JP6457121B2 - 複合酸窒化セラミック変換体およびこの変換体を備えた光源 - Google Patents

Description

本発明は、複合酸窒化セラミック変換体およびこの変換体を備えた光源に関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）のパッケージから放出された光の色全体に影響を及ぼすため、発光ダイオード（ＬＥＤ）から放出された青色光をより長い波長に変換するために（「波長変換」）、蛍光体を使用することが周知である。そのようなＬＥＤを、一般に、蛍光体−変換ＬＥＤ（ｐｃ−ＬＥＤ）と呼ぶ。アプリケーションおよび所望の光出力に応じて、蛍光体は、白色ＬＥＤの場合のようにＬＥＤによって放出された光の一部のみを変換してもよいし、あるいは青色ＬＥＤ光を緑などの別の色に完全に変換してもよい。

蛍光体は、ＬＥＤ上に付着されたシリコーン樹脂に埋め込まれていてもよく、またはいくつかの有利な適用例では、固体の焼結済みセラミック変換体としてＬＥＤに付着されていてもよい。そのような固体のモノリシック変換体には、蛍光体粉末に勝る少なくとも２つの明らかな利点がある。第１は、製造の際により良好な色の一貫性および制御をもたらすよう、ルミネセント・セラミック変換体を、定められた形状および均一な厚さに作製できることである。第２は、モノリシック変換体は透光性にすることができ、それにより散乱損失を低減しかつ取り出し効率を向上させることができる。ルミネセント・セラミック変換体の例は、特許文献１、特許文献２、および特許文献３に記載されている。

米国特許第７，５５４，２５８号 米国特許出願公開第２００７／０１２６０１７号 国際特許出願公開ＷＯ ２００６／０８７６６０

β−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕなどの酸窒化物系緑色放出蛍光体は、色域、熱および化学安定性、消光効果において、多くの利点をもたらす。しかし、これらの材料は、典型的には、バルク拡散係数が非常に低く、細長い粒子（β−ＳｉＡｌＯＮ）または平板様粒子（ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２）であり、かつ大きい粒径を有するので、高温または長い滞留時間（ｄｗｅｌｌ ｔｉｍｅｓ）であっても稠密なセラミック部品を実現することは難しい。したがって、酸窒化セラミック変換体は、多孔質ミクロ構造により引き起こされる激しい散乱により、それらの粉末状形態に比べて通常は変換効率が低い。

本発明は、緑色ＬＥＤの適用例で使用され得る量子効率（ＱＥ）の高い稠密な複合セラミック変換体が実現されるように、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体の第１の相と六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体の第２の相とを組み合わせた、複合酸窒化セラミック変換体である。特に、複合酸窒化セラミック変換体は、好ましくは、ピーク波長が５４０〜５７０ｎｍの、より好ましくは５５０〜５６０ｎｍの緑色光を放出する。

別の態様では、複合酸窒化セラミック変換体は、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．０１〜０．９９、より好ましくは０．２０〜０．８０であり、さらにより好ましくは０．３０〜０．６０である。

他の態様では、複合酸窒化セラミック変換体は、ＬＥＤと対になって光源を形成する。より詳細には、セラミック変換体は、好ましくは青色放出ＬＥＤと組み合わされて、ＬＥＤにより放出された青色光を緑色光に実質的に変換し、それによって緑色放出ＬＥＤ光源を提供する。

一実施形態によれば、複合酸窒化セラミック変換体は、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体の第１の相および六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体の第２の相を有する。

一実施形態によれば、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体およびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体は、Ｅｕを０．１モルパーセント〜５モルパーセント含有する。

一実施形態によれば、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体およびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体は、Ｅｕを０．１モルパーセント〜３モルパーセント含有する。

一実施形態によれば、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体およびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体は、Ｅｕを０．３モルパーセント〜１．５モルパーセント含有する。

一実施形態によれば、変換体は、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．０１〜０．９９である。

一実施形態によれば、変換体は、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．２０〜０．８０である。

一実施形態によれば、変換体は、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比において、ｘは０．３０〜０．６０である。

一実施形態によれば、複合酸窒化セラミック変換体の平均粒径は０．１〜１０μｍである。

一実施形態によれば、複合酸窒化セラミック変換体の平均粒径は２〜１０μｍである。

一実施形態によれば、変換体は、ピーク波長が５４０〜５７０ｎｍである緑色光を放出する。

一実施形態によれば、変換体は、ピーク波長が５５０〜５６０ｎｍである緑色光を放出する。

一実施形態によれば、変換体は、平板様形状を持つ第１の粒子と、断面が六角形の細長い形状を有する第２の粒子とを含む。

一実施形態によれば、細長い形状を持つ第２の粒子は、アスペクト比が１超〜約１２未満の範囲にある。

一実施形態によれば、光源は、発光ダイオード（ＬＥＤ）および複合酸窒化セラミック変換体を含み、複合酸窒化セラミック変換体が、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体の第１の相と、六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体の第２の相とを有する。

光源の一実施形態によれば、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体およびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体は、Ｅｕを０．１モルパーセント〜５モルパーセント含有する。

光源の一実施形態によれば、変換体は、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．２０〜０．８０である。

光源の一実施形態によれば、複合酸窒化セラミック変換体は、ピーク波長が５４０〜５７０ｎｍである緑色光を放出する。

光源の一実施形態によれば、ＬＥＤは一次光を放出し、複合酸窒化セラミック変換体は、一次光の実質的に全てを緑色光に変換する。

光源の一実施形態によれば、一次光のピーク波長は４２０〜４９０ｎｍの範囲である。

光源の一実施形態によれば、緑色光のピーク波長は５５０〜５６０ｎｍである。

本発明による、複合酸窒化セラミック変換体のミクロ構造の顕微鏡写真である。 本発明による複合酸窒化セラミック変換体のｘ線回折パターンに、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２相の回折パターンを重ね合わせた状態を示す図である。 本発明による複合酸窒化セラミック変換体のｘ線回折パターンに、Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９相の回折パターンを重ね合わせた状態を示す図である。 ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２相の結晶構造を示す図である。 Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９相の結晶構造を示す図である。 図４Ａは、常圧焼結および放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）技法によって形成された複合体酸窒化セラミック変換体の発光スペクトルの、グラフによる比較を示す図である。 図４Ｂは、図４Ａの複合酸窒化セラミック変換体の色度点を示す図である。 本発明による光源の断面図である。 ｘ線回折データを示す図である。 ｘ線回折データを示す図である。 ｘ線回折データを示す図である。 ｘ線回折データを示す図である。 ｘ線回折データを示す図である。

本発明を、その他および別の目的、それらの利点、および能力と一緒に、より良好に理解するために、以下の開示および添付される特許請求の範囲を、上述の図面と併せて参照する。

蛍光体、ＬＥＤ、レーザ、または変換材料の色と言った場合は、他に指定しない限り、一般にその発光色を指す。したがって、青色ＬＥＤは青色光を放出し、黄色蛍光体は黄色光を放出し、以下同様である。

本明細書で使用される「セラミック変換体」という用語は、励起源からの光の少なくとも一部を異なる波長の光に変換する、無機蛍光体などの少なくとも１つの焼結された多結晶質ルミネセント材料からなる固体モノリシック片を指す。セラミック変換体の密度は、好ましくは、この変換体を含むルミネセント材料の理論密度の少なくとも約９０％である。本発明の複合酸窒化セラミック変換体の好ましい密度は、理論密度の少なくとも約９５％である。より好ましくは、複合セラミック変換体の密度は、理論密度の少なくとも約９８％、またはさらに９９％である。

上述のように、β−ＳｉＡｌＯＮ：ＥｕおよびＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕなどの緑色酸窒化蛍光体を備える、適正に稠密なセラミック変換体を実現することは難しい。熱間静水圧圧縮成形（ＨＩＰ）、放電プラズマ焼結（ＳＰＳ）、または高圧（ＨＰ）を含めた方法を、セラミック変換体の生成に用いてもよいが、これらの蛍光体では、大量の細孔がセラミック塊に存在するので、得られる部品が一般に満足できないものになる。例えば、焼結助剤の添加がない場合、単相の細長いβ−ＳｉＡｌＯＮ：Ｅｕは、ＳＰＳによって１７２５℃でも稠密化せず；単相の平板様ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ部品は一般に、ＳＰＳまたは常圧焼結法のいずれかによって、より低いＱＥを有し、特に約３０％付近の低いＱＥを有する。

本発明は、２つの酸窒化物層を組み合わせて、緑色ｐｃ−ＬＥＤの適用例で使用され得る稠密な均質ミクロ構造および高いＱＥを持つ複合酸窒化セラミック変換体を形成することによって、この問題を克服する。特に、セラミック変換体は、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体の第１の相と、六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体の第２の相とを含有する。単相の代わりに２相を使用することにより、稠密化のためのより大きい推進力が得られると考えられる。これら２つの酸窒化物層はその化学組成が類似しているが、酸素原子と窒素原子との比は異なっている（即ち、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２蛍光体は、Ｏ／Ｎ比が１：１であり、それに対して六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９蛍光体は、Ｏ／Ｎ比がより高く、２．２５：１である）。組成の差は、不均衡な化学ポテンシャルを創出し、焼結中の質量拡散／輸送を通してより良好な稠密化のための追加の推進力をもたらし、それほど費用のかからない常圧焼結法を実現可能にする。光学性能の面で、複合酸窒化セラミック変換体は、常圧焼結によって作製された単相ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ変換体（約３３〜３５％）よりも高い非補正変換効率、約４１％を提供し、単相ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ（それぞれ、主波長５５５．８ｎｍ、および主波長５５５ｎｍ）と比べて、より緑色の濃い発光（それぞれ、主波長５５５．３ｎｍ、および主波長５４６．５ｎｍ）を提供する。

ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ／Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ複合セラミック変換体の典型的なミクロ構造を、図１に示し、この構造は、三斜晶（明るい白色平板様形状）相および六方晶（暗色）相からなる。細長い六方晶形状の粒子は、好ましくは、そのアスペクト比（長さ対幅）が１超から約１２未満の範囲にある。複合酸窒化セラミック変換体の平均粒径は、好ましくは０．１〜１０μｍ、より好ましくは０．５〜１２μｍ、さらにより好ましくは２〜１０μｍである。図２Ａおよび図２Ｂは、複合酸窒化セラミック変換体の例示的なｘ線回折パターンに、それぞれ、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２相およびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９相の回折パターンを重ね合わせたものを示す。単位格子パラメータは、六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９相の回折パターンに基づいて、ｘ線回折（ＸＲＤ）技法により決定した。六方結晶相は、格子寸法ａ＝７．１０６、ｃ＝６．６１８２、ｖｏｌ．＝２８９．５の、空間群Ｐ３（１４３）に属する。複合体中に存在する２相の結晶構造モデルを、図３Ａ（三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２）および図３Ｂ（六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９）に示す。

本発明は、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２材料を用いたときの緑色完全変換の課題に基づいてなされたものである。本発明は、以下の最適化のために探索された一連の処理ステップおよび条件の後に、なされたものである：（１）異なる処理条件下、Ｅｕがドープされた緑色ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２のＤｏＥ。（２）異なる脱バインダー処理（ｄｅｂｉｎｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ）条件（空気中、真空、異なる温度で）。（３）例えばＳＰＳおよび常圧焼結を使用した、異なる焼結方法。ステップ（１）は、最良の出発粉末を最適化するように設計され、ステップ（２）は、最良の脱バインター条件を最適化するように設計され、どちらのステップも、蛍光体粉末、したがってさらに最終的な組成物の、表面化学が修正されるように設計された。ステップ（３）は、異なる焼結方法および条件を使用することによって、稠密化およびルミネセント性能を選択し最適化するように設計された。まず、ＳＰＳは、ＤｏＥ粉末の焼結挙動、条件、および光学性能の評価のために使用した。酸処理なしで、エタノール中でミリングした蛍光体粉末が、少量の未特定の第２の相が、得られる粉末中に存在してはいるが、ＤｏＥ粉末の中で最高変換効率（球状ピンホールで約３２．９％）を有することがわかった。セラミック変換体を作製するための費用効果のある手法を探索するために、最も有望なＤｏＥ粉末を使用して、テープ流延の後に脱バインターおよび常圧焼結プロセスを行った。粉末から作製されたセラミック変換体を脱バインターさせ、部分的に酸化させ、Ｎ_２中で常圧焼結後に、Ｘ ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２からＹ Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９への相変態が部分的に生じたことがわかった。即ち、最終セラミック変換体は、２つの主な相ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２およびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９からなり、前者が三斜晶相であり、後者が六方晶構造である。複合セラミック変換体は、ＳＰＳプロセスにより生成されたものの変換効率（３２．９％）よりも高い変換効率（ピンホール内で４０．６％）を示した。

本発明の複合酸窒化セラミック変換体は、異なる形の出発粉末を使用して生成されてもよい。例えば出発粉末は、（１）固溶体組成物Ｓｒ_ａＳｉ_ｂＯ_ｃＮ_ｄ：Ｅｕ（式中、０．９５≦ａ≦１．０５、１．５≦ｂ≦２．５、１．５≦ｃ≦２．５、１．５≦ｄ≦２．５であり、好ましくは０．１〜５モルパーセントのユーロピウム（モル％Ｅｕ）を含有する）の酸窒化物系蛍光体粉末；（２）ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ ｘモル対Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ（１−ｘ）モルの相対モル比（式中、ｘは０．０１〜０．９９の間である）を有する混合型蛍光体粉末であって、好ましくは０．１〜５モル％のＥｕでドープされている粉末；または（３）Ｓｒ、Ｓｉ、Ａｌ、およびＥｕの酸化物または窒化物（例えば、ＳｒＯ、ＳｒＣＯ_３、Ｓｒ_３Ｎ_２、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ａｌ_２Ｏ_３、ＡｌＮ、Ｅｕ_２Ｏ_３、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２、Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｏ_１２Ｎ_２、Ｓｒ_３Ｓｉ_２Ｏ_４Ｎ_２、Ｓｒ_３Ｓｉ_３Ｏ_９Ｎ_４、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｏ_ｘＮ_８−ｘなど）の形をとり、最終複合セラミック変換体が２つの主な蛍光体相ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：ＥｕおよびＳｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕからなるように設計された相対的な割合を有する原材料粉末を含んでいてもよい。複合変換体は、固相反応、ＳＰＳ、常圧焼結、またはその他の方法、例えば熱間プレス、熱間静水圧圧縮成形、および加圧焼結によって生成されてもよい。好ましくは、酸窒化蛍光体相は、０．１〜５モル％のＥｕ、より好ましくは０．１〜３モル％のＥｕ、さらにより好ましくは０．３〜１．５モル％のＥｕを含有する。

［実施例１］
Ｅｕ含量が０．１〜１０モル％または０．１〜５モル％のＥｕである、いくつかの異なる酸窒化蛍光体粉末（例えば、ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２）を、異なる条件下で処理した。粉末は、その粒径（ｄ５０）が０．２０〜５．０μｍの間であり、好ましい範囲は０．５０〜３．０μｍであった。主なＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体相は、ＸＲＤにより≧７０重量パーセント（ｗｔ．％）と決定され、好ましい範囲は８０ｗｔ．％〜９９．９ｗｔ．％であった。セラミック変換体は、放電プラズマ焼結によって形成した。複合酸窒化蛍光体粉末を、黒鉛加圧ダイに投入し、ダイにパルス状直流を流すことによってこのダイを加熱した。窒化ホウ素塗料を、粉末に接触するダイアセンブリの部分に塗布して、粉末と黒鉛との間の反応を防止した。直径１５〜２０ｍｍおよび厚さ約１．５〜６．５ｍｍの試料を、５〜１００ＭＰａの一軸圧力、好ましい範囲は２０〜８０ＭＰａである一軸圧力を使用して焼結した。圧力を、５００〜１３５０℃の間の温度、好ましい範囲は８００〜１３００℃の温度で加え、焼結サイクルの終わりまで一定に保持した。当初、試料を、室温から９５０℃まで、真空中で３０〜３５℃／分の速度で加熱した。Ａｒ、Ｎ_２、Ｈ_２、またはこれらの組合せを含む気体（好ましくは、１００％Ｎ_２または２％Ｈ_２／９８％Ｎ_２（フォーミングガス））を９５０℃で導入し、焼結をピーク温度まで続けた。典型的には、セラミック変換体を、１４００〜１６００℃（好ましくは、１４００〜１５００℃）のピーク温度で１〜３６０分間（好ましくは、５〜２４０分間、または５〜１２０分間）焼結した。焼結プロセスが終了したら、試料を室温まで素早く冷却した。最終焼結温度から５００℃まで下げる冷却速度は、約３５０℃／分であった。焼結セラミック円筒物を粉砕して、厚さが約５０〜２００μｍの薄いディスク状にした。非補正変換効率（「ピンホール効率」）を測定し、色度点を計算した。非補正変換効率は、フォトン・パー・フォトン・ベース（a photon-per-photon basis）でどの程度効果的に青色励起光が緑色に変換されるかを示すパラメータである。

［実施例２］
実施例１に類似した組成を持つ酸窒化蛍光体粉末を、例えばＨ_２Ｏ、エタノール、トルエン、ベンゼン、ヘキサン、メタノール、およびイソプロピルアルコールなどの水性溶媒または有機溶媒に懸濁した。ミリング媒体を添加し、スラリーをミリングして均質な分散体を得た（例えば、１６０ｒｐｍで２４時間）。可塑剤および結合剤を懸濁液に添加し、懸濁液をさらにミリングした（例えば、６０ｒｐｍで２４時間）。ただし、速度は、ジャー・サイズおよび使用されるローラ機に応じて調節することができる。最終組成物中の固体、分散剤、可塑剤、および結合剤の体積含有率は、それぞれ２６．２３％、２．６８％、２．６４％、および６．１０％であった。ミリング媒体と固体との比は、２：１〜１０：１の範囲、好ましくは４：１〜８：１の範囲に保った。生成されたスラリーを、必要とされる最終的な厚さに応じて、ブレード高さ３０μｍ〜１０００μｍでテープ流延した。スラリーは、担体フィルム上に流延した。担体フィルム上のテープを剥がし、平坦化処理し（ｂｌａｎｋｅｄ）、種々のサイズおよび形状、例えば円形、長方形、および正方形に打ち抜いた。ミリングされたスラリーをテープ流延して、厚さが２０〜５００μｍの平板を形成した。結合剤の焼却を、３００〜１１００℃の間の温度の炉内で、種々の雰囲気（空気、Ｎ_２、Ｈ_２、Ｎ_２／Ｈ_２、または真空）中で実施した。結合剤の焼却後、セラミック平板を、非酸化雰囲気の炉内で焼結した。焼結プロファイルは、出発粉末の特性および炉の条件を考慮に入れて調節した。特に、粉末バッチ、試料のサイズおよび厚さと、使用される炉のタイプに応じて、温度を２℃／分〜２０℃／分の速度で上昇させ、平板を１４００℃〜１６００℃の温度で焼結した。焼結したセラミック変換体の厚さは、約５０〜２００μｍであった。ピンホール効率を測定し、色度点を計算した。

図４Ａは、ＳＰＳ（実施例１、４−１と示される）法および常圧焼結（実施例２、４−２と示される）法により作製された、最も高いピンホール効率を示す試料の、発光スペクトルを比較する。ｎｍを単位とする波長λの関数として、任意の単位（ａ．Ｕ．）の発光強度Ｉが示される。試料の光学パラメータを、以下の表で比較する。データは、４４３．５ｎｍの青色励起光源を使用することによって得た。図４Ｂは、実施例１および２の色度点をそれぞれ示す。
および／または

実施例２の試料では、三斜晶（０２０）ピークを１００％と仮定した場合、六方晶の三斜晶相に対する比は４１％〜５９％（ｗｔ．％を単位とする）である。比は、脱結合温度、焼結温度、および雰囲気などを変えることによって、変えることができる。

熱間プレス、熱間静水圧圧縮成形、および加圧焼結は、緑色複合セラミック変換体を焼結するための、３つの可能性ある代替方法である。これらは、テープ流延の後に常圧焼結を行うプロセスに比べ、費用効果および効率が比較的少ないプロセスである。

複合酸窒化セラミック変換体をＬＥＤと対にした堅牢性試験では、１０００時間の動作後、複合セラミック変換体が、ほぼ完全に安定した光出力を示すことがわかった。緑色方向への僅かなカラーシフトが観察されたが、これは飽和しているように見え、より重要なのは強度が安定して、緑色ＬＥＤの適用例への可能性が実証されたことであった。試験条件：Ｔ＝１２５℃、Ｉ＝１０００ｍＡ、持続時間１０００時間、およびＴ＝８５℃、相対湿度８５％、Ｉ＝５００ｍＡ、持続時間１０００時間。ｐｃ−ＬＥＤは、反射性ハウジングを含む。

図５は、蛍光体−変換ＬＥＤ（ｐｃ−ＬＥＤ）構成での複合酸窒化セラミック変換体の使用を示す。特に、複合酸窒化セラミック変換体１０４を有するｐｃ−ＬＥＤの形をした光源１００が示されている。複合体酸窒化セラミック変換体は、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ^２＋相および六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ^２＋相からなる。セラミック変換体１０４は一般に、その厚さが２０μｍ〜５００μｍの間であり、好ましくは１００μｍ〜２５０μｍの間の厚さである。好ましい実施形態では、セラミック変換体は、平らな板の形を有するが、そのような形に限定するものではない。

青色発光ＬＥＤダイ１０２の発光面１０７から放出された一次光１０６は、セラミック変換体１０４に入り、そこで青色光の少なくとも一部を、異なるピーク波長を持つ二次光１１６に、例えば緑色光に変換する。好ましくは、青色一次光１０６は、そのピーク波長が４２０ｎｍ〜４９０ｎｍの範囲にある。セラミック変換体１０４の発光面１２０から最終的に放出される光の色は、セラミック変換体を通過する未変換一次光１０６の量と、セラミック変換体内で二次光１１６に変換される一次光の量との比に依存することになる。いくつかの適用例では、一次光１０６の実質的に全てが変換され、変換された光１１６のみが放出される（完全変換）。

少なくとも１つの実施形態に基づき、構成要素は半導体チップ１０２を含む。前記半導体チップは、少なくとも青色スペクトル範囲から電磁一次放射線を発生させるよう設定される。セラミック変換体１０４は、半導体チップ１０２とは空間的に離れて配置構成することができる。例えば、セラミック変換体１０４と半導体チップ１０２との間隔を、２００μｍ以上に、好ましくは７５０μｍ以上に、より好ましくは９００μｍ以上にすることができる（いわゆる遠隔蛍光体変換）。あるいは、セラミック変換体１０４は、半導体チップ１０２上に直接配置構成することができる。半導体チップは、半導体多層構造を含むことができる。半導体チップの前記半導体多層構造は、好ましくはＩＩＩ−ＩＶ族化合物半導体材料をベースにする。半導体材料は、好ましくは、Ａｌ_ｎＩｎ_{１−ｎ−ｍ}Ｇａ_ｍＮなどの窒化物化合物半導体材料である。しかし、簡略化のため、半導体多層構造の結晶格子の必須構成要素のみ、即ちＡｌ、Ａｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ、またはＰが示されるが、後者を少量の他の物質で置き換えかつ／または補うこともできる。

図６Ａ〜図６Ｅは、計算されたｘ線回折データを示す。選択されたパラメータは：Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ、Ｃｅｌｌ：７．１０６×７．１０６×６．６１９２＜９０．０＜９０．０×１２０．０＞Ｖｏｌ＝２８９５、Ｚ＝１、Ｄｘ＝３．６２１９、Ｉ／Ｉｃ＝２．０（ｖ）；２１８ 反射 ０．０−７６．５８度＞＝０．０％（Ｍ＝多重度（multiplicity）；六方晶：Ｐ３（１４３）［Ｍ３］、ｈＰ２２、［回折計 ＬＰ］［Ｕ（Ｉ，ｊ）］［Ｆ’＋Ｆ’’］［Ａ＝０．５］［ＶＳ］。

現時点で本発明の好ましい実施形態と見なされるものについて図示し記述してきたが、添付される特許請求の範囲により定義された本発明の範囲から逸脱しない範囲で、様々な変更および修正を行うことができることは、当業者にとって明らかであろう。

本特許出願は、参照によりその開示内容が本明細書に組み込まれる米国特許出願第６２／１７２，５５２号の優先権を主張するものである。

Claims (20)

1. 三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体の第１の相と、六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体の第２の相とを有する、複合酸窒化セラミック変換体。
2. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体および前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体が、Ｅｕを０．１モルパーセント〜５モルパーセント含有する、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
3. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体および前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体が、Ｅｕを０．１モルパーセント〜３モルパーセント含有する、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
4. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体および前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体が、Ｅｕを０．３モルパーセント〜１．５モルパーセント含有する、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
5. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．０１〜０．９９である、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
6. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．２０〜０．８０である、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
7. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．３０〜０．６０である、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
8. 平均粒径が０．１〜１０μｍである、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
9. 前記平均粒径が２〜１０μｍである、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
10. ピーク波長が５４０〜５７０ｎｍである緑色光を放出する、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
11. ピーク波長が５５０〜５６０ｎｍである緑色光を放出する、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
12. 平板様形状の第１の粒子と、六角形の断面を持つ細長い形状の第２の粒子とを含む、請求項１に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
13. 細長い形状を持つ前記第２の粒子のアスペクト比が、１超から約１２未満の範囲にある、請求項１２に記載の複合酸窒化セラミック変換体。
14. 発光ダイオード（ＬＥＤ）と、複合酸窒化セラミック変換体とを含む光源であって、前記複合酸窒化セラミック変換体が、三斜晶ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体の第１の相と六方晶Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体の第２の相とを有する光源。
15. 前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体および前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体が、Ｅｕを０．１モルパーセント〜５モルパーセント含有する、請求項１４に記載の光源。
16. 前記複合酸窒化セラミック変換体が、前記ＳｒＳｉ_２Ｏ_２Ｎ_２：Ｅｕ蛍光体 ｘモル対前記Ｓｒ_３Ｓｉ_６Ｎ_４Ｏ_９：Ｅｕ蛍光体 （１−ｘ）モルの相対モル比を有し、ｘは０．２０〜０．８０である、請求項１４に記載の光源。
17. 前記複合酸窒化セラミック変換体が、ピーク波長が５４０〜５７０ｎｍである緑色光を放出する、請求項１４に記載の光源。
18. 前記ＬＥＤが一次光を放出し、前記複合酸窒化セラミック変換体が、前記一次光の実質的に全てを前記緑色光に変換する、請求項１７に記載の光源。
19. 前記一次光のピーク波長が４２０〜４９０ｎｍの範囲にある、請求項１８に記載の光源。
20. 前記緑色光のピーク波長が５５０〜５６０ｎｍである、請求項１９に記載の光源。