发光陶瓷转换器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及发光陶瓷转换器，其包含：烧结的、整体式陶瓷材料，所述陶瓷材料将第一波长的光转换为第二波长的光，所述陶瓷材料具有基本上球形的孔隙。本发明专利技术还涉及制造包含具有基本上球形孔隙的陶瓷材料的发光陶瓷转换器的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于将光源发出的光转化为不同波长的光的陶瓷转换器。特别是，本专利技术涉及突光粉转换发光二极管(phosphor-conversion light emitting diodes,pc-LEDs)及相关的发光陶瓷转换器。
技术介绍
发光陶瓷转换器通常用于发白光pc-LED中以将由InGaN LED半导体芯片(chip)发射的部分蓝光转换为黄光。剩余的经过转换器的未转换的蓝光和由转换器发出的黄光合 并以生成所述pc-LED的总白光发射。pc-LED装置中的发光陶瓷转换器通常是致密发光陶瓷的薄的平板，其固定于LED芯片的表面使得所述板紧贴发光表面。为了产生白光，转换器的材料通常基于铈活化的钇铝石榴石(Y3Al5O12),也被称为YAG:Ce。也可钆将掺杂入YAG结构以轻微改变发射光(Gd-YAG:Ce)的颜色。向陶瓷中加入铈活化剂提供了光转换的手段。所述铈部分地吸收由LED发射的蓝光(波长约420-490nm)且重新发射具有570nm左右宽峰的黄光。上述蓝和黄光的混合提供了所需的白光。颜色均匀性是通过pc-LED输出的白光的重要方面。例如，在汽车前灯应用中，投射在路上的光束的颜色均匀性是重要的，以便所述前灯符合SAE和ECE要求。投射颜色均匀的光束的一个关键因素是LED组件(package)输出随视角围绕LED改变时显示最小的颜色位移的光。然而这并不是容易克服的琐细的问题。通过pc-LED发射的光的颜色取决于未吸收的蓝光和转换的黄光的量的比率，其被光在转换器中传播的光程长度所影响。特别是，当由下面的蓝光LED发射的光通过陶瓷转换器时，相比于以远离垂直的角度传播通过该陶瓷转换器的光线，垂直该芯片表面传播的光线具有更短的到转换器的光发射面的光程。吸收量(和以更长波长的后续再发射)遵循比尔-朗伯定律，其显示指数依赖于浓度和厚度I/I0=l0-Ect (I),其中I。和I是入射和透射光的亮度，ε是吸收体(absorber)的摩尔吸光系数，c是吸光体的浓度，和t是通过所述材料的光程长度。因此，以远离垂直的角度传播通过陶瓷转换器的蓝光将更强烈地被吸收，这是因为其在材料中更长的光程。这导致较少的蓝光和较多的黄光以较大的角度离开转换器，由此相比于垂直于转换器表面发射的光，产生具有更大比例黄光的总发射。—种减少角色移(angular color shift)的方法是,通过在陶瓷材料中以孔隙的形式引入散射位点，在转换器中产生对于所有光线的更长光程。大部分陶瓷通过烧结成形的粉末压实体而制造，所述粉末包含一定量的和尺寸分布的在粉末颗粒间的称为“孔隙”的空隙空间。这些通过在陶瓷体中的的颗粒间间隔形成的孔隙通常称作基质孔隙(matrixpore) o所述烧结过程基本上带来粉末颗粒的中心更聚拢(closer together),在一定程度上去除了孔隙度，和增长了在陶瓷材料中的晶体的晶粒大小。不是设法消除孔隙度，而是可以将所述烧结温度或烧结时间降低，以使所述基质孔隙在陶瓷的致密化过程中不全部消除。在减少角色移中使用孔散射的一个缺点是与孔隙的过量散射相关联的功效降低。散射的有效性将由陶瓷中孔隙的浓度(concentration)和尺寸决定。如果孔隙的浓度过大，光将通过内部散射被充分吸收和总LED输出将减少。在国际专利申请NO. W02007/107917中报道，孔隙尺寸对于功效的影响以具有约SOOnm孔径的孔隙为最佳。所述功效孔径尺寸小于500nm时迅速降低和当孔径大于IOOOnm时稳步降低。然而，通过控制烧结周期控制孔隙的尺寸和尺寸分布很困难，这是由于太多的因素，例如晶粒尺寸、颗粒压实(particle packing)、晶粒生长和烧结温度,所有都影响在烧结的陶瓷转换器中的最终孔隙群。因此由于陶瓷加工的热力学和动力学特点，很难生产出具有所需的孔隙尺寸和分布的陶瓷。专利技术概沭本专利技术的目的是消除上述现有技术的缺点。本专利技术的更进一步的目的是提供控制和获得在发光陶瓷转换器中所需的孔隙的分布和尺寸的可靠方法。根据本专利技术的目的，提供发光陶瓷转换器，其包含烧结的、整体式陶瓷材料，其将第一波长的光转换为第二波长的光，和具有用于散射光的基本上球形的孔隙。优选的，所述孔隙可具有0. 5到10 μ m的平均孔径尺寸，更优选0. 5到2 μ m的平均孔径尺寸。第一波长的光优选为由发光二极管发射的蓝光，陶瓷材料优选为包含铈活化的钇铝石榴石。更优选的，所述陶瓷材料可进一步包含礼。根据本专利技术另一目的，还提供形成发光陶瓷转换器的方法，其包括步骤(a)将前体材料与孔隙形成添加剂合并以形成还态混合物(green state mixture),所述孔隙形成添加剂包含基本上球形的碳质材料或有机材料颗粒；(b)将所述坯态混合物成型以形成坯态型材(shape)的陶瓷转换器；(c)加热所述坯态型材从而去除孔隙形成添加剂并形成具有基本上球形的孔隙的预烧陶瓷材料；和(d)烧结所述预烧陶瓷材料从而形成发光陶瓷转换器。优选的，所述前体材料可包含铈活化的钇铝石榴石。该坯态混合物可进一步包含有机粘结剂从而助于该坯态型材的形成。形成该坯态型材的方法包括注塑成型、流延(tapecasting,)、干压、粉楽；烧铸(slip casting)、或挤出法。优选的,所述有机材料可以为聚合物，和更优选所述有机材料可包含聚(甲基丙烯酸酯)_共-二甲基丙烯酸乙二醇酯(PMMA)、聚乙烯或聚四氟乙烯。所述碳质材料可优选包含玻璃态球形碳粉。本专利技术的另一方面，所述还态混合物可包含多于一种前体材料，和加热该还态形状导致前体材料反应以形成发光陶瓷转换器。在进一步的方面，步骤(C)的加热可在高达1150°C的温度下实施。在另一方面，步骤(C)的加热可以以下的时间-温度循环实施在4小时内将温度由25°C升高到400°C，在4小时内将温度由400°C升高到1150°C，在1150 V下保持温度0. 5到2小时的时间，和在3小时内将温度降低到25°C。优选的，所述预烧陶瓷材料在1700°C -1825°C下烧结，和更优选的所述预烧陶瓷材料在湿氢气气氛下在1700°C -1825°C烧结约I分钟到2小时。附图简沭图I是由用不同百分比的PMMA粉末制备并在不同的烧结温度下烧结的Gd-YAG = Ce陶瓷转换器发射的光的Cx和Cy色度坐标图。图2是由用不同百分比的PMMA粉末制备和在不同的烧结温度下烧结的Gd-YAG: Ce陶瓷转换器的角色移图，其中△(；是以偏离垂直60度的视角测量的色度坐标Cx和以偏离垂直O度的视角测量的色度坐标Cx之间的差值。专利技术详沭为了更好地理解本专利技术，以及其它和进一步的目的、优点和其性能，参考下述公开内容、所附权利要求以及述附图。孔隙形成添加剂的使用允许控制孔隙的量和尺寸分布，其取决于孔隙形成添加剂 的选择。如果控制尺寸和形状的有机或碳质颗粒作为孔隙形成添加剂加入到所述坯态前体陶瓷材料中，它们之后在加热过程中别去除或烧尽，留下尺寸和形状类似起始添加剂的空隙空间。这些空隙然后形成控制尺寸的孔隙，其通常比基质孔隙的尺寸大。与基质孔隙不同的是，通过去除所述添加剂形成的孔隙在高温处理过程中是热力学稳定的。例如，已知孔隙尺寸/晶粒尺寸比率控制烧结时孔隙去除的行为。如果孔隙尺寸比晶粒尺寸大I. 4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.01.28 US 61/298,9401.发光陶瓷转换器，其包含烧结的整体式陶瓷材料，所述陶瓷材料将第一波长的光转换为第二波长的光，所述陶瓷材料具有基本上球形的孔隙。2.如权利要求I中的陶瓷转换器，其中所述孔隙具有O.5到10 μ m的平均孔隙尺寸。3.如权利要求2中的陶瓷转换器，其中所述孔隙具有O.5到2 μ m的平均孔隙尺寸。4.如权利要求I中的陶瓷转换器，其中所述第一波长的光是由发光二极管发射的。5.如权利要求I中的陶瓷转换器，其中所述陶瓷材料是铈活化的钇铝石榴石。6.如权利要求5中的陶瓷转换器，其中所述陶瓷材料进一步包含钆。7.形成发光陶瓷转换器的方法，该方法包括以下步骤 (a)将前体材料与孔隙形成添加剂合并以形成坯态混合物，所述孔隙形成添加剂包含基本上球形的碳质材料或有机材料颗粒； (b)将所述坯态混合物成型以形成该陶瓷转换器的坯态型材； (C)加热所述坯态型材以去除所述孔隙形成添加剂并形成具有基本上球形孔隙的预烧陶瓷材料；和 (d)烧结所述预烧陶瓷材料以形成所述发光陶瓷转换器。8.如权利要求7中的方法，其中所述前体材料包含铈活化的钇铝石榴石。9.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·F·科索，N·辛克，
申请(专利权)人：奥斯兰姆施尔凡尼亚公司，
类型：发明
国别省市：