專利名稱：發(fā)光陶瓷層壓制件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及適于發(fā)光器件的發(fā)光層及其制造方法，所述發(fā)光器件諸如由發(fā)光和不發(fā)光阻擋層組成的半透明陶瓷片材及其制造方法。
背景技術(shù)：
固態(tài)發(fā)光器件，諸如發(fā)光二極管(LED)、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)有時(shí)稱作有機(jī)電致發(fā)光器件(0EL)、以及無(wú)機(jī)電致發(fā)光器件(IEL)已被廣泛用于各類應(yīng)用，諸如平板顯示器、各類儀器的指示器、布告板以及裝飾照明等。由于這些發(fā)光器件的發(fā)光效率不斷提高，需要更高發(fā)光強(qiáng)度的應(yīng)用很快會(huì)變得可行，諸如汽車大燈和通用照明。對(duì)于這些應(yīng)用，白光LED是最有可能的候選之一并受:到了聞度關(guān)注。傳統(tǒng)白光LED基于藍(lán)光LED結(jié)合分散在封裝樹(shù)脂中用作波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的發(fā)黃色光YAG (釔鋁石榴石):Ce (鈰)熒光粉制成，所述封裝樹(shù)脂諸如環(huán)氧樹(shù)脂和硅樹(shù)脂，參見(jiàn)美國(guó)專利號(hào)5，998，925和美 國(guó)專利號(hào)6，069，440的公開(kāi)。波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料布置成能吸收一部分藍(lán)光LED發(fā)射的光并重新發(fā)射波長(zhǎng)不同的光，如黃光或黃綠色光。來(lái)自LED的藍(lán)光和來(lái)自熒光體的黃綠色光組合產(chǎn)生感知白光。典型的器件結(jié)構(gòu)如圖1A和圖1B所示。圖1A中所示的底座10具有安裝在其上并由透明基質(zhì)13覆蓋的藍(lán)光LED 11，YAG =Ce熒光粉12分散布置在透明基質(zhì)13中并由保護(hù)樹(shù)脂15封裝。圖1B中所示的藍(lán)光LED 11由透明基質(zhì)13覆蓋，YAG =Ce熒光粉12分散在透明基質(zhì)13中。然而，由于本系統(tǒng)中使用的YAG =Ce熒光粉的粒徑為約1-10 μ m，所以分散在透明基質(zhì)13中的YAG =Ce熒光粉12可產(chǎn)生很強(qiáng)的光散射。結(jié)果是，如圖2所示，來(lái)自藍(lán)光LEDll的入射光18和從YAG:Ce粉末12中發(fā)射的黃光19中相當(dāng)一部分最后被反向散射并消散，造成白光發(fā)射的損失。如圖3所示，這一問(wèn)題的一個(gè)解決方案是將單片陶瓷元件22形成為復(fù)合波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件。陶瓷元件22可由具有單層或多層熒光體20及透明層24a，24b (例如，24r，24s, 24t, 24u)的多個(gè)陶瓷層構(gòu)成。在光源26發(fā)出光的光路28中，發(fā)光器件21并入了鄰近光源26，例如半導(dǎo)體發(fā)光二極管放置的復(fù)合波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件22，以接收在發(fā)光層20中發(fā)出的光。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，具有足夠高激活劑含量的厚度為幾十微米量級(jí)的熒光陶瓷薄層，可顯著降低生產(chǎn)成本。不過(guò)，雖然適于色彩轉(zhuǎn)換，但是薄熒光層易碎并很難處理。圖3所示的配置提供了應(yīng)對(duì)該問(wèn)題的解決方案，即所述熒光層20與薄陶瓷層24a，24b結(jié)合，以方便處理。透明陶瓷層24a，24b可由例如與波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換材料的主體材料相同的材料構(gòu)成，而沒(méi)有任何客體或摻雜劑材料(例如，美國(guó)專利號(hào)7，361，938)。這些層壓層可為層壓和共燒的發(fā)光陶瓷澆注帶形式(美國(guó)專利號(hào)7，514，721和美國(guó)專利申請(qǐng)公布號(hào)2009/0108507)。然而，共燒層壓層存在另外的問(wèn)題。由于其中一些層壓層通常由通過(guò)固相反應(yīng)生產(chǎn)的石榴石粉形成，本發(fā)明人意識(shí)到，一旦客體材料擴(kuò)散到層壓層，使用這些石榴石粉可導(dǎo)致較差的亮度，即使生產(chǎn)的成本很低。另外，客體材料的層間擴(kuò)散也可改變發(fā)光層中期望的和實(shí)際的客體或摻雜劑濃度，同樣也導(dǎo)致了器件性能的降低。此外，摻雜劑在低品質(zhì)石榴石粉中的擴(kuò)散導(dǎo)致器件效率的降低。
從而，本發(fā)明人意識(shí)到需要找到有效的方式以增強(qiáng)白光LED的光輸出，通過(guò)使用陶瓷復(fù)合材料把反向散射損失降到最低，通過(guò)層壓的結(jié)構(gòu)最小化生產(chǎn)成本。本發(fā)明人也意識(shí)到需要一種層壓陶瓷結(jié)構(gòu)，不因?qū)娱g客體材料擴(kuò)散犧牲發(fā)光效率和器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，包括:至少一個(gè)包括石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的第一發(fā)光層；至少一個(gè)包括不發(fā)光阻擋材料的第一和第二不發(fā)光阻擋層，當(dāng)石榴石或石榴石類主體材料表示為A3B5O12U和B各自由一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)元素組成)時(shí)，所述不發(fā)光阻擋材料含有離子半徑為A陽(yáng)離子元素和/或構(gòu)成所述發(fā)光客體材料的元素的離子半徑的約80%或更低的元素，所述第一發(fā)光層置于所述第一和第二不發(fā)光阻擋層之間。在一些實(shí)施例中，所述不發(fā)光阻擋層為包括Al2O3或基本上由Al2O3構(gòu)成的透明層。在一些實(shí)施例中，所述第一不發(fā)光阻擋層單獨(dú)使用，而不使用第二不發(fā)光阻擋層。在一些實(shí)施例中，所述石榴石或石榴石類主體材料選自Y3Al5012、Lu3Al5012、Ca3Sc2Si3012、(Y, Tb)3Al5012、(Y, Gd) 3 (Al, Ga)5012、Lu2CaSi3Mg2O12 和 Lu2CaAl4SiO12 組成的群組。在一些實(shí)施例中，所述發(fā)光客體材料為Ce。如圖14所示，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種制造陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的方法，包括以下步驟:提供包括石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的第一發(fā)光層；提供包括不發(fā)光阻擋材料的第一 和第二不發(fā)光阻擋層，其中所述不發(fā)光阻擋材料的離子半徑小于發(fā)光客體材料的離子半徑，所述第一發(fā)光層置于所述第一和第二不發(fā)光阻擋層之間；同時(shí)對(duì)所述第一發(fā)光層，第一和第二不發(fā)光阻擋層施加熱處理，所述處理足以將所述三層同時(shí)燒結(jié)成單一陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二不發(fā)光阻擋層基本上保持沒(méi)有發(fā)光客體材料。為了概括本發(fā)明的各方面以及相對(duì)相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，本公開(kāi)描述了本發(fā)明的某些目的和優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的具體實(shí)施例不必實(shí)現(xiàn)所有這些目的或優(yōu)點(diǎn)。因而，例如本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)意識(shí)到本發(fā)明可以以實(shí)現(xiàn)或優(yōu)化此處教導(dǎo)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)或一組優(yōu)點(diǎn)，而不必實(shí)現(xiàn)此處教導(dǎo)或暗示的其他目的或優(yōu)點(diǎn)的方式得以體現(xiàn)或?qū)崿F(xiàn)。本發(fā)明另外的方面、特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)說(shuō)明中變得清楚。


下面將結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，對(duì)本發(fā)明的這些及其他特征進(jìn)行描述，所描述的優(yōu)選實(shí)施例用以說(shuō)明本發(fā)明，而非對(duì)其限制。為了便于說(shuō)明，附圖過(guò)于簡(jiǎn)化而且不一定按比例繪制。圖1A和圖1B為傳統(tǒng)白光LED器件的截面圖。圖2為從藍(lán)光LED器件發(fā)出的光如何被傳統(tǒng)白光LED器件中的微米量級(jí)的黃色熒光粉反向散射的示圖。圖3為具有發(fā)光主體-客體層和不發(fā)光僅主體層(non-emissivehost-onlylayer,與發(fā)光主體-客體層使用相同的主體,但沒(méi)有客體材料)的傳統(tǒng)陶瓷層壓結(jié)構(gòu)的示意截面圖。圖4為具有發(fā)光層和不發(fā)光阻擋層(沒(méi)有客體材料)的陶瓷層壓結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意截面圖。圖5為具有多個(gè)發(fā)光層和多個(gè)不發(fā)光阻擋層(沒(méi)有客體材料)的陶瓷層壓結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意截面圖。圖6為包括發(fā)光YAG =Ce層和不發(fā)光YAG (沒(méi)有發(fā)光客體材料[Ce])的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換陶瓷層壓結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意截面圖。圖7為描述不同離子從圖6中層壓的陶瓷結(jié)構(gòu)的發(fā)光層/不發(fā)光阻擋層界面擴(kuò)散的TOF-SMS光譜。圖8為包括發(fā)光YAG =Ce層和不發(fā)光Al2O3層(沒(méi)有發(fā)光客體材料[Ce])的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換陶瓷層壓結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的示意截面圖。圖9為描述不同離子從圖8中層壓的陶瓷結(jié)構(gòu)的發(fā)光層/不發(fā)光阻擋層界面擴(kuò)散的TOF-SMS光譜。圖10為根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例中另一個(gè)實(shí)施例的示意截面圖。圖11為根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例中另一個(gè)實(shí)施例的示意截面圖。圖12為根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例中另一個(gè)實(shí)施例的示意截面圖。圖13為根據(jù)公開(kāi)的實(shí)施例中另一個(gè)實(shí)施例的示意截面圖。

圖14為顯示一個(gè)公開(kāi)實(shí)施例的一種制造過(guò)程的實(shí)施例流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，基于材料的離子半徑選擇不發(fā)光阻擋層材料的元素可出人意料地降低并置發(fā)光層中發(fā)光客體材料向不發(fā)光阻擋層的擴(kuò)散，提供了更好的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率和增強(qiáng)的器件性能。例如，本發(fā)明人已經(jīng)得知，Al2O3可替換YAG作為不發(fā)光阻擋層材料。由于，至少部分地由于Al3+離子半徑相對(duì)于Ce3+離子較小，可降低客體材料在Al2O3中的擴(kuò)散。Al2O3是用于發(fā)光器件的比較便宜的材料，即使與常規(guī)提純非摻雜的YAG相比。此外，Al2O3的不發(fā)光阻擋層可與YAG發(fā)光層層壓和共燒，以便獲得相當(dāng)高的透明度。在一些實(shí)施例中，Al2O3可用作使用Ce作為主要(primary)客體材料的石榴石或石榴石類熒光層的不發(fā)光阻擋層。通過(guò)在不發(fā)光阻擋層中使用Al2O3，客體材料，例如Ce可在發(fā)光層中受到較大的約束。從而，Al2O3的低成本，以及使用較高Ce濃度的可能性可導(dǎo)致較薄的發(fā)光層，并進(jìn)一步降低成本。此外，Al2O3可用作使用Ce作為主要客體材料的任何石榴石或石榴石類熒光層的不發(fā)光阻擋層。制備發(fā)光材料有多種方法。任意適合的方法包括可使用的傳統(tǒng)方法。例如，通過(guò)濕化學(xué)共沉淀法、水熱合成法、超臨界合成法、固相反應(yīng)法、燃燒法、激光熱解法、火焰噴涂法、噴霧熱解法和/或等離子體合成法合成熒光體。為了獲得高波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率，熒光材料需要超高純度(例如，高于99.99%)和無(wú)缺陷晶體結(jié)構(gòu)，這通常意味著較高的合成成本。在這些合成方法中，等離子體合成法，尤其是射頻(RF)感應(yīng)耦合熱等離子體合成可導(dǎo)致最終產(chǎn)物的罕見(jiàn)純度，這是因?yàn)闆](méi)有使用可燃?xì)怏w(火焰噴涂法中諸如甲烷的燃料)，并且產(chǎn)物不接觸任何電極。例如，專利公開(kāi)W02008112710A1教導(dǎo)，可通過(guò)穿過(guò)霧化形式的前體溶液，進(jìn)入RF熱等離子體炬的熱區(qū)，從而使熒光體顆粒成核，生成粒徑可控、高純度、高發(fā)光效率的熒光體顆粒。然后，在適當(dāng)?shù)倪^(guò)濾元件上收集這些顆粒。例如，可使用化學(xué)計(jì)量的硝酸釔、硝酸鋁、硝酸鈰的水溶液，在RF等離子體炬的中心通過(guò)雙流體霧化法霧化該溶液，進(jìn)而蒸發(fā)和分解前體，隨后成核Y-Al-O顆粒，由此合成鈰摻雜釔鋁氧化物顆粒?？墒褂眠m當(dāng)?shù)倪^(guò)濾機(jī)制從排出氣中提取這些顆粒。收集的顆粒在適當(dāng)?shù)臓t子中受1000° C以上的熱退火時(shí)，可完全轉(zhuǎn)化成相純鈰摻雜釔鋁石榴石(Y3Al5O12)顆粒。摻雜度的確定取決于期望的應(yīng)用，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解，不偏離本概念的原理就能實(shí)現(xiàn)客體材料水平的變化。本發(fā)明人也發(fā)現(xiàn)，與其他方法相比，RF等離子體合成熒光體具有最高的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率。合成的細(xì)節(jié)和其他重要的事項(xiàng)可參見(jiàn)W02008112710 Al中公開(kāi)的實(shí)施例，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。 下面，將詳細(xì)描述本發(fā)明公開(kāi)的實(shí)施例。在本公開(kāi)中未詳細(xì)說(shuō)明條件和/或結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開(kāi)和必要時(shí)W02008/112710的公開(kāi)內(nèi)容可很容易地通過(guò)常規(guī)試驗(yàn)設(shè)置這些條件和/或結(jié)構(gòu)。W02008/112710涉及使用RF熱等離子體合成生成鈰摻雜YAG粉末，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。進(jìn)一步地，為了獲得Ce摻雜YAG粉末形成的陶瓷層，提供具有至少0.65的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換效率(wavelength conversion efficiency, WCE)的陶瓷復(fù)合層壓制件，陶瓷中摻雜劑或激活劑的分散度可用作控制變量，如共同待審的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/301，515所公開(kāi)的內(nèi)容，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)引用結(jié)合于此。如圖4所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件22，具有至少一個(gè)具有石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的第一發(fā)光層20，以及至少一個(gè)包括不發(fā)光阻擋材料的第一不發(fā)光阻擋層(24a)和第二不發(fā)光阻擋層(24b)，所述不發(fā)光阻擋材料的離子半徑為發(fā)光客體材料的離子半徑的約80%或更低，第一發(fā)光層20置于第一不發(fā)光阻擋層(24a)和第二不發(fā)光阻擋層(24b)之間。在一個(gè)實(shí)施例中，不發(fā)光阻擋材料具有金屬兀素。在一個(gè)實(shí)施例中，不發(fā)光阻擋材料為Al2O3O在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光層20的厚度在約10至約100 μ m之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光層20的厚度約20-60 μ m之間。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光層20的厚度約30-60 μ m之間。在一些實(shí)施例中，相對(duì)于下文描述的釔，客體或摻雜劑濃度在約0.5摩爾％至約10.0摩爾％ (包括約0.8摩爾％至約2.5摩爾％)的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，客體或摻雜劑濃度取決于YAG = Ce層的厚度。在一些實(shí)施例中，對(duì)于厚度為約35 μ m的YAG:Ce層，客體或摻雜劑濃度為約1.75%。在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于厚度為約45μπι的YAG:Ce層，客體或摻雜劑濃度為約1.00%。以上也可應(yīng)用于YAG =Ce層之外的發(fā)光層。在圖4示出的一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光器件包括半導(dǎo)體發(fā)光器件21，該半導(dǎo)體發(fā)光器件包括層壓發(fā)光復(fù)合材料22,所述層壓發(fā)光復(fù)合材料在光源26發(fā)出的光28的光路中鄰近發(fā)光源26放置，并且層壓發(fā)光復(fù)合材料22進(jìn)一步包括至少一個(gè)具有石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的第一發(fā)光層20，以及至少一個(gè)包括不發(fā)光阻擋材料的第一不發(fā)光阻擋層(24a)和第二不發(fā)光阻擋層(24b)，所述不發(fā)光阻擋材料的離子半徑為發(fā)光客體材料的離子半徑的約80%或更低，第一發(fā)光材料置于第一和第二不發(fā)光阻擋層之間。在一些實(shí)施例中，發(fā)光源26為半導(dǎo)體發(fā)光二極管。在一些實(shí)施例中，發(fā)光源26為包括(AlInGa)N的半導(dǎo)體發(fā)光二極管。在一些實(shí)施例中，所述至少一個(gè)第一不發(fā)光阻擋層(24a)和第二不發(fā)光阻擋層(24b)各自具有大于發(fā)光層20的厚度(例如，30至400 μ m或50至200 μ m),并且發(fā)光層和不發(fā)光阻擋層為燒結(jié)陶瓷帶式澆注層的形式。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二不發(fā)光阻擋層各自由多個(gè)不發(fā)光阻擋層(例如，各自2至5層)組成，例如分別為24z和24y，及24x和24w。在另一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)不發(fā)光阻擋層，例如各個(gè)層24z，24y，24x和24w各自具有大于發(fā)光層的厚度。在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖14所述，描述了一種制造陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的方法，包括以下步驟:提供具有至少一種石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的發(fā)光層；提供包括至少一種不發(fā)光阻擋材料的第一和第二不發(fā)光阻擋層，其中所述不發(fā)光阻擋材料的離子半徑為發(fā)光客體材料的離子半徑的80%或更低；同時(shí)對(duì)所述第一發(fā)光層，第一和第二不發(fā)光阻擋層施加熱處理，所述處理足以將所述層同時(shí)燒結(jié)成單一陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二不發(fā)光阻擋層保持基本上沒(méi)有或幾乎沒(méi)有發(fā)光客體材料。在一個(gè)實(shí)施例中，不發(fā)光阻擋材料包括離子半徑小于發(fā)光客體材料離子半徑的金屬元素。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光客體材料包括Ce，不發(fā)光阻擋材料包括Al2O3，例如Al的離子半徑(0.050nm，參見(jiàn)下面表I)小于Ce的離子半徑(0.103nm，參見(jiàn)下面表I)。在一些實(shí)施例中，提供發(fā)光層和不發(fā)光阻擋層的步驟包括提供包括發(fā)光材料的澆注帶和提供包括所述的不發(fā)光阻擋材料的澆注帶。在一些實(shí)施例中，施加熱處理的步驟進(jìn)一步包括堆疊各層的各部分以形成預(yù)制件，加熱該預(yù)制件以生成生預(yù)制件(green perform),以及同時(shí)燒結(jié)發(fā)光和不發(fā)光阻擋材料以生成發(fā)光復(fù)合層壓制件。在一些實(shí)施例中，復(fù)合層壓制件包括Al203/YAG:Ce/Al203。在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光層和不發(fā)光阻擋層均為澆注帶層。在另一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光層為澆注帶層，不發(fā)光阻擋層為包括上述不發(fā)光阻擋材料的基體。在一個(gè)實(shí)施例中，提供不發(fā)光阻擋材料形成的澆注帶的步驟包括混合Al2O3粉末、分散劑、燒結(jié)助劑和有機(jī)溶劑；使用不同于Al2O3材料的研磨球研磨該混合物以生成研磨的第一漿料；在所述第一漿料里混合I型和2型增塑劑以及有機(jī)粘結(jié)劑以生成第二漿料；研磨該第二漿料以生成研磨的第二漿料；帶式澆注該研磨的第二漿料以生成不發(fā)光澆注帶；干燥該不發(fā)光澆注帶以生成不發(fā)光干燥帶。在一個(gè)實(shí)施例中，提供具有石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的發(fā)光材料形成的燒注帶的步驟包括， 等離子體法生成(plasma-generating)具有50至約500nm的重均粒徑的熒光體納米顆粒；在足以基本上把納米顆粒轉(zhuǎn)換成基本上全部為石榴石或石榴石類相熒光體納米顆粒的溫度預(yù)退火該熒光體納米顆粒；混合該預(yù)退火熒光體納米顆粒、分散劑、燒結(jié)助劑和有機(jī)溶劑；使用材料不同于Y2O3和Al2O3的研磨球球磨該混合物以生成研磨的第一漿料；所述第一漿料里混合I型和2型增塑劑以及有機(jī)粘結(jié)劑以生成第二漿料；研磨該第二漿料以生成研磨的第二漿料；帶式澆注該研磨的第二漿料以生成由的發(fā)光材料形成的澆注帶，其中所述發(fā)光材料具有客體材料，客體材料的元素的離子半徑大于構(gòu)成不發(fā)光阻擋材料的元素的離子半徑；干燥該含發(fā)光材料的澆注帶以生成發(fā)光干燥帶。材料在一個(gè)實(shí)施例中，發(fā)光材料包括熒光體?？紤]到不同類型熒光體吸收和發(fā)射光譜，選擇用作燒結(jié)陶瓷板發(fā)光相的熒光體的類型，可實(shí)現(xiàn)期望或預(yù)期的白點(diǎn)(即，色溫)。在一些實(shí)施例中，熒光體包括石榴石或石榴石類材料。在一些實(shí)施例中，發(fā)光層包括石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料。在一些實(shí)施例中，石榴石或石榴石類結(jié)構(gòu)指的是無(wú)機(jī)化合物的三級(jí)結(jié)構(gòu)。石榴石可在立方系統(tǒng)中結(jié)晶，其中三個(gè)軸線基本上等長(zhǎng)度并彼此垂直。該物理特性有助于所生成材料的透明度或其他化學(xué)或物理特性。石榴石或石榴石類結(jié)構(gòu)可描述為A3B2C3O12，其中A陽(yáng)離子(例如，Y3+)處于十二面體配位位置，B陽(yáng)離子(例如，Al3+、Fe3+等)處于八面體位置，C陽(yáng)離子(例如，Al3+、Fe3+等)處于四面體位置。
石榴石或石榴石類材料可由組合物A3B5O12構(gòu)成，其中A和B獨(dú)立地選自三價(jià)金屬。在一些實(shí)施例中，A為至少一個(gè)選自Y，Lu, Ca, Gd, La,和Tb的元素；B為至少一個(gè)選自Al, Mg, Mn, Si, Ga,和In的元素。A和B各自可由兩個(gè)或多個(gè)元素組成。在一些實(shí)施例中，發(fā)光層包括石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料。在一些實(shí)施例中，發(fā)光客體材料取代了十二面體配位位置(A陽(yáng)離子)。在一些實(shí)施例中，A陽(yáng)離子選自Y，Lu，Ca，Tb，和/或Gd。在一些實(shí)施例中，當(dāng)Y為主要的A陽(yáng)離子時(shí)，Ce取代了 A位置。在一些實(shí)施例中，發(fā)光客體材料為至少一個(gè)稀土金屬。在一些實(shí)施例中，稀土金屬選自Ce，Nd, Er, Eu, Yb, Sm, Tb, Gd,和Pr構(gòu)成的群組。在一些實(shí)施例中，發(fā)光客體材料取代A陽(yáng)離子配位位置。在一些實(shí)施例中，客體材料至少為Ce。在一些實(shí)施例中，客體材料進(jìn)一步包括選自Nd，Eu, Cr, Sm, Tb, Gd,和Pr的發(fā)光材料。有益的熒光體的例子包括Y3Al5012:Ce、Lu3Al5O12:Ce、Ca3Sc2Si3O12:Ce、Lu2CaSi3Mg2O12:Ce'Lu2CaAl4SiO12:Ce、(Y, Tb) 3A15012: Ce 和 / 或(Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5012:Ce。在這些實(shí)施例中，A陽(yáng)離子分別為Y、Lu、Ca、Lu/Ca、Y/Tb、或Y/Gd。在一個(gè)實(shí)施例中，熒光體材料包括等離子體生成的Y3Al5O12 = Ce3+(YAG = Ce)。在一些實(shí)施例中，構(gòu)成不發(fā)光阻擋材料的元素的離子半徑為構(gòu)成發(fā)光客體和/或構(gòu)成主體材料的A陽(yáng)離子元素的80%或更低。在一些實(shí)施例中，不發(fā)光阻擋材料包括基本上透明的金屬氧化物材料。在一些實(shí)施例中，透明的金屬氧化物材料包括二元素材料或單金屬氧化物材料。在一些實(shí)施例中，材料包括具有通式MxOy的化合物，其中I < X < 3，I彡y彡8，M選自Al，Ti，Si，和Ga中一個(gè)或任一個(gè)。在一些實(shí)施例中，透明的金屬氧化物選自Al203、Ti02，和/或Si02。在一些實(shí)施例中，M為B陽(yáng)離子/元素。在一些實(shí)施例中，透明的金屬氧化物為Al2O3。在一些實(shí)施例中，材料基本上不含發(fā)光層的金屬石榴石或石榴石類主體元素。在一些實(shí)施例中，材料基本上不含A陽(yáng)離子/元素。在一些實(shí)施例中，材料包括離子半徑小于發(fā)光客體材料的離子半徑的金屬元素。在一些實(shí)施例中，基本上透明的金屬氧化物材料指的是具有至少60%，70%, 80%, 90%的透光率的材料。當(dāng)發(fā)光客體材料為Ce，石榴石或石榴石類主體材料為YAG時(shí)，不發(fā)光阻擋材料可為Al2O315在其他實(shí)施例中，構(gòu)成不發(fā)光阻擋材料的元素的離子半徑可小于發(fā)光客體材料的元素和/或構(gòu)成主體材料的A陽(yáng)離子元素的離子半徑(A或nm)的50%，55%, 60%, 65%, 70%, 75%,或80%中的任意一個(gè)。例如
參見(jiàn)表I所述的材料。表I
權(quán)利要求
1.一種陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，包括: 至少一個(gè)包括石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的第一發(fā)光層，以及至少一個(gè)包括不發(fā)光阻擋材料的第一不發(fā)光阻擋層，所述不發(fā)光阻擋材料基本上由離子半徑約為A陽(yáng)離子元素和/或構(gòu)成所述發(fā)光客體材料的元素的離子半徑的約80%或更低的元素構(gòu)成，其中所述石榴石或石榴石類主體材料表示為A3B5O12, 其中所述第一發(fā)光層和所述第一不發(fā)光阻擋層彼此接觸放置并燒結(jié)在一起，所述不發(fā)光阻擋層基本上沒(méi)有通過(guò)第一發(fā)光層和第一不發(fā)光阻擋層之間的界面遷移的發(fā)光客體材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一發(fā)光層具有小于約200μ m的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一不發(fā)光阻擋層基本上由二元素材料構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述二元素材料為Al2O315
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述石榴石主體材料選自Y3A15012、Lu3Al5O12'Ca3Sc2Si3O12' (Y, Tb) 3A15012 和(Y, Gd) 3 (Al, Ga) 5012、Lu2CaSi3Mg2O12，和 Lu2CaAl4SiO12組成的群組。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中構(gòu)成所述發(fā)光客體材料的元素包括Ce。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中構(gòu)成所述發(fā)光客體材料的元素進(jìn)一步包括 Mn、Nd、Er、Eu、Cr、Yb、Sm、Tb、Gd 和 / 或 Pr。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，進(jìn)一步包括:包括不發(fā)光阻擋材料的第二不發(fā)光阻擋層，其中，構(gòu)成所述第二不發(fā)光阻擋材料的金屬元素的離子半徑，當(dāng)石榴石或石榴石類主體材料表示為A3B5O12時(shí)約為A陽(yáng)離子元素和/或構(gòu)成發(fā)光客體材料的元素的離子半徑的約80%或更低，其中所述第一發(fā)光層相接觸地置于所述第一和第二不發(fā)光阻擋層之間，并燒結(jié)在一起，所述第二不發(fā)光阻擋層基本上沒(méi)有通過(guò)第一發(fā)光層和第二不發(fā)光阻擋層之間的界面遷移的發(fā)光客體材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一不發(fā)光阻擋層包括多個(gè)不發(fā)光阻擋材料子層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一發(fā)光層和所述第一不發(fā)光阻擋層的各子層均為陶瓷澆注帶。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，進(jìn)一步包括第二發(fā)光層，所述第二發(fā)光層包括石榴石主體材料和發(fā)光客體材料，其中至少一個(gè)不發(fā)光阻擋層相接觸地置于所述第二和第一發(fā)光層之間。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二發(fā)光層包括相同的石榴石主體材料和發(fā)光客體材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二發(fā)光層包括不同的石榴石主體材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二發(fā)光層包括相同的發(fā)光客體材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二發(fā)光層具有相同的發(fā)光客體材料濃度。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一和第二發(fā)光層具有不同的發(fā)光客體材料濃度。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述發(fā)光客體材料，相對(duì)于石榴石主體材料的十二面體配位位置的金屬元素，具有約0.05摩爾％至約10.0摩爾％的濃度。
18.一種半導(dǎo)體發(fā)光器件，包括: 發(fā)光源，用于提供發(fā)出的輻射；以及 權(quán)利要求1至17任一項(xiàng)所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件，其中所述陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件放置成接收從所述發(fā)光源發(fā)出的輻射。
19.一種制造權(quán)利要求1所述的陶瓷波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換元件的方法，包括: 提供包括石榴石或石榴石類主體材料和發(fā)光客體材料的第一發(fā)光層； 提供包括不發(fā)光阻擋材料的第一不發(fā)光阻擋層，其中當(dāng)石榴石或石榴石類主體材料表示為A3B5O12時(shí)，構(gòu)成所述不發(fā)光阻擋材料的元素的離子半徑約為A陽(yáng)離子元素和/或構(gòu)成發(fā)光客體材料的元素的離子半徑的約80%或更低， 彼此接觸地放置所述第一發(fā)光層和第一不發(fā)光阻擋層；以及 同時(shí)對(duì)所述第一發(fā)光層和第一不發(fā)光阻擋層施加熱處理，所述處理足以將所述層同時(shí)燒結(jié)成單一陶瓷波長(zhǎng) 轉(zhuǎn)換元件，其中所述第一不發(fā)光阻擋層基本上沒(méi)有通過(guò)第一發(fā)光層和第一不發(fā)光阻擋層之間的界面遷移的發(fā)光客體材料。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述石榴石主體材料為YAG。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中構(gòu)成所述發(fā)光客體材料的所述元素包括Ce。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述發(fā)光客體材料，相對(duì)于所述石榴石主體材料的十二面體配位位置的金屬元素，具有約0.05摩爾％至約10.0摩爾％的濃度。
全文摘要
一種層壓的復(fù)合材料，包括波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換層和不發(fā)光阻擋層，其中發(fā)光層包括石榴石主體材料和發(fā)光客體材料，所述不發(fā)光阻擋層包括不發(fā)光阻擋材料。當(dāng)石榴石或石榴石類主體材料表示為A3B5O12時(shí)，構(gòu)成不發(fā)光阻擋材料的金屬元素的離子半徑為A陽(yáng)離子元素和/或構(gòu)成發(fā)光客體材料的元素的離子半徑的約80%或更低，不發(fā)光阻擋層基本上沒(méi)有通過(guò)發(fā)光層和不發(fā)光阻擋層之間的界面遷移的發(fā)光客體材料。
文檔編號(hào)C04B35/117GK103228762SQ201180045076
公開(kāi)日2013年7月31日 申請(qǐng)日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者張彬, 潘光, 宮川浩明, 藤井宏中, 拉杰什·慕克吉, 中村年孝 申請(qǐng)人:日東電工株式會(huì)社