知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024027110
(43)【公開日】2024-02-29
(54)【発明の名称】照明設備
(51)【国際特許分類】
G02B 5/20 20060101AFI20240221BHJP
C04B 35/44 20060101ALI20240221BHJP
C04B 35/50 20060101ALI20240221BHJP
C09K 11/80 20060101ALI20240221BHJP
F21V 29/502 20150101ALI20240221BHJP
F21V 3/08 20180101ALI20240221BHJP
F21V 3/00 20150101ALI20240221BHJP
F21Y 115/10 20160101ALN20240221BHJP
F21Y 115/30 20160101ALN20240221BHJP
【ＦＩ】
G02B5/20
C04B35/44
C04B35/50
C09K11/80
F21V29/502 100
F21V3/08
F21V3/00 340
F21Y115:10
F21Y115:30
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2023132358
(22)【出願日】2023-08-15
(31)【優先権主張番号】10 2022 120 647.5
(32)【優先日】2022-08-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE
(71)【出願人】
【識別番号】504299782
【氏名又は名称】ショット アクチエンゲゼルシャフト
【氏名又は名称原語表記】ＳＣＨＯＴＴ ＡＧ
【住所又は居所原語表記】Ｈａｔｔｅｎｂｅｒｇｓｔｒ． １０， ５５１２２ Ｍａｉｎｚ， Ｇｅｒｍａｎｙ
(74)【代理人】
【識別番号】100114890
【弁理士】
【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト
(74)【代理人】
【識別番号】100098501
【弁理士】
【氏名又は名称】森田 拓
(74)【代理人】
【識別番号】100116403
【弁理士】
【氏名又は名称】前川 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100134315
【弁理士】
【氏名又は名称】永島 秀郎
(74)【代理人】
【識別番号】100162880
【弁理士】
【氏名又は名称】上島 類
(72)【発明者】
【氏名】アルブレヒト ザイドル
(72)【発明者】
【氏名】ウルリケ シュテーア
(72)【発明者】
【氏名】ジルヴィア ビーデンベンダー
【テーマコード（参考）】
2H148
4H001
【Ｆターム（参考）】
2H148AA01
2H148AA07
2H148AA11
2H148AA19
4H001XA08
4H001XA13
4H001XA39
4H001XA58
4H001XA71
(57)【要約】 （修正有）
【課題】一次光源と、一次光が照射され、一次光に対して波長が変化した二次光を放出する光変換素子とを備えた照明設備に関する。
【解決手段】一次光を放出するための光源と、光変換ユニットとを備えた照明設備であって、光変換ユニットは、前面と背面とを有する光変換素子によって形成されているか、またはそれを備えており、光変換素子は、その前面に一次光が照射され、一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されており、光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、第２の相は、第１の相よりも高い熱伝導率を有し、光変換素子は、複数の細孔を含む。
【選択図】図５
【解決手段】一次光を放出するための光源と、光変換ユニットとを備えた照明設備であって、光変換ユニットは、前面と背面とを有する光変換素子によって形成されているか、またはそれを備えており、光変換素子は、その前面に一次光が照射され、一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されており、光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、第２の相は、第１の相よりも高い熱伝導率を有し、光変換素子は、複数の細孔を含む。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
照明設備であって、前記照明設備は、
一次光を放出するための光源であって、特にレーザーまたは発光ダイオードとして形成された光源と、
光変換ユニットと
を備え、前記光変換ユニットは、
前面と背面とを有する光変換素子であって、前記光変換素子は、その前面に前記一次光が照射され、前記一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されているものとする光変換素子と、
任意に基材であって、前記光変換素子の前記背面に直接または間接的に接合され、有利にはヒートシンクとして形成されているものとする基材と、
任意に接合材であって、前記光変換素子と前記基材との間に位置するものとする接合材と
によって形成されているか、またはそれを備えており、
前記光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、前記第２の相は、前記第１の相よりも高い熱伝導率を有し、
前記光変換素子は、複数の細孔を含む、照明設備。
一次光を放出するための光源であって、特にレーザーまたは発光ダイオードとして形成された光源と、
光変換ユニットと
を備え、前記光変換ユニットは、
前面と背面とを有する光変換素子であって、前記光変換素子は、その前面に前記一次光が照射され、前記一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されているものとする光変換素子と、
任意に基材であって、前記光変換素子の前記背面に直接または間接的に接合され、有利にはヒートシンクとして形成されているものとする基材と、
任意に接合材であって、前記光変換素子と前記基材との間に位置するものとする接合材と
によって形成されているか、またはそれを備えており、
前記光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、前記第２の相は、前記第１の相よりも高い熱伝導率を有し、
前記光変換素子は、複数の細孔を含む、照明設備。
【請求項2】
前記光変換素子が、少なくとも０．５％、有利には少なくとも１．５％、特に好ましくは少なくとも３％、さらに好ましくは３％～７％の気孔率を有し、かつ／または
前記光変換素子が、断面において、１平方ミリメートル当たり少なくとも２００個の細孔、有利には１平方ミリメートル当たり少なくとも３００個の細孔、特に好ましくは１平方ミリメートル当たり少なくとも４００個の細孔を有する、請求項１記載の照明設備。
前記光変換素子が、断面において、１平方ミリメートル当たり少なくとも２００個の細孔、有利には１平方ミリメートル当たり少なくとも３００個の細孔、特に好ましくは１平方ミリメートル当たり少なくとも４００個の細孔を有する、請求項１記載の照明設備。
【請求項3】
前記細孔の直径、特に断面に存在する前記細孔の直径の中央値が、１００ｎｍ～３０００ｎｍ、有利には３００ｎｍ～１５００ｎｍ、特に好ましくは４００ｎｍ～１２００ｎｍであり、かつ／または
前記第１の相が、複数の晶子を含み、前記晶子の直径の中央値は、有利には３００ｎｍ～５０００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～３０００ｎｍであり、かつ／または
前記第２の相が、複数の晶子を含み、前記晶子の直径の中央値は、有利には３００ｎｍ～５０００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～３０００ｎｍである、請求項１または２記載の照明設備。
前記第１の相が、複数の晶子を含み、前記晶子の直径の中央値は、有利には３００ｎｍ～５０００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～３０００ｎｍであり、かつ／または
前記第２の相が、複数の晶子を含み、前記晶子の直径の中央値は、有利には３００ｎｍ～５０００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～３０００ｎｍである、請求項１または２記載の照明設備。
【請求項4】
前記細孔、特に前記断面に存在する細孔の直径の中央値と、前記第１の相および／または前記第２の相の前記晶子、特に前記断面に存在する前記第１の相および／または前記第２の相の前記晶子の直径の中央値との比が、０．０２～１０、有利には０．０６～５、特に好ましくは０．１３～２．４である、請求項１から３までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項5】
前記細孔、特に前記断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％が、前記細孔が前記第１の相の材料とのみ境を接するように前記第１の相に包含されており、かつ／または
前記細孔、特に前記断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％が、前記細孔が前記第２の相の材料とのみ境を接するように前記第２の相に包含されており、かつ／または
前記細孔、特に前記断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％が、前記細孔が前記第１の相の材料と前記第２の相の材料との双方と境を接するように前記第１の相と前記第２の相との間に位置している、請求項１から４までのいずれか１項記載の照明設備。
前記細孔、特に前記断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％が、前記細孔が前記第２の相の材料とのみ境を接するように前記第２の相に包含されており、かつ／または
前記細孔、特に前記断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％が、前記細孔が前記第１の相の材料と前記第２の相の材料との双方と境を接するように前記第１の相と前記第２の相との間に位置している、請求項１から４までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項6】
前記細孔が、焼結プロセス中に生じたものであり、特に例えば選択的エッチングによって後から導入されたものではなく、かつ／または
前記気孔率、前記１平方ミリメートル当たりの前記細孔の数および／もしくは前記細孔の直径の中央値が、前記光変換素子において均一となるように設計されており、かつ／または前記光変換素子の表面において、前記光変換素子の内部の断面と同じであるか、もしくは前記光変換素子の内部の断面とせいぜい１０％しか差がない、請求項１から５までのいずれか１項記載の照明設備。
前記気孔率、前記１平方ミリメートル当たりの前記細孔の数および／もしくは前記細孔の直径の中央値が、前記光変換素子において均一となるように設計されており、かつ／または前記光変換素子の表面において、前記光変換素子の内部の断面と同じであるか、もしくは前記光変換素子の内部の断面とせいぜい１０％しか差がない、請求項１から５までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項7】
前記第１の相が、５００ｎｍで、１．８以上、特に１．８～１．９の屈折率を有し、かつ／または
前記第２の相が、５００ｎｍで、１．８以下、特に１．７～１．８の屈折率を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の照明設備。
前記第２の相が、５００ｎｍで、１．８以下、特に１．７～１．８の屈折率を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項8】
前記５００ｎｍでの光変換素子の第１の相の屈折率が、前記５００ｎｍでの光変換素子の第２の相の屈折率と同じかまたはそれを上回っており、有利には、前記５００ｎｍでの光変換素子の第１の相の屈折率と前記５００ｎｍでの光変換素子の第２の相の屈折率との差が、０．１５以下、好ましくは０．１以下、特に好ましくは０．７以下、さらに好ましくは０．５以下である、請求項１から７までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項9】
波長６００ｎｍでの前記光変換素子の散乱係数が、１５０ｃｍ－１より大きく、好ましくは３００ｃｍ－１より大きく、特に好ましくは３００ｃｍ－１～１２００ｃｍ－１である、請求項１から８までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項10】
前記第１の相を、組成（Ａ１－ｙＲｙ）３Ｂ５Ｏ１２と記述することができ、ここで、Ａは、ランタノイドおよびＹの群の１つ以上の元素を含み、Ｒは、ランタノイドの群の１つ以上の元素を含み、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの群の１つ以上の元素を含み、ｙは、結晶格子のＡサイトでのＲ原子の割合を表し、０＜ｙ＜０．０２、好ましくは０＜ｙ＜０．０１２、特に好ましくは０．００１＜ｙ＜０．００９が成り立つ、請求項１から９までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項11】
Ａが、元素Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕのうちの１つ以上から構成されており、かつＢが、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちの１つ以上から構成されている、請求項１０記載の照明設備。
【請求項12】
前記第２の相が、酸化アルミニウムを含むかまたはそれからなる、請求項１から１１までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項13】
前記第２の相の体積分率ｚについて、０．０５＜ｚ＜０．９５、好ましくは０．３＜ｚ＜０．７、特に好ましくは０．４５＜ｚ＜０．７が成り立つ、請求項１から１２までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項14】
系［（Ｙ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｙ１－ｘ－ｙＧｄｘＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３（Ａｌ１－ｗＧａｗ）３Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚのうちの１つ以上を含み、ここで、０＜ｘ＜０．２であり、かつ０＜ｗ＜０．３である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項15】
前記光変換素子の熱伝導率が、室温で１０Ｗ／ｍＫより大きく、好ましくは１２Ｗ／ｍＫより大きく、特に好ましくは１４Ｗ／ｍＫより大きい、請求項１から１４までのいずれか１項記載の照明設備。
【請求項16】
光変換ユニットであって、前記光変換ユニットは、
前面と背面とを有する光変換素子であって、前記光変換素子は、その前面に前記一次光が照射され、前記一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されているものとする光変換素子と、
任意に基材であって、前記光変換素子の前記背面に直接または間接的に接合され、有利にはヒートシンクとして形成されているものとする基材と、
任意に接合材であって、前記光変換素子と前記基材との間に位置するものとする接合材と
によって形成されているか、またはそれを備えており、
前記光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、前記第２の相は、前記第１の相よりも高い熱伝導率を有し、
前記光変換素子は、複数の細孔を含む、光変換ユニット。
前面と背面とを有する光変換素子であって、前記光変換素子は、その前面に前記一次光が照射され、前記一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されているものとする光変換素子と、
任意に基材であって、前記光変換素子の前記背面に直接または間接的に接合され、有利にはヒートシンクとして形成されているものとする基材と、
任意に接合材であって、前記光変換素子と前記基材との間に位置するものとする接合材と
によって形成されているか、またはそれを備えており、
前記光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、前記第２の相は、前記第１の相よりも高い熱伝導率を有し、
前記光変換素子は、複数の細孔を含む、光変換ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、一次光源と、一次光が照射され、一次光に対して波長が変化した二次光を放出する光変換素子とを備えた照明設備に関する。
【0002】
光変換素子、特にセラミックコンバータは、通常、発光体として特定の材料、例えばＣｅドープイットリウムアルミニウムガーネット（ＹＡＧ）またはＣｅドープルテチウムアルミニウムガーネット（ＬｕＡＧ）を含む。特定の発光体は特に、吸収スペクトルおよび発光スペクトルを決定づけ、これらが、ひいては光変換素子の熱伝導率に影響を及ぼす。
【0003】
コンバータ材料の熱伝導率は、発光体の温度が高すぎるために量子効率が低下し、光出力がさらに増加しても発光出力や輝度が増加しなくなる、すなわち放射照度限界に達する前に、励起光の出力がどの程度高くてもよいかや、励起光の輝度がどの程度であってよいかに影響を及ぼす。
【0004】
広く使用され、記載されているＣｅドープガーネットセラミックの熱伝導率は、正確な組成にもよるが（室温で）およそ５～１０Ｗ／ｍＫの範囲であり、他の酸化物と比較してすでに比較的高い値となっている（多くの酸化物、またはガラスも、熱伝導率はわずか１～２Ｗ／ｍＫの範囲である）。
【0005】
しかし、ガーネットに比べて著しく高い熱伝導率を有する酸化物も存在する。これには、例えば、約３０Ｗ／ｍＫのＡｌ２Ｏ３（特にコランダム）、約４０Ｗ／ｍＫのＭｇＯ（マグネシア）、または約３００Ｗ／ｍＫのＢｅＯが挙げられる。これらの文献値は、単結晶材料に関するものであるのに対し、セラミック構造体の値は、大幅に低くなる可能性があることに留意すべきである。
【0006】
Ｃｅドープガーネットよりも高い熱伝導率を有する材料をそれらと組み合わせて混合セラミックを形成した場合、この混合セラミックによって、特定の条件下で、同一条件下で同一寸法の単相の類似のセラミックよりも著しく高い「放射照度」または著しく高い「光出力」が可能となり得る。
【0007】
コンバータ素子における混合セラミックの使用は、文献や特許出願から一般に知られている。時には、コンバータセラミックの特定の体積分率や粒径、粒形、粒界の長さなどを有する特定のコンバータ材料が説明に用いられることもある。
【0008】
しかし、従来の文献では総じて、例えばＬＥＤ照明分野の用途での透過性に関する設計が対象とされている。
【0009】
対照的に、本発明は、反射的設計を有する効率的な照明設備に向けて混合セラミックの利点を利用するという課題に基づいている。
【0010】
この目的のために、本発明は、一次光を放出するための光源であって、特にレーザーまたは発光ダイオードとして形成された、好ましくはレーザーとして形成された光源と、光変換ユニットとを備えた照明設備を開示する。
【0011】
光変換ユニットは、前面と背面とを有する光変換素子によって形成されているか、またはそれを備えており、光変換素子は、その前面に一次光が照射され、一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されている。
【0012】
任意に、光変換ユニットはさらに、光変換素子の背面に直接または間接的に接合され、有利にはヒートシンクとして形成されている基材を備える。
【0013】
有利には、基材の全体または大部分が、３０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率、有利には１００Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率、さらにより好ましくは１５０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率、さらにより好ましくは３５０Ｗ／ｍＫより大きい熱伝導率を有する材料からなり、かつ／または少なくとも１つのセラミックおよび／または少なくとも１つの金属および／または少なくとも１つのセラミック－金属複合材を含む。特に好ましくは、基材は、有利にはＣｕ、Ａｌ、ＦｅまたはＮｉから選択される少なくとも１つの金属、特にＣｕ、例えばＮｉ－Ｐ被覆および／またはＡｕ被覆Ｃｕを含む。
【0014】
また任意に、光変換ユニットはさらに、接合材を含み、この接合材は、光変換素子と基材との間に位置し、有利には有機接着剤、ガラス、セラミック接着剤、無機接着剤、焼結された焼結型ペーストおよび／または金属はんだ接合材として、有利には金属はんだ接合材または焼結された焼結型ペーストとして、好ましくは金属はんだ接合材として形成されている。
【0015】
光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、第２の相は、第１の相よりも高い熱伝導率を有する。
【0016】
さらに光変換素子は、複数の細孔を含む。細孔は特に、光を散乱させる役割を果たす。
【0017】
光散乱の程度（散乱係数）は、（吸収係数と共に）特に、変換された、後方散乱性の、特に青色の励起放射線の割合がどの程度大きいか、また、励起放射線が完全に吸収されるまでコンバータ内でどの程度拡散するか、さらに、変換された光が再び有用な光としてコンバータから出るまでコンバータ内でどの程度拡散するかに影響を及ぼす。部品の効率や発光スポットの大きさといった重要な特性値は、散乱の影響を受ける。反射性（照射と発光が同一面で行われる）照明設備では、光散乱係数を十分に大きくすることが目標とされる。
【0018】
多数の細孔を含む光変換素子により、光変換素子における光散乱の増大が有利に可能となる。これにより、特に混合セラミックを、例えばＳＳＬ（ソリッドステートライティング）のような反射様式で効率的に使用することができる。特に、屈折率の変化が小さい相を有する混合セラミックでは、細孔による散乱の増大が特に有利である。例えば、Ａｌ２Ｏ３の屈折率は約１．７７であり、これは、ＹＡＧの屈折率（約１．８３）をごくわずかにしか下回らない。したがって、混合セラミックのみによる光散乱効果は低く、細孔によって光散乱効果が著しく増大する。
【0019】
対照的に、既知の、特に透過性の照明では、気孔率は通常、意図的に抑制される。場合によっては、高密度セラミックを実現するために、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）や「スパークプラズマ焼結」などのプロセスが挙げられる。透過性ジオメトリの場合には、さらなる異種成分によって、反射性照明設備よりもわずかな光散乱がすでに十分に引き起こされる場合がある。
【0020】
任意に、光変換ユニットは、少なくとも１つの高反射性コーティングを含み、この高反射性コーティングは有利には、金属コーティングおよび／または金属含有コーティングおよび／または誘電体コーティングであり、特に好ましくはＡｇコーティングまたはＡｇ含有コーティングである。例えば、光変換素子が、その背面に、特に金属性の、有利にはＡｇを有するかまたはそれからなる鏡面膜を有し、これが特に、光変換素子の背面が鏡面膜で被覆されており、この鏡面膜が有利には、蒸着、スパッタリング（薄膜）または印刷（厚膜）によって光変換素子の背面に施与されているように行われることを提供することができる。
【0021】
一実施形態では、光変換素子は、薄膜である鏡面膜を有する。有利には、薄膜は、Ａｇを含むかまたはそれからなり、かつ／または５０ｎｍ～５００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ～３５０ｎｍ、さらに好ましくは１２５ｎｍ～３００ｎｍ、特に好ましくは１５０ｎｍ～２５０ｎｍの膜厚を有する。いくつかの実施形態では、光変換素子は、Ａｇを含むかまたはそれからなる薄膜と、Ａｕを含むかまたはそれからなるさらなる薄膜とを有する。有利には、さらなる薄膜は、蒸着またはスパッタリングによって施与される。有利には、Ａｕを含むかまたはそれからなる薄膜は、５０ｎｍ～５００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ～３５０ｎｍ、さらに好ましくは１２５ｎｍ～３００ｎｍ、特に好ましくは１５０ｎｍ～２５０ｎｍの膜厚を有する。Ａｕを含むかまたはそれからなる薄膜は、特に高温で、例えば光変換素子を基材に例えば焼結型ペーストで接合する際に起こり得る酸化反応から、Ａｇを含むかまたはそれからなる鏡面膜を保護する役割を果たすことができる。
【0022】
一実施形態では、光変換素子は、Ａｇ含有厚膜である鏡面膜を有する。有利には、厚膜は、１μｍ～２５μｍ、好ましくは５μｍ～２０μｍ、特に好ましくは１０μｍ～１５μｍの膜厚を有する。
【0023】
代替的または追加的に、光変換素子の背面は、特に最大反射率に向けて最適化された誘電体膜系で鏡面加工されていてよい。
【0024】
誘電体膜系は有利には、外側が金属鏡面膜で封止されていてよい。したがって、膜の順序は、コンバータ素子－誘電体膜系－金属鏡面膜である。
【0025】
光変換素子の背面に高反射性コーティングを施す代わりに、またはそれに加えて、光変換素子の背面は、鏡体、有利にはＡｇ鏡または銀メッキ基材と接合されていてよく、鏡体は有利には、基材によって形成されているか、または基材に施与されている。
【0026】
光変換ユニットが少なくとも１つの光学分離膜を備え、この光学分離膜が有利には、少なくとも１つの高反射膜と光変換素子の背面との間に位置し、少なくとも１つの光学分離膜が有利には、透明であり、かつ／または光変換素子の屈折率よりも低い屈折率を有し、少なくとも１つの光学分離膜が有利には、ＳｉＯ２を含むかまたはこれからなることを提供することができる。
【0027】
光学分離膜は有利には、５μｍ以下、好ましくは３μｍ以下、好ましくは０．５～１．５μｍの範囲、特に好ましくは０．８～１．２μｍの範囲の厚さを有する。光学分離膜は、コンバータ背面に到達する二次光の、コンバータ背面での反射および場合により全反射と、二次光のうちコンバータ背面を通過する部分の、高反射膜、特に金属鏡体での反射とを分離する役割を果たすことができる。
【0028】
少なくとも１つの高反射膜、好ましくは金属コーティングまたは金属含有コーティングと光学分離膜との間に、透明な接着促進膜が存在し、この接着促進膜が有利には、ＳｎＯ２、ＴｉＯ２、Ｙ２Ｏ３およびＬａ２Ｏ３、好ましくはＹ２Ｏ３からなる群から選択される１つ以上の酸化物を含むかまたはそれからなることを提供することができる。有利には、接着促進膜は、１ｎｍ以上および／または１００ｎｍ未満、好ましくは７５ｎｍ未満、さらに好ましくは５０ｎｍ未満、好ましくは３５ｎｍ未満、特に好ましくは２０ｎｍ未満の厚さを有する。
【0029】
任意に含まれる接合材は、少なくとも１つの有機接着剤、少なくとも１つのガラス、少なくとも１つのセラミック接着剤、少なくとも１つの無機接着剤、少なくとも１つの焼結された焼結型ペーストおよび／または少なくとも１つの金属はんだ接合材であってよい。
【0030】
接合材は特に、接合膜として形成されていてよい。
【0031】
好ましい一実施形態では、接合膜は、少なくとも１つの接着剤から形成される。適切な接着剤は、例えば耐熱性、熱伝導率、透明性および硬化挙動に関して、それぞれのコンバータの特定の用途および特定の構造に適した特性を有する有機接着剤である。
【0032】
好ましい一実施形態では、これは、充填および非充填のエポキシ樹脂およびシリコーンである。接着剤系の接合膜は典型的には、５～７０μｍ、好ましくは１０～６０μｍ、より好ましくは２０～５０μｍ、特に好ましくは３０～５０μｍの膜厚を有する。
【0033】
さらなる好ましい一実施形態では、接合膜はガラスであり、好ましくは、はんだガラスまたは薄板ガラスから選択されるガラスである。
【0034】
はんだガラスとは特に、軟化温度が７５０℃以下、好ましくは５６０℃以下と比較的低い特殊ガラスである。原則として、ガラスはんだは、様々な形態で使用することができ、例えば粉末として、液体媒体中のペーストとして、またはコンバータ基材もしくはコンバータ部品に施与されるマトリックスに埋め込まれた状態で使用することができる。施与は、ストランド施与により、スクリーン印刷により、吹付けにより、またはルーズな粉末の形態で行うことができる。その後、コンバータの個々の部品が組み合わされる。
【0035】
好ましい一実施形態では、ガラス粉末を含むペースト、例えば、ＰｂＯ系ガラス、Ｂｉ２Ｏ３系ガラス、ＺｎＯ系ガラス、ＳＯ３系ガラス、Ｂ２Ｏ３系ガラスまたはケイ酸塩系ガラス、特に好ましくはケイ酸塩系ガラスを含むペーストが使用される。
【0036】
本願の趣意における薄板ガラスとは、最大厚さが５０μｍ以下、軟化温度が７５０℃以下、好ましくは５６０℃以下の薄板ガラスである。このようなガラスを、コンバータ部品とコンバータ基材との間に配置し、十分に高い温度および十分に高い圧力で圧縮することができる。適切な薄板ガラスは、特に例えばSCHOTT社からＤ２６３（登録商標）として入手可能なホウケイ酸ガラスである。
【0037】
ガラス系接合膜は例えば、１５～７０μｍ、好ましくは２０～６０μｍ、特に好ましくは３０～５０μｍの膜厚を有する。
【0038】
別の一実施形態では、光変換素子は、セラミック接着剤により基材に接合されている。
【0039】
このようなセラミック接着剤は通常、有機成分を実質的に含まず、高い耐熱性を示す。好ましくは、セラミック接着剤は、得られる接合膜の熱膨張係数および機械的特性、例えばヤング率が、基材および／またはコンバータの対応する特性に適合するように選択される。
【0040】
適切なセラミック接着剤は例えば、無機の、好ましくは粉末状の固体および液体媒体、好ましくは水から製造される。無機固体は例えば、ＭｇＯ系、ＳｉＯ２系、ＴｉＯ２系、ＺｒＯ２系および／またはＡｌ２Ｏ３系の固体であってよい。好ましくは、無機固体は、ＳｉＯ２系および／またはＡｌ２Ｏ３系の固体であり、特に好ましくはＡｌ２Ｏ３系の固体である。粉末状固体はさらに、例えばセラミック接着剤の硬化を支援するさらなる粉末状成分を含むことができる。このような成分は例えば、ホウ酸、ホウ酸塩またはケイ酸ナトリウムのようなアルカリ金属ケイ酸塩であり得る。
【0041】
セラミック接着剤は例えば、使用の直前に粉末状の固体および水から混合し、室温で硬化させることができる。
【0042】
この場合、この固体は好ましくは、１～１００μｍ、好ましくは１０～５０μｍの平均粒径ｄ５０を有する。好ましくは、セラミック接着剤は、５～１５×１０－６ １／Ｋ、特に好ましくは６～１０×１０－６ １／Ｋの熱膨張係数を有する。適切なセラミック接着剤は例えば、Ｒｅｓｂｏｎｄ ９２０またはＲｅｓｂｏｎｄ ９４０ ＨＴ（Polytec PT GmbH）から製造される。
【0043】
セラミック接着剤系接合膜は例えば、５０～５００μｍ、好ましくは１００～３５０μｍ、特に好ましくは１５０～３００μｍの膜厚を有する。
【0044】
有利な一実施形態では、接合材は、金属はんだであり、有利には２種以上の金属の合金を含む金属はんだである。適切な金属はんだ接合材が有する融点は、光変換ユニットの個々の成分の融点および／もしくは分解点よりも低く、かつ／またははんだと接する光変換素子の、動作中に到達する最高温度よりも高い。金属はんだ接合材の融点は、好ましくは１５０℃～４５０℃、より好ましくは１８０℃～３２０℃、特に好ましくは２００～３００℃である。適切な金属はんだ接合材は、例えば銀はんだおよび金はんだであり、好ましくはＡｇ／Ｓｎはんだ、Ａｇ／ＡｕはんだおよびＡｕ／Ｓｎはんだ、特に好ましくはＡｕ／Ｓｎはんだ、例えばＡｕＳｎ８０２０である。
【0045】
接合材は、焼結された焼結型ペーストとして形成されていてもよく、有利にはＡｇ含有焼結型ペーストとして形成されていてよい。
【0046】
有利には、焼結された焼結型ペーストは、１μｍ～５０μｍ、有利には５μｍ～４０μｍ、好ましくは１０μｍ～３０μｍ、特に好ましくは１５μｍ～２５μｍの膜厚を有する。
【0047】
有利には、焼結された焼結型ペーストは、少なくとも５０Ｗ／ｍＫ、好ましくは少なくとも１００Ｗ／ｍＫ、特に好ましくは少なくとも１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有する。
【0048】
特に、接合材が焼結された焼結型ペーストである実施形態では、光変換素子の表面と、一緒に接合される基材の表面とが、コーティングを有することが有利である。有利には、光変換素子は、Ａｇ含有薄膜、任意にさらにＡｕ含有薄膜を有するか、またはＣｕ含有薄膜もしくはＡｇ含有厚膜でコーティングされている。Ａｇ含有薄膜およびＡｕ含有薄膜およびＡｇ含有厚膜の好ましい実施形態は、上述されており、ここでも同様に適用される。有利な実施形態では、基材の表面は、コーティングを有し、コーティングは有利には、Ａｕ含有コーティングおよび／またはＮｉＰコーティングである。有利には、基材の表面は、ＮｉＰ膜を有し、ＮｉＰ膜は有利には、１μｍ～１０μｍ、有利には３μｍ～７μｍの膜厚を有し、かつ／またはＡｕ膜は有利には、５０ｎｍ～５００ｎｍ、有利には１００ｎｍ～４００ｎｍ、好ましくは１５０ｎｍ～３００ｎｍの膜厚を有する。
【0049】
接合材が焼結された焼結型ペーストである実施形態では、光変換素子と基材との接合は、以下の工程により行われる：
ａ）基材および光変換素子を提供する工程；
ｂ）焼結型ペーストを基材の表面の少なくとも一部および／または光変換素子の表面の少なくとも一部に施与する工程；
ｃ）基材の表面と光変換素子の表面とを接触させ、その際、基材の表面の少なくとも一部および／または光変換素子の表面の少なくとも一部が焼結型ペーストで覆われているものとする工程；
ｄ）工程ｃ）で得られた接合体を焼結させる工程。
ａ）基材および光変換素子を提供する工程；
ｂ）焼結型ペーストを基材の表面の少なくとも一部および／または光変換素子の表面の少なくとも一部に施与する工程；
ｃ）基材の表面と光変換素子の表面とを接触させ、その際、基材の表面の少なくとも一部および／または光変換素子の表面の少なくとも一部が焼結型ペーストで覆われているものとする工程；
ｄ）工程ｃ）で得られた接合体を焼結させる工程。
【0050】
本方法の工程ａ）では、基材および光変換素子を提供する。有利には、基材および／または光変換素子の表面は、上記で詳述したコーティングを有する。
【0051】
工程ｂ）では、焼結型ペーストを基材の表面の少なくとも一部および／または光変換素子の表面の少なくとも一部に施与する。有利には、基材の少なくとも一部に焼結型ペーストを施与する。典型的には、この量の焼結型ペーストの供給を、焼結工程ｄ）の後に、焼結された焼結型ペーストが１μｍ～５０μｍ、有利には５μｍ～４０μｍ、特に好ましくは１０μｍ～３０μｍ、特に好ましくは１５μｍ～２５μｍの膜厚を有するように行う。
【0052】
工程ｃ）では、基材の表面と光変換素子の表面とを互いに接触させ、その際、基材の表面の少なくとも一部および／または光変換素子の表面の少なくとも一部が焼結型ペーストで覆われている。有利には、光変換素子の表面と基材の表面の一部とを接触させ、その際、基材の表面の一部が少なくとも部分的に焼結型ペーストで覆われている。有利には、この接触を、有利には少なくとも１５ｍＮ／ｍｍ２、好ましくは３０ｍＮ／ｍｍ２超、特に好ましくは６０ｍＮ／ｍｍ２超の圧力を用いて行う。
【0053】
工程ｄ）では、工程ｄ）で得られた接合体の焼結を行う。焼結は、酸素含有雰囲気下で、あるいは空気中で、または保護ガス雰囲気下で、特にＮ２もしくはＡｒ雰囲気中で行うことができる。焼結を、１８０℃～３００℃の範囲の温度で行う。
【0054】
有利には、焼結型ペーストは、３００℃以下、有利には２８０℃以下、好ましくは２５０℃以下の焼結温度を有する。有利には、接合体を所望の焼結温度まで加熱することによって焼結を行い、その際有利には、第１の段階で第１の温度まで、有利には少なくとも０．５Ｋ／分、好ましくは少なくとも０．７５Ｋ／分でかつ／または３Ｋ／分以下、好ましくは２Ｋ／分以下で加熱する。有利には、第１の温度は、７０℃～１２０℃、有利には８０℃～１０５℃の範囲である。有利には、第１の温度に達した後、温度を、１分間～６０分間、有利には５分間～４５分間、好ましくは２０分間～４０分間保持する。有利には、その後、第２の段階で接合体を第２の温度まで、有利には少なくとも１．０Ｋ／分、有利には少なくとも１．５Ｋ／分でかつ／または３．５Ｋ／分以下、好ましくは３Ｋ／分以下で加熱する。有利には、第２の温度は、１８０℃～３００℃、有利には２００℃～２８０℃の範囲であり、これは焼結温度に対応する。有利には、第２の温度、すなわち焼結温度に達した後、温度を、少なくとも１０分間、好ましくは少なくとも２０分間または少なくとも３０分間でかつ／または６０分間以下、好ましくは５０分間または４０分間以下保持する。その後、接合体の冷却を、有利には室温まで行う。
【0055】
光変換素子の背面が鏡体、有利にはＡｇ鏡体または銀メッキ基材に接合されており、鏡体が有利には、基材によって形成されているかまたは基材に施与されている実施形態では、鏡体または鏡面加工された基材と光変換素子との間に接合材が存在し、該接合材が有利には、光学的に透明な有機もしくは無機接着剤を有するかもしくはそれからなり、かつ／または光変換素子の屈折率よりも低い屈折率を有する透明材料からなり、好ましくは光変換素子の屈折率よりも低い屈折率を有する光学的に透明な有機接着剤を有し、接合材が有利には、３０μｍ以下の範囲、好ましくは１０～２０μｍの範囲の厚さを有することを提供することができる。
【0056】
入射光に面する光変換素子の表面の一部または全体に、単層または多層の反射防止コーティングが施されていることを提供することができる。
【0057】
本発明の好ましい一実施形態では、光変換素子は、特に光変換素子の全容積に対する細孔容積に関して、少なくとも０．５％、有利には少なくとも１．５％、特に好ましくは少なくとも３％、さらに好ましくは３％～７％の気孔率を有する。
【0058】
代替的または付加的に、光変換素子は、断面において、１平方ミリメートル当たり少なくとも２００個の細孔、有利には１平方ミリメートル当たり少なくとも３００個の細孔、特に好ましくは１平方ミリメートル当たり少なくとも４００個の細孔を有することができる。
【0059】
光変換素子の断面は、特に走査型電子顕微鏡法（ＳＥＭ）によって調べることができる。このような光変換素子の断面はさらに、研磨されていてもよい。その場合、研磨された断面（研磨面）では特に、研磨された細孔が視認可能である場合があり、これをさらに、特にＳＥＭによって視認可能である場合がある。例えば、６１８００μｍ２の面積の断面を観察し、評価することができる。
【0060】
特に、例えばそのような６１８００μｍ２の面積の断面に、１ｃｍ２当たり少なくとも２００００個の細孔、好ましくは１ｃｍ２当たり少なくとも３００００個の細孔、特に好ましくは１ｃｍ２当たり少なくとも４００００個の細孔が存在し得る。代替的または付加的に、断面に、１ｃｍ２当たり２００００～２０００００個の細孔、好ましくは１ｃｍ２当たり３００００～１５００００個の細孔、特に好ましくは１ｃｍ２当たり４００００～１２００００個の細孔が存在し得る。
【0061】
細孔の直径、特に断面に存在する細孔の直径の中央値は、１００ｎｍ～３０００ｎｍ、有利には３００ｎｍ～１５００ｎｍ、特に好ましくは４００ｎｍ～１２００ｎｍであってよい。
【0062】
中央値は、データセット、サンプルまたは分布、この場合には例えば、断面に存在する細孔の直径または晶子の直径を、これらの値、すなわち細孔直径が、一方の半分では中央値以下となり、他方では中央値以上となるように２等分する。
【0063】
光変換素子の第１の相は、複数の晶子を含むことができ、これらの晶子の直径の中央値は、有利には３００ｎｍ～５０００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～３０００ｎｍである。
【0064】
光変換素子の第２の相は、複数の晶子を含むことができ、これらの晶子の直径の中央値は、有利には３００ｎｍ～５０００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～３０００ｎｍである。
【0065】
細孔、特に断面に存在する細孔の直径の中央値と、第１の相および／または第２の相の晶子、特に断面に存在する第１の相および／または第２の相の晶子の直径の中央値との比が、０．０２～１０、有利には０．０６～５、特に好ましくは０．１３～２．４であることを提供することができる。
【0066】
さらに、細孔、特に断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％が、これらの細孔が第１の相の材料とのみ境を接するように第１の相に包含されていることを提供することができる。
【0067】
細孔、特に断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％は、これらの細孔が第２の相の材料とのみ境を接するように第２の相に包含されていてよい。
【0068】
細孔、特に断面に存在する細孔の有利には少なくとも１％、好ましくは少なくとも５％は、これらの細孔が第１の相の材料と第２の相の材料との双方と境を接するように第１の相と第２の相との間に位置することができる。
【0069】
示された％値は特にそれぞれ、断面において求められた細孔の総数に対する、断面において求められた特定の細孔の数を表す。
【0070】
好ましくは、細孔は、焼結プロセス中に生じたものであり、その際、有利には細孔形成剤は使用されず、細孔は、特に例えば選択的エッチングによって後に導入されたものではない。
【0071】
特に断面における気孔率、特に断面における１平方ミリメートル当たりの細孔の数および／もしくは特に断面における細孔の直径の中央値は有利には、光変換素子において均一となるように設計されており、かつ／または光変換素子の表面において、光変換素子の内部の断面と同じであるか、もしくは光変換素子の内部の断面とせいぜい１０％しか差がない。
【0072】
光変換素子の第１の相は、５００ｎｍで、１．８以上、特に１．８～１．９の屈折率を有する。
【0073】
光変換素子の第２の相は、５００ｎｍで、１．８以下、特に１．７～１．８の屈折率を有する。
【0074】
有利には、５００ｎｍでの光変換素子の第１の相の屈折率は、５００ｎｍでの光変換素子の第２の相の屈折率と同じかまたはそれを上回る。有利には、５００ｎｍでの光変換素子の第１の相の屈折率と５００ｎｍでの光変換素子の第２の相の屈折率との差は、０．１５以下、好ましくは０．１以下、特に好ましくは０．７以下、さらに好ましくは０．５以下である。
【0075】
光変換素子の第１の相の屈折率および光変換素子の第２の相の屈折率は例えば、両面を研磨した各材料の既知の厚さの試料について、エリプソメトリーを用いて求めることができる。
【0076】
本発明の一実施形態では、波長６００ｎｍでの光変換素子の散乱係数は、１５０ｃｍ－１より大きく、好ましくは３００ｃｍ－１より大きく、特に好ましくは３００ｃｍ－１～１２００ｃｍ－１である。
【0077】
散乱係数は、V. Hagemann, A. Seidl, G. Weidmann: Static ceramic phosphor assemblies for high power high luminance SSL-light sources for digital projection and specialty lighting, Proc. of SPIE Vol. 11302 113021N-11, SPIE OPTO, San Francisco 2020に記載のモデルを、６００ｎｍでの後方散乱の実測値に当てはめることによって求められる。
【0078】
本発明の一実施形態では、第１の相を、組成（Ａ１－ｙＲｙ）３Ｂ５Ｏ１２と記述することができ、ここで、Ａは、ランタノイドおよびＹの群の１つ以上の元素を含み、Ｒは、ランタノイドの群の１つ以上の元素を含み、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの群の１つ以上の元素を含み、ｙは、結晶格子のＡサイトでのＲ原子の割合を表し、０＜ｙ＜０．０２、好ましくは０＜ｙ＜０．０１２、特に好ましくは０．００１＜ｙ＜０．００９が成り立つ。
【0079】
上記実施形態では、Ａは、元素Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕのうちの１つ以上から構成されていてよく、かつ／またはＢは、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうちの１つ以上から構成されていてよい。
【0080】
本発明の一実施形態では、光変換素子の第２の相が、酸化アルミニウムを含むかまたはそれからなることが提供される。
【0081】
第２の相の体積分率ｚについては、以下が成り立ち得る：０．０５＜ｚ＜０．９５、好ましくは０．３＜ｚ＜０．７、特に好ましくは０．４５＜ｚ＜０．７。
【0082】
一実施形態では、光変換素子は、系［（Ｙ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｙ１－ｘ－ｙＧｄｘＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３（Ａｌ１－ｗＧａｗ）３Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚのうちの１つ以上を含み、ここで特に、０＜ｘ＜０．２であり、かつ０＜ｗ＜０．３である。
【0083】
光変換素子の熱伝導率が、室温で１０Ｗ／ｍＫより大きく、好ましくは１２Ｗ／ｍＫより大きく、特に好ましくは１４Ｗ／ｍＫより大きいことを提供することができる。
【0084】
本発明はさらに、前面と背面とを有する光変換素子によって形成されたまたはそれを備えた光変換ユニットであって、光変換素子が、その前面に一次光が照射され、一次光に対して波長が変化した二次光をその前面で放出するように設計されている、光変換ユニットに関する。
【0085】
光変換ユニットは任意に、光変換素子の背面に直接または間接的に接合され、有利にはヒートシンクとして形成されている基材と、任意に、光変換素子と基材との間に位置し、有利には有機接着剤、ガラス、セラミック接着剤、無機接着剤、焼結された焼結型ペーストおよび／または金属はんだ接合材として、有利には金属はんだ接合材または焼結された焼結型ペーストとして、好ましくは金属はんだ接合材として形成されている接合材とを含む。
【0086】
光変換素子は、光変換セラミック材料を含む第１の相と、さらなるセラミック材料を含む第２の相とを含み、第２の相は、第１の相よりも高い熱伝導率を有する。
【0087】
光変換素子は、複数の細孔を含み、これらの細孔は特に、光を散乱させる役割を果たす。
【0088】
上記の照明設備あるいは光変換ユニットは例えば、「動的」用途（カラーホイール）または「静的」用途（ヒートシンク上のダイ）で使用することができる。
【0089】
以下、添付図面を参照して本発明をより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【0090】
【図1】各気孔率における、Ａｌ２Ｏ３を添加したおよび添加していないコンバータセラミックの実験的に求められた反射スペクトルを示す図である。
【図2】各気孔率における、Ａｌ２Ｏ３を添加したおよび添加していないコンバータセラミックの、反射率測定値から算出された散乱係数を示す図である。
【図3】組成［（Ｙ０．９９３Ｃｅ０．００７）３Ａｌ５Ｏ１２］０．４６［Ａｌ２Ｏ３］０．５４の混合セラミックのＳＥＭ像を示す図であり、明色の相：ＹＡＧ、暗色の相：Ａｌ２Ｏ３および細孔を示す。
【図4】表２の材料の２０℃での熱伝導率を示す図である（このオーダーの気孔率では、熱伝導率は、気孔率の増加とともに直線的に減少し、混合セラミックは、純相のＹＡＧセラミックよりも著しく高い熱伝導率を示す）。
【図5】組成［（Ｙ０．９８９Ｃｅ０．０１１）３Ａｌ５Ｏ１２］０．６５［Ａｌ２Ｏ３］０．３５の混合セラミックのＳＥＭ像を示す図であり、明色の相：（Ｙ０．９８９Ｃｅ０．０１１）３Ａｌ５Ｏ１２、暗色の相：Ａｌ２Ｏ３を示し、いくつかの視認可能な細孔（完全に暗色）に、例示的に印が付されている。
【図6】組成［（Ｌｕ０．９９３７Ｃｅ０．００８）３Ａｌ５Ｏ１２］０．５［Ａｌ２Ｏ３］０．５の混合セラミックのＳＥＭ像を示す図である。
【図7】組成［（Ｌｕ０．９９３７Ｃｅ０．００８）３Ａｌ５Ｏ１２］０．５［Ａｌ２Ｏ３］０．５の混合セラミックのＳＥＭ像を示す図であり、存在する視認可能な細孔（完全に暗色）、明色の相：（Ｌｕ０．９９３７Ｃｅ０．００８）３Ａｌ５Ｏ１２、暗色の相：Ａｌ２Ｏ３を示す。
【図8】表３のコンバータセラミックの、反射率測定値から算出された散乱係数を示す図である。
【図9】断面（研磨面）における、ｎｍ単位で示される細孔直径の分布を示す図である。
【0091】
混合セラミックを含む光変換素子を備えた効率的な反射性照明設備、特にＳＳＬ（ソリッドステートライティング）に関して、細孔によって十分に大きな散乱（十分に大きな散乱係数）が可能となる。これは特に、Ａｌ２Ｏ３およびＹＡＧの材料に該当する。
【0092】
Ａｌ２Ｏ３の屈折率とＹＡＧの屈折率とには、大きな差はなく、Ａｌ２Ｏ３の屈折率は、約１．７７であり、ＹＡＧの屈折率は、約１．８３である。したがって、混合セラミック単独による光散乱効果は、細孔がなければ比較的低いものと推定できる。
【0093】
このことは、独自の研究でも実験的に証明されている。気孔率の異なる（すなわち、散乱特性の異なる）コンバータセラミックを、Ｃｅ：ＬｕＡＧから、一部はＡｌ２Ｏ３を添加せずに、一部は酸化アルミニウムを添加して製造した。（ここではＬｕ３Ａｌ５Ｏ１２の）理論密度ρ１および（ここではＡｌ２Ｏ３の）ρ２、ならびに重量ｍ１およびｍ２から、混合セラミックの理論密度ρｔｈが決定される：
【数1】
【0094】
製造された焼結体の密度ρを測定し、そこから焼結体の気孔率Ｐが得られる：
【数2】
【0095】
気孔率の異なる焼結体から、１００～２５０μｍの範囲で一定の厚さの（両面研磨）試料を作製した。緑色ないし赤色のスペクトル範囲における反射率を測定した（ここでは、吸収は無視できるほどわずかであるため）。このようにして求めた反射率には、フレネル反射と後方散乱との双方が含まれる。
【0096】
V. Hagemann, A. Seidl, G. Weidmann: Static ceramic phosphor assemblies for high power high luminance SSL-light sources for digital projection and specialty lighting. Proc. of SPIE Vol. 11302 113021N-11, SPIE OPTO, San Francisco 2020で説明されているモデルを適用した。
【0097】
上記のモデルを使用して、これらの実験条件をシミュレートすることができる。このスペクトル範囲での吸収は無視できるため、反射強度は、両面研磨されたプレートレットの屈折率、その厚さおよび散乱係数に依存する。（場合により平均）屈折率および厚さは既知であるため、このような測定から散乱係数を算出することが可能である。
【0098】
図１は、このようにして測定された９種類の例示的な試料の反射スペクトルを示す。
【0099】
表１は、測定およびシミュレーションの結果をまとめたものである。
【0100】
【表1】
【0101】
図２は、測定された材料において、散乱係数が、気孔率にほぼ比例して増加することを示しており、これも予想されたことである（散乱係数は常に、散乱中心の数に比例する）。しかし特に重要なことは、Ａｌ２Ｏ３の割合が非常に高くても、この材料が、Ａｌ２Ｏ３を含まない材料よりも著しく散乱することはないということである。
【0102】
光が光変換素子の前面に当たり、二次光もこの前面から放出されるような反射性ジオメトリでは、用途にもよるが、約１５０～約１２００ｃｍ－１の散乱係数が好ましい。このような散乱係数を達成するためには、材料中のＡｌ２Ｏ３の存在にかかわらず、有利には少なくとも１％の気孔率が提供される。
【0103】
反射性照明設備は特に、細孔を含む混合セラミックを有する。換言すれば、混合セラミックは、多孔質混合セラミックとして製造されていてよい。有利には、これにより、散乱係数を１５０ｃｍ－１～１２００ｃｍ－１の範囲に調整することができる。有利には、光変換素子の第２は、Ａｌ２Ｏ３を含むことができる。
【0104】
このような多孔質混合セラミックの製造は、様々な様式で行うことができる。
【0105】
方法の１つには、酸化イットリウム、酸化ルテチウム、酸化アルミニウム、酸化ガリウム、酸化ガドリニウムおよび酸化セリウムの純粋な酸化物の粉末を、所望の組成および化学量論にしたがって混合することが挙げられる。「化学量論的に過剰に」添加された酸化アルミニウムは、マトリックス中のＡｌ２Ｏ３相となり、残りはそれぞれの所望のガーネット相となる。エタノール（または水、またはその他の流体）、分散助剤、加圧助剤を添加した後、粉砕用ボールをスラリーに加え、ローラー台を用いてバレル内で微粉砕する。その後、スラリーを乾燥させ、次いで圧縮して未焼成体を形成する。この未焼成体を、約５００℃を上回る温度で脱バインダー処理し、その後、所望の密度または気孔率に達するまで、空気中、酸素中またはさらには真空中で約１４００℃を上回る十分に高い温度で反応焼結を行う。それでも気孔率が高すぎる場合には、目標値に達するまでさらに１回以上の焼結を続けることができる。
【0106】
もう１つの方法は、所望の組成の予備合成済みガーネットの粉末をＡｌ２Ｏ３粉末と混合することである。ガーネット粉末にまだＣｅが含まれていない場合は、酸化セリウム粉末を所望量だけ添加することもできる。エタノール（または水、またはその他の流体）、分散助剤、加圧助剤を添加した後、粉砕用ボールをスラリーに加え、ローラー台を用いてバレル内で微粉砕する。その後、スラリーを乾燥させ、次いで圧縮して未焼成体を形成する。この未焼成体を、約５００℃を上回る温度で脱バインダー処理し、その後、所望の密度または気孔率に達するまで、空気中、酸素中またはさらには真空中で１４００℃を上回る十分に高い温度で反応焼結を行う。それでも気孔率が高すぎる場合には、目標値に達するまでさらに１回以上の焼結を続けることができる。
【0107】
これを、［（Ａ１－ｙＲｙ）３Ｂ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚの表記に従うすべての組成に対して行うことができ、ここで、Ａは、ランタノイドおよびＹの群の１つ以上の元素を含み、Ｒは、ランタノイドの群の１つ以上の元素を含み、Ｂは、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎの群の１つ以上の元素を含み、ｙは、結晶格子のＡサイトでのＲ原子の割合を表し、ｚは、セラミックマトリックスの固体中の（すなわち、細孔を考慮しない場合の）Ａｌ２Ｏ３の体積分率を表し、０＜ｙ＜０．０２であり、かつ０．０５＜ｚ＜０．９５である。
【0108】
好ましくは、Ａは、Ｙ、Ｇｄ、Ｌｕの１つ以上の元素であり、Ｂは、Ａｌ、Ｇａの１つ以上の元素であり、０＜ｙ＜０．０１２であり、かつ０．３＜ｚ＜０．７である。
【0109】
系［（Ｙ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｙ１－ｘ－ｙＧｄｘＣｅｙ）３Ａｌ５Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ、［（Ｌｕ１－ｙＣｅｙ）３（Ａｌ１－ｗＧａｗ）３Ｏ１２］１－ｚ［Ａｌ２Ｏ３］ｚ（０＜ｘ＜０．２であり、かつ０＜ｗ＜０．３である）について、特に好ましくは０．００１＜ｙ＜０．００９であり、かつ０．４５＜ｚ＜０．７である。
【0110】
特に純粋な酸化物からの合成経路では、成分Ｒの酸化物のすべてがガーネット格子に取り込まれるわけではなく、セラミックマトリックス中の酸化アルミニウム以外の第２の酸化物として（非常に小さい体積分率で）残る可能性がある。Ａｌ２Ｏ３の体積分率ｚが高いほど、すべてのＲがガーネットに取り込まれない確率が高くなる。Ａｌ２Ｏ３へのランタノイドの溶解度は、確かに無視できるほどにわずかであるが、痕跡量の成分ＲがＡｌ２Ｏ３などの第２の相の体積分率に残り、ＹＡＧなどの第１の相に取り込まれない可能性がある。はかり入れる酸化物を算出する際に、必要に応じてこのことを考慮しなければならない。例えば、セラミックにおいてガーネット格子での所望の割合ｙを得るためには、完全に取り込まれると仮定した算出結果よりも若干多めにＣｅＯ２をはかり入れる必要がある。
【0111】
このようにして製造されたセラミック体をさらに加工することで、例えばＳＳＬ部品などの照明設備用部品が得られる。
【0112】
実施形態例１：
２９２．０ｇのＹ２Ｏ３、７１５．０ｇのＡｌ２Ｏ３および３．０ｇのＣｅＯ２を上述のように混合して焼結させることで、気孔率の異なるセラミック体を得た。Ｃｅが完全に取り込まれると仮定すると、この量比は算出上、［（Ｙ０．９９３Ｃｅ０．００７）３Ａｌ５Ｏ１２］０．４６［Ａｌ２Ｏ３］０．５４の組成に相当する。
２９２．０ｇのＹ２Ｏ３、７１５．０ｇのＡｌ２Ｏ３および３．０ｇのＣｅＯ２を上述のように混合して焼結させることで、気孔率の異なるセラミック体を得た。Ｃｅが完全に取り込まれると仮定すると、この量比は算出上、［（Ｙ０．９９３Ｃｅ０．００７）３Ａｌ５Ｏ１２］０．４６［Ａｌ２Ｏ３］０．５４の組成に相当する。
【0113】
図３は、このようにして得られたセラミックのマトリックス（ここでは例示的に、測定された気孔率が２％であるサンプル１－４）を示す。
【0114】
表２は、製造した変形例と、それらについて測定した熱伝導率の一覧であり、これを、Ａｌ２Ｏ３を添加せずに製造した参照体とともに示す。Ａｌ２Ｏ３の添加により、熱伝導率が約６０％増加している。これは、図３にも示されている。
【0115】
【表2】
【0116】
実施形態例２：
７１６．８ｇのＹ２Ｏ３、１２７０．４ｇのＡｌ２Ｏ３および１２．８ｇのＣｅＯ２を上述のように混合して焼結させることで、気孔率の異なるセラミック体を得た。Ｃｅが完全に取り込まれると仮定すると、この量比は算出上、［（Ｙ０．９８９Ｃｅ０．０１１）３Ａｌ５Ｏ１２］０．６５［Ａｌ２Ｏ３］０．３５の組成に相当する。
７１６．８ｇのＹ２Ｏ３、１２７０．４ｇのＡｌ２Ｏ３および１２．８ｇのＣｅＯ２を上述のように混合して焼結させることで、気孔率の異なるセラミック体を得た。Ｃｅが完全に取り込まれると仮定すると、この量比は算出上、［（Ｙ０．９８９Ｃｅ０．０１１）３Ａｌ５Ｏ１２］０．６５［Ａｌ２Ｏ３］０．３５の組成に相当する。
【0117】
図５は、このようにして得られたセラミックのマトリックス（ここでは例示的に、測定された気孔率が７％であるサンプル２．３）を示す。
【0118】
実施形態例３：
４８２．９ｇのＬｕ２Ｏ３、６１７．１ｇのＡｌ２Ｏ３および３．３ｇのＣｅＯ２を上述のように混合して焼結させることで、気孔率の異なるセラミック体を得た。Ｃｅが完全に取り込まれると仮定すると、この量比は算出上、［（Ｌｕ０．９９２Ｃｅ０．００８）３Ａｌ５Ｏ１２］０．５［Ａｌ２Ｏ３］０．５の組成に相当する。
４８２．９ｇのＬｕ２Ｏ３、６１７．１ｇのＡｌ２Ｏ３および３．３ｇのＣｅＯ２を上述のように混合して焼結させることで、気孔率の異なるセラミック体を得た。Ｃｅが完全に取り込まれると仮定すると、この量比は算出上、［（Ｌｕ０．９９２Ｃｅ０．００８）３Ａｌ５Ｏ１２］０．５［Ａｌ２Ｏ３］０．５の組成に相当する。
【0119】
【0120】
図８および表３は、製造した変形例と、それらについて測定した散乱係数（「課題設定」の項も参照のこと）の一覧であり、これを、Ａｌ２Ｏ３を添加せずに製造した参照体とともに示す。Ａｌ２Ｏ３の添加は、多孔質セラミックにおいて散乱係数に大きな影響を与えない。
【0121】
【表3】
【0122】
実施形態例４：
光変換素子の断面（研磨面）のＳＥＭ像を生成した。倍率を２０００倍に設定し、１０５μｍ×１５０μｍの画像を４枚ずつ生成した。これは、１画像あたり０．０１５７５ｍｍ２に相当する。
光変換素子の断面（研磨面）のＳＥＭ像を生成した。倍率を２０００倍に設定し、１０５μｍ×１５０μｍの画像を４枚ずつ生成した。これは、１画像あたり０．０１５７５ｍｍ２に相当する。
【0123】
画像解析により細孔面積を決定し、そこから細孔分布の評価を行った。このために、各細孔に、円形の細孔面積に対応する直径を割り当てた。
【0124】
【0125】
このような分布の中央値を考慮すると、プロセス制御および使用される出発粉末の粒径分布に応じて、細孔直径の好ましい中央値は１００ｎｍ～３０００ｎｍ、特に好ましくは３００ｎｍ～１５００ｎｍ、さらにより好ましくは４００ｎｍ～１２００ｎｍとなる。ＹＡＧ、ＬｕＡＧおよびＡｌ２Ｏ３の粒径は、同様のオーダーであるが、分布がより広く、時にはわずかに高い中央値を示す。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【外国語明細書】