JP2022511421A - セラミック波長変換体アセンブリおよびその製造方法 - Google Patents
セラミック波長変換体アセンブリおよびその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022511421A JP2022511421A JP2021528355A JP2021528355A JP2022511421A JP 2022511421 A JP2022511421 A JP 2022511421A JP 2021528355 A JP2021528355 A JP 2021528355A JP 2021528355 A JP2021528355 A JP 2021528355A JP 2022511421 A JP2022511421 A JP 2022511421A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- host material
- layer
- doped
- doped host
- layers
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 title claims abstract description 90
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 216
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 39
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 claims description 30
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 25
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 21
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 9
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910020068 MgAl Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 3
- 150000004760 silicates Chemical class 0.000 claims description 3
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 59
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 59
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 15
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 9
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 8
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 7
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 7
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 7
- 230000000712 assembly Effects 0.000 description 6
- 238000000429 assembly Methods 0.000 description 6
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 4
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 3
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000280 densification Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007731 hot pressing Methods 0.000 description 2
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 2
- 238000004080 punching Methods 0.000 description 2
- 238000010345 tape casting Methods 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910003564 SiAlON Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004122 SrSi Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012190 activator Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000000149 argon plasma sintering Methods 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 description 1
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 150000001722 carbon compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000001831 conversion spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- -1 serenes Chemical class 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 150000004763 sulfides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/505—Wavelength conversion elements characterised by the shape, e.g. plate or foil
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/507—Wavelength conversion elements the elements being in intimate contact with parts other than the semiconductor body or integrated with parts other than the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/508—Wavelength conversion elements having a non-uniform spatial arrangement or non-uniform concentration, e.g. patterned wavelength conversion layer, wavelength conversion layer with a concentration gradient of the wavelength conversion material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2933/00—Details relating to devices covered by the group H01L33/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2933/0008—Processes
- H01L2933/0033—Processes relating to semiconductor body packages
- H01L2933/0041—Processes relating to semiconductor body packages relating to wavelength conversion elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
- H01L33/50—Wavelength conversion elements
- H01L33/501—Wavelength conversion elements characterised by the materials, e.g. binder
- H01L33/502—Wavelength conversion materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Luminescent Compositions (AREA)
- Led Device Packages (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
セラミック波長変換体アセンブリ（１００；２００）は層状構造を有する。このセラミック波長変換体アセンブリ（１００；２００）は、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層（１０１；２０１）と、バリア材料を含みかつ２つの第１の層（１０１；２０１）の間に配置されている２つの第２の層（１０２；２０２）と、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含みかつ２つの第２の層（１０２；２０２）の間に配置されている第３の層（１０３；２０３）とを含む。２つの第１の層（１０１；２０１）が非ドープのホスト材料を含み、第３の層（１０３；２０３）がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層（１０１；２０１）がドープされたホスト材料を含み、第３の層（１０３；２０３）が非ドープのホスト材料を含む。
Description
本発明は、セラミック波長変換体アセンブリおよびセラミック波長変換体アセンブリを含む発光デバイスに関する。
発明の背景
蛍光体をベースとするＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、コスト、効率およびＣＲＩ（演色評価数）の点で妥協して、青色発光ＩｎＧａＮチップをＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）蛍光体／セラミックなどの黄色酸化物変換体と組み合わせていることが多い。現在、白色ＬＥＤでは、高い内部量子効率（ＩＱＥ）および高ルーメンを実現するために使用されることが多いセラミック変換体は、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）セラミックである。現在使用されているＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）セラミック変換体は、通常、カラーステアリング（color steering）のためにＧｄがドープされている（１～２０原子％）。その立方晶系結晶構造および高い拡散係数により、適度な温度で緻密化しやすく、高い透明性が得られるという利点が提供される。
蛍光体をベースとするＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）は、コスト、効率およびＣＲＩ（演色評価数）の点で妥協して、青色発光ＩｎＧａＮチップをＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）蛍光体／セラミックなどの黄色酸化物変換体と組み合わせていることが多い。現在、白色ＬＥＤでは、高い内部量子効率（ＩＱＥ）および高ルーメンを実現するために使用されることが多いセラミック変換体は、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）セラミックである。現在使用されているＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）セラミック変換体は、通常、カラーステアリング（color steering）のためにＧｄがドープされている（１～２０原子％）。その立方晶系結晶構造および高い拡散係数により、適度な温度で緻密化しやすく、高い透明性が得られるという利点が提供される。
しかしながら、高出力ＬＥＤの動作電流の増加に伴い、高温での用途に対する需要がますます高まっていることから、ＧｄがドープされたＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体には、高温（すなわち１１０℃超）で輝度が低下するという熱消光の問題が明らかになっていた。
セラミック変換体の熱消光性能を向上させるためには、パッケージ設計への取り組み以外にも、異なる潜在的な方法、例えば、（１）ドーパントとしてのＧｄのドーピングレベルを下げるか、あるいは完全に排除する方法、および／または（２）マトリックスとして、複合体、例えばＡｌ２Ｏ３、ＡｌＮなどにおけるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の形態でより高い熱伝導性材料を使用する方法が提案されている。これらの複合セラミック変換体材料の中でも、Ａｌ２Ｏ３マトリックスにおけるＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体が最も注目されている。その理由は単純で、両方とも酸化物であり、適度な処理／操作範囲で非常に優れた物理的／熱的互換性を有しているからである。ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）の熱伝導率が通常５～９Ｗｍ－１Ｋ－１であるのに対し、Ａｌ２Ｏ３の熱伝導率は、サンプルの状態にもよるが、室温で約２２～３９Ｗｍ－１Ｋ－１と高い値を示す。
ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）蛍光体からＧｄを完全に除去すると、熱消光は大幅に向上するが、単相の形態で所望された同じ色を得るためには、現在のセラミック変換体の寸法、特に厚さを（例えば１２０μｍから約３０μｍ以下へ）大幅に変更する必要も生じ、これは通常の製造手順では薄すぎて対応できない。したがって、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体／セラミックのＧｄドーピング量を減らすことは、妥協した性能を伴う妥協した方法であると思われる。
マトリックスとしてＡｌ２Ｏ３におけるＹＡＧ：Ｃｅなどの蛍光体材料を使用すると、熱伝導率を向上させることができる。一方で、その非立方晶系結晶構造に起因する残留細孔と作用し合ったバイインフリンジ効果（bi-infringe effect）、およびＹＡＧとＡｌ２Ｏ３との屈折率の違いなどにより、順方向透過率および直線透過率が低くなり、これらはすべて過剰な光散乱を招き、この光散乱自体も直線透過率を大幅に低下させることから、光出力に影響が及ぶ。焼結温度を上げたり、焼結滞留時間を長くしたり、少量の液相を導入したりすることで、Ａｌ２Ｏ３をマトリックスとする複合材料の透光性を向上させることができるが、潜在的な化学的不適合性（反応、欠陥など）によりＩＱＥ（内部量子効率）の低下を招くことになる。複合材料の緻密化を強化するために、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）および熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）も適用されている。しかしながら、これらの方法では、高温の炉内ライニング材料および還元性雰囲気などによる黒ずみの問題が生じ、そのため、製品化するにはＩＱＥが許容できない値まで大幅に低下してしまう。
米国特許第９１０２８７５号明細書には、Ｃｅ－ドーパント濃度の勾配を有する発光性セラミック材料、ならびにその製造方法および使用方法が記載されている。
発明の概要
本発明の目的は、先行技術の欠点を回避することである。
本発明の目的は、先行技術の欠点を回避することである。
本発明の他の目的は、ＬＥＤ用途で使用される可能性のあるセラミック波長変換体アセンブリを提供することである。
本発明の更なる目的は、本発明の少なくとも１つのセラミック波長変換体アセンブリを含む発光デバイスを提供することである。
本発明の更なる目的は、本発明のセラミック波長変換体アセンブリの製造方法を提供することである。
本発明の１つの目的によれば、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリであって、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層と、バリア材料を含みかつ２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層と、ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含みかつ２つの第２の層の間に配置されている第３の層とを備え、ここで、２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリが提供される。
本発明の別の目的によれば、発光デバイスであって、第１のピーク波長を有する１次光を発する発光構造体と、発光ダイオードからの１次光を受光するように位置決めされたセラミック波長変換体アセンブリとを備え、セラミック波長変換体は、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層と、バリア材料を含みかつ２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層と、ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含みかつ２つの第２の層の間に配置されている１つの第３の層とを備え、ここで、２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む、発光デバイスが提供される。
本発明の別の目的によれば、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリの製造方法であって、ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含む第３の層を設けるステップと、第３の層の上側にバリア材料を含む第２の層を適用し、第３の層の下側にバリア材料を含む第２の層を適用するステップと、第３の層と接触している面とは反対側の第２の層の各面のそれぞれに、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む第１の層を適用するステップとを含む、方法が提供される。２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む。
例示的な実施形態の詳細な説明
本発明を、当該発明の他の目的および更なる目的、利点ならびに能力と一緒に、よりよく理解するために、上記の図面と併せて以下の開示および添付の特許請求の範囲を参照する。
本発明を、当該発明の他の目的および更なる目的、利点ならびに能力と一緒に、よりよく理解するために、上記の図面と併せて以下の開示および添付の特許請求の範囲を参照する。
蛍光体、ＬＥＤまたは変換材料の色への言及は、特に指定がない限り、一般的にその発光色を指す。したがって、青色ＬＥＤは青色の光を放出し、黄色蛍光体は黄色の光を放出するなどである。
本発明は、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリであって、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層と、バリア材料を含みかつ２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層と、ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含みかつ２つの第２の層の間に配置されている第３の層とを備え、ここで、２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリを対象とする。
一実施形態では、２つの第１の層はドープされたホスト材料を含み、第３の層は非ドープのホスト材料を含む。
代替的な実施形態では、２つの第１の層は非ドープのホスト材料を含み、第３の層はドープされたホスト材料を含む。
本明細書で使用される場合、波長変換体は、ある第１の波長の光の少なくとも一部をある第２の波長の光に変換する固体構造体である。アセンブリは、異なる材料の複合体である。一般的に、セラミック波長変換体アセンブリは、ある第１の波長の光の少なくとも一部をある第２の波長の光に変換する少なくとも１種のセラミック材料を含む異なる材料の複合体である。
本発明のセラミック波長変換体アセンブリは層状構造を有しており、これはサンドイッチ構造としても理解することができる。
本発明によれば、ホスト材料は、無機の結晶性または多結晶性の材料である。代表的なホスト材料は、亜鉛、カドミウム、マンガン、アルミニウム、シリコン、または様々な希土類金属の酸化物、窒化物および酸窒化物、硫化物、セレン化物、ハロゲン化物またはケイ酸塩である。ドープされたホスト材料は、無機の結晶性または多結晶性の材料で、その結晶性または多結晶性の材料に元素、すなわちドーパントが含まれているものである。非ドープのホスト材料は、ドーパントを含んでいないホスト材料であり、すなわち、ホスト材料中のドーパントが０．０１原子％未満、好ましくは０．００１原子％未満、より好ましくは０原子％のホスト材料である。
本発明によれば、ドープされたホスト材料は蛍光体である。蛍光体は、ある第１の波長の光をある第２の波長の光に変換する材料である。
セラミック波長変換体アセンブリは、非ドープのホスト材料、例えば非ドープのＹＡＧ（イットリウム－アルミニウム－ガーネット）、またはドープされたホスト材料（例えばドープされたＹＡＧ）を含む２つの第１の層を備える。一実施形態では、第１の層は副層を含んでいてもよく、例えば、第１の層は、２つ、３つ、４つまたはこれよりも多い層、いわゆる副層を含んでいてもよい。
一実施形態では、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリは、第１の層および第３の層において、非ドープのＹＡＧとドープされたＹＡＧとの組み合わせを含む。更なる実施形態では、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリは、第１の層および第３の層において、原子パーセントで異なるドーピングレベルを有するドープされたＹＡＧの組み合わせを含む。
本発明による第１の波長は３００ｎｍ～５７０ｎｍの波長である。一実施形態では、第１の波長は３５０ｎｍ～５００ｎｍである。更なる実施形態では、第１の波長は４２０ｎｍ～４８０ｎｍである。
第１の波長の光を生成することができる構造体は、例えば、ＩｎＧａＮまたはＧａＮチップ、または固体レーザーダイオードである。
本発明による第２の波長は、３５０ｎｍ～８００ｎｍの波長である。一実施形態では、第２の波長は３８０ｎｍ～７５０ｎｍである。更なる実施形態では、第２の波長は４００ｎｍ～７００ｎｍである。別の実施形態では、第２の波長の光は白色光である。
一実施形態では、蛍光体は無機化合物である。例示的な蛍光体は、ガーネット、オキシナイトライドシリケート、ペロブスカイト、量子ドット、シリケートまたはこれらの組み合わせで、それぞれが少なくとも１つの適切な元素でドープされたものである。好ましい蛍光体はドープされたガーネットであり、ドーパントはＣｅである。
蛍光体は、異なる活性化剤、すなわちドーパントでドープされていてもよい。蛍光体に関連するドーピングとは、ホスト材料の結晶構造に不純物（ドーパント）を導入することを意味する。ドーパントは、Ｃｅ３＋、Ｇｄ３＋、Ｅｕ２＋などの金属イオンであってもよく、用途に応じてＣｅ３＋が好ましい。結晶構造中のドーパントの量は、広い範囲で変化してもよい。典型的なドーパントの量は０．０１原子％～２０原子％である。ドーパントの量は、色点、熱消光および色温度などの最終製品の光学特性に依存する。
例示的なドープされた蛍光体は、ＹＡＧ：Ｃｅ、ＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）、ＬｕＡＧ：Ｃｅ、ＬｕＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）、ＳｒＳｉ２Ｏ２Ｎ２：Ｅｕ、ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕなどである。
一実施形態では、ＹＡＧ：Ｃｅは、少なくとも４％のＧｄでドープされていてもよい。代替的な実施形態では、ＹＡＧ：Ｃｅは、少なくとも６％のＧｄでドープされていてもよい。
一実施形態では、セラミック波長変換体アセンブリにおけるドーパントの量は、少なくとも０．８原子％である。
更なる実施形態では、ドープされたホスト材料を有する層と、非ドープのホスト材料を有する層とにおけるドーパントの量の差は、少なくとも０．７原子％である。
第３の層は、アセンブリの中心または中間の層として理解することもできる。第３の層は、複数の層を含んでいてもよい。一実施形態では、第３の層は、２つ、３つ、４つまたはこれよりも多い層、いわゆる副層を含んでいてもよい。第３の層は、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含んでいてもよい。
一実施形態では、第１の層と第３の層のうちの一方がドープされており、他方は非ドープである。言い換えれば、第１の層はドープされたホスト材料を含み、第３の層は非ドープのホスト材料を含む。本実施形態の一態様では、ドープされたホスト材料と非ドープのホスト材料とは同じ化合物クラスに由来する。例えば、第１の層と第３の層とはガーネットを含み、例えば、非ドープのホスト材料にはＹＡＧが用いられ、ドープされたホスト材料にはＹＡＧ：Ｃｅが用いられる。
代替的な実施形態では、第１の層は非ドープのホスト材料を含んでいてもよく、第３の層はドープされたホスト材料を含んでいてもよい。本実施形態の一態様では、ドープされたホスト材料と非ドープのホスト材料とは同じ化合物クラスに由来する。例えば、第１の層と第３の層とはガーネット化合物を含み、例えば、非ドープのホスト材料にはＹＡＧが用いられ、ドープされたホスト材料にはＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）が用いられる。
代替的な実施形態では、第１の層と第３の層との両方が、異なるドーピングレベルを有するドープされたホスト材料を含んでいてもよい。本実施形態の一態様では、両方のドープされたホスト材料は同じ化合物クラスに由来する。例えば、第１の層と第３の層とはガーネット化合物を含む。
非ドープのホスト材料とドープされたホスト材料とのペアの更なる例は、同じ化合物クラスのものである。例えば、２つの第１の層はＹＡＧのように完全にドープされておらず、第３の層はＹＡＧ：ＣｅのようにＣｅがドープされている。
一実施形態では、第１の層および／または第３の層は、完全にホスト材料で作られている。この実施形態では、ホスト材料は、結晶の形態であるか、または焼結セラミック材料の形態である。焼結セラミック材料は、焼結助剤をさらに含んでいてもよい。
一実施形態では、ホスト材料は、異なるホスト材料の混合物である。
更なる実施形態では、ホスト材料は、マトリックス材料に埋め込まれた粒子、板状結晶、または細長い結晶である。マトリックス材料は、酸化物であってもよい。マトリックス材料の例示的な実施形態はＡｌ２Ｏ３である。
一実施形態では、第１の各層のそれぞれは０．１μｍ～１００μｍの厚さを有する。好ましい実施形態では、第１の各層のそれぞれは１μｍ～５０μｍの厚さを有する。より好ましい実施形態では、第１の各層のそれぞれは３μｍ～４０μｍの厚さを有する。この実施形態の一態様では、第１の各層のそれぞれは同じ厚さを有する。この実施形態の代替的な態様では、第１の各層のそれぞれは異なる厚さを有する。
一実施形態では、第３の層は０．１μｍ～１００μｍの厚さを有する。好ましい実施形態では、第３の層は１μｍ～５０μｍの厚さを有する。より好ましい実施形態では、第３の層は３μｍ～３０μｍの厚さを有する。この実施形態の一態様では、第３の層は２つ以上の層を含み、各層のそれぞれは同じ厚さを有する。この実施形態の一態様では、第３の層は２つ以上の層を含み、各層のそれぞれは異なる厚さを有する。
層構造を有するセラミック波長変換体アセンブリは、バリア材料を含みかつ２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層も含む。一実施形態では、第２の層は、第１の層を互いに完全に分離する。更なる実施形態では、第２の層は、第１の層を第３の層から完全に分離する。
本発明に関連して、好ましくはドーパントと共に結晶を形成することができないバリア材料とは、ドープされたホスト材料を含む層から、非ドープのホスト材料を含む層へのドーパントの付与を少なくとも部分的にまたは完全に防止する材料である。
第２の層はバリア層として機能する。バリア層は、有利には、第１の層から第３の層へのドーパントの付与または第３の層から第１の層へのドーパントの付与を完全にまたは少なくとも部分的に防止する。一実施形態では、バリア層はバリア材料を含む。代替的な実施形態では、バリア層はバリア材料からなる。
一実施形態では、第２の層は、透明もしくは高透光性の材料を含むか、または透明もしくは高透光性の材料で構成されており、すなわち、入射光が光を漏らすことなく、またはほぼ漏らすことなく通過することができる。一実施形態では、第２の層は、無機材料を含むか、または無機材料で構成されている。一実施形態では、第２の層は、金属酸化物を含むか、または金属酸化物で構成されている。
第２の層の例示的な材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２またはＭｇＡｌ２Ｏ４などである。
一実施形態では、第２の層はＡｌ２Ｏ３を含む。一実施形態では、第２の層はＡｌ２Ｏ３で構成されている。
一実施形態では、第２の各層のそれぞれは、同じ材料を含むか、または同じ材料で構成されている。代替的な実施形態では、第２の各層のそれぞれは、異なる材料を含むか、または異なる材料で構成されている。
一実施形態では、第２の層は副層を含んでいてもよく、例えば、第２の層は、２つ、３つ、４つまたはこれよりも多い層、いわゆる副層を含んでいてもよい。
一実施形態では、第２の各層のそれぞれは０．１μｍ～１００μｍの厚さを有する。好ましい実施形態では、第２の各層のそれぞれは１μｍ～５０μｍの厚さを有する。より好ましい実施形態では、第２の各層のそれぞれは３μｍ～２０μｍの厚さを有する。厚さは、好ましくは、ドープされたホスト材料を有する層から、非ドープのホスト材料を有する層へのドーパントの拡散を防止するために、このように選択される。
一実施形態では、セラミック波長変換体アセンブリは、より多くの層を含む。この実施形態の一態様では、第１の各層のそれぞれは、２つの層、３つの層、４つの層またはさらにより多くの層を含んでいてもよい。本実施形態の一態様では、第１の層は、非ドープのホスト材料層である。代替的な態様では、第１の層は、ドープされたホスト材料層である。本実施形態の更なる態様では、第１の各層はそれぞれ、ある第１の波長の光を第２の波長に変換することができる異なるドープされたホスト材料を含む。異なる変換材料を使用することで、放出される光の色を調整することが可能である。
更なる実施形態では、セラミック波長変換体アセンブリの第３の層は、２つの層、３つの層、４つの層、またはこれよりも多い層を含む。本実施形態の一態様では、第３の層は、非ドープのホスト材料層である。代替的な態様では、第３の層は、ドープされたホスト材料層である。本実施形態の更なる態様では、第３の層はそれぞれ、ある第１の波長の光を第２の波長に変換することができる異なるドープされたホスト材料を含む。異なる変換材料を使用することで、放出される光の色を調整することが可能である。本実施形態の一態様では、セラミック波長変換体アセンブリは、非ドープの第１の層とドープされた第３の層とを含む。本実施形態の代替的な態様では、セラミック波長変換体アセンブリは、ドープされた第１の層と非ドープの第３の層とを含む。
本発明の更なる対象は、発光デバイスであって、第１のピーク波長を有する１次光を放出する発光構造体（発光手段）と、発光構造体からの１次光を受光するように位置決めされたセラミック波長変換体アセンブリとを備え、セラミック波長変換体は、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層と、バリア材料を含みかつ２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層と、ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含みかつ２つの第２の層の間に配置されている第３の層とを備え、ここで、２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む、発光デバイスである。
発光構造体、セラミック波長変換体アセンブリ、第１の層、第２の層および第３の層、バリア材料ならびに蛍光体材料は、上記のようなそれぞれの手段および材料に対応し得る。
一実施形態では、発光デバイスのバリア材料は、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＭｇＡｌ２Ｏ４などからなる群から選択される。好ましい実施形態では、発光デバイスのバリア材料はＡｌ２Ｏ３である。
一実施形態では、発光デバイスの蛍光体は、ガーネット、ＬｕＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）などからなる群から選択される。好ましい実施形態では、発光デバイスの蛍光体はＹＡＧ：Ｃｅである。
発光デバイスの更なる実施形態では、第１の層は非ドープのＹＡＧである。発光デバイスの更なる実施形態では、ドープされたホスト材料はＹＡＧ：Ｃｅである。
発光デバイスの一実施形態では、第１の層はＹＡＧからなる。発光デバイスの更なる実施形態では、第１の層はＹＡＧ：Ｃｅからなる。
発光デバイスの一実施形態では、第３の層はＹＡＧからなる。発光デバイスの更なる実施形態では、第３の層はＹＡＧ：Ｃｅからなる。
発光デバイスの実施形態では、第１の層は、非ドープのホスト材料（例えばＹＡＧ）からなり、第３の層は、ドープされたホスト材料（例えばＹＡＧ：Ｃｅ）からなる。発光デバイスの代替的な実施形態では、第１の層はドープされたホスト材料（例えばＹＡＧ：Ｃｅ）からなり、第３の層は非ドープのホスト材料（例えばＹＡＧ）からなる。これらの実施形態の一態様では、バリア層として機能する第２の層は、金属酸化物（例えばＡｌ２Ｏ３）からなる。
いくつかの実施形態では、発光デバイスは、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、またはこれらの組み合わせの少なくとも１つの層でコーティングされている。
セラミック波長変換体アセンブリは、当業者に知られている任意の発光デバイスにおいて有用であり得る。本発明のセラミック波長変換体アセンブリを含む発光デバイス、または本発明の発光デバイスは、様々な用途に有用である。発光デバイスの例示的な用途は、自動車産業、家電製品、一般照明である。
本発明の更なる対象は、層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリの製造方法であって、ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含む第３の層を設けるステップと、第３の層の上側にバリア材料を含む第２の層を適用し、第３の層の下側にバリア材料を含む第２の層を適用するステップと、第３の層と接触している面とは反対側の第２の層の各面のそれぞれに、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む第１の層を適用するステップとを含む、方法である。２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または２つの第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む。
代替的な実施形態では、本発明は、上部および下部の第１の層、上部および下部の第２の層、ならびに第３の層を含む層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリの製造方法を提供する。この方法は、下部の第１の層の上側に下部の第２の層を形成するステップと、下部の第２の層の上側に第３の層を形成するステップと、第３の層の上側に上部の第２の層を形成するステップと、上部の第２の層の上側に上部の第１の層を形成するステップとを含む。上部および下部の第２の層はバリア層を含む。上部および下部の第１の層が非ドープのホスト材料を含み、第３の層がドープされたホスト材料を含むか、または上部および下部の第１の層がドープされたホスト材料を含み、第３の層が非ドープのホスト材料を含む。
セラミック波長変換体、第１の層、第２の層および第３の層、バリア材料ならびにホスト材料は、上記のようなそれぞれの手段および材料に対応し得る。
層の適用は、テープキャスティング、ブランキング、ラミネーション、パンチなどのプロセスのような手順からなる従来のテープ成形プロセスにより行われてもよい。
図１は、本発明のセラミック変換体アセンブリ１００のＳＥＭ画像を示す。セラミック変換体アセンブリ１００は、６０μｍ～３００μｍ、好ましい実施形態では９０μｍ～２５０μｍの厚さを有する。好ましい実施形態では、セラミック変換体アセンブリ１００は、プラテン様の形状を有しているが、これに限定されない。図１のセラミック変換体アセンブリ１００は層状構造を示しており、これはサンドイッチ構造としても特徴付けられる。
セラミック変換体アセンブリ１００は、非ドープのＹＡＧの２つの第１の層１０１を含む。図１に示す第１の層１０１の厚さは約３５μｍである。セラミック変換体アセンブリ１００の中心部には、ＣｅがドープされたＹＡＧの第３の層１０３が設けられている。第３の層１０３の厚さは約１４μｍである。第３の層１０３は、０．１原子％～２０原子％のＧｄでドープされていてもよい。セラミック変換体アセンブリ１００は、バリア層として機能する２つの第２の層１０２をさらに含む。第２の層１０２はそれぞれ、約１２μｍの厚さを有し、好ましい実施形態では、これらは５μｍ～１０μｍの厚さを有する。第２の層１０２の小さな厚さのために、望ましくないまたは過剰な散乱を回避することができる。
第２の層１０２の厚さは、ドープされた層から非ドープの層へのドーパントの拡散をちょうどなくすように選択される。したがって、望ましいレベルの高い順方向透過率も得ることができる。第２の層１０２は、Ａｌ２Ｏ３からなっていてもよい。好ましい実施形態では、第２の層１０２は、第３の層１０３を第１の層１０１から完全に分離する。更なる実施形態では、第３の層１０３は非ドープのＹＡＧ層であり、第１の層１０１はドープされたＹＡＧ層（Ｃｅ３＋もしくはＧｄ３＋のいずれかをドープしたもの、またはこれらの組み合わせの層）である。
図１に示した構成では、Ｇｄのドーピング量を減らしたり、あるいはＧｄのドーピング量を完全になくしたりすることで、高温での優れた熱消光を材料に付与することができる（例えば、Ｇｄを１５％ドープしたＹＡＧ：Ｃｅよりも１１０℃での輝度が約４％向上している）。薄いＡｌ２Ｏ３層は、焼結温度で中心のＹＡＧ：Ｃｅ層から非ドープのＹＡＧ層へのＣｅの拡散を防止するバリア層として機能し、カラーステアリングを簡素化して保つと同時に、熱伝導性を向上させ、非ドープのＹＡＧ層が最小の散乱で高い透明性を達成できるようにする。異なる層の厚さを組み合わせることにより、サンドイッチ構造のセラミック材料の散乱挙動を、室温と高温との両方で最高の輝度を生み出す望ましいレベルに調整することができる。したがって、本発明は、室温（２５℃）と高温（例えば１５０℃まで）との両方で輝度を向上させ、さらには高磁束／高電力強度が適用される高電力強度での用途への解決策も提供する。
第３の層１０３を２つの第１の層１０１から分離することで、ドープされたホスト材料を有する層から、非ドープのホスト材料を有する層へのドーピングを完全になくすことができる。ドープされたホスト材料としてＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）を用いた例示的な実施形態では、ドープされたホスト材料を有する層の厚さを減らすことができる。これらの実施形態では、第２の層と非ドープのホスト材料を有する層との組み合わせを調整することにより、セラミック波長変換体アセンブリの総厚さを構成することができる。これらの例示的な実施形態は、従来のテープ成形プロセスにより作製することができる。
また、第１の層１０１または第３の層１０３のいずれかにおいて、Ｇｄ３＋ドーピングを完全になくすことで、高温での材料の最高の熱消光性能が付与され、１５０℃でも熱消光性能が付与される。第２の層１０２は、ドープされたホスト材料を有する層から、非ドープのホスト材料を有する層へのドーパントの拡散を防止するバリア層として機能するだけではない。また、第２の層１０２を導入することで、セラミック変換体アセンブリの熱伝導率を向上させ、熱的性能を向上させることができる。第２の層１０２と非ドープのホスト材料を有する層との両方を適用することで、サンドイッチ型セラミック変換体アセンブリの総厚さを調整する手段を提供するだけでなく、特別設計された前方散乱により最高の輝度を得るために、サンドイッチ部品の散乱を調整する手段を提供する。このサンドイッチ様構造のセラミック変換体は、現在の大規模生産方法に匹敵するコスト効率の高い方法を提供する。
図２Ａ～図２Ｄは、本発明のセラミック波長変換体アセンブリ２００の４つの例Ａ、例Ｂ、例Ｃおよび例ＤのそれぞれのＳＥＭ画像を示す。「Ａ」は、例１、例５、例９および例１３のサンプルを表し、「Ｂ」は、例２、例６および例１０のサンプルを表し、「Ｃ」は、例３、例７および例１１のサンプルを表し、「Ｄ」は、例４、例８および例１２のサンプルを表す。２０１は、各画像のそれぞれにおいて、第１の層を表す。２０２は、第２の層を表す。２０３は、第３の層を表す。
例Ａ、例Ｂ、例Ｃおよび例Ｄの層の厚さ、構成、焼結温度、焼結時間および焼結雰囲気を、図３および図４に示す。層の厚さは±３μｍ以内のばらつきで測定した。
図４は、例１～例１２のデータを示し、図２および図３の４つの異なる構成の層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリを、例えば１６３０℃、１６５０℃および１７００℃、１７５０℃の異なる温度で焼結した。選択されたセラミック波長変換体アセンブリを、ＴｉＯ２キャストを用いたＯＳＬＯＮ ＢＬＡＣＫ ＦＬＡＴ（ＯＢＦ）パッケージに組み立てた（約４４９ｎｍのチップ波長）。社内デザインによる球体を用いて、例１～例１２の色度データ（Ｃｘ、Ｃｙ）、光学性能－輝度（ルーメン）を求めた。
図５は、Ｃｅを２％ドープした第３の層のＹＡＧを有するセラミック波長変換体アセンブリの変換値（Ｃｘ、Ｃｙ）の色点（三角印）を、目標の参照用変換ライン（点線）に合わせて示したものである。
点線付きの丸印（○）は、目標とする参照用蛍光体を指す。三角印（△）は、２４μｍのＡｌ２Ｏ３の２つの第２の層を含むセラミック波長変換体アセンブリの変換ライン（Ｃｘ、Ｃｙ）を指し、目標の参照用蛍光体の変換ライン上またはれに近いところで光の変換を示している。これは、ドープされた層から非ドープのＹＡＧ層へのＣｅドーパントの拡散がないことを表す（または、拡散が小さすぎて検出できないことを表す）。四角印（□）は、Ａｌ２Ｏ３のバリア層を持たないセラミック波長変換体の変換ライン（Ｃｘ、Ｃｙ）を指し、非ドープのＹＡＧへのＣｅの拡散により、変換が緑色にシフトしたことを示している。層状のサンドイッチ構造を有するセラミック変換体を、１６３０℃、１６５０℃および１６８０℃で１時間焼成した。データは社内の試験機で求めた。
図６は、バリア層として作用するＡｌ２Ｏ３の第２の層を有するセラミック波長変換体アセンブリと、その第２の層を有しないセラミック波長変換体アセンブリの変換スペクトルを示す。点線はＡｌ２Ｏ３の第２の層を有する変換波長変換体アセンブリのスペクトルを表し、細い実線は目標のスペクトル（粗い実線）に対するＡｌ２Ｏ３の第２の層を有しない変換波長変換体アセンブリのスペクトルを表す。図６のデータから、Ａｌ２Ｏ３層が存在しない場合、ドープされた層から非ドープの層へのＣｅ３＋の拡散により、変換ラインがシフトしたことがさらに確かめられる。
図７および図８は、例１、例５、例９および例１３の発光スペクトルを示す。温度に応じて、発光波長および発光強度に若干の影響があることがわかる。
実施例
出発物質の粉体：
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（中心層、すなわち第３の層用）
中心の層用のＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）蛍光体は、以下の２つの方法で得ることができる；
焼結前の前合成
相：立方晶相９５％超（またはＧｄに富む相が存在する場合は５体積％未満）
Ｃｅドーピングレベル：０．０５～６％、好ましいレベルは０．１～４％
粒子径：ｄ５００．０１μｍ～５０μｍおよびｄ９０３０μｍ以下、好ましくは、ｄ５０約０１μｍ～２０μｍおよびｄ９０２５μｍ以下
焼結性：高活性で焼結可能
混合酸化物アプローチによる焼結中のインサイチュ合成
Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２およびＧｄ２Ｏ３（存在する場合）などの酸化物を、所望どおりＹＡＧ：Ｃｅ（存在する場合Ｇｄ）の配合に応じた重量比で秤量した；例えば、（ＹｘＧｄｙＣｅ（１ｘｙ））３Ａｌ５Ｏ１２、式中、ｘ＋ｙ＜１；０．７≦ｘ＜１；０≦ｙ＜０．３である；
Ａｌ２Ｏ３粉体（バリア層、すなわち第２の層用）
相：第２の相を有しないＡｌ２Ｏ３、９９．５重量％超の純度
粒径：ｄ５００．０１μｍ～５μｍおよびｄ９０１０μｍ以下、好ましくは、ｄ５０約０．０１μｍ～１μｍおよびｄ９０３μｍ以下
焼結性：高活性で焼結可能
Ｙ２Ｏ３粉体（非ドープの層用）
相：検出可能な第２の相を有しないＹ２Ｏ３、９９．５重量％超の純度
粒子径：ｄ５００．０１μｍ～５μｍおよびｄ９０１０μｍ以下、好ましくは、ｄ５０約０．０１μｍ～１μｍおよびｄ９０３μｍ以下
焼結性：高活性で焼結可能
である。
出発物質の粉体：
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体（中心層、すなわち第３の層用）
中心の層用のＹＡＧ：Ｃｅ（Ｇｄ）蛍光体は、以下の２つの方法で得ることができる；
焼結前の前合成
相：立方晶相９５％超（またはＧｄに富む相が存在する場合は５体積％未満）
Ｃｅドーピングレベル：０．０５～６％、好ましいレベルは０．１～４％
粒子径：ｄ５００．０１μｍ～５０μｍおよびｄ９０３０μｍ以下、好ましくは、ｄ５０約０１μｍ～２０μｍおよびｄ９０２５μｍ以下
焼結性：高活性で焼結可能
混合酸化物アプローチによる焼結中のインサイチュ合成
Ｙ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ２およびＧｄ２Ｏ３（存在する場合）などの酸化物を、所望どおりＹＡＧ：Ｃｅ（存在する場合Ｇｄ）の配合に応じた重量比で秤量した；例えば、（ＹｘＧｄｙＣｅ（１ｘｙ））３Ａｌ５Ｏ１２、式中、ｘ＋ｙ＜１；０．７≦ｘ＜１；０≦ｙ＜０．３である；
Ａｌ２Ｏ３粉体（バリア層、すなわち第２の層用）
相：第２の相を有しないＡｌ２Ｏ３、９９．５重量％超の純度
粒径：ｄ５００．０１μｍ～５μｍおよびｄ９０１０μｍ以下、好ましくは、ｄ５０約０．０１μｍ～１μｍおよびｄ９０３μｍ以下
焼結性：高活性で焼結可能
Ｙ２Ｏ３粉体（非ドープの層用）
相：検出可能な第２の相を有しないＹ２Ｏ３、９９．５重量％超の純度
粒子径：ｄ５００．０１μｍ～５μｍおよびｄ９０１０μｍ以下、好ましくは、ｄ５０約０．０１μｍ～１μｍおよびｄ９０３μｍ以下
焼結性：高活性で焼結可能
である。
一実施形態では、サンドイッチ様構造のセラミック波長変換体アセンブリは、上記のような３つの主成分を有する５つの層からなる。焼結後の最終材料では、層の厚さを以下のように制御した。
ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体の中心または中間の層は、Ｇｄの有無にかかわらず、厚さが１μｍ～１００μｍ、好ましくは３μｍ～５０μｍ、さらに好ましくは５μｍ～４０μｍの範囲である。
中心のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体層の両側を覆う薄いＡｌ２Ｏ３バリア層。Ａｌ２Ｏ３バリア層の厚さは、０．１μｍ～５０μｍ、好ましくは２μｍ～４０μｍ、より好ましくは４μｍ～２０μｍの範囲である。
非ドープのＹＡＧ層、最も外側の２つの層－非ドープの透明なＹＡＧ層。その厚さは、０．５μｍ～２００μｍ、好ましくは２μｍ～１００μｍ、より好ましくは１０μｍ～５０μｍの範囲である。
セラミック波長変換体アセンブリは、成形および／または焼結プロセスとして、ダイプレス、冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）、テープ成形、ホットプレス（ＨＰ）、熱間等方圧プレス（ＨＩＰ）などの様々な従来のプロセスにより製造することができる。
しかしながら、好ましい成形方法は、従来のテープキャスティング、すなわち、設計通りに異なる組成および厚さの層を積層し、その後、パンチング、仮焼成および焼結を行うことである。焼結セラミック波長変換体アセンブリの所望の形状は、典型的には約１ｍｍ×１ｍｍの正方形で、厚さは３０～２０００ミクロンであり得る。発光デバイスの小型化のために、０．５ｍｍ四方程度の大きさにすることも可能である。
緻密化は、ＳＰＳ、無加圧焼結（ＰＬＳ）、またはＨＩＰもしくはＧＰＳなどの他の焼結方法のいずれかにより達成することができる。選択される好ましい焼結技術は、無加圧焼結である。無加圧焼結（ＰＬＳ）の最大の特徴は、大規模生産を容易に実施することができるその簡素性である。
一実施形態では、セラミック波長変換体アセンブリをアルミナセッタ／プレート上に配置し、このセッタ／プレートを空気雰囲気炉に配置し、典型的な以下の時間－温度サイクル、すなわち
２５℃から４００℃へ、４時間
４００℃から１１５０℃へ、４時間
１１５０℃で０．５～２時間保持
２５℃に冷却、３時間
で加熱する。
２５℃から４００℃へ、４時間
４００℃から１１５０℃へ、４時間
１１５０℃で０．５～２時間保持
２５℃に冷却、３時間
で加熱する。
この熱プロセスにより、粉体をまとめるために使用される有機バインダのほか、製品の要求に応じて添加された場合の細孔形成添加材料も含む、すべての有機種および炭素種が除去される。また、１１５０℃の保持温度は、粉体粒子が固着するのに十分な温度であり、下流ステップで取り扱うのに十分な強度を部品に与えることができる。細孔形成添加剤は燃え尽きて、そのサイズと形状とを複製したボイドを残す。仮焼成されたセラミックプレートをモリブデンプレート上に移し、Ｈ２、Ｈ２／Ｎ２、ＣＯ、またはこれらの混合物などの還元性雰囲気において、乾式または制御された湿式のいずれかで、１５００～１８２５℃で、ピーク温度で１分～２時間の期間にわたって焼結される。水素焼結中、セラミック粉体が焼結してマトリックスの気孔が除去されるとプレートが収縮する。粉体の初期粒子径と混合／粉砕条件とが適切に行われ、細孔形成添加剤がバッチに添加されていない場合、サンドイッチ構造のセラミック変換体材料の気孔率は、高い焼結温度で、部品が高度な透明性または透光性を示すレベルまで減少する。
本発明の好ましい実施形態と現状考えられるものを示し、説明してきたが、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更および修正を行うことができることは、当業者には明らかであろう。本開示はむしろ、任意の新しい機能および機能の組み合わせを含んでおり、これは特に、添付の特許請求の範囲における任意の機能の組み合わせを含んでいるが、その機能または組み合わせが、それ自体、特許請求の範囲または実施例に明示的に示されていない場合であっても同様である。
本特許出願は、米国特許出願第１６／１９８４３５号明細書の優先権を主張するものであり、その内容が参照により本明細書に組み込まれる。
Claims (20)
- 層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリであって、当該セラミック波長変換体アセンブリが、
非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層と、
バリア材料を含みかつ前記２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層と、
非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含みかつ前記２つの第２の層の間に配置されている第３の層と
を含み、ここで、
前記２つの第１の層が前記非ドープのホスト材料を含み、前記第３の層が前記ドープされたホスト材料を含むか、または
前記２つの第１の層が前記ドープされたホスト材料を含み、前記第３の層が前記非ドープのホスト材料を含む、セラミック波長変換体アセンブリ。 - 前記２つの第１の層が非ドープのホスト材料を含み、前記第３の層がドープされたホスト材料を含む、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記ドープされたホスト材料が蛍光体である、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記バリア材料がＡｌ２Ｏ３である、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記非ドープのホスト材料が、ガーネット、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ケイ酸塩、酸窒化物および窒化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記非ドープのホスト材料がガーネットである、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記ドープされたホスト材料が、Ｃｅ、またはＧｄ、またはこれらの組み合わせでドープされている、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記ドープされたホスト材料が、Ｃｅでドープされている、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記ドープされたホスト材料が、少なくとも０．８原子％の量の少なくとも１種のドーパントでドープされている、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記ドープされたホスト材料がＹＡＧ：Ｃｅである、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 前記非ドープのホスト材料がＹＡＧであり、前記ドープされたホスト材料がＹＡＧ：Ｃｅである、請求項１記載のセラミック波長変換体アセンブリ。
- 発光デバイスであって、
第１のピーク波長を有する１次光を発するように構成された発光構造体と、
前記発光構造体からの前記１次光を受光するように位置決めされたセラミック波長変換体アセンブリと
を備え、前記セラミック波長変換体アセンブリは、
非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む２つの第１の層と、
バリア材料を含みかつ前記２つの第１の層の間に配置されている２つの第２の層と、
ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含みかつ前記２つの第２の層の間に配置されている第３の層とを備え、ここで、
前記２つの第１の層が前記非ドープのホスト材料を含み、前記第３の層が前記ドープされたホスト材料を含むか、または
前記２つの第１の層が前記ドープされたホスト材料を含み、前記第３の層が前記非ドープのホスト材料を含む、発光デバイス。 - 前記バリア材料がＡｌ２Ｏ３である、請求項１２記載の発光デバイス。
- 前記非ドープのホスト材料が、ガーネット、ＭｇＡｌ２Ｏ４、ケイ酸塩、酸窒化物および窒化物からなる群から選択される材料を含む、請求項１２記載の発光デバイス。
- 前記非ドープのホスト材料がＹＡＧである、請求項１２記載の発光デバイス。
- 前記ドープされたホスト材料がＹＡＧ：Ｃｅである、請求項１２記載の発光デバイス。
- 前記非ドープのホスト材料がＹＡＧであり、前記ドープされたホスト材料がＹＡＧ：Ｃｅである、請求項１２記載の発光デバイス。
- ２つの第１の層、２つの第２の層および第３の層を含む層状構造を有するセラミック波長変換体アセンブリの製造方法であって、前記方法が、
ドープされたホスト材料または非ドープのホスト材料を含む第３の層を設けるステップと、
前記第３の層の上側にバリア材料を含む第２の層を適用し、前記第３の層の下側にバリア材料を含む第２の層を適用するステップと、
前記第３の層と接触している面とは反対側の前記第２の層の各面のそれぞれに、非ドープのホスト材料またはドープされたホスト材料を含む第１の層を適用するステップと
を含み、ここで、
前記２つの第１の層が前記非ドープのホスト材料を含み、前記第３の層が前記ドープされたホスト材料を含むか、または
前記２つの第１の層が前記ドープされたホスト材料を含み、前記第３の層が前記非ドープのホスト材料を含む、方法。 - 前記ドープされたホスト材料が蛍光体である、請求項１８記載の方法。
- 前記バリア材料がＡｌ２Ｏ３である、請求項１８記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US16/198,435 US10873009B2 (en) | 2018-11-21 | 2018-11-21 | Barrier layer functioned novel-structure ceramic converter materials and light emitting devices |
| US16/198,435 | 2018-11-21 | ||
| PCT/EP2019/081971 WO2020104546A1 (en) | 2018-11-21 | 2019-11-20 | Ceramic wavelength converter assembly and method of making the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2022511421A true JP2022511421A (ja) | 2022-01-31 |
Family
ID=68731957
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2021528355A Pending JP2022511421A (ja) | 2018-11-21 | 2019-11-20 | セラミック波長変換体アセンブリおよびその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10873009B2 (ja) |
| JP (1) | JP2022511421A (ja) |
| KR (1) | KR102606173B1 (ja) |
| DE (1) | DE112019005817T5 (ja) |
| WO (1) | WO2020104546A1 (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7203053B2 (en) | 2005-04-07 | 2007-04-10 | American Radionic Company, Inc. | Capacitor for multiple replacement applications |
| US11183338B2 (en) | 2005-04-07 | 2021-11-23 | Amrad Manufacturing, Llc | Capacitor with multiple elements for multiple replacement applications |
| US11183336B2 (en) | 2005-04-07 | 2021-11-23 | Amrad Manufacturing, Llc | Capacitor with multiple elements for multiple replacement applications |
| US9412521B2 (en) | 2005-04-07 | 2016-08-09 | American Radionic Company, Inc. | Capacitor with multiple elements for multiple replacement applications |
| US11183337B1 (en) | 2005-04-07 | 2021-11-23 | Amrad Manufacturing, Llc | Capacitor with multiple elements for multiple replacement applications |
| US7952854B2 (en) | 2006-12-29 | 2011-05-31 | American Radionic Company, Inc. | Electrolytic capacitor |
| US9318261B2 (en) | 2013-05-21 | 2016-04-19 | American Radionic Company, Inc. | Power factor correction capacitors |
| US11195663B2 (en) | 2017-05-12 | 2021-12-07 | Amrad Manufacturing, Llc | Capacitor with multiple elements for multiple replacement applications |
| US11424077B1 (en) | 2017-12-13 | 2022-08-23 | Amrad Manufacturing, Llc | Hard start kit for multiple replacement applications |
| US20200161506A1 (en) * | 2018-11-21 | 2020-05-21 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Method for Producing a Ceramic Converter Element, Ceramic Converter Element, and Optoelectronic Component |
| US10586655B1 (en) | 2018-12-28 | 2020-03-10 | American Radionic Company, Inc. | Capacitor with multiple elements for multiple replacement applications |
| US20230104659A1 (en) * | 2021-10-04 | 2023-04-06 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Blue photon coupling improvement in layer-structured ceramic converter |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013543525A (ja) * | 2010-09-20 | 2013-12-05 | 日東電工株式会社 | 光放射性セラミック積層体およびその製造方法 |
| JP2014504807A (ja) * | 2011-02-02 | 2014-02-24 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | セラミック変換素子、セラミック変換素子を備えた半導体チップおよびセラミック変換素子の製造方法 |
Family Cites Families (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101359632B1 (ko) * | 2007-01-19 | 2014-02-19 | 삼성디스플레이 주식회사 | 백색 유기 발광 소자 |
| JP4915356B2 (ja) * | 2008-01-29 | 2012-04-11 | セイコーエプソン株式会社 | 発光素子、表示装置および電子機器 |
| CN102015961A (zh) * | 2008-06-02 | 2011-04-13 | 松下电器产业株式会社 | 半导体发光设备以及使用所述半导体发光设备的光源设备 |
| US8633475B2 (en) * | 2010-07-16 | 2014-01-21 | Idemitsu Kosan Co., Ltd. | Organic electroluminescence device and a method for producing the device |
| JP5972894B2 (ja) * | 2010-11-11 | 2016-08-17 | 日東電工株式会社 | ハイブリッドコンポジット発光性構成体およびこれを使用する発光デバイス |
| CN103347982B (zh) | 2010-12-01 | 2016-05-25 | 日东电工株式会社 | 具有掺杂浓度梯度的发射性陶瓷材料及其制造方法和使用方法 |
| KR101952138B1 (ko) | 2011-02-24 | 2019-02-26 | 닛토 덴코 가부시키가이샤 | 형광체 성분을 갖는 발광 복합물 |
| US20140326970A1 (en) * | 2013-05-03 | 2014-11-06 | Zachary M. Hudson | Host Materials for Single-Layer Phosphorescent OLEDs |
| JP5979319B2 (ja) | 2013-09-13 | 2016-08-24 | 凸版印刷株式会社 | 波長変換シート及びバックライトユニット |
| US9368939B2 (en) * | 2013-10-18 | 2016-06-14 | Soraa Laser Diode, Inc. | Manufacturable laser diode formed on C-plane gallium and nitrogen material |
| US9529969B2 (en) * | 2014-01-27 | 2016-12-27 | RDFISolutions, LLC | Event based tracking, health management, and patient and treatment monitoring system |
| JP2016213369A (ja) | 2015-05-12 | 2016-12-15 | 凸版印刷株式会社 | 波長変換シート用保護フィルム、波長変換シート及びバックライトユニット |
| US10910529B2 (en) * | 2015-07-02 | 2021-02-02 | Koninklijke Philips N.V. | Wavelength converted light emitting device |
| WO2017100944A1 (en) * | 2015-12-16 | 2017-06-22 | Oti Lumionics Inc. | Barrier coating for opto-electronic devices |
| US10587090B1 (en) * | 2015-12-31 | 2020-03-10 | Soraa Laser Diode, Inc. | Safe laser light |
| US10749078B2 (en) * | 2016-11-14 | 2020-08-18 | Seoul Viosys Co., Ltd. | Light emitting diode having side reflection layer |
-
2018
- 2018-11-21 US US16/198,435 patent/US10873009B2/en active Active
-
2019
- 2019-11-20 JP JP2021528355A patent/JP2022511421A/ja active Pending
- 2019-11-20 DE DE112019005817.7T patent/DE112019005817T5/de active Pending
- 2019-11-20 KR KR1020217015106A patent/KR102606173B1/ko active IP Right Grant
- 2019-11-20 WO PCT/EP2019/081971 patent/WO2020104546A1/en active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013543525A (ja) * | 2010-09-20 | 2013-12-05 | 日東電工株式会社 | 光放射性セラミック積層体およびその製造方法 |
| JP2014504807A (ja) * | 2011-02-02 | 2014-02-24 | オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング | セラミック変換素子、セラミック変換素子を備えた半導体チップおよびセラミック変換素子の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020104546A1 (en) | 2020-05-28 |
| US10873009B2 (en) | 2020-12-22 |
| DE112019005817T5 (de) | 2021-08-05 |
| KR20210066929A (ko) | 2021-06-07 |
| US20200161507A1 (en) | 2020-05-21 |
| KR102606173B1 (ko) | 2023-11-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2022511421A (ja) | セラミック波長変換体アセンブリおよびその製造方法 | |
| US10290775B2 (en) | Luminescent ceramic for a light emitting device | |
| EP2109651B1 (en) | Illumination system comprising composite monolithic ceramic luminescence converter | |
| RU2455731C2 (ru) | Осветительная система, содержащая монолитный керамический люминесцентный преобразователь | |
| EP2386527B1 (en) | Wavelength converting member, and light-emitting device | |
| US20120068213A1 (en) | Light emissive ceramic laminate and method of making same | |
| US20090184624A1 (en) | Light emitting device with improved conversion layer | |
| EP2148910B1 (en) | White emitting light source and luminescent material with improved colour stability | |
| WO2016207380A1 (en) | Phosphor ceramic | |
| WO2009083867A1 (en) | Color filter for a light emitting device | |
| WO2020225250A1 (en) | Multilayer ceramic converter with stratified scattering | |
| TW201705547A (zh) | 複合氮氧化物陶瓷轉換器及具有該轉換器的光源 | |
| US20230104659A1 (en) | Blue photon coupling improvement in layer-structured ceramic converter | |
| WO2020262311A1 (ja) | 蛍光体プレートおよびそれを用いた発光装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210520 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220428 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220516 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20220816 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220830 |