(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
式（Ｙ１−（ｘ＋ｙ）ＧｄｙＣｅｘ）３Ｂ５Ｏ１２
（式中、ｘは、０．０００１〜０．００４の範囲であり；ｙは、０．００５〜０．０５の範囲にあり；Ｂは、Ａｌである）
によって表わされる多結晶蛍光体を含み、
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲に最大吸収波長を有する、発光セラミック。
【請求項２】
５００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲に最大放射波長を有する光を放射する、請求項１のセラミック。
【請求項３】
前記セラミックは、２００℃で第１の発光効率および２５℃で第２の発光効率を有し、第１の発光効率は、第２の発光効率の少なくとも８０％である、請求項１又は２に記載のセラミック。
【請求項４】
ｘは、０．０００５〜０．００４の範囲にある、請求項１〜３のいずれかに記載のセラミック。
【請求項５】
ｘは、０．０００８〜０．００２５の範囲にある、請求項１〜４のいずれかに記載のセラミック。
【請求項６】
ｙは、０．０１〜０．０３の範囲にある、請求項１〜５のいずれかに記載のセラミック。
【請求項７】
ｙは、０．０１５〜０．０２５の範囲にある、請求項１〜６のいずれかに記載のセラミック。
【請求項８】
前記蛍光体が、さらに、式（Ｙ０．９７８Ｇｄ０．０２Ｃｅ０．００２）３Ａｌ５Ｏ１２によって表わされる、請求項１〜７のいずれかに記載のセラミック。
【請求項９】
前記多結晶蛍光体と異なる第２の成分をさらに含む、請求項１〜８のいずれかに記載のセラミック。
【請求項１０】
前記第２の成分は、アルミナ、イットリア、および酸化イットリウム・アルミニウムから選択される、請求項９に記載のセラミック。
【請求項１１】
４２０ｎｍ〜４８０ｎｍの範囲に最大放射波長を有する発光ダイオードと、
請求項１に記載の発光セラミックと、
を含み、
発光セラミックは、発光ダイオードから放射された光の少なくとも一部を受け、５００〜７００ｎｍの範囲に最大放射波長を有する光に変換するために位置する、発光装置。
【請求項１２】
前記発光セラミックは、５０μｍ〜５ｍｍの範囲の厚さを有する、請求項１１に記載の発光装置。
【請求項１３】
前記発光セラミックの全光線透過率は、５０％以上である、請求項１１又は１２に記載の発光装置。
【請求項１４】
ｘは、０．０００５〜０．００４の範囲にある、請求項１１〜１３のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１５】
ｙが、０．０１〜０．０３の範囲にある、請求項１１〜１４のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１６】
少なくとも第２のセラミックの成分をさらに含む、請求項１１〜１５のいずれかに記載の発光装置。
【請求項１７】
第２の成分は、アルミナ、イットリア、および酸化イットリウム・アルミニウムから選択される、請求項１６に記載の発光装置。
【請求項１８】
空隙がない、請求項１〜１０に記載の発光セラミック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２００９年６月１日に出願された米国仮出願第６１／１８３，００４号の利益を主張するものである。
【０００２】
本発明は、発光装置等で使用される発光セラミックスに関する。
【背景技術】
【０００３】
白色発光ダイオード（ＬＥＤ）は、公知の固体照明デバイスであり、広く実用化されている。ＬＥＤの用途の例としては、種々の機器のための表示器、携帯電話で使用されるＬＣＤディスプレイの背面照明、掲示板、装飾的な照明などが挙げられる。いくつかの用途について、その用途で望まれる色範囲の光を放射するＬＥＤを得ることは困難である。例えば、多数のＬＥＤは青色光を放射するが、しばしば、白色光が装置のために望まれる。これらの状況では、蛍光体は、放射光の色を変更するために使用することができる。これは、ＬＥＤから放射された青色光またはいくつかの他の着色光が蛍光体を通ることを可能にすることによってなされる。光の一部は変質することなく蛍光体を通るが、光の一部は蛍光体に吸収され、次いで、異なる波長の光を放射する。このように、蛍光体は、光の一部を異なる波長の光に変換することによって、放射光の見かけの色を調整する。多数の白色発光装置は、この種の色変換に基づく。例えば、１つのタイプの従来の白色発光装置は、エポキシ樹脂やシリコーンなどのカプセル材料樹脂中に分散された青色ＬＥＤおよび黄色発光ＹＡＧ蛍光体粉末を含む。
【０００４】
ＬＥＤの発光効率は、近年改善されている。その結果、ＬＥＤの使用は、自動車用ヘッドライト、中〜大型サイズのＬＣＤディスプレイ用の背面照明、現在の蛍光灯および白熱灯に置き換わる一般的な照明などのより強い輝度強度を必要とする白色発光装置に拡大している。これらの用途については、それは、より高い駆動状態およびより大きな放射束下でその放出効率を維持する発光装置を有用に有していてもよい。場合によっては、より高い駆動状態は、ＬＥＤ装置内の発熱を大幅に増大させる可能性があり、この上昇した温度は、ＬＥＤ効率および装置寿命の両方を低減する可能性がある。例えば、温度上昇は、ＬＥＤ半導体チップの内部量子効率の低減およびカプセル材料樹脂の寿命の短縮を引き起こす可能性がある。最近、粉末の代わりに発光セラミックプレートを使用するＬＥＤ装置が準備されている。これは、樹脂中に分散された粉末に比較して、おそらくは、プレートのより良好な熱伝導率により、多少温度消光を低減することに役立っていた。しかし、温度消光は、セラミックプレートであることを考慮に入れても問題となっている。
【発明の概要】
【０００５】
いくつかの実施形態は、発光装置用発光セラミックスを提供する。これらのセラミックスは、一般に使用されている従来の発光セラミックスより低い量のドーパントを有する傾向がある。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、希土類元素および少なくとも１つの希土類ドーパントを含むホスト材料を含み、希土類ドーパントは、材料中に存在する希土類原子の約０．０１％〜０．５％であってもよい。いくつかの実施形態は、式（Ａ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２によって表わされる多結晶蛍光体を含む発光セラミックを提供し、ここで、Ａは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌａ、Ｌｕ、Ｔｂ、又はそれらの組み合わせであり、ｘは、約０．０００１〜約０．００５の範囲であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、又はそれらの組み合わせであり、Ｅは、Ｃｅ、Ｅｕ、Ｔｂ、Ｎｄ、又はそれらの組み合わせであり、セラミックは、約４２０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲に最大吸収波長を有する。
【０００６】
いくつかの実施形態は、式（Ｙ１−（ｘ＋ｙ）ＧｄｙＣｅｘ）３Ｂ５Ｏ１２によって表される多結晶蛍光体を含む発光セラミックを提供し、ｘおよびＢは、上記のものと同様であり、ｙは、約０．００５〜約０．０５の範囲にある。
【０００７】
いくつかの実施形態は、約４２０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲に最大放射波長を有する発光ダイオードと、本明細書に開示された発光セラミックと、を含み、発光セラミックは、発光ダイオードから放射された光の少なくとも一部を受け、約５００ｎｍ〜約７００ｎｍの範囲に最大放射波長を有する光に変換するために位置する、発光装置を提供する。
【０００８】
これらおよび他の実施形態が、より詳細に以下に説明される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本明細書に開示される発光セラミックを含む装置のいくつかの例の概略図である。
【図２】図２は、本明細書に開示される発光セラミックおよびプレート形態のさらなるセラミックを含む装置の例の概略図である。
【図３】図３は、本明細書に開示される発光セラミックおよび粉末形態のさらなるセラミックを含む装置の代替例の概略図である。
【図４】図４は、本明細書に開示される発光セラミックを含む装置の代替例の概略図である。
【図５】図５は、本明細書に開示される発光セラミックを含む装置の代替例の概略図である。
【図６】図６は、本明細書に開示される発光セラミックを含む装置の代替例の概略図である。
【図７】図７は、発光セラミックプレートを介して全光線透過率を測定するための装置の１つの実施形態の概略図を示す。
【図８】図８は、２０ｍＡの駆動状態で、ＬＥＤ装置のいくつかの実施形態の放射スペクトルを示す。
【００１０】
図面は正確な縮尺ではない。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書に開示された実施形態のいくつかは、通常使用される従来の発光セラミックスより低い量のドーパントを有する発光セラミックを含む発光装置を提供する。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、限定されないが、（Ａ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２、（Ｙ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ｇｄ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ｌａ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ｌｕ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ｔｂ１−ｘＥｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＥｘ）３Ａｌ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＥｘ）３Ｇａ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＥｘ）３Ｉｎ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＣｅｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＥｕｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＴｂｘ）３Ｂ５Ｏ１２；（Ａ１−ｘＥｘ）３Ｎｄ５Ｏ１２などの式によって表わされる低いドーパント濃度を有する多結晶蛍光体を含む。いくつかの実施形態では、セラミックは、低いドーパント濃度を有するイットリウム・アルミニウム・ガーネットなどのガーネットを含む。いくつかの実施形態は、式（Ｙ１−ｘＣｅｘ）３Ａｌ５Ｏ１２によって表わされる組成物を提供する。いくつかの実施形態は、式（Ｙ１−（ｘ＋ｙ）ＧｄｙＣｅｘ）３Ａｌ５Ｏ１２によって表わされる組成物を提供する。上記式のいずれかにおいて、ｘは、約０．０００１〜約０．００５の範囲、約０．０００５〜約０．００４、または代わりに約０．０００８〜約０．００２５であってもよい。いくつかの実施形態では、ｙは、約０．００５〜約０．０５の範囲、約０．０１〜約０．０３、または代わりに０．０１５〜約０．０２５であってもよい。
【００１２】
本明細書に開示された発光セラミックスは、発光ダイオードから放射された光を吸収し、異なる色の光を放射するのに有用であり、したがって、色の調整を可能にする。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、青色光を吸収し、黄色光を放射してもよい。例えば、いくつかの実施形態では、セラミックは、約４２０ｎｍ〜約４８０ｎｍの範囲に最大吸収波長、および約５００ｎｍ〜約７５０ｎｍまたは代わりに約５００ｎｍ〜約６００ｎｍの範囲に最大放射波長を有する。
【００１３】
発光セラミックの吸収放射プロフィールおよびドーパント濃度は、発光装置の色に影響する可能性があるが、これらは、色を調整するために利用できる唯一のツールではない。例えば、限定されないが、色は、発光セラミックの厚さを変えることによって、および／または緑、青、および赤などの種々の色のさらなる発光セラミックスを加えることによって調整されてもよい。
【００１４】
いくつかの実施形態では、発光セラミックは、より厚くされて、異なる波長の光に変換された発光ダイオードから放射された光の量を増加させてもよい。したがって、観察された光が、発光ダイオードの色さらにはセラミックの色のように見えない。または、発光セラミックは、薄くされて、変換された光の量を減少させてもよく、したがって、その色を発光ダイオードの色により類似して見せてもよい。例えば、発光ダイオードが青色光を放射し、発光セラミックが黄色である、または黄色光を放射する場合には、より薄いセラミックは、より青に見える光を生じてもよく、より厚いセラミックは、より白くまたは黄色に見える光を生じてもよい。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、約５０μｍ〜約５ｍｍの範囲、約０．２ｍｍ〜約２ｍｍ、または代わりに約１ｍｍの厚さを有する。発光セラミックの有効な厚さが、光がセラミックを通る経路に依存し得るので、発光セラミックの形状も、放射光の色に影響するかもしれない。いくつかの実施形態では、発光セラミックは水平プレートである。他の実施形態では、発光セラミックは、ドーム形状、凸状、凹状、キャップ状、凹凸構造を備えたプレート、マイクロレンズ構造を備えたプレートなどである。
【００１５】
いくつかの実施形態では、少なくとも１つのさらなる成分、例えば、発光セラミックが、装置に加えられて、装置によって放射された光の色を調整する。さらなる成分は、任意のタイプの発光セラミックを含んでいてもよく、それは、赤、青、緑などの任意の色であってもよい。いくつかの実施形態は、発光セラミック、または希土類ドーパントを備えた希土類ホスト材料を含むさらなる発光セラミックを提供し、希土類ドーパントの量は、約０．０１％〜約０．０５％の範囲にあり、または代わりにセラミック中の希土類原子の約０．０１％〜０．０２％の範囲にある。いくつかの実施形態は、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ、ＣａＳｃ２Ｏ４：Ｃｅ、Ｃａ３ＳｉＯ４Ｃｌ２：Ｅｕ、Ｓｒ３ＳｉＯ５：Ｅｕ、Ｌｉ２ＳｒＳｉＯ４：Ｅｕ、Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７：Ｅｕ、ＣａＡｌ１２Ｏ１９：Ｍｎ、ＳｒＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ、Ｂａ３ＭｇＳｉ２Ｏ８：Ｅｕ、ＢａＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ、Ｌａ２Ｏ２Ｓ：Ｅｕ、ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ、ＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ、Ｃａ２Ｓｉ５Ｎ８：ＥｕおよびＣａＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕを含む発光セラミックを提供し、ここで、コロンに続く元素はドーパントである（例えば、Ｃｅは、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２：Ｃｅ中のドーパントである）。さらなる成分、例えば、発光セラミックは、任意の形態であってもよい。いくつかの実施形態では、さらなる発光セラミックは、水平プレートなどの発光セラミックのための上記任意の形態である。いくつかの実施形態では、さらなる発光セラミックは、装置を封入する樹脂などの装置の他の部分に分散された粒子の形態である。
【００１６】
いくつかの実施形態では、発光セラミックの低いドーパント濃度は、温度消光を低減することができる。いくつかの実施形態では、これは、発光装置に発光効率のより良好な熱的安定性を提供することができ、または言いかえれば、高温でより安定した発光効率を提供することができる。いくつかの実施形態では、これは、色の熱的安定性を改善することができ、または言いかえれば、より高温でより安定な色を提供することができる。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、２００℃で第１の発光効率および２５℃で第２の発光効率を有し、第１の発光効率は、第２の発光効率の少なくとも約８０％、８２％、８５％、８７％または代わりに９０％である。いくつかの実施形態では、これらの発光効率は、発光セラミックのピーク放射波長で決定される。特定の値は、蛍光体材料および活性剤濃度によって変化してもよい。いくつかの実施形態では、Ｃｅでドープされたイットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ：Ｃｅ）を含む発光セラミックの発光効率は、約４５０〜４７０ｎｍで、または代わりに約４６０ｎｍでセラミックを照射し、約５００〜６００ｎｍで、約５１０〜５５０または代わりに約５３０ｎｍで発光を測定することによって決定される。
【００１７】
発光セラミックは、透明または半透明であってもよい。しかし、場合によっては、空気の細孔などの発光セラミック中の小さな欠陥は、発光ダイオードからの光の後方散乱損失を引き起こす可能性がある。通常、発光セラミック材料中の欠陥の数は少なく、後方散乱損失は最小である。しかし、場合によっては、欠陥の数が少ない可能性があるので、セラミックにおいて一貫した散乱レベルを得ることが困難である可能性がある。このように、いくつかの実施形態では、さらなる欠陥が加えられる可能性があり、それは散乱を増大させる可能性があるが、あるセラミックから他のセラミックに散乱のより良好な一貫性を提供することが可能である。いくつかの実施形態では、発光セラミックの約８００ｎｍで測定された全光線透過率は、約５０％以上、または代わりに約６０％〜約７０％、または代わりに約８０％である。いくつかの実施形態では、さらなる散乱が、空気細孔密度または異種の結晶相成長（非多結晶相材料）を制御することによって提供されてもよい。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、さらに、第２の成分、例えば、少なくとも第２のセラミック材料を含む。いくつかの実施形態では、第２のセラミック材料は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット粉末；イットリウム、アルミニウム、酸素、および／またはセリウムを含む非晶質粉末；ＹＡｌＯ３：Ｃｅ；Ａｌ２Ｏ３粉末；アルミナ；イットリア；および酸化イットリウム・アルミニウムの少なくとも１つから選択される。
【００１８】
本明細書に開示された発光セラミックスを準備するために適用されてもよい技術分野において一般的に公知の多数の方法がある。いくつかの実施形態では、発光セラミックスは、成形されたセラミック圧粉体の準備を含めて、一般的に公知のセラミック体の製造手順などの方法によって準備される。いくつかの実施形態では、ポリマー系バインダ材料および／または融剤（ＳｉＯ２および／またはＭｇＯなど）、分散剤および／または溶媒が適切に添加されたセラミックス原料粉末を使用する従来の成形セラミック成形体製造方法が使用されてもよい。いくつかの実施形態では、粒子サイズは重要である可能性がある。例えば、粒子サイズが大きくなりすぎる場合には、大きな粒子は高い焼結温度でさえ互いに容易に凝集または融解しない可能性があるため、所望の高密度セラミックを達成することが困難になる可能性がある。さらに、増大した粒子サイズは、セラミック層中の空気細孔の数を増大させる可能性がある。他方では、より小さなナノサイズの粒子は、互いに融解させる増大した能力を有している可能性があり、高密度および空気細孔がないセラミック元素をもたらす可能性がある。いくつかの実施形態では、発光セラミックスを準備するために使用される原料粉末は、平均粒子径が約１０００ｎｍ以下または代わりに約５００ｎｍ以下であるナノサイズ粒子であってもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態では、バインダ樹脂、分散剤、および／または溶媒が、混合および／または成形の間に原料粉末に添加されて、製造工程を促進してもよい。いくつかの実施形態では、混合工程は、乳鉢および乳棒、ボールミル粉砕機、ビーズ粉砕機などの装置を使用してもよい。いくつかの実施形態では、成形工程は、単純型成形、一軸成形、熱間等静圧圧縮成形（ＨＩＰ）、冷間等静圧圧縮成形（ＣＩＰ）などの方法を利用する。いくつかの実施形態では、セラミックの層の厚さを制御するために、制御された多量の原料粉末が型に入れられ、その後に圧力を加える。いくつかの実施形態では、スラリー溶液のスリップキャストが、成形されたセラミック圧粉体を作製するために利用することができる。いくつかの実施形態では、発光セラミックは、多層セラミックコンデンサ製造工程で広く使用されるようなテープ・キャスティング方法によって準備された柔軟なセラミックグリーンシートを使用することによって準備されていてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、成形されたセラミック素地は、空気などの酸素雰囲気中で熱処理されて、バインダ樹脂または他の残留物を取り除いてもよい。熱処理は、バインダ樹脂の分解が開始する温度より高いが、サンプルの表面上の気孔が封鎖される温度より低いいかなる温度で実行されてもよい。いくつかの実施形態では、熱処理は、約１０分から約１００時間の範囲の時間、５００℃〜１０００℃の範囲の温度での加熱を含んでいてもよい。条件は、バインダ樹脂分解速度に依存し、セラミック素地のそりおよび／または変形を防ぐために調節されてもよい。
【００２１】
次に、いくつかの実施形態では、焼結が、制御された雰囲気下で行なわれて、空隙のない発光セラミックスを提供してもよい。焼結温度領域は、焼結されるセラミック材料、原料粉末の平均粒子サイズ、およびセラミック圧粉体の密度に依存する。セラミックがＹＡＧ：Ｃｅを含むいくつかの実施形態では、焼結温度は、約１４５０℃〜約１８００℃の範囲にあってもよい。いかなる適切な焼結周囲条件がいくつかの実施形態で使用されていてもよい一方、焼結周囲条件は、真空；ヘリウム、アルゴン、および窒素などの不活性ガス；または水素や水素と不活性ガスの混合物などの還元ガスであってもよい。
【００２２】
本明細書に開示された発光セラミックスを含む発光装置は、光を放射するいずれかの装置であってもよい。１つの実施形態では、発光装置は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、または無機エレクトロルミネセント素子（ＩＥＬ）であってもよい。
【００２３】
いくつかの実施形態では、発光セラミックスは、青色ＬＥＤに実装されて、より白く見える光を放射する装置を生じてもよい。図１は、そのような装置の構造のいくつかの例を示す。この装置では、青色ＬＥＤ５は、基板１に固定されており、発光セラミック１０は、青色ＬＥＤ５がセラミック１０と基板１の間にあるように位置する。青色ＬＥＤ５およびセラミック１０は、樹脂１５によって封入され、それは、基板１に取り付けられている。セラミック１０の形状は限定されない一方、セラミック１０のための形状の２、３の例が、平面プレート（図１ａ）、凸状（図１ｂ）；凹状（図１ｃ）、およびテクスチャード加工プレート（図１ｄ）である。
【００２４】
いくつかの実施形態は、さらなる発光セラミックを含む。例えば、１つの実施形態が図２に示されており、基板１に固定された青色ＬＥＤ５を有する。赤色発光セラミック１１は、青色ＬＥＤ５が赤色発光セラミック１１と基板１との間にあるように位置する。黄色発光セラミック１３が、赤色発光セラミック１１によって放射され、または赤色発光セラミック１１を通る光が次いで黄色発光セラミック１３を通るように、赤色発光セラミック１１の上方に配置されている。青色ＬＥＤ５、赤色発光セラミック１１、および黄色発光セラミック１３が樹脂１５によって封入され、基板１に取り付けられている。
【００２５】
いくつかの実施形態では、さらなる発光セラミックは、粉末形態である。図３は、そのような装置の構造の例を示す。この装置では、青色ＬＥＤ５は、基板１に固定され、黄色発光セラミック１３は、青色ＬＥＤ５が黄色発光セラミック１３と基板１との間にあるように位置する。青色ＬＥＤ５および黄色発光セラミック１３は、樹脂１５によって封入され、基板１に取り付けられている。樹脂１５内では、粉末形態１２の赤色発光セラミックは、黄色発光セラミック１３によって放射された、または黄色発光セラミック１３を通る光が、その後、粉末形態１２の赤色発光セラミックを通るように、黄色発光セラミック１３上方に位置する。
【００２６】
いくつかの実施形態では、多数のＬＥＤが発光装置に組み入れられていてもよい。例えば、図４に示された１つの実施形態は、基板１に固定されたいくつかの青色ＬＥＤ５を有する。この実施形態における発光セラミック１０は、青色ＬＥＤ５がすべて基板１と発光セラミック１０との間に位置するように構成されている。青色ＬＥＤ５および発光セラミック１０は、樹脂１５によって封入されており、基板１に取り付けられている。
【００２７】
他の実施形態では、青色ＬＥＤ５および発光セラミック１０を含む複合放射ユニットが、基板１上に実装されている。例えば、図５に示された他の実施形態が、基板１に固定されたいくつかの青色ＬＥＤ５を有する。多数の発光セラミックス１０が、１つの青色ＬＥＤ５が基板１と発光セラミックス１０の１つとの間に位置するように各々位置する。発光セラミックス１０および青色ＬＥＤ５は、樹脂１５によって封入されており、基板に取り付けられている。
【００２８】
いくつかの実施形態では、配列型放射ユニットが発光装置を形成するために組み立てられてもよい。図６に表されるように、配列された青色ＬＥＤ５が基板１に実装される。対応する配列された蛍光体透光性セラミックス１０が、カプセル材料樹脂１５内に蛍光体透光性セラミックスプレートを埋め込むことによって形成されている。一致する配列された蛍光体透光性セラミックスプレートおよび青色ＬＥＤが次いで組み合わされて、白色光を放射する発光装置を形成する。
【００２９】
実施例１
誘導結合ＲＦ熱プラズマ熱分解を使用することによる原料粒子の準備
【００３０】
硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（０．５９８８ｍｏｌ、２２９．３４６ｇ、純度９９．９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、硝酸アルミニウム九水和物（１．０ｍｏｌ、３７５．１４ｇ、純度９９．９７％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、および硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（０．００１２ｍｏｌ、０．５２１ｇ、純度９９．９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を、脱イオン水１０００ｍｌに溶解した。この実施例において、Ｃｅドーピング量は０．２ｍｏｌ％であった。
【００３１】
この１．６Ｍの前駆体溶液を、液体ポンプを使用して霧化プローブ経由でプラズマ反応チャンバに輸送した。
【００３２】
堆積実験は、３．３ＭＨｚで動作するＲＦ誘導プラズマトーチ（ＴＥＫＮＡＰｌａｓｍａ Ｓｙｓｔｅｍ社、ＰＬ−３５［カナダ、ケベック州］）で行った。ＲＦ発生プレートの電力は１２〜１５ｋＷの範囲であった。反応物質の注入を、ラジアル霧化プローブ（ＴＥＫＮＡＰＬＡＳＭＡ ＳＹＳＴＥＭ社、ＳＤＲ−７７２）を使用して行った。堆積された粒子の結晶相を、Ｒｉｇａｋｕ  Ｍｉｎｉｆｌｅｘ（Ｒｉｇａｋｕ  Ａｍｅｒｉｃａｓ、米国、テキサス州、ウッドランズ）（ＣｕＫα）で得られたＸ線回折（ＸＲＤ）スペクトルを使用して調査した。得られたサンプルの結晶相は、非晶質およびイットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（ＹＡＰ）の混合物と同定された。
【００３３】
Ｍｉｃｒｏｍｅｔｒｉｔｉｃｓの型番Ｇｅｍｉｎｉ２３６５ガス収着計（米国、ジョージア州、ノークロス）により得られたデータに基づいて、ＢＥＴ表面積測定から平均粒径（Ｄａｖｅ）を求めた。サンプルについて得られたＤａｖｅは、８７ｎｍであった。得られた粉末は、次いで、水中で３ｍｍのイットリア安定化ジルコニアボールを使用して、遊星ボールミルで解凝集された。得られた粉末は、Ｈ２／Ｎ２＝３％／９７％混合物ガス環境下で２時間１０００℃で予めアニールされた。ＸＲＤは、純粋相ＹＡＧ構造を示し、ＢＥＴ測定によって得られたＤａｖｅが１０３ｎｍであった。
【００３４】
発光セラミックサンプルの準備
上記準備された原料粉末（４ｇ、Ｄａｖｅ＝１０３ｎｍ）、ポリ（ビニルブチラール−コ−ビニルアルコール−コ−酢酸ビニル）（０．２１ｇ、平均Ｍｗが９０，０００〜１２０，０００の粉末、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、ヒュームドシリカ粉末（０．０１２ｇ、ＣＡＢ−Ｏ−ＳＩＬ（登録商標）ＨＳ−５、ＣａｂｏｔＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、米国、イリノイ州、タスコラ）、およびメタノール１０ｍｌが、ボールミルによって混合された。ドライヤで高温の空気を吹き付け、乳棒を動かし続けることによって、メタノールを完全に除去して、乾燥粉末を得た。乾燥粉末（４００ｍｇ）を、１３ｍｍの直径を有するダイセット（製品番号：００１２−６６４６、３ｍｍ  ＫＢｒ  Ｄｉｅ  Ｓｅｔ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ、米国、ニュージャージー州、ガーフィールド）へと広げ、その後に油圧プレスを用いて５０００ｐｓｉの圧力を加えた。その結果生じるセラミック圧粉体を、バインダ樹脂を取り除くために空気中で８００℃で１時間加熱処理した（加熱速度は４℃／分である）。
【００３５】
セラミック成形体を、真空で１６００℃、５時間焼結した（加熱速度は２℃／分であった）。厚さが約１ｍｍの黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。
【００３６】
実施例２
硝酸塩前駆体の組成を変更することによって、Ｃｅドーピング量を０．２ｍｏｌ％から０．０５ｍｏｌ％に変更した以外は実施例１の基本手順を繰り返した。黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。セラミックディスクの色は、実施例１において得られたサンプルと比較して、わずかに淡黄色であった。
【００３７】
実施例３
硝酸塩前駆体の組成を変更することによって、Ｃｅドーピング量を０．２ｍｏｌ％から０．４ｍｏｌ％に変更した以外は実施例１の基本手順を繰り返した。黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。セラミックディスクの色は、実施例１において得られたサンプルと比較して、わずかに濃かった。
【００３８】
実施例３Ａ
硝酸イットリウム（ＩＩＩ）六水和物（０．５９１２ｍｏｌ、２２６．４４９ｇ、純度９９．９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、硝酸ガドリニウム（ＩＩＩ）六水和物（０．０１８９ｍｏｌ、８．５５３ｇ、純度９９．９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、硝酸アルミニウム九水和物（１．０ｍｏｌ、３７５．１４ｇ、純度９９．９７％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）、および硝酸セリウム（ＩＩＩ）六水和物（０．００１２ｍｏｌ、０．５２１ｇ、純度９９．９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を、脱イオン水１０００ｍｌに溶解した以外、実施例１の基本手順を繰り返した。この実施例において、イットリウム量は９７．８ｍｏｌ％であり、ガドリニウム量は２．０ｍｏｌ％であり、Ｃｅドーピング量は０．２ｍｏｌ％であった。黄色の透光性Ｙ／Ｇｄアルミニウム・ガーネット：Ｃｅセラミックディスクを得た。セラミックディスクの色は、実施例１において得られたサンプルと比較してわずかに淡黄色だった。
【００３９】
比較例１
硝酸塩前駆体の組成を変更することによって、Ｃｅドーピング量を０．２ｍｏｌ％から０．８ｍｏｌ％に変更した以外は実施例１の基本手順を繰り返した。黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。セラミックディスクの色は、実施例１において得られたサンプルと比較して、濃かった。
【００４０】
比較例２
硝酸塩前駆体の組成を変更することによって、Ｃｅドーピング量を０．２ｍｏｌ％から２．０ｍｏｌ％に変更した以外は実施例１の基本手順を繰り返した。黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。セラミックディスクの色は、実施例１において得られたサンプルと比較して、濃かった。
【００４１】
比較例３
硝酸塩前駆体の組成を変更することによって、Ｃｅドーピング量を０．２ｍｏｌ％から５．０ｍｏｌ％に変更した以外は実施例１の基本手順を繰り返した。黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得たが、より低い透光性を示した。セラミックディスクの色は、実施例１において得られたサンプルと比較して、はるかに濃かった。
【００４２】
比較例４
約６．６μｍの中央値の粒子サイズを有する市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末（Ｋａｓｅｉ  Ｏｐｔｏｎｉｘ社、Ｐ４６−Ｙ３［日本国、神奈川県、小田原市］）を、１３ｍｍの直径を有するダイセット（製品番号：００１２−６６４６、３ｍｍ  ＫＢｒ  Ｄｉｅ  Ｓｅｔ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ）へと広げ、その後に油圧プレスを用いて５０００ｐｓｉの圧力を加えた。約１ｍｍの厚さのＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末錠剤を得た。
【００４３】
実施例４
Ｙ２Ｏ３（３３．８１ｇ、９９．９９％）、Ａｌ２Ｏ３（２５．４９ｇ、９９．９９％）、ＣｅＯ２（０．１０３３ｇ、９９．９％）、および０．５ｇのテトラエチル・オルトシリケート（ＴＥＯＳ、９９．９９％、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を、メタノール中で遊星ボールミルによって混合した。ポリ（ビニルブチラール−コ−ビニルアルコール−コ−酢酸ビニル）（２．５ｇ、平均Ｍｗが９０，０００〜１２０，０００の粉末、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ）を、次いでバインダとして添加した。この実施例において、Ｃｅドーピング量は、約０．２ｍｏｌ％であった。
【００４４】
ドライヤで高温の空気を吹き付け、乳棒を動かし続けることによって、メタノールを完全に除去して、乾燥粉末を得た。乾燥粉末（４００ｍｇ）を、１３ｍｍの直径を有するダイセット（製品番号：００１２−６６４６、３ｍｍ  ＫＢｒ  Ｄｉｅ  Ｓｅｔ、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ，Ｉｎｃ）へと広げ、その後に油圧プレスを用いて５０００ｐｓｉの圧力を加えた。次いで、得られたセラミックス圧粉体を、バインダ樹脂を取り除くために空気中で８００℃で１時間、加熱処理した（加熱速度は４℃／分である）。
【００４５】
セラミック成形体を、次いで、真空で１７００℃、５時間焼結した（加熱速度は２℃／分であった）。厚さが約１ｍｍの黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。
【００４６】
温度消光特性の評価
積分球、光源、モノクロメータ、光ファイバ、および温度制御可能サンプルホルダなどの関連光学部品とともに大塚電子社ＭＣＰＤ７０００多チャンネル光検出器システムで温度消光測定を行った。
【００４７】
得られた発光セラミックディスクまたは粉末錠剤を、モノクロメータを通った後に、４６０ｎｍでＸｅランプ（１５０Ｗ、Ｌ２２７４）で照射した。発光スペクトルを、積分球を使用することによって得た。この測定を、同じ測定条件を維持しながら２５℃〜２００℃の範囲にわたって２５℃ずつ行った。放射スペクトルのピーク値は、２５℃の値によって正規化し、次いで、表１にまとめた。
【表１】
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【００４８】
実施例５
実施例１では、より薄い発光セラミックディスクを、前記乾燥粉末９５ｍｇを１３ｍｍの直径の同じダイセットへと広げることによって準備した。真空で１６００℃、５時間焼結した後、厚さが約２４０μｍの黄色の透光性ＹＡＧ：Ｃｅセラミックディスクを得た。
【００４９】
得られた発光セラミックディスクの全光線透過率を、図７に示す光学構成を使用して測定した。図７は、上記のように準備された発光セラミック４５を介して全光線透過率を測定するために使用される装置の概略図を示す。積分球２０を、散乱光を含む透過光線５０をすべて集めるために使用する。バッフル２５は、検出器３０と球体２０への入口との間に介在されており、入射光線４０による検出器３０への直接の衝突を防止する。後方散乱光３５は、積分球に送られず、したがって、検出器３０によって検出できない。発光セラミックプレート４５が、実質的空気細孔や欠陥を含む場合には、全光線透過率は低い傾向がある。入射光線４０の波長が焼結されたセラミックプレート４５を作製するために使用される蛍光体材料の吸収範囲と重なる場合には、入射光線が蛍光体吸収によってほとんど消散されるので、透過率は測定されない。したがって、全光線透過率測定を、発光セラミックが衝突光を吸収しない波長を選択することによって行った。
【００５０】
積分球、光源、光ファイバ、およびサンプルホルダなどの関連光学部品とともに大塚電子社ＭＣＰＤ７０００多チャンネル光検出器システムを用いて、図７の測定システムを構成した。８００ｎｍの波長で得られた全光線透過率は、７３．９％であった。
【００５１】
セラミックディスクを、ダイヤモンドカッターを使用することによって、約１．５ｍｍ×１．５ｍｍのサイズに注意深く切断した。小さなセラミックディスクを下記手順によって青色ＬＥＤチップに実装した。一体成型エポキシ樹脂（日東電工株式会社、ＮＴ８０８０）をカプセル材料樹脂として使用した。非常に少量のエポキシ樹脂をトゥースピックを使用することによってＬＥＤチップ上に置いた。次いで、蛍光体ディスク片をＬＥＤチップ上に注意深く実装し、続いて１３５℃で５時間硬化する。セラミックディスクを備えたＬＥＤ装置を駆動し、白色放射が観察された。
【００５２】
比較例５
一体成型エポキシ樹脂（０．４ｇ）を、市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末（０．６ｇ、Ｋａｓｅｉ  Ｏｐｔｏｎｉｘ社、Ｐ４６−Ｙ３）と混合した。混合溶液を、実施例５で使用した同じタイプの青色ＬＥＤチップ上に実装し、続いて、１３５℃で３０分間一時的に硬化した。放射色が白ではなく黄色がかっていたので、蛍光体を分散したエポキシ樹脂層を、放射色が白くなるまで、サンドペーパーを使用することによって注意深くこすった。これに続いて１３５℃で５時間、十分に硬化した。
【００５３】
市販のＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末を備えたＬＥＤ装置を駆動し、白色放射が観察された。
【００５４】
比較例６
プラズマ処理（Ｄａｖｅ＝８７ｎｍ）直後に得られた実施例１に記載されたものに類似するナノサイズ粉末を、Ｈ２／Ｎ２＝３％／９７％混合ガス環境下で１４００℃で２時間アニールした。得られた粉末は単一ＹＡＧ相を示した。色は黄色であったが、比較例６で使用される市販のＹＡＧ：Ｃｅ粉末よりもはるかに青白かった。
【００５５】
一体成型エポキシ樹脂（０．５ｇ）を、ＹＡＧ：Ｃｅ粉末（０．５ｇ）と混合した。比較例６に記載された同じ方法によって、ＹＡＧ：Ｃｅ蛍光体粉末を備えたＬＥＤ装置を駆動し、白色放射が観察された。
【００５６】
ＬＥＤ性能テスト
積分球、光ファイバ、およびＤＣ光源などの関連光学部品とともに大塚電子社ＭＣＰＤ７０００多チャンネル光検出器システム（日本国、大阪）を使用して各ＬＥＤに関する白色光放射スペクトルを得た。２０ｍＡの駆動状態下で放射スペクトルを各ＬＥＤ装置に関して得た。
【００５７】
図８は、２０ｍＡの駆動状態での各ＬＥＤ装置の放射スペクトルを示す。得られたデータを正規化することなくスペクトルを得た。その後、駆動電流は、１００ｍＡ、２００ｍＡ、３００ｍＡ、４００ｍＡ、および５００ｍＡで段階的に増加した。ＬＥＤの温度を安定させることを可能にするために、放射スペクトルは、駆動電流を変更した後の約１分後に得られた。異なる駆動状態で実施例５の装置の放射色の変化は、比較例５の装置ほど敏感でなかった。
【００５８】
実施例５および比較例５の駆動電流上のＣＩＥ色度変化を表Ａに付与している。
【表２】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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