JP5587601B2 - 少なくとも一つのセラミック球状色変換材料を有する光放出デバイス - Google Patents

Description

本発明は光放出デバイスに関し、特にＬＥＤ分野に関する。

遷移金属または希土類金属を活性化材料としてホスト材料へ添加したケイ酸塩、リン酸塩（たとえば、りん灰石）およびアルミン酸塩を含有する蛍光体は周知である。特に、近年実用的になってきた青色ＬＥＤのように、蛍光材料と組み合わせた青色ＬＥＤを使用した白色光放出デバイスの開発が精力的に推進されてきている。光源としてＬＥＤを有する白色光放出デバイスは低消費電力であること、および、既存の白色光源より長期間の有効寿命が期待され、液晶パネルのバックライト、屋内および屋外照明備品、自動車パネルのバックライト、自動車のフロントライトおよび信号灯の光源、投射装置の光源等の用途に向けた開発が進められている。

しかしながら、最新技術のＬＥＤの製造、特に色変換材料用途では、複雑な技法を含んでいる。本発明における色変換材料は、特に、光放出デバイスからの光を吸収することが可能で、たいていの用途では緑色光および／または赤色光を含むであろう異波長の光を放出する材料を意味し、および／または含む。

本発明の目的は、多くの用途において容易にＬＥＤを強化（ｂｕｉｌｄ−ｕｐ）することが可能な光放出デバイスを提供することである。

この目的は本発明の請求項１の光放出デバイスによって解決される。すなわち、少なくとも一つの光源と、平均直径が２５μｍ以上２５００μｍ以下である少なくとも一つのセラミック球状色変換材料を有する光放出デバイスが提供される。一例を挙げると、光源は、無機ＬＥＤ、有機ＬＥＤまたはレーザーダイオードであってもよい。

光放出デバイスおよび／または光放出デバイス用の少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の使用は、本発明における広範囲の用途に対して少なくとも一つの次の利点を持つことが示された。

光放出デバイスは球状色変換材料を有し、この材料は、球間の摩擦が小さいので低圧力下で、外部からの力および／または自己集合（ｓｅｌｆ−ａｓｓｅｍｂｌｙ）によって密に詰まった構造に集合し得る。

最小平均直径２５μｍの球の（原子の寸法と比較した）巨視的な性質によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の使用によって非常に正確な球の注入（ｄｏｓｉｎｇ）ができるので、優れた色度制御が可能になる。

少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の球状形状によれば広範な用途での素晴らしい光変換、光混合、および光外部結合特性を得ることが可能になる。

このような少なくとも一つのセラミック球状色変換材料を含む光放出デバイスばかりではなく、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料も本発明の広範な用途において供給され、および／または、高度ではないが効率的な技法、例えば以下に記述されている技法、を使用して製造されることが可能である。

球状色変換材料の正確な堆積制御によれば、改良された発光特性を持つ異なる色変換材料の組み合わせを簡単に実現できる。

本発明における用語“球状”は、理想的な球状形状からの少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の形状の平均偏差が１０％以下であることを特に意味し、および／または、含み、この範囲は本発明の好適な実施形態である。ここで平均偏差は、セラミック球状色変換材料の全体の平均直径と一部の直径との平均差異を示す。

特に好適な、理想的な球状形状からの少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の形状の平均偏差は５％以下であり、より好適には２％以下であり、最も好適には１％以下である。

本発明における用語“セラミック材料”は、微細孔の総量が制御されている、または、微細孔が無い結晶または多結晶の圧縮（ｃｏｍｐａｃｔ）材料または複合材料を、特に意味し、および／または、含む。

本発明における用語“多結晶材料”は、特に、主成分の体積密度が９０パーセントよりも大きく、その８０パーセントを超える部分が単結晶ドメインからなり、それぞれのドメインは直径が０．５μｍよりも大きく、異なる結晶方向を有している材料を意味し、および／または、含む。単結晶ドメインは、アモルファスまたはガラス状の材料または追加の結晶成分とつながっていてもよい。

本発明の好適な実施形態によれば、光放出デバイスは、少なくとも一つの光源および、平均直径が１００μｍ以上２０００μｍ以下、より好適には２００μｍ以上１５００μｍ以下、さらにより好適には２５０μｍ以上１０００μｍ以下、最も好適には３００μｍ以上７５０μｍ以下の少なくとも一つのセラミック球状色変換材料を含んで供給される。

好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、対応する単結晶の理論密度の９５％以上１００％以下の密度を有している。これによって、散乱光が減少するので、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の発光特性が向上されるかもしれないという点で本発明が広範な用途にとって有利であることを示した。散乱が少ないことで、セラミック球状色変換材料中の平均光路長は減少し、従って、光の放射ではない損失量が低減する。

より好ましくは少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、対応する単結晶の理論密度の９７％以上１００％以下の密度、さらにより好適には９８％以上１００％以下、なおより好適には９８．５％以上１００％以下、最も好適には９９．０％以上１００％以下の密度を有している。

本発明の一実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の球の直径は、本質的に、幅（ｓ）が０．１以下である対数正規分布に従う。対数正規分布は直径“ａ”及び平均直径“ａ₀”を有するセラミック球状色変換材料の数ｎ（ａ）が次式に従う分布を示す。

ここで、“ｓ”はｎ（ａ）の分布幅を示す。Ｎはセラミック球状色変換材料の総数を示す。直径の大きさがより均一になると、本発明の広範な用途において、特に、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の自己組み立てが簡単になることが示された。

好ましくは、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の球の直径は、本質的には、幅（ｓ）が０．０８以下、より好適には幅（ｓ）が０．０６以下である対数正規分布に従う。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の表面（単数または複数）の表面粗さ（表面の平面性の破壊、表面の特徴である最高部と最深部との間の差の二乗平均平方根として測定される）は０．００１μｍ以上１μｍ以下である。

本発明の一つの実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の表面（単数または複数）の表面粗さは０．００５μｍ以上０．８μｍ以下であり、本発明の一実施形態によれば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であり、本発明の一実施形態によれば０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であり、本発明の一実施形態によれば０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下である。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の比表面積は１０^-7ｍ²／ｇ以上０．１ｍ²／ｇ以下である。ここで、比表面積は全セラミック球状色変換材料の全表面積の和をセラミック球状色変換材料の全質量で除算したものを意味する。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は本質的には次のグループから選択された材料から作製される。

（Ｌｕ_1-x-y-a-bＹ_xＧｄ_y）₃（Ａｌ_1-z-cＧａ_zＳｉ_c）₅Ｏ_12-cＮ_c：Ｃｅ_aＰｒ_b（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．２、０＜ｂ≦０．１および０＜ｃ＜１）、
（Ｓｒ_1-x-yＢａ_xＣａ_y）_2-zＳｉ_5-aＡｌ_aＮ_8-aＯ_a：Ｅｕ_z ²⁺（０≦ａ≦５、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１および０＜ｚ≦０．ｌ）、
（Ｓｒ_1-a-bＣａ_bＢａ_c）Ｓｉ_xＮ_yＯ_z：Ｅｕ_a ²⁺（０．００２≦ａ≦０．２、０．０≦Ｂ≦０．２５、０．０≦ｃ≦０．２５、１．５≦ｘ≦２．５、１．５≦ｙ≦２．５、１．５≦ｚ≦２．５）、
（Ｓｒ_1-u-v-xＣａ_vＢａ_x）₂（ＳｉＯ₄）：Ｅｕ_u（０≦ｘ≦１、０≦ｕ≦０．１、０≦ｖ≦１）、
（Ｃａ_1-x-yＳｒ_x）Ｓ：Ｅｕ²⁺ _y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．０１）、
（Ｃａ_1-x-y-zＳｒ_xＢａ_yＭｇ_z）_1-n（Ａｌ_1-a+bＢ_a）Ｓｉ_1-bＮ_3-bＯ_b：ＲＥ_n（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ａ≦１、０＜ｂ≦１および０．００２≦ｎ≦０．２、ＲＥはＥｕおよび／またはＣｅから選択される。）および、
Ｍ_x ^v+Ｓｉ_12-(m+n)Ａｌ_m+nＯ_nＮ_16-n（ｘ＝ｍ／ｖ、Ｍは金属であり、Ｍは好ましくは、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｆ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕまたはそれらの混合物を含むグループから選択される。）
またはそれらの混合物である。

用語“本質的に（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）”は、特に、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の９５％以上、好ましくは９７％以上、最も好適には９９％以上がこの材料からなることを意味する。しかしながら、いくつかの用途では、微量の添加剤がバルク組成物中に存在してもよい。これらの添加剤は、特に、例えば当業者にとってフラックスとして知られる種類のものを含む。適切なフラックスはアルカリ土類またはアルカリ金属酸化物およびフッ化物、ＳｉＯ₂および同種のものおよびこれらの混合物を含む。

本発明の好適な実施形態によれば、光放出デバイスは、色変換特性を有しない材料からなる少なくとも一つのさらなる球状材料を有する。

こうすることで、光変換および光非変換の球の混合物を、光放出デバイスの色特性を本発明の広範な用途で非常に容易に調整するために設置することが可能である。このように本発明は光放出デバイスの色特性の設定および／または調整方法にも関することは言うまでもないことである。

好適な実施形態によれば、少なくとも一つのさらなる球状材料は平均直径が２５μｍ以上２５００μｍ以下であり、好適な実施形態によれば、少なくとも一つのさらなる球状材料の平均直径は、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の直径の５％よりも小さい範囲で外れている。

好適な実施形態によれば、少なくとも一つのさらなる球状材料は、本質的にはガラス、セラミックス、ガーネット（ＹＡＧ等）、酸化物、ボラート、ホスファート、硫化物またはそれらの混合物のグループから選択された材料から作製される。

好適な実施形態によれば、少なくとも一つのさらなる球状材料の表面粗さは０．００５μｍ以上０．８μｍ以下であり、本発明の一実施形態によれば０．０１μｍ以上０．５μｍ以下であり、本発明の一実施形態によれば０．０２μｍ以上０．２μｍ以下であり、本発明の一実施形態によれば０．０３μｍ以上０．１５μｍ以下である。

好適な実施形態によれば、少なくとも一つのさらなる球状材料の形状の平均偏差は、理想的な球状形状から５％以内であり、より好適には２％以内であり、最も好適には１％以内である。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、ｎ（屈折率）が１．３以上のマトリックス材料で少なくとも一部が囲まれている。好ましくは少なくとも一つのセラミック球状色変換材料はｎ（屈折率）が１．５以上、より好適には１．７以上、最も好適には１．８以上のマトリックス材料で少なくとも一部が囲まれている。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、ｎ（屈折率）がｎ_cv-０．１以下のマトリックス材料で少なくとも一部が囲まれている（ここでｎ_cvは少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の屈折率である）。好ましくは少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、ｎ（屈折率）がｎ_cv以下のマトリックス材料で少なくとも一部が囲まれている（ここでｎ_cvは少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の屈折率である）。

このような屈折特性を持つマトリックス材料は、本発明の広範な用途で光放出デバイスの発光特性を向上できることを示した。

マトリックス材料は、好ましくは、ポリマー、特にシリコーンポリマー、ガラス、金属酸化物、好ましくはアルミニウム、シリコンおよび／またはチタン酸化物またはそれらの混合物を含むグループから選択される。

本発明の好適な実施形態によれば、マトリックス材料は、ポリマー、特にシリコンポリマー、ガラス、またはそれらの混合物および発光材料を含むグループの材料の混合物から選択される。

本発明範囲内のいくつかの用途で、特にほんの微量の発光材料がさらに必要とされる場合、この材料をマトリックス中に供給することが可能となり、光放出デバイスがコンパクトになる。

本発明の好適な実施形態によれば、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は層類似構造で、および／または層類似（ｌａｙｅｒ−ｌｉｋｅ）構造の光放出デバイスで供給され、好ましくは、本質的には球を最蜜に配置した組み立て、またはその組み立てにいくらか近い組み立てとなる。

用語“本質的（ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ）”は、特に、８０％以上、好ましくは８５％以上、最も好適には９０％以上の少なくとも一つのセラミック球状色変換材料が球を最蜜に配置して組み立てられていることを意味する。非発光球が存在する場合には、これらの球は最蜜に配置した一部であると考える。

本発明の好適な実施形態によれば、光放出デバイスは少なくとも二つの異なるセラミック球状色変換材料を含む。好ましくはこれらの少なくとも二つの異なるセラミック球状色変換材料は層類似構造で供給され、好ましくは、本質的には球を最蜜に配置した組み立て、またはその組み立てにいくらか近い組み立てとなる。

本発明の実施形態の範囲内では、このようにすることによって、光放出デバイスの相関色温度を非常に容易に設定および／または調整できることが示された。

本発明はさらに本発明による光放出デバイス用のセラミック球状色変換材料の製造および／または供給方法に関し、その方法のスッテプは、
（ａ） 少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料をプリフォームするステップ、
（ｂ） プリフォームされた少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料を加圧するステップ、および、
（ｃ） ステップ（ｂ）において成形された少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の任意の二次的な処理ステップを含む。

これによって、広範な用途において好適なセラミック球状色変換材料を容易に製造し、および／または供給することが可能になる。

好ましくはステップａ）には少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料のミリング、プリシェイピング（ｐｒｅ−ｓｈａｐｉｎｇ）および／またはラフシェイピング（ｒｏｕｇｈ ｓｈａｐｉｎｇ）が含まれる。

好ましくはステップｂ）には少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の静水圧圧縮成形が含まれ、圧力は好ましくは１５００バール以上１００００バール以下であり、より好ましくは２５００バール以上５５００バール以下である。

好ましくは少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の静水圧圧縮成形は溶媒中で行なわれ、好ましくは水中で行なわれる。

本発明の好適な実施形態によれば、ステップｂ）を行なう前に、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料をコーティング層で覆い、この層はその後除去してもよい。

これは実際に、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の球状形状を理想的な球状形状に近づけることを手助けしているので、本発明の広範な範囲の用途にとって有用であることを示した。

コーティング層は、好ましくは有機高分子材料および／または無機高分子材料、例えばポリオレフィンから選択される。

好ましくは、ステップｃ）には研削および／または研磨が含まれる。

本発明はさらに、噴霧乾燥ステップを含む本発明による光放出デバイス用のセラミック球状色変換材料の製造および／または供給方法に関する。この手法は本発明内のいくつかの用途および／または材料に適用できることを示した。

本発明の方法で製造されたセラミック球状色変換材料および、本発明による光放出デバイスは、次の１以上の項目の幅広い種類のシステムおよび／または用途で使用してもよい。

事務照明システム、
家庭用途システム、
店舗照明システム、
家庭照明システム、
アクセント照明システム、
スポット照明システム、
劇場照明システム、
光ファイバー用途のシステム、
投影システム、
自己点灯（ｓｅｌｆ−ｌｉｔ）ディスプレイシステム、
ピクセルで構成された（ｐｉｘｅｌａｔｅｄ）ディスプレイシステム、
セグメント化された（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）ディスプレイシステム、
警標システム、
医療照明用システム、
指標（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｓｉｇｎ）システム、
装飾照明システム、
携帯システム、
自動車用途、および
温室照明システム。

請求の範囲に記載されている要素および実施形態に記述されている本発明に従って使用されている要素だけではなく前述の要素も、大きさ、形状、材料選択および技術概念に関して当業者に知られている選択基準を制限無く適用できることに特別な例外はない。

本発明の対象である追加の詳細、特徴、特性および利点は、サブクレーム、図およびそれぞれの図の以下の記述および実施例に開示されており、それらは−例示的な方法で−本発明による光放出デバイスのいくつかの実施形態および実施例だけではなく、本発明による光放出デバイスに用いられる少なくとも一つのセラミック球状色変換材料のいくつかの実施形態および実施例として示されている。

図１は本発明の第１実施形態によるセラミック球状色変換材料の第１の組み立てによる部分概略斜視図である。

図２は本発明の第１実施形態によるセラミック球状色変換材料の組み立てのための準備の部分概略斜視図である。

図３は、本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第一段階の形成デバイスの横断面図である。

図４は、本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第二段階の形成デバイスの横断面図である。

図５は、本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第三段階の形成デバイスの横断面図である。

図６は、図３乃至図５の形成デバイスで作製されたマトリックス材料中に組み込まれた本発明の第２実施形態によるセラミック球状色変換材料の集合図である。

図７は、本発明の第３の実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第一段階の形成デバイスの横断面図である。

図８は、第３および第４の実施形態によるセラミック球状色変換材料の二つの更なる組み立て図である。

図９は、二種類のセラミック球状色変換材料を有する本発明の第５の実施形態による光放出デバイスの概略配置を示す図である。

図１０は、本発明の第６の実施形態による光放出デバイスの概略配置を示す図である。

図１は、本発明の第１実施形態によるセラミック球状色変換材料１０の第１の集合３０の部分概略斜視図である。セラミック球状色変換材料１０は多くの用途で層類似構造の形で容易に供給できることが分かる。

図２は本発明の第１実施形態によるセラミック球状色変換材料を集合させるための準備の部分概略斜視図である。この準備には単純に傾斜板６０が含まれ、傾斜板と水平軸との間の角度が適切に設定された場合には、セラミック球状色変換材料１０は、容易に所望の集合が形成されるであろう。本発明の利点は、セラミック球状色変換材料および／またはこのようなセラミック球状色変換材料を用いる光放出デバイスの製造の多くのステップにとって、ここで用いられる技法は、広範な用途で高度な設備を必要することなく、とても容易に準備できるだろうということである。

図３は、本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第一段階の形成デバイスの横断面図であり、図４および図５は第二および第三段階を示す図である。

この形成デバイスは単純にいくつかのモールド１２、１４および１８を有する。最初に、モールド１２および１４が供給され、セラミック球状色変換材料１０が単純にモールドに充填される。セラミック球状色変換材料１０の量は、好ましくは、光放出デバイスが製造される場合にはいくつかの層を築くように設定される。

第二段階では（図４に示すように）マトリックス材料１６および／またはマトリックス前駆物質材料１６が添加される。製造されるデバイス中でセラミック球状色変換材料１０間の空間を埋めるであろうこのマトリックス材料は、好ましくは上記のような材料である。

最後に、図５に示すように、さらなるモールド１８が現在のモールド１２および１４に加えられ、セラミック球状色変換材料１０およびマトリックス（前駆物質）材料は、セラミック球状色変換材料１０が層構造を形成するように矢印Ａ方向に加圧される。

加圧中またはその後に、マトリックス前駆物質材料１６はポリマーおよび／またはガラス類似構造を形成するように処理されてもよい。これは、例えば、マトリックス前駆物質材料１６を加熱することによる融解で達成してもよい。

図６は、図３乃至図５の形成デバイスで作製されるマトリックス材料中に組み込まれる本発明の第２実施形態によるセラミック球状色変換材料の集合（３０’）の図である。さらなるステップにおいて、光源４０（図示しないが図６において示されている）が加えられる。この光源は当該技術分野における当業者に知られているどのような光源、例えば、ＡｌＩｎＧａＮ ＬＥＤダイを含んでいてもよい。

セラミック球状色変換材料の球の直径およびモールド空間の外形寸法を適切に選択すれば、次式の最大球実装密度Ｄが色変換配置３０’において達成され得る。

Ｄ＝π／（３√２）＝０．７４０５

図７は、本発明の第３の実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第一段階の形成デバイスの横断面図である。この形成デバイスの組み立ては、最初からすでに光源４０が供給されている点を除いて、図３乃至図５と類似しているが、モールド１２’は異なって形状をしている。

図８は、本発明の第３および第４の実施形態によるセラミック球状色変換材料１０の二つの更なる集合図３２および３４である。適切に形成されていれば、セラミック球状色変換材料１０は自分自身で層類似構造３２、３４に配置することが分かる。セラミック球状色変換材料１０の配置の長さｄ１およびｄ２は容易に計算することができる。

長さｄ１およびｄ２はセラミック球状色変換材料によって変換される光量に影響するであろうことは言うまでもない。光放出デバイスの配置および／または製造が容易に達成でき、本発明範囲内の広範な用途でセラミック球状色変換材料配置の長さをとても信頼して計算できるので、セラミック球状色変換材料は光放出デバイスの演色特性および／または相関色温度（ＣＣＴ）の設定および／または調整には信頼性がある。セラミック球状色変換材料の球をさらに追加することで、ＣＣＴをシフトさせてもよい。

変換される二次光の量は、色変換組み立ての厚さでとても正確に制御可能である。この厚さは、球を最蜜に配置した組み立ての場合には下記の値になってもよい。

ｄ_n＝２√３ｒｎ

ここで、ｄ_nは集合させられた球の層の厚さであり、ｒは球の半径であり、ｎは六角形に実装された球層の数である。実際この値は、本質的に、本発明範囲内の多くの用途で、ほんのわずかな偏差しか発生しなかった。

図９は、二種類のセラミック球状色変換材料を有する本発明の第５の実施形態による光放出デバイスの概略配置を示す図である。

この実施形態では、二つのセラミック球状色変換材料１０および２０の二つの集合３６、３８があり、それらはお互いに接して層類似構造で供給される。光放出デバイスは、さらにセラミック球状色変換材料で二次光４０ｂに変換される一次光４０ａを放出する光源４０（ＡｌＩｎＧａＮ ＬＥＤダイ等）を有する。二次光４０ｂは、セラミック球状色変換材料の特性に依存する一定量の一次光４０ａをも有してもよい。二つのセラミック球状色変換材料は材料が異なり、放出特性も異なるであろうから、ＬＥＤの発光特性を変化させることが可能となる。

図９（または、さらにもっと異なるセラミック球状色変換材料が存在する他の実施形態−図示せず−）による光放出デバイスを提供する場合にも光放出デバイスの演色特性および／または相関色温度（ＣＣＴ）の調整および／または設定が可能であることは言うまでもない。

また、さらに別の実施形態（図示せず）によれば、さらに別の色変換材料をマトリックス材料１６に（図３に示すように）組み込む。製造される光放出デバイスでは、さらに別の層を使用する必要なく、やはり二種類の色変換材料が存在するであろう。これは、本発明の範囲内のいくつかの用途にとって有利であることを示している。

二つの球状材料が存在するさらに別の実施形態（図示しないが、図９と類似している）では、ひとつは色変換をし、他のもう一つは色変換をしない。この場合にも、光放出デバイスの相関色温度（ＣＣＴ）の調整および／または設定が可能である。非色変換材料は、ある意味で色変換材料に対する“希釈（ｄｉｌｕｔｉｎｇ）”材料の役目をする。このような構造によれば、多くの用途で色変換球と非色変換球との比さえ変化させれば、異なるＣＣＴ（あるいは他の光学特徴）を有する同じ大きさの光放出デバイスに容易に到達できる。

図１０は、本発明の第６の実施形態による光源４０を有する光放出デバイスの概略配置を示す図である。この実施形態では、セラミック球状色変換材料は、光を反射できる“ガラスドーム”５０として設置される。光源４０はセラミック球状色変換材料の方向に光を放出する。このような構造によれば、セラミック球状色変換材料の変換効率はさらに向上させることができる。

本発明は、本発明のさらに別の実施形態によるセラミック球状色変換材料の製造方法を示す次の実施例Ｉ（単に説明だけである）によってさらに理解されよう。

実施例Ｉ
Ａｌ₂Ｏ₃（９９．９９％、平均粒径３５０ｎｍ）、Ｙ₂Ｏ₃（９９．９９％、平均粒径７００ｎｍ）およびＣｅＯ₂（＞９８．５％、平均粒径４０ｎｍ）を、イソプロパノール中で高純度アルミナのミリング媒体（ニッカト−製、ＳＳＡ−Ｗ９９９）で粉砕した。ポリビニルブチラールバインダー（積水製、ＢＭ−Ｓ）を添加後に、粉末懸濁液を乾燥させ、顆粒直径が８０〜１２０μｍの範囲の顆粒を形成するように粒状化にした。そして顆粒を平均直径８００μｍのビーズに常温圧縮（ｃｏｌｄ ｐｒｅｓｓｅｄ）し、空気中５００℃でデバインドした（ｄｅｂｉｎｄｅｒｅｄ）。

そしてビーズを防水性のポリエチレンコーティング層で覆った。ポリエチレンコーティングでは２００〜４００℃の範囲の温度での流動層コーティングを適用したが、代わりに静電塗装またはフロックコーティングを使用してもよい。

そしてコーティングされたビーズは２０００〜４５００バールの範囲の圧力で冷間等方圧加圧された。加圧後に、残留有機バインダーおよびコーティングは１０００℃で１２時間、空気中でビーズを焼成して除去された（加熱勾配（ｈｅａｔｉｎｇ ｒａｍｐ），５０Ｋ／ｈ）。デバインドされたセラミック素地を１７５０℃の一酸化炭素雰囲気中で２時間かけて焼結した。

焼結および適度な研磨によるデアグロメレーション後、セラミックＹＡＧ：Ｃｅ球を１７００℃、５００バールアルゴン（４．８）で熱間等方圧加圧した。そして、最終的な表面仕上げおよび直径に到達するまで、市販されているミリングおよび研磨用添加剤を用いてローラベンチ上で湿式粉砕により、透明球を研削および／または研磨した。洗浄後、セラミック球を空気中１３５０℃で４時間かけて後焼きなまし（ｐｏｓｔａｎｎｅａｌｅｄ）をした。

この結果セラミック球状色変換材料は平均直径が４５０μｍで、理想的な球状形状からの形状の平均偏差が１％未満となった。

前述された詳細な実施形態の要素および特徴の特定の組み合わせは一例にすぎず、これらの教示と、本明細書および参照として取り入れられた特許／特許出願の他の教示との交換および置換も明確に考慮される。当業者であれば、請求項に記載されている本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書に記述されたものの変形、修正、および他の実施形態を想到可能であることを当業者は理解するであろう。従って、前述の記載は実施例にすぎず、限定して解釈すべきではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびそれらと均等の範囲によって定義される。さらに、明細書および請求項に使用されている参照記号は請求項に記載される本発明の範囲を限定するものではない。

本発明の第１実施形態によるセラミック球状色変換材料の第１の組み立てによる部分概略斜視図である。 本発明の第１実施形態によるセラミック球状色変換材料の組み立てのための準備の部分概略斜視図である。 本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第一段階の形成デバイスの横断面図である。 本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第二段階の形成デバイスの横断面図である。 本発明の第２実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第三段階の形成デバイスの横断面図である。 図３乃至図５の形成デバイスで作製されたマトリックス材料中に組み込まれた本発明の第２実施形態によるセラミック球状色変換材料の集合図である。 本発明の第３の実施形態による光放出デバイスを作製する、作製第一段階の形成デバイスの横断面図である。 第３および第４の実施形態によるセラミック球状色変換材料の二つの更なる組み立て図である。 二種類のセラミック球状色変換材料を有する本発明の第５の実施形態による光放出デバイスの概略配置を示す図である。 本発明の第６の実施形態による光放出デバイスの概略配置を示す図である。

Claims (11)

1. 光放出デバイスであって、
   少なくとも一つの光源および平均直径が１００μｍ以上２５００μｍ以下である少なくとも一つのセラミック球状色変換材料を有し、
   前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の密度は、対応する単結晶の理論密度の９５％以上１００％以下であり、
   前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、
   （ａ） 少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料をプリフォームするステップと、
   （ｂ） プリフォームされた少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料を加圧するステップと、
   （ｃ） 前記ステップ（ｂ）において成形された少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の任意の二次的な処理ステップと、を含む方法によって得られるものであり、
   前記ステップ（ｂ）は、少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の静水圧圧縮成形処理を含む、
   光放出デバイス。
2. 請求項１に記載の光放出デバイスにおいて、前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の形状の平均偏差が理想的な球状形状から１０％以下である光放出デバイス。
3. 請求項１または２に記載の光放出デバイスにおいて、前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の球の直径は本質的には幅ｓが０．１以下の対数正規分布に従う光放出デバイス。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の光放出デバイスにおいて、前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の表面粗さが０．００１μｍ以上１μｍ以下である光放出デバイス。
5. 請求項１乃至４の何れかに記載の光放出デバイスにおいて、前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料は、以下のグループから選択される材料から本質的には製造され、そのグループは、
   （Ｌｕ_1-x-y-a-bＹ_xＧｄ_y）₃（Ａｌ_1-z-cＧａ_zＳｉ_c）₅Ｏ_12-cＮ_c：Ｃｅ_aＰｒ_b（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦０．１、０＜ａ≦０．２、０＜ｂ≦０．１および０＜ｃ＜１）、
   （Ｓｒ_1-x-yＢａ_xＣａ_y）_2-zＳｉ_5-aＡｌ_aＮ_8-aＯ_a：Ｅｕ_z ²⁺（０≦ａ≦５、０＜ｘ≦１、０≦Ｙ≦１および０＜ｚ≦０．１）、
   （Ｓｒ_1-a-bＣａ_bＢａ_c）Ｓｉ_xＮ_yＯ_z：Ｅｕ_a ²⁺（０．００２≦ａ≦０．２、０．０≦ｂ≦０．２５、０．０≦ｃ≦０．２５、１．５≦ｘ≦２．５、１．５≦ｙ≦２．５、１．５≦ｚ≦２．５）、
   （Ｓｒ_1-u-v-xＣａ_vＢａ_x）₂（ＳｉＯ₄）：Ｅｕ_u（０≦ｘ≦１、０≦ｕ≦０．１、０≦ｖ≦１）、
   （Ｃａ_1-x-yＳｒ_x）Ｓ：Ｅｕ²⁺ _y（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦０．０１）、
   （Ｃａ_1-x-y-zＳｒ_xＢａ_yＭｇ_z）_1-n（Ａｌ_1-a+bＢ_a）Ｓｉ_1-bＮ_3-bＯ_b：ＲＥ_n（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、０≦ａ≦１、０＜ｂ≦１および０．００２≦ｎ≦０．２およびＲＥはＥｕおよび／またはＣｅから選択される。）、
   Ｍ_x ^v+Ｓｉ_12-(m+n)Ａｌ_m+nＯ_nＮ_16-n（ｘ＝ｍ／ｖ、Ｍは金属であり、好ましくはＬｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｓｃ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｆ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕまたはそれらの混合物を含むグループから選択される。）あるいは、
   それらの混合物である光放出デバイス。
6. 請求項１乃至５の何れかに記載の光放出デバイスにおいて、前記少なくとも一つのセラミック球状色変換材料はｎ（屈折率）が１．３以上のマトリックス材料で少なくとも一部が囲まれている光放出デバイス。
7. 少なくとも一つの光源を有する光放出デバイスに用いられる、平均直径が１００μｍ以上２５００μｍ以下であり、かつ、対応する単結晶の理論密度の９５％以上１００％以下の密度を有する少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の供給方法であって、
   （ａ） 少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料をプリフォームするステップと、
   （ｂ） プリフォームされた少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の材料を加圧するステップと、
   （ｃ） 前記ステップ（ｂ）において成形された少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の任意の二次的な処理ステップと、を含み
   前記ステップ（ｂ）が少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の静水圧圧縮成形処理を含む、
   方法。
8. 請求項７に記載の少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の供給方法において、噴霧乾燥ステップを含む方法。
9. 請求項７または８に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）が少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の１５００バール以上１００００バール以下での静水圧圧縮成形を含む方法。
10. 請求項７または８に記載の方法において、前記ステップ（ｂ）が少なくとも一つのセラミック球状色変換材料の２５００バール以上５５００バール以下での静水圧圧縮成形を含む方法。
11. 請求項１乃至６の何れかに記載の光放出デバイスおよび／または請求項７または８の方法で製造される少なくとも一つのセラミック球状色変換材料を含むシステムにおいて、１以上の次の用途で使用される前記システム：
    事務照明システム、
    家庭用途システム、
    店舗照明システム、
    家庭照明システム、
    アクセント照明システム、
    スポット照明システム、
    劇場照明システム、
    光ファイバー用途のシステム、
    投影システム、
    自己点灯（ｓｅｌｆ−ｌｉｔ）ディスプレイシステム、
    ピクセルで構成された（ｐｉｘｅｌａｔｅｄ）ディスプレイシステム、
    セグメント化された（ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ）ディスプレイシステム、
    警標システム、
    医療照明用システム、
    指標（ｉｎｄｉｃａｔｏｒ ｓｉｇｎ）システム
    装飾照明システム、
    携帯システム、
    自動車用途、および
    温室照明システム。

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