JP2006117511A - ガラスまたはガラスセラミックス - Google Patents
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Abstract
【課題】希土類イオンで高水準のドープを行うのに根本的に適しているガラスまたはガラスセラミックスを開示する。
【解決手段】少なくとも構成成分ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3を含んでおり、好ましくは希土類イオンでドープされているガラスおよびガラスセラミックスを開示する。Ｙ2Ｏ3の重量と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率は、少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．４以上である。希土類イオンが、前記ガラスから析出される高濃度のイットリウム含有量で、結晶相に取り込まれることができることが好ましい。
【選択図】図２
【解決手段】少なくとも構成成分ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3を含んでおり、好ましくは希土類イオンでドープされているガラスおよびガラスセラミックスを開示する。Ｙ2Ｏ3の重量と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率は、少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．４以上である。希土類イオンが、前記ガラスから析出される高濃度のイットリウム含有量で、結晶相に取り込まれることができることが好ましい。
【選択図】図２
Description
本発明はガラスまたはガラスセラミックス、およびその好適な使用法に関する。
発光源は、通常放電ランプおよび固体ランプに分類される。汎用照明および車載照明用途すなわち、ハロゲンランプ等の絶対輝度が必要とされる用途では、固体ランプの中で、熱発光体が主として使用される。さらに、たとえば無機ＬＥＤ等の発光放射体の形態を有する固体発光源がこれまで知られている。
一般にＬＥＤは多くの特性を兼ね備えているため非常に有利である。その特性とは以下のようなものである。電気エネルギーを光エネルギーに直接変換する結果、高性能であること。小型形状であること（点状の放射体であり照明系に対して設計選択範囲が広くなる。）。異なる発色が可能であること（色混合の考え方を使用して、動的に光を調和させることができ、ユーザ指向の照明が可能となる。）。
一般にＬＥＤは多くの特性を兼ね備えているため非常に有利である。その特性とは以下のようなものである。電気エネルギーを光エネルギーに直接変換する結果、高性能であること。小型形状であること（点状の放射体であり照明系に対して設計選択範囲が広くなる。）。異なる発色が可能であること（色混合の考え方を使用して、動的に光を調和させることができ、ユーザ指向の照明が可能となる。）。
しかしながら、数年前までは、ＬＥＤは低強度発光の用途として特にディスプレイ用にのみ使用されていた。ところが、最近、より高度な光を必要とする用途のためにＬＥＤの有する重要な可能性が認識され、ＬＥＤへのエネルギー導入を向上させるため、およびＬＥＤにおける熱管理を向上させるために多くの努力がなされた。しかし一般の照明目的、または車載照明用途でＬＥＤをより徹底的に利用するために以下のことを視野に入れて、設計と使用材料との一層の調整がさらに必要とされる。すなわち、
−効率をさらに高めること（蛍光灯の範囲まで、すなわちおよそ１００ ｌｍ／Ｗ）、
−さらに明るさを増すために絶対的なエネルギーの導入を高めること（５０から２０００ ｌｍ）、
−光の放出を向上させること、
−できるだけ理想的な白い色感覚を作り出すために、青色領域または紫外線領域における発光を行う強力なＬＥＤの変換を向上させること、
−ＬＥＤ中で使用する材料の熱的およびＵＶに対する長期間の安定性を向上させること。
−効率をさらに高めること（蛍光灯の範囲まで、すなわちおよそ１００ ｌｍ／Ｗ）、
−さらに明るさを増すために絶対的なエネルギーの導入を高めること（５０から２０００ ｌｍ）、
−光の放出を向上させること、
−できるだけ理想的な白い色感覚を作り出すために、青色領域または紫外線領域における発光を行う強力なＬＥＤの変換を向上させること、
−ＬＥＤ中で使用する材料の熱的およびＵＶに対する長期間の安定性を向上させること。
ＬＥＤは、非常に狭いスペクトル領域の光を生成するが、照明目的では一般に白色光が要求される。市販の白色ＬＥＤはＩＩＩ−Ｖ族半導体発光体を使用して、より低い波長領域の二次的な波長を発光する発光材料を励起する（ダウンコンバージョン）。これまで知られている１つの選択肢では、広帯域黄色蛍光体（ＹＡＧ：Ｃｅ）を励起するために青色ＩｎＧａＮ／ＧａＮのＬＥＤを使用する。この蛍光体変換ＬＥＤを使用すると、青い発光のある部分は、ＬＥＤチップを覆う蛍光体層を通過するので、結果として得られる全体的なスペクトルが白色光に非常に近い色を有するようになる。しかしながらこの場合は、青色／緑色領域および赤色波長領域のスペクトル成分が欠如しているために、ほとんどの場合、発色が不十分である。
さらなる手法は、紫外または近紫外領域で発光を行い、フルカラー蛍光体システムに結合している半導体発光体を使用することである。これによって、満足な発色の白色光源を得ることができることが認められている（下記非特許文献１参照）。
この場合、蛍光体粒子は、エポキシ樹脂に埋め込まれており、発光層として半導体発光体に塗布されている。
この場合、蛍光体粒子は、エポキシ樹脂に埋め込まれており、発光層として半導体発光体に塗布されている。
望ましいスペクトル領域でＬＥＤによって発光された光を変換するため、かつ特に白色光を発生するために使用される前述の蛍光体層には、使用される蛍光体がエポキシ樹脂に埋め込まれているという事実に起因するある欠点がある。
使用される粒状体が散乱損失を引き起こすからである。半導体発光体上で粒状物質が不均一な分布状態にあると、角度に依存して異なる色彩感覚を与えることになる。さらに、エポキシ樹脂は、多くの点で、特に光学的および機械的性質の面で長期間の安定性を欠いている。また、一般に高輝度を生み出すのにその熱安定性が不十分である。さらに、この型の変換層の製造は複雑であり高価になる。
使用される粒状体が散乱損失を引き起こすからである。半導体発光体上で粒状物質が不均一な分布状態にあると、角度に依存して異なる色彩感覚を与えることになる。さらに、エポキシ樹脂は、多くの点で、特に光学的および機械的性質の面で長期間の安定性を欠いている。また、一般に高輝度を生み出すのにその熱安定性が不十分である。さらに、この型の変換層の製造は複雑であり高価になる。
さらに、オキシナイトライドガラスマトリックスを有する蛍光体を使用することが、下記特許文献１で知られており、このものは、
２０〜５０ｍｏｌ％のＣａＯ、
０〜３０ｍｏｌ％のＡｌ2Ｏ3、
２５〜６０ｍｏｌ％のＳｉＯ2、
５〜５０ｍｏｌ％のＡｌＮ、
０．１〜２０ｍｏｌ％の希土類酸化物、および
遷移金属酸化物を含み、
青色の領域で発光するＬＥＤを使用して白色光を生成する。
２０〜５０ｍｏｌ％のＣａＯ、
０〜３０ｍｏｌ％のＡｌ2Ｏ3、
２５〜６０ｍｏｌ％のＳｉＯ2、
５〜５０ｍｏｌ％のＡｌＮ、
０．１〜２０ｍｏｌ％の希土類酸化物、および
遷移金属酸化物を含み、
青色の領域で発光するＬＥＤを使用して白色光を生成する。
下記特許文献２では、ハイブリッドＬＥＤを開示しており、そのハイブリッドＬＥＤは、あるＬＥＤによって放射された主として紫外線領域における光スペクトルを、より長い波長の光スペクトルへ発光ガラス体によって変換する。
しかし、下記特許文献２は、発光ガラス体の構造に関して詳細を示していない。
基本的には希土類でドープされており、特に眼科分野でレーザー使用中のフィルターとしてアップワードコンバージョンおよび発光用途に使用される発光ガラスは知られているが、前記先行技術では、十分に高品質であり強度を有する白色光を生成して、たとえば屋内の照明目的に使用できるような発光ガラスは開示されていない。
しかし、下記特許文献２は、発光ガラス体の構造に関して詳細を示していない。
基本的には希土類でドープされており、特に眼科分野でレーザー使用中のフィルターとしてアップワードコンバージョンおよび発光用途に使用される発光ガラスは知られているが、前記先行技術では、十分に高品質であり強度を有する白色光を生成して、たとえば屋内の照明目的に使用できるような発光ガラスは開示されていない。
たとえば、下記特許文献３では、発光状態を生成するために希土類陽イオンを含んでいるケイ酸塩ガラスおよびガラスセラミックスが開示されている。これらのガラスおよびガラスセラミックスは、
３０〜７０ｍｏｌ％のＳｉＯ2、
最大１０ｍｏｌ％までのＧｅＯ2、
５〜４０ｍｏｌ％のＭｇＯ、
１０〜５５ｍｏｌ％のＭＯを含んでおり、ここで、
Ｍは、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選択される。
３０〜７０ｍｏｌ％のＳｉＯ2、
最大１０ｍｏｌ％までのＧｅＯ2、
５〜４０ｍｏｌ％のＭｇＯ、
１０〜５５ｍｏｌ％のＭＯを含んでおり、ここで、
Ｍは、Ｃａ、ＳｒおよびＢａから選択される。
下記特許文献４では、酸化物の蛍光ガラスが開示されており、これは、
２〜６０ｍｏｌ％のＳｉＯ2、
５〜７０ｍｏｌ％のＢ2Ｏ3、
５〜３０ｍｏｌ％ＲＯを含んでおり、ここで、
ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびＢａから選択される。また、２〜１５ｍｏｌ％のＴｂ2Ｏ3またはＥｕ2Ｏ3が発光目的で添加される。
２〜６０ｍｏｌ％のＳｉＯ2、
５〜７０ｍｏｌ％のＢ2Ｏ3、
５〜３０ｍｏｌ％ＲＯを含んでおり、ここで、
ＲはＭｇ、Ｃａ、Ｓｒ、およびＢａから選択される。また、２〜１５ｍｏｌ％のＴｂ2Ｏ3またはＥｕ2Ｏ3が発光目的で添加される。
下記特許文献５では、アルミノケイ酸塩ガラスが開示されており、これは、
３０〜６０モル％のＳｉＯ2、
２０〜３５モル％のＡｌ2Ｏ3。
主としてＹ2Ｏ3を含む１０〜３０モル％のイットリウム濃縮物、
希土類酸化物および、
ＺｒＯ2を含んでいる。
３０〜６０モル％のＳｉＯ2、
２０〜３５モル％のＡｌ2Ｏ3。
主としてＹ2Ｏ3を含む１０〜３０モル％のイットリウム濃縮物、
希土類酸化物および、
ＺｒＯ2を含んでいる。
このガラスは生産するには非常に複雑な方法を必要とする。また、このガラスは必要な発光特性を有していない。
特開２００１−２１４１６２号公報
独国特許出願公開第１０１ ３７ ６４１号明細書
特開２０００-２８１３８２号公報
欧州特許出願公開 ０ ８４７ ９６４号明細書
米国特許第４，５３０，９０９号明細書
Phys. Stat. Sol.(a)192、第２号、237〜245(2002)、M.R.Krames等：「固体照明のための高性能ＩＩＩ族窒化物発光体（"High-Power III-Nitride Emitters for Solid-State Lighting"）」
このような事実を考慮して、本発明の目的は、希土類イオンで高水準のドープを行うのに根本的に適しているガラスまたはガラスセラミックスを開示することであり、これによって低温光源（ＬＥＤまたは放電ランプ）からの光を変換するのに可能な限り有利な発光特性を達成できる。さらに、このガラスまたはガラスセラミックスのさらに好適な用途を開示する。
本発明によれば、本発明の目的は、少なくとも構成成分ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、およびＹ2Ｏ3を含み、Ｙ2Ｏ3の重量と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率が、少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．３、特に好ましくは少なくとも０．４であるガラスまたはガラスセラミックスによって達成される。
本発明の目的はこのようにして完全に達成される。
本発明の目的はこのようにして完全に達成される。
本発明は、非常に高濃度なＹ2Ｏ3を含有するガラスまたはガラスセラミックスを提供する。これによって、一方では、特に好適な発光特性をもたらすために希土類イオンによるドーピングを有効に達成できる。他方では、希土類イオンでのドーピングなしで、種々の好適な用途への展開が可能となるが、その例としては、ＴＦＴディスプレイの用途に使用するアルカリ金属を含まない基板、電球用の非常に、熱的に安定したチューブ、ハードディスク用途の高強度の基板材料、または酸化物もしくは金属基板をコーティングするためのターゲット材があげられる。本発明では、また高屈折率を有し、非常に高融点であり、非常に熱的に安定しており、光学目的に使用することができるガラスが製造できる。
本発明による材料のさらなる用途としては、いかなる種類の放射をも、異なるエネルギーまたは波長領域を有する異なる放射に変換するための変換物質として使用する用途がある。したがって、本発明による材料は、たとえばＸ線放射または中性子放射を、可視光線へ変換するために用いてもよい。この点では、特に、シンチレーション用途が興味深い。また、レーザー用途に本発明の材料を使用することは可能であり、ミラーを用いる従来のレーザー用途と対照的に、本発明の材料の発光および分散によって、より広範囲の波長にわたって放射される幅の広い光線を生成するために使用できる。
本発明の好適な改良例では、本発明のガラスまたはガラスセラミックスは、少なくとも１つの希土類イオンでドーピングされている。これにより、ガラスマトリックスまたは結晶質相の中に希土類イオンが取り込まれるために、イットリウム含有量が多くなるという有利な特性を利用することができる。イットリウムイオンおよび希土類イオンが化学的に非常に類似しているので、これが可能になる。ガラスネットワーク、および結晶相におけるイットリウムの位置（サイト）は、部分的に希土類と置換することができる。この方法で特に有利な発光特性を生み出すことができる。
本発明のさらなる形態によれば、ＳｉＯ2の重量と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率は、高々０．５である。
さらに、Ａｌ2Ｏ3の重量と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率は、高々０．６、特に高々０．５５が好適である。
これらの限界値を守れば、三相系ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｙ2Ｏ3の特性は希土類イオンを取り込むためのホスト相を生成するために有利に利用できる。
さらに、Ａｌ2Ｏ3の重量と、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率は、高々０．６、特に高々０．５５が好適である。
これらの限界値を守れば、三相系ＳｉＯ2−Ａｌ2Ｏ3−Ｙ2Ｏ3の特性は希土類イオンを取り込むためのホスト相を生成するために有利に利用できる。
ベースガラスの性質に関係なく、本発明はまた、少なくとも部分的に希土類イオンが含まれている結晶質相を含むガラスセラミックスを生成する方法を提案する。
これらの相は、特に相Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2ＳｉＯ5、Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7の少なくとも１つであってもよく、アルカリ土類金属および他の酸化物が対応する濃度で存在する場合には、ＳｒＡｌ2Ｏ4、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25またはＹＢＯ3の少なくとも１つであってもよく、これらは、少なくとも部分的に希土類イオンを取り込むためのホスト相として働く。
これらの相は、特に相Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2ＳｉＯ5、Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7の少なくとも１つであってもよく、アルカリ土類金属および他の酸化物が対応する濃度で存在する場合には、ＳｒＡｌ2Ｏ4、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25またはＹＢＯ3の少なくとも１つであってもよく、これらは、少なくとも部分的に希土類イオンを取り込むためのホスト相として働く。
本発明の好適な改良例においては、本発明のガラスまたはガラスセラミックスの希土類イオンでのドーピングの量は、少なくとも０．１重量％（酸化物基準）、好ましくは少なくとも１重量％、特に好ましくは少なくとも２重量％とする。
このようにすることによって、発光用途で高度な効率を達成することができるようになる。ドーピングに使用する希土類イオンは、たとえば、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＤｙまたはＬａを含んでもよい。この場合、これらの希土類中で、単独のものを選択できるし、または混合物をも選択できる。
このようにすることによって、発光用途で高度な効率を達成することができるようになる。ドーピングに使用する希土類イオンは、たとえば、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＤｙまたはＬａを含んでもよい。この場合、これらの希土類中で、単独のものを選択できるし、または混合物をも選択できる。
本発明のガラスまたはガラスセラミックスは、さらにたとえばＢ2Ｏ3，Ｐ2Ｏ5、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｇａ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2、Ｔａ2Ｏ5等の添加物を含んでいてもよい。
しかしながら、ここで、ＺｒＯ2の含有量は、好ましくは５重量％未満まで、好ましくは最大４重量％まで、より好ましくは最大３重量％まで、より好ましくは最大１重量％まで、またはより好ましくは最大０．１重量％までに限定するものとする。または、本発明のガラスまたはガラスセラミックスは、好ましくない汚染がないようにＺｒＯ2を全く含まないものとする。
しかしながら、ここで、ＺｒＯ2の含有量は、好ましくは５重量％未満まで、好ましくは最大４重量％まで、より好ましくは最大３重量％まで、より好ましくは最大１重量％まで、またはより好ましくは最大０．１重量％までに限定するものとする。または、本発明のガラスまたはガラスセラミックスは、好ましくない汚染がないようにＺｒＯ2を全く含まないものとする。
本発明によるガラスまたはガラスセラミックスの第１のグループは、少なくとも以下の構成成分を含むものとする。すなわち、酸化物基準の重量％で、
ＳｉＯ2 ５〜５０
Ａｌ2Ｏ3 ５〜５０
Ｙ2Ｏ3 １０〜８０
Ｂ2Ｏ3 ０〜２０
希土類 ０．１〜３０。
ＳｉＯ2 ５〜５０
Ａｌ2Ｏ3 ５〜５０
Ｙ2Ｏ3 １０〜８０
Ｂ2Ｏ3 ０〜２０
希土類 ０．１〜３０。
この実施形態の好ましい改良例においては、以下の構成成分を含むものとする。すなわち、酸化物基準の重量％で、
ＳｉＯ2 １０〜４０
Ａｌ2Ｏ3 １０〜４０
Ｙ2Ｏ3 ２０〜７０
Ｂ2Ｏ3 １〜１５
希土類 ０．５〜１５。
ＳｉＯ2 １０〜４０
Ａｌ2Ｏ3 １０〜４０
Ｙ2Ｏ3 ２０〜７０
Ｂ2Ｏ3 １〜１５
希土類 ０．５〜１５。
さらなる好ましい実施形態においては、以下の構成成分を含むものとする。すなわち、酸化物基準の重量％で、
ＳｉＯ2 １５〜３５
Ａｌ2Ｏ3 １５〜３５
Ｙ2Ｏ3 ２５〜６０
Ｂ2Ｏ3 １〜６０
希土類 １〜１５。
ＳｉＯ2 １５〜３５
Ａｌ2Ｏ3 １５〜３５
Ｙ2Ｏ3 ２５〜６０
Ｂ2Ｏ3 １〜６０
希土類 １〜１５。
本発明によるガラスセラミックスにおいて、結晶相と残部のガラス含有物との比率は、青色または紫外線スペクトル領域からのＬＥＤ光の変換によってほぼ白色の色彩感覚が得られるように有利に設定することができる。この場合、残部のガラス相は、著しく多量の希土類イオンを含んでおり、これによって、発光波長前後で、またはその間で広いバックグラウンドを形成するようになる。したがって、前記比率を対応させて設定することによって向上した白色色彩感覚を達成することができる。全体として、本発明によるガラスまたはガラスセラミックスでは、＞３６００Ｋである好適な色温度を達成することができ、その場合＞８５、好ましくは＞９０、特に好ましくは＞９５の演色評価数ＣＲＩを達成することができる。
微結晶の寸法は、出発物質であるガラスをガラスセラミックスに転換するのに使用する熱処理によって、目的にかなうように制御することができる。この場合の微結晶の寸法は、２０ｎｍおよび２０００ｎｍの間の範囲中にあるものとする。発光された光が、微結晶と散乱相互作用を及ぼさないか、または高々無視できる散乱相互作用を及ぼすように、目的にかなうように微結晶の寸法を設定することが好ましい。この目的のためには、微結晶の寸法は、５０〜１０００ｎｍの間が好ましく、特に５０〜５００ｎｍの間に設定するのが好ましい。
微結晶の寸法分布、および微結晶間の平均間隔の設定は、セラミック化中の温度管理によって制御することができる。微結晶の狭い寸法分布のための指針値として、第９９番目の百分位数に対する微結晶寸法に対する、第９９番目の百分位数に対応する微結晶寸法と第５０番目の百分位数に対応する微結晶寸法との差の比率［（ｄ99−ｄ50）／ｄ99］が≦１０％であることが好ましい。
微結晶の狭い寸法分布および非常に均一な微結晶間隔によって、微結晶の寸法より短い波長の光の干渉性（コヒーレントな）散乱が顕著に生じる。励起するＵＶ光の波長以下に微結晶寸法が設定されている場合に、蛍光励起の量子収率を高めるためにこの干渉性散乱を利用する目的が達成される。
本出願においては、「ガラスセラミックス」という用語は、ベースガラス（一般に非晶質である）から始めて、ガラス転移温度Ｔｇを超える管理された熱処理によって結晶化したガラスセラミックスであると解釈するものとする。その際、結晶を析出させ、結晶の寸法および組成を、温度、加熱勾配および加熱時間によって目標に向けて制御する。一般に、ガラスセラミックの開発では避けているような自発結晶によってガラスから生成するセラミックスは、本出願ではガラスセラミックスと見なさないものとする。ガラスセラミックスに関しては、少なくともガラス転移温度まではガラス状態を維持し、目標とする管理された（主として部分的な）結晶化を行なうことが望ましい。
本出願においては、「ガラスセラミックス」という用語は、ベースガラス（一般に非晶質である）から始めて、ガラス転移温度Ｔｇを超える管理された熱処理によって結晶化したガラスセラミックスであると解釈するものとする。その際、結晶を析出させ、結晶の寸法および組成を、温度、加熱勾配および加熱時間によって目標に向けて制御する。一般に、ガラスセラミックの開発では避けているような自発結晶によってガラスから生成するセラミックスは、本出願ではガラスセラミックスと見なさないものとする。ガラスセラミックスに関しては、少なくともガラス転移温度まではガラス状態を維持し、目標とする管理された（主として部分的な）結晶化を行なうことが望ましい。
ＬＥＤとの組み合わせでは、本発明の好ましい改良例において、熱膨張率は、３・１０-6Ｋ-1と７．５・１０-6Ｋ-1との間、好ましくは４．５・１０-6Ｋ-1と７．５・１０-6Ｋ-1との間に設定する。このようにすることによって、本発明によるガラスまたはガラスセラミックスが、ＬＥＤ本体と直接接触することができるようになる。ＩｎＧａＰまたはＩｎＧａＮの一群からＳｉまたはＩＩＩ−Ｖ族半導体へ熱膨張率を合わせるために、本発明のガラスまたはガラスセラミックスを直接ＬＥＤ半導体の上に、たとえばＰＶＤ（プラズマ蒸着）を使用して直接析出させることもまた可能である。
上述の本発明の特徴、および以下に記述する本発明の特徴は、本発明の範囲を外れることなしに、各実例中に記した組み合わせのみならず、他の組み合わせにおいても、または独立した特徴としても使用できることは理解されよう。
さらなる特徴および利点は、例示的な実施形態を図面を参照しつつ示す以下の記述から理解されよう。
さらなる特徴および利点は、例示的な実施形態を図面を参照しつつ示す以下の記述から理解されよう。
以下の構成成分（酸化物基準、重量％）を含む第１のガラス（表１、実施例１参照）を溶融した。
ＳｉＯ2 ２３．６４
Ｂ2Ｏ3 ６．３６
Ａｌ2Ｏ3 ２０．９１
Ｙ2Ｏ3 ４６．３６
Ｅｕ2Ｏ3 ２．７３。
ＳｉＯ2 ２３．６４
Ｂ2Ｏ3 ６．３６
Ａｌ2Ｏ3 ２０．９１
Ｙ2Ｏ3 ４６．３６
Ｅｕ2Ｏ3 ２．７３。
このガラスを、およそ１５５０〜１６００℃の温度でプラチナルツボ中で溶融し、均質化した。
室温まで冷却し透明なガラスを得た。
本発明によるこの材料は、ＵＶ光（λ＝２５０〜４００ｎｍ）で励起した場合、ガラス状態、およびセラミックス化した状態の双方で明るいオレンジに発光した。
室温まで冷却し透明なガラスを得た。
本発明によるこの材料は、ＵＶ光（λ＝２５０〜４００ｎｍ）で励起した場合、ガラス状態、およびセラミックス化した状態の双方で明るいオレンジに発光した。
図１に、示差熱分析（ＤＴＡ）の結果を示す。
この材料のガラス転移温度Ｔｇは非常に高く、８３０℃であった。
さらに加熱すると、様々な結晶相の結晶化温度が得られた。ホウ酸塩相（ＹＢＯ3）が、「ＫＢ」で示す範囲中で生成した。Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7が、Ｋ１で示す範囲中で生成した。Ｋ２／Ｋ３は、Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7相が、様々なアイソタイプ（アイソタイプ：同組成で異なる結晶対称性を有するもの）およびＹ2ＳｉＯ5へ転移／再結晶することを示している。ホウ酸塩相はＫ３とＫＮとの間の範囲内で溶融した。範囲ＫＮは、結晶化に関係するものであるが詳細に検討されておらず、イットリウムシリケートの形成であろう。
この材料のガラス転移温度Ｔｇは非常に高く、８３０℃であった。
さらに加熱すると、様々な結晶相の結晶化温度が得られた。ホウ酸塩相（ＹＢＯ3）が、「ＫＢ」で示す範囲中で生成した。Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7が、Ｋ１で示す範囲中で生成した。Ｋ２／Ｋ３は、Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7相が、様々なアイソタイプ（アイソタイプ：同組成で異なる結晶対称性を有するもの）およびＹ2ＳｉＯ5へ転移／再結晶することを示している。ホウ酸塩相はＫ３とＫＮとの間の範囲内で溶融した。範囲ＫＮは、結晶化に関係するものであるが詳細に検討されておらず、イットリウムシリケートの形成であろう。
図２は、図１に示した例示的な実施形態のガラスセラミックスの熱処理（８５０℃で３時間、１０５０℃で１時間）の後の試験片のＳＥＭ像を示す。研磨した検鏡用薄切片では、部分的なＹ−Ｅｕ置換を有する六角形のＹ2Ｓｉ2Ｏ7結晶、および明るいドットとしてのホウ酸塩結晶（ＹＢＯ3）が現れている。残りのガラス相は画像上でダークグレーに見える。同様に検知されたＹ2ＳｉＯ5相は、この図において認識することができない。
図３に示す微小分析によれば、検討した六角形結晶（スペクトル２）はイットリウムと同様にユウロピウムも含んでおり、これは、部分的なＹ−Ｅｕ置換が起こったことを示している。
上記の実施例は、高いイットリウム含有量の高いガラスが広い用途の可能性を有することを示しており、そのガラスから結晶相を析出させて、希土類イオンが取り込まれるホスト相として作用させることができる。
上記の実施例は、高いイットリウム含有量の高いガラスが広い用途の可能性を有することを示しており、そのガラスから結晶相を析出させて、希土類イオンが取り込まれるホスト相として作用させることができる。
さらなる実施例を、表１（実施例２〜７参照）に要約して示す。
本発明によるイットリウム含有量の高いガラスまたはガラスセラミックスは、青色または紫外線領域におけるＬＥＤの放射する光を９０より大きいか、またはさらに９５を超えるある演色評価数ＣＲＩを有する白色光へ変換するのに好適である。ＣＲＩは、発光源の演色性能の定量的な値である。ＣＲＩは、Ｒ1〜Ｒ8までの８つの個別の特別な演色指数の数の平均から算出されるが、Ｒ1〜Ｒ8は、ＣＩＥの基準として「発光源の演色性を測定し特定する方法」（ＣＩＥ １３．３−１９９５）によって定義されている。
ＣＲＩ＝（１／８）ΣＲｉ（ｉ＝１〜８）。
本発明によるイットリウム含有量の高いガラスまたはガラスセラミックスは、青色または紫外線領域におけるＬＥＤの放射する光を９０より大きいか、またはさらに９５を超えるある演色評価数ＣＲＩを有する白色光へ変換するのに好適である。ＣＲＩは、発光源の演色性能の定量的な値である。ＣＲＩは、Ｒ1〜Ｒ8までの８つの個別の特別な演色指数の数の平均から算出されるが、Ｒ1〜Ｒ8は、ＣＩＥの基準として「発光源の演色性を測定し特定する方法」（ＣＩＥ １３．３−１９９５）によって定義されている。
ＣＲＩ＝（１／８）ΣＲｉ（ｉ＝１〜８）。
完全なＣＲＩ値は１００であり、また、機能性を発揮するＣＲＩ値は８０超である。
Claims (23)
- 少なくとも構成成分ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3を含むガラスまたはガラスセラミックスであって、Ｙ2Ｏ3の重量とＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率が、少なくとも０．２、好ましくは少なくとも０．３、特に好ましくは少なくとも０．４であるガラスまたはガラスセラミックス。
- 少なくとも１種の希土類イオンがドーピングされている請求項１に記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- ＳｉＯ2の重量とＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率が高々０．５である請求項１または２に記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- Ａｌ2Ｏ3の重量とＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3およびＹ2Ｏ3の全重量との重量比率が高々０．６、好ましくは高々０．５５である請求項１、２または３に記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- 酸化物基準で、少なくとも０．１重量％、好ましくは少なくとも１重量％、特に好ましくは少なくとも２重量％の希土類イオンがドーピングされている請求項１ないし４のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、ＤｙおよびＬａからからなる群から選択される少なくとも１つの希土類イオンがドーピングされている請求項２ないし５のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- Ｂ2Ｏ3が添加されている請求項１ないし６のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- 酸化物基準の重量％で、
ＳｉＯ2 ５〜５０
Ａｌ2Ｏ3 ５〜５０
Ｙ2Ｏ3 １０〜８０
Ｂ2Ｏ3 ０〜２０
希土類 ０．１〜３０
の構成成分を含んでいる請求項１ないし７のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。 - 酸化物基準の重量％で、
ＳｉＯ2 １０〜４０
Ａｌ2Ｏ3 １０〜４０
Ｙ2Ｏ3 ２０〜７０
Ｂ2Ｏ3 １〜１５
希土類 ０．５〜１５
の構成成分を含んでいる請求項１ないし８のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。 - 酸化物基準の重量％で、
ＳｉＯ2 １５〜３５
Ａｌ2Ｏ3 １５〜３５
Ｙ2Ｏ3 ２５〜６０
Ｂ2Ｏ3 １〜１０
希土類 １〜１５
の構成成分を含んでいる請求項１ないし９のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。 - ＳｒＯ、ＢａＯ、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ2Ｏ5、Ｇａ2Ｏ3、Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ、Ｌｉ2Ｏ、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2およびＴａ2Ｏ5からなる群から選択される少なくとも１つの成分の添加物を含んでいる請求項１ないし１０のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- ５重量％未満、好ましくは高々４重量％、より好ましくは高々３重量％、より好ましくは高々１重量％、より好ましくは高々０．１重量％のＺｒＯ2を含んでいる請求項１ないし１１のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- 少なくとも部分的に希土類イオンが含まれている結晶質相を含む特に請求項１ないし１２のいずれかに記載のガラスセラミックス。
- 構成成分として、イットリウムイオンが含まれている結晶相を含んでおり、そのイットリウムイオンが少なくとも部分的に希土類イオンと置換されている請求項１３に記載のガラスセラミックス。
- 結晶質相として、Ｙ3Ａｌ5Ｏ12、Ｙ2ＳｉＯ5、Ｙ2Ｓｉ2Ｏ7、ＳｒＡｌ2Ｏ4、ＢａＭｇＡｌ10Ｏ17、Ｓｒ2Ｐ2Ｏ7、Ｓｒ4Ａｌ14Ｏ25およびＹＢＯ3の相の少なくとも１つを含み、これらの結晶質相が少なくとも部分的に、希土類イオンを取り込むためのホスト相として機能する請求項１３または１４に記載のガラスセラミックス。
- 希土類イオンが残余のガラス中に含まれている請求項１３ないし１５のいずれかに記載のガラスセラミックス。
- 青色または紫外線スペクトル領域からのＬＥＤ光の変換の間にほぼ白色色彩感覚が生成されるように、結晶相と残余のガラス部分との比率が設定されている請求項１６に記載のガラスセラミックス。
- 微結晶の寸法が、２０ｎｍと２０００ｎｍとの間、好ましくは５０と１０００ｎｍとの間、特に好ましくは５０と５００ｎｍとの間の範囲内にある請求項１３ないし１７のいずれかに記載のガラスセラミックス。
- 第９９番目の百分位数に対する微結晶寸法に対する、第９９番目の百分位数に対応する微結晶寸法と第５０番目の百分位数に対応する微結晶寸法との差の比率［（ｄ99−ｄ50）／ｄ99］が≦１０％である請求項１３ないし１８のいずれかに記載のガラスセラミックス。
- 熱膨張率が、３・１０-6Ｋ-1と７．５・１０-6Ｋ-1との間、好ましくは４．５・１０-6Ｋ-1と７．５・１０-6Ｋ-1との間に設定されている請求項１ないし１９のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックス。
- 高屈折率を有する光学ガラスとして、
高い耐熱性を有する光学ガラスとして、
第１の放射を異なるエネルギーまたは異なる波長スペクトルを有する異なる放射へ変換するため、好ましくは青色および紫外線スペクトル領域における励起放射をダウンコンバージョンで変換するためのガラスとして、
ＴＦＴ表示用のアルカリ金属を含まない基板として、
電球用の非常に熱的に安定したチューブとして、
ハードディスク用の高強度の基板材料として、または
酸化物、金属もしくは半導体基板のコーティング用のターゲット材料としての請求項１ないし２０のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックスの使用方法。 - ＬＥＤと、発光用の請求項１ないし２０のいずれかに記載のガラスまたはガラスセラミックスとを有する発光源であって、青色領域または紫外線領域の発光で、ほぼ白色の光を放射する発光源。
- 演色評価数ＣＲＩが、ＣＲＩ＞８５、好ましくは＞９０、特に好ましくは＞９５である請求項２２に記載の発光源。
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