피 퍼센트를 구비하는 다공성 영역을 가지는 최종 방사성 세라믹을 생성하도록 구성된다.

어셈블리 형성

어셈블리는 두 개 이상의 캐스트 테이프들(cast tapes)을 적층함으로써 형성될 수 있는데, 캐스트 테이프들은 이트리움 알루미늄 가넷을 포함할 수 있다. 캐스트 테이프들 중 적어도 하나는 또한 도핑된 층을 형성하기 위한 도펀트를 포함할 것이다. 두 개 이상의 캐스트 테이프들을 적층하고 소결하는 방법들의 예들은 미국 특허 제7,514,721호 및 미국 특허공개공보 제2009/0108507호에 개시되어 있으며, 양자는 그 전체가 참고문헌으로 여기에 통합된다. 도 7은 적층을 포함하는 방사성 세라믹을 형성하는 하나의 실시예에 대한 준비 흐름도를 보여준다.

우선, 용매들의 증발 동안 모세관 힘들(capillary forces)로부터 캐스트 테이프들 내 균열이 발생하는 것을 감소시키기 위해 원재료들(예를 들어, YAG를 형성하기 위한 Y₂O₃ 및 Al₂O₃와 같은 질산염 또는 산화물계 원재료들)의 입자 크기가 선택적으로 조정될 수 있다. 예를 들어, 입자 크기는 희망하는 입자 크기를 달성하도록 원재료 입자들을 사전-열처리함으로써 조정될 수 있다. 원재료 입자들은 희망하는 입자 크기를 얻기 위해 약 800℃ 내지 약 1800℃(또는 더 바람직하게는 1000℃ 내지 약 1500℃)의 온도 범위 내에서 사전-열처리될 수 있다. 사전-열처리는 진공, 대기, O₂, H₂, H₂/N₂, 또는 비활성 기체(예를 들어, He, Ar, Kr, Xe, Rn 또는 이들의 조합)에서 일어날 수 있다. 일 실시예에서, 원재료들(예를 들어, YAG를 형성하기 위한 Y₂O₃ 및 Al₂O₃) 각각은 대략 동일한 입자 크기가 되도록 조정된다. 또 다른 실시예에서, 입자들은 약 0.5 m²/g 내지 20 m²/g(바람직하게는 약 1.0 m²/g 내지 10 m²/g 또는 더 바람직하게는 약 3.0 m²/g 내지 약 6.0 m²/g) 범위 내의 BET 표면적을 가진다.

그 후, 슬러리가 테이프로의 후속 캐스팅을 위해 준비될 수 있다. 사전-제조된 형광체들(예를 들어, 여기에 설명된 플로우-기반 열화학적 합성 라우트에 의해 준비된 형광체들) 및/또는 원재료들의 화학양론적 양들이 다양한 성분들과 상호 혼합되어 혼합물을 형성할 수 있다. 혼합물의 전형적인 성분들은 도펀트들, 분산제들, 가소제들, 바인더들(binders), 소결조제들(sintering aids) 및 용매들을 포함하나 이들에 제한되지 않는다.

몇몇 실시예들에서, 플럭스 재료들(예를 들어, 소결조제들)의 적은 양들이 요구된다면 어셈블리의 소결 특성들을 개선하기 위해 사용될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 소결조제들은 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS), 콜로이드 실리카, 리튬 산화물, 티탄 산화물, 지르코늄 산화물, 마그네슘 산화물, 바륨 산화물, 칼슘 산화물, 스트론튬 산화물, 보론 산화물, 또는 칼슘 불화물을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 추가의 소결조제들은 NaCl 또는 KCL과 같은 알칼리 금속 할로겐화물, 및 우레아(urea)와 같은 유기 화합물들을 포함하나, 이에 제한되지 않는다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리는 플럭스 재료(들) 또는 소결조제(들)의 중량으로 약 0.01% 및 약 5% 사이, 약 0.05% 및 약 5% 사이, 약 0.1% 및 약 4% 사이 또는 약 0.3% 및 약 1% 사이를 포함한다. 소결조제는 원재료들과 상호 혼합될 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예들에서, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS)가 희망하는 양의 소결조제를 제공하기 위해 원재료들에 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, TEOS 중량으로 약 0.05% 내지 약 5%가 어셈블리 내에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, TEOS의 양은 중량으로 약 0.3% 및 약 1% 사이일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 다양한 가소제들이 또한 유리 전이 온도를 감소하거나 및/또는 세라믹의 가요성을 개선하기 위해 포함될 수 있다. 가소제들의 비제한적인 예들은, 비스(2-에틸헥실) 프탈레이트(bis(2-ethylhexyl) phthalate), 디이소노닐 프탈레이트(diisononyl phthalate), 비스(n-부틸) 프탈레이트(bis(n-butyl) phthalate), 부틸 벤질 프탈레이트(butyl benzyl phthalate), 디-이소데실 프탈레이트(diisodecyl phthalate), 디-n-옥틸 프탈레이트(di-n-octyl phthalate), 디이소옥틸 프탈레이트(diisooctyl phthalate), 디에틸 프탈레이트(diethyl phthalate), 디이소부틸 프탈레이트(diisobutyl phthalate), 및 디-n-헥실 프탈레이트(di-n-hexyl phthalate)와 같은 디카르복실/트리카르복실 에스테르-기반 가소제들; 비스(2-에틸헥실)아디페이트(bis(2-ethylhexyl)adipate), 디메틸 아디페이트(dimethyl adipate), 모노메틸 아디페이트(monomethyl adipate), 및 디옥틸 아디페이트(dioctyl adipate)와 같은 아디페이트 기반 가소제들; 디부틸 세바케이트(dibutyl sebacate)와 같은 세바케이트-기반 가소제들, 및 말레인산(maleate); 디부틸 말레이트(dibutyl maleate); 디이소부틸 말레이트(diisobutyl maleate); 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리프로필렌 글리콜(polypropylene glycol), 및 이들의 공중합체들과 같은 폴리알킬렌 글리콜들(polyalkylene glycols); 벤조에이트들(benzoates); 에폭시화 식물성 기름들(epoxidized vegetable oils); n-에틸 톨루엔 술폰아미드(N-ethyl toluene sulfonamide), N-(2-히드록시프로필)벤젠 술폰아미드(N-(2-hydroxypropyl)benzene sulfonamide) 및 N-(n-부틸)벤젠 술폰아미드(N-(n-butyl)benzene sulfonamide)와 같은 술폰아미드들; 트리크레실 인산(tricresyl phosphate), 트리부틸 포스페이트(tributyl phosphate)와 같은 유기 인산염들(organophosphates); 트리에틸렌 글리콜 디헥사노에이트(triethylene glycol dihexanoate), 테트라에틸렌 글리콜 디헵타노에이트(tetraethylene glycol diheptanoate)와 같은 글리콜들/폴리에테르들; 트리에틸 시트레이트(triethyl citrate), 아세틸 트리에틸 시트레이트(acetyl triethyl citrate), 트리부틸 시트레이트(tributyl citrate), 아세틸 트리부틸 시트레이트(acetyl tributyl citrate), 트리옥틸 시트레이트(trioctyl citrate), 아세틸 트리옥틸 시트레이트(acetyl trioctyl citrate), 트리헥실 시트레이트(trihexyl citrate), 아세틸 트리헥실 시트레이트(acetyl trihexyl citrate), 부티릴 트리헥실 시트레이트(butyryl trihexyl citrate), 및 트리메틸 시트레이트(trimethyl citrate)와 같은 알킬 시트레이트들(alkyl citrates); 알칼 술폰산 페닐 에스테르(alkyl sulphonic acid phenyl ester); 및 이들의 혼합물들을 포함한다.

몇몇 실시예들에서, 상기 공정은 종종 원료 분말들에 바인더 수지 및 용매를 첨가함으로써 더 수월해질 수 있다. 바인더는 가열되는 혼합물의 입자들의 접착력을 개선하여 복합재료를 형성하는 임의의 물질이다. 바인더들의 일부 비제한적인 예들은 폴리비닐 알콜(polyvinyl alcohol), 폴리비닐 아세테이트(polyvinyl acetate) , 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol), 폴리비닐피롤리돈들(polyvinylpyrrolidones), 폴리비닐 아세테이트들(polyvinyl acetates), 및 폴리비닐 부티레이트들(polyvinyl butyrates)을 포함한다. 전부는 아니고 일부의 경우, 바인더가 소결 단계 동안 전구체 혼합물로부터 완전히 제거 또는 배제될 수 있도록 충분히 휘발성인 것이 유용할 수 있다. 사용될 수 있는 용매들은, 물, 변성 에탄올(denatured ethanol), 메탄올, 이소프로필 알콜 및 이들의 혼합물들과 같은 그러나 이들에 제한되지 않는 저급 알카놀을 포함하며, 바람직하게는 변성 에탄올, 키실렌들(xylenes), 시클로헥사논(cyclohexanone), 아세톤, 톨루엔 및 메틸 에틸 케톤(methyl ethyl ketone), 및 이들의 혼합물들을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 용매는 키실렌과 에탄올의 혼합물이다.

몇몇 실시예들에서, 분산제들은 플로웬(Flowen), 생선 기름, 긴 사슬(long chain) 폴리머, 스테아르 산(steric acid), 산화된 청어 생선 기름, 숙신산(succinic acid), 오르비탄 모노올레이트(orbitan monooleate), 옥살산(ethanedioic acid), 말론산(propanedioic acid), 글루타르산(pentanedioic acid), 아디프산(hexanedioic acid), 피멜산(heptanedioic acid), 서버산(octanedioic acid), 아젤라산(nonanedioic acid), 세박산(decanedioic acid), 프탈산(o-phthalic acid), 테레프탈산(p-phthalic acid)과 같은 디카르복실산들 및 이들의 혼합물들일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 유기 입자들은 최종 방사성 세라믹 내의 하나 이상의 층들에 공극률을 부여하기 위해 첨가될 수 있다. 유기 입자들은 어셈블리와 관련하여 위에서 논의된 것들 중 임의의 것일 수 있다. 예를 들어, 유기 입자들은 가교 결합된 폴리메틸메타크릴레이트 비드들일 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기 입자들의 평균 최대 치수는 약 0.5㎛ 내지 약 50㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 더욱이, 유기 입자들의 양은 최종 방사성 세라믹 내의 임의의 다공성 영역에 대해 희망하는 공극 부피 퍼센트에 기초하여 선택될 수 있다.

그 후, 혼합물은 슬러리를 형성하기 위해 예를 들어, 약 0.5 시간 내지 약 100 시간(바람직하게는 약 6 시간 내지 약 48 시간, 또는 더 바람직하게는 약 12 시간 내지 약 24 시간) 범위 내에서 소정 시간 동안 혼합물을 볼밀링함으로써 분쇄될 수 있다. 볼 밀링은 혼합물 내에 서로 혼합된 성분들과 다른 재료들을 포함하는 밀링 볼들을 이용할 수 있다(예를 들어, 밀링 볼은 YAG를 형성하는 혼합물에 대해 ZrO₂일 수 있다). 일 실시예에서, 볼 밀링은 여과 또는 다른 공지의 분리 방법들에 의해 소정 시간 후 밀링 볼들을 분리하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 슬러리는 약 10cP 내지 약 5000cP(바람직하게는 약 100cP 내지 약 3000cP, 또는 더 바람직하게는 약 400cP 내지 1000cP) 범위 내의 점도를 가진다.

셋째, 슬러리는 테이프를 형성하기 위해 해제 기판(예를 들어, 실리콘 코팅된 폴리에틸렌 테라프탈레이트(polyethylene teraphthalate) 기판) 상에서 캐스팅될 수 있다. 예를 들어, 슬러리는 닥터 블레이드를 이용하여 이동하는 캐리어 상에 캐스팅되고 건조되어 테이프를 형성할 수 있다. 캐스트 테이프의 두께는 닥터 블레이드와 이동하는 캐리어 사이의 간극을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 닥터 블레이드와 이동하는 캐리어 사이의 간극은 약 0.125mm 내지 1.25mm(바람직하게는 약 0.25mm 내지 약 1.00mm, 또는 더 바람직하게는 약 0.375mm 내지 약 0.75mm) 범위 내에 있다. 한편, 이동하는 캐리어의 속력은 약 10cm/min 내지 약 150cm/min(바람직하게는 약 30cm/min 내지 약 100cm/min, 또는 더 바람직하게는 약 40cm/min 내지 약 60cm/min) 범위 내의 속도를 가질 수 있다. 이동하는 캐리어 속력 및 닥터 블레이드와 이동하는 캐리어 사이의 간극을 조정함으로써 테이프는 약 20㎛ 및 약 300㎛ 사이의 두께를 가질 수 있다. 테이프들은 캐스팅 후 선택적으로 희망하는 모양들로 커팅될 수 있다.

두 개 이상의 테이프들이 적층되어 어셈블리를 형성한다. 적층 단계는 두 개 이상의 테이프들을 쌓는 것(예를 들어, 2 내지 100 테이프들이 쌓인다)과 쌓인 테이프들을 열 및 단축 압력(예를 들어, 테이프 표면에 수직인 압력)을 받게 하는 것을 포함한다. 예를 들어, 적층된 테이프들은 테이프 내에 포함된 바인더의 유리 전이 온도(Tg) 위로 가열될 수 있으며 금속 금형들을 이용하여 단축 방향으로 압축될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 단축 압력은 약 1 내지 약 500 MPa(바람직하게는 약 30 MPa 내지 약 60 MPa) 범위 내에 있다. 몇몇 실시예들에서, 열 및 압력은 약 1분 내지 약 60분(바람직하게는 약 15분 내지 약 45분, 또는 더 바람직하게는 약 30분) 범위 내의 시간 동안 인가된다. 적층 단계는 선택적으로 예를 들어, 형상화된 금형들을 이용함으로써 어셈블리 내에 다양한 형상들(예를 들어, 홀들 또는 필라들) 또는 패턴들을 형성하는 것을 포함할 수 있다.

어셈블리의 몇몇 실시예들은 이트리움 알루미늄 가넷 또는 그것의 전구체를 함유하며, 실질적으로 도펀트가 없는 적어도 하나의 테이프를 포함한다. 이에 더하여, 어셈블리는 이트리움 알루미늄 가넷 또는 그것의 전구체, 및 도펀트를 갖는 적어도 하나의 테이프를 포함한다. 적층된 테이프들은 희망하는 어셈블리 구성 및 층 두께들을 달성하도록 정렬될 수 있다. 예를 들어, 테이프들은 도 5a 및 5b 또는 6a 및 6b에 예시된 구성들을 달성하도록 쌓일 수 있다. 도핑된 층 및 하나 이상의 비도핑된 층들의 두께는 어셈블리 내 테이프들의 수를 변화시킴으로써 변형될 수 있다. 예를 들어, 더 두꺼운 비도핑된 층을 얻기 위해, 추가적인 테이프 층들이 어셈블리에 추가될 수 있다.

어셈블리는 선택적으로 유기 입자들을 갖는 적어도 하나의 테이프를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리는 유기 입자들을 갖는 적어도 하나의 테이프 및 유기 입자들이 실질적으로 없는 적어도 하나의 테이프를 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리는 제1 크기의 유기 입자들을 갖는 적어도 하나의 테이프 및 제2 크기의 유기 입자들을 갖는 적어도 하나의 테이프를 포함하며, 제1 크기의 유기 입자들은 제2 크기의 유기 입자들과 다르다. 몇몇 실시예들에서, 어셈블리는 제1 중량의 유기 입자들을 갖는 적어도 하나의 테이프 및 제2 중량의 유기 입자들을 갖는 적어도 하나의 테이프를 포함하며, 제1 양은 제2 양과 다르다.

어셈블리 소결

여기에 개시된 방법들은 방사성 세라믹을 얻기 위해 어셈블리를 소결하는 것을 포함할 수 있다. 당업자는, 본원의 가르침에 의해 안내되어, 도펀트 농도 구배를 갖는 여기에 개시된 것들과 같은 방사성 세라믹을 얻기 위해 어셈블리에 대한 적당한 구성들 및 소결 조건들을 선택할 수 있다.

임의의 특정 이론에 구속되지 않고도, 여기에 개시된 공정들은 도펀트가 도핑된 층으로부터 비도핑된 층으로 확산하도록 하는 것으로 믿어진다. 이 확산 공정은 최종 방사성 세라믹 내에 도펀트 농도 구배를 생성한다. 확산은 고농도 영역으로부터 저농도 영역으로의 종들(예를 들어, 도펀트)의 이동으로 일반적으로 설명된다. 이에 따라서, 도펀트는 고 도펀트 농도를 갖는 도핑된 층으로부터 더 낮은 도펀트 농도를 갖는 비도핑된 층으로 확산할 수 있다.

소결 후에 얻어지는 방사성 세라믹의 두께를 가로질러 상대적인 농도는 픽의 제2 법칙(Fick's second law)을 이용하여 모델링될 수 있다:

, 여기서 x는 방사성 세라믹의 두께를 따른 위치; t는 시간; 및 C(x,t)는 위치 x에서의 도펀트 농도이다. 다양한 해법들이 경계 조건들(예를 들어, 어셈블리의 초기 구성)에 따라 이 식에 이용될 수 있다. 예를 들어, J. Crank, The Mathematics of Diffusion, Oxford University Press, London 1956을 참조하고, 이것은 그 전체가 참고문헌으로 여기에 포함된다.

단순한 해법이 도 5a 및 5b에 도시된 바와 같이 구성된 어셈블리를 모델링하기 위해 이용될 수 있다. 그러나 이 해법은 도펀트 농도가 두께를 따라 제1 및 제2 표면들 근처에서 변함없이 남아 있도록 도핑된 층 및 비도핑된 층 모두가 충분히 두껍다고 가정한다. 이 가정이 타당하다면, 도펀트 농도 구배는

로 모델링될 수 있으며, 여기서 C₀는 도핑된 층 내의 초기 도펀트 농도이고 x는 상기 두 층들 사이의 계면으로부터 떨어진 거리이다. 특히, 이 식은 확산 구배의 기울기가 시간에 따라 계면 근처에서 감소하는 것을 보여준다. 이 변화는 또한 확산 계수에 비례한다. 확산 계수는 일반적으로 온도에 따라 기하급수적으로 증가한다. 또한, 반치 도펀트 농도는 이 모델에서 두 층들 사이의 계면 근처에 있을 것이다.

상기 내용에 기초하면, 소결 조건들이 최종 도펀트 농도 프로파일에 영향을 미칠 것이 분명하다. 예를 들어, 더 긴 시간 동안 소결하는 것은 농도 구배의 기울기를 감소시키고 더 넓은 피크들을 생성할 것이다. 한편, 소결 온도를 증가시키는 것은 확산 계수를 증가시킬 것이고, 이는 확산을 가속할 수 있으며 더 낮은 소결 온도에 비해 더 짧은 시간 내에 감소된 기울기를 생성할 것이다. 물론, 위에 제공된 식들은 단지 적당한 소결 조건들을 선택하여 희망하는 도펀트 농도 프로파일을 얻기 위해 숙련된 자에 의해 사용될 수 있는 간단화된 모델을 제공할 뿐이다. 기초를 이루는 가정들이 항상 적용 가능한 것은 아니므로 숙련된 자는 이들 식들이 단지 가이드로서 역할하는 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 픽의 제2 법칙은 확산 계수가 농도에 관계없이 상수라고 가정한다. 그러나 이 가정은 항상 적합한 것은 아니다.

따라서, 여기에 개시된 공정들은 도펀트의 적어도 일부가 도핑된 층으로부터 확산하게 하는 것을 포함한다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 30%의 도펀트가 상기 공정 동안 도핑된 층으로부터 확산한다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 40%의 도펀트가 상기 공정 동안 도핑된 층으로부터 확산한다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 50%의 도펀트가 상기 공정 동안 도핑된 층으로부터 확산한다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 60%의 도펀트가 상기 공정 동안 도핑된 층으로부터 확산한다. 몇몇 실시예들에서, 적어도 70%의 도펀트가 상기 공정 동안 도핑된 층으로부터 확산한다.

도펀트의 적어도 일부가 비도핑된 층 내로 확산한다. 예를 들어, 도핑된 층 내의 약 30%의 도펀트가 비도핑된 층 내로 확산한다. 몇몇 실시예들에서, 상기 도펀트의 적어도 일부가 제1 비도핑된 층 및 제2 비도핑된 층 내로 확산한다. 일 예로, 도핑된 층 내의 적어도 약 20%의 도펀트가 제1 비도핑된 층 내로 확산할 수 있으며, 도핑된 층 내의 적어도 약 20%의 도펀트가 제2 비도핑된 층 내로 확산할 수 있다.

몇몇 실시예들은 소결 동안 제1 비도핑된 층 내로 확산하는 도핑된 층 내의 제1 양의 도펀트 및 제2 비도핑된 층 내로 확산하는 도핑된 층 내의 제2 양의 도펀트를 가진다. 제1 양 및 제2 양의 상대적인 값들은 어셈블리의 기하 구조에 의해 부분적으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 적당한 조건들 하에서 더 두꺼운 제1 비도핑된 층은 더 얇은 제2 비도핑된 층에 비해 더 많은 양의 도펀트를 받을 수 있다. 제1 양 및 제2 양의 비율은 예를 들어, 약 4:1 및 약 1:4의 범위 내; 약 3:1 및 약 1:3의 범위 내; 또는 약 2:1 및 1:2의 범위 내에 있을 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 제1 양 및 제2 양은 대략 동일하다.

제1 양의 도펀트는 예를 들어, 도핑된 층 내의 적어도 약 20%의 도펀트; 도핑된 층 내의 적어도 약 25%의 도펀트; 도핑된 층 내의 적어도 약 30%의 도펀트; 도핑된 층 내의 적어도 약 35%의 도펀트; 또는 도핑된 층 내의 적어도 약 40%의 도펀트일 수 있다. 제2 양의 도펀트는 예를 들어, 도핑된 층 내의 적어도 약 20%의 도펀트; 도핑된 층 내의 적어도 약 25%의 도펀트; 도핑된 층 내의 적어도 약 30%의 도펀트; 도핑된 층 내의 적어도 약 35%의 도펀트; 또는 도핑된 층 내의 적어도 약 40%의 도펀트일 수 있다.

소결 조건들은 또한 어셈블리 내 도핑된 층의 초기 최대 도펀트 농도에 대한 방사성 세라믹 내 최대 도펀트 농도를 조절하기 위해 조정될 수 있다(예를 들어, 소결 전). 예를 들어, 0.5 at% Ce 도핑된 층을 갖는 어셈블리가 약 0.25 at% Ce의 최대 도펀트 농도를 구비하는 도펀트 농도 구배를 갖는 방사성 세라믹을 생성하도록 소결될 수 있다. 따라서, 이 경우, 최대 도펀트 농도는 도핑된 층 내에서 초기 최대 도펀트 농도의 약 50%이다. 몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹의 도펀트 농도 구배는 어셈블리의 도핑된 층 내 초기 도펀트 농도의 약 65% 이하인 최대 도펀트 농도를 포함한다. 방사성 세라믹의 도펀트 농도 구배는 또한 예를 들어, 어셈블리의 도핑된 층 내 초기 도펀트 농도의 약 60% 이하; 어셈블리의 도핑된 층 내 초기 도펀트 농도의 약 55% 이하; 어셈블리의 도핑된 층 내 초기 도펀트 농도의 약 50% 이하; 어셈블리의 도핑된 층 내 초기 도펀트 농도의 약 40% 이하; 또는 어셈블리의 도핑된 층 내 초기 도펀트 농도의 약 25% 이하의 최대 도펀트 농도를 포함할 수 있다.

소결하기 전에, 선택적인 탈지 공정(debinding process)이 완료될 수 있다. 탈지 공정은 어셈블리 내 유기 성분들의 적어도 일부를 분해하는 것을 포함한다(예를 들어, 어셈블리 내 바인더들, 유기 입자들 및 가소제들을 휘발시킴). 일 예로, 어셈블리는 대기 중에서 약 300℃ 내지 약 1200℃(바람직하게는 약 500℃ 내지 약 1000℃, 또는 더 바람직하게는 약 800℃) 범위 내의 온도로 약 0.1 ℃/min 내지 약 10 ℃/min(바람직하게는 약 0.3 ℃/min 내지 약 5 ℃/min, 또는 더 바람직하게는 약 0.5 ℃/min 내지 약 1.5 ℃/min)의 속도로 가열될 수 있다. 가열 단계는 또한 약 30분 내지 약 300분 범위 내의 시간 동안 상기 온도에 유지하는 것을 포함할 수 있으며, 이것은 어셈블리의 두께에 기초하여 선택될 수 있다.

어셈블리는 진공, 대기, O₂, H₂, H₂/N₂ 또는 비활성 기체(예를 들어, He, Ar, Kr, Xe, Rn, 또는 이들의 조합들)에서 약 1200℃ 내지 약 1900℃(바람직하게는 약 1300℃ 내지 약 1800℃, 또는 더 바람직하게는 약 1350℃ 내지 약 1700℃) 범위 내의 온도에서 약 1 시간 내지 약 20 시간(바람직하게는 약 2 시간 내지 약 10 시간) 범위 내의 시간 동안 소결될 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 탈지 및 소결 공정들은 단일 단계에서 완료된다.

어셈블리는 어셈블리의 왜곡(예를 들어, 워핑(warping), 캠버링(cambering), 벤딩(bending), 등)을 감소시키기 위해 가열 단계 동안 덮개 플레이트들 사이에 샌드위치될 수 있다. 덮개 플레이트들은 가열 단계 동안 인가되는 온도들 위의 녹는점을 갖는 재료들을 포함할 수 있다. 더욱이, 덮개 플레이트는 휘발된 성분들이 덮개 플레이트들을 통해 이동하도록 충분히 다공성일 수 있다. 일 예로, 덮개 플레이트는 약 40%의 공극률을 갖는 지르코늄 이산화물일 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 상기 소결 또는 탈지 조건들은 어셈블리 내 임의의 유기 입자들을 휘발하기에 효과적일 수 있다. 이것은 어셈블리 내 유기 입자들의 크기, 양 및 위치에 상응하는 어셈블리 내 다공성 영역(들)을 산출할 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 유기 입자들은 별개의 가열 단계 동안 휘발될 수 있다.

조명 장치 및 방사성 세라믹의 사용 방법들

몇몇 실시예들은 광원 및 광원에 의해 방출된 방사선의 적어도 일부를 받도록 구성된 방사성 세라믹을 갖는 조명 장치를 제공한다. 방사성 세라믹은 위에서 개시된 임의의 것들과 같은 도펀트 농도 구배를 구비하는 이트리움 알루미늄 가넷 영역을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 광원은 청색 방사선을 방출하도록 구성될 수 있다. 청색 방사선은 예를 들어, 약 360nm 및 약 500nm 사이의 피크 발광 파장을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 광원은 약 450nm 및 약 500nm 사이의 피크 발광 파장을 갖는 방사선을 방출한다. 몇몇 실시예들은 반도체 LED인 광원을 포함한다. 일 예로, 광원은 전원과 결합된 AlInGaN계 단결정 반도체 재료일 수 있다.

도 8은 여기에 개시된 방사성 세라믹을 포함할 수 있는 조명 장치의 예이다. 서브마운트(10)는 그 위에 실장된 종래의 기본 LED와 같은 광원(15)를 가진다. 광원(15)은 광원(15)에서 방출된 광의 적어도 일부를 받는 방사성 층(30)에 인접한다. 선택적인 봉지 수지(25)가 광원(15) 및 방사성 층(30) 상부에 위치한다. 방사성 층(30)은 본원에 개시된 임의의 방사성 세라믹들을 포함할 수 있다.

몇몇 실시예들에서, 조명 장치는 제1 다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 갖는 방사성 세라믹(예를 들어, 도 8에 도시된 방사성 층(30))을 포함하며, 제1 다공성 영역이 제2 다공성 영역보다 더 큰 공극률(예를 들어, 더 큰 평균 공극 크기 및/또는 더 높은 공극 부피 퍼센트)을 가진다. 제2 다공성 영역은 예를 들어, 제1 다공성 영역 및 광원(예를 들어, 광원(15)) 사이에 배치될 수 있다.

본원에 개시된 임의의 방사성 세라믹들을 청색 방사선에 노출하는 것을 포함하는 광을 생성하는 방법들이 또한 여기에 개시된다. 청색 방사선은 예를 들어, 약 360nm 및 약 500nm 사이의 피크 발광 파장을 가질 수 있다. 몇몇 실시예들에서, 청색 방사선은 약 450nm 및 약 500nm 사이의 피크 발광 파장을 가진다.

몇몇 실시예들에서, 방사성 세라믹(예를 들어, 도 8에 도시된 방사성 층(30))은 제1 다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 가지며, 제1 다공성 영역은 제2 다공성 영역보다 더 큰 공극률(예를 들어, 더 큰 평균 공극 크기 및/또는 더 높은 공극 부피 퍼센트)을 가진다. 제2 다공성 영역은 예를 들어, 방사성 세라믹의 제1 표면 및 제1 다공성 영역 사이에 배치될 수 있다. 상기 방법은 예를 들어, 방사성 세라믹의 제1 표면에 청색 방사선을 인가하는 것을 포함할 수 있다.

예들(EXAMPLES)

추가 실시예들이 다음 예들에서 더 상세하게 개시되며, 이들은 어떠한 방식으로든 청구 범위를 제한하려는 의도가 아니다.

예 1: 적층된 복합재료를 위한 비방사성 층들( 비도핑된 호스트 재료)

50 ml 고순도 Al₂O₃ 볼밀 용기(jar)가 3 mm 직경을 가지는 55g의 Y₂O₃-안정화된 ZrO₂ 볼들로 채워졌다. 20 ml 유리병에, 0.153g 분산제(Flowlen G-700. Kyoeisha), 2 ml 크실렌(Fisher Scientific, 실험실 등급) 및 2 ml 에탄올(Fisher Scientifice, 시약 알콜)이 분산제가 완전히 용해될 때까지 혼합되었다. 상기 분산제 용액 및 소결 조제(0.038g, Fluka)로서 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)이 볼밀 용기에 첨가되었다.

4.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Y₂O₃ 분말(3.984g, 99.99%, lot N-YT4CP, Nippon Yttrium Company Ltd.) 및 6.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Al₂O₃ 분말(2.998g, 99.99%, 등급 AKP-30, Sumitomo Chemicals Company Ltd.)이 볼밀 용기에 추가되었다. 전체 파우더 중량은 7.0g 이었고, Y₂O₃ 대 Al₂O₃의 비율은 3:5의 화학양론비이었다. 제1 슬러리는 Y₂O₃ 분말, Al₂O₃ 분말, 분산제, 테트라에톡시실란, 크실렌들, 및 에탄올을 24시간 동안 볼 밀링에 의해 혼합함으로써 생성되었다.

바인더 및 가소제들의 용액이 3.5g 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트)(poly(vinyl butyral-co-vinyl alcohol-co-vinyl acetate))(Aldrich), 1.8 g 벤질 n-부틸 프탈레이트(benzyl n-butyl phthalate)(98%, Alfa Aesar), 및 1.8g 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) (Mn=400, Aldrich)을 12 ml 크실렌(Fisher Scientific, 실험실 등급) 및 12 ml 에탄올(Fisher Scientific, 시약 알콜)에 용해함으로써 준비되었다. 제2 슬러리는 4g의 바인더 용액을 제1 슬러리에 첨가하고 그 후 다시 24 시간 동안 밀링함으로써 준비되었다. 볼 밀링이 완료되었을 때, 제2 슬러리는 공극 크기 0.05mm의 주사기-보조 금속 스크린 여과기를 통과했다. 제2 슬러리의 점도는 상온에서 교반하면서 슬러리 내의 용매들을 증발시킴으로써 400 센티푸아즈(cP)로 조정되었다. 그 후, 상기 슬러리는 해제 기판, 예를 들어 실리콘 코팅된 Mylar^® 캐리어 기판(Tape Casting Warehouse)상에 조정가능한 필름 도포기(Paul N. Gardner Company, Inc.)로 30cm/min의 캐스팅 속도로 캐스팅되었다. 필름 도포기 상의 블레이드 간극은 0.381mm(15mil)에 설정되었다. 캐스트 테이프는 주위 분위기에서 밤새 건조되어 약 100㎛ 두께의 녹색 시트를 생성하였다.

예 2: 적층된 복합재료를 위한 비방사성 층들( Al ₂ O ₃ 재료)

6.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Al₂O₃(5g, 99.99%, 등급 AKP-30, Sumitomo Chemicals Company Ltd.)가 Al₂O₃ 녹색 시트 마련을 위해 위에서 설명된 Y₂O₃ 및 Al₂O₃ 대신에 사용된 것을 제외하고는 비방사성 층들이 예 1에 따라 제조되었다. 약 100㎛ 두께의 녹색 시트가 생성되었다.

예 3: 방사성 층들을 위한 플라즈마 적층

약 20 m²/g의 BET 표면적을 구비하고 이트리움에 대해 1.0 at% 세륨을 함유하는 플라즈마-생성 비결정질 이트리움 알루미늄 산화물(화학양론비 Y:Al:O = 3:5:12) 분말들(5.2g)이 고순도 알루미나 연소 보트에 더해지고 그 후 튜브 퍼니스(MTI GSL-1600) 내에서 대기 또는 3% H2/97% N2에서 1350℃까지 3-5℃/min의 가열 속도로 올려 2시간 동안 열처리하였다. 그 후, 5℃/min의 냉각 속도로 상온까지 냉각되었다. 4.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 황색 분말이 열처리 후에 획득되었다.

50ml 고순도 Al₂O₃ 볼밀 용기가 3mm 직경의 24g Y₂O₃ 안정화된 ZrO₂ 볼로 채워졌다. 그 후, 20 ml 유리병에, 0.084g 분산제(Flowlen G-700. Kyoeisha), 2 ml 크실렌(Fisher Scientific, 실험실 등급) 및 2 ml 에탄올(Fisher Scientifice, 시약 알콜)이 분산제가 완전히 용해될 때까지 혼합되었다. 상기 분산제 용액 및 소결 조제(0.045g 99.0%, Fluka)로서 테트라에톡시실란(tetraethoxysilane)이 볼밀 용기에 첨가되었다. 4.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 상기 열처리된 플라즈마 YAG 분말(3.0g)이 볼밀 용기에 추가되었다. 제1 슬러리는 YAG 분말, 분산제, 테트라에톡시실란, 크실렌, 및 에탄올을 볼 밀링에 의해 24시간 동안 혼합하여 생성되었다.

바인더 및 가소제들의 용액이 5.25g 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트)(poly(vinyl butyral-co-vinyl alcohol-co-vinyl acetate))(Aldrich), 2.6 g 벤질 n-부틸 프탈레이트(benzyl n-butyl phthalate)(98%, Alfa Aesar), 및 2.6g 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) (Mn=400, Aldrich)을 18 ml 크실렌(Fisher Scientific, 실험실 등급) 및 18 ml 에탄올(Fisher Scientific, 시약 알콜)에 용해함으로써 준비되었다. 제2 슬러리는 1.2g의 바인더 용액을 제1 슬러리에 첨가하고 그 후 다시 24 시간 동안 밀링함으로써 준비되었다. 볼 밀링이 완료되었을 때, 제2 슬러리는 공극 크기 0.05mm의 주사기-보조 금속 스크린 여과기를 통과했다. 제2 슬러리의 점도는 상온에서 교반하면서 슬러리 내의 용매들을 증발시킴으로써 400 센티푸아즈(cP)로 조정되었다. 그 후, 상기 슬러리는 해제 기판, 예를 들어 실리콘 코팅된 Mylar^® 캐리어 기판(Tape Casting Warehouse)상에 조정가능한 필름 도포기(Paul N. Gardner Company, Inc.)로 30cm/min의 캐스팅 속도로 캐스팅되었다. 필름 도포기 상의 블레이드 간극은 0.127mm(5mil)에 설정되었다. 캐스트 테이프는 주위 분위기에서 밤새 건조되어 약 40㎛ 두께의 황색을 띤 녹색 시트를 생성하였다.

예4: TOF - SIMS ( Time - Of - Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy )에서 교정 곡선을 설정하기 위한 YAG 세라믹들

교정 곡선을 설정하기 위해 표준 시료들로서 YAG:Ce 세라믹들을 제조하기 위한 플라즈마-YAG 녹색 시트가 예 3에 설명된 것과 동일한 공정 순서들을 따라 준비되었다. 준비된 녹색 시트들은 각각 0.5at%, 1.0at% 및 1.5at%의 Ce를 함유하였다. YAG 녹색 시트는 예 1에 설명된 것과 동일한 공정 순서들을 사용하여 고상 반응에 의해 준비되었다. 준비된 녹색 시트는 Ce를 함유하지 않았다.

예 5: 적층 복합재료

비방사성(예를 들어, 비도핑된 호스트 재료)의 녹색 시트들은 3:5의 원자 비율로 Y₂O₃ 및 Al₂O₃ 분말들을 포함하며, 각 시트는 약 100㎛의 두께를 가진다. 방사성 녹색 시트들은 약 1.0at% Ce를 함유하는 사전-열처리된 플라즈마-합성 YAG:Ce 분말을 포함한다(40㎛ 두께). Al₂O₃ 녹색 시트들은 100㎛의 두께를 갖는 Al₂O₃ 분말들을 포함한다. 이들 녹색 시트들은 레이저 커터로 직경 약 13mm의 원형 형상들로 커팅되었다. 커팅된 비방사성, 방사성 및 Al₂O₃ 조각들의 개수를 변화시킴으로써, 몇 개의 적층 복합재료들이 표 1에 기재된 바와 같이 구성되었다.

어셈블리 구성

시료	도핑된 층	비도핑된 층
1[2-1-2]	1x(40㎛)(Y₀ _.99Ce₀ _.01)₃Al₅O₁₂	2(2x(100㎛) YAG 비도핑)
2[2-3-2]	1x(40㎛)(Y₀ _.995Ce₀ _.005)₃Al₅O₁₂ 1x(40㎛)(Y₀ _.99Ce₀ _.01)₃Al₅O₁₂ 1x(40㎛)(Y₀ _.995Ce₀ _.005)₃Al₅O₁₂	2(2x(100㎛) YAG 비도핑)
3[2-3-2]	3x(40㎛)(Y₀ _.99Ce₀ _.01)₃Al₅O₁₂	2(2x(100㎛) Al₂O₃)

표 1에서, [2-1-2]는 하나의 방사성 층의 각 측면 상에 두 개의 비방사성 층들의 적층을 말한다. 한편, [2-3-2]는 복합재료 3 × 40㎛ 방사성 층의 각 측면 상에 두 개의 비방사성 층들의 적층을 말한다.

펀칭된 원형-형상의 비도핑된 녹색 시트 및 플라즈마 YAG:Ce 녹색 시트의 각각의 조각들은 거울면-연마된 표면들을 구비하는 원형 금형들 사이에 배치되고 핫 플레이트 상에서 80℃까지 가열되었으며, 그 다음 유압 프레스로 5톤의 단축 압력으로 압축되고 그 압력에서 5분 동안 유지되었다. 따라서, 방사성 및 비방사성 층들의 적층된 복합재료들이 생성되었다.

탈지를 위해, 적층된 녹색 시트들이 ZrO₂ 덮개 플레이트들(두께 1mm, 등급 42510-X, ESL Electroscience Inc.) 사이에 샌드위치되었으며, 5mm 두께의 Al₂O₃ 플레이트 상에 배치되었고; 그 후 녹색 시트들로부터 유기 성분들을 제거하기 위해 튜브 퍼니스(MTI GSL-1600) 내에서 대기에서 800℃까지 0.5℃/min의 승온 속도로 가열되고 2시간 동안 유지되었다.

탈지 후, 어셈블리는 1℃/min의 가열 속도로 1500℃에서 20Torr에서 5시간 동안 열처리되어, 비결정질 이트리움 산화물들, YAP, YAM 또는 Y₂O₃ 및 Al₂O₃를 포함하는 그러나 이들에 제한되지는 않는 비방사성 층 내의 Y-Al-O의 비-가넷 상들로부터 이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 상으로의 변환을 완료했으며, 최종 YAG 그레인 크기를 증가시켰다.

제1 열처리 다음에, 약 0.4mm 두께의 반투명 YAG 세라믹 시트를 생성하기 위해 어셈블리는 10^-3 Torr의 진공에서 약 1700℃에서 5시간 동안 소결되었으며 5℃/min의 가열 속도 및 상온까지 10℃/min의 냉각 속도이었다. 갈색을 띤 소결된 세라믹 시트들은 20 Torr 1400℃의 퍼니스에서 2시간 동안 재산화되었으며 가열 및 냉각 속도는 각각 20Torr에서 10℃/min 및 20℃/min이었다. 소결된 적층된 복합재료는 800nm에서 70%보다 큰 투과도를 나타내었다. 455nm에 피크 발광 파장을 가지는 청색 LED로 조사되었을 때, 방사성 및 비방사성 층 사이의 명확한 경계가 관찰될 수 없었으며, 이는 상당한 세륨 확산이 도핑된 플라즈마 YAG 층으로부터 비도핑된 YAG층으로 발생했음을 지시한다.

예 6: 적층된 복합재료의 IQE 측정 결과들

IQE 측정들은 적분구들, 광원들, 단색광 분광기, 광 섬유들 및 아래에서 설명되는 시료 홀더와 같은 필요한 광학 컴포넌트들과 함께 Otsuka Electronics MCPD 7000 다중 채널 광 감지 시스템(Osaka, JPN)으로 수행되었다.

약 11mm의 직경을 갖고 위에서 설명된 것처럼 조성된 YAG:Ce 형광체 세라믹들이 약 1.45의 굴절률을 갖는 아크릴 렌즈를 구비하며 455nm의 피크 파장을 구비하는 발광 다이오드(LED) 상에 배치되었다. YAG:Ce를 구비하는 LED는 적분구 내부에 세팅되었다. YAG:Ce 세라믹 플레이트는 LED에 의해 조사되었으며 청색 LED 및 YAG:Ce의 광학 방사선들이 각각 기록되었다. 다음, YAG:Ce 세라믹 플레이트가 LED로부터 제거되었으며, 그 후, 아크릴 렌즈를 구비하는 청색 LED의 방사선이 측정되었다.

IQE는 도 9에 도시된 바와 같이 청색 LED만 및 청색 LED/YAG:Ce 조합으로부터의 방사선 차이의 적분에 의해 계산되었다. 적층된 복합재료 시료들의 IQE는 90%(200㎛ 두께의 YAG 비도핑된 층들 사이에 YAG:Ce(1.0 at% Ce)의 40㎛ 두께의 층을 구비하는 플라즈마-생성 YAG), 85%(200㎛ 두께의 YAG 비도핑된 층들 사이에 YAG:Ce(1% wt Ce)의 120㎛ 두께의 층을 구비하는 플라즈마-생성 YAG), 및 55%(200㎛ 두께의 Al2O3 비도핑된 층들 사이에 YAG:Ce(1% wt Ce)의 40㎛ 두께의 층을 구비하는 플라즈마-생성 YAG)로 결정되었다.

예 7: TOF - SIMS 분석

예 5에서 시료 1로부터 얻어진 소결된 세라믹이 TOF-SIMS(Time-Of-Flight Secondary Ion Mass Spectroscopy)로 분석되었으며 그 결과들이 도 10에 도시되어 있다. 볼 수 있듯이, Ce는 대략 지점 A(방사성 및 비방사성 층들의 계면)로부터 적어도 약 100㎛ 비방사성 층 내로 연장하는 Ce의 테일링 양에 의해 지시되었듯이 비도핑된 층 내로 확산했다. Ce 농도는 약 .45 유닛으로 감소했다.

예 5에서 시료 2로부터 얻어진 소결된 세라믹이 또한 TOF-SIMS에 의해 분석되었다. 도 11에 지시된 바와 같이, YAG 비도핑된 층의 200㎛ 층들과 조합하여 120 ㎛/YAG(0% Ce)의 사용은 Ce의 확산을 감소시켰다. 이것은 소결 후에 본질적으로 변하지 않은 상태로 남아있는 최대 농도를 생성하였다(예를 들어, 약 10.0 유닛).

비교로서, 예 5에서 시료 3으로부터 얻어진 소결된 세라믹이 또한 TOF-SIMS로 분석되었다. 도 12에 지시된 바와 같이, Al₂O₃의 사용은 Ce의 확산을 차단했으며, 실질적으로 도펀트가 없는 비방사성 층으로 귀착하였다. 또한, 최대 도펀트 농도는 소결 후에 실질적으로 동일하게 남아있었다(예를 들어, 약 10.0 유닛).

예 8

16개의 서로 다른 어셈블리들이 예 1, 3 및 5에 따라 준비되고 소결되었다. 어셈블리는 약 200㎛ 두께(각 측면 상에 적층된 2×100㎛ 시트들)의 두 개의 비도핑된 층들 사이에 샌드위치된 도핑된 층을 포함했다. 도핑된 층은 약 30에서 약 160㎛에 이르는 범위의 두께들 및 0.2%에서 약 1.25% Ce에 이르는 범위의 농도들을 가졌다. 각 복합재료 태블릿에 대한 IQE는 예 5에서 위에서 언급된 바와 같이 결정되었다. 그 결과들이 도 13에 도시되어 있다.

예 9

9개의 서로 다른 어셈블리들이 예 1, 3 및 5에 따라 준비되고 소결되었다. 어셈블리는 약 200㎛ 두께(각 측면 상에 적층된 2×100㎛ 시트들)의 두 개의 비도핑된 층들 사이에 샌드위치된 도핑된 층을 포함했다. 도핑된 층은 약 20에서 약 50㎛에 이르는 범위의 두께들 및 1.25%에서 약 2% Ce에 이르는 범위의 농도들을 가졌다. 각 복합재료 태블릿에 대한 IQE는 예 5에서 위에서 언급된 바와 같이 결정되었다. 그 결과들이 도 14에 도시되어 있다. 도 15는 Ce 농도의 함수로 플로팅된 IQE를 도시한다. 상기 도면은 농도가 2.0 at%를 초과함에 따라 IQE 증가가 정체되는 것을 나타낸다.

예 10

비방사성(예를 들어, 비도핑된) 녹색 시트들은 3:5의 원자 비율로 Y₂O₃ 및 Al₂O₃ 분말들을 포함하며, 각 시트는 약 100㎛의 두께를 가진다. 방사성 녹색 시트들은 약 2.0at% Ce를 함유하는 사전-열처리된 플라즈마-합성 YAG:Ce 분말을 포함한다(37㎛ 두께). 녹색 시트의 적층은 방사성 층의 각 측면에 비방사성의 두 개의 녹색 시트들(200㎛)을 배치함으로써 조성되었다. 이들 녹색 시트들은 레이저 커터로 직경 약 13mm의 원형 형상들로 커팅되었다. 비교 시료에서, YAG:Ce 적층들은 도 16에 도시된 바와 같이 각 측면 상에 0.5 at%의 Ce를 함유하는 플라즈마-YAG 녹색 시트들과 함께 1.0at%의 Ce를 함유하는 플라즈마-YAG:Ce 녹색 시트를 포함하는 방사성 층으로 조성되었다. 도핑된 층 내의 Ce 농도는 대체로 동일하나, 각 구조체에서 Ce 농도 구배는 다르다. 열처리 및 평가에 대해 위에서 설명한 바와 같은 순서들을 따름으로써, IQE 값들이 얻어졌고 도 17에 도시되었다. 050으로 라벨링된 시료는 0.93의 IQE를 보였고, 반면에 051로 라벨링된 시료는 0.71의 IQE를 보였다. 이 차이는 도펀트 농도 구배가 IQE에 영향을 미치는 것을 보여준다. 높은 Ce 농도를 구비하는 얇은 방사성 층이 농도 퀀칭 없이 확산을 통해 높은 IQE를 달성하기에 유리하게 나타난다.

예 11

비방사성(예를 들어, 비도핑된) 녹색 시트들은 3:5의 원자 비율로 Y₂O₃ 및 Al₂O₃를 포함하며, 각 시트는 약 100㎛의 두께를 가지며, 예 1에 언급된 바와 같이 준비되었다. 시료들 5-10에서, 방사성 녹색 시트들은 약 0.5at% Ce(37㎛ 두께), 1.5at% Ce(28㎛ 두께), 2.0at% Ce(23㎛ 두께), 0.2at% Ce(160㎛ 두께), 1.25at% Ce(100㎛ 두께), 및 4.0at% Ce(16㎛ 두께)를 함유하는 사전-열처리된 플라즈마-합성 YAG:Ce 분말을 포함하며, 각각의 희망하는 Ce 양이 희망하는 at%를 얻기 위해 사용되고 각각의 블레이드 간극이 희망하는 녹색 시트 두께, 예를 들어, 37㎛에 대해 0.127mm(5mil), 28㎛에 대해 0.127mm(5mil), 23㎛에 대해 0.127mm(5mil), 40㎛에 대해 0.127mm(5mil) 및 160㎛에 대해 4×40㎛ 적층, 50㎛에 대해 0.254mm(10mil) 및 100㎛에 대해 2×50㎛ 적층, 16㎛에 대해 0.1016mm(4mil)를 얻도록 선택된 것을 제외하고는, 예 3에 언급된 바와 같이 준비되었다.

시료 11에서, Ce 양이 희망하는 at%를 얻기 위해 사용되고 각각의 블레이드 간극이 희망하는 녹색 시트 두께, 예를 들어, 50㎛에 대해 0.254mm(10mil)를 얻도록 선택된 것을 제외하고는, 약 1.0at% Ce를 함유하는 방사성 녹색 시트(50㎛ 두께)가 예 3에서 언급된 바와 같이 준비되었으며, 예 1에 설명된 바와 같은 Y₂O₃ 및 Al₂O₃ 분말들을 포함했다(4.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Y₂O₃ 분말[3.984g, 99.99%, lot N-YT4CP, Nippon Yttrium Company Ltd.] 및 6.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Al₂O₃ 분말[2.998g, 99.99%, 등급 AKP-30, Sumitomo Chemicals Company Ltd.] ).

녹색 시트의 적층은 도 6에 도시한 바와 같이 방사성 층의 각 측면에 비방사성의 두 개의 녹색 시트들(200㎛)을 배치함으로써 조성되었다. 이들 녹색 시트들은 레이저 커터를 사용하여 직경 약 13mm의 원형 형상들로 커팅되었다. 유기 성분의 제거를 위해 대기에서 800℃에서 열처리되고 진공에서 1700℃에서 5시간 동안 소결된 것을 제외하고 열처리 및 평가를 위해 예 4에서 설명한 바와 같은 순서들을 따름으로써, IQE 값들이 표 2에 보인 바와 같이 얻어졌다.

방사성 세라믹에 대한 어셈블리 구성들 및 결과 IQE

시료	비도핑된 층 두께	도핑된 층 두께	도핑된 층 내 Ce 농도	IQE
5	200㎛	40㎛	0.5 at%	0.93
6	200㎛	28㎛	1.5 at%	0.90
7	200㎛	23㎛	2.0 at%	0.95
8	200㎛	160㎛	0.2 at%	0.67
9	200㎛	100㎛	1.25 at%	0.86
10	200㎛	16㎛	4.0 at%	0.79
11	200㎛	50㎛	1.0 at%	0.94

예 12

예 11에서 준비된 바와 같은 시료 5-10은 또한 비행시간형 2차 이온 질량분석 프로파일을 제공하기 위해 분석되었다.

YAG:Ce 세라믹 플레이트들이 에폭시 수지 내에 매립되었다. 매립하는 에폭시를 경화한 후, 세라믹 시료들이 기계적으로 연마되었다. 시료들의 표면 오염이 비스무스 이온 스퍼터링을 사용하여 제거되었다.

TOF-SIMS 분석은 TOF-SIMS 5(ION-TOF GmBH, Munster, Germany)를 사용하여 수행되었다. 세라믹 시료들의 표면은 25kV로 가속된 펄스화한 비스무스 1차 이온들(Bi+)로 조사되었다. 질량 스펙트럼을 얻기 위해, 시료들에서 방출된 양의 2차 이온들이 반사판-형(reflectron-type) 비행시간 질량 분석기에 의해 수집되고 10 kV의 후-가속 에너지를 가지고 마이크로-채널 플레이트 검출기에 의해 검출되었다. 저에너지 전자 플러드 건(electron flood gun)이 분석 모드에서 전하 중성화를 위해 이용되었다.

이온 이미지들(Al+, Ce+, Y+ 등)이 먼저 준비되었다. 그 후, 세라믹의 두께 방향을 따라 각 이온의 프로파일 곡선들이 이온 이미지들로부터 재구성되었다. 신호 강도와 이온 농도 사이의 관계를 나타내는 교정 곡선이 생성되었다. 교정 곡선의 수립은, 도 18에 도시된 바와 같이, TOF-SIMS 장비의 신호 강도를 공지의 이온 농도를 갖는 복수의 표준 시료들과 함께 플로팅함으로써 제공된다. 각 YAG:Ce 플레이트의 두께 방향을 따라 Ce+ 이온의 실제 원자 퍼센트는 결국 이 교정 곡선으로 분석되었다.

도 19-24는 예 11의 시료들 5-10의 각각의 TOF-SIMS 프로파일들을 보여준다. 시료 8 및 시료 9의 Ce+ TOF-SIMS 프로파일들은 시료들 5-7의 그것들과 뚜렷하게 다르다.

예 13: 폴리머 비드들을 구비하는 도핑된 층

4.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Y₂O₃ 분말(3.94g, 99.99%, lot N-YT4CP, Nippon Yttrium Company Ltd.) 및 6.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Al₂O₃ 분말(3.00g, 99.99%, 등급 AKP-30, Sumitomo Chemicals Company Ltd.) 및 Ce(NO₃)₃6H₂O(0.153g, 99.99%, Aldrich)가 볼밀 용기에 추가되었다. 전체 파우더 중량은 7.0g 이었고, Y₂O₃ 대 Al₂O₃의 비율은 3:5의 화학양론비이었다. 제1 슬러리는 Y₂O₃ 분말, Al₂O₃ 분말, Ce(NO₃)₃6H₂O, 분산제, 테트라에톡시실란, 크실렌들, 및 에탄올을 24시간 동안 볼 밀링에 의해 혼합함으로써 생성되었다.

바인더 및 가소제들의 용액이 3.5g 폴리(비닐 부티랄-코-비닐 알콜-코-비닐 아세테이트)(poly(vinyl butyral-co-vinyl alcohol-co-vinyl acetate))(Aldrich), 1.8 g 벤질 n-부틸 프탈레이트(benzyl n-butyl phthalate)(98%, Alfa Aesar), 및 1.8g 폴리에틸렌 글리콜(polyethylene glycol) (Mn=400, Aldrich)을 12 ml 크실렌(Fisher Scientific, 실험실 등급) 및 12 ml 에탄올(Fisher Scientific, 시약 알콜)에 용해함으로써 준비되었다. 제2 슬러리는 4g의 바인더 용액을 제1 슬러리에 첨가하고 그 후 다시 24 시간 동안 밀링함으로써 준비되었다. 볼 밀링이 완료되었을 때, 제2 슬러리는 공극 크기 0.05mm의 주사기-보조 금속 스크린 여과기를 통과했다.

50 ml 고순도 Al₂O₃ 볼밀 용기(jar)가 3 mm 직경을 가지는 15g의 Y₂O₃-안정화된 ZrO₂ 볼들로 채워졌다. 10g 제2 슬러리 및 0.081g 폴리머 비드들(1㎛, 가교 결합된 폴리메틸메타크릴레이트(Cross-linked-polymethylmethacrylate) 수지, Nippon Shokubai, Epostar MA1001)이 Al₂O₃ 볼밀 용기에 첨가되었고 그 후 4시간 동안 밀링했다. 슬러리의 점도는 상온에서 교반하면서 슬러리 내의 용매들을 증발시킴으로써 400 센티푸아즈(cP)로 조정되었다. 그 후, 상기 슬러리는 해제 기판, 예를 들어 실리콘 코팅된 Mylar^® 캐리어 기판(Tape Casting Warehouse)상에 조정가능한 필름 도포기(Paul N. Gardner Company, Inc.)로 30cm/min의 캐스팅 속도로 캐스팅되었다. 필름 도포기 상의 블레이드 간극은 0.127mm(5mil)에 설정되었다. 캐스트 테이프는 주위 분위기에서 밤새 건조되어 약 50㎛ 두께의 녹색 시트를 생성하였다.

예 14: 폴리머 비드들을 구비하는 비도핑된 층

4.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Y₂O₃ 분말(3.94g, 99.99%, lot N-YT4CP, Nippon Yttrium Company Ltd.) 및 6.6 m²/g의 BET 표면적을 구비하는 Al₂O₃ 분말(3.00g, 99.99%, 등급 AKP-30, Sumitomo Chemicals Company Ltd.)이 볼밀 용기에 추가되었다. 전체 파우더 중량은 7.0g 이었고, Y₂O₃ 대 Al₂O₃의 비율은 3:5의 화학양론비이었다. 제1 슬러리는 Y₂O₃ 분말, Al₂O₃ 분말, 테트라에톡시실란, 크실렌들, 및 에탄올을 24시간 동안 볼 밀링에 의해 혼합함으로써 생성되었다.

50 ml 고순도 Al₂O₃ 볼밀 용기(jar)가 3 mm 직경을 가지는 15g의 Y₂O₃-안정화된 ZrO₂ 볼들로 채워졌다. 10g 제2 슬러리 및 2.284g 폴리머 비드들(4㎛, 가교 결합된 폴리메틸메타크릴레이트(Cross-linked-polymethylmethacrylate) 수지, Nippon Shokubai, Epostar MA1001)이 Al₂O₃ 볼밀 용기에 첨가되었고 그 후 4시간 동안 밀링했다. 슬러리의 점도는 상온에서 교반하면서 슬러리 내의 용매들을 증발시킴으로써 400 센티푸아즈(cP)로 조정되었다. 그 후, 상기 슬러리는 해제 기판, 예를 들어 실리콘 코팅된 Mylar^® 캐리어 기판(Tape Casting Warehouse)상에 조정가능한 필름 도포기(Paul N. Gardner Company, Inc.)로 30cm/min의 캐스팅 속도로 캐스팅되었다. 필름 도포기 상의 블레이드 간극은 0.101mm(4mil)에 설정되었다. 캐스트 테이프는 주위 분위기에서 밤새 건조되어 약 40㎛ 두께의 녹색 시트를 생성하였다.

예 15: 다공성 층들을 구비하는 방사성 세라믹들

3:5의 원자 비율로 Y₂O₃ 및 Al₂O₃ 분말들을 포함하는 두 종류의 비도핑된 층들(예를 들어, 비도핑된 호스트 재료)로서, 하나는 폴리머 비드들 없이 100㎛의 두께를 구비하고, 또 다른 하나는 4㎛의 폴리머 비드들 60 vol%를 구비하며 약 40㎛의 두께를 가지고, 이들은 광 발광(photoluminescence)의 산란에 의해 색도의 각도 의존성을 향상시킬 목적으로 폴리머 비드들을 전혀 함유하지 않는 비도핑된 층들과 도핑된 층들 사이에 삽입되었다. 도핑된 층들은 도파 효과(waveguide effect)에 의한 광 발광의 아웃커플링(outcoupling) 손실을 감소시키기 위해 약 1.0 at% Ce(50㎛ 두께) 및 1㎛의 크기를 구비하는 5 vol% 폴리머 비드들을 함유하며 Y₂O₃ 및 Al₂O₃를 포함한다. 이들 층들은 레이저 커터로 직경 약 13mm의 원형 형상들로 커팅되었다. 적층 복합재료의 대칭적인 구성이 표 3에 기재된 바와 같이 구성되었다.

어셈블리 구성들

	층	비드 양(vol%)	비드 크기(㎛)	두께(㎛)	조성
1	비방사성	0	-	100	Y₃Al₅O₁₂
2	비방사성	60	4	40	Y₃Al₅O₁₂
3	방사성	5	1	50	(Y₀ _.99Ce₀ _.01)₃Al₅O₁₂
4	비방사성	60	4	40	Y₃Al₅O₁₂
5	비방사성	0	-	100	Y₃Al₅O₁₂

펀칭된 원형-형상의 비도핑된 녹색 시트 및 도핑된 녹색 시트의 각각의 조각들은 거울면-연마된 표면들을 구비하는 원형 금형들 사이에 배치되고 핫 플레이트 상에서 80℃까지 가열되었으며, 그 다음 유압 프레스로 5톤의 단축 압력으로 압축되고 그 압력에서 5분 동안 유지되었다. 따라서, 방사성 및 비방사성 층들의 적층된 복합재료들이 생성되었다.

탈지를 위해, 어셈블리가 ZrO₂ 덮개 플레이트들(두께 1mm, 등급 42510-X, ESL Electroscience Inc.) 사이에 샌드위치되었으며, 5mm 두께의 Al₂O₃ 플레이트 상에 배치되었고; 그 후 녹색 시트들로부터 유기 성분들을 제거하기 위해 튜브 퍼니스 내에서 대기에서 800℃까지 0.5℃/min의 승온 속도로 가열되고 2시간 동안 유지되었다. 이 공정에서, 폴리머 성분들의 연소에 의해 폴리머 비드들을 함유하는 층 부분에 다공성 구조체가 형성되었다.

제1 열처리 다음에, 약 0.4mm 두께의 반투명 YAG 세라믹 시트를 생성하기 위해 어셈블리는 10^-3 Torr의 진공에서 약 1700℃에서 5시간 동안 더 소결되었으며 5℃/min의 가열 속도 및 상온까지 10℃/min의 냉각 속도이었다. 갈색을 띤 소결된 세라믹 시트들은 20 Torr 1400℃의 퍼니스에서 2시간 동안 재산화되었으며 가열 및 냉각 속도는 각각 20Torr에서 10℃/min 및 20℃/min이었다. 소결된 적층된 복합재료는 800nm에서 50%보다 큰 투과도를 나타내었다. 455nm에 피크 발광 파장을 가지는 청색 LED로 조사되었을 때, 방사성 및 비방사성 층 사이의 명확한 경계가 관찰될 수 없었으며, 이는 상당한 세륨 확산이 도핑된 플라즈마 YAG 층으로부터 비도핑된 YAG층으로 발생했음을 지시한다.

예 16: 적층 복합재료의 IQE 및 각도 의존성 측정 결과들

IQE 측정이 예 6에서 설명된 바와 같은 장치 및 배치를 이용하여 수행되었다. 다공성 층들을 가지는 예 15에 따라 생성된 적층된 복합 재료 시료의 IQE는 90%이었다.

도 26에 도시된 배치가 YAG 형광체 세라믹에 대한 색도 좌표의 각도 의존성을 측정하기 위해 사용되었다. 상기 배치는 고감도 다중채널 광검출기 및 광 발광 신호를 수신하기 위한 적분구(OTSUKA ELECTRONICS, Osaka Japan)를 포함한다. 360도 회전 플랫폼 및 병진 운동 스테이지들은 0 내지 360도 범위 내에서 적분구에 대해 광 발광원의 각도 변화를 허용했다. 1.0mm×1.0mm로 다이싱된 형광체 세라믹이 실리콘 수지에 의해 청색 LED 소스(Cree Inc.)에 부착되었으며 주위 분위기에서 1시간 동안 150℃에서 경화되어 LED 모듈을 형성하였다. LED 모듈은 회전 플랫폼에 부착된 시료 홀더 상에 장착되었다. 각도 의존성을 측정하기 위해, 3.0V의 DC 전압 및 0.1A의 전류가 LED 모듈에 인가되었다. YAG 세라믹 표면이 적분구에 수직하게 대면하는 위치로 정의된 0도에서 시작하여, YAG 세라믹의 광 발광이 시계 방향 및 반시계 방향으로 10도 간격으로 90도까지 기록되었으며, 90도는 YAG 세라믹의 가장자리가 적분구를 향하는 것을 의미한다.

YAG 세라믹의 각도 의존성은 도 27에 도시된 바와 같이 각도에 대해 색도 좌표를 플로팅함으로써 얻어진다. 사각형 데이터 점들은 예 15에 따라 준비된 방사성 세라믹에 대해 측정되었으며, 원 데이터 점들은 예 11에 따라 (즉, 다공성 영역이 없이) 준비된 방사성 세라믹에 대해 측정되었다. 도 17로부터 명확하듯이, 방사성 세라믹에 다공성 영역들을 포함하는 것은 발광 특성들의 등방성을 개선한다.

Claims

이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역 및 제1 표면과 제2 표면 사이의 상기 YAG 영역의 두께를 따라 농도 구배를 갖는 도펀트를 포함하고, 상기 농도 구배는, YAG 영역의 두께 방향을 따라 1/4 내지 3/4 사이에 있는 최대 도펀트 농도, 상기 최대 도펀트 농도의 제1 반치 도펀트 농도, 및 상기 제1 반치 도펀트 농도에서 제1 기울기를 포함하고, 상기 제1 기울기의 절대값은 0.001 및 0.004 (at%/㎛)의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 0.25 at% 내지 0.5 at%의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 제1 또는 제2 표면으로부터 100㎛ 이하로 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께의 중심으로부터 100㎛ 이하로 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도의 위치로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 제1 및 제2 표면들로부터 적어도 50㎛ 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 제1 반치 도펀트 농도의 위치로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치하는 제2 반치 도펀트 농도를 더 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 7에 있어서, 상기 제2 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도의 위치로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 7에 있어서, 상기 제2 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제2 기울기를 더 포함하고, 상기 제2 기울기의 절대값은 0.001 및 0.004 (at %/㎛)의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 9에 있어서, 상기 제1 기울기의 절대값은 상기 제2 기울기의 절대값과 동일한 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 도펀트 농도 구배는 50㎛ 내지 400㎛의 범위 내에 있는 반치폭을 갖는 피크를 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 YAG 영역의 두께는 100㎛ 내지 1mm 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 1에 있어서, 상기 YAG 영역은 제1 다공성 영역을 더 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 0.5% 내지 80% 범위 내의 공극 부피를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 14에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 1% 내지 30% 범위 내의 공극 부피를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 다공성 영역은 0.5㎛ 내지 50㎛ 범위 내의 평균 크기를 갖는 공극들을 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 16에 있어서, 상기 공극들은 1.0㎛ 내지 10㎛ 범위 내의 평균 크기를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 비다공성 영역을 포함하고, 상기 제1 다공성 영역은 상기 제1 비다공성 영역 및 제2 비다공성 영역 사이에 배치된 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 포함하고, 상기 제1 비다공성 영역은 상기 제1 다공성 영역 및 상기 제2 다공성 영역 사이에 배치된 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 두께의 중심으로부터 100㎛ 이하로 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 두께의 중심으로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 제1 표면 또는 상기 YAG 영역의 제2 표면에 또는 상기 제1 표면 또는 제2 표면 근처에 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 YAG 영역은 상기 다공성 영역과 동일한 크기인 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 10㎛ 내지 400㎛ 범위 내의 두께를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 13에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 내의 유기 입자들 또는 그 전구체를 휘발시킴으로써 얻어진 방사성 세라믹.
이트리움 알루미늄 가넷(YAG) 영역 및 제1 표면과 제2 표면 사이의 상기 YAG 영역의 두께를 따라 농도 구배를 갖는 도펀트를 포함하고, 상기 농도 구배는 최대 도펀트 농도, 제1 반치 도펀트 농도, 및 상기 제1 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제1 기울기를 갖고, 상기 제1 기울기의 절대값은 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 1/8 및 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 2배의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께를 따라 1/4 및 3/4 사이에 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 27에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께의 중심에 또는 그 근처에 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 상기 YAG 영역의 두께의 대향 측면들 상의 제1 또는 제2 표면으로부터 상기 두께의 1/10 이하로 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 최대 도펀트 농도는 0.25 at% 내지 0.5 at%의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 제1 기울기의 절대값은 0.001 및 0.004 (at %/㎛)의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 농도 구배는 제2 반치 도펀트 농도에서 또는 그 근처에서 제2 기울기를 더 포함하고, 상기 제2 기울기의 절대값은 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 1/8 및 상기 두께로 나누어진 상기 최대 도펀트 농도의 2배의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 32에 있어서, 상기 제1 및 제2 기울기들의 절대값은 동일한 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 모두로부터 상기 YAG 영역의 두께의 적어도 1/10 떨어져 있고, 상기 제1 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도로부터 상기 두께의 적어도 1/10 떨어져 있는 방사성 세라믹.
청구항 32에 있어서, 상기 제2 반치 도펀트 농도는 상기 제1 표면 및 상기 제2 표면 모두로부터 상기 YAG 영역의 두께의 적어도 1/10 떨어져 있고, 상기 제2 반치 도펀트 농도는 상기 최대 도펀트 농도 및 상기 제1 반치 도펀트 농도 모두로부터 상기 두께의 적어도 1/10 떨어져 있는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 YAG 영역의 두께는 100㎛ 내지 1mm의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 26 내지 36의 어느 한 항에 있어서, 상기 도펀트 농도 구배는 상기 YAG 영역의 중심 또는 그 근처의 지점에 대해 대칭인 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 도펀트 농도 구배는 상기 YAG 영역 두께의 전체를 따라 발광(luminescence)을 생성하기에 효과적인 도펀트 농도들을 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 도펀트 농도 구배는 0.01 at % 내지 0.5 at % 범위 내의 평균 도펀트 농도를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 39에 있어서, 상기 평균 도펀트 농도에 대한 상기 최대 도펀트 농도의 비율은 5:1 내지 1.5:1의 범위 내에 있는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 도펀트 농도 구배는 상기 두께의 1/5 내지 상기 두께의 4/5의 범위 내의 반치폭을 갖는 피크를 더 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 YAG 영역은 제1 다공성 영역을 더 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 0.5% 내지 80% 범위 내의 공극 부피를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 43에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 10% 내지 30% 범위 내의 공극 부피를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 0.5㎛ 내지 50㎛ 범위 내의 평균 크기를 갖는 공극들을 포함하는 방사성 세라믹.
청구항 45에 있어서, 상기 공극들은 1.0㎛ 내지 10㎛ 범위 내의 평균 크기를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 비다공성 영역을 더 포함하고, 상기 제1 다공성 영역은 상기 제1 비다공성 영역과 상기 제2 비다공성 영역 사이에 배치된 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 YAG 영역은 제1 비다공성 영역 및 제2 다공성 영역을 더 포함하고, 상기 제1 비다공성 영역은 상기 제1 다공성 영역과 상기 제2 다공성 영역 사이에 배치된 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 두께의 중심으로부터 100㎛ 이하로 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 두께의 중심으로부터 적어도 25㎛ 떨어져 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역의 제1 표면 또는 상기 YAG 영역의 제2 표면에 또는 상기 제1 표면 또는 제2 표면 근처에 위치하는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 YAG 영역은 상기 다공성 영역과 동일한 크기인 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 10㎛ 내지 400㎛ 범위 내의 두께를 갖는 방사성 세라믹.
청구항 42에 있어서, 상기 제1 다공성 영역은 상기 YAG 영역 내의 유기 입자들 또는 그 전구체를 휘발시킴으로써 얻어진 방사성 세라믹.
청구항 26에 있어서, 상기 방사성 세라믹은, 455nm의 파장을 갖는 방사선에 노출될 때, 적어도 0.80의 내부 양자 효율(IQE)을 나타내는 방사성 세라믹.
어셈블리를 소결하는 것을 포함하되, 상기 어셈블리는 제1 비도핑된(non-doped) 층의 일측 상에 배치된 도핑된 층을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법에 있어서:
상기 도핑된 층은 이트리움 알루미늄 가넷(YAG), YAG 전구체, 또는 이들의 조합, 및 도펀트를 포함하고, 상기 도핑된 층은 10㎛ 내지 200㎛ 범위 내의 두께를 갖고;
상기 제1 비도핑된 층은 YAG, YAG 전구체, 또는 이들의 조합을 포함하고, 상기 제1 비도핑된 층은 40㎛ 내지 800㎛ 범위 내의 두께를 갖고; 및
상기 도핑된 층 내의 적어도 30%의 도펀트가 공정 동안 상기 도핑된 층으로부터 확산하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 도핑된 층은 YAG, YAG 전구체, 또는 이들의 조합을 포함하는 제2 비도핑된 층과 상기 제1 비도핑된 층 사이에 배치되고, 상기 제1 및 제2 비도핑된 층들은 각각 독립적으로 40㎛ 내지 400㎛ 범위 내의 두께를 갖는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 57에 있어서, 상기 도핑된 층 내의 도펀트의 적어도 일부는 상기 소결 동안 상기 제1 및 제2 비도핑된 층들 모두 내로 확산하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 도핑된 층 내의 80% 이하의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 도핑된 층으로부터 확산하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 도핑된 층은 40㎛ 내지 80㎛ 범위 내의 두께를 갖는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 57에 있어서,
상기 제1 비도핑된 층의 두께는 상기 제2 비도핑된 층의 두께와 동일하고; 및
상기 제1 비도핑된 층의 두께 및 상기 제2 비도핑된 층의 두께 모두 상기 도핑된 층의 두께보다 더 큰 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 57에 있어서,
상기 제1 비도핑된 층의 두께는 상기 제2 비도핑된 층의 두께보다 더 작고; 및
상기 제2 비도핑된 층의 두께는 상기 도핑된 층의 두께보다 더 크거나 같은 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 어셈블리는 100㎛ 내지 1mm 범위 내의 전체 두께를 갖는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 도핑된 층은 0.1 at% 내지 5 at%를 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 57에 있어서,
상기 도핑된 층 내의 제1 양의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 제1 비도핑된 층 내로 확산하고;
상기 도핑된 층 내의 제2 양의 도펀트가 상기 공정 동안 상기 제2 비도핑된 층 내로 확산하고; 및
상기 제2 양의 도펀트에 대한 상기 제1 양의 도펀트의 비율은 4:1 내지 1:4의 범위 내에 있는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 65에 있어서, 상기 제1 양의 도펀트는 상기 제2 양의 도펀트와 동일한 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 어셈블리를 소결하는 것은 1000℃ 내지 1900℃ 범위 내의 온도에서 적어도 2시간 동안 상기 어셈블리를 가열하는 것을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 67에 있어서, 상기 온도는 1300℃ 내지 1800℃ 범위 내에 있는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 67에 있어서, 상기 어셈블리는 상기 온도에서 적어도 5 시간 동안 가열되는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 67에 있어서, 상기 어셈블리는 상기 온도에서 20시간 이하 동안 가열되는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56에 있어서, 상기 도핑된 층 또는 상기 제1 비도핑된 층 중의 적어도 하나는 유기 입자들을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 유기 입자들은 폴리머를 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 유기 입자들은 0.5㎛ 내지 50㎛ 범위 내에서 최대 직경을 갖는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 도핑된 층의 적어도 하나 및 상기 제1 비도핑된 층은 0.5 부피% 내지 80 부피% 범위 내의 유기 입자들의 양을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 도핑된 층은 상기 유기 입자들을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 제1 비도핑된 층은 상기 유기 입자들을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 어셈블리의 각 층은 상기 유기 입자들을 포함하는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 71에 있어서, 상기 어셈블리 내의 적어도 하나의 층은 상기 유기 입자들이 없는 방사성 세라믹 형성 방법.
청구항 56의 방법에 의해 제조된 방사성 세라믹.
청구항 79에 있어서, 상기 방사성 세라믹은, 455nm의 파장을 갖는 방사선에 노출될 때, 적어도 0.80의 내부 양자 효율(IQE)을 나타내는 방사성 세라믹.
청색 방사선을 방출하도록 구성된 광원; 및
청구항 1의 방사성 세라믹을 포함하고, 상기 방사성 세라믹은 상기 청색 방사선의 적어도 일부를 받도록 구성된 조명 장치.
청구항 1의 상기 방사성 세라믹을 청색 방사선에 노출시키는 것을 포함하는 광 생성 방법.